特种加工技术
合集下载
- 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)。
(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。
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。
由于各种特种加工所用的能量不同，其具体加工 原理也有很大不同。
特种加工是利用能量及能量间的转化对工 件进行加工的方法。
第一章 概论
1.2 特种加工的特点及发展
与传统的机械加工相比，特种加工的特点是：
(1) 不是主要依靠机械能，而是利用其他能量(如电、化学、光、 声、热等)去除金属材料，所以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等机械性能无关。
2 特种加工解决的问题
1) 难切削材料(如宝石、金刚石、钛合金等)的加工; 2) 特殊复杂表面的加工; 3) 超精、光整及具有特殊要求的表面加工(航空航天、国防工业中表 面质量和精度要求高的陀螺仪、伺服阀及低刚度细长轴)。
第一章 概论
3 加工原理
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。
– 电化学能与机械能作用方式 ■电解磨削ECG、电解珩磨ECH
– 声能与机械作用能作用方式：超声波加工USM – 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 – 液流能与机械作用能：挤压珩磨AFH、水射流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Leabharlann 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
激光加工
电子束加工 离子束加工 等离子弧加工 超声加工
第一章 概论
表1-2 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)
电火花 成型加工
0.1/10
电火花线 切割加工
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
较小(可补偿)
第一章 概论
1.3 特种加工的分类
与其他先进制造技术一样，特种加工正在研究、开发推广和 应用之中，具有很好的发展潜力和应用前景。依据加工能量的来 源和作用形式列举如表1-1所示常用的特种加工方法。
– 电能与热能作用方式 ■电火花EDM、线切割WEDM、电子束EBM、等离子PAM
– 电能与化学能作用方式 ■电解ECM、电铸、电刷镀
化学加工
激光切割、打孔 激光处理、表面改性 切割、打孔、焊接 蚀刻、镀覆、注入 切割（喷镀） 切割、打孔、雕刻 化学铣削 光刻
光能、热能 光能、热能 电能、热能 电能、动能 电能、热能 声能、机械能 化学能 化学能
熔化、汽化 熔化、相变 熔化、汽化 原子撞击 熔化、汽化（涂覆） 磨料高频撞击 腐蚀 光化学腐蚀
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
我国的特种加工技术起步较早。20世纪50年代中 期我国工厂已设计研制出电火花穿孔机床，60年代末 上海电表厂张维良工程师在阳极—机械切割的基础上发 明了我国独创的快走丝线切割机床，上海复旦大学研 制出电火花线切割数控系统。但是由于我国原有的工 业基础薄弱，特种加工设备和整体技术水平与国际先 进水平有不少差距，每年还需从国外进口300台以上高 档电加工机床。
第一章 概论
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。
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 行了综合比较。
特种加工技术
工 程 训 练 中 心
.
第一章 概论
第一章 概论
1.1 特种加工的概念 1.2 特种加工的特点及发展 1.3 特种加工的分类 1.4 特种加工的意义
第一章 概论
1.1 特种加工的概念
1 特种加工的出现
20世纪40年代，前苏联科学家拉扎连柯夫妇研究开关触点遭受火 花放电腐蚀损坏的现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金 属熔化、气化而被腐蚀掉，开创和发明了电火花加工。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 (NTM ， NonTraditional Machining)，也被称为非传统加工技术.
(2) 非接触加工，不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件 不接触，因此工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度。
(3) 微细加工，工件表面质量高，有些特种加工如超声、电化学 水喷射等，加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔或 狭缝，还能获得高精度、低粗糙度的加工表面。
(4) 各种加工方法可以扬长避短、任意组合，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)、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。
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。
由于各种特种加工所用的能量不同，其具体加工 原理也有很大不同。
特种加工是利用能量及能量间的转化对工 件进行加工的方法。
第一章 概论
1.2 特种加工的特点及发展
与传统的机械加工相比，特种加工的特点是：
(1) 不是主要依靠机械能，而是利用其他能量(如电、化学、光、 声、热等)去除金属材料，所以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等机械性能无关。
2 特种加工解决的问题
1) 难切削材料(如宝石、金刚石、钛合金等)的加工; 2) 特殊复杂表面的加工; 3) 超精、光整及具有特殊要求的表面加工(航空航天、国防工业中表 面质量和精度要求高的陀螺仪、伺服阀及低刚度细长轴)。
第一章 概论
3 加工原理
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。
– 电化学能与机械能作用方式 ■电解磨削ECG、电解珩磨ECH
– 声能与机械作用能作用方式：超声波加工USM – 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 – 液流能与机械作用能：挤压珩磨AFH、水射流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Leabharlann 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
激光加工
电子束加工 离子束加工 等离子弧加工 超声加工
第一章 概论
表1-2 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)
电火花 成型加工
0.1/10
电火花线 切割加工
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
较小(可补偿)
第一章 概论
1.3 特种加工的分类
与其他先进制造技术一样，特种加工正在研究、开发推广和 应用之中，具有很好的发展潜力和应用前景。依据加工能量的来 源和作用形式列举如表1-1所示常用的特种加工方法。
– 电能与热能作用方式 ■电火花EDM、线切割WEDM、电子束EBM、等离子PAM
– 电能与化学能作用方式 ■电解ECM、电铸、电刷镀
化学加工
激光切割、打孔 激光处理、表面改性 切割、打孔、焊接 蚀刻、镀覆、注入 切割（喷镀） 切割、打孔、雕刻 化学铣削 光刻
光能、热能 光能、热能 电能、热能 电能、动能 电能、热能 声能、机械能 化学能 化学能
熔化、汽化 熔化、相变 熔化、汽化 原子撞击 熔化、汽化（涂覆） 磨料高频撞击 腐蚀 光化学腐蚀
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
我国的特种加工技术起步较早。20世纪50年代中 期我国工厂已设计研制出电火花穿孔机床，60年代末 上海电表厂张维良工程师在阳极—机械切割的基础上发 明了我国独创的快走丝线切割机床，上海复旦大学研 制出电火花线切割数控系统。但是由于我国原有的工 业基础薄弱，特种加工设备和整体技术水平与国际先 进水平有不少差距，每年还需从国外进口300台以上高 档电加工机床。
第一章 概论
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。
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 行了综合比较。
特种加工技术
工 程 训 练 中 心
.
第一章 概论
第一章 概论
1.1 特种加工的概念 1.2 特种加工的特点及发展 1.3 特种加工的分类 1.4 特种加工的意义
第一章 概论
1.1 特种加工的概念
1 特种加工的出现
20世纪40年代，前苏联科学家拉扎连柯夫妇研究开关触点遭受火 花放电腐蚀损坏的现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金 属熔化、气化而被腐蚀掉，开创和发明了电火花加工。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 (NTM ， NonTraditional Machining)，也被称为非传统加工技术.
(2) 非接触加工，不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件 不接触，因此工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度。
(3) 微细加工，工件表面质量高，有些特种加工如超声、电化学 水喷射等，加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔或 狭缝，还能获得高精度、低粗糙度的加工表面。
(4) 各种加工方法可以扬长避短、任意组合，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)、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。