现代制造技术第2章-特种加工教学文案

1、现代制造技术第2章-特种加工2.5.1电解加工2.5.2电解加工特点2.5.3电解加工应用2.5.4电解磨削2.5.5电解磨削的特点2.5.6电解磨削的应用2.6超声波加工2.6.1超声波加工的概念2.6.2超声波加工的特点2.7激光加工2.7.1激光加工的概念2.7.2激光加工的特点2.7.3激光加工的应用2.8其他特种加工2.8,1电子束加工2.8.2电子束加工的特点2.2.3电子束加工的应用2.2.4等离子加工2.2.5等离子加工的应用2.2.6磨料喷射加工2.2.7磨料喷射加工的特点2.2.8磨料喷射加工的应用2.2.9电铸成型2.2.10电铸的特点2.2.11液力加工2.2.12液力

2、加工的应用2.1 2.1 特种加工方法特种加工方法2.1.1电火花加工电火花成型电火花线切割2.1.2电化学加工电解、电铸、电镀 2.1.3超声波加工 2.1.4激光加工 2.1.5水射流加工电火花线切割机床2.2 2.2 特种加工工艺特点特种加工工艺特点1改变了零件的典型工艺路线 它不受工件硬度的影响，而且为了免除加工后淬火引起热处理变形，一般都先淬火后加工。2试制新产品时的优点 利用电能、电化学能、声能、光能，可以省去设计和制造相应的刀、夹、量具及二次工具，大大缩短了试制周期。3特种加工对产品零件的结构设计带来很大的影响4. 传统的结构工艺性的好与坏，需要重新衡量2.32.3 特种加工分类

3、特种加工分类一般按能量形式和作用原理分类u电能与热能作用方式电火花EDM、线切割WEDM、电子束EBM、等离子PAMu电能与化学能作用方式电解ECM、电铸、电刷镀u电化学能与机械能作用方式电解磨削ECG、电解珩磨ECHu声能与机械作用能作用方式：超声波加工USMu光能与热能作用方式：激光加工LBM超声波加工水射流加工u电能与机械作用能作用方式：离子束加工IMu液流能与机械作用能：挤压珩磨AFH、水射 流WJC离子束加工2.4 2.4 电火花加工电火花加工2.4.1 电火花加工 利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工 英文简称EDMEl

4、ectrical DischargeMachining 2.4.2 2.4.2 工艺特点工艺特点 能加工普通切削加工方法难以切削的材能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；料和复杂形状工件；加工时无切削力；加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无须比工件材料硬；工具电极材料无须比工件材料硬；直接使用电能加工，便于实现自动化；直接使用电能加工，便于实现自动化；加工后表面产生变质层，在某些应用中加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；须进一步去除； 工作液的净化和加工中产生的烟雾污染工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。处

5、理比较麻烦。 2.4.3 主要用途加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件； 加工各种硬、脆材料如硬质合金和淬火钢等； 加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等； 加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。2.4.4 方式分类 利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花成形加工； 利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工；利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电火花磨削； 用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工； 小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。电火花穿孔电火花穿孔电

6、火花型腔加工电火花型腔加工进给方向进给方向工具电极工件工作液工具电极工件工件电火花成型加工机床电火花成型加工机床2.4.5 2.4.5 电火花成型加工电火花成型加工 冲模加工 工艺方法 衡量一副冲模质量的主要技术指标是：冲头和凹模的配合间隙、尺寸精度、表面粗糙度、刃口高度、刃口斜度和落料角。 达到配合间隙要求的方法有三种： （1）直接配合法 （2）修配冲头法 （3）修配电极法 加工方法 （1）间接法 间接法是指在模具电火花加工中，凸模与加工凹模用的电极分开制造，首先根据凹模尺寸设计电极，然后制造电极，进行凹模加工，再根据间隙要求来配制凸模。间接法间接法工 件(凹 模 )工 具 电 极(紫 铜

