特种加工
特种加工
1．特种加工的含义：特种加工是指利用机、光、电、声、热、化学、磁、原子能等能源来进行加工的非传统加工方法；它与传统切削加工的不同特点主要有：1）不是主要依靠机械能；2）工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度；3）在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用（工件不承受机械力，特别适合于精密加工低刚度零件）。
特种加工的优势：1）特种加工技术可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属、非金属材料或复合材料，2）特别适合于加工复杂、微细表面和低刚度的零件；3）还可以用于进行超精密加工、镜面加工、光整加工以及纳米级（原子级）的加工。
2.结合加工（增材加工）的例子：电镀、电铸、快速成形加工、激光焊接等。
3.天然金刚石刀具是精密与超精密加工的基本刀具。
4.超精密加工的实现条件：1）超精密加工的机理与工艺方法；2）超精密加工工艺装备；3）超精密加工工具；4）超精密加工中的工件材料；5）精密测量及误差补偿技术；6）超精密加工工作环境、条件等。
5.超精密机床的主轴部件：主轴部件是保证超精密机床加工精度的核心。
超精密加工对主轴的要求是极高的回转精度，转动平稳，无振动，而满足该要求的关键在于所用的精密轴承。
高精度的滚动轴承主轴制造困难，因此现在多使用液体静压轴承和空气静压轴承。
1）液体静压轴承主轴优点：具有回转精度高、刚度较高、转动平稳、无振动的特点（被广泛用于超精密机床）缺点：1.油温随转速的升高而升高，造成热变形，影响主轴精度 2.静压油回油时将空气带入油源，形成微小气泡悬浮在油中，不易排出，因而降低了液体静压轴承的刚度和运动性。
2）空气静压轴承主轴优点：具有很高的回转精度，在高速转动时温升甚小，基本达到恒温状态，因此造成的热变形误差很小；缺点：与液体静压轴承相比，空气轴承刚度低，承受载荷较小。
6.主轴的驱动方式：1）柔性联轴器驱动；2）内装式同轴电动机驱动。
7.常用的导轨部件：超精密机床常采用平面导轨结构的液体静压导轨和空气静压导轨，滚动导轨也有着广泛的应用。
特种加工
❖ （２）必须采用脉冲电源。
❖ 因火花放电必须是瞬时的脉冲放电，放电延 续一段时间（通常10-7～10-8s）后，需停歇 一段时间。
❖ （３）必须在有一定绝缘性能的流动的工作 液中进行火花放电.
❖ 这有利于产生脉冲性火花放电，并排除放电 间隙中的电蚀物，以免间隙中电蚀产物过多 而引起已加工过的侧表面间“二次放电”， 影响加工精度，还可以对电极及工件表面起 较好的冷却作用。
流动的工作液流带走。
同时，总能量的一小部分也释放到工
1-工件 2-脉冲电源 3-自动进给调节装置 具电极上形成一定的工具损耗。
4-工具 5-工作液 6-过滤器
7-工作液泵
8-被蚀除的材料
电火花加工应具备如下条件：
❖ （１）工具电极和工件电极之间必须保持一定的间 隙。
❖ 这可由自动进给调节装置调节。间隙可在几微米至 几百微米之间，间隙过大极间电压不能击穿两极间 介质而不能产生火花放电，间隙过小则会引起拉弧 烧伤或短路。
脉冲电压加到两极之间，在工具电极
向工件电极运动中，将极间最近点的
液体介质击穿，形成火花放电。由于
放电通道截面积很小，通道中的瞬时
高温使材料熔化和气化。单个脉冲能
使工件表面形成微小凹坑，而无数个
脉冲的积累将工件上的高点逐渐熔蚀。
随着工具电极不断地向工件作进给运
动，工具电极的形状便被复制在工件
上。
加工过程中所产生的金属微粒，则被
❖ 损耗速度：单位时间内工具的电蚀量
（１）加工速度
vP qP / t kP wM f
❖ qp--正极的总蚀除量； ❖ kp--工艺系数（与电极材料、脉冲参数和工作液有关）； ❖ wM--单个脉冲能量； ❖ f --脉冲频率；
列举五种特种加工方法
1.热处理：热处理是一种特殊的加工方法，它通过改变材料的组织结构，改变材料的性能，以满足特定的要求。
热处理可以改变材料的硬度、
强度、疲劳强度、耐腐蚀性、抗拉强度等性能。
2.激光加工：激光加工是一种特殊的加工方法，它利用激光束的热能，将材料表面的熔融层切割或熔化，以达到加工的目的。
激光加工可以
实现高精度、高速度、高效率的加工，并且可以实现复杂形状的加工。
3.火花机加工：火花机加工是一种特殊的加工方法，它利用火花机的高速旋转刀具，将材料表面的熔融层切割或熔化，以达到加工的目的。
火花机加工可以实现高精度、高速度、高效率的加工，并且可以实现
复杂形状的加工。
4.电火花加工：电火花加工是一种特殊的加工方法，它利用电火花的高速旋转刀具，将材料表面的熔融层切割或熔化，以达到加工的目的。
电火花加工可以实现高精度、高速度、高效率的加工，并且可以实现
复杂形状的加工。
5.气体保护焊接：气体保护焊接是一种特殊的加工方法，它利用气体保护焊接的高速旋转刀具，将材料表面的熔融层切割或熔化，以达到加
工的目的。
气体保护焊接可以实现高精度、高速度、高效率的加工，
并且可以实现复杂形状的加工。
特种加工
第一章概论1特种加工又称非传统加工（NTM）或非常规机械加工（NCM）2特种加工与切削加工的不同点：不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量（电、光、声、热、化学）去处金属材料；工具硬度可以低于被加工材料硬度；加工过程中工具与工件之间不存在显著的机械切削力。
