第一章特种加工概述
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特种加工 概论
如电火花表面强化、镀覆、刻字、激光表面处理、改性、电子束曝光和离子束注入掺杂 等。
随着半导体大规模集成电路生产发展的需要，上述提 到的电子束、离子束加工，逐渐演变成近年来提出的纳米 级超精微加工，即所谓原子、分子单位的加工方法。
第一章 概论 尽管特种加工优点突出，应用日益广泛，但是各 种特种加工的能量来源、作用形式、工艺特点却不尽 相同，其加工特点与应用范围自然也不一样，而且各 自还都具有一定的局限性。为了更好地应用和发挥各 种特种加工的最佳功能及效果，必须依据工件材料、 尺寸、形状、精度、生产率、经济性等情况作具体分 析，区别对待，合理选择特种加工方法。表1-2对几种 常见的特种加工方法进行 Nhomakorabea综合比较。
如对表面质量和精度要求很高的航天航空陀螺似：、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。
第一章 概论 为解决诸如此类的问题，采用传统加工方法十分困 难，甚至无法解决。人们的探索分为两大方面。 一方面立足传统切削，改善切削状态、 一方面立足传统切削，改善切削状态、提高切削加 工水平。 工水平
第一章 概论
第一章 概论
1.1 特种加工的产生和发展 1.2 特种加工的分类 1.3 特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响
第一章 概论
1.1 特种加工的产生和发展
历史的发展、社会的进步屡次证明加工方法 加工方法对 加工方法 新产品的研制、推广和社会经济的发展等起着重大 的作用。
例如18世纪70年代就发明了蒸汽机．但苦于制造不出高精度的蒸汽机汽缸，无法推 广应用。直到有人创造出和改进了汽缸镗床床，解决了蒸汽机主要部件的加工 工艺，才使蒸汽机获得广泛应用，引起了世界性的第一次产业革命。
2.解决各种特殊复杂表面的加工问题 2.解决各种特殊复杂表面的加工问题
随着半导体大规模集成电路生产发展的需要，上述提 到的电子束、离子束加工，逐渐演变成近年来提出的纳米 级超精微加工，即所谓原子、分子单位的加工方法。
第一章 概论 尽管特种加工优点突出，应用日益广泛，但是各 种特种加工的能量来源、作用形式、工艺特点却不尽 相同，其加工特点与应用范围自然也不一样，而且各 自还都具有一定的局限性。为了更好地应用和发挥各 种特种加工的最佳功能及效果，必须依据工件材料、 尺寸、形状、精度、生产率、经济性等情况作具体分 析，区别对待，合理选择特种加工方法。表1-2对几种 常见的特种加工方法进行 Nhomakorabea综合比较。
如对表面质量和精度要求很高的航天航空陀螺似：、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。
第一章 概论 为解决诸如此类的问题，采用传统加工方法十分困 难，甚至无法解决。人们的探索分为两大方面。 一方面立足传统切削，改善切削状态、 一方面立足传统切削，改善切削状态、提高切削加 工水平。 工水平
第一章 概论
第一章 概论
1.1 特种加工的产生和发展 1.2 特种加工的分类 1.3 特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响
第一章 概论
1.1 特种加工的产生和发展
历史的发展、社会的进步屡次证明加工方法 加工方法对 加工方法 新产品的研制、推广和社会经济的发展等起着重大 的作用。
例如18世纪70年代就发明了蒸汽机．但苦于制造不出高精度的蒸汽机汽缸，无法推 广应用。直到有人创造出和改进了汽缸镗床床，解决了蒸汽机主要部件的加工 工艺，才使蒸汽机获得广泛应用，引起了世界性的第一次产业革命。
2.解决各种特殊复杂表面的加工问题 2.解决各种特殊复杂表面的加工问题
特种加工 第一章概论
四、超精微加工
电子束 离子束
即:所谓原子、分子单位的加工方法。
（电子束、离子束加工大规模集成电路） 五、不属于尺寸加工的特种加工： 爆炸成形加工、放电烧结等。
液电
如：液中放电成形加工、电磁成形加工、 水液成形 电磁成形
电磁
爆炸成形
爆炸
本课程主要讲述：
电火花，线切割、电解、电解磨削、 激光、超声、电子束、 离子束等 六、特种加工方法的综合比较。
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加工完成的带冠整体涡轮叶盘
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火花
电火花 线切割
线切割
返回8
电解 电解磨削 研磨 电铸 涂镀 激光
激光
电子束 离子束 等离子 超声 化学铣削
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加工方法
可加工材料
工具损耗率/% (最低/平均)
材料去除率/ (mm /min) (平均/最高)
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传统的机械加工对人类的生产和物质文明起了极大的作用。 例：18世纪70年代（1760）瓦特发明蒸汽机， 但苦于制造不出高精度的蒸汽机汽缸，无法推广。 直到1775年有人创造并改进汽缸镗床， 解决了蒸汽机主要部件的加工工艺，→蒸汽机获得广泛应用。 导致世界性的第一次产业革命。小作坊向大工业转化发展。 设计出、造不出,严酷的事实充分说明加工方法对新产品的研制
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§1-4 特种加工的发展方向 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、微细表面和低刚度的零件。 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。目前,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。
特种加工工艺
2.电火花线切割加工的特点和应用 1）可切割各种高硬度材料，用于加工淬火后的模具、 硬质合金模具和强磁材料； 2）由于采用数控技术，可编程切割形状复杂的型腔， 易于实现CAD/CAM； 3）由于几乎无切削力，故可切割极薄工件； 4）由于金属丝直径小，因而加工时省料，特别适宜于 切割贵重金属材料； 5）试制新产品时，可直接将某些板类工件切割出，省 去了模具、刀具、工夹具等工装，使开发产品周期明显缩 短。
1）提高了材料的可加工性； 2）改变了零件的工艺路线； 3）缩短了新产品的试制周期； 4）对产品和零件的结构设计产生较大影响； 5）需重新评估传统结构工艺性。
第2节 特种加工方法
特种加工方法可按其能量来源和加工原理分为电火花 加工、电化学加工、高能束加工、物料切蚀加工、化学加 工、成形加工和复合加工等多种门类的加工。
2.特种加工的特点 不用机械能，加工作用力极小，可进行微细加工、无 大面积热应变等。 3.特种加工的发展趋势 1）充分融合现代电子技术、计算机技术、信息技术和 精密制造技术等高新技术，使加工设备向自动化和柔性化 方向发展。 2）大力开发新的特种加工方法，包括微细加工和复合 加工。
1.2 特种加工对机械制造工艺技术的影响
特种加工工艺
