特种加工技术概论
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机械制造特种加工技术
➢ 优化工艺参数，完善现有的加工工艺。
➢ 向微型化、精密化发展。
➢ 采用数控、自适应
2084
70年代
控 制 、 CAD/CAM 、
80年代
专家系统等技术，提 1104
90年代
高加工过程自动化、
柔性化程度。
232
★ 图 3-62反映了学术
424 244 142
441 321 214
353 252 316
N
工件 （陶瓷滚柱）
S 磁性材料
整理课件
图3-61 磁力抛光示意图
常用特种加工方法分类表
特种加工方法
电火花加 工
成形加工
线切割加 工 电解加工
电化学加 工
激光加工
电解磨削
电铸、电 镀 切割、打 孔 表面改性
电子束加 切割、打
工
孔
能量形式
电能、热能 电能、热能
作用原理
熔化、气化 熔化、气化
电化学能
电化学机械 能 电化学能
➢电火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等
➢电火花线切割加工：
导轮
用连续移动的钼丝
（或铜丝）作工具阴
Y
极 ， 工 件 为 阳 极 。 机 储丝筒 床工作台带动工件在
X 电极丝
水平面内作两个方向
移动，可切割出二维
工件
图形。同时，丝架可
作小角度摆动，可切
割出斜面。
图3-65 电火花线切割原理图
整理课件
3.6.2 几种代表性特种加工方法
➢ 非传统加工方法由于工具不受显著切削力的作用，对工 具和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求。
➢ 一般不会产生加工硬化现象。且工件加工部位变形小， 发热少，或发热仅局限于工件表层加工部位很小区域内， 工件热变形小，加工应力也小，易于获得好的加工质量。
特种加工技术
•2.特种加工的产生•特种加工早期的发明和应用是在1943年由前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。
3、对零件的结构设计带来重大变革。
喷气发钢片冲模，结构复杂不易制造，往往采用拼程如图1-2所示。
加工必要条件（之一）必须使工具与工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，这一间隙视加工条件而定，一般为几微米至几百微米之间。
若间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，不能产生火花放电；若间隙过小，很容易液体介质的作用)有利于产生脉冲性的火花放电；型腔多为盲孔，内形复杂，各处深浅不同，加工较为困难。
为了便于排除加工产物和冷而且避免了小直径钻电解产物则不断被高速流动的电解液带走，最终工具电极的形状就“复制”在工件上。
电解中常用的电解液有NaCl、NaNO3和NaClO 三种溶液。
下面仅介绍用10%~20%的氯化钠水溶液作电解液加工低碳钢时的主要化学反应：水溶液H2O H++OH-阳极反应Fe–2e Fe+²3.电解去毛刺机械加工中常采用钳工方法去毛刺，这不但工作量大，而且有的毛刺因过硬或空间狭小难以去除。
而采用电解去毛刺，则可以提高工效，节约费用。
图1-24所示，为采用电解一.超声波加工的原理及特点超声波加工原理超声波加工是利用工具端面的超声频振动，和局部真空形成许多微空腔。
超声波加工适用于加工各种硬脆材料，尤其是利用电火花加工、电解加工难以加工的不刻和研抛等，如图1-26所示。
一定值时，产生的微冲击就可以使被清洗物表面的污渍遭到破坏而脱落下来。
加上超声作用无处不入，即使是小孔和窄缝可焊接性。
由于它利用高能光束进行加工，加工速度快，变形小，可以加工各种金属和非金属材料，在生产实践中不断显示出它的优越性，因而当激光的工作物质釔铝石榴石受到光泵（激励脉冲氙灯）的激发后，吸收具有特定波长的光，间的能量差来决定，即：时处于高能级E N 的粒子才会在这个外来光子的刺激下向低能级E 同时辐射出一个频率、传播方向、振动方向均与外来光子完全相同的光子深为0.6~1.2mm的宝石轴承孔，若工件自动传送，每分钟可加工数十件。