3特种加工的分类缩写：电火花加工：电火花成形加工EDM;电火花线切割加工WEDM；电化学加工：电解加工ECM；电解磨削EGM；电解研磨ECH;电铸EFM；涂镀EPM。
激光加工:激光切割、打孔LBM；激光打标记LBM；激光处理、表面改性LBT。
电子束加工：切割焊接打孔EBM离子束加工：蚀刻、镀覆、注入IBM。
等离子弧加工：切割（喷镀）PAM超声加工：切割打孔雕刻USM化学加工：化学铣削CHM；化学抛光CHP；光刻PCM快速成形：液相固化法SL；粉末烧结法SLS；纸片叠层法LOM；熔丝堆积法FDM4特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响：1提高了材料的可加工性；2改变了零件的典型工艺路线；3改变了试制新产品的模式；4对产品零件的结构设计带来很大影响；5对传统结构工艺性好坏需要重新衡量；6已经成为微细加工和纳米加工的主要手段。
第二章电火花加工一：定义：EDM，又称放电加工。
它是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高温把金属蚀除下来。
二：原理：在一定介质（煤油或水）基于工具和工件之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状和表面质量预定的加工要求。
三：电火花加工的条件：必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，通常约为0.02~0.1mm；火花放电必须是瞬时的脉冲性放电；火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、皂化液或去离子水。
四：优点1适合于任何难切削导电材料的加工2可以加工特殊及复杂形状的表面和零件局限性1主要用于加工金属等导电材料，但在一定条件下也可以加工半导体和非导体材料2一般加工速度较慢3存在电极损耗五：电火花加工的机理：1极间介质的电离、击穿，形成放电通道2介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀（5000度以上）3电极材料的抛出（通道中心的压力最高）4极间介质的消电离六：影响材料放电腐蚀的主要因素1极性效应：在电火花加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。
特种加工
先进制造技术
超声波加工产品
超声波抛光机
先进制造技术
特种加工实例
电火花加工
加工各种高硬度、 加工各种高硬度、高 强度、高韧性、 强度、高韧性、高脆性 的导电材料， 的导电材料，并且常用 于模具的制造过程中。 于模具的制造过程中。
先进制造技术
电火花加工产品
电火花加工样品
先进制造技术
特种加工实例
水力切割机
先进制造技术
液体喷射加工技术
水力切割过程
先进制造技术
The End Thanks!
先进制造技术
激光加工产品
激光焊接样品
先进制造技术
激光加工产品
激光蚀刻样品
先进制造技术
激光加工产品
激光加工样品
先进制造技术
激光加工产品
激光加工样品
先进制造技术
特种加工实例
旋转超声加工机床
先进制造技术
超声波加工产品
超声波加工样品 旋转超声加工是一种复合加工方法， 旋转超声加工是一种复合加工方法，它将金刚石工 具的优良切削性能与工具的超声频振动结合起来， 具的优良切削性能与工具的超声频振动结合起来，是加 工硬脆材料的一种较好方法，具有良好的应用前景。 工硬脆材料的一种较好方法，具有良好的应用前景。
先进制造技术
（四）超声加工
声波是人耳能感受的一种纵波，它的频率在16～ 16000Hz范围内。当频率超过16000Hz就称为超声波。超声 波具有波长短、能量大，传播过程中反射、折射、共振、 损耗等现象显著的特点。 1.超声加工 利用工具端面作16 ～ 25kHz 的超声频振动，使工作液中的悬 浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实 现加工，称为超声加工。
先进制造技术
特种加工
特种加工第一节特种加工综述一、特种加工产生背景随着工业生产及科学技术的发展，工业产品向高精度、高速度、高温、高压等方向发展，使用的材料越来越难于加工，零件形状更加复杂，零件尺寸精度要求愈来愈高，粗糙度值要求愈来愈小。
因此，仅仅依靠传统的切削加工方法，就很难满足要求。
为了解决各种难加工材料的加工问题，如对硬质合金、钛合金、不锈钢的加工；为了解决特殊、复杂表面和精密细小零件的加工，如汽轮机叶片、立体成型表面的锻模、细小孔的喷丝头等的加工；为了解决对表面质量、精度等有特殊要求的零件加工问题，特种加工新工艺逐步发展起来。
二、特种加工的特点特种加工是指切削加工以外的一些新的加工方法。
它与传统的机械加工方法相比，有以下特点：（一）特种加工不是依靠机械能，而是利用电能、声能、光能或化学能来除去工件上多余材料。
（二）机械加工用的工具硬度是不能低于加工材料的，但特种加工用的工具硬度却可以低于被加工材料的硬度，实现了“以柔克刚”。
（三）特种加工中工具与工件间不存在显著的机械切削力，不产生宏观切屑，不产生强烈的弹、塑性变形，故可获得很低的表面粗糙度Ra值。
三、各种特种加工方法的比较表7-1就各种特种加工方法的工艺能力和经济性、适用的工件形状和材料进行了综合比较。
本章就电火花加工、电解加工、激光加工的工作原理、特点及应用场合作简单介绍。
注：○最适合△适合×不适合第二节电火花加工一、电火花加工的基本原理电火花加工是基于在工具与工件之间形成脉冲火花放电时产生的电腐蚀来除去多余金属，以达到加工目的。