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。
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。
2.3 电解加工
特种加工教案
❖ ⑥派生现象：热效应-电磁效应、光效应、 生效应-电磁波辐射-局部爆炸等。
❖ （2）介质如何热分解？ ❖ 高温使绝缘工作液介质气化-热裂分解。 ❖ （3）电极材料如何熔化、气化？ ❖ 高温使电极材料熔化-气化-金属蒸汽。
❖ 以上（2）、（3）导致放电通道体积迅速膨 胀，具有爆炸特性。
❖ （4）电极材料如何抛出？
和正粒子的轰击，称为瞬时热源。出了使前 面的绝缘介质汽化、裂解外，也使金属电极 表面熔化、沸腾气化。电极材料会被蚀除， 脱离电极表面。
❖ 6.电极材料被蚀除后，是如何与电极表面脱 离（抛出）的？
❖ 工作液体气化及电极材料的熔化、气化， 产生高温导致气化材料的热膨胀，使通道内 具有很高的压力，通道中心压力最高。压力 使气体体积不断向外膨胀，形成一个扩张的 “气泡”，气泡各个部位的瞬时压力并不相 同，压力高处的熔融金属液体和蒸气，并排 挤到工作液体中。
❖ 2.必须有脉冲电源。
❖ 3.必须使用绝缘液体做工作液体。
❖ （二）实现机理
❖ 为了实现上述机理，需要以下几个系统组合： ❖ 1.电极移动装置，完成电极的上下移动（调控间隙）、水平
移动（调控形状）。使用数控装置。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。
❖ （5）极间介质如何消电离？ ❖ 脉冲电压结束，脉冲电流降为零。带电
粒子恢复为中性粒子。
❖ 2.如何实现电火花加工过程优化？讨论。
❖人
图2-6 单个脉冲放电痕剖面放大示意图 1—无变化区 2—热影响层 3—翻边凸起 4—放电通道 5—气化区6—熔化区 7—熔化凝固层
❖ 三、电火花加工特点 ❖ 1.可加工难切削加工的导电材料，如淬火钢、硬质
❖ （2）介质如何热分解？ ❖ 高温使绝缘工作液介质气化-热裂分解。 ❖ （3）电极材料如何熔化、气化？ ❖ 高温使电极材料熔化-气化-金属蒸汽。
❖ 以上（2）、（3）导致放电通道体积迅速膨 胀，具有爆炸特性。
❖ （4）电极材料如何抛出？
和正粒子的轰击，称为瞬时热源。出了使前 面的绝缘介质汽化、裂解外，也使金属电极 表面熔化、沸腾气化。电极材料会被蚀除， 脱离电极表面。
❖ 6.电极材料被蚀除后，是如何与电极表面脱 离（抛出）的？
❖ 工作液体气化及电极材料的熔化、气化， 产生高温导致气化材料的热膨胀，使通道内 具有很高的压力，通道中心压力最高。压力 使气体体积不断向外膨胀，形成一个扩张的 “气泡”，气泡各个部位的瞬时压力并不相 同，压力高处的熔融金属液体和蒸气，并排 挤到工作液体中。
❖ 2.必须有脉冲电源。
❖ 3.必须使用绝缘液体做工作液体。
❖ （二）实现机理
❖ 为了实现上述机理，需要以下几个系统组合： ❖ 1.电极移动装置，完成电极的上下移动（调控间隙）、水平
移动（调控形状）。使用数控装置。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。
❖ （5）极间介质如何消电离？ ❖ 脉冲电压结束，脉冲电流降为零。带电
粒子恢复为中性粒子。
❖ 2.如何实现电火花加工过程优化？讨论。
❖人
图2-6 单个脉冲放电痕剖面放大示意图 1—无变化区 2—热影响层 3—翻边凸起 4—放电通道 5—气化区6—熔化区 7—熔化凝固层
❖ 三、电火花加工特点 ❖ 1.可加工难切削加工的导电材料，如淬火钢、硬质
特种加工工艺基础
（6）电能与机械能作用方式：离子束加工（IM）
（7）液流能与机械能作用方式：挤压珩磨（AFH）和水射流切割 （WJC）
三、 特种加工对机械制造工艺技术产生的影响
1.改变了对材料可加工性的认识；
2.要重新衡量设计结构工艺性的优劣问题；
3.对零件的结构设计带来重大变革； 4.可以进一步优化零件的加工工艺过程。
2.电火花加工的条件
（1）必须采用脉冲电源， 以形成瞬时的脉冲放电。
（2）必须采用自动进给调节装置，以保持工具电极与工件电极间 微小的放电间隙。 （3）火花放电必须在具有一定绝缘强度的液体介质（工作液）中 进行，如煤油、造化液、去离子水等。工作液除有利于产生脉冲式 的火花放电外，而且有利于排出放电过程中产生的电蚀产物和冷却 电极以及工作表面。
柔性制造系统和计算机集成制造系统
数柔性制造系统（FMS）是现代机械制造业中的新型自 动化生产设备，它是为填补占机械制造中70％的中小批量 生产自动化而发展起来的。它主要包括若干台数控机床和 加工中心（或其他直接参加产品零部件生产的自动化设 备），用一套自动物料（包括工件和刀具）搬运系统连接 起来，由分布式多级计算机系统进行综合管理与控制，以 适应柔性的高效率零件加工（或零部件生产）。所谓柔性 的零件加工是指能够同时地和交替地加工不同的但是同系 统的零件。柔性制造系统的适用范围很广，它主要解决了 单件小批生产的自动化和中大批多品种的自动化加工。它 把高柔性、高质量、高效率结合和统一起来，在当今具有 很强的生命力。
（2） 工具电极的损耗 （3）二次放电
三、电火花加工的应用范围
1.电火花成形加工：通过工具电极相对于工件做进给运动，将工具 电极的形状和尺寸复制在工件上，从而加工出所需要的零件。
（1）电火花型腔加工：三维型腔、型面加工、电火花雕刻。主要 用于加工各类热锻模、压铸膜、挤压模、塑料模、胶木模型腔。
特种加工课件第一章PPT资料24页
第1章 概 述
特种加工的特点和与传统切削加工的区别主要有： (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。
第1章 概 述
（4）特种加工技术不仅可以采取单独的加工方法，更 可以采用复合的加工方法。近年来，复合特种加工方法发展 迅速，应用十分广泛。
由于具有上述特点，因此总体而言，特种加工技术可以 加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属材料、非金属材料 或复合材料，而且特别适合于加工复杂、微细表面和低刚度 的零件，同时，有些方法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。
（3）解决各种超精密、光整零件的加工问题。如对表
密光学透镜、激光核聚变用的曲面镜、高灵敏度的红外传感 0.1μm以
上，表面粗糙度要求在0.01零件的加工问题。如大规模集成电路、光盘基 片、复印机和打印机的感光鼓、微型机械、微型医疗器械和机 器人零件、细长轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零件的加工。
化学 铣削
化学 加工
化学 抛光
光刻
复合 加工
电化 学电 弧加 工 电解 电化 学机 械磨 削
主要 能量 形式 电 能、 热能 电 能、 热能 电 化学 能 电 化学 能、 机械 能 电 化学 能、 机械 能 电 化学 能 电 化学 能 光 能、 热能 光 能、 热能 电 能、 机械 能 电 能、 热能 声 能、 机械 能 机 械能 机 械能 化 学能 化 学能 光 能、 化学 能 电 化学 能 电 能、 热能
《特种加工》课件
05
特种加工技术的发
展趋势与展望
特种加工技术发展趋势
高能束流加工