《其他特种加工技术》课件
01
02
03
集成电路制造
离子束加工技术广泛应用 于集成电路制造中的微细 结构加工和刻蚀工艺。
纳米制造
利用离子束加工技术可以 制造出各种纳米级别的结 构和器件，如纳米线、纳 米管、纳米薄膜等。
表面处理
离子束加工可以对材料表 面进行改性和处理，提高 材料的表面性能和耐腐蚀 性等。
05
等离子体加工技术
等离子体加工原理
精密零件加工
电火花加工可以用于精密零件的 加工，如小型轴承、齿轮、小型 化电器零件等。
难加工材料加工
对于一些难加工的材料，如硬质 合金、不锈钢等，电火花加工是 一种有效的加工方法。
03
激光加工技术
激光加工原理
激光加工是利用高能激光束照射工件表 面，使材料迅速熔化、汽化或达到点燃 点，同时借助与光束同轴的气流等排除 熔融物质，从而实现切割、焊接、打孔
等离子体加工是一种基于等离子体物理原理的加工技术，通过产生等离子体，利用 其高能粒子和活性基团对材料进行刻蚀、沉积、焊接等加工操作。
等离子体是由气体在高温或高电压下电离产生的，由离子、电子、光子、活性基团 等组成，具有很好的导电性和化学活性。
等离子体加工过程中，通过控制等离子体的参数，如温度、压力、气体组成等，实 现对材料表面的物理和化学作用，从而达到加工目的。
特种加工技术的分类
按照所使用的能源类型，特种加工技 术可分为机械能加工、热能加工、电 能加工、光能加工和化学能加工等。
按照加工过程中所涉及的物理现象， 特种加工技术可分为电火花加工、激 光加工、超声波加工、离子束加工和 电子束加工等。
特种加工技术的应用领域
第一季度
第二季度
Байду номын сангаас第三季度
特种加工技术概论
特种加工技术概论摘要：随着科学技术的迅猛发展，对产品结构的要求日趋复杂，对产品性能的要求日益增加，因此随之产生了特种加工技术，本文介绍了激光加工、电子束加工、离子束加工、超声加工等特种加工的原理、特点和应用。
关键词：特种加工激光电子束离子束超声波1 概述随着科学技术的迅猛发展，对产品结构的要求日趋复杂，对产品性能的要求日益增加，特别是在航空、航天和军事尖端技术中更为突出。
有些产品要求具备很高的强度重量比；由此而产品在精度、工作速度、功率及小型化方面要求很高；有些产品则要求在高温、高压和腐蚀环境中能可靠的进行工作。
为了适应以上要求，各种新结构、新材料和复杂形状的精密零件大量涌现，其结构形状的复杂性、材料的可加工性以及加工精度和表面完整性方面的要求，用一般的机械加工是难以实现的，这就不断地向传统的切削加工技术提出新的挑战。
传统切削加工技术的本质和特点：一是靠刀具材料比工件材料更硬来实现切削；二是靠机械能把工件上多余的材料切除。
一般情况下，这是行之有效的方法。
但是，当工件材料越来越硬，加工表面越来越复杂的情况下，原来行之有效的方法就转化为限制生产率和影响加工质量的不利因素。
于是人们开始探索用软的工具加工硬的材料，不仅用机械能而且还采用电、化学、光、声等能量进行加工。
到目前为止，已经找到了多种这一类的加工方法，为区别于现有的金属切削加工，统称为特种加工。
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，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。
2 电子束加工（1）电子束加工原理电子束加工是利用高能量的会聚电子束的热效应或电离效应对材料进行的加工。
利用电子束的热效应可以对材料进行表面热处理、焊接、刻蚀、钻孔、熔炼，或直接使材料升华。
《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。
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。
特种加工技术概论
