李晓峰特种加工论文.doc

特种加工的认识起源：直到1943年，前苏联拉扎林可夫妇研究开关触点遭受护花放电腐蚀损坏的现象和原因，发现电火花的瞬间高温可使局部的金属熔化、气化而被蚀除掉，开创和发明了电火花加工方法切削加工的本质和特点：1刀具材料比工件更硬2靠机械能把工件上多余的材料切除特种加工：应用物理、化学的方法，对有特殊要求及特殊加工对象进行加工的一种手段特种加工特点：1道具的硬度低预备加工件的硬度2靠机械能以外的能量3加工过程工具和工件之间不存在显著的切削力4可以用简单的运动加工复杂的零件特种加工对材料可加工型和结构工艺的影响：1提高了材料的可加工型2改变了零件的典型工艺路线3改变了试制新产品的模式4对产品零件的结构设计带来了很大的影响5对结构工艺性评价需新衡量6微细纳米加工手段电火花加工的原理：实际与工具和零件（正负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来时除多余的金属，已达到对工件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求电火花加工机理：1极间介质的电离、击穿，形成放电通道2介质液分解、电极材料融化、气化热膨胀3电极材料的抛出4极间介质的消电离电火花加工条件：1必须使工件电极和工件被加工表面之间经常保持移动的放电间隙2电火花放电必须是瞬时的脉冲性放电3电火花必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行（煤油、皂化液、去离子水）电火花教工工艺方法分类：有电火花穿孔成型加工、电火花线切割、电火花磨削和镗削、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字电火花加工中基本规律：影响电蚀量因素：电极效应，电参数，金属材料热血常数，工作液，其他因素(加工过程稳定性，加工面积，电极材料，炭黑墨)极性效应：单纯由于正负极性不同而彼此电蚀不一样的现象。电子轰击和离子轰击是影响极性效应重要因素正极加工：工件接脉冲电源的正极的加工在工厂中如何选择极性进行加工：当采用窄脉冲精加工时，应选用正极性加工；当采用长脉冲粗加工时，应采用负离子极性加工，可以得到较高的蚀除速度和较低的电极损耗。负极蚀除速度大于正极是：极性效应和正极吸附炭黑后对正极保护作用的综合效果提高电蚀量途径：提高脉冲频率f，增加单个脉冲能量，减小脉冲时间，提高系数Ka,Ka降低电蚀量：金属的熔点、沸点、比热容、熔化势、气化热越高，电蚀量越少；导电率愈大，蚀除量少；脉冲能量一定，有一个电视量最大的脉宽加工速度：单位时间内工件的电蚀量损耗速度：单位时间内工具的电蚀量工具的相对损耗：工具损耗速度/加工速度降低工具电极损耗利用：极性、吸附、传递效应如何降低：1正确选择极性脉冲2利用吸附效应3利用传热效应4选用适合的电极工具材料二次放电：已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电，反映在加工深度方向产生斜度，加工棱角变钝电火花加工的表面质量：表面粗糙度、表面变质层和表面力学性能表面粗糙度与加工速度矛盾 RC线路脉冲电源原理：利用电容器充电储存电能而后瞬间放出，形成火花放电来蚀除金属晶体管式脉冲电源：利用功率晶体管作为开关元件而获得单项脉冲各种派生脉冲电源：高低压复合、多回路、等脉冲、高频分组脉冲和梳形波脉冲电源自动进给调节系统基本组成：测量环节、比较环节、放大驱动、执行机构、调节对象电火花线切割加工原理：利用移动的细金属导线作电极，对工件进行脉冲火花放电、切割成型线切割与电火花加工不同：1点规则的范围不同2采用水或水基工作液3一般没有稳定的电弧放电状态4电极与工件之间存在输送接触式轻压放电现象5电极不用制造6材料利用率高7加工精度高切割速度：在保持一定的表面粗糙度的切割过程中，单位时间内电极丝中心现在工件上切除的面积总和锥度切割装置：1导轨偏移式丝架，主要用在高速走丝切割机床上2双坐标联动装置，低速走丝线切割机床3导轨摆轮式丝架高层分组脉冲电源怎样实现及优点：矩形波脉冲电源切割速度和减小表面粗糙度这两项工艺指标是相互矛盾的，高频分组脉冲电源在一定程度上能解决这两者之间的加工工艺。