7、)主 轴 头(a) 加工前工 件(凹 模 )主 轴 头(b) 加工后工 件(凹 模 )主 轴 头(c) 切除损耗部分凸 模 刃 口切 除 部 分(紫 铜 电 极 )凸 模 刃 口凸 模(冲 头 )凸 模(冲 头 )（2）直接法 直接法适合于加工冲模，是指将凸模长度适当增加，先作为电极加工凹模，然后将端部损耗的部分去除直接成为凸模。直接法加工的凹模与凸模的配合间隙靠调节脉冲参数、控制火花放电间隙来保证。直接法工件(凹模)工具电极(冲头)主轴头(a ) 加工前工件(凹模)主轴头(b ) 加工后工件(凹模)主轴头(c ) 切除损耗部分凸模刃口工具电极(冲头)切除部分工具电极(冲头)凸模刃口（3）混合

8、法 混合法也适用于加工冲模，是指将电火花加工性能良好的电极材料与冲头材料粘结在一起，共同用线切割或磨削成型，然后用电火花性能好的一端作为加工端，将工件反置固定，用“反打正用”的方法实行加工。这种方法不仅可以充分发挥加工端材料好的电火花加工工艺性能，还可以达到与直接法相同的加工效果。混合法工件(凹模)工具电极主轴头(a ) 加工前工件(凹模)工具电极主轴头(b ) 加工后工件(凹模)凸模(另制)主轴头(c ) 配制凸模 型腔加工 工艺方法 型腔膜的电火花加工就不能只是用一个与型腔形状相对应的整体成型电极沿着型腔的深度方向进给。当前常用的型腔模电火花加工方法有以下四种： （1）单电极平动加工法 （

9、2）多次更换电极法 （3）分解电极法 （4）用指状电极接数控程序加工2.4.6 电火花加工实例例2.1 两个电极的精、 粗加工(本实例所用机床为SodickA3R，其控制电源为Excellence XI)。加工条件：1. 电极/工件材料：Cu/St(45钢)2. 加工表面粗糙度：Rmax7 m 3. 粗加工电极减寸量(即减小量)：0.3 mm/单侧 精加工电极减寸量：0.1 mm/单侧4. 加工深度：5.00.015. 加工位置：工件中心 精、粗加工两个电极时的加工条件及加工图形如图2-20所示，加工条件表如表2-5所示。图2-20 精、粗加工两个电极时的加工条件及加工图形电极工件9.40.0

10、110.00.015.00.01(加 工 深 度 )(粗加工电极)9.80.01(精加工电极)表2-5 加 工 条 件 表C C代码代码ONONIPIPHPHPPPPPZ Z轴进给余量轴进给余量/m/m摇动步距摇动步距/m/mC170C1701919101011111010Z330Z3301010C140C1401616050551511010Z180Z180140140C220C2201313030351511010Z120Z120200200C120C1201414030351511010Z100Z1000 0C210C2101212020251511010Z070Z0703030C320

11、C3200808020251511010Z046Z0465454C310C3100808010152521010Z026Z0267474粗加工程序： H0000=+00005000; /加工深度G00 G90 G54XYZl.0; G24; G01 C170 LN002 STEP0l0 Z330-H000 M04; G01 C140 LN002 STEP140 Z180-H000 M04; G01 C220 LN002 STEP200 Z120-H000 M04; /以C220条件加工至距离底面0.040 mmM02;精加工程序读者可以参照上面的程序自己编写，精加工的加工条件为C120、C21

12、0、C320、C310。2.5 电解加工和电解磨削2.5.1 电解加工 电解加工（ECM）又称电化学加工，是继电火花加工之后于20世纪60年代发展起来的一项新工艺，目前已广泛应用于枪炮、航空、汽车拖拉机等制造工业和模具制造行业。2.5.2 电解加工特点 1）加工范围广。电解加工能加工各种高强度、高硬度、高韧性的导电材料，如硬质含金、淬硬钢、不锈钢、耐热合金等难加工材料。 2）生产效率高，电解加工是特种加工中材料去除速度最快的方法之一，约为电火花加工的510倍。3）加工过程中无机械切削力和切削热，没有因为力与热给工件带来的变形，可以加工刚性差的薄壁零件，加工表面无残余应力和毛刺，能获得较小的表面

