精密与特种加工

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电解加工
电解加工是利用金属在电解液中发生 阳极溶解的电化学反应原理，将金属材料 加工成形的一种方法。
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电解加工
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电解加工原理
零件接直流电源的 正极，工具接负极， 两极间保持较小的 间隙(通常为 0.02mm～0.7mm)， 电解液以一定的压 力(0.5MPa～2MPa) 和速度(5m/s～ 50m/s)从间隙间流 过。
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电火花加工装置原理图
1—脉冲发生器 2—自动进 给调节装置 3—工具电极 4—零件 5—工作液
火花放电的同时，在放电通道中瞬时产生 大量的热，达到很高的温度(10000℃以上)，使 零件和工具表面局部材料熔化甚至气化而被蚀 除下来，形成一个微小的凹坑。
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电火花加工装置原理图
1—脉冲发生器 2—自动进 给调节装置 3—工具电极 4—零件 5—工作液
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加工原理
零件旋转，磨具以恒力轻压于零件表面， 作轴向进给的同时作轴向微小振动，从而对 零件微观不平的表面进行光磨。
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加工原理
油石 油膜 零件
超精加工
超精加工
加工过程中，在油石和零件之间注入光磨液 (一般为煤油加锭子油)，一方面为了冷却、润滑 及清除切屑等，另一方面为了形成油膜，以便自 动终止切削作用。
多次放电的结果，就使零件表面形 成许多非常小的凹坑。电极不断下降， 工具电极的轮廓形状便复印到零件上， 这样就完成了零件的加工。
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电火花加工的特点及应用
电火花加工适用于导电性较好的金属材料的加工 而不受材料的强度、硬度、韧性及熔点的影响， 因此为耐热钢、淬火钢、硬质合金等难以加工材 料提供了有效的加工手段，又由于加工过程中工 具与零件不直接接触，故不存在切削力，从而工 具电极可以用较软的材料如纯铜、石墨等制造， 并可用于薄壁、小孔、窄缝的加工，而无须担心 工具或零件的刚度太低而无法进行，也可用于各 种复杂形状的型孔及立体曲面型腔的一次成形， 而不必考虑加工面积太大会引起切削力过大等问 题。
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电火花加工机床
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电火花加工的应用
电火花加工的应用 范围很广，它可以用来 加工各种型孔、小孔， 如冲孔凹模、拉丝模孔、 喷丝孔等；可以加工立 体曲面型腔，如锻模、 压铸模、塑料模的模膛； 也可用来进行切断、切 割、以及表面强化、刻 写、打印铭牌和标记等。
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电火花切割加工装置示意图
1—绝缘底板 2—零件 3— 脉冲电源 4—电极丝 5—导 向轮 6—支架 7—贮丝筒
如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣和锻压 面的立体成型表面，各种冲模上特殊断面的型孔，炮 筒内膛线，喷油嘴、栅网、喷丝头上的小孔
③ 解决各种超精、光整或具有特殊要求零件的加工问题
如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。
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电火花加工
磨膏—由磨料（氧化铬、氧化铁等） 和油酸、软脂等配制而成。
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抛光
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抛光机
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抛光轮 (具有一定弹性的软轮)
组成
毛毡 橡胶 皮革
棉制品 （压制纸板）
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抛光膏
磨料 (氧化铬、氧化铁等)
油酸
软脂
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工作原理
抛光时，将零件压于高速旋转的抛光 轮上，在抛光膏介质的作用下，金属表面 产生的一层极薄的软膜，可以用比零件材 料软的磨料切除，而不会在零件表面留下 划痕。加之高速摩擦，使零件表面出现高 温，表层材料被挤压而发生塑性流动，这 样可填平表面原来的微观不平，获得很光 亮的表面(呈镜面状)。
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电解加工的特点及应用
影响电解加工质量和生产效率的工艺 因素很多，主要有电解液(包括电解液成 分、浓度、温度、流速以及流向等)、电 流密度、工作电压、加工间隙及工具电 极进给速度等。
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电解加工的特点及应用
电解加工不受材料硬度、强度和韧性的限制， 可加工硬质合金等难切削金属材料；它能以简单的 进给运动，一次完成形状复杂的型面或型腔的加工 (例如汽轮叶片、锻模等)，效率比电火花成形加工 高5～10倍；电解过程中，作为阴极的工具理论上 没有损耗，故加工精度可达0.2mm～0.005mm； 电解加工时无机械切削力和切削热的影响，因此适 宜于易变形或薄壁零件的加工。此外，在加工各种 膛线、花键孔、深孔、内齿轮以及去毛刺、刻印等 方面，电解加工也获得广泛应用。
电火花加工是利用工具电极和 零件电极间脉冲放电时局部瞬间产 生的高温，将金属腐蚀去除来对零 件进行加工的一种方法。
