金属工艺学下学期课件第三章

1、第三章 特种加工,3.1 电火花加工,一、电火花加工的原理和特点 1.电火花加工原理 利用工具电极和工件电极间 瞬时火花放电所产生的高温来熔 蚀材料，因此又称放电加工或 电蚀加工,a)加工原理示意图 b)、c)加工表面局部放大图 1-工件 2-脉冲电源 3-自动进给调节装置 4-工具 5-工作液 6-过滤器 7-工作液泵 8-被蚀除的材料,第三章 特种加工,3.1 电火花加工,一、电火花加工的原理和特点 1.电火花加工原理 进行电火花加工应具备如下条件： (1)工具电极和工件电极之间必须保持一定的间隙。 (2)必须采用脉冲电源。 (3)必须在有一定绝缘性能的工作液中进行火花放电,脉冲电源电压波

2、形,第三章 特种加工,3.1 电火花加工,一、电火花加工的原理和特点 2.电火花加工的特点 (1)可加工任何高强度、高硬度、高韧性、高熔点的难切削加工的导电材料，不受被加工材料的物理机械性能影响 (2)工具的硬度可以低于被加工材料的硬度。 (3)加工时无显著机械切削力，工具电极并不回转，有利于小孔、窄槽、型孔、曲线孔及薄壁零件加工，也适合于精密细微加工。 (4)脉冲参数可任意调节，加工中只要更换工具电极或采用阶梯形工具电极就可以在同一机床上连续进行粗、半精和精加工。 (5)通常效率低于切削加工，可先用切削加工粗加工，再用电火花精加工。 (6)放电过程中有一部分能量消耗于工具电极而导致电极消耗，

3、对成形精度有一定影响,第三章 特种加工,3.1 电火花加工,二、电火花加工的基本工艺规律 1.加工速度和工具损耗速度 当电火花加工时，工具和工件（正、负极）同时遭到不同程度的电蚀，单位时间内工件的电蚀量称为加工速度，即生产率；单位时间内工具的电蚀量称为损耗速度，它们是一个问题的两个方面。 (1)加工速度 一般采用体积加工速度来表示，有时也用质量加工速度来表示，以方便测量正负极的蚀除速度与单个脉冲能量、脉冲频率成正比,第三章 特种加工,3.1 电火花加工,二、电火花加工的基本工艺规律 1.加工速度和工具损耗速度 (2)工具的相对损耗 1) 极性效应 2) 覆盖效应 3) 传热效应 4) 沉积效应

4、 5) 选择合适的工具电极材料,第三章 特种加工,3.1 电火花加工,二、电火花加工的基本工艺规律 2.影响加工精度的主要因素 (1) 放电间隙的大小和一致性 (2) 工具电极的损耗及“二次放电,加工斜度的产生,尖角变圆现象 a)加工外表面 b)加工内表面 1-工件电极 2-工具电极,第三章 特种加工,3.1 电火花加工,二、电火花加工的基本工艺规律 3.影响表面质量的因素 电火花加工的表面质 量主要包括三个方面： (1)表面粗糙度 影响表面粗糙度的主 要因素是单个脉冲能量 (2) 表面变质层 (3)表面力学性能 电火花加工后的工件 表面易形成残余应力，且 大多为拉应力,放电痕剖面显示的表面变

5、质层,第三章 特种加工,3.1 电火花加工,三、电火花加工的应用范围 1.穿孔加工 常指贯通的等截面或变截 面的二维型孔的电火花加工,弯孔,异形孔,方槽,圆孔,电火花小孔加工,第三章 特种加工,3.1 电火花加工,三、电火花加工的应用范围 2.电火花型腔加工,电火花型腔加工 a)普通工作电极 b)工具电极开有冲油孔,第三章 特种加工,3.1 电火花加工,三、电火花加工的应用范围 3.电火花线切割加工,电火花线切割加工原理图 1-储丝筒 2-工作台驱动电机 3-导轮 4-电极丝 5-工件 6-脉冲电源,第三章 特种加工,3.1 电火花加工,三、电火花加工的应用范围 3.电火花线切割加工 与成型穿

6、孔加工比较，有如下特点： 1)由于加工表面的轮廓是由CNC控制的复合运动所获得，所以可切割复杂表面。 2)可加工细微的几何形状，切缝和很小的内角半径。 3)无需特定形状的工具电极，降低、节约生产成本及准备工时。 4)在电参数相同情况下，比穿孔加工生产率高，自动化程度高，操作使用方便。 5)加工同样的工件，其总蚀除量少，材料利用率高，对加工贵重金属有着重要意义。 6)线切割的缺点是不能加工盲孔类零件和阶梯成形表面,第三章 特种加工,3.1 电火花加工,三、电火花加工的应用范围 3.电火花线切割加工,Dk6825数控旋转电火花机床加工范围,电火花镗磨,第三章 特种加工,3.2 电解加工,一、电解加

7、工的原理和特点 1.电解加工的原理,电解加工示意图 1-直流电源 2-工具阴极 3-工件阳极 4-电解液泵 5-电解液,电解加工成型原理,第三章 特种加工,3.2 电解加工,一、电解加工的原理和特点 2.电解加工的特点 电解加工有如下特点： (1)不受材料本身强度、硬度和韧性的限制，可加工高强度、高硬度和高韧性等难切削的金属材料 (2)能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面和型腔。 (3)加工中无切削力和切削热的作用，适合于加工易变形或薄壁零件。 (4)加工过程中工具电极理论上无损耗，可长期使用。 (5)生产率较高，约为电火花加工的510倍以上，在某些情况下比切削加工的生产率还高。 (6)