13、粗糙度值（一般为Ra1.250.2）和一定的加工精度（平均尺寸误差约）。 4）加工过程中工具阴极理论上无损耗，可长期使用并保持其精度。 5）电解加工不需要复杂的成形运动就可加工复杂的空间曲面，而且不会像传统机械加工（如铣削）那样留下条纹痕迹。 6）电解加工不能加工非导电材料，较难加工窄缝、小孔及尖角。7）对复杂加工表面的工具电极的设计和制造比较费事，不利于单件、小批生产。 8）虽然用电解加工制造出来的工件无应力，但其疲劳强度约降低10%20%，因此对疲劳强度要求较高的工件可用电解加工后的喷丸硬化来恢复强度。 9）电解加工附属设备较多，占地面积大，投资大，且设备易腐蚀和生锈，需采取一定的防护措施

14、。 10）电解加工的加工缺陷主要有空蚀、产生亮点、加工精度低等。2.5.3 电解加工应用 电解加工主要用于切削加工困难的领域，如难加工材料、形状复杂的表面、刚性较差的薄板等。常用的有电解穿孔、电解成形、电解去毛刺、电解切割、电解抛光、电解刻印等。电解抛光电解磨削2.5.4 电解磨削 电解磨削（ECG）是电化学腐蚀与机械磨削作用相结合的一种复合加工方法，比电解加工具有较高的加工精度和较小的表面粗糙度值，比机械磨削有较高的生产率。2.5.5 电解磨削的特点（1）加工范围广、加工效率高。（2）磨削的加工精度和表面质量较高，电解磨削加工中机械磨削力小，磨削热少，不会产生残余应力、变形、烧伤、裂纹和毛刺

15、等缺陷。（3）砂轮损耗少，寿命长，与普通金刚石磨削相比较，电解磨削用的金刚石砂轮消耗速度仅为它们的1/51/10，可显著降低成本。（4）加工刀具等尖锐刃口不易磨削得非常锋利。（5）机床辅助设备较多，一次性投资较高，同时设备易腐蚀和生锈,污染环境，需采取防护措施。2.5.6 电解磨削的应用 电解磨削由于集中了电解加工和机械磨削的优点，因此应用范围广，可用于内、外圆磨削，平面磨削，工具磨削，成形磨削。用于高强度、高硬度、热敏性和磁敏性等材料，与普通机械磨削相比，电解磨削碳化钨时，可节省约75%以上的砂轮费用和50%以上的加工费用。适用于难加工的小孔、深孔、薄壁件，如蜂窝器、薄壁管或外壳、注射针头等

16、。2.6 超声波加工2.6.1 超声波加工 超声波加工(USM)也称超声加工，是利用工具端面作超声频振动，并通过悬浮液中的磨料加工脆硬材料的一种加工方法。2.6.2 超声波加工的特点 1）适于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料（如陶瓷、玻璃、宝石、金刚石等），扩大了模具材料的选用范围。 2）工具可用较软的材料做成较复杂的形状，不需要工具相对于工件作复杂的运动，机床结构也就简单，操作也方便。 3）由于去除加工材料是靠极细小磨粒的瞬时局部的撞击作用，故工件表面的宏观作用力很小，不会引起变形和烧伤，表面粗糙度也较好（Ra10.1），加工精度可达0.010.02mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低

17、刚性工件。2.6.3 超声波加工应用 超声波加工的生产率虽然比电火花加工和电化学加工等低，但其加工精度和表面粗糙度都比较好，而且能加工半导体、非导体的硬脆材料，如玻璃、石英、陶瓷、宝石及金刚石等。即使是电火花加工后的一些淬火钢、硬质合金冲模、拉丝模和塑料模，最后也常用超声波抛磨和光整。2.7 激光加工2.7.1 激光加工 激光加工不需要加工工具，加工的小孔孔径可以小到几个微米，而且还可以切割和焊接各种硬脆和难熔工件，具有加工速度快、效率高、表面变形小等特点，因而应用越来越广。另外，激光在机械制造业中还可用于精密测量等方面。2.7.2 激光加工的特点 （1）加工范围广。由于其功率密度高，几乎能加

