特种加工0-讲述

特种加工概述 四、特种加工的特点
1、不用机械能。与加工对象的机械性能无关，有些加工方 法，如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工 等，是利用热能、化学能、电化学能等，这些加工方法与工 件的硬度强度等机械性能无关，故可加工各种硬、软、脆、 热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属 材料。 2、非接触加工。不一定需要工具，有的虽使用工具，但与 工件不接触，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低 于工件硬度，故使刚性极低元件及弹性元件得以加工。 3、微细加工，工件表面质量高。有些特种加工，如超声、 电化学、水喷射、磨料流等，加工余量都是微细进行，故不 仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，还能获得高精度、极低粗糙 度的加工表面。
特种加工概述 本章主要内容
一、特种加工的产生与发展 二、特种加工的定义 三、特种加工的应用 四、特种加工的特点 五、特种加工的分类 六、本课程的主要内容和学习要求
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展 瓦特早在18世纪70年代就发明了蒸气机，但 为何到19世纪才得以应用？ 因为苦于制造不出高精度的蒸气机气 缸。无法推广应用。直到有人创造出和改 进了气缸镗床，解决了蒸汽机主要部件的 加工工艺，才使蒸汽机得到广泛应用，引 起了世界性的第一次产业革命。
特种加工概述 四、特种加工的特点
4、不存在加工中的机械应变或大面积的热应变 。可获得较低的表面粗糙度，其热应力、残余 应力、冷作硬化等均比较小，尺寸稳定性好。 5、两种或两种以上的不同类型的能量可相互组 合形成新的复合加工。其综合加工效果明显， 且便于推广使用。 6、简化加工工艺。特种加工对简化加工工艺、 变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积 极的影响。
切削这么硬的材料，车刀很快就蹦刃。
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展 二战以后，…...
由于航空航天、核能、电子及汽车、机械工业的迅速发展 和材料科学、高新技术的发展和激烈的市场竞争、发展尖端 国防及科学研究的急需，不仅新产品更新换代日益加快，而 且产品要求具有很高的强度重量比和性能价格比，并正朝着 高速度、高精度、高可靠性、耐腐蚀、高温高压、大功率、 尺寸大小两极分化的方向发展。为此，各种新材料、新结构 、形状复杂的精密机械零件大量涌现。例如， 各种难切削材 料的加工；各种结构形状复杂、尺寸或微小或特大、精密零 件的加工；薄壁、弹性元件等刚度、特殊零件的加工等。 因此，采用传统加工方法十分困难，甚至无法加工。对机 械制造业提出了一系列迫切需要解决的新问题，对机械制造 业提出了新的要求：
特种加工概述 三、特种加工的应用
特种加工的主要运用领域 ：
特种加工技术在国际上被称为21世纪的技术，现代 新型武器装备的研制和生产是特种加工技术发展的催 化剂。 难加工材料。如钛合金、耐热不锈钢、高强钢、复合 材料、工程陶瓷、金刚石、红宝石、硬化玻璃等高硬 度、高韧性、高强度、高熔点材料。 难加工零件。如复杂零件三维型腔、型孔、群孔和窄 缝等的加工。 低刚度零件。如薄壁零件、弹性元件等零件的加工。 多形式加工。以高能量密度束流实现焊接、切割、制 孔、喷涂、表面改性、刻蚀和精细加工。
特种加工概述 二、特种加工的定义
特种加工与传统机械加工方法相比的独到之处： 1、加工范围不受材料物理 、机械性能的限制，能 加工任何硬的、软的、脆的、耐热或高熔点金属 以及非金属材料。 2、易于加工复杂型面、微细表面以及柔性零件。 3、易获得良好的表面质量，热应力、残余应力、 冷作硬化、热影响区等均比较小。 4、各种加工方法易复合形成新工艺方法，便于推 广应用。
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展