图7-1为电火花加工装置原理图，脉冲发生器1的两极分别接在工具电极2与工件3上，当两极在工作液4中靠近时，极间电压击穿间隙而产生火花放电，在放电通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度（10000℃），使表面局部金属熔化甚至气化而被蚀除，形成一个微小的凹坑。
多次放电的结果，电极和工件的表面由无数极小凹坑所组成，如图7-2所示。
特 种 加 工
电解开始时，阴、阳极间各点距离不等，电流密 度不等，阴、阳极距离较近处的电流密度较大，电解 液的流速较高，阳极溶解速度较快，如左图所示。
由于工具相对于工件表面不断进给，故工件表面 不断被电解，电解产物不断被电解液带走，直至工件 表面形成与阳极表面基本相似的形状为止，如右图所 示。
二、加工特点
（1）电解加工可以加 工高硬度、高强度和高韧性 的材料，并且可以一次性加 工出形状复杂的型面和型腔， 且不产生毛刺。
此时的振幅一般较小，再通过变幅杆，使固定 在变幅杆端部的工具振幅增大到0.01～0.15mm。磨 料在工具的超声频振动（16～25kHz）作用下，以 高速不断撞击、抛磨工件表面，实现加工。
3．加工特点
（1）电火花成形加工适用于小孔、薄壁、窄槽以 及各种复杂形状零件的加工，也适用于精密微细加工。
（2）脉冲参数可任意调节，可以在不更换机床的 情况下连续进行粗、半精、精加工，并且精加工后精度 高。
（3）加工范围非常广，可以加工任何硬、脆、软 及高熔点的导电材料，在一定条件下，甚至可以加工半 导体和绝缘材料。
2．极性效应
在脉冲放电过程中，由工件和工具构成的阴、阳 电极都会被蚀除，但其蚀除速度不同，这种现象称为 极性效应。将工件接阳极加工时，称为正极性加工； 将工件接阴极加工时，称为负极性加工。
产生极性效应的基本原因是由于电子的质量小， 惯性小，能够很快地获得高速度到达阳极，轰击阳极表 面；而正离子由于质量大，惯性也大，在相同时间内获 得的速度远小于电子。
（2）电解加工中，工具电极是阴极，阴极上只发 生氢气和沉淀而无溶解作用，因此工具电极无损耗。
（3）加工过程中，无机械力和切削热的作用，因 此不存在应力和变形。
（4）电解加工的生产率较高，约为电火花加工的 5～10倍，且生产率不受加工精度和表面粗糙度的限制。
特种加工的分类
特种加工的分类一、特种加工的概念特种加工是指对特殊材料或特殊工件进行加工处理的一种工艺。
它涵盖了多个领域，如航空航天、军事装备、电子信息等，具有高精度、高可靠性、高技术含量等特点。
二、特种加工的分类2.1 材料特种加工2.1.1 金属加工金属加工是特种加工的重要领域之一，包括以下几种加工方式： - 切割加工：如切割、锯割、剪切等 - 成形加工：如锻造、压块、冲压等 - 焊接加工：如电弧焊、气体焊、激光焊等 - 表面处理：如电镀、镀层、涂装等2.1.2 非金属加工非金属加工是指对非金属材料进行加工处理，主要包括以下几种加工方式： - 切割加工：如激光切割、水刀切割、火焰切割等 - 成形加工：如挤压、注塑、复合等 - 烧结加工：如陶瓷烧结、粉末冶金等 - 表面处理：如抛光、喷涂、电镀等2.2 工艺特种加工2.2.1 激光加工激光加工是一种高精度的特种加工技术，它利用激光束对工件进行切割、焊接、打孔等操作。
激光加工具有无接触、热影响区小、加工精度高等特点。
2.2.2 等离子加工等离子加工是利用等离子体对工件进行切割、清洗、表面处理等操作的一种特种加工技术。
它具有高速、高效、高质量的特点，广泛应用于电子、光通信、航空等领域。
2.2.3 电火花加工电火花加工是利用电弧放电的高温高压环境，通过对工件进行微小的放电脉冲，以去除工件表面的材料或进行细微刻痕的特种加工技术。
2.3 产品特种加工2.3.1 钛合金加工钛合金是一种重要的特种材料，在航空航天、生物医药等领域具有广泛应用。
钛合金加工需要特殊的工艺和设备，如精密数控机床、激光切割等。
2.3.2 复合材料加工复合材料是由两个或多个不同种类的材料组成的材料，可用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
复合材料加工需要特殊的成型、固化、表面处理等工艺。
2.3.3 微纳加工微纳加工是对微小尺度工件进行加工处理的一种特种加工技术，应用于集成电路、光电器件等领域。
微纳加工需要高精密度的工艺和设备，如光刻、刻蚀等。
特种加工
特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。
特种加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法,它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。
特种加工是近几十年发展起来的新工艺,是对传统加工工艺方法的重要补充与发展,目前仍在继续研究开发和改进。
直接利用电能、热能、声能、光能、化学能和电化学能，有时也结合机械能对工件进行的加工。
特种加工中以采用电能为主的电火花加工和电解加工应用较广，泛称电加工。
特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。
20世纪40年代发明的电火花加工开创了用软工具、不靠机械力来加工硬工件的方法。
50年代以后先后出现电子束加工、等离子弧加工和激光加工。
这些加工方法不用成型的工具，而是利用密度很高的能量束流进行加工。
