特种加工简介

1、683 7243 33 13 5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。(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。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。 由于上述各

2、种特种加工工艺的特点以及逐渐广泛的应用，引起了机械制造工艺技术领域内的许多变革，主要有以下几个方面：（1）提高了材料的可加工性（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）特种加工对产品零件的结构设计带来很大的影响（5）对传统的结构工艺性的好与坏，需要重新衡量（6）特种加工已经成为微细加工和纳米加工的主要手段。苏州三光科技股份有限公司 包志书 1 极间介质的电离、击穿形成放电通道极间电压升高或极间距离减小极间电场强度增大105V/mm即100V/m左右时产生场致电子发射雪崩电离小于0.1s建立放电通道（电流密度达105106A/cm2（103104A/mm2）2 介质热分解、

3、电极材料熔化、气化热膨胀放电通道形成后电子、正离子运动动能转热能电极表面高温工作液气化、热分解电极材料熔化、气化迅速热膨胀3 电极材料的抛出4 极间介质的消电离随着脉冲电压的结束，脉冲电流也迅速降为零，标志着一次脉冲放电结束。但此后仍应有一段间隔时间，使间隙介质消电离，即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度，以免总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电，这样可以保证按两极相对最近处或电阻率最小处形成下一击穿放电通道（放电点转移原则）。另外，在加工过程中形成的电蚀产物以及热量等都需要在此阶段排出。由此，为了保证电火花加工过程正常地进行，在两次脉冲放电之间一般都应

4、有足够的脉冲间隔时间t0。工件工件进给方向进给方向进给方向进给方向工作液工作液工具电极工具电极工件工件工具电极工具电极工件工件电火花铣削外形电火花铣削内形电火花铣削螺旋槽铜电极铣削加工石墨电极铣削加工其中其中B分隔符，用它来区分、隔离分隔符，用它来区分、隔离x, y和和J等数码，等数码，B后的数字如为后的数字如为0，则此，则此0可以不写。可以不写。 x, y直线的终点或圆弧起点的坐标值，编程时均直线的终点或圆弧起点的坐标值，编程时均取绝对值，以取绝对值，以m为单位，最多为为单位，最多为6位数。位数。 代代 码码 功功 能能 代代 码码 功功 能能 G00 快快 速速 移移 动动 ， 定定 位位

5、 指指 令令 G84 自自 动动 取取 电电 极极 垂垂 直直 G01 直直 线线 插插 补补 G90 绝绝 对对 坐坐 标标 指指 令令 G02 顺顺 时时 针针 圆圆 弧弧 插插 补补 指指 令令 G91 增增 量量 坐坐 标标 指指 令令 G03 逆逆 时时 针针 圆圆 弧弧 插插 补补 指指 令令 G92 制制 定定 坐坐 标标 原原 点点 G04 暂暂 停停 指指 令令 M 00 暂暂 停停 指指 令令 G17 XO Y平平 面面 选选 择择 M 02 程程 序序 结结 束束 指指 令令 G18 XO Z平平 面面 选选 择择 M 05 忽忽 略略 接接 触触 感感 知知 G19 Y

6、O Z平平 面面 选选 择择 M 98 子子 程程 序序 调调 用用 常用常用ISO编程代码编程代码常用常用ISO编程代编程代码码常用常用ISO编程代码编程代码G52 锥度右倾斜锥度右倾斜(沿电极丝行进方向，向右沿电极丝行进方向，向右倾斜倾斜) T80 送电极丝送电极丝(沙迪克公司沙迪克公司) G54 选择工作坐标系选择工作坐标系 1 T81 停止送丝停止送丝(沙迪克公司沙迪克公司) G55 选择工作坐标系选择工作坐标系 2 T90 AWTI，剪断电极丝，剪断电极丝 G56 选择工作坐标系选择工作坐标系 3 G80 移动轴直到接触感知移动轴直到接触感知 T91 AWTII，使剪断后的电极丝用，

