第九章精密超精密加工和特种加工PPT

1、第九章第九章 精密超精密加工精密超精密加工 和特种加工和特种加工特种加工方法特种加工方法能量形式能量形式作用原理作用原理英文缩写英文缩写电火花加工电火花加工成形加工成形加工电能、热能电能、热能熔化、气化熔化、气化EDM线切割加工线切割加工电能、热能电能、热能熔化、气化熔化、气化WEDM电化学加工电化学加工电解加工电解加工电化学能电化学能阳极溶解阳极溶解ECM电解磨削电解磨削电化学机械能电化学机械能阳极溶解阳极溶解 磨削磨削EGM电铸、电镀电铸、电镀电化学能电化学能阴极沉积阴极沉积EFM EPM激光加工激光加工切割、打孔切割、打孔光能、热能光能、热能熔化、气化熔化、气化LBM表面改性表面改性光能

2、、热能光能、热能熔化、相变熔化、相变LBT电子束加工电子束加工切割、打孔切割、打孔电能、热能电能、热能熔化、气化熔化、气化EBM离子束加工离子束加工刻蚀、镀膜刻蚀、镀膜电能、动能电能、动能原子撞击原子撞击IBM超声加工超声加工切割、打孔切割、打孔声能、机械能声能、机械能磨料高频撞击磨料高频撞击USM 常用特种加工方法分类表常用特种加工方法分类表一、加工原理一、加工原理1.工具与工件之间保持适当间隙工具与工件之间保持适当间隙 自动进给调节系统自动进给调节系统2 2. .火花放电必须是脉冲性放电火花放电必须是脉冲性放电 采用脉冲电源采用脉冲电源3 3. .在有一定绝缘性能的介质中放电在有一定绝缘性

3、能的介质中放电 液体绝缘介质液体绝缘介质 两极之间两极之间火花放电火花放电电腐蚀电腐蚀去除材料去除材料创造创造条件：条件： 第一节第一节 电火花加工电火花加工 1工件 2脉冲电源 3自动进给调节系统 4工具 5工作液 6过滤器 7工作液泵 图2-2 电火花加工原理示意图3214567极性效应极性效应工件正极工件正极正极性加工正极性加工工件负极工件负极负极性加工负极性加工精加工精加工短脉冲短脉冲ti 80 s为充分利用极性效应，一般都采用为充分利用极性效应，一般都采用单向脉冲电源单向脉冲电源二、电火花加工设备二、电火花加工设备（一）脉冲电源（一）脉冲电源（二）自动进给调节装置（二）自动进给调节装

4、置（三）工具电极（三）工具电极（四）液体介质（四）液体介质驰张式、闸流管式、晶闸管式、驰张式、闸流管式、晶闸管式、晶体管式、集成元件等晶体管式、集成元件等维持所需的维持所需的“平均平均”放电放电间间隙隙 S S , ,保证电火花加工正保证电火花加工正常进行。常进行。步进电机、伺服电机系统步进电机、伺服电机系统 常用石墨或铜常用石墨或铜作工作工 具材料，价格低廉具材料，价格低廉 钨、钼或铜钨、银钨、钼或铜钨、银 钨等复合材料钨等复合材料，性，性 能好价格贵。能好价格贵。（1 1）绝缘、击穿放电及消电离）绝缘、击穿放电及消电离（2 2）压缩放电通道，能量集中）压缩放电通道，能量集中（3 3）气化产

5、生局部高压，利于）气化产生局部高压，利于 蚀物排除蚀物排除（4）对工具、工件的冷却作用）对工具、工件的冷却作用 常用的工作液有煤油、机油等常用的工作液有煤油、机油等 优优 点点1.1.适于难切削材料的加工适于难切削材料的加工 硬质合金、淬火钢等硬质合金、淬火钢等2.2.加工复杂形状或特殊零件加工复杂形状或特殊零件 应用领域日益扩大应用领域日益扩大 局限性局限性1.1.主要加工金属等导电材料主要加工金属等导电材料2.2.加工速度较慢加工速度较慢3.3.有电极损耗，影响加工精度有电极损耗，影响加工精度三、电火花加工的特点及应用三、电火花加工的特点及应用四四、电火花加工工艺方法分类、电火花加工工艺方

6、法分类类别类别工艺方法工艺方法特特 点点用用 途途备备 注注 1穿孔成形穿孔成形加工加工工具为成形电极工具为成形电极主要一个进给运动主要一个进给运动型腔加工、冲模型腔加工、冲模挤压模、异形孔挤压模、异形孔约占电机床总数30% 2电火花线电火花线切割加工切割加工工具为线状电极工具为线状电极两个进给运动两个进给运动冲模、直纹面、冲模、直纹面、窄缝、下料窄缝、下料占总数60% 3内孔、外内孔、外圆成形磨圆成形磨相对旋转运动、相对旋转运动、径向轴向进给运动径向轴向进给运动精密小孔、外圆精密小孔、外圆小模数滚刀小模数滚刀占总数3% 4同步共轭同步共轭回转加工回转加工均作旋转运动均作旋转运动且纵横进给且纵