对于高硬度材料和复杂形状、精密微细的特殊零件,特种加工有很大的适用性和发展潜力,在模具、量具、刀具、仪器仪表、飞机、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。
特种加工的发展方向主要是：提高加工精度和表面质量，提高生产率和自动化程度，发展几种方法联合使用的复合加工，发展纳米级的超精密加工等。
与传统机械加工方法相比具有许多独到之处： (1)加工范围不受材料物理、机械性能的限制，[1]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。
特种加工是20世纪40年代发展起来的，由于材料科学、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。
写出五种特种加工的方法
写出五种特种加工的方法一、电火花加工⒈ 加工原理电火花加工是利用工具电极和工件电极之间的脉冲放电产生的高温，去除工件上多余的材料，使工件达到预定的尺寸和表面粗糙度要求。
有两种在生产中应用最广泛的电火花加工方法。
一种是用一定形状的电极工具(常用的电极工具是石墨、铜或其合金)进行电火花穿孔或电火花成型；另一种是用灯丝(一般是钼丝、钨丝或铜线)电极加工二维轮廓形状的WEDM。
WEDM还可以根据电极丝的走丝速度分为两种:快走丝和慢走丝。
⒉ 工艺特点及应用范围电火花加工工具不与工件直接接触，没有切削力，所以对机床加工系统的刚性要求不高；电火花加工可以加工任何由导电材料制成的工件，不受工件材料的强度、硬度、脆性和韧性的影响。
为耐热钢、淬火钢、硬质合金等耐火材料的加工提供了有效的加工手段。
电火花加工应用广泛，如加工各种孔、曲孔、微小孔和曲腔、切割、刻字和表面强化等。
二、电解加工⒈ 加工原理电解加工是通过金属在电解液中的电化学阳极溶解，对工件进行加工成型。
⒉ 工艺特点及应用范围电解加工的生产效率极高，约为电火花加工的5~10倍；电解加工可以加工形状复杂的型面（例如汽轮机叶片）或型腔（例如模具）；电解加工中工具不和工件直接接触，加工中无切削力作用，加工表面无冷作硬化，无残余应力，加工表面周边无毛刺，能获得较高的加工精度和表面质量，表面粗糙度ra可达0.2~1.25μm，工件的尺寸误差可控制在范围内；电解加工中工具电极无损耗，可长期使用。
电解存在的主要问题是:电解液过滤和循环装置庞大，占地面积大；(2)电解液具有腐蚀性，因此对机床和设备应采取仔细的防腐措施。
电解加工广泛用于加工孔、轮廓、空腔、枪管膛线等。
，常用于倒角和去毛刺。
另外，电化学加工和切削加工的结合(如电解磨削、电解珩磨、电解磨削等。
)往往能取得良好的加工效果。
三、激光加工1. 加工原理激光的亮度极高，方向性极好，波长的变化范围小，可以通过光学系统把激光聚集成一个极小的光束，其能量密度可达108~1010w/cm2（金属达到沸点所需的能量密度为 105~106w/cm2）。
特种加工
第一章特种加工的定义:特种加工是除了只单独利用机械能进行加工以外的所有加工方法的总和，其可以利用电能、热能、流体能、光能、声能、化学能、机械能等特种加工的特点:1）不只用机械能，与工件的机械性能无关。
故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的材料。
2）非接触加工。
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。
加工余量微细，可加工微孔或窄缝，加工质量好。
4）无机械应变或大面积的热应变，表面粗糙度好，热应力、残余应力、冷作硬化等小，尺寸稳定性好。
5）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第二章电火花加工原理：基于电火花腐蚀原理,在工具电极和工件相互靠近时,极间形成脉冲性火花放电,在电火花通道中产生瞬间高温,使金属局部融化,甚至汽化,从而将金属蚀除下来,以达到尺寸、形状和表面质量的预定加工要求。
电火花加工特点:1 难加工导电材料的加工2特殊及复杂形面的加工3只能加工导电材料4 加工速度慢5电极有损耗电火花加工分类: 1电火花穿孔、成型2电火花线切割3电火花内外圆和成型加工4电火花同步共轭回转加工5电火花高速打小孔6电火花表面强化、刻字电火花加工微观机理:一、极间介质的电离、击穿，形成放电通道二、介质的热分解、电极熔化气化和热膨胀三、电极材料的抛出四、介质的消电离为了改善电火花加工的条件，一种办法是使电极振动，以加强排屑作用；另一种办法是对工作液进行强迫循环过滤，以改善间隙状态自动进给调节系统的基本组成:比较环节放大环节执行环节测量环节电火花加工的应用:冲压模穿孔加工型腔模成型加工其他电火花加工电火花加工的准备工作: 电极的准备(电极准备电极设计电极制造) 工件的准备电极制造:切削加工线切割加工电铸加工第三章电火花线切割电火花线切割加工是电火花加工的基础上发展起来的一种工艺形式，是用线状电极（钼丝或铜丝）靠电火花放电腐蚀对工件进行切割，简称线切割是利用一根运动的细金属丝为工具电极的负极，工件接在正极，中间注入工作液，使电极丝与工件之间产生电火花放电腐蚀，从而进行切割。
特种加工
8.1 8.2
特种加工概述 特种加工方法
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第1节
特种加工概述
特种加工是指除常规切削加工以外的新的加工方法， 这种加工方法利用电、磁、声、光、化学等能量或其各种 组合作用在工件的被加工部位上，实现对材料的去除、变 形、改变性能和镀覆，从而达到加工目的。