7、使剪断后的电极丝用管子通过下部的导轮送到接线处管子通过下部的导轮送到接线处 G81 移动到机床的极限移动到机床的极限 T96 送液送液 ON，向加工槽中加液体，向加工槽中加液体 G82 回到当前位置与零点的一半处回到当前位置与零点的一半处 T97 送液送液 OFF，停止向加工槽中加，停止向加工槽中加液体液体 （1）主要适合直纹面零件加工。（2）用于高硬度、高熔点等难加 工金属材料。（3）模具制造、 电极制造和复杂零件加工以下为哈尔滨工业大学特种加工及机电控制研究所利用数控分度转台附件以下为哈尔滨工业大学特种加工及机电控制研究所利用数控分度转台附件线切割加工出的一些多维复杂曲面样件。线切割加工出

8、的一些多维复杂曲面样件。工件接阳极，工具接阴极，两极间加直流电压624V,极间保持0.11mm间隙。在间隙处通以 660m/s高速流动的电解液，形成极间导电通路，工件表面材料不断溶解，其溶解物及时被电解液冲走。工具阴极不断进给，保持极间间隙。 电解液可分为中性盐溶液、酸性电解液可分为中性盐溶液、酸性溶液与碱性溶液三大类。中性盐溶液溶液与碱性溶液三大类。中性盐溶液的腐蚀性小，使用时较安全，故应用的腐蚀性小，使用时较安全，故应用最普遍。最常用的有最普遍。最常用的有NaCl、NaNO3、NaClO3三种电解液。三种电解液。 电解磨削属于电化学机械加工范畴。电解磨削是由电电解磨削属于电化学机械加工范畴

9、。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的，比电解加工解作用和机械磨削作用相结合而进行加工的，比电解加工的加工精度高，表面粗糙度小，比机械磨削的生产率高。的加工精度高，表面粗糙度小，比机械磨削的生产率高。与电解磨削相近似的还有电解珩磨和电解研磨。与电解磨削相近似的还有电解珩磨和电解研磨。导电磨轮电解液电刷工作台工件绝缘板导电基体磨料阳极膜 工艺特点 电铸、表面局部涂镀和复合镀加工在原理和本质都属电铸、表面局部涂镀和复合镀加工在原理和本质都属于电镀工艺的范畴，都是和电解相反，利用电镀液中金属于电镀工艺的范畴，都是和电解相反，利用电镀液中金属正离子在电场的作用下，镀覆沉积到阴极上去的过

10、程。正离子在电场的作用下，镀覆沉积到阴极上去的过程。45636 V789101231镀槽；2阳极；3蒸馏水瓶；4直流电源；5加热管；6恒温装置；7温度计；8母模；9电铸层；10玻璃管直流直流电电源源镀镀液液镀笔镀笔盘盘子子工件工件q 工作原理电源混合气体：氦约80%，氮约15%， CO2 约5%通过高压直流放电进行激励波长10.6m，为不可见光能量效率5% 15%反射凹镜反射平镜电极放电管CO2气体冷却水进口冷却水出口激光高压直流电源CO2激光器示意图q 激光器q 激光加工特点电子束加工原理图控制栅极加速阳极电子束斑点旁热阴极聚焦系统工件工作台工作原理q 特点及应用 控制电子束能量密度的大小和

11、能量注入时间，就可以达到不同的加工目的。如只使材料局部加热就可进行电子束热处理;使材料局部熔化就可进行电子束焊接;提高电子束能量密度，使材料熔化和气化，就可进行电子束打孔、切割等加工;利用较低能量密度的电子束轰击高分子材料时产生化学变化的原理，即可进行电子束光刻加工。1 离子束加工的原理和物理基础 离子束加工的原理和电子束加工基本类似，也是在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速聚焦，使之撞击到工件表面。不同的是离子带正电荷，其质量比电子大数千、数万倍，如氩离子的质量是电子的7.2万倍，所以一旦离子加速到较高速度时，离子束比电子束具有更大的撞击动能。它是靠微观的机械撞击能量，而不是靠动能转化

12、为热能来加工的。2 离子束加工分类 离子束加工按照其所利用的物理效应和达到目的的不同，可以分为四类，即利用离子撞击和溅射效应的离子刻蚀，离子溅射沉积和离子镀，以及利用注入效应的离子注入。3 离子束加工的特点 1) 。离子束流密度及离子能量可以精确控制，所以离子刻蚀可以达到纳米(0.001 m)级的加工精度。 2)由于离子束加工是在高真空中进行，所以污染少，特别适用于对易氧化的金属、合金材料和高纯度半导体材料的加工。3)离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的。它是一种微观作用，宏观压力很小，所以加工应力、热变形等极小，加工质量高，适合于对各种材料和低刚度零件的加工。 4)离子束加工设备费用

