金属材料及机械制造工艺项目五特种加工设备及加工方法的选择
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后来，由于各种先进技术的不断应用，产生了多种有别 于传统机械加工的新加工方法。这些新加工方法从广义上定 义为特种加工，也被称为非传统加工技术，其加工原理是将 电、热、光、声、化学等能量或其组合施加到工件被加工的 部位上，从而实现材料去除。
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
1.2 特种加工的特点
与传统的机械加工相比，特种加工的不同点是： (1) 不是主要依靠机械能，而是主要利用其他能量(如电、 化学、光、声、热等)去除金属材料。 (2) 加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削 力，故加工的难易与工件硬度无关。 (3) 各种加工方法可以任意复合、扬长避短，形成新的 工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。如目前的 电解电火花加工(ECDM)和电解电弧加工(ECAM)就是两种 特种加工复合而形成的新加工方法。
用于在金属零件上快速加工深、细 小孔
从细小零件到上吨重的超大型工 件及模具，如仪表微型轴、蜗轮叶片、 炮管膛线等
硬质合金等难加工材料的磨削，以 及超精光整研磨、珩磨
加工、切割脆硬材料，如玻璃、石 英、宝石、金刚石、半导体等
精密加工小孔、窄缝及成型加工、 刻蚀；还可用于焊接、热处理
在各种难加工材料上打微孔、切 缝、蚀刻、焊接等，常用于中、大规 模集成电路微电子器件
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
随着社会生产的需要和科学技术的进步，20世纪40年代， 科学家在研究火花放电时开关触点遭受腐蚀损坏的现象，发 现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、汽化而被蚀除掉， 于是开创和发明了电火花加工方法，用铜丝在淬火钢上加工 出小孔，即用软的工具加工硬的金属材料，首次摆脱了传统 的切削方法，直接利用电能和热能来去除金属，获得了“以 柔克刚”的效果。
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件 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，甚至汽化，从而将金属 蚀除下来。如图5-1所示，电火花放电时两电极表面的金属 材料被蚀除下来的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5-1(a) 所示。
(2) 火花放电，电极材料的熔化、汽化热膨胀，如图51(b)、(c)所示。
(3) 电极材料的抛出，如图5-1(d)所示。 (4) 加工液流入放电间隙，将电蚀产物及残余的热量带 走，并恢复绝缘状态，如图5-1(e)所示。
在特种加工范围内还有一些属于改善表面粗糙度或表面 性能的工艺，如电解抛光、化学抛光、电火花表面强化、镀 覆、刻字等。
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
表5-1 常用特种加工方法的综合比较
序号 加工方法
可加工材料
尺寸精度/mm 平均/最高
电火花 1 成型加工
0.03/0.003
电火花线 任 何 导 电 的 2 切割加工 金属材料，如硬 0.02/0.002
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
正因为特种加工工艺具有上述特点，所以就总体而言， 特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属或非 金属材料，且专长于加工复杂、微细表面、高硬度和低刚度 的零件。
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
1.3 特种加工的分类
特种加工的分类还没有明确的规定，一般按能量来源和 作用形式以及加工原理分类。常用特种加工方法的综合比较 见表5-1。
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
项目五 特种加工设备及 加工方法的选择
任务1 特种加工概述 任务2 电火花加工 任务3 电化学加工 任务4 超声波加工 任务5 高能束加工
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
【知识目标】 1. 了解特种加工的原理及特点； 2. 理解电火花特种加工方法的特点及工艺方法； 3. 了解电化学加工、超声波加工、高能束加工的原理及 工艺特点。 【能力目标】 具有根据零件的要求合理选择相应的特种加工设备及加 工方法的能力。
5/0.32 较低 1.25/0.16 1.25/0.04 0.63/0.16 10/1.25 10/1.25 /0.01
主要适用源自文库围
从数微米的孔槽到数米的大型模 具、工件等，如圆孔、方孔、异形孔、 微孔、弯孔、深孔及各种模具；还可 用于刻字、表面强化、涂覆加工
切割各种模具及零件、各种样板 等，常用于钼、钨、半导体材料或贵 重金属的切割
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
进入20世纪50年代以后，随着生产和科技的发展，许多 工业部门，特别是国防工业部门要求尖端科技产品向高精度、 高速度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展，它们所 使用的材料愈来愈难加工，零件形状愈来愈复杂，表面精度、 粗糙度和某些特殊要求也愈来愈高。为解决上述一系列工艺 问题，人们相继探索研究新的加工方法。特种加工就是在这 种条件下产生和发展起来的。
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
任务1 特种加工概述 1.1 特种加工的产生及发展
传统的机械切削加工已有很久的历史。切削加工的本 质和特点是：一是利用的刀具材料比工件更硬；二是利用机 械能把工件上多余的材料切除。但是当工件材料愈来愈硬， 加工表面愈来愈复杂时，原先行之有效的切削加工对保证生 产率和加工质量已力不从心，甚至变得无能为力了。于是人 们开始探索其他加工方法。
3
电火花高速 穿孔加工
质合金、不锈 钢、淬火钢、钛 合金等
较低
4 电解加工
0.1/0.01
5 电解磨削
0.02/0.001
6 超声加工 任何脆性材料 0.03/0.005
7 激光加工
0.01/0.001
8 电子束加工 任何材料 0.01/0.001
9 离子束加工
/0.01
表面粗糙度 Ra /μm 10/0.04
对零件表面进行超精密加工、抛 光、刻蚀、镀覆等
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
任务2 电 火 花 加 工
2.1 电火花加工概述
2.1.1 电火花加工的基本原理 电火花加工又称放电加工(简称EDM)，它是一种利用电、