（2）從實際出發，大力開發特種加工領域中的新方法，包括微細加工 和複合加工，尤其是品質高、效率高、經濟型的複合加工，並與適宜的製 造模式相匹配，以充分發揮其特點。
（3）污染問題是影響和限制有些特種加工應用和發展的嚴重障礙，必 須花大力氣利用廢氣、廢渣，向綠色加工的方向發展。
可以預見，隨著科學技術和現代化工業的發展，特種加工必將不斷完 善和迅速發展，反過來又必將推動科學技術和現代工業的發展，併發揮越 來越重要的作用。
第三節 特種加工產生的影響及發展趨勢
二、 特種加工存在的問題發展趨勢 1．特種加工存在的問題 （1）某些特種加工（如超聲加工、鐳射加工等）的加工機理還不十分
清楚，其工藝參數的選擇、加工過程的穩定性均需進一步提高。 （2）有些特種加工（如電化學加工）在加工過程中產生的廢渣、廢氣
若排放不當，會產生環境污染，影響工人健康。 （3）有些特種加工（如快速成形、等離子弧加工等）的加工精度及生
一、分類
第二節 特種加工的分類
一、分類
第二節 特種加工的分類
第二節 特種加工的分類
二、各種方法比較
第二節 特種加工的分類
二、各種方法比較
第二節 特種加工的分類
三、特種加工應用
第三節 特種加工產生的影響及發展趨勢
一、特種加工對材料加工性和結構工藝性的影響
（1）提高了材料的可加工性； （2）改變了零件的典型工藝路線； （3）改變了試製新產品的模式； （4）對新產品零件的結構設計帶來了很大的影響； （5）對傳統的結構工藝性需要重新衡量； （6）特種加工已成為微細加工和納米加工的主要手段；
概論
第一節 特種加工的產生及發展
一、定義
特種加工亦稱“非傳統加工”或“現代加工方 法”，泛指用電能、熱能、光能、電化學能、化學能、 聲能及特殊機械能等能量達到去除或增加材料的加工 方法，從而實現材料的去除、變形 、改變性能或鍍覆 等。
（3）污染問題是影響和限制有些特種加工應用和發展的嚴重障礙，必 須花大力氣利用廢氣、廢渣，向綠色加工的方向發展。
可以預見，隨著科學技術和現代化工業的發展，特種加工必將不斷完 善和迅速發展，反過來又必將推動科學技術和現代工業的發展，併發揮越 來越重要的作用。
第三節 特種加工產生的影響及發展趨勢
二、 特種加工存在的問題發展趨勢 1．特種加工存在的問題 （1）某些特種加工（如超聲加工、鐳射加工等）的加工機理還不十分
清楚，其工藝參數的選擇、加工過程的穩定性均需進一步提高。 （2）有些特種加工（如電化學加工）在加工過程中產生的廢渣、廢氣
若排放不當，會產生環境污染，影響工人健康。 （3）有些特種加工（如快速成形、等離子弧加工等）的加工精度及生
一、分類
第二節 特種加工的分類
一、分類
第二節 特種加工的分類
第二節 特種加工的分類
二、各種方法比較
第二節 特種加工的分類
二、各種方法比較
第二節 特種加工的分類
三、特種加工應用
第三節 特種加工產生的影響及發展趨勢
一、特種加工對材料加工性和結構工藝性的影響
（1）提高了材料的可加工性； （2）改變了零件的典型工藝路線； （3）改變了試製新產品的模式； （4）對新產品零件的結構設計帶來了很大的影響； （5）對傳統的結構工藝性需要重新衡量； （6）特種加工已成為微細加工和納米加工的主要手段；
概論
第一節 特種加工的產生及發展
一、定義
特種加工亦稱“非傳統加工”或“現代加工方 法”，泛指用電能、熱能、光能、電化學能、化學能、 聲能及特殊機械能等能量達到去除或增加材料的加工 方法，從而實現材料的去除、變形 、改變性能或鍍覆 等。
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。
(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
特种加工技术
特种加工技术特种加工技术是一种高端、高精度的制造工艺，具有复杂形状、高质量和高可靠性的特点。
特种加工技术主要包括高速切削加工、电火花加工、激光加工等。
这些技术的应用方向涉及到航空航天、汽车制造、电子通信、生物医药等多个领域。
一、高速切削加工高速切削加工是一种以高速运转的工具在工件表面上进行加工的技术。