特种加工概述 二、特种加工的定义 特种加工——是指区别于传统切削加工方 法，利用化学、物理(电、声、光、热、磁) 或电化学方法对工件材料进行加工的一系列 加工方法的总称。又被称为非传统加工。
特种加工技术是当今制造技术发展的前沿领 域，是典型的多学科交叉领域，研究内容极为丰 富，涉及电学、声学、光学、磁学、热力学、流 体力学、电化学、冶金学、金属物理学、材料科 学、真空学、机械设计和自动控制以及计算机技 术等多种学科。
特种加工概述 特种加工的分类 表一
特种加工方法 电火花加工 电火花成 型加工 能量来源及形式 作用原理 电能、热能 熔化气化 英文缩写 EDM
电火花线 切割加工
电解加工 电化学加工 电解磨削 电解研磨 电铸 涂镀
电能、热能
电化学
熔化气化
金属离子 阳极溶解
WEDM
ECM（ELM） EGM（ECG） ECH EFM EPM
特种加工概述 二、特种加工的定义
特种加工与传统切削加工方法在原理上的主要区别： 1、用机械能以外的其他能量去除工件上多余 的材料，以达到图样上全部技术要求。 2、打破传统的硬刀具加工软材料的规律，刀 具硬度可低于被加工材料的硬度，可谓“以 柔克刚”。 3、在切削加工中，工具与工件不受切削力的 作用。
特种加工概述 五、特种加工的分类
1、电能与热能作用方式有：电火花成形与穿孔加 工、电火花线切割加工、电子束加工和等离子 束加工。 2、电能与化学能作用方式有：电解加工、电铸加 工和刷镀加工。 3、化学能与机械能作用方式有：电解磨削、电解 珩磨。 4、声能与机械能作用方式有：超声波加工 5、光能与热能作用方式有：激光加工。 6、电能与机械能作用方式有：离子束加工。 7、液流能与机械能作用方式有：挤压珩磨和水射 流切割。
3）解决具有特殊要求零件的加工问题
如薄壁、细长轴等 低刚度零件。
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展
传统切削加工方法很难甚至无法承担上 述加工任务 人门开始探索新的加工方法。
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展 不仅用机械能， 而且还采用：......
其它能量
电 电化学 光 声 化学能等
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展
目前，国际上对特种加工技术的研究主要表现在以下几个 方面： (1) 微细化。国际上对微细电火花加工、微细超声波加工、 微细激光加工、微细电化学加工等的研究正方兴未艾，特种微 细加工技术有望成为三维实体微细加工的主流技术。
(2) 特种加工的应用领域正在拓宽。例如，非导电材料的电火 花加工，电火花、激光、电子束表面改性等。 (3) 广泛采用自动化技术。充分利用计算机技术对特种加工 设备的控制系统、电源系统进行优化，建立综合参数自适应控 制装置、数据库等，进而建立特种加工的CAD/CAM和FMS系 统，这是当前特种加工技术的主要发展趋势。用简单工具电极 加工复杂的三维曲面是电解加工和电火花加工的发展方向。目 前已实现用四轴联动线切割机床切出扭曲变截面的叶片。随着 设备自动化程度的提高，实现特种加工柔性制造系统已成为各 工业国家追求的目标。
电火花线切 WEDM(wire electrical discharge machining) 割加工
电解加工 电化学加工 电解磨削 电解研磨 电铸 电镀 ECM（ELM）(electrochemical machining) EGM（ECG）(electrolytic grinding) (electrochemical grinding) ECH (electropolishing 电解抛光) EFM(electroforming machining<processing>) EPM(electroplating 电镀)
电化学、机械能 阳极溶解 、磨削 电化学、机械能 阳极溶解 、研磨 电化学能 电化学能 金属离子 阴极沉淀 金属离子 阴极沉淀
特种加工概述 特种加工的分类 续表一
特种加工方法 激光切割、打孔 激光加工 激光打标记 能量来源及形式 光能、热能 光能、热能 作用原理 英文缩写
熔化、气化 LBM 熔化、气化 LBM 熔化、相变 LBT
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展
新的加工方法对人类的生 产和物质文明起了极大的 作用!
