专题三：特种加工工艺基础课件

1、1 专题三 特种加工工艺基础 2专题三 特种加工工艺基础 重点介绍内容 1. 电火花加工 2. 电解加工 3. 超声波加工 4. 激光加工 5. 电子束和离子束加工3 专题三 特种加工工艺基础 一、特种加工概述 Introduction of non-conventional machinin 1历史发展与我国在该领域现状 Historical development and the present situation at the field in China 以柔克刚，用不同能量直接加工，实际必须靠电能 转化，电能是最基本的。除核能以外，太阳能是最基 本的。因此，作为地球上最基本的能源：太

2、阳能、核能。 拉扎连柯夫妇发明电加工历史故事（20世纪40年代）。 Story of invention about EDM by lazanianke couple 4 专题三 特种加工工艺基础 2特种加工基本特点 Fundamental characteristics of non- conventional machining 1）工具材料硬度可以大大低于工件材料的硬度 （甚至无须工具，如激光、水射流 ） The hardness of tool material is much lower than workpiece. 2）可直接利用电能、电化学能、光能和声能等进 行加工 Direc

3、tly to use electricity, electro-chemical energy, light energy and sound energy to machine different materials.5 专题三 特种加工工艺基础 3) 加工过程机械力几乎可以忽略不计 The machining force almost can be ignored at the process of machining. 4）复合加工可使生产率提高、加工精度提高 Productivity and machining accuracy can be enhanced by composite

4、 machining. 5）几乎每产生一种新的能源，就可以导致一 种新的加工方法 Almost every kind of energy can produce a new machining method.7 专题三 特种加工工艺基础 1电能与热能作用方式 电火花成形加工 EDM 电火花磨削加工 EGM 电火花线切割加工 WEDM 电子束加工 EBM 等离子体加工 PAM 2电能与化学能作用方式 电化学加工 ECHM 3电能与机械能作用方式 离子束加工 IBM 二、特种加工分类8 专题三 特种加工工艺基础 4电化学能与机械能作用方式 电解磨削 ECG 电化学珩磨 ECH 5机械能与声能作用方

5、式 超声波加工 USM 6光能与热能作用方式 激光加工 LBM 7液流能与机械能作用方式 磨料流珩磨 ( 挤压珩磨) AFH 水射流切割 WJC 10 专题三 特种加工工艺基础 四、电火花加工 Electrical discharge machining 1原理与特点 Principle and characteristics 1）原理：电场强度、击穿介质、形成放电 通道、继续放电 Principle: field strength, breakdown medium, forming a discharge channel, continuing discharging.11 专题三 特种加

6、工工艺基础 （常用煤油或矿物油）放电间隙0.01 0.05 毫米12 专题三 特种加工工艺基础 专题三 特种加工工艺基础 2电火花加工的基本规律（比切削加工复杂） 主要体现在加工速度、工具损耗、加工精 度和表面质量四个方面。 1）加工速度及其影响 体积加工速度：单位时间内的体积蚀除量。 质量加工速度：单位时间内的质量蚀除量。 Vg= M/t(g/min) 提高加工速度的途径： 提高单个脉冲能量； 提高脉冲频率； 提高工艺系数：放电参数、电极材料、工作 液； 正确选择工件的极性。Vw= V/t(mm3/min) 2）工具相对损耗(客观存在) 降低损耗：减少工具消费 利用极性效应：因极性不同而引起

7、的电蚀除量不一 致的现象。 如用紫铜电极打钢：ti 10 s, 正极性加工 ti 80 s, 负极性加工 专题三 特种加工工艺基础 如图：直径25.4石墨电极加工 不淬火钢板。采用负极性加工：脉冲宽度超 过400s时，电极损耗1%。采用正极性加工：脉冲宽度超 过400s时，电极损耗12%。17 专题三 特种加工工艺基础 3）加工精度及其影响因素 加工精度： 电火花成形加工： 0.05-0.005 毫米； 电火花线切割加工： 0.01 毫米。 影响因素： 放电间隙大小和一致性； 工具电极损耗； “二次放电”的影响。 （注：所谓二次放电，就是电蚀产物等未及时排除， 从而产生非正常放电） 18 专题

8、三 特种加工工艺基础 专题三 特种加工工艺基础 4）表面质量及其影响因素 表面质量： 表面粗糙度、表面变质层、表面力学性能。 表面粗糙度：单个脉冲放电能量、工件材料、 工具电极表面粗糙度、放电加工方式等。 Ra值0.1m 认为和机加工的影响差不多。 表面变质层：熔化凝固层小于 0.1 毫米； 热影响层，淬火区，很薄；显微裂纹等。 表面力学性能：对硬度和耐磨性的影 响，残 余应力对耐疲劳性能影响。20 专题三 特种加工工艺基础 21 专题三 特种加工工艺基础 3.电火花加工应用范围 1）成形加工22 专题三 特种加工工艺基础 （影像资料1分48秒）24 专题三 特种加工工艺基础 25 专题三 特

9、种加工工艺基础 3）线切割加工（影像资料2分10秒）27 专题三 特种加工工艺基础 28 专题三 特种加工工艺基础 29 专题三 特种加工工艺基础 视频资料4分4秒30 专题三 特种加工工艺基础 31 专题三 特种加工工艺基础 5）展成加工此方法加工出的内螺纹表面粗糙，有锥度、效率低。32 专题三 特种加工工艺基础 运动：工具与工件同向、同步旋转，工件作径向切入进给。精度：中径误差小于4m。适用：精密内外螺纹、内外齿轮、回转圆弧面和锥面等。大于工件厚度的整数倍螺距值。 专题三 特种加工工艺基础 五、电解加工 利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理，对工 件进行成形加工。 电解加工：电分解机

