特种加工综述

特种加工常见特种加工方法电火花加工电火花成型加工电火花线切割电化学加工高能束加工激光加工电子束加工离子束加工超声加工特种加工的特点特种加工主要不是主要依靠机械能，而是主要用其他的能量（如电能、热能、光能、声能以及化学能等）进行加工。

“以柔克刚”。特种加工中，工具的硬度和强度可以低于工件的硬度和强度。

加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用。特种加工方法的分类一般按能量形式和作用原理分类电能与热能作用方式■电火花EDM、线切割WEDM、电子束EBM、等离子PAM电能与化学能作用方式■电解ECM、电铸、电刷镀电化学能与机械能作用方式■电解磨削ECG、电解珩磨ECH声能与机械作用能作用方式：超声波加工USM光能与热能作用方式：激光加工LBM电能与机械作用能作用方式：离子束加工IM液流能与机械作用能：挤压珩磨AFH、水射流WJC一、电火花加工■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EDMElectricalDischargeMachining工艺特点加工适应性强无论硬、脆、软、耐热材料，只要导电就行小孔、薄壁、窄槽、复杂截面同一台电火花机床上，只需要修改参数即可完成粗、半精、精加工可用于电火花穿孔电火花型腔加工磨削、铣制、镗制、表面强化等电火花线切割电火花穿孔电火花型腔加工工件进给方向进给方向工作液工具电极工件工具电极工件

电火花线切割原理图数控电火花加工机床线切割平面零件线切割立体零件线切割异型零件二、电化学加工历史1834年：法拉第发现电化学作用原理20世纪30～50年代才开展大规模应用关键：法拉第定律第一定律──在镀液进行电镀时(电解)阴极上所“附积”的金属重量(或阳极所溶蚀者)与所通过的电量成正比。第二定律──在不同镀液中以相同的电量进行电镀时，其各自附积出来的重量与其化学当量成正比。上述第一定律中的“电量”，即为电流强度与时间的乘积，理论单位是库伦。电化学加工应用利用阳极溶解电解：通过电化学反应从工件表面去除金属利用阴极上的沉积作用电镀：在工件表面沉积金属：材料表面装饰保护电铸：在阴极上沉积实现附着加工复合加工1、电解加工原理阳极溶解：溶解速度与电流密度有关工作液高速冲走电解腐蚀物（－）（＋）（＋）（－）电解加工工艺特点对工件材料的适应能力强适应性强：只要导电，无论软、硬、脆加工过程无机械作用力工具电极理论上无消耗（阴极）表面质量好于电火花加工加工效率高于电火花加工加工精度较低电解加工实例：穿孔电极电极进给绝缘层工件电解液电极电极进给工件电解液电解加工实例：切断电解加工实例：型腔电解磨削

工艺特点▲加工范围广▲各种硬、韧金属材料▲工件表面粗糙度与砂轮磨粒粗细无关▲切削温度低，不易变形、裂纹▲切削力很小，可加工刚度差的零件▲加工效率高于普通磨削5～10倍▲加工精度略低于普通磨削电铸加工电镀和电刷镀原理直流电源镀液镀笔盘子工件电刷镀工作原理电镀原理电镀和电刷镀产品各种电化学方法的比较工艺名称电解加工电解磨削电铸加工电镀与电刷度加工原理电化学去除加工电化学去除加工电化学附着加工电化学附着加工阳极溶解机械磨削作用5％电解作用95％阴极沉积剥取沉积层阴极沉积附着在表面三、超声加工超声加工（UltraSonicMachining）超声波：高于16000Hz超声波在各种介质中传播，其运动轨迹都按余弦函数规律变化超声波可在气体、液体和固体介质中传播，其传播速度与频率、波长、介质密度等有关超声波可传递很强的能量超声波会产生反射、干涉和共振现象超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象，强化了加工过程的进行