18、工任何金属和非金属材料，如高熔点材料、耐热合金、硬质合金、有机玻璃、陶瓷、宝石、金刚石等硬脆材料。 （2）操作简单方便。激光加工不需要加工工具，所以不存在工具损耗的问题，也不需要特殊工作环境，可以在任意透明的环境中操作，包括空气、惰性气体、真空、甚至某些液体。（3）适用于精微加工。激光聚焦后的光斑直径极小，能形成极细的光束，可以用来加工深而小的细孔和窄缝。因不需工具，加工时无机械接触，工件不受明显的切削力，可以加工刚性较差的零件。（4）激光头不需要过分靠近难于接近的地方去进行切削和加工，甚至可以利用光纤传输进行远距离遥控加工。 （5）因能量高度集中，加工速度快、效率高，可减少热传散带来的热变形

19、。对具有高热传导和高反射率的金属，如铝、铜和它们的合金，用激光加工时效率较低。 （6）可控性好，易于实现自动化。利用激光器与机器人相结合，可以在高温，有毒或其他危险环境中工作。同时由于一台激光器可进行切割、打孔、焊接、表面处理等多种加工，因而新的工作母机加上这种激光器，一台机器就同时具备多种功能，开辟了新的自动化加工方式。2.7.3 激光加工的应用 在激光加工中利用激光能量高度集中的特点，可以进行打孔、切割、雕刻、表面处理。利用激光的单色性还可以进行精密测量。激光打孔激光切割激光焊接2.8 其他特种加工2.8.1 电子束加工 电子束加工（EBM）是近年来得到较大发展的新兴特种加工。电子束加工是

20、在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高（106109W/cm2）的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小的面积上，在极短的时间（几分之一微秒）内，其大部分能量转换为热能，使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熔化或气化。它在精细加工方面，尤其是在微电子学领域中得到了较多的应用。2.8.2 电子束加工特点1）电子束加工是一种精密细微的加工方法。电子束能够极其微细聚焦（聚焦直径一般可达0.1100）加工面积可以很小，能加工细微深孔、窄缝、半导体集成电路等。2）加工材料的范围较广。对脆性、韧性、导体、非导体及半导体材料都可以加工。特别适合于加工易氧化的金属及合金材料，以及纯

21、度要求极高的半导体材料，因为是在真空中加工，不易被氧化，而且污染少。3）加工速度快，效率高。4）加工工件不易产生宏观应力和变形。因为电子束加工是非接触式加工，不受机械力作用。5）可以通过磁场和电场对电子束强度、位置、聚焦等进行直接控制，位置精度可达0.1左右，强度和束斑可达1%的控制精度，而且便于计算机自动控制。6）设备价格较贵，成本高，同时应考虑射线的防护问题。2.8.3 电子束加工的应用 电子束加工按其功率密度和能量注入时间的不同，可分别用于打孔、切割、蚀刻、焊接、热处理、光刻加工等。2.8.4 等离子加工 等离子体被称为物质存在的第四种状态，它是高度电离的气体，是由气体原子或分子电离之后

22、，离解成带正电荷的离子和带负电荷的自由电子所组成，因正负电荷数量相等，故称之为等离子体。等离子体加工（PAM）又叫等离子体弧加工。2.8.5 等离子加工的应用 等离子体加工不仅可以用于切割各种金属，特别是不锈钢、铜、铝的成型切割以及稀有金属的切割，而且还可以用于金属的穿孔加工。近些年，又与机械切削（车、刨）相结合，用等离子孤作为热辅助加工，对工件待加工表面加热，使工件材料变软，强度降低，降低切削加工中的切削力，延长刀具使用寿命，从而形成各种复合加工方法。2.8.6 磨料喷射加工 磨料喷射加工（AJM）是利用高速射流（空气或某些其他气体作介质）来喷射磨粒，使微小的磨粒在射流的驱动下，达到很高的速度，利用高速磨粒的动能对工件表面进行加工的方法。2.8.7 磨料喷射加工的特点 磨料流束可以跟随零件的轮廓形状，因而可以清理不规则的表面如螺纹孔等。磨料喷射加工不能用于在金属上钻孔，因为孔壁将有很大的