随着激光、电子束、离子束等高能束流技术的不断发展，其在特种加工领域的应用越来越广泛。高能束流加工具有高 精度、高效率、非接触等优点，可应用于难加工材料的加工和微纳制造等领域。
超声加工与振动加工
超声加工和振动加工技术以其独特的加工原理和特点，在微细加工、表面处理等领域具有广泛的应用前景。通过优化 超声频率、振动幅度等参数，可进一步提高加工精度和效率。
特种加工工艺参数
04
与控制
电火花加工工艺参数与控制
要点一
总结词
要点二
详细描述
电火花加工是利用电火花放电产生的热量对金属进行加工 的一种工艺方法。
电火花加工工艺参数包括电极材料、工作液种类、电规准 选择、电极损耗、加工精度和表面粗糙度等。控制这些参 数可以提高加工效率、减小电极损耗、保证加工精度和表 面质量。
激光加工
总结词
利用激光的高能量密度对材料进行切割、打孔、焊接等加工
详细描述
激光加工是一种利用激光的高能量密度对材料进行切割、打孔、焊接等加工的方 法。由于激光的能量集中，可以在短时间内对材料进行高精度的加工，且加工速 度快、效率高。激光加工在微电子、光学、精密制造等领域应用广泛。
离子束加工
总结词
电化学加工与等离子体加工
电化学加工和等离子体加工技术以其环保、高效的特点，在模具制造、表面处理等领域得到广泛应用。 随着技术的不断进步，电化学加工和等离子体加工的加工精度和适用范围将得到进一步提升。
特种加工技术面临的挑战与机遇
技术更新换代
随着新材料、新工艺的不断涌现 ，特种加工技术面临着不断更新 换代的挑战。为了适应市场需求 和技术发展，需要不断进行技术 创新和研发。
特种加工基础实训教程(第2版)第 1 章 概论
• （２） 改变了传统的制造工艺路线安排。 传统制造工艺中， 由于刀 具的硬度限制， 经过淬火处理后的零件只能进行磨削加工。 比如， 在加工制造带孔零件时， 必须先钻后处理， 精密小孔件很难再进行 精密磨削加工。
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１.３特种加工在制造业中的应用
• （３） 推动传统制造方法不断改革和发展。 由于诸如电子束加工和 离子束加工等特种加工技术对于超微细加工新技术的有力支持， 促 进了所谓原子、 分子级加工方法的发展， 同时也满足了半导体大规 模集成电路生产发展的需求。 另外， 特种加工技术融入传统制造工 艺中形成的超声振动切削、 电磁成型等， 都对制造工业产生了积极 有力的促进作用。
上一页Biblioteka 返回１.２ 特种加工的特点及分类
• 特种加工在加工机理和加工形式上与传统切削加工和成型加工具有本 质上的区别， 主要有以下特点：
• （１） 与传统切削和成型方法不同， 特种加工材料的去除和分离是 直接由电能、 化学能、光能、 声能和热能等能量实现的， 而机械能 仅仅作为产生或转化上述能量的原始动力能使用。
• （２） 利用机械能或间接用声能、 热能、 电化学能进行加工的方法 适用于切割、 穿孔、研磨、 去毛刺、 蚀刻、 磨削、 拉削和套料等 加工。
• （３） 利用化学溶液酸、 碱、 盐等对金属产生化学反应的特种加工 可以用于化学铣切、照相制版、 光刻、 蚀刻等加工。
• （４） 利用电子束、 激光束、 等离子束、 电火花放电产生热量的热 特种加工适用于打孔、成型、 磨削、 车削、 切割、 开割、 划线等 加工。
• 由于特种加工方法的广泛利用， 极大地促进了机械制造工业、 特别 是模具工业的发展，使得一些传统加工方法获得了强有力的工艺支持。 同时， 机械制造工业和模具制造工业不断提出新的挑战， 也使得各 种特种加工技术获得了新的生机。 随着各种新型材料的不断出现和 新工艺要求的不断提出， 特种加工技术正在以日新月异的面貌活跃 在加工制造领域中。
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１.３特种加工在制造业中的应用
• （３） 推动传统制造方法不断改革和发展。 由于诸如电子束加工和 离子束加工等特种加工技术对于超微细加工新技术的有力支持， 促 进了所谓原子、 分子级加工方法的发展， 同时也满足了半导体大规 模集成电路生产发展的需求。 另外， 特种加工技术融入传统制造工 艺中形成的超声振动切削、 电磁成型等， 都对制造工业产生了积极 有力的促进作用。
上一页Biblioteka 返回１.２ 特种加工的特点及分类
• 特种加工在加工机理和加工形式上与传统切削加工和成型加工具有本 质上的区别， 主要有以下特点：
• （１） 与传统切削和成型方法不同， 特种加工材料的去除和分离是 直接由电能、 化学能、光能、 声能和热能等能量实现的， 而机械能 仅仅作为产生或转化上述能量的原始动力能使用。
• （２） 利用机械能或间接用声能、 热能、 电化学能进行加工的方法 适用于切割、 穿孔、研磨、 去毛刺、 蚀刻、 磨削、 拉削和套料等 加工。
• （３） 利用化学溶液酸、 碱、 盐等对金属产生化学反应的特种加工 可以用于化学铣切、照相制版、 光刻、 蚀刻等加工。
• （４） 利用电子束、 激光束、 等离子束、 电火花放电产生热量的热 特种加工适用于打孔、成型、 磨削、 车削、 切割、 开割、 划线等 加工。
• 由于特种加工方法的广泛利用， 极大地促进了机械制造工业、 特别 是模具工业的发展，使得一些传统加工方法获得了强有力的工艺支持。 同时， 机械制造工业和模具制造工业不断提出新的挑战， 也使得各 种特种加工技术获得了新的生机。 随着各种新型材料的不断出现和 新工艺要求的不断提出， 特种加工技术正在以日新月异的面貌活跃 在加工制造领域中。
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。
第一章特种加工概述
形加工、切割加工、焊接加工和超声清洗。
第二节 特种加工的分类
超声加工
加工力 工具 振 动 方 向
工具振幅
工件
磨料＋工作液
图1 超声波加工原理图
第二节 特种加工的分类
1.
特种加工存在的问题：
一些特种加工的机理（如超声、激光等加工） 还不十分清楚，其工艺参数选择、加工过程的 稳定性均需进一步提高。 有些特种加工（如电化学加工）加工过程中的 废渣、废气若排放不当，会产生环境污染，影 响工人健康。 有些特种加工（如快速成形、等离子弧加工等） 的加工精度及生产率有待提高。
2.
3.
第二节 特种加工的分类
电化学加工
1 i e e i
2
1
A V － ＋
2 3
2＋ Cu ＋ H
4 5
－ Cl
－ OH
1— 阳 极 ； 2— 阴 极
1 —直 流 电 源 ； 2 —工 具 电 极 ； 3 —工 件 阳 极 4 —电 解 液 泵 ； 5 —电 解 液
图1 电解(电镀)液中的电化学反应
传统加工的本质和特点
1 依靠刀具材料比工件材料硬
2 靠机械能把工件上多余的金属材料切除。
第一节 特种加工的产生及发展
特种加工产生和发展的外因：
传统机械加工手段不能满足社会生产力发展的
要求，随着社会的生产力的发展人们发现了新的特 殊的材料加工和成形手段。
特种加工的产生
20世纪40年代，前苏联拉扎林柯夫妇研究开 关触点腐蚀的原因时发现 : 利用工具和工件之间 不断的脉冲性火花放电产生的局部、瞬时的高温 把金属蚀除下来。由于加工过程中可以看到火花， 故称电火花加工
第二节 特种加工的分类
第二节 特种加工的分类
超声加工
加工力 工具 振 动 方 向
工具振幅
工件
磨料＋工作液
图1 超声波加工原理图
第二节 特种加工的分类
1.
