第4章特种加工

第4章特种加工史成坤目录

1.特种加工概述、分类

2.电火花加工EDM

3.电解加工ECM（电解磨削ECG）

4.激光加工LBM5.离子束加工IBM

6.超声加工USM特种加工概述材料难切削型面复杂结构特殊特种加工1943年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。NTM：Non-TraditionalMachiningNCM：Non-ConventionalMachining主要用其他能量（电、热、声、光、化学能等）去除金属材料；加工中工具和工件之间不存在显著的切削力；工具硬度可以低于被加工材料的硬度；加工范围广，不受材料力学性能限制；易于加工复杂型面、微细表面以及柔性零件。特点特种加工方法及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、电刷镀光能与热能作用方式：激光加工LBM电能与机械能作用方式：离子束加工IBM声能与机械能作用方式：超声波加工USM化学能：化学铣削CHM光能与化学能作用：光化学加工PCM液流能与机械能作用：磨粒流加工AFM、磨料喷射加工AJM、液体喷射加工LJM电化学能与机械能作用方式：电解磨削ECG、电解珩磨ECH电火花加工EDM(电能、热能)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进行电火花加工必须具备的三个条件：⑴必须采用脉冲电源，以形成瞬时的脉冲式放电。⑵必须采用自动进给调节装置，保证微小的放电间隙。⑶火花放电必须具有足够大的能量密度，且必须在具有一定的绝缘强度的液体介质（工作液）中进行。电火花加工时,阳极\阴极均受到腐蚀,但二者的蚀除量或蚀除速度是不同的,这种由于极性不同产生的蚀除量不同的现象叫做极性效应极性效应阳极表面受到电子撞击,阴极表面受到正离子撞击正极性加工短脉冲时，阳极的蚀除量大于阴极，工件与电源阳极（正极）相接的加工。精加工负极性加工长脉冲时，阴极的蚀除量大于阳极，工件与电源阴极（负极）相接的加工。粗加工电火花加工特点⑴能加工任何导电的难切削材料。可用软的工具加工硬韧的工件，甚至可加工聚晶金刚石、立方氮化硼一类超硬材料。⑵不产生切削力引起的残余应力和变形，特别适宜复杂形状的工件、低刚度工件及微细结构的加工。(材料去除是靠放电时的电热作用实现的，电极和工件间不存在切削力)。⑶调整容易，可以在同一台机床上完成粗、细、精三个阶段的加工。易于实现自动化。⑷局限性为：加工速度较慢和工具电极存在损耗，影响加工效率和成形精度。电火花加工的应用电火花穿孔电火花型腔加工电火花线切割WEDM电解加工ECM（电化学）电解加工利用金属在电解液中可以产生阳极溶解的电化学原理来进行加工的一种方法。电解加工特点⑴能加工各种硬度与强度的金属材料⑵生产率高，是特种加工中最快的方法之一⑶加工中无切削力，不产生残余应力、飞边与毛刺；表面质量高，Ra为1.25～0.2m⑷加工过程中工具阴极无损耗。弱点和局限性：⑴加工稳定性不高，不易达到较高的加工精度⑵电解液过滤、循环装置庞大，占地面积大，电解液对设备有腐蚀作用⑶电解液及电解产物容易污染环境。加工各种深孔\型孔\型腔和复杂成型表面电解去毛刺电解刻字电解加工的应用电解整体叶轮深孔扩孔加工电解去毛刺电解穿孔、型腔、刻字等视频电解磨削ECG（复合加工）

电解磨削属于电化学机械加工（复合加工）范畴。由电解作用（95%~98%）和机械磨削作用（2%~5%）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。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激光加工LBM（光能）激光是一种受激辐射而得到的加强光。其基本特征：

◎强度高，亮度大

◎波长频率确定，单色性好

◎相干性好，相干长度长

◎方向性好，几乎是一束平行光

工作原理当激光束照射到工件表面时，光能被吸收，转化成热能，使照射斑点处温度迅速升高、熔化、气化而形成小坑，由于热扩散，使斑点周围金属熔化，小坑内金属蒸气迅速膨胀，产生微型爆炸，将熔融物高速喷出并产生一个方向性很强的反冲击波，于是在被加工表面上打出一个上大下小的孔。激光器工件工作台激光加工原理图光阑反射镜聚焦镜电源激光加工的特点⑴功率密度高，几乎能加工所有材料；如高温合金、钛合金、石英、金刚石、橡胶等。⑵加工速度快\变形小且工具无损耗；⑶可透过玻璃等透明介质对工件进行加工；⑷能聚焦成极细的激光束，可进行精密细微加工。激光加工的应用激光打孔(0.01~1mm)激光切割焦点位置厚度大，割缝宽度仅为0.1～0.2mm.激光焊接激光热处理等视频离子束加工IBM（电能、机械能）离子束加工是利用离子束对材料进行成形和改性的加工方法。加工原理在真空条件下，将离子源产生的离子束经加速与聚焦，使之打到工件表面。离子带正电荷，其质量比电子大千、万倍,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为热能来加工的。加速到1万～几万电子伏特---离子铣削加速到几十万电子伏特---离子镀膜、离子注入离子束加工特点⑴离子束流密度与离子能量可精确控制，可进行“原子级加工”或“毫微米级加工”，是所有特种加工方法中最精密最微细的加工方法,是当代毫微米加工技术的基础.⑵在真空中加工，污染少，工件材料不易氧化。⑶加工应力与变形极小，质量高。⑷设备费用贵，加工效率低，应用受到一定限制。离子束加工的应用离子溅射（镀膜）几十至几千电子伏离子刻蚀（铣削）一万至几万电子伏，入射方向25°~30°离子注入>几十万电子伏超声加工USM超声加工是利用工具作超声振动，通过悬浮液中磨料的高速轰击进行加工的方法。适用于脆硬材料基本原理机械撞击抛磨作用空化作用（概念）超声加工的特点

⑴适合于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料。如玻璃、宝石、陶石及各种半导体材料。

⑵工件受力小，变形小。精度可达0.01一0.05mm，表面粗糙度可达Ra0.63一0.08。

⑶采用成形法原理加工机床结构简