7、横进给精密螺纹、异形精密螺纹、异形齿轮、回转表面齿轮、回转表面占总数1% 5高速小孔高速小孔加工加工细管电极旋转、细管电极旋转、穿孔速度极高穿孔速度极高深小孔、喷嘴、深小孔、喷嘴、穿丝孔穿丝孔占总数2% 6表面强化、表面强化、刻字刻字工具在工件上振动工具在工件上振动工具相对工件移动工具相对工件移动工具刃口强化、工具刃口强化、刻字刻字占总数2%3% 第二节第二节 电解加工电解加工 一一、电解加工原理电解加工原理 利用金属在电解液中的电化学反应（阳极溶解）利用金属在电解液中的电化学反应（阳极溶解） 将工件加工成形将工件加工成形 直流电源直流电源10 24V缓进保持间隙缓进保持间隙0.11mm电解液

8、压力电解液压力 0.52 MPa1024V0.52MPa二、电解加工特点：二、电解加工特点：1）可加工任何硬度的金属材料）可加工任何硬度的金属材料2）加工叶片、锻模等型面，加工易变形或）加工叶片、锻模等型面，加工易变形或 薄壁零件薄壁零件4）生产率约为电火花加工的）生产率约为电火花加工的510倍倍3）加工表面质量好，无毛刺、变质层、残）加工表面质量好，无毛刺、变质层、残 余应力余应力5）阴极工具无损耗可长期使用）阴极工具无损耗可长期使用缺点：缺点： 1） 加工精度（加工精度（0.03 mm）及稳定性不）及稳定性不 易提高易提高 2） 小孔、窄缝及棱角清晰零件难加工小孔、窄缝及棱角清晰零件难加工

9、 3） 电极设计制造较麻烦，需多次修整电极设计制造较麻烦，需多次修整 4） 附属设备多，一次性投资大附属设备多，一次性投资大 5） 防腐蚀及电解泥渣、废液处理问题防腐蚀及电解泥渣、废液处理问题电解加工工艺选用原则电解加工工艺选用原则1. 难加工材料的加工难加工材料的加工2. 复杂形状零件的加工复杂形状零件的加工3. 批量大的零件加工批量大的零件加工以上三项均满足时较合理，以上三项均满足时较合理，锻模的锻模的精度要求不高，需求量大，常选用精度要求不高，需求量大，常选用 三、电解加工的应用三、电解加工的应用 1. 1. 深孔扩孔加工深孔扩孔加工优点：优点：设备简单，操作方便，生产率高设备简单，操作

10、方便，生产率高缺点：缺点：电源功率较大，加工精度及电源功率较大，加工精度及Ra不太均匀，阴极刚性弱不太均匀，阴极刚性弱 2. 2. 型孔加工型孔加工 用于形状复杂、用于形状复杂、尺寸较小的型孔加工，尺寸较小的型孔加工，如四方孔、椭圆等非如四方孔、椭圆等非圆形状的通孔或不通圆形状的通孔或不通孔的加工孔的加工 多采用端面进给多采用端面进给 方式方式, 阴极侧面须绝阴极侧面须绝缘。内锥面高度缘。内锥面高度1.53.5mm 3. 3. 型腔加工型腔加工 用于尺寸较大、形状复杂的型腔加工，生产率高，用于尺寸较大、形状复杂的型腔加工，生产率高，表面质量好，但加工精度不太高。多用于表面质量好，但加工精度不太

11、高。多用于锻模型腔加工锻模型腔加工，精度控制在精度控制在0.10.2mm。 也采用也采用端面进给法端面进给法。 阴极设计制造阴极设计制造是关键。用成型是关键。用成型精度高的电解液或混气加工时，阴精度高的电解液或混气加工时，阴极设计较易。为使流场均匀，阴极极设计较易。为使流场均匀，阴极对应处加开对应处加开增液孔。增液孔。 近年发展用简单形状电极的近年发展用简单形状电极的数数控电解加工控电解加工，柔性好，减少准备时，柔性好，减少准备时间，电源容量小，但加工速度降低间，电源容量小，但加工速度降低 4. 4. 套料加工套料加工 用于等截面的大面积异用于等截面的大面积异型孔或异型零件的加工，端型孔或异型