它主要应用于金属材料的加工中，如铝合金、钛合金、高温合金和不锈钢等。
高速切削加工的优点主要在于加工速度快、表面质量高、加工工件尺寸精度高等方面，这些特点使得高速切削加工成为了许多行业的首选技术手段。
高速切削加工技术在飞机零件、模具制造、汽车零部件制造、机械制造、船舶制造等领域都有广泛的应用。
它的发展还促进了数控技术的飞速发展，同时也推动了人类自动化制造的步伐。
二、电火花加工电火花加工是利用高频脉冲放电切割或加工导电材料的一种机电加工技术。
主要应用在模具制造、飞机航天、汽车制造、模具、精密机械制造、玉石雕刻等行业中。
电火花加工的特点在于它可以加工出复杂的形状，而且可以加工出超硬材料和热处理后的金属材料，制作出高精度模具，如精密芯模、模具、工艺刀具、开槽钻、刻线刀等；在航空航天业中，也可以用来加工散热器、燃烧室、涡轮叶片等复杂形状的零部件。
三、激光加工激光加工是利用激光束在工件表面切割、焊接、雕刻、打孔等加工过程中，具有非接触加工、非热接触、精度高、效率高、易自动化控制等优点。
激光加工的应用领域也非常广泛，如电子电器制造、机械制造、汽车制造、航空航天、医疗器械等。
激光加工可以对材料进行各种加工作业，从而满足生产的不同需求。
例如，激光切割技术可用于生产压缩机、汽车零件和航空零件。
激光焊接技术可用于电子零件、汽车制动系统和飞机的燃油泵等。
激光打孔技术可用于贵重石材、塑料制品和编织物等材料的加工中。
此外，激光打印技术也是目前3D打印技术中的一种先进的加工手段。
总之，特种加工技术的应用已经深入到我们生活的方方面面中，并且将持续发展，并为我们带来更多的便利和舒适。
特种加工技术概论
放电加工（日本/英国/美国等）
电蚀加工（前苏联及俄罗斯）
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第1章 概论
1.4 特种加工的产生及发展
电火花加工产生的意义
拉扎林科夫妇用铜丝在淬火钢上加工出小孔。 （软） （硬）
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
➢ John Wilkinson(1774年)，他建造了一个精密的引擎镗孔机。 ➢ 23年后Henry Maudslay设计了车床。 ➢ James Nasmyth发明了第二基本加工工具，那就是刨床。 ➢ 钻床是第三种加工工具机，使用麻花钻头来钻孔。 ➢ Whienty在1818年用第一部铣床来加工枪炮。 ➢ 复合铣床是J.R.Brown在1862年建造。 ➢ 第五种加工工具在十九世纪末被发明，它称为磨床。
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第1章 概论
1.4 特种加工的产生及发展
我国特种加工的发展
20世纪50年代中期，研制出电火花穿孔机床、表面强化机。
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
不损耗
材料去除 率/
(mm3/min) (平均/最
高)
30/3000
20/200* (mm2/min)
100/10000
可达到尺 寸
精度/mm (平均/最
高)
0.03/0.003
0.02/0.002
0.1/0.01
可达到表 面粗糙度
Ra/μm (平均/最
特种加工 概论
第一章 概论 (3) 广泛采用自动化技术。充分利用计算机技术对 特种加工设备的控制系统、电源系统进行优化，建立 综合参数自适应控制装置、数据库等，进而建立特种 加工的CAD/CAM和FMS系统，这是当前特种加工技术 的主要发展趋势。用简单工具电极加工复杂的三维曲 面是电解加工和电火花加工的发展方向。目前已实现 用四轴联动线切割机床切出扭曲变截面的叶片。随着 设备自动化程度的提高，实现特种加工柔性制造系统 已成为各工业国家追求的目标。