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展 从第一次产业革命——第二次世界大 战前，是传统的机械加工（切削加工和 磨削），其本质和特点： 靠刀具材料比工件硬 靠机械能切除工件上多余材料
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展 1）解决各种难切削材料的加工问题 如硬质合金、鈦合 金、耐热钢、金刚 石、宝石等。
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展 2）解决各种特殊复杂表面的加工问题 如喷气涡轮机叶片 、巡航导弹整体涡 轮、各种模具，特 殊断面的型孔、喷 丝头等。
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展
化学加工
化学铣削
化学抛光
化学能
化学能
腐蚀
腐蚀
CHM
CHP
光刻
快速成形 液相固化法 粉末烧结法
光、化学能
光、化学 腐蚀
增材法加 工
PCM
SL
光、化学能
SLS
纸片叠层法
熔丝堆积法
光、机械能 电、热、机械能
LOM
FDM
特种加工的分类 表一
特种加工方法 英文缩写
电火花加工 电火花成型 EDM(electrical discharge machining) 加工
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展
“东芝事件”…
冷战时期，前苏联用从日本东芝公司“ 购买”的大型三坐标数控铣床加工出高精 度潜艇用螺旋浆，噪音大大降低，使美国 设在全球的侦听网失效。不得不花费大量 经费与时间来研制新的侦听设备。为此美 国政府对东芝公司进行制裁，不许东芝公 司在相当长一段时间内进入美国市场。
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展
1943年，前苏联拉扎林柯夫妇在研 究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象 和原因时，逆向思维，用细铜丝在淬火钢 上加工出小孔，开创和发明了电火花加工 —特种加工中的先驱。
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展
到目前为止，已经找到了多种这一类的加工方法 ，为区别现有的金属切削加工，将这类传统切削 加工以外的新的加工方法统称为 特种加工 国外：非传统加工 ( NTM , Non-Traditional Machining ) 或非常规加工 (NCM , Non-Conventional Machining ) 经过60年特别是近二十年的发展，特种加工在技 术、工艺、精度和机床等方面都有了很大发展。
激光处理表面改性 光能、热能
电子束加工
离子束加工
切割、打孔、焊接 电能、热能
蚀刻、注入、镀覆 电能、动能
熔化、气化 EBM
原子撞击 IBM
等离子弧加工
切割、喷镀
电能、热能
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
熔化、气化 PAM （涂覆）
特种加工概述 特种加工的分类 续表二
特种加工方法 超声加工 切割、打孔 、雕刻 能量来源及形式 作用原理 声能、机械能 磨料高频 撞击 英文缩写 USM
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展
计算机产业...
计算机产业之所以高速发展，很重要的因素 就是超大规模集成电路制造技术的不断进步。 上世纪末，芯片刻线可以做到0.5μm、 0.28μm、0.13μm甚至到纳米级。
特种加工概述 一、特种加工的产生与发展
集成电路制造中利用光学- 化学反应原理和化学、物理刻蚀 方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗 口或功能图形的工艺技术。随着半导体技术的发展，光刻技术传 递图形的尺寸限度缩小了2～3个数量级（从毫米级到亚微米级） ，已从常规光学技术发展到应用电子束、 X射线、微离子束、激 光等新技术；使用波长已从4000埃扩展到 0.1埃（1埃=0.1纳米 ）数量级范围。光刻技术成为一种精密的微细加工技术。 制造工艺的微米是指IC内电路与电路之间的距离。制造工艺 的趋势是向密集度愈高的方向发展。密度愈高的IC电路设计，意 味着在同样大小面积的IC中，可以拥有密度更高、功能更复杂的 电路设计。微电子技术的发展与进步，主要是靠工艺技术的不断 改进，使得器件的特征尺寸不断缩小，从而集成度不断提高，功 耗降低，器件性能得到提高。芯片制造工艺在1995年以后，从 0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米 、90纳米一直发展到目前最新的65纳米，而45纳米和30纳米的 制造工艺将是下一代CPU的发展目标。