特种加工课件

特種加工

第一節概述

特種加工是指用電、聲、光、熱、磁及化學等的能量，對結構形狀複雜、精度要求高、表面粗糙度低、材料難以加工的零件進行加工的方法。

一、特種加工的產生隨著科學技術的進步，許多部門對產品結構的要求日趨複雜，對性能的要求也日益提高。有的產品對高速度、大功率和小型化方面的要求越來越高，而有的產品對強度、韌性、硬度及耐高溫、耐高壓和抗腐蝕的能力要求越來越強，還有一些產品則對其結構形狀以及精度提出了特殊的要求。以上產品零件的加工用傳統的切削加工方法，已不方便甚至不可能。機械製造業除了不斷革新和發展傳統的加工方法之外，還得不斷地尋求新的加工方法，特種加工就是在這種前提下產生和發展起來的。二、特種加工的特點

1）特種加工工具的硬度可以低於工件的硬度，卻能加工各種高硬度、高強度材料。2）當利用電能等轉換成熱能來加工時，因熱作時間很短，熱作區很小，故能獲得良好的表面品質，有利於加工熱敏材料和低剛度零件。3）在特種加工中，加工餘量的去除過程大都是微細的，故它不僅能加工尺寸微小的孔或窄縫，有的還能獲得極高的加工精度和極低的表面粗糙度。4）在特種加工中，有的工件加工表面是工具形狀、尺寸的複印。故特種加工可以採用簡單的進給運動加工出複雜的型面。第二節電火花加工

一、電火花加工原理

圖18-1所示為電火花加工原理。圖18-1電火花加工原理

1－工件2－絕緣介質3－工具電極

二、電火花加工的特點及應用

電火花加工有如下特點：1）

可以加工任何硬、脆、韌、軟、高熔點材料。2）有利於小孔、薄壁、窄槽以及各種複雜型孔、型腔等的加工。3）可以減小材料被加工表面的熱影響層，提高表面加工品質。4）便於實現自動化。應用電火花加工技術，可以對金屬零件進行電火花穿孔和成型加工、電火花線切割、電火花磨削、電火花表面強化與刻蝕等。

三、電火花加工設備（一）電火花加工設備的基本組成

（1）機床本體（2）工作液循環系統（3）脈衝電源（見圖18-2）（4）自動進給調節裝置

圖18-2電火花加工用脈衝電源a）RC脈衝電源b）可控矽式脈衝電源c）電晶體式脈衝電源

（二）電火花穿孔機（1）電火花穿孔機的功用電火花穿孔機主要用於各種截面形狀的直通孔、小孔和微孔及型腔的加工。（2）電火花穿孔機的組成如圖18-3所示。

圖18-3電火花穿孔機示意圖1－床身2－立柱3－工作臺4－加工箱5－工件6－工具電極7－主軸箱8－電源櫃9－工作液供應裝置（三）電火花線切割機（1）線切割機的功用及組成線切割機主要用於模具、夾具零件上各種形狀的直通成形孔及成形柱面（外表面）的加工，對非圓曲面可近似加工。圖18-4所示為快走絲數控線切割機的組成。（2）線切割機電極絲運動的控制方式及應用1)

靠模仿型控制2)

光電跟蹤控制3)

數字程式控制圖18-4數控線切割機示意圖a）組成b）切割區局部放大

1－上工作臺2－工具電極3－步進電動機4－精密絲杠5－控制脈衝6－數控裝置7－卷絲筒8－走絲輪9--工件10－脈衝電源11－噴嘴12－支座13－下工作臺

第三節電解加工

一、電解加工原理電解加工原理如圖18-5所示。電解加工形面成型的情況如圖18-6所示。

圖18-5電解加工原理圖1－電源2－工具電極3－工件4－電解液5－泵

圖18-6電解加工形面成型情況示意圖a）加工開始b）加工完成1－工具電極2－工件

二、電解加工的特點及應用(1)特點電解加工具有加工範圍廣、形面成型狀況好、生產率高、工藝裝備簡單、操作方便、對工人操作技術要求不高等優點。但是，它還存在不易達到較高精度、電解加工附屬設備多、占地面積大、對機床的防腐性要求高、工具電極製造工作量較大等缺點。(2)應用主要用於能導電的難加工材料和形狀複雜零件的加工，如小深孔、槍炮管內孔的膛線、渦輪葉片、整體葉輪表面等的加工。第四節超聲波加工一、超聲波加工原理加工原理如圖18-7所示。圖18-7超聲波加工原理1－信號放大器2－高頻振盪器3－硒整流器4－勵磁線圈5－磁鐵6－換能器7－變幅杆8－工具9－冷卻器10－泵11－加工槽12－夾具13－工件14－磨料液