8.1.1 特种加工的产生和发展
1.特种加工的产生 材料愈来愈难加工，零件结构和形状愈来愈复杂、对表 面粗糙度和精度的要求愈来愈高，因而对机械制造部门提出 了加工超硬材料、复杂表面和超精零件等一系列新的要求。
图8-1电火花加工原理示意图
1—工具电极 2—工作液箱 3—工件电极 4—工作液 5—绝缘垫 6—伺服电机
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图8-2 电火花线切割工作原理示意图
1—进电装置 2—导向轮 3—金属丝 6—Y轴步进电动机 4—工件 5—X轴步进电动机 8—纵向工作台 7—横向工作台
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图8-3 电解加工示意图
8.2.3 电解加工
电解加工（简称ECM）是电化学加工中的主要加工方法， 已成功应用于国防、航空航天、汽车、拖拉机等领域的工业 生产。 1.电解加工的原理 电解加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解原理 将工件加工成形的，如图8-3所示为加工示意图。 电解加工的成形原理如图8-4所示。 电解加工的基本设备包括直流设备、电解加工机床和电 解液系统三个部分。
2.激光加工的特点和应用 1）由于激光加工的功率密度高，几乎可以加工任何材 料； 2）激光束可调焦到微米级，其输出功率可以调节，因 此，激光可用于精细加工；
3）激光属非接触式加工，无明显机械切削力，因而具 有无工具损耗、加工速度快、热影响区小、热变形和加工 变形小，易实现自动化等优点； 4）能透过透视窗孔对隔离室或真空室内理图
§10-2 特种加工技术
加工时，工具以一定的静压力压在工件上， 加工区域送入磨粒悬浮液。超声波发生器产 生超声频电振荡，通过超声换能器将其转变 为超声频机械振动，借助于振幅扩大棒把振 动位移振动放大，驱动工具振动。材料的碎 除主要靠工具端部的振动直接锤击处在被加 工表面上的磨料，通过磨料的作用把加工区 域的材料粉碎成很细的微粒，从材料上碎除 下来。由于磨料悬浮液的循环流动，磨料不 断更新，并带走被粉碎下来的材料微粒，工 具逐渐伸入到材料中，工具形状便复现在工 件上，工具材料常用不淬火的45钢，磨料常 用碳化硼或碳化硅、氧化铝、金刚砂粉等。
(3)电化学加工 利用电能转化为化学能进行加工，如电解加 工、电镀、刷镀、镀膜和电铸加工等。 (4)激光加工 利用激光光能转化为热能进行加工。 (5)化学加工 利用化学能或光能转换为化学能进行加工， 如化学铣削和化学刻蚀(即光刻加工)等。 (6)复合加工 将机械加工和特种加工叠加在一起就形成复 合加工。如电解磨削、超声电解磨削等。
(2)超声波加工的特点和应用 超声波磨料流加工适宜加工各种硬脆材料，尤 其是电火花加工和电解加工无法加工的不导电 材料和半导体材料，如玻璃、陶瓷、半导体、 宝石、金刚石等。对于硬质的金属材料，如淬 硬钢、硬质合金等，虽可进行加工，但效率低。 近十几年来，超声波加工与传统的切削加工技 术相结合而形成的超声波振动切削技术得到迅 速的发展，并在生产实际中得以广泛的应用。 超声波车削、超声波磨削、超声波钻孔等在金 属材料，特别是难加工材料的加工中取得良好 的效果。加工精度、加工表面质量显著提高。
3)特种加工中，工具的硬度和强度可以低于工 件的硬度和强度，因为它主要不是靠机械力 来切削，同时工具的损耗很小，甚至无损耗， 如激光加工、电子束加工、离子束加工等。 适于加工脆性材料、高硬材料、精密微细零 件、薄壁零件、弹性零件等易变形零件。
特种加工
1、特种加工的概念：特种加工是指利用光、电、声、热、化学、磁、原子能等能源或其组合施加到工件被加工的部位上，从而实现材料去除的加工方法，也称为非传统加工方法(NTM，Non Traditional Machining)。
2、特种加工与传统机械切削加工不同之处：(1)主要依靠机械能以外的其他能量(如电能、热能、光能、声能以及化学能或其组合等)来去除工件材料。
（2）工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度，在某些情况下，如在激光加工、电子束加工、离子束加工等加工过程中，根本不需要使用任何工具。
（3）在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用，工件不承受机械力，特别适合于精密加工低刚度零件。
1电火花加工：电火花加工是利用工具和工件两极间脉冲放电时局部瞬时产生的高温把金属熔化、汽化去除来对工件进行加工的一种方法。
2、电火花加工的原理：电火花加工的原理是基于工具和工件(正、负电极)之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。
研究结果表明，电火花腐蚀的主要原因是：电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、汽化而被蚀除掉，形成放电凹坑。
3、电火花加工机理的四个阶段：极间介质的击穿形成放电通道；介质热分解，电极材料熔化、汽化及热膨胀；电极材料的抛出；极间介质消电离。
4、极性效应：在电火花加工过程中，相同材料两电极的电蚀量是不同的，其中一个电极比另一个电极的电蚀量大，这种现象叫做极性效应。