特种加工存在的问题：
一些特种加工的机理（如超声、激光等加工） 还不十分清楚，其工艺参数选择、加工过程的 稳定性均需进一步提高。 有些特种加工（如电化学加工）加工过程中的 废渣、废气若排放不当，会产生环境污染，影 响工人健康。 有些特种加工（如快速成形、等离子弧加工等） 的加工精度及生产率有待提高。
2.
3.
第二节 特种加工的分类
电化学加工
1 i e e i
2
1
A V － ＋
2 3
2＋ Cu ＋ H
4 5
－ Cl
－ OH
1— 阳 极 ； 2— 阴 极
1 —直 流 电 源 ； 2 —工 具 电 极 ； 3 —工 件 阳 极 4 —电 解 液 泵 ； 5 —电 解 液
图1 电解(电镀)液中的电化学反应
传统加工的本质和特点
1 依靠刀具材料比工件材料硬
2 靠机械能把工件上多余的金属材料切除。
第一节 特种加工的产生及发展
特种加工产生和发展的外因：
传统机械加工手段不能满足社会生产力发展的
要求，随着社会的生产力的发展人们发现了新的特 殊的材料加工和成形手段。
特种加工的产生
20世纪40年代，前苏联拉扎林柯夫妇研究开 关触点腐蚀的原因时发现 : 利用工具和工件之间 不断的脉冲性火花放电产生的局部、瞬时的高温 把金属蚀除下来。由于加工过程中可以看到火花， 故称电火花加工
第二节 特种加工的分类
第一节-特种加工技术
（3）电火花加工是通过脉冲放电来蚀除金属 材料的,而脉冲电源的参数随时可调,因此在同一 情况下,只需调整电参数即可切换粗、半精、精、 超精加工。
2.电火花加工的局限性：
(1)电火花加工生产效率低。 (2)被加工的工件只能是导体. (3)存在电极损耗,这就影响了成型精度。 (4)加工表面有变质层。 (5)加工过程必须在工作液中进行。电火花加工时 放电部位必须在工作液中,否则将引起异常放电。 (6)线切割加工有厚度极限。
60年代初,上海科学院电工研究所成功研制了我国第一台靠模仿形电 火花线切割 机床。随后又出现了具有我国特色的冷冲模工艺,即直接采用凸模打凹 模的方法,使凸凹模配合的均匀性得到了保证,大大简化了工艺过程。
60年代末,上海电表厂张维良工程师在阳极切割的基础上发明了我国 独有的高速走丝线切割机床。上海复旦大学研制出电火花线切割数控 系统。
电火花加工
一、加工原理
电火花加工是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，英文简称EDM.
电火花加工的基本概念和特点
电火花加工的基本概念：
电火花加工又称放电加工（Electrical Discharge Machining 简称EMD）。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,靠放电时产生的局部、瞬时 的高温将金属蚀除下来。这种利用火花放电产生的腐蚀现象 对金属材料进行加工的方法叫电火花加工。
国外电火花加工的发展
目前计算机技术广泛应用于工业领域,电火花加工实 现了数控化和无人化。美国、日本的一些电火花加工设 备生产公司依靠其精密机械制造的雄厚实力,通过两轴、 三轴和多轴数控系统、自动工具交换系统及采用多方向 伺服的平动、摇动方案,解决了电火花加工技术中一系列 实质性的问题。随着具有高精度、高刚度、高自动化、 高加工表面粗糙度的机床不断出现,使加工的功能及范围 不断扩大。如今,在国际上,电火花加工可以加工大至数十 吨重的模具和零件,小至只有几微米的微孔。
2.电火花加工的局限性：
(1)电火花加工生产效率低。 (2)被加工的工件只能是导体. (3)存在电极损耗,这就影响了成型精度。 (4)加工表面有变质层。 (5)加工过程必须在工作液中进行。电火花加工时 放电部位必须在工作液中,否则将引起异常放电。 (6)线切割加工有厚度极限。
60年代初,上海科学院电工研究所成功研制了我国第一台靠模仿形电 火花线切割 机床。随后又出现了具有我国特色的冷冲模工艺,即直接采用凸模打凹 模的方法,使凸凹模配合的均匀性得到了保证,大大简化了工艺过程。
60年代末,上海电表厂张维良工程师在阳极切割的基础上发明了我国 独有的高速走丝线切割机床。上海复旦大学研制出电火花线切割数控 系统。
电火花加工
一、加工原理
电火花加工是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，英文简称EDM.
电火花加工的基本概念和特点
电火花加工的基本概念：
电火花加工又称放电加工（Electrical Discharge Machining 简称EMD）。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,靠放电时产生的局部、瞬时 的高温将金属蚀除下来。这种利用火花放电产生的腐蚀现象 对金属材料进行加工的方法叫电火花加工。
国外电火花加工的发展
目前计算机技术广泛应用于工业领域,电火花加工实 现了数控化和无人化。美国、日本的一些电火花加工设 备生产公司依靠其精密机械制造的雄厚实力,通过两轴、 三轴和多轴数控系统、自动工具交换系统及采用多方向 伺服的平动、摇动方案,解决了电火花加工技术中一系列 实质性的问题。随着具有高精度、高刚度、高自动化、 高加工表面粗糙度的机床不断出现,使加工的功能及范围 不断扩大。如今,在国际上,电火花加工可以加工大至数十 吨重的模具和零件,小至只有几微米的微孔。
第一章 1.3 1.4特种加工的分类及意义(第三讲)
加工 脆硬材料 ，如玻 璃、石 英、宝石、金 刚 石、硅等，可加工型孔、 型腔、小孔等
精密 加工小孔 、窄缝 及成型 切割、蚀刻， 如 金刚石 拉丝模、钟表 宝 石轴承等
在各 种难加工 材料上 打微小孔、切缝、蚀刻、 焊接等，常用于制造大、 中规模 集成电路微电 子 器件
对零 件表面进 行超精 密、超微量加工、抛光、 刻蚀、掺杂、镀覆等
WJC
第一章 概论
表1-1 常用特种加工方法的分类
特种加工方法
能量来源及形式
作用原理
电火花成型加工
电火花加工
电火花线切割加工
电能、热能 电能、热能
熔化、汽化 熔化、汽化
电解加工
电化学能
金属离子阳极溶解
电解磨削
电化学加工
电铸
电化学能、机械能 电化学能
阳极溶解、磨削 金属离子阴极沉淀
涂镀
电化学能
金属离子阴极沉淀
切割 各种二维 及三维 直纹面 组成的模具及 零 件，也 常用于钼、钨 、 半导体 材料或贵重金 属 切削
从微 小零件到 超大型 工件、 模具的加工， 如 型孔、 型腔、抛光、 去 毛刺等
第一章 概论
电解磨削
1/50
超声波 加工
任何脆性 材料
0.1/10
1/100
0.02/0.001
1.25/0.04
.63/0.16
激光加工
电子束 加工
任何材料
不损耗 (三种 加工，没有成型 用的工具)
瞬时去 除 率很高，受功 率限制，平均 去除率不高
