特种加工_机械制造基础
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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.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）适宜加工各种硬脆材料，特别是非金属材料； 2）能以简单的进给运动加工复杂的表面； 3）由于切削力很小，因而其工件的残余应力和加工变形很 小，表面质量好，表面粗糙度可达Ra1～0.1μ m，加工精度 可达 0.01 ～ 0.02mm 。可以加工微细结构，如薄型、窄缝和 低刚度零件。
8.2.5 激光加工
机械制造基础教学课件
第8章
8.1 8.2
特种加工
特种加工概述 特种加工方法
第Hale Waihona Puke Baidu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
8.2.1 电火花加工
电火花加工又称放电加工（简称EDM），它利用电、 热能对零件进行加工。 1.电火花加工的原理 电火花加工是利用脉冲放电对导电材料进行蚀除，以 获得一定形状和尺寸的加工方法。其加工原理如图8-1所 示。
电火花加工的基本设备是电火花穿孔成型加工机床， 它由床身、立柱、工作台、工作液槽、主轴头、工具电极 夹具、工作液循环过滤系统等主要部件组成。 2.电火花加工的特点及应用 1）可用硬度低的紫铜或石墨作为工具电极对任何硬、 脆、高熔点的导电材料进行加工，具有以柔克刚的功能； 2）可以加工特殊和形状复杂的表面，常用于注塑模、 压铸模等型腔模的加工； 3 ）无明显的机械切削力，适宜于加工薄壁、窄槽和 细微精密零件； 4 ）由于脉冲电源的输出脉冲参数可任意调节，因而 能在同一台床子上连续进行粗加工、半精加工和精加工。
超声加工的基本原理见图 8-5 所示。超声加工是磨粒 在超声振动作用下的机械撞击和抛磨作用以及空化作用的综 合结果。
超声加工设备为超声加工机床，它由超声发生器、超声 振动系统、机床本体（由工作头、加压机构和工作进给机构、 工作台等组成）、工作液及循环系统和换能器冷却系统等主 要部件组成。
2.超声加工的特点和应用
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。
8.2.4 超声加工
超声加工也称超声波加工（简称USM），超声加工不仅能 加工金属导电材料，而且更适宜加工玻璃、陶瓷、半导体锗 和硅片等不导电的非金属脆硬材料，还可以用于清洗和探伤 等。 1. 超声加工的原理和特点 超声波特点：
1）超声波能传递很大的能量；
2）当超声波在液态介质中传播时，在介质中连续形成压 缩和稀疏区域，产生压力正负交变的液压冲击和空化现象； 3）超声波通过不同介质时，在界面上发生波速突变，产 生波的反射和折射； 4）超声波在一定条件下，会产生波的干涉和共振现象。
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。
2.电解加工的特点和应用 1 ）加工范围广，可加工高硬度、高强度和高韧性的各 类导电材料，可加工汽轮机叶片、叶轮等复杂型面； 2）生产率高； 3 ）能以简单的直线进给运动一次完成复杂型腔表面的 加工，不产生变形和残余应力，也无飞边、毛刺等； 4）可获得较好的表面粗糙度，加工精度不高； 5 ）加工过程中，工具阴极在理论上不会损耗，可长期 使用。
8.1.2 特种加工对机械制造工艺技术的影响
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。
8.2.2 电火花线切割加工
电火花线切割加工是在电火花加工基础上发展起来的 一种加工工艺（简称WEDM）。其工具电极为金属丝（钼丝 或铜丝），在金属丝与工件间施加脉冲电压，利用脉冲放 电对工件进行切割加工，因而也称线切割。 1.电火花线切割加工的原理 电火花线切割加工的电蚀原理与电火花加工的原理相 同，其加工原理如图8-2所示。 电火花线切割加工的基本设备是数控电火花切割机， 它由床身部分、坐标工作台部分（一般均采用十字和滚动 导轨、滚动丝杠）、走丝机构和锥度切割装置等主要部件 组成。
激光加工是利用光能经透镜聚焦以极高的能量密度靠 光热效应加工各种材料的一种新工艺（简称LBM）。
1.激光加工的原理
激光是一束相同频率、相同方向和严格位相关系的高 强度平行单色光。由于光束的发散角通常不超过0.1°，因 此在理论上可聚焦到直径为光波波长尺寸相近的焦点上， 焦点处的能量密度可达 108 ～ 1010W/cm2 ，温度可高达摄氏 1 万度，从而使任何材料均在瞬时（＜10－3s ）被急剧熔化 乃至汽化，并产生强烈的冲击波被喷发出去，从而达到切 除材料的目的。 常用的激光器按激活介质的种类可分为固体激光器和 气体激光器。如图8-6为固体激光器结构示意图。