二、超聲波加工的特點及應用主要特點是：1）適合於各類非金屬硬脆材料（如玻璃、陶瓷、人造寶石等）的加工。2）設備結構簡單，維護方便。3）適於加工薄壁、窄縫及低剛度的零件。4）生產效率較低。目前超聲波加工主要用於型孔和型腔加工、超聲波切割、超聲波焊接、超聲波清洗及超聲波複合加工等。圖18-8所示為超聲波加工應用舉例。圖18-8超聲波加工應用舉例a）加工小孔b）加工異形孔c）加工型腔d）雕刻e）研磨金剛石拉絲模第五節鐳射加工一、鐳射加工系統的組成系統的組成如圖18-9所示。圖18-9鐳射加工系統組成框圖

二、鐳射加工的特點及應用主要特點：1）

鐳射的能量密度高，可以加工任何金屬和非金屬材料。2）

雷射光束能聚焦成1μm以下的光斑，其熱影響區小，工件變形小，因此適於進行微細加工。3）

鐳射加工速度快，熱作用時間短，故可以加工熱敏性材料。4）

鐳射可以通過透明的物質，故鐳射加工可以在任何透明的環境中進行操作。5）

鐳射加工不需要工具，故不存在設計製造工具和加工過程中的工具損耗問題。6）

鐳射易於導向、聚焦和發散，雷射光束的方向便於調節，因此易於實現鐳射加工自動化。7）

對於具有高熱傳導率或高反射率材料的加工比較困難，並且存在加工精度不高、輸出能量難於精確控制以及加工效率低等缺點。鐳射加工主要用於打孔、切割和動平衡去重、焊接、塗敷、表面熱處理、表面強化及光澤處理等方面。第六節

電子束和離子束加工電子束和離子束加工是近年來獲得較大發展的兩種特種加工技術，它們主要應用於精密微細加工方面。一、電子束加工1．電子束加工原理加工原理如圖18-10所示。

圖18-10電子束加工原理1－驅動電動機2－工作臺3－工件4－反射鏡5－偏轉器6－電磁透鏡7－電子槍8－觀察窗9－窗口

2．電子束加工的特點電子束加工有如下特點：1）可實現亞微米級的精密微細加工。2）工件不產生宏觀應力變形。3）加工材料的範圍廣。4）加工效率非常高。5）加工在真空中進行，尤其適合加工易氧化的金屬及其合金材料。6）電子束加工的成套設備價格昂貴，故其應用受到一定的限制。3．電子束加工的應用電子束加工可用於打孔、切割、焊接、蝕刻和光刻等，特別適合於高速打制微細異型孔、內曲面和彎孔，如圖18-11所示。

圖18-11電子束加工微細異形孔、曲面和彎孔a)電子束加工微細異形孔b)電子束加工工件內部曲面和彎孔

二、離子束加工1.離子束加工原理加工原理如圖18-12所示。

圖18-12離子束加工原理1－陰極2－工件3－離子束流4－電磁線圈5－燈絲6－電離室7－陽極8－陰極2.離子束加工的特點1）可以實現毫微米（0.001μm）級的加工。2）適宜加工易氧化的金屬、合金和高純度的半導體材料。3）加工應力小,熱變形小，加工表面品質高。4）易於實現自動化，但設備費用高，加工成本高。3.離子束加工的應用離子束加工的應用範圍正在日益擴大，目前主要用於三個方面：刻蝕加工、鍍膜加工和用於工件表層改性的離子注入加工。第七節

複合加工

對於前述特種加工，當把其中兩種或兩種以上的能量形式合理地組合在一起，就可實現複合加工。複合加工有很大的優點，它能成倍地提高加工效率和進一步改善加工品質。下麵擇要介紹兩種複合加工。1．超聲電解複合拋光

複合拋光的加工原理如圖18-13所示。