0.01/0.001
10/1.25
离子束 加工
很低
/0.01 μm
/0.01
硬质 合金钢等 难加工 材料的 磨削，如硬质 合 金刀具、量具等
精密 加工小孔 、窄缝 及成型 切割、蚀刻， 如 金刚石 拉丝模、钟表 宝 石轴承等
在各 种难加工 材料上 打微小孔、切缝、蚀刻、 焊接等，常用于制造大、 中规模 集成电路微电 子 器件
对零 件表面进 行超精 密、超微量加工、抛光、 刻蚀、掺杂、镀覆等
WJC
第一章 概论
表1-1 常用特种加工方法的分类
特种加工方法
能量来源及形式
作用原理
电火花成型加工
电火花加工
电火花线切割加工
电能、热能 电能、热能
熔化、汽化 熔化、汽化
电解加工
电化学能
金属离子阳极溶解
电解磨削
电化学加工
电铸
电化学能、机械能 电化学能
阳极溶解、磨削 金属离子阴极沉淀
涂镀
电化学能
金属离子阴极沉淀
切割 各种二维 及三维 直纹面 组成的模具及 零 件，也 常用于钼、钨 、 半导体 材料或贵重金 属 切削
从微 小零件到 超大型 工件、 模具的加工， 如 型孔、 型腔、抛光、 去 毛刺等
第一章 概论
电解磨削
1/50
超声波 加工
任何脆性 材料
0.1/10
1/100
0.02/0.001
1.25/0.04
.63/0.16
激光加工
电子束 加工
任何材料
不损耗 (三种 加工，没有成型 用的工具)
瞬时去 除 率很高，受功 率限制，平均 去除率不高
0.01/0.001
10/1.25
离子束 加工
很低
/0.01 μm
/0.01
硬质 合金钢等 难加工 材料的 磨削，如硬质 合 金刀具、量具等
第1章-特种加工概论 ppt课件
ppt课件
18
1.6 特种加工对材料可加工性和结构工艺性的 影响
对零件结构设计带来变革
主要有零件上的尖角与圆角、零件与部件拼镶结构或整体结构的选定
喷气发动机涡轮由于电加工而可采用扭曲叶片带冠整体结构，可大大提高发动机 性能。特种加工使产品零件可以更多地采用整体性结构。
ppt课件
19
1.6 特种加工对材料可加工性和结构工艺性的 影响
超精微细加工 电子束、离子束加工，就是近年来提出的超精微 加工，即所谓原子、分子单位的加工方法。
非尺寸加工
液中放电成形加工、电磁成形加工、爆炸成形加 工及放电烧结等等。
ppt课件
16
1.6 特种加工对材料可加工性和结构工艺性的 影响
改变对材料的可加工性的认识
难加工材料不再难加工
以往认为金刚石、硬质合金、淬火钢、石英、玻璃、陶瓷等是很难加工的。现 在已经广泛采用金刚石、聚晶（人造）金刚石制造的刀具、工具、拉丝模具， 可以用电火花、电解、激光等多种方法来加工它们。材料的可加工性不再与硬 度、强度、韧性、脆性等成直接、正比关系，对电火花、线切割加工而言，淬 火钢比未淬火钢更易加工。
（加工质量和效率高、多品种小批量、设计制造 一体化、智能决策）
新方法、新技术的研发与应用
（新的加工方法、复合加工）
绿色制造
（用水基液代替有污染的工作液）
ppt课件
23
1.6 特种加工对材料可加工性和结构工艺性的 影响
重新衡量结构工艺性的优劣
过去对方孔、小孔、弯孔、窄缝等被认为是工艺性很“坏”的典型。特种加工的采用 改变了这种现象。对于电火花穿孔，电火花线切割工艺来说，加工方孔和加工圆孔的 难易程度是一样的。喷油嘴小孔，喷丝头小异形孔，涡轮叶片大量的小冷却深孔，窄 缝，静压轴承、静压导轨的内油囊型腔，采用电加工后变难为易了。过去淬火前忘了 钻定位销孔、铣槽等工，淬火后这种工件只能报废，现在则大可不必，可用电火花打 孔、切槽进行补救。相反有时为了避免淬火开裂、变形等影响，故意把钻孔、开槽等 工艺安排在淬火之后。
特种加工
2、产生的内因：
特种加工的本质特点： 1）工具硬度可以低于被加工材料的硬度（甚至不用工具） 2）不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量（如电、 化学、光、声、热等）去除材料
3）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。
刘言松
特种加工技术 三、发展 1、国内发展：见书
2、国外发展：
1）航空产品的质量要求不断提高 航空、武器装备的工作条件随着性能的提高而不断恶化 2）新型材料和新型结构采用常规加工方法难以加工甚至无 法加工
300 200 100 0 100 200 300 400 500 600 to / s
ti ＝ 120 0s
电极—纯铜 工件—钢 加工极性—正
图2-11 脉冲间隔与加工速度的关系曲线
刘言松
特种加工技术
c 峰值电流对加工速度的影响
3 vw / (mm/ min)
400 300 200 100 0 10 20
刘言松
特种加工技术
硬质合金钢等难加工 电解磨削 1/50 1/100 0.02/0.001 1.25/0.04 材料的磨削，如硬质合 金刀具、量具等 加工脆硬材料，如玻 超声波 加 工 任何脆性 材料 0.1/10 1/50 0.03/0.005 0.63/0.16 璃、石英、宝石、金刚 石、硅等，可加工型孔、 型腔、小孔等 精密加工小孔、窄缝 激光加工 瞬时去 除 率很高，受功 不损耗 (三种 电子束 加 工 任何材料 加工，没有成型 用的工具) 率限制，平均 去除率不高 0.01/0.001 10/1.25 在各种难加工材料上 打微小孔、切缝、蚀刻、 焊接等，常用于制造大、 中规模集成电路微电子 器件 离子束 加 工 对零件表面进行超精 很低 /0.01 μm /0.01 密、超微量加工、抛光、 刻蚀、掺杂、镀覆等 及成型切割、蚀刻，如 金刚石拉丝模、钟表宝 石轴承等
(完整版)特种加工技术第一章概述
特种加工的定义：
特种加工是将电能、热能、光能、声能 和磁能等物理能量及化学能量或其组合 乃至与机械能组合直接施加到被加工的 部位上，从而实现产品结构形状的加工 方法；以及应用现代科技手段进行精微 细化和复合化加工的方法统称。 (NTM， Non-Traditional Machining)
§1.3 特种加工的分类：
难点内容： 传统机械加工面临的新问题（P1) 特种加工的特点(P4) 特种加工对传统机械制造领域的影响
§1.1特种加工产生的原因及发展
科技产品的发展趋势的客观要求： 制造技术向高精度、高速度、高温度、高压、
大功率、小型化方向发展； 使用的材料越来越难加工、零件形状越来越复
杂、表面精度及粗糙度要求越来越高
任何硬度、强度、韧性、脆性的金属和非 金属加工。
专长加工复杂、微细表面和低刚度零件 超精加工、镜面光整加工、纳米级加工
传统加工
特种加工
机械能 切削力
电能、光能 声能、热能
化学能
对机械制造业的影响：