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）适宜加工各种硬脆材料，特别是非金属材料； 2）能以简单的进给运动加工复杂的表面； 3）由于切削力很小，因而其工件的残余应力和加工变形很 小，表面质量好，表面粗糙度可达Ra1～0.1μ m，加工精度 可达 0.01 ～ 0.02mm 。可以加工微细结构，如薄型、窄缝和 低刚度零件。
8.2.5 激光加工
机械制造基础教学课件
第8章
8.1 8.2
特种加工
特种加工概述 特种加工方法
第Hale Waihona Puke Baidu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
8.2.1 电火花加工
电火花加工又称放电加工（简称EDM），它利用电、 热能对零件进行加工。 1.电火花加工的原理 电火花加工是利用脉冲放电对导电材料进行蚀除，以 获得一定形状和尺寸的加工方法。其加工原理如图8-1所 示。
电火花加工的基本设备是电火花穿孔成型加工机床， 它由床身、立柱、工作台、工作液槽、主轴头、工具电极 夹具、工作液循环过滤系统等主要部件组成。 2.电火花加工的特点及应用 1）可用硬度低的紫铜或石墨作为工具电极对任何硬、 脆、高熔点的导电材料进行加工，具有以柔克刚的功能； 2）可以加工特殊和形状复杂的表面，常用于注塑模、 压铸模等型腔模的加工； 3 ）无明显的机械切削力，适宜于加工薄壁、窄槽和 细微精密零件； 4 ）由于脉冲电源的输出脉冲参数可任意调节，因而 能在同一台床子上连续进行粗加工、半精加工和精加工。
超声加工的基本原理见图 8-5 所示。超声加工是磨粒 在超声振动作用下的机械撞击和抛磨作用以及空化作用的综 合结果。
超声加工设备为超声加工机床，它由超声发生器、超声 振动系统、机床本体（由工作头、加压机构和工作进给机构、 工作台等组成）、工作液及循环系统和换能器冷却系统等主 要部件组成。
2.超声加工的特点和应用
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。
8.2.4 超声加工
超声加工也称超声波加工（简称USM），超声加工不仅能 加工金属导电材料，而且更适宜加工玻璃、陶瓷、半导体锗 和硅片等不导电的非金属脆硬材料，还可以用于清洗和探伤 等。 1. 超声加工的原理和特点 超声波特点：
1）超声波能传递很大的能量；
2）当超声波在液态介质中传播时，在介质中连续形成压 缩和稀疏区域，产生压力正负交变的液压冲击和空化现象； 3）超声波通过不同介质时，在界面上发生波速突变，产 生波的反射和折射； 4）超声波在一定条件下，会产生波的干涉和共振现象。
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。
2.电解加工的特点和应用 1 ）加工范围广，可加工高硬度、高强度和高韧性的各 类导电材料，可加工汽轮机叶片、叶轮等复杂型面； 2）生产率高； 3 ）能以简单的直线进给运动一次完成复杂型腔表面的 加工，不产生变形和残余应力，也无飞边、毛刺等； 4）可获得较好的表面粗糙度，加工精度不高； 5 ）加工过程中，工具阴极在理论上不会损耗，可长期 使用。
8.1.2 特种加工对机械制造工艺技术的影响
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。
8.2.2 电火花线切割加工
电火花线切割加工是在电火花加工基础上发展起来的 一种加工工艺（简称WEDM）。其工具电极为金属丝（钼丝 或铜丝），在金属丝与工件间施加脉冲电压，利用脉冲放 电对工件进行切割加工，因而也称线切割。 1.电火花线切割加工的原理 电火花线切割加工的电蚀原理与电火花加工的原理相 同，其加工原理如图8-2所示。 电火花线切割加工的基本设备是数控电火花切割机， 它由床身部分、坐标工作台部分（一般均采用十字和滚动 导轨、滚动丝杠）、走丝机构和锥度切割装置等主要部件 组成。
激光加工是利用光能经透镜聚焦以极高的能量密度靠 光热效应加工各种材料的一种新工艺（简称LBM）。
1.激光加工的原理
激光是一束相同频率、相同方向和严格位相关系的高 强度平行单色光。由于光束的发散角通常不超过0.1°，因 此在理论上可聚焦到直径为光波波长尺寸相近的焦点上， 焦点处的能量密度可达 108 ～ 1010W/cm2 ，温度可高达摄氏 1 万度，从而使任何材料均在瞬时（＜10－3s ）被急剧熔化 乃至汽化，并产生强烈的冲击波被喷发出去，从而达到切 除材料的目的。 常用的激光器按激活介质的种类可分为固体激光器和 气体激光器。如图8-6为固体激光器结构示意图。