第一章概论表12几种常见特种加工方法的综合比较加工方法可加工材料工具损耗率最低平均材料去除率mm3min平均最高可达到尺寸精度mm平均最高可达到表面粗糙度ram平均最高主要适用范围电火花成型加工0110303000003000310004从数微米的孔槽到数米的超大型模具工件等如各种类型的孔各种类型的模具各种类型的模具电火花线切割加工较小可补偿20200mm2min00200025032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电解加工任何导电金属材料如硬质合金钢耐热钢不锈钢淬火钢钛合金等不损耗1001000001001125016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15011000020001125004硬质合金钢等难加工材料的磨削如硬质合金刀具量具等超声波加工任何脆性材料01101500030005063016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激光加工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金刚石拉丝模钟表宝石轴承等电子束加工瞬时去除率很高受功率限制平均去除率不高001000110125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任何材料不损耗三种加工没有成型用的工具很低001m001对零件表面进行超精密超微量加工抛光刻蚀掺杂镀覆等第一章概论第三节特种加工对材料可加性和结构工艺性等的影响1
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1870年，英国科学家普里斯特利最早发现电 火花对金属的腐蚀作用。
直到1943年，前苏联鲍、洛、拉扎林柯夫妇 在研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的有害现 象和原因时，发现电火花的瞬时高温可使局部的 金属熔化、气化而被蚀除掉，于1944年利用电蚀 原理开创和发明了变有害的电蚀为有用的电火花 加工方法，研制出世界上第一台实用化的电火花 加工装置。可用软的工具加工任何硬度的金属材 料，首次摆脱了传统的切削加工方法，直接利用 电能和热能来去除金属，获得了“以柔克刚”的 效果。
前苏联在1957年把第一颗人造卫星送
入太空，令美国人震惊不已，认识到在导弹
前
火箭技术上落后了。因此在其后的十年里， 苏
联
在十多所大学中陆续建立了材料科学研究中 第
一
心，并把约2/3大学的冶金系或矿冶系改建 颗
人
成了冶金材料科学系或材料科学与工程系。 造
卫
其涉及的材料由金属扩展到了陶瓷和高分子 星
及
2）工具的硬度可以低于被加工材 料的硬度（甚至不用工具）
3）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。
英国正是因为广泛采用了瓦特发明的万 能蒸汽机，使之率先完成了工业革命，从 而迅速成为世界第一强国，创建了“日不 落”帝国。
瓦特为什么花了20多年才让蒸气机走 向成功，其中关键一环是什么呢？是材料， 是加工的工艺。
这一事实充分说明了加工方法对新产品 的研制、推广对社会经济等起着多么重大 的作用。
随着新材料、新结构的不断出现，情况 将更是这样。
”
四
号
飞
船Leabharlann 中国的航天事业---“神舟”五号载人飞
船
升 空
杨 利
伟
返 回
全人类共同的家园
飞天
返回舱
工具材料的发展历程
石器
象形尊(西周) 铁器
生产装备的发展历程
1.2 特种加工的产生和发展
传统的机械加工已有很久的历史，它对人类 的生产和物质文明起到了极大的作用。
1712年，英国人纽科门首次制成可供实用的 大气式蒸汽机，它那28英寸口径的汽缸和活塞之 间压根儿没有能够紧密吻合，而存在着0.5英寸左 右的间隙，一工作就“嗤嗤”地漏气，因此一直 无法推广应用。