5、电火花加工按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大致可分为电火花穿孔成型加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字六大类6、二次放电：二次放电是指已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电，其主要后果是在加工深度方向的侧面产生斜度和使加工棱角边变钝。
特种加工
特种加工：特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。
电火花加工：利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工极性效应：电火花加工时，相同材料两电极的被腐蚀量是不同的。
其中一个电极比另一个电极的蚀除量大，这种现象叫做极性效应。
电火花线切割：在电火花加工的基础上发展的一种工艺，是用线状电极靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割。
极间介质消电离：极间介质的消电离在电火花放电加工过程中产生的电蚀产物如果来不及排除和扩散,那么产生的热量将不能及时传出,使该处介质局部过热,局部过热的工作液高温分解,结碳,使加工无法进行,并烧坏电极混气电解加工：是将具有一定压力的气体与电解液按一定比例混合在一起,然后将这种混合物加入到工件的加工间隙中去进行电解加工的一种方法。
P101电化学加工：利用电化学反应(或称电化学腐蚀)对金属材料进行加工的方法。
阳极溶解：阳极被氧化而溶解的现象p4阴极沉淀：p4 电极极化：p83电化学钝化：在金属表面形成一层薄的氧化物层，使金属腐蚀速率大大降低的过程。
电解加工:是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解，将工件加工成型的。
电解抛光：是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解对工件表面进行腐蚀抛光的，他只是一种表面光整得加工方法，用于降低工件的表面粗糙度和改善表面物理力学性能，而不用于对工件进行形状和尺寸加工。
P109电解磨削：电解加工与机械磨削相结合的特种加工。
P111电铸加工：利用金属的电解沉积原理来精确复制某些复杂或特殊形状工件的特种加工方法。
P120涂镀加工：在金属工件表面局部快速电化学沉积金属的技术。
P123激光加工：是利用光的能量，经过透镜聚焦，在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工各种材料。
特种加工
特种加工特种加工方法区别于传统切削加工方法，而是利用化学、物理(电、声、光、热、磁)或电化学方法对工件材料进行去除的一系列加工方法的总称。
应用范围:具有高硬度、高强度、高脆性或高熔点的各种难加工材料零件的加工，具有较低刚度或复杂曲面形状的特殊零件的加工等。
主要技术:电火花加工、电解加工、超声波加工、高能束加工。
特点：1.不存机械切削应力。
2.加工用的工具硬度3.加工具有特殊要求的零部件。
4.加工出高精度之加工表面。
5.加工出复杂形状表面。
6.部分加工方法可以複合使用。
一.电火花加工原理：电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温，熔蚀工件材料来获得工件成形的．电火花加工原理放电加工是将工件和电极同时浸入介电液中，用特殊电源供给直流脉冲，电源正负极各接于工件和电极上，电极与工件由伺服机构控制，而维持一小间隙，距离最短之处，因介电液的绝缘破坏而产生火花。
反复不停放电直到工件被加工出与电极形状相反之凹穴出现为止。
放电加工特点和应用范围优点：1.能导电即可进行放电加工2.避免硬化变形3.加工断裂在工件内之螺丝攻或钻头4.电极与工件不接触，故不产生切削应力5.没有毛边6.加工薄且脆之工件7.镜面加工8.可自动化，一个人可同时操作数台机器9.切削加工复杂复杂形状之工件10.可制作完全吻合之上下模缺点:1.工件需能导电2.加工是相当慢的3.生成较硬且脆的变质层，微细裂缝产生4.电极会消耗，需准备较多的电极5.操作人员需要相当经验放电加工用的脉冲电源1. 高低压复合波脉冲电源2. 矩形波分组脉冲电源3. 阶梯波脉冲电源放电加工机的种类其用途可分为雕模放电加工机、线切割放电加工机及深孔放电加工机三种，对特殊用途而制作放电切断加工机、轧辊刻印加工机、微放电加工机。
分类：电火花成形加工机床；电火花线切割机床．电火花产品1 产品2 电火花加工过程演示线切割加工二.电解加工利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理，去除工件材料的特种加工。
特种加工
特种加工一、定义：特种加工是指直接利用电能、热能、光能、声能及化学能等来去除工件毛坯多余材料，从而获得符合要求的零件的加工过程。
1944年，由前苏联拉扎林柯夫妇发明了电火花加工，首次摆脱传统切削加工方法，直接利用电能和热能来去除金属材料，获得“以柔克刚”的效果，二战后，随生产发展和科学实验的需要，对产品的要求越来越严，材料越来越硬而难以加工，零件形状复杂，表面精度、粗糙度和某些特殊要求愈来愈高，对机械制造部门提出了新的要求：（1）解决各种难切削材料的加工问题如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、金刚石、宝石、石英以及锗、硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工。
