第六章特种加工技术

1、LOGO任课教师：张兴权任课教师：张兴权第六章 特种加工技术n学生：张庆贺学生：张庆贺n学号：学号：15201902281520190228n导师：王导师：王 彪彪 6.1 特种加工技术概述 6.2 电火花加工n特种加工，亦称非传统加工或现代加工方法，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形 、改变性能或被镀覆等。6.1 特种加工技术概述特种加工技术概述n 背景：20世纪40年代发明的电火花加工开创了用软工具、不靠机械力来加工硬工件的方法。50年代以后先后出现电子束加工、等离子弧加工和激光加工。这些加工方法不用成型的

2、工具，而是利用密度很高的能量束流进行加工。对于高硬度材料和复杂形状、精密微细的特殊零件,特种加工有很大的适用性和发展潜力,在模具、量具、刀具、仪器仪表、飞机、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。n特种加工的发展方向主要是：提高加工精度和表面质量，提高生产率和自动化程度，发展几种方法联合使用的复合加工，发展纳米级的超精密加工等。6.1.1 背景背景 特种加工是一种非传统加工方法，是指常规切削、磨削加工以外的一些加工工艺方法的统称，材料成型不是直接利用机械能，而是主要利用光、电、声、热、化学、磁以及原子能等其他形式的能量进行加工的方法。与传统加工（切削、磨削）有以下的区别： 不是主要

3、依靠机械能，而是利用其他形式的能量去除材料； 工具的硬度可以低于被加工材料的硬度； 加工过程中不存在显著机械力的作用，适合于低刚度零件精密加工； 加工形状复杂，特别适合于工件型腔、大型和微6.1.2 定义定义细零件加工，热变形小。 由于具有上述特点，特种加工技术可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属、非金属材料或复合材料，而且特别适合于加工复杂微细表面和低刚度零件。同时，有些方法还可以用于进行超精密加工、镜面加工、光整加工以及纳米级的加工。6.1.3 分类分类6.2 电火花加工电火花加工 电火花加工又称放电加工、电蚀加工(Electro Discharge Machining，简称EDM)，

4、是一种利用脉冲放电产生的热能进行加工的方法。其加工过程为：使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高温把金属熔解、气化而蚀除材料。放电过程可见到火花，故称之为电火花加工，日本、英、美称之为放电加工，其发明国家原苏联称电蚀加工。 电火花加工的原理是基于工具和工件（正、负电极)之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量的加工要求。要达到上述加工目的，设备装置必需以下三个条件： 1）、工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙（通常约为几微米至几百微米）。间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不会产生火花放电。间隙过小，会

5、形成短路，不能产生火花放电，而且会烧伤电极。 2）、火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时间后，需停歇一段时间，放电延续时间一般为10-710-3s。这样才能使放电所产生的热量来不及传导扩散 6.2.1 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理到其余部分，把每一次的放电点分别局限在很小的范围内；否则，象持续电弧放电那样，使表面烧伤而无法用作尺寸加工。为此，电火花加工必须采用脉冲电源。3）、火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，例如煤油、皂化液或去离子水等。液体介质又称工作液，它们必须具有较高的绝缘强度(103107cm)以有利于产生脉冲性的火花放电，同时，液体介质还能把电火花加

6、工过程中产生的金属小屑、碳黑等电蚀产物从放电间隙中悬浮排除出去，并且对电极和工件表面有较好的冷却作用。6.2.2 电火花加工的优点电火花加工的优点1. 适合于难切削材料的加工 可以突破传统切削加工对刀具的限制，实现用软的工具加工硬韧的工件，甚至可以加工象聚晶金刚石、立方氮化硼一类超硬材料。目前电极材料多采用紫铜或石墨，因此工具电极较容易加工。2. 可以加工特殊及复杂形状的零件 由于加工中工具电极和工件不直接接触，没有机械加工的切削力，因此适宜加工低刚度工件及微细加工。由于可以简单地将工具电极的形状复制到工件上，因此特别适用于复杂表面形状工件的加工，如复杂型腔模具加工等。数控技术电火花加工可以简

7、单形状的电极加工复杂形状零件。3. 主要用于加工金属等导电材料，一定条件下也可以加工半导体和非导体材料。4. 加工表面微观形貌圆滑，工件的棱边、尖角处无毛刺、塌边；5. 工艺灵活性大，本身有“正极性加工”（工件接电源正极）和“负极性加工”（工件接电源负极）加工之分；还可与其他工艺结合，形成复合加工，如与电解加工复合。6.2.3 电火花加工的局限性电火花加工的局限性1. 一般加工速度较慢 安排工艺时可采用机械加工去除大部分余量，然后再进行电火花加工以求提高生产率。最近新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工其生产率甚至高于切削加工。2. 存在电极损耗和二次放电 电极损耗多集中在尖

8、角或底面，最近的机床产品已能将电极相对损耗比降至0.1，甚至更小；电蚀产物在排除过程中与工具电极距离太小时会引起二次放电，形成加工斜度，影响成型精度。3. 最小角部半径有限制 一般电火花加工能得到的最小角部半径等于加工间隙（通常为0.020.3mm），若电极有损耗或采用平动、摇动加工则角部半径还要增大。6.2.4 影响电火花加工的主要因素影响电火花加工的主要因素 与传统的机械加工一样，机床本身的各种误差，工件和工具电极的定位、安装误差都会影响到电火花加工的精度。另外，与电火花加工工艺有关的主要因素是放电间隙的大小及其一致性、工具电极的损耗及其稳定等。电火花加工时工具电极与工件之间放电间隙大小实

9、际上是变化的，电参数对放电间隙的影响非常显着，精加工放电间隙一般只有0.01mm（单面），而粗加工时则可 达 0 . 5 m m 以 上 。 目 前 ， 电 火 花 加 工 的 精 度 为0.010.05mm。 影响表面粗糙度的因素主要有：脉冲能量越大，加工速度越高，Ra值越大；工件材料越硬、熔点越高，Ra值越小；工具电极的表面粗糙度越大，工件的Ra值越大。6.2.5 电火花加工的应用电火花加工的应用 电火花加工的应用很广，可用来加工各种型腔及孔，也可进行切断、切割以及电火花磨削和镗磨、电火花展成加工、电火花表面强化与刻字等。以电火花穿孔成型加工和电火花线切割应用最为广泛。 在淬火的磨具上或作为线切割的穿丝预孔，经常需用电火花加工小孔。一般认为小孔是直径为0.13mm的孔；微孔是直径小于0.1mm的孔；深孔是孔的深度与直径之比大于10以上的孔。电火花高速小孔加工广泛应用在小孔、深孔加工。其加工特