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电火花加工装置原理图
1—脉冲发生器 2—自动进 给调节装置 3—工具电极 4—零件 5—工作液
脉冲发生器1的两极分别接在工具 电极3与零件4上，当两极在工作液5中 靠近时，极间电压击穿间隙而产生火花 放电。
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电火花线切割加工机床
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电火花切割的应用
① 适宜加工具有薄壁、窄槽、 异形孔等复杂结构图形的零 件。
② 适宜加工不仅有直线和圆 弧组成的二维曲面图形，还 有一些由直线组成的三维直 纹曲面，如阿基米德旋线、 抛物线、双曲线等特殊曲线 的图形的零件。
③ 适宜加工大小和材料厚度 常有很大差别的零件。技术 要求高，特别是在几何精度、 表面粗糙度方面有着不同要 求的零件。
第4章 精密加工和特种加工
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精密加工和光整加工
精密加工：是指在精加工之后从零件上切除 很薄的材料层，以提高零件精度和减小表面 粗糙度为目的的加工方法，如研磨和珩磨等。
光整加工：是指不切除或从零件上切除极薄 材料层，以减小零件表面粗糙度为目的的加 工方法，如超级光磨和抛光。
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研磨
在研具与工件之间置以研磨剂，从零件上 研去一层极薄表面层,对工件表面进行光整 加工的方法。
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加工原理
当油石最初与比较粗糙的零件表面ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ触时，虽 然压力不大，但由于实际接触面积小，压强较大， 油石与零件表面之间不能形成完整的油膜，加之切 削方向经常变化，油石的自锐作用较好，切削作用 较强。
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加工原理
随着零件表面被逐渐磨平，以及细微切屑等嵌入油石 空隙，使油石表面逐渐平滑，油石与零件接触面积逐渐增 大，压强逐渐减小，油石和零件表面之间逐渐形成完整的 润滑油膜，切削作用逐渐减弱，经过光整抛光阶段，最后 便自动停止切削作用。
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电解加工的特点及应用
电解加工的主要缺点是：设备投资较大， 耗电量大；电解液有腐蚀性，需对设备采 取防护措施，对电解产物也需妥善处理， 以防止污染环境。
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超声波加工
利用工具端面作超声频振动，使工 作液中的悬浮磨粒对零件表面撞击抛磨 来实现加工，称为超声波加工。
加工用的超声波频率为16000Hz～ 25000Hz。
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手工研磨内圆
研磨剂
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机械研磨
研具由上下两块铸铁研磨盘组成， 二者可同向或反向旋转。
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机械研磨
下研磨盘与机床转轴刚性连接，上研磨盘 与悬臂轴活动铰接，可按照下研磨盘自动调 位，以保证压力均匀。
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机械研磨
在上下研磨盘之间有一个与偏心轴相连 的分隔盘，其上开有安装零件的长槽，槽与 分隔盘径向倾斜角为8°～15°。
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电解加工原理
接通直流电源 时(电压约为5V～25V， 电流密度为10 A/cm2～100A/cm2)， 零件表面的金属材 料就产生阳极溶解， 溶解的产物被高速 流动的电解液及时 冲走。
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电解加工原理
工具电极以一定的 速度(0.5mm/min～ 3mm/min)向零件进 给，零件表面的金属 材料便不断溶解，在 零件表面形成与工具 型面近而相反的形状， 直至加工尺寸及形状 符合要求为止。
特点 研磨外圆尺寸精度可达公差等级IT6～IT5 以上，表面粗糙度可达Ra为0.1～0.08。设 备结构简单，制造方便，生产率较低，在 高精度零件和精密配合的偶件加工中，是 一种有效的方法。
3
研 磨 机
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研具材料
铸铁
软钢
黄铜 塑料或木材
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研磨剂
组成
形态
磨 料
研 磨 液
填 料
液固膏 态态状
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磨粒材料
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特种加工
直接利用电能、化学能、电化学能、 声能、光能等进行机械加工的方法。
加工范围
材料特征
工件特点
高强度 高韧性 精密细小 形状复杂
高硬度 高脆性
磁性材料 耐高温
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特种加工
电火花加工 电解加工 超声波加工 高能束加工
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特种加工应用范围 ① 解决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、石英以及褚、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：