特种加工的发展带来了现代制造领域的变革： 提高了材料的可加工性，拓宽了材料应用范围。 改变了零件的传统的工序集中典型工艺路线制造 方式。 改变了新产品的试制模式，缩短了新产品开发周 期。 很大程度上影响了产品零件的结构设计。 传统的结构工艺性好坏衡量标准的重新审视。 成为微细加工和纳米加工的主要手段。
四轴联动线切割机床切切割扭曲变截面
激光切割机
超声波加工
§ 1.5特种加工的地位和作用：
是一个国家制造业发展水平的重要标志。 是拓宽市场，培育新产业的重要途径之一。 是不断降低能耗，实行节能环保的客观需要。 是开拓人类科技发展未来之路，造业面临的新挑战
第一章-绪论-特种加工课件
合加工等
特种加工的分类（按能量形式和作用原理划分）
特 种 加 工方法 能量来源及 形式 激光切割、打孔 光能、热能 熔化、气化 作用原理 英文缩 写 LBM
激光加工
激光打标记
光能、热能
熔化、气化 熔化、相变
LBM LBT
激光处理表面改 光能、热能
性
电子束加工 切割、打孔、焊 电能、热能 接 离子束加工 蚀刻、注入、镀 电能、动能 覆 等离子弧加工 切割、喷镀 电能、热能 熔化、气化（涂覆） PAM 原子撞击 IBM 熔化、气化 EBM
平均 电解加工 任何导电的 不损耗
金属材，如 硬质合金、 电解磨削 耐热钢、不 锈钢、淬火 钢等 1/50 1／100
平均
均
100／10000 0.1／0. 1.25／0.1 从细小零件
01 6 到1t超大型 工件 0.02／ 1.25／0.0 硬质合金等 0.001 4 难加工材料 的磨削
常用特种加工方法的综合比较(3)
特种加工
机械能 切削力
电能、光能 声能、热能
化学能
§1.1 特种加工的产生及发展
特种加工特点
主要依靠其他能量（电、化学、光、声、热等）
去除材料 工具硬度可以低于工件硬度 工具与工件之间不存在显著的切削力
§1.1 特种加工的产生及发展
特种加工的应用
任何硬度、强度、韧性、脆性的金属和非金属
均
均
均
／平
均
电子束加
工
瞬时去除
均去除率 不高 任何 材料 不损耗
0.03／0.0
0.63
／0.1 6
在各种难加工材料
上打微孔、切缝、 蚀刻、暴光、焊接
率很高,平 05
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喷气发动机的涡轮由于形状复杂，过去只能在做好的一个个
•
叶片后组装而成。有了电解加工，设计人员就可以设计整体
涡轮了。
第三节 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响
（5）对传统的结构工艺性的好与坏，需要重新衡量
通常认为方孔、小孔、弯孔和窄缝的结构工艺性很差。
第三节 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响
第一节 特种加工的产生及发展
2、解决各种复杂零件表面的加工问题。如各种热锻模、冲裁
模和冷拔模的模腔和型孔、整体蜗轮、喷气蜗轮叶片、炮管内
腔线以及喷油嘴和喷丝头的微小孔的加工问题。
第一节 特种加工的产生及发展
3、解决各种精密的、有特殊要求的零件的加工问题。
如航空航天、国防工业中表面质量和精度要求都很高的陀螺仪、 伺服阀以及低刚度的细长轴、薄壁筒和弹性元件等的加工。
电火花加工—Electrical Discharge Machining (EDM)
又称放电加工（日本/英国/美国等）
又称电蚀加工（前苏联及俄罗斯）
电火花加工产生的意义
拉扎林柯夫妇用铜丝在淬火钢上加工出 小孔。 意义：
摆脱了传统加工方法的束缚 用软的工具加工任何硬度的金属材料 利用电能热能来去除金属 为其他加工方法提供了新的思路
特种加工
Non-traditional Machining
目录
3 1
2
3 4 3 5 6
电火花加工 电火花线切割加工 电化学加工 激光加工 电子束和离子束加工 超声加工
第一章 概论
第一节 特种加工的产生及发展 第二节 特种加工的分类 第三节 特种加工对材料的可加工性 和 结构工艺性的影响
第一节 特种加工的产生及发展
有些特种加工（如激光加工）所需设备投资大、 使用维修费高，亦有待进一步解决。
2.
3.
4.
第三节 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响
（1）提高了材料的可加工性
•
对切削加工而言，淬火钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化
硼和金刚石一直被认为是难切削材料。而现在已较广泛
使用的由陶瓷、立方氮化硼和人造聚晶金刚石制成的刀 具、工具和拉丝模等，都可以采用电火花、电解、超声 波和激光等多种方法进行加工。
图1 激光加工示意图
第二节 特种加工的分类
电子束加工
电子枪系统
聚焦系统
抽真 空系 统
电子束
工件 电源 及控 制系 统
图4 电子束加工原理
第二节 特种加工的分类
超声加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体
介质中或干磨料中，产生磨料的冲击、抛光、液
压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，以及
超声振动使工件相互结合的加工方法。适用于成
。
•
第三节 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响
（2）改变了零件的典型工艺路线
（3）特种加工改变了试制新产品的模式
现在电火花可以直接加工各种标准、非标准齿轮、微型电
动机定子、转子硅钢片、各种变压器铁芯、各种复杂、特殊的
二次曲面零件。
第三节 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响 （4）特种加工对产品零件的结构设计带来很大的影响
新工艺方法及复合工艺
为适应产品的高技术性能要求与新型材料 的加工要求, 需要不断开发新工艺方法 , 包括 微细加工和复合加工 , 尤其是质量高、效率高、 经济型的复合加工, 如工程陶瓷、复合材料以 及聚晶金钢石等。
进一步开拓特种加工技术
以多种能量同时作用, 相互取长补短的复 合加工技术, 如电解磨削、电火花磨削、电解 放电加工、超声电火花加工等。需要不断发展。
光能与热能作用方式：激光加工LBM
电能与机械作用能作用方式：离子束加工IM
第二节 特种加工的分类
1、电火花加工
靠工具与工件间不断产生的脉冲性火花放电，利用放
电时产生局部、瞬时的高温把金属材料逐步蚀除下来。
1.
电火花成形加工适用于各种孔、槽模具，还可加工
各类腔模及各种复杂型腔零件；
2.
电火花线切割加工适用于切割各种冲模和具有直纹
微细加工；或利用电子束的化学效应进行刻蚀、大面积薄 层等微细加工等。
3.