超声波发生器冷却水换能器变幅杆工具头泵液体磨料工件超声加工原理超声加工是磨料悬浮液中的磨粒，在超声振动下的冲击、抛磨和空化现象综合切蚀作用的结果。其中，以磨粒不断冲击为主由此可见，脆硬的材料，受冲击作用愈容易被破坏，故尤其适于超声加工超声加工的工艺特点适合加工各种硬脆材料玻璃、陶瓷、宝石、石英、锗、硅、石墨等不导电的非金属材料淬火钢、硬质合金、不锈钢、钛合金等硬质或耐热导电的金属材料，但加工效率较低。加工质量较好由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬时局部的冲击作用，故工件表面的宏观切削力很小，切削应力、切削热更小，不会产生变形及烧伤表面粗糙度较低，可达Ra0.63—0.08um尺寸精度可达±0.03mm适于加工薄壁、窄缝、低刚度零件。工具材料工具可用较软的材料、做成较复杂的形状不需要工具和工件作比较复杂的相对运动，便可加工各种复杂的型腔和型面超声加工机床结构比较简单，操作、维修也比较方便。生产率较低超声加工的面积不够大，而且工具头磨损较大，故生产率较低。超声加工的工艺特点成形孔加工异形孔加工型腔加工雕刻切割外螺纹内螺纹表面研磨和抛光应用实例四、激光加工特点：新的先进加工方法非接触加工。激光可视作“光刀”，无“刀具”磨损，无

“切削力”作用于工件可对多种金属、非金属加工，特别是高硬度、高脆性及高熔点材料与数控系统配合组成激光加工中心，实现多种加工目的激光束能量密度高，是局部加工，加工速度快，热影响区小，工件变形小，后续加工量小生产效率高，加工质量稳定可靠激光加工原理全反射镜工作物质部分反射镜激光束镀金反射镜透镜工件高压充电源触发电路电容光泵激光束采用激光加工必然性激光加工，如：焊接、切割、打孔、打标、热处理和微加工等，解决了许多常规方法无法解决的难题大大提高了工作效率和加工质量，是先进加工系统必不可少的发达国家的制造业已经步入“光加工”时代激光加工方法功能切割可对铝、铜、镍、陶瓷等材料进行切割加工出各种图形，切割深度<2.5mm打孔最小孔径Ø0.03mm，并可对其他金属如：铝、铜、非金属金刚石、硬质合金、陶瓷、塑料上打孔标记能在多种金属材料上做简单的文字、数字标记焊接

可对铝、铜、金、银、镍等金属材料进行点焊、对焊或密封焊接，焊接熔深<2.5mm激光切割激光切割特色切缝窄，工件变形小非接触与计算机配合高速加工切割非金属是其它方法不可比的激光打孔激光打孔的特色速度快，效率高，尤其高密度群孔加工大深径比，传统不大于1：10，激光在碳钢上

加工0.25mm的小孔深径比达65：1可加工硬脆软材料可在难加工材料上加工斜孔激光标记激光标记的特色便于对原材料、半成品、在制品、产品进行分类便于使用、防止假冒激光标记特点可标记条形码、数字符号图案激光焊接激光焊接的优势速度快，效率高，深度大，变形小大深宽比，5：1，最大10：1可焊接难熔材料可进行微型焊接激光雕刻特点适用于多种金属/非金属材料复杂平面艺术图形三维激光内雕刻激光内雕刻在计算机控制下利用激光作为加工手段，在各种形状的透明水晶玻璃中雕刻出各种立体图案、文字、人物肖像等的设备。激光内雕技术主要用于水晶工艺品的激光内雕刻有传统的机械雕刻方法有无法比拟的优点：采用计算机控制技术和高精度、高效率的伺服控制系统，适应了现代化生产的高效率、快节奏的要求采用激光加工手段，在水晶玻璃内部雕刻出由精细明亮的点组成的精美立体图案利用激光聚焦技术，与水晶体不接触却可在水晶内雕刻出永不磨灭的立体图案激光玻璃内雕刻或标识系统可广泛应用于玻璃装饰行业（如玻璃隔墙、玻璃屏风等）、玻璃制品行业（如玻璃杯、酒杯等）、艺术品行业（如将人像、风景等照片刻入玻璃内）、玻璃家具行业（如玻璃台桌、家具玻璃门等）、防伪（如酒瓶、调味瓶等）激光雕刻的水晶作品激光的其它应用激光淬火激光淬火是激光快速表面局部淬火工艺的一种高新技术加工，特点:高速加热，高速自冷硬度高，比常规高5-20%淬火应力与变形小激光快速成型加工医学应用：眼科手术等军事应用：对抗演习、雷达、高能束武器信息技术：激光存储（光盘）、光纤通讯五、水射流加工－水刀水射流加工机水刀切割机器零件水刀加砂切割可切割任何材料而不产生热效应或机械应力加砂切割系可完成精密切割铣削型腔切割非金属零件切割金属零件水刀切割

机器零件水刀切割汽车地毯水刀雕刻木材玻璃雕刻水刀切割：航天工业应用五轴复合材料切割使用超高压水刀清洗的飞机发动机燃烧罐水刀切割：石材及陶瓷业应用

加砂水刀在世界各地被运用来