从所用工具和设备来看，抛光最简单，研磨 和超级光磨稍复杂，而珩磨则较为复杂。
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超精密加工 指加工的尺寸精度以微米计的加工方 法的统称。是指加工精度和表面质量达到 极高精度的加工工艺。
根据所用的工具不同，超精密加工可以 分为超精密切削、超精密磨削和超精密研 磨等。
超精密加工
切削
磨削
研磨
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加工精度
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机械研磨
当研磨盘转动时，分隔盘由偏心轴带动作偏心旋 转，零件既可以在槽内自由转动，又可因分隔盘的偏 心而作轴向滑动，因而其表面形成网状轨迹，从而保 证从零件表面切除均匀的加工余量。
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研磨平面和凹槽
研磨平面
研磨凹槽
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研磨 (视频)
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珩磨
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珩磨机
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珩磨机
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珩磨具
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珩磨
珩磨是利用带有磨条的珩磨头对孔进行精 整加工的方法。
特点与应用 生产率较高；精度高。珩磨精度可达IT7～
IT5以上，表面粗糙度Ra值为0.1～0.008；
珩磨表面耐磨损；珩磨头结构较复杂。 珩磨主要用于孔的精整加工，加工范围很广， 能加工直径为5mm～500mm或更大的孔， 并且能加工深孔。珩磨还可以加工外圆、平 面、球面和齿面等。
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加工原理
珩磨时，珩磨 头上的油石以 一定的压力压 在被加工表面 上，由机床主 轴带动珩磨头 旋转并沿轴向 作往复运动(零 件固定不动)。
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加工原理
在相对运动的 过程中，磨条从 零件表面切除一 层极薄的金属， 加之磨条在零件 表面上的切削轨 迹是交叉而不重 复的网纹， 故 加工精度和表面 质量较高。
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珩磨头
往复运动 回转运动 压力 磨条
保持磨条对 孔壁的一定
压力！
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磨条材料
氧化铝
碳化硅
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珩磨液
组成
形态
煤
机
溶
水
油
油
液
剂
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小结
综上所述，研磨、珩磨、超级光磨和抛光所 起的作用是不同的，抛光仅能提高零件表面的光 亮程度，而对零件表面粗糙度的改善并无益处。 超级光磨仅能减小零件的表面粗糙度，而不能提 高其尺寸和形状精度。研磨和珩磨则不但可以减 小零件表面的粗糙度，也可以在一定程度上提高 其尺寸和形状精度。
从应用范围来看，研磨、珩磨、超级光磨和 抛光都可以用来加工各种各样的表面，但珩磨则 主要用于孔的精整加工。
刚玉
碳化硅
大部分磨粒悬浮于磨具与零件之间，起 滚动切削作用。
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研磨原理
运动
压力
研具
研磨剂
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手工研磨外圆
研磨剂 研磨时，将弹性研磨环套在零件上，并在 研磨环与零件之间涂上研磨剂，调整螺钉使研 磨环对零件表面形成一定的压力。
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手工研磨外圆
研磨剂 零件装夹在前后顶尖上，作低速回转 (20m/min～30m/min)，同时手握研磨环 作轴向往复运动，直至合格为止。
一般加工精度为1μm，精密加工 精度为0.01μm，超精密加工精度为 0.001μm(1nm)。
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超精密加工的基本条件
基本条件
机床设备
刀具或磨具 工件
环境
检验
可靠的微量 高回转精度 锋利 不允许 隔热、恒温 测量极限误差
进给装置 的主轴部件
存在表面缺陷 防振、防尘 小于±0.1μm
低速运行特性较高的抗振性 高耐用度 很好的工作台 和热稳定性
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加工平面
加工轴承沟道
加工轴承 圆形沟道
加工球面
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抛光
抛光是在高速旋转的抛光轮上涂以抛光 膏，对零件表面进行光整加工的方法。 特点
(1) 方法简单、成本低; (2) 适宜曲面的加工; (3) 不能提高加工精度; (4) 劳动条件较差;
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抛光
抛光轮—用毛毡、橡胶、皮革或布做 成。
超级光磨
超级光磨是用细磨粒的磨具(油石)对零件施 加很小的压力进行光整加工的方法。 特点
(1) 设备简单，操作方便；(2) 加工余量极小； (3) 生产率较高；(4) 表面质量好；(5)仅能提高
工件的表面质量，不能提高尺寸和形位精度。 超级光磨的应用也很广泛，如汽车和内燃
机零件、轴承、精密量具等小粗糙度表面的光 整加工。它不仅能加工轴类零件的外圆柱面， 而且还能加工圆锥面、孔、平面和球面等。