【大学课件】特种加工工艺基础

特种加工工艺基础欢迎来到特种加工工艺基础课程。本课程将深入探讨现代制造业中的创新加工技术，涵盖电火花、化学、激光、等离子和超声波加工等先进方法。课程简介加工技术概览探索各种特种加工方法的原理、特点和应用。实践与理论结合通过案例研究和实验，加深对特种加工技术的理解。行业前沿了解特种加工在现代制造业中的最新发展和趋势。特种加工的定义非传统加工特种加工是指不同于传统切削、铣削等机械加工方法的新型加工技术。能量转换利用各种能量形式（如电、化学、光、热）直接作用于工件进行加工。精密控制通过精确控制能量输入，实现高精度、高效率的材料去除或成形。特种加工的特点高精度可实现微米级甚至纳米级的加工精度。高效率加工速度快，适合批量生产。广泛适用性可加工各种难加工材料，如硬质合金、陶瓷等。环保部分特种加工方法无需切削液，减少污染。特种加工的分类1电化学加工2热加工3光加工4机械能加工5化学加工特种加工技术根据其使用的主要能量形式可分为以上几类。每种类型都有其独特的应用领域和优势。特种加工的应用领域航空航天用于制造高精度、复杂形状的发动机零件和机身结构。医疗器械生产精密的人工关节、牙科植入物等医疗设备。电子工业制作微型电子元件、精密电路板和半导体器件。汽车工业加工高性能发动机部件和精密传动系统。特种加工的发展历程11940年代电火花加工技术首次出现，标志着特种加工时代的开始。21960年代激光加工和电子束加工技术开始应用于工业生产。31980年代计算机数控技术与特种加工结合，大幅提高加工精度和效率。421世纪纳米加工、3D打印等新型特种加工技术蓬勃发展。特种加工工艺的基本原理能量转换将各种形式的能量转换为加工能，如电能转化为热能或化学能。材料去除通过熔化、蒸发、化学溶解等方式去除工件材料。精确控制利用计算机控制系统精确调节能量输入，实现高精度加工。非接触加工多数特种加工方法无需工具直接接触工件，减少机械应力。电火花加工电热加工方法利用电极与工件之间的放电现象进行材料去除。高精度成形适用于加工硬质合金、模具钢等难加工材料。复杂形状加工可制作深孔、内腔等传统方法难以实现的形状。电火花加工的原理电极准备选择合适的电极材料和形状。放电间隙形成电极与工件之间保持微小间隙，充满介质。脉冲放电高频脉冲电流在间隙中产生火花放电。材料去除放电产生的高温使工件表面材料熔化、气化。电火花加工的特点高精度可实现微米级加工精度，表面粗糙度可达Ra0.2μm。加工硬质材料可加工各种导电材料，不受硬度限制。复杂形状加工能加工各种复杂内腔和深孔。无变形加工过程中工件几