（2）解决各种特殊复杂表面的加工问题如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣和锻压模、注射模的立体成型表面，各种冲模、冷拔模上特殊截面的型孔，炮管内膛线，喷油嘴、栅网、喷丝头上的小孔、窄逢等的加工。
（3）解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题如对表面质量和精度要求很高的航天、航空陀螺仪、伺服阀，以及细长轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零件的加工。
二、与传统加工的区别：传统加工（即切削加工）的本质和特点：一是靠刀具材料比工件更硬；二是靠机械能不工件上多余的材料切除。
与之不同点：1不是主要依靠机械能，而是主要利用其他能量来去除材料。
2工件的硬度可以低于被加工工件的材料硬度。
3加工过程中工具和工件不接触，两者之间基本没有宏观机械作用力，因而工件不易产生加工变形。
三、分类：特种加工按原理可分为物理加工和化学加工。
在生产中主要有电火花加工、电解加工、激光加工、电子束加工、离子束加工及超声波加工等。
有些用于减小表面粗糙度或改善表面性能的工艺，前者如电解抛光、化学抛光、离子束抛光等，后者如电火花表面强化、镀覆、刻字，激光表面处理、改性，电子束曝光，离子镀、离子束注入掺杂等。
有些不属于尺寸加工的，如放电成形加工、电磁成形加工、爆炸成形加工及放电烧结等等。
4-1特种加工
三. 超声波加工 1.加工的基本原理
超声波加工是磨粒在超声振动下的机械冲 击和抛磨作用与超声空化的综合结果，其 中磨粒的连续冲击作用是主要的。
如图所示
关键元件
2. 超声波加工机简介
3. 超声波加工的特点及应用 （1）主要适用于加工各种不导电的脆性材料。 如玻璃、陶瓷、半导体
及难加工材料：硬质合金、高温及难熔合金。
加工中工具电极损耗很小，可获得高的加工精 度高；可加工小孔、小槽、窄缝，凸、凹模加 可工可一次完成，多个工件可叠起来加工，但 不能加工盲孔和立体成型表面。
电火花加工的局限性 ①主要加工金属等导电材料，但在一定条件
下也可以加工半导体和非导体材料； ②一般加工速度较慢； ③存在电极损耗； ④最小角部半径有限制。
③机床结构简单、但生产率较低。
（3）应用
①不导电硬脆材料、也可加工各种高硬度 与高强度的金属材料。
②要求较高的模具的抛磨精加工。
七、复合加工
如超声电解加工、超声电火花加工；超 声切削已应用于车、铣、刨、磨及攻丝 等，都取得了很好的效果。
3. 特点及应用
（1）主要用于加工硬、脆、韧、软、高熔点的导电材 料——
离子束经加速与聚焦，使之打到工件表面。离子 带正电荷，其质量比电子大千、万倍,比电子束 具有更大的撞击动能，它是靠微观的机械撞击能 量而不是靠动能转化为热能来加工的。 加速到1万～几万电子伏特---离子铣削 加速到几十万电子伏特---离子镀膜 、离子注入
⑵离子束加工特点
①离子柬流密度与离子能量可精确控制，可进行
是利用工具做高 频振动时,磨料对 工件的撞击\抛磨 及超声波的空化作 用,使工件成形的 一种工艺方法。
⑴基本原理
机械撞击 抛磨作用 空化作用
特种加工
电火花编制程序如下： AM1 G92 X0 Y0
G41 D85 G01 X3427 Y9416
G01 X-14698
G01 X-50025 G01 X-50025 G02 X-50025
Y16013
Y16013 Y9795 Y-9795 I -9975 J -9795
G01 X-50025 Y-16013 G01 X-14698 Y-16013 G01 X3427 Y-9416 I-3427 J 9416
三、电解加工
电解加工又叫化学加工，它是利用金属产生阳极溶解 的原理将工件加工成形的。
电解加工方法具有以下特点： （1）加工范围广 （2）电解加工的生产率较高
（3）可以达到较好的表面质量
（4）加工过程不存在机械切削力 （5）工具基本没有损耗
（二）电解加工设备
包括直流电源、机床及电解液系统三大部分
1、直流电源 2、机床 （1）要有足够的刚度 （2）要有稳定的进给速度
（一）电火花加工的工作原理
电火花加工的原理是基于工具电极和工件（正、负电
极）之间脉冲性放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属， 以达到对零件的尺寸、形状及表面质量的加工要求。按加 工过程中工具电极和工件的相对运动方式和用途的不同， 电火花加工可分为型腔加工、穿孔加工等。
电火花加工的特点及应用
1、电火花加工的优点 （1）适合于难切削材料的加工，可以加工硬韧性材料。 （2）可以加工特殊及复杂形状的零件。 2、电火花加工的缺点
（一）机床的基本组成
电火花切割机床由工作台、走丝机构、供液系统、脉冲主要作用是：
① 对放电通道的压缩作用；
② 对电极丝和加工屑的冷却作用； ③ 对放电区的消电离作用； ④ 对放电产物的清除作用； 脉冲电源
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10.1 概 述
特种加工不是主要依靠机械能，而是主要利用电能、热能、声能、光能、电化