热能量对金属进行加工的方法，其加工过程与传统的机械加 工完全不同。在电火花加工过程中，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 属蚀除掉。
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
1.2 特种加工的特点
与传统的机械加工相比，特种加工的不同点是： (1) 不是主要依靠机械能，而是主要利用其他能量(如电、 化学、光、声、热等)去除金属材料。 (2) 加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削 力，故加工的难易与工件硬度无关。 (3) 各种加工方法可以任意复合、扬长避短，形成新的 工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。如目前的 电解电火花加工(ECDM)和电解电弧加工(ECAM)就是两种 特种加工复合而形成的新加工方法。
用于在金属零件上快速加工深、细 小孔
从细小零件到上吨重的超大型工 件及模具，如仪表微型轴、蜗轮叶片、 炮管膛线等
硬质合金等难加工材料的磨削，以 及超精光整研磨、珩磨
加工、切割脆硬材料，如玻璃、石 英、宝石、金刚石、半导体等
精密加工小孔、窄缝及成型加工、 刻蚀；还可用于焊接、热处理
在各种难加工材料上打微孔、切 缝、蚀刻、焊接等，常用于中、大规 模集成电路微电子器件
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
随着社会生产的需要和科学技术的进步，20世纪40年代， 科学家在研究火花放电时开关触点遭受腐蚀损坏的现象，发 现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、汽化而被蚀除掉， 于是开创和发明了电火花加工方法，用铜丝在淬火钢上加工 出小孔，即用软的工具加工硬的金属材料，首次摆脱了传统 的切削方法，直接利用电能和热能来去除金属，获得了“以 柔克刚”的效果。
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件 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，甚至汽化，从而将金属 蚀除下来。如图5-1所示，电火花放电时两电极表面的金属 材料被蚀除下来的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5-1(a) 所示。
(2) 火花放电，电极材料的熔化、汽化热膨胀，如图51(b)、(c)所示。
(3) 电极材料的抛出，如图5-1(d)所示。 (4) 加工液流入放电间隙，将电蚀产物及残余的热量带 走，并恢复绝缘状态，如图5-1(e)所示。
在特种加工范围内还有一些属于改善表面粗糙度或表面 性能的工艺，如电解抛光、化学抛光、电火花表面强化、镀 覆、刻字等。
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
表5-1 常用特种加工方法的综合比较
序号 加工方法
可加工材料
尺寸精度/mm 平均/最高
电火花 1 成型加工
0.03/0.003
电火花线 任 何 导 电 的 2 切割加工 金属材料，如硬 0.02/0.002
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
正因为特种加工工艺具有上述特点，所以就总体而言， 特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属或非 金属材料，且专长于加工复杂、微细表面、高硬度和低刚度 的零件。
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
1.3 特种加工的分类
特种加工的分类还没有明确的规定，一般按能量来源和 作用形式以及加工原理分类。常用特种加工方法的综合比较 见表5-1。
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
项目五 特种加工设备及 加工方法的选择
任务1 特种加工概述 任务2 电火花加工 任务3 电化学加工 任务4 超声波加工 任务5 高能束加工
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
【知识目标】 1. 了解特种加工的原理及特点； 2. 理解电火花特种加工方法的特点及工艺方法； 3. 了解电化学加工、超声波加工、高能束加工的原理及 工艺特点。 【能力目标】 具有根据零件的要求合理选择相应的特种加工设备及加 工方法的能力。
5/0.32 较低 1.25/0.16 1.25/0.04 0.63/0.16 10/1.25 10/1.25 /0.01
主要适用源自文库围
从数微米的孔槽到数米的大型模 具、工件等，如圆孔、方孔、异形孔、 微孔、弯孔、深孔及各种模具；还可 用于刻字、表面强化、涂覆加工
切割各种模具及零件、各种样板 等，常用于钼、钨、半导体材料或贵 重金属的切割
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
进入20世纪50年代以后，随着生产和科技的发展，许多 工业部门，特别是国防工业部门要求尖端科技产品向高精度、 高速度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展，它们所 使用的材料愈来愈难加工，零件形状愈来愈复杂，表面精度、 粗糙度和某些特殊要求也愈来愈高。为解决上述一系列工艺 问题，人们相继探索研究新的加工方法。特种加工就是在这 种条件下产生和发展起来的。
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
任务1 特种加工概述 1.1 特种加工的产生及发展
传统的机械切削加工已有很久的历史。切削加工的本 质和特点是：一是利用的刀具材料比工件更硬；二是利用机 械能把工件上多余的材料切除。但是当工件材料愈来愈硬， 加工表面愈来愈复杂时，原先行之有效的切削加工对保证生 产率和加工质量已力不从心，甚至变得无能为力了。于是人 们开始探索其他加工方法。
3
电火花高速 穿孔加工
质合金、不锈 钢、淬火钢、钛 合金等
较低
4 电解加工
0.1/0.01
5 电解磨削
0.02/0.001
6 超声加工 任何脆性材料 0.03/0.005
7 激光加工
0.01/0.001
8 电子束加工 任何材料 0.01/0.001
9 离子束加工
/0.01
表面粗糙度 Ra /μm 10/0.04
对零件表面进行超精密加工、抛 光、刻蚀、镀覆等
项目五 特种加工设备及加工方法的选择
任务2 电 火 花 加 工
2.1 电火花加工概述
2.1.1 电火花加工的基本原理 电火花加工又称放电加工(简称EDM)，它是一种利用电、
热能量对金属进行加工的方法，其加工过程与传统的机械加 工完全不同。在电火花加工过程中，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 属蚀除掉。