高频脉冲发生器、分组脉冲发生器和与门电路生成高频分组脉冲波形，然后经脉冲放大和功率输出，把高频分组脉冲能量输送到放电间隙双电层：由于金属原子是由金属阳离子和自由电子组成的金属晶体，当金属和溶液接触时常发生电子得失的反应过程，这一过程是在电极和溶液的界面上一个很薄的表层进行的，这一薄层为双电层对比化学性能比较活泼的金属，与他的盐溶液接触时，金属表面带负电，溶液带正电形成的双电层电化学加工：以电化学作为基础对金属进行加工的方法平衡电极电位：金属在本身盐溶液当中的溶解和沉淀相平衡是的电位差超电位：极化后的电极电位与平衡电位差值标准电极电位：所反映元素的是电子的能力，电极电位越低的金属越容易失去电子成为正离子的溶解到溶液中去，反之，电极电位越高的金属越容易吸引电子而沉积在金属表面层上电极的极化：当有电流通过时，低级的平衡状态遭到破坏使阳极的电极电位向正移，阴极的电位向负移的现象电极反应的基本原理：电极电位最负的物质将首先在阳极反应，电极电位最正的离子将首先在阴极反应金属的钝化：是金属阳极溶解过程的超电位升高，使电解速度减慢浓差极化：由于金属离子迁移速度缓慢而引起的极化电解加工：是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解，将工件加工成型的电化学当量：电解时电极上溶解后析出物质的量与电解电流I和电解时间t成正比，即与电荷量成正比，其反必系数称为电化学当量电解磨削：是由电解作用和机械磨削作用相结合而进行加工电解磨削与机械磨削相比较1加工范围广，加工效率高2可提高加工精度及表面质量3砂轮磨损量小电解磨削与电解加工不同之处：1电解加工时阳极表面形成的钝化膜是靠活性离子进行火化后或很高的电流密度去破坏而使阳极表面金属不断溶解去掉的，加工电流很大，溶解速度很快2电解磨削采用钝化性电解液3电解磨削靠砂轮磨料刮除具有一定硬度和粘度的阳极钝化膜电铸加工原理：用到电源模作阴极，电铸材料做阳极，电铸材料的金属盐溶液做电铸镀液，在直流电源作用下，阳极上金属原子交出电子成为离子进入镀液，并进一步在阴极获得电子而镀复沉积，最后与原膜分离得到电镀件涂镀加工原理：镀液中的金属正离子在阴极金属工件表面获得电子而沉积涂镀在其表面复合镀原理：在金属工件表面镀复金属镍或钴的同时，将磨料作为镀层的一部分也以其镀到工件的表面上去基态：电子在最靠近原子核的轨道上运行时，源自所处的能级状态跃迁：原子从高能级回落到低能级的过程激发态：原子内能增加，外层电子轨道半径扩大，被激发到高能级亚稳态能级：寿命较长的较高能级自发辐射：原子从高能态自发地跃到低能态而发光的过程受激辐射：处在激发能级上的原子，在一束频率v与E1-E2/n很接近的入射光刺激下跃迁回较低能级，同时发出与入射光特性完全相同的一束光的过程粒子数反转：具有亚稳态能及结构的物质埋在一定外来光子激发下，吸收光能，是处在较高能级的原子数目大于处于定能记得原子数目的现象激光的特性：强度高，单色性好，相干性好，方位性好激光加工的基本设备：激光器、电源、光学系统、机械系统电子束加工的原理：在真空条件下利用聚焦后能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间内，其能量大部分转变为热能，是被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部融化和气化被真空系统抽走电子束装置的控制系统：束流聚焦控制、束流位置控制、束流强度控制、工作台位移控制离子束加工原理与电子束不同：1离子束撞击能量大，电子束小2电子束用热效应加工，离子束撞击工件材料，是变形破坏离子束加工分类：离子刻蚀、离子建设沉积和离子镀（溅射效应）、离子注入（注入效应）离子束加工物理基础：离子束射到材料表面使得所发生的撞击效应，溅射效应和注入效应超声波：频率超过16000hz超出一般人耳听力范围超声加工及原理：是利用工具端面作超声振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种成型方法。是磨粒在超声振动下的机械碰撞和抛磨作用以及超声空话作用的综合结果，磨粒的撞击时主要的超声加工设备组成：1超声发生器（将工频交流电转变成有一定功率输出的超声频电震荡）2声学部件：换能器（将高频电震荡转换成机械振动，利用压电效应和磁致伸缩效应）、变幅杆（压电或磁致伸缩的变形量很小不足以用来直接加工必须通过一个上粗下细的棒杆将振幅加以扩大）、工具3机床本体4磨料工作液及其循环系统快速成型工艺及原理：光敏树脂液相顾化成型（液态光敏树脂在一定波长和功率紫外激光照射下迅速发生聚合反应，有液态转换成固态有计算机将扫描轨迹在页面上进行扫描煮点扫描固化，扫描完成后升降台下降一层高度这样逐层扫描得到以实体三维实体原型）、选择性激光粉末烧结成型（利用粉末材料在激光照射下烧结的原理CO2激光器作能源，在工作台上铺一层很薄的粉末，激光束在计算机控制下按零件的分层廓进行有选择性的一层一层进行烧结。烧结后去掉多余粉末，进行打磨、烘干处理获得零件）、薄片分层叠加成型(采用薄片材料作为成型材料，表面实现