学能等能量或其复合以实现材料去除的加工方法。 1.特种加工的特点 （1）加工范围不受材料的物理、机械性能的限制，能加工任何软、硬、脆、耐 热或高熔点金属以及非金属材料，适应性强，范围广。 （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、热影响区以及毛 刺等均比较小。 （4）两种或两种以上不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工。 2.特种加工的分类 （1）电火花加工 分为电火花成型加工和电火花线切割加工等。 （2）电化学加工 分为电解加工、电解磨削、电镀、涂镀等。 （3）激光加工 分为激光切割、打孔、打标记和激光表面处理等。 （4）电子束加工 分为切割、打孔、焊接等。 （5）离子束加工 分为蚀刻、镀覆、注入等。 （6）等离子加工 主要为等离子切割。
电火花线切割加工与电火花成形加工都是直接利用电能对金属材料进行加工 的，同属蚀除加工，其加工原理相似。线切割加工是利用不断运动的电极丝与工 件之间产生火花放电，从而将金属蚀除下来，实现轮廓切割，如图10.3所示。
2．电火花线切割加工的特点 与电火花成形加工相比，电火花线切割加工有如下特点： （1）不需要单独制造电极。 （2）一般不需考虑电极损耗。 （3）能加工精密细小、形状复杂的通孔零件或零件外形。 （4）不能加工盲孔。 3．线切割机床的分类 1）按切割的轨迹分类 按线切割加工的轨迹可以将其分为直壁切割、锥度切割和上下异形面线切割加工。 （1）直壁切割 是指电极丝运行到切割段时，其走丝方向与工作台保持垂直关系。 （2）锥度切割 锥度切割又分为圆锥面切割和斜（平）面切割。（3）上下异形 面切割 在前两种切割中，工件的上下表面的轮廓是相似的，而在上下异形面切 割中，工件的上下表面的轮廓不是相似的。
10.3 线切割加工
线切割加工主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件, 例如花键套、凸 模、凹模等。它是在电火花穿孔、成形加工的基础上发展起来的。它不仅使电火 花加工的应用得到了大力发展，而且在某些方面已取代了电火花穿孔、成形加工。 目前，线切割机床已占电火花机床的大部分。 10.3.1电火花线切割加工的原理、特点和分类 1.电火花线切割加工的原理
这样以很高的频率连续不断地放电，工件不断地被蚀除。工件加工表面形 成无数个相互重叠的小凹坑组成，如图10.2所示。所以电火花加工是大量的微小 放电痕迹逐渐累积而成的去除金属的加工方式。 2.电火花加工的主要特点 （1）电火花加工是一种腐蚀作用，电极与工件材料的相对硬度上没有必须的要 求，工具电极的材料硬度可以比工件材料的硬度低。 （2）电火花加工没有机械力作用，工件加工完后不会产生变形。
（1）脉冲宽度 当其它参数不变时，增大脉宽，工具电极损耗减小，生产率 提高，加工稳定性变好。但是，应该针对不同的电极材料、不同的工件材料和加 工要求，选择合适的脉冲宽度；（2）脉冲间隔 脉冲间隔减小，放电频率提高， 生产率相应提高；（3）脉冲能量 在正常情况下，蚀除速度与脉冲能量成正比。 3）、雕刻等。 （8）化学加工 分为化学铣削、化学抛光和光刻等。 （9）液流加工 分为挤压珩磨、水射流切割等。
本章中仅就常见的电火花加工和线切割加工进行阐述。
10.2电火花加工
电火花加工是通过工件和工具电极相互靠近时极间形成脉冲性火花放电，在电火 花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属腐蚀下来，达 到按要求改变材料的形状和尺寸的加工工艺。 1.电火花加工过程 电火花加工过程大致分为以下几个阶段： （1）极间介质的电离、击穿，形成放电通道，如图10.1（a）所示； （2）电极材料的熔化、气化热膨胀，如图10.1（b）、（c）所示； （3）电极材料的抛出，如图10.1（d）所示； （4）极间介质的消电离，如图10.1（e）所示。
电火花成形加工机床也称电火花成形机。它主要由机械部分；脉冲电源；工 作液循环处理系统等组成。 5.影响电火花加工的主要因素 1）极性效应
在电火花成形加工中，工件材料在被逐渐蚀除的同时，工具电极材料也在被 蚀除。但是，二者的蚀除量是不同的——即使正、负两电极使用同一材料，这种 现象就叫做极性效应。若工件与电源的阳极相接，则称为阳极性加工；若工件与 电源的阴极相接，则称为阴极性加工。 2）电参数的影响
6.电火花成形加工的主要加工方法 电火花成形加工方法主要有穿孔加工方法和型腔加工方法。 7.电火花加工的工作液选择 电火花加工最常用的工作液为煤油，其次是机油、锭子油。 1）工作液的作用 （1）压缩放电通道，使放电能量高度集中在极小的区域内，既加强蚀除效果， 又提高放电仿形的精确度；（2）加速电极间隙的冷却，有助于防止金属表面局 部热量积累，防止烧伤和电弧放电的产生；（3）加剧放电的流体动力过程，有 助于金属的抛出，加速了电蚀产物的排除；（4）有助于加强电极表面的覆盖效 应和改变工件表面层的物理化学性能。 2）对工作液的要求 （1）工作液应具有一定的绝缘性。 （2）有较好的冷却性能。 （3）有较好的洗涤性能，利于排屑。 （4）有较好的防锈性能，利于机床维护和工作防锈。 （5）工作液对人体应无害。工作时，不放出有害气体。
（3）连续进行粗、半精和精加工。 （4）易于实现控制和加工自动化。 （5）工具电极的制造有一定难度。 （6）只适用于导电材料的工件。 （7）电火花加工效率较低。 3.电火花加工的应用 （1）加工各种形状复杂的型腔和型孔。 （2）电火花加工常作为模具工作件淬火后的精加工工序。 （3）可以用作模具工作件的表面强化手段。 （4）可以进行电火花磨削。 （5）电火花加工可以刻字和刻制图案。 4.电火花成形加工设备