13、贵，成本高，加工效率低，因此应用范围受到一定限制。 离子镀技术已用于镀制润滑膜、耐热膜、耐蚀膜、耐磨膜、装饰膜和电气膜等。如在表壳或表带上镀氮化钛膜，这种氮化钛膜呈金黄色，它的反射率与18K金镀膜相近，其耐磨性和耐腐蚀性大大优于镀金膜和不锈钢，其价格仅为黄金的1/60。离子镀装饰膜还用于工艺美术品的首饰、景泰蓝等，以及金笔套、餐具等的修饰上，其膜厚仅1.52m。 离子镀膜代替镀硬铬，可减少镀铬公害。23m厚的氮化钛膜可代替2025m的硬铬镀层。航空工业中可采用离子镀铝代替飞机部件镀镉。 用离子镀方法在切削工具表面镀氮化钛、碳化钛等超硬层，可以提高刀具寿命。一些试验表明，在高速钢刀具上用离子镀镀

14、氮化钛，刀具寿命可提高1一2倍，也可用于处理齿轮滚刀、铣刀等复杂刀具。 离子注入在半导体方面的应用，在国内外都很普遍，它是用硼、磷等“杂质”离子注人半导体，用以改变导电形式(P型或N型)和制造P-N结，成为制作半导体器件和大面积集成电路的重要手段。 离子注入改善金属表面性能方面的应用正在形成一个新兴的领域。利用离子注入可以改变金属表面的物理化学性能，可以制得新的合金，从而改善金属表面的抗蚀性能、抗疲劳性能、润滑性能和耐磨性能等。超声波发超声波发生器生器冷却水换能器变幅杆工具头泵液体磨料工件成形孔加工成形孔加工异异形孔加工形孔加工型腔加工型腔加工雕刻雕刻切割切割外螺外螺纹纹内内螺螺纹纹表面表面研

15、研磨和抛光磨和抛光超声波加工机床超声波加工样件q 工作原理：q 加工装置q 喷嘴材料及工作条件 项目 材料 孔径/mm 至工件距离/mm 喷射角度/ 参数金刚石，蓝宝石，淬火钢0.0750.42.550030喷嘴材料及工作条件水喷射加工装置示意图喷嘴阀控制器蓄能器供水器过滤器泵增压器液压装置排水器工件射流d利用超高压水（或水与磨料的混合液）对 工 件 进 行 切 割（或打孔），又称高 压 水 切 割 ， 或“水刀”。铣铣削型腔削型腔切割切割非金非金属属零件零件切割切割金金属属零件零件（1）SL（Stereo Lithography）光固化成型、光敏光敏树脂液相固化成型、立体印刷、立体光刻（2）

16、SLS（Selected Laser Sintering）选择性激光烧结、选区激光烧结（3）LOM（Laminated Object Manufacturing）叠层实体制造、分层实体制造、薄片分层叠加成形（4）FDM（Fused Deposition Modeling）熔融沉积制造、熔丝堆积成形（5）3DP（3-Dimensional Printing ）三维印刷、三维打印光固化成形由Charles Hul发明并于1984年获美国专利。1988年美国3D系统公司推出商品化的世界上第一台快速原型成形机。SLS工艺是利用粉末材料(金属粉末或非金属粉末)在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下逐层堆

17、积成形。 此法采用CO2激光器作能源，目前使用的造型材料多为各种粉末材料。A selective laser sintering rapid prototyping machine (DTM 2500 SLS)LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等作为成形材料，片材表面事先涂覆上一层热熔胶。 加工时，用CO2激光器(或刀)在计算机控制下按照CAD分层模型轨迹切割片材，然后通过热压辊热压，使当前层与下面已成形配工件层粘接，从而堆积成形。FDM工艺是利用热塑性材料的热熔性、粘结性，在计算机控制下层层堆积成形。 图8-9表示了FDM工艺原理，材料先抽成丝状，通过送丝机构送进喷头，在喷头内被加热熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结，层层堆积成形。FDM 400mc快速成型机 3DP类似喷墨式打印机之方式，将陶瓷或金属粉末喷洒在一基板，再由一喷嘴喷出黏结剂加以黏结，最后逐层堆积成型。 此类系统主要有MIT所发展的3-D Printing系统及Sa