10、制 金属置于电解液中：产生阳极溶解的电化学原理。 1.电解加工原理 1） 工件接“+ ”极；工具接“- ”极； 以氯化钠水溶液作电解液加工低碳钢为例： 主要化学反应式 水 溶 液阳极反应阴极反应 专题三 特种加工工艺基础 2）两极间隙； 0.1-1 毫米 工具阴极凸出部分与工件阳极的电极间隙最小， 此处的电流密度最大，单位时间内消耗的电 量最多。根据法拉第定律，金属阳极的溶解 量与通过的电量成正比。故此处溶解更快。 3）电解液在两极间流过，压力： 0.5-2.5 MPa 电解产物不断被高速流动的电解液带走，最终 工具的形状就“复制”在工件上。 4）在理想情况下，工具阴极可长期使用（与电加 工不

11、同），工件阳极和水不断消耗。 5）效率约为电火花加工的5到10倍，某些情况下甚 至高于切削加工。 35 专题三 特种加工工艺基础 间隙 0.11 毫米压力0.52.5 MPa流速560 m/s此处电流密度最大，单位时间内消耗的电量最多根据法拉第定律，金属阳极的溶解量与通过的电量成正比，因此，此处溶解速度更快。 电解液作用： 导电介质传递电流； 在电场作用下进行 电化学反应； 带走电解产物、散热。36 专题三 特种加工工艺基础 2.电解加工的基本工艺规律 1）生产率及其影响因素 材料电化学当量的影响 V=It V工件阳极溶解或析出材料的体积,mm3； 工件材料的体积电化学当量, mm3/(Ami

12、n)； 电解电流，A； t电解时间，min。 电流密度的影响 电极间隙大小的影响 37 专题三 特种加工工艺基础 2）加工精度及其影响因素 脉冲电源比稳压电源好； 混气电解加工 减少加工间隙 合适的电解液 3）表面质量及其影响因素 工具阴极形状精度及表面质量 工艺参数的选择 合适的电解液 38 专题三 特种加工工艺基础 3.电解加工的应用范围 电解锻模型腔39 专题三 特种加工工艺基础 电解整体叶轮40 专题三 特种加工工艺基础 电解去毛刺（视频资料45秒）41 专题三 特种加工工艺基础 六、超声波加工 1加工原理 1）系统构成： 超声波发生器换能器变幅杆工具： 磨料悬浮液；金刚石工具。 声频

13、： 16 Hz16 KHz（人耳能感受到的声波频率） 超声频： 16 KHz 25 KHz 变幅杆将振幅放大到 0.01 0.15 毫米 。42 专题三 特种加工工艺基础 产生电振荡转化为机械振动振幅 0.010.15 毫米机械锤击和研抛为主超声空化为辅的纵合作用43 专题三 特种加工工艺基础 2）加工原理： 磨料在工具端面的超声振动下，以机械振动 和研抛为主，以“超声空化”为辅的综合作用过程。 3）加工特点： 可以加工各种硬脆材料； 可获得良好的加工精度和表面质量; 精度： 0.02-0.01 毫米，Ra 值：0.8-0.1 m ； 工具材料软，可制成复杂形状。 金刚石工具主要用于打孔和套料

14、。44 专题三 特种加工工艺基础 2基本工艺规律 1）加工速度及其影响因素 进给压力的影响； 工具振幅和频率的影响： 0.1-0.01 毫米,16 仟赫 -25 仟赫； 磨料种类和粒度的影响; 工件材料的影响：材料韧性愈好，愈难去除。 2）加工精度及其影响因素 磨料粒度的影响； 加工工具的影响：磨料悬浮液不如金刚石工具。 3）表面质量及其影响因素 良好，无变质层，无应力，无烧伤。 45 专题三 特种加工工艺基础 3.超声波加工应用范围 型孔与型腔加工 46 专题三 特种加工工艺基础 切割锗、硅等半导体材料 47 专题三 特种加工工艺基础 清洗、焊接、医疗设备和器具 （手术刀，体内超声波碎石等）

15、 （视频资料1分37秒)48 专题三 特种加工工艺基础 七、激光加工 激光是一种经受激辐射而产生的加强光。1原理 光热效应下产生高温熔融和冲击波的综合作用过 程。它的光强度高，方向性强，相干性和单色性好， 易聚焦成高能光束。 2加工特点 1）高能束流加工，功率密度可达108-1010（W/cm2）； 2）加工速度快，热影响区小，易实现自动化加工； 3）可聚焦形成微小光斑，可实现精密微细加工； 4）平均加工精度0.01毫米,Ra值0.4-0.1m49 专题三 特种加工工艺基础 （激励脉冲氙灯）受激辐射造成光放大，然后再经过谐振腔内的反射镜的反馈作用产生振荡，由谐振腔的一端输出激光。聚焦直径几十到

16、几微米，能量密度 1081010 W/ cm2 。50 专题三 特种加工工艺基础 3激光加工的应用范围 1）表面强化处理：热处理 51 专题三 特种加工工艺基础 热处理效果 52 专题三 特种加工工艺基础 1）表面强化处理： 合金化 53 专题三 特种加工工艺基础 1）表面强化处理：激光重熔 54 专题三 特种加工工艺基础 2）激光切割激光还可以进行焊接、打孔。55 专题三 特种加工工艺基础 八、电子束和离子束加工1电子束加工 1）条件：高压、密封 2）利用电子高速运动产生的热能加工（热效应） 3）造价高昂4）效率非常高：每秒可在0.1mm厚的钢板上加工出 3000个直径为0.2mm的孔 5）在真空中进行，工件加工表面不易氧化，尤其 适合加工易氧化的金属及合金。 56 专题三 特种加工工艺基础 名词术语：电磁透镜实际是通直流电的多匝线圈，利用