8、电解液对机床有腐蚀作用，电解产物的处理和回收困难,第三章 特种加工,3.2 电解加工,二、电解加工的基本工艺规律 1.生产率极其影响因素 电解加工的生产率，以单位时间内去除的金属体积或质量来衡量，用mm3/min或g/min来表示 (1)电化学当量对生产率的影响 由实践得知，电解时工件阳极上溶解或析出的物质的量与电解电流I 和电解时间t 成正比 (2)电流密度对生产率的影响 (3)加工间隙对生产率的影响,第三章 特种加工,3.2 电解加工,二、电解加工的基本工艺规律 2.加工精度及其影响 目前生产中提高加工精度的主要措施如下： (1) 脉冲电流电解加工 (2) 小间隙电解加工 (3) 改进电解

9、液 (4) 混气电解加工 3.表面质量及其影响因素 (1) 工件材料的合金成分、金相组织和热处理 (2) 工艺参数 (3) 工具阴极的表面质量,第三章 特种加工,3.3 超声波加工,一、超声波加工的原理和特点 1.超声波加工（ultrasonic machining，USM）的原理 利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法,第三章 特种加工,3.3 超声波加工,一、超声波加工的原理和特点 2.超声波加工的特点 (1) 由于去除被加工材料是靠机械撞击、抛磨和空化作用，适合于加工各种硬脆材料 (2) 可获得较高的加工精度(尺寸精度可达0.0050.02mm)和较低的表面粗

10、糙度(Ra值为0.050.2 ) (3) 加工过程中不需要工具和工件作比较复杂的相对运动，易于加工各种复杂形状的型孔、型腔和成型表面等，超声波加工设备结构一般比较简单，操作维修方便。 (4) 工具可用较软的材料做成较复杂的形状,第三章 特种加工,3.3 超声波加工,二、超声波加工的基本工艺规律 1.加工速度及其影响 (1) 工具振幅和频率的影响 (2) 进给压力的影响 (3) 磨料种类和粒度的影响 (4) 被加工材料的影响 (5) 磨料悬浮液浓度的影响 2.加工精度及其影响因素 3.表面质量的影响,第三章 特种加工,3.3 超声波加工,三、超声波加工的应用 1.型孔和型腔的加工 2.切割加工

11、3.超声波清洗 4.超声波焊接 5.复合加工,型孔与型腔加工,第三章 特种加工,3.4 高能束加工,高能束流加工有以下共同特点： 1.加工速度快，热流输入少，对工件热影响极少，工件变形小 2.束流能够聚焦且有极高的能量密度，激光加工、电子束加工可使任何坚硬、难熔的材料在瞬间熔融汽化，而离子束加工是以极大能量撞击零件表面，使材料变形、分离破坏 3.工具与工件不接触，无工具变形及损耗问题 4.束流控制方便，易实现加工过程自动化,第三章 特种加工,3.4 高能束加工,一、激光加工 1.激光加工的原理和特点 (1) 激光加工(laser beam machining，LBM)原理,固体激光器中激光的产

12、生与加工原理,第三章 特种加工,3.4 高能束加工,一、激光加工 1.激光加工的原理和特点 (2) 激光加工的特点 1) 激光加工属非接触加工，无明显机械力，也无工具损耗，工件不变形，加工速度快，热影响区小，可达高精度加工，易实现自动化。 2) 几乎可加工任何金属与非金属材料。 3) 激光加工可通过惰性气体、空气或透明介质对工件进行加工 4) 常用于精密细微加工，最高加工精度可达0.001mm，表面粗糙度Ra值可达0.40.1 。 5)能源消耗少，无加工污染，在节能、环保等方面有较大优势,第三章 特种加工,3.4 高能束加工,一、激光加工 2.激光加工的应用范围 (1)激光打孔 (2)激光焊接

13、 (3)激光切割 (4)激光表面热处理 (5)其它应用,激光切割原理图,第三章 特种加工,3.4 高能束加工,二、电子束和离子束加工 1.电子束加工 （electron beam machining,EBM） (1) 电子束加工原理 在真空条件下，利用电子枪中产生的 电子极细束流高速冲击到工件表面上极小的 部位，使材料局部熔化或蒸发，来去除材料 (2) 电子束加工的特点 1) 高功率密度 2) 电子束强度、位置、聚焦可精确控制 3) 环境污染少,电子束加工原理图 1-发射阴极 2-控制栅极 3-加速阳极 4-聚焦系统 5-电子束斑点 6-工件 7-工作台,第三章 特种加工,3.4 高能束加工,二、电子束和离子束加工 1.电子束加工 （electron beam machining,EBM） (2) 电子束加工的应用范围 1)电子束打孔 2)电子束 3)光刻 4)其它应用,电子束加工曲面、弯孔,用电子束加工的孔,第三章 特种加工,3.4 高能束加工,二、电子束和离子束加工 2.离子束加工（ion beam machining,IBM） (1) 离子束加工原理 真空条件下利用离子源（离 子枪）产生的离子经加速聚焦形