12、零件的加工，端面进给加工方式。面进给加工方式。零件尺寸精零件尺寸精度由阴极片度由阴极片内腔口保证，内腔口保证，偶尔短路烧偶尔短路烧伤时，只需伤时，只需更换阴极片。更换阴极片。增液孔增液孔1mm 5. 叶片加工 叶片型面复杂，精度要求较高，叶片型面复杂，精度要求较高，加工批量大，电解加工效果好。加工批量大，电解加工效果好。加工方式有单面加工和双面加加工方式有单面加工和双面加工。机床有立式和卧式两种。工。机床有立式和卧式两种。多用多用NaCl电解液混气加工。电解液混气加工。 电解加工整体叶轮电解加工整体叶轮已普遍应已普遍应用，直接在轮坯上套料加工叶用，直接在轮坯上套料加工叶片（等截面），叶轮强度高

13、，片（等截面），叶轮强度高，质量好，加工周期大大缩短。质量好，加工周期大大缩短。数控展成电解加工整体叶轮数控展成电解加工整体叶轮（南航）（南航） 6.6.电解倒棱去毛刺电解倒棱去毛刺 机加工中去毛刺工作量机加工中去毛刺工作量很大，电解去毛刺效率高，很大，电解去毛刺效率高，节省费用。节省费用。 加工原理加工原理是尖角处电是尖角处电流密度最高。流密度最高。 去毛刺时间去毛刺时间与加工电与加工电压、加工间隙及电解液参压、加工间隙及电解液参数有关。数有关。 智能控制的电化学齿轮修形工艺智能控制的电化学齿轮修形工艺源于电解去毛刺和倒圆角源于电解去毛刺和倒圆角一、激光加工原理一、激光加工原理激光加工是一种

14、利用光能进行加工的方法。激光加工是一种利用光能进行加工的方法。激光是一种能量密度高、方向性强、单色性好的相干光。激光是一种能量密度高、方向性强、单色性好的相干光。第三节第三节 激光加工激光加工二、激光加工特点二、激光加工特点1 1 激光加工不需要工具，没有工具损耗、更换激光加工不需要工具，没有工具损耗、更换 等问题。等问题。2 2 工件无受力变形，易保证加工精度。工件无受力变形，易保证加工精度。3 3 几乎能加工所有的金属和非金属材料几乎能加工所有的金属和非金属材料4 4 加工速度快，效率高，热影响区小加工速度快，效率高，热影响区小5 5 能进行细微加工能进行细微加工6 6 能够透过玻璃等透明

15、介质进行加工能够透过玻璃等透明介质进行加工三、激光加工的应用三、激光加工的应用1.1.激光打孔激光打孔 金刚石拉丝模、宝石轴承、金刚石拉丝模、宝石轴承、 化纤喷丝头、不锈钢板打孔。化纤喷丝头、不锈钢板打孔。2.2.激光切割激光切割3.3.激光焊接激光焊接4.4.激光表面处理激光表面处理5.5.激光快速成形激光快速成形第四节第四节 超声波加工超声波加工 一一、超声波加工原理超声波加工原理 利用振动频率超过利用振动频率超过1616 kHzkHz的工具头，通过磨料悬的工具头，通过磨料悬 浮液对工件进行成形加工的方法。浮液对工件进行成形加工的方法。 二二、超声波加工装置超声波加工装置 一般包括：一般包

16、括： 1.1.超声发生器超声发生器 2.2.超声换能器超声换能器 3.3.变幅杆（振幅扩大棒）变幅杆（振幅扩大棒） 4.4.工具头工具头 5.5.磨料悬浮液循环系统磨料悬浮液循环系统 三三、超声波加工特点及应用超声波加工特点及应用 1.1.适于加工各种硬脆材料，特别是非金属材料，适于加工各种硬脆材料，特别是非金属材料，如如 陶瓷、玻璃及各种半刀体材料。陶瓷、玻璃及各种半刀体材料。 2.2.宏观切削力小，不易引起变形和烧伤，宏观切削力小，不易引起变形和烧伤，适于加工适于加工 薄壁、窄缝、低刚度零件。薄壁、窄缝、低刚度零件。 3.3.加工精度高，表面质量好。加工精度高，表面质量好。 4.4.加工机床及工具均较简单。加工机床及工具均较简单。 5.5.生产率比电火花、电解加工等低。生产率比电火花、电解加工等低。应用：应用：主要用于对主要用于对硬脆材料加工圆孔、型孔、套料硬脆材料加工圆孔、型孔、套料 微细孔，对电火花加工后的各种模具进行抛微细孔，对电火花加工后的各种模具进行抛 磨光整加工等。磨光整加工等。工件工具工件工具 图图2-10 2-10 电火花加工时尖角变圆电火花加工时尖角变圆图图2-9 2-9 电火花加工时的加工斜度电火花加工时的加工斜度smaxsmin工具二次放电二次放电加工斜度加工斜度电极损耗电极损耗棱角变钝棱角变钝 图中图中 t ti i为脉冲为脉冲宽度宽