但是从第一次产业革命以来，一直到 第二次世界大战以前，在这段长达150多 年都靠机械切削加工（包括磨削加工）的 漫长年代里，并没有产生特种加工的迫切 要求，也没有发展特种加工的充分条件， 人们的思想一直还局限在自古以来传统的 用机械能量和切削力来除去多余的金属， 以达到加工要求这一框框之内。
切削这么硬的材料，车刀很快就崩刃
特种加工的概念：
是将电、热、声、光、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 料去除的一种加工方法。
思考题：1、常规的机械加工方法有哪些？ 2、常规的切削加工方法有哪些？ 3、各有何特点？
特种加工的本质特点： 1）不是主要依靠机械能，而是主
要用其他能量（电、热、声、光、化 学等）去除材料；
一般情况下这是行之有效的方法。
但随着材料的愈来愈硬，零件结构愈来愈复 杂，原来行之有效的加工方法转化为限制生产率 和影响加工质量的不利因素。于是人们开始探索 用软的工具加工硬的材料，不仅用机械能而且用 电、化学、光、省等能量来进行加工。到目前为 止，已经找到了多种加工方法，为区别于现有的 金属切削加工方法，把这类新加工方法统称为特 种加工。
瓦特从1764年到1790年，经过他的一系列重 大的发明和改进，使蒸汽机的效率提高到原来纽 科门机的3倍多，而且配套齐全、性能优良、切合 实用。其间的1774年，英国人威尔金森发明较精 密的炮筒镗床，次年，他用这台炮筒镗床镗出的 汽缸，满足了瓦特蒸汽机的要求，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。
锉刀
手
锤
国产涡喷-7涡轮喷气发动机
没有半导体材料的工业化生产，就不可能 有目前的计算机技术。
龙芯
联想计算机
没有高温高强度的结构材料，就不可能有今天 的航空工业和宇航工业。
飞机发动机叶片
在航天飞机表面装陶瓷防护瓦片
波音客机
没有低消耗的光导纤维，也就没有现代的 光纤通讯。
二十世纪七十年代，人们把材料与能源和信 息并列，称作现代文明的三大支柱之一。
聚合物材料。可见，高技术需要先进材料的 其
运
支持。
载
火
箭
“ “
中国的航天事业-----“神舟”号飞
船
“神舟”一号 发射成功 神 舟 ” 一 号 飞 船
神 舟 发二 射号 工” 位飞 船 运 往
“神舟”二号发射成 功
“ “
中国的航天事业-“神舟”号飞
船
“神舟”三号
发射成功
神
舟
”
三
号
飞
船
神 舟
“神舟”四号 发射成功
第二次世界大战后，特别是进入20世 纪50年代以来，随着生产发展和科学实验 的需要，很多工业部门，尤其是国防工业 部门，要求尖端科学技术产品向高精度、 高速度、高温、高压、大功率、小型化等 方向发展，同时它们所使用的材料愈来愈 难加工，零件的形状愈来愈复杂，加工的 精度、表面粗糙度和某些特殊要求也愈来 愈高，因此对机械制造部门提出了下列新 的要求。
要解决上述一系列工艺问题，仅仅 采用传统的切削加工方法是很难的，甚 至是根本就无法实现的。
于是人们相继开始探索研究新的加 工方法，特种加工技术就是在这种前提 下产生和发展起来的，它与常规的切削 加工相比有着自己的本质和特点。
切削加工的本质和特点：一是靠刀具比工件 材料更硬；而是靠机械能把工件上多余的材料切 除。
一、解决各种难切削材料的加工问题； 如硬质合金、鈦合金、耐热钢、金刚石、宝石等
特种加工实例
二、解决各种结构复杂表面的加工问题； 如喷气涡轮机叶片、巡航导弹整体涡轮、各种模
具，特殊断面的型孔、喷丝头等。
三、解决各种超精或光整零件的加工问题； 四、解决各种尺寸或微小或特大的精密零件
的加工问题；
五、解决各种薄壁、细长轴、弹性元件等 低刚度零件的加工问题
特种加工技术
第一章 概论
1.1 历史回顾 1.2 特种加工的产生和发展 1.3 特种加工的分类和综合比较 1.4 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等
的影响
1.1 历史回顾
哥 伦
比
亚 号
航
天
材料是指人类用以
飞
制造各种有用器件
机
的物质。
材料是人类生产和 生活所必须的物质 基础。
“神舟”四号飞船成功返 回