离子束加工
主要应用于微细加工、溅射加工和注入加工。
第二节 特种加工的分类
激光加工
1 2 3
4 5 6 1— 激 光 器 ； 2— 激 光 束 ； 3— 全 反 射 棱 镜 ； 4— 聚 焦 物 镜 ； 5— 工 件 ； 6— 工 作 台
第二节 特种加工的分类
一般按能量来源及形式和作用原理分类
电能与热能作用方式 ■电火花EDM、线切割WEDM、电子束EBM、等离 子束PAM
电能与化学能作用方式 ■电解ECM、电铸、电刷镀
电化学能与机械能作用方式
■电解磨削ECG、电解研磨ECH 声能与机械作用能作用方式：超声波加工USM
对机械制造提出的要求（2）
2. 解决各种特殊复杂表面的加工问题
喷气涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣、 锻压模、注射模的立体成型表面 各种冲模、冷拔模上的特殊截面的型孔 炮管内膛线、喷油嘴、栅网、喷丝头上的小 孔、窄缝等特殊零件
燃气涡轮
对机械制造提出的要求（3）
3. 解决各种超精、光整或具有特殊要求 的零件的加工问题 航天、航空陀螺仪、伺服阀等 表面质量和 精度要求较高的零件 细长轴、薄壁零件、弹性零件等 低刚度零 件
1
第一节 特种加工的产生及发展
由于特种加工具有上述特点并可以解决生产中上 述工艺难题，因此，在现代制造、科学研究和国防事 业中获得日益广泛的应用。而生产和科学研究中提出
来的新问题又促进了特种加工方法的迅速发展。
我国特种加工的发展
20世纪50年代中期，我国已研制出电火花穿孔 机床、电火花表面强化机，并建立电加工研究 室。 20世纪50年代末期，开始批量生产电火花成型 机和电火花表面强化机 20世纪60年代初，仿形电火花线切割机。 20世纪60年代末，高速走丝电火花线切割机， 及其数控系统。
面的零件，下料、截割和窄缝加工。
第二节 特种加工的分类
电火花加工——电火花成形加工
电火花加工的零件
电火花成型加工
电火花加工叶片侧面冷却窄缝
第二节 特种加工的分类
电火花加工—— 电火花线切割加工
电火花线切割工作原理图
电火花线切割加工的零件
电火花线切割加工的零件
电机凹凸冲模
上下异形面凸凹样件
2 1
图3 电铸成型的原理
第二节 特种加工的分类
高能束加工是利用能量密度很高的激光束、电子束或离
子束等去除工件材料的特种加工方法的总称。 激光束加工 主要应用有打孔、切割、焊接、金属表面的
1.
激光强化、微调和存储等。
2.
电子束加工
利用电子束将材料的局部加热至熔化或气化
点进行加工，适合打孔、切割槽缝、焊接及其他深结构的
4、各种加工方法易复合形成新工艺方法，便于推广应用。
第一节 特种加工的产生及发展
特种加工方法可以用于解决以下工艺难题：
•
1、解决各种难加工材料的加工问题，如耐热钢、不锈钢、钛 合金、淬火钢、硬质合金、陶瓷、宝石、金刚石以及锗和硅 等各种高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的金属
和非金属的加工。
（6）特种加工已经成为微细加工和纳米加工主要手段
•
总之，各种特种加工方法不仅给设计师提供了更广阔的结构设
特种加工概念
定义
所谓特种加工是指不采用常规的刀具或磨具对
工件进行加工，而是直接利用电能、电化学能、声
能或光能等能量，或选择几种能量的复合形式对材 料进行加工的工艺方法。又称为非传统加工（NTM, Non-Traditional Machining）或非常规机械加工 （NCM, Non-Conventional Machining）
图2 电解加工原理图
电解加工的零件
电解刻蚀 电解刻字
电解套料 加工
电解加工 炮管膛线
电解加工的零件
第二节 特种加工的分类
电化学加工
4
5 36 V 6
3
7 1— 镀 槽 ； 2— 阳 极 ； 3— 蒸 馏 水 瓶 ； 4— 直 流 电 源 ； 5— 加 热 管 ； 6— 恒 温 装 置 ； 7— 温 度 计 ； 8— 母 模 ； 9— 电 铸 层 ； 10— 玻 璃 管 10 9 8
传统加工的本质和特点
1 依靠刀具材料比工件材料硬
2 靠机械能把工件上多余的金属材料切除。
第一节 特种加工的产生及发展
特种加工产生和发展的外因：
传统机械加工手段不能满足社会生产力发展的
要求，随着社会的生产力的发展人们发现了新的特 殊的材料加工和成形手段。
特种加工的产生
20世纪40年代，前苏联拉扎林柯夫妇研究开 关触点腐蚀的原因时发现 : 利用工具和工件之间 不断的脉冲性火花放电产生的局部、瞬时的高温 把金属蚀除下来。由于加工过程中可以看到火花， 故称电火花加工
20世纪50年代末，电解加工和超声加工也相继 应用。原兵器工业部，采用电解方法加工炮管膛线、
喷气发动机叶片等。
20世纪60年代末到90年代，是特种加工技术快 速发展时期，主要体现在如下几个方面：
1. 特种加工方法和机理 2. 特种加工工艺 3. 特种加工设备 4. 特种加工智能化、自动化
5. 实际应用
形加工、切割加工、焊接加工和超声清洗。
第二节 特种加工的分类
•
叶片后组装而成。有了电解加工，设计人员就可以设计整体
涡轮了。
第三节 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响
（5）对传统的结构工艺性的好与坏，需要重新衡量
通常认为方孔、小孔、弯孔和窄缝的结构工艺性很差。
第三节 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响
第一节 特种加工的产生及发展
2、解决各种复杂零件表面的加工问题。如各种热锻模、冲裁
模和冷拔模的模腔和型孔、整体蜗轮、喷气蜗轮叶片、炮管内
腔线以及喷油嘴和喷丝头的微小孔的加工问题。
第一节 特种加工的产生及发展
3、解决各种精密的、有特殊要求的零件的加工问题。
如航空航天、国防工业中表面质量和精度要求都很高的陀螺仪、 伺服阀以及低刚度的细长轴、薄壁筒和弹性元件等的加工。
电火花加工—Electrical Discharge Machining (EDM)
又称放电加工（日本/英国/美国等）
又称电蚀加工（前苏联及俄罗斯）
电火花加工产生的意义
拉扎林柯夫妇用铜丝在淬火钢上加工出 小孔。 意义：
摆脱了传统加工方法的束缚 用软的工具加工任何硬度的金属材料 利用电能热能来去除金属 为其他加工方法提供了新的思路
特种加工
Non-traditional Machining
目录
3 1
2
3 4 3 5 6
电火花加工 电火花线切割加工 电化学加工 激光加工 电子束和离子束加工 超声加工
第一章 概论
第一节 特种加工的产生及发展 第二节 特种加工的分类 第三节 特种加工对材料的可加工性 和 结构工艺性的影响
第一节 特种加工的产生及发展
有些特种加工（如激光加工）所需设备投资大、 使用维修费高，亦有待进一步解决。
2.
3.
4.
第三节 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响
（1）提高了材料的可加工性
•
对切削加工而言，淬火钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化
硼和金刚石一直被认为是难切削材料。而现在已较广泛
使用的由陶瓷、立方氮化硼和人造聚晶金刚石制成的刀 具、工具和拉丝模等，都可以采用电火花、电解、超声 波和激光等多种方法进行加工。
图1 激光加工示意图
第二节 特种加工的分类
电子束加工
电子枪系统
聚焦系统
抽真 空系 统
电子束
工件 电源 及控 制系 统
图4 电子束加工原理
第二节 特种加工的分类
超声加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体
介质中或干磨料中，产生磨料的冲击、抛光、液
压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，以及
超声振动使工件相互结合的加工方法。适用于成
。
•
第三节 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响
（2）改变了零件的典型工艺路线
（3）特种加工改变了试制新产品的模式
现在电火花可以直接加工各种标准、非标准齿轮、微型电
动机定子、转子硅钢片、各种变压器铁芯、各种复杂、特殊的
二次曲面零件。
第三节 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响 （4）特种加工对产品零件的结构设计带来很大的影响
新工艺方法及复合工艺
为适应产品的高技术性能要求与新型材料 的加工要求, 需要不断开发新工艺方法 , 包括 微细加工和复合加工 , 尤其是质量高、效率高、 经济型的复合加工, 如工程陶瓷、复合材料以 及聚晶金钢石等。
进一步开拓特种加工技术
以多种能量同时作用, 相互取长补短的复 合加工技术, 如电解磨削、电火花磨削、电解 放电加工、超声电火花加工等。需要不断发展。
光能与热能作用方式：激光加工LBM
电能与机械作用能作用方式：离子束加工IM
第二节 特种加工的分类
1、电火花加工
靠工具与工件间不断产生的脉冲性火花放电，利用放
电时产生局部、瞬时的高温把金属材料逐步蚀除下来。
1.
电火花成形加工适用于各种孔、槽模具，还可加工
各类腔模及各种复杂型腔零件；
2.
电火花线切割加工适用于切割各种冲模和具有直纹
微细加工；或利用电子束的化学效应进行刻蚀、大面积薄 层等微细加工等。
3.
离子束加工
主要应用于微细加工、溅射加工和注入加工。
第二节 特种加工的分类
激光加工
1 2 3
4 5 6 1— 激 光 器 ； 2— 激 光 束 ； 3— 全 反 射 棱 镜 ； 4— 聚 焦 物 镜 ； 5— 工 件 ； 6— 工 作 台
第二节 特种加工的分类
一般按能量来源及形式和作用原理分类
电能与热能作用方式 ■电火花EDM、线切割WEDM、电子束EBM、等离 子束PAM
电能与化学能作用方式 ■电解ECM、电铸、电刷镀
电化学能与机械能作用方式
■电解磨削ECG、电解研磨ECH 声能与机械作用能作用方式：超声波加工USM
对机械制造提出的要求（2）
2. 解决各种特殊复杂表面的加工问题
喷气涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣、 锻压模、注射模的立体成型表面 各种冲模、冷拔模上的特殊截面的型孔 炮管内膛线、喷油嘴、栅网、喷丝头上的小 孔、窄缝等特殊零件
燃气涡轮
对机械制造提出的要求（3）
3. 解决各种超精、光整或具有特殊要求 的零件的加工问题 航天、航空陀螺仪、伺服阀等 表面质量和 精度要求较高的零件 细长轴、薄壁零件、弹性零件等 低刚度零 件
1
第一节 特种加工的产生及发展
由于特种加工具有上述特点并可以解决生产中上 述工艺难题，因此，在现代制造、科学研究和国防事 业中获得日益广泛的应用。而生产和科学研究中提出
来的新问题又促进了特种加工方法的迅速发展。
我国特种加工的发展
20世纪50年代中期，我国已研制出电火花穿孔 机床、电火花表面强化机，并建立电加工研究 室。 20世纪50年代末期，开始批量生产电火花成型 机和电火花表面强化机 20世纪60年代初，仿形电火花线切割机。 20世纪60年代末，高速走丝电火花线切割机， 及其数控系统。
面的零件，下料、截割和窄缝加工。
第二节 特种加工的分类
电火花加工——电火花成形加工
电火花加工的零件
电火花成型加工
电火花加工叶片侧面冷却窄缝
第二节 特种加工的分类
电火花加工—— 电火花线切割加工
电火花线切割工作原理图
电火花线切割加工的零件
电火花线切割加工的零件
电机凹凸冲模
上下异形面凸凹样件
2 1
图3 电铸成型的原理
第二节 特种加工的分类
高能束加工是利用能量密度很高的激光束、电子束或离
子束等去除工件材料的特种加工方法的总称。 激光束加工 主要应用有打孔、切割、焊接、金属表面的
1.
激光强化、微调和存储等。
2.
电子束加工
利用电子束将材料的局部加热至熔化或气化
点进行加工，适合打孔、切割槽缝、焊接及其他深结构的
4、各种加工方法易复合形成新工艺方法，便于推广应用。
第一节 特种加工的产生及发展
特种加工方法可以用于解决以下工艺难题：
•
1、解决各种难加工材料的加工问题，如耐热钢、不锈钢、钛 合金、淬火钢、硬质合金、陶瓷、宝石、金刚石以及锗和硅 等各种高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的金属
和非金属的加工。
（6）特种加工已经成为微细加工和纳米加工主要手段
•
总之，各种特种加工方法不仅给设计师提供了更广阔的结构设
特种加工概念
定义
所谓特种加工是指不采用常规的刀具或磨具对
工件进行加工，而是直接利用电能、电化学能、声
能或光能等能量，或选择几种能量的复合形式对材 料进行加工的工艺方法。又称为非传统加工（NTM, Non-Traditional Machining）或非常规机械加工 （NCM, Non-Conventional Machining）
图2 电解加工原理图
电解加工的零件
电解刻蚀 电解刻字
电解套料 加工
电解加工 炮管膛线
电解加工的零件
第二节 特种加工的分类
电化学加工
4
5 36 V 6
3
7 1— 镀 槽 ； 2— 阳 极 ； 3— 蒸 馏 水 瓶 ； 4— 直 流 电 源 ； 5— 加 热 管 ； 6— 恒 温 装 置 ； 7— 温 度 计 ； 8— 母 模 ； 9— 电 铸 层 ； 10— 玻 璃 管 10 9 8
传统加工的本质和特点
1 依靠刀具材料比工件材料硬
2 靠机械能把工件上多余的金属材料切除。
第一节 特种加工的产生及发展
特种加工产生和发展的外因：
传统机械加工手段不能满足社会生产力发展的
要求，随着社会的生产力的发展人们发现了新的特 殊的材料加工和成形手段。
特种加工的产生
20世纪40年代，前苏联拉扎林柯夫妇研究开 关触点腐蚀的原因时发现 : 利用工具和工件之间 不断的脉冲性火花放电产生的局部、瞬时的高温 把金属蚀除下来。由于加工过程中可以看到火花， 故称电火花加工
20世纪50年代末，电解加工和超声加工也相继 应用。原兵器工业部，采用电解方法加工炮管膛线、
喷气发动机叶片等。
20世纪60年代末到90年代，是特种加工技术快 速发展时期，主要体现在如下几个方面：
1. 特种加工方法和机理 2. 特种加工工艺 3. 特种加工设备 4. 特种加工智能化、自动化
5. 实际应用
形加工、切割加工、焊接加工和超声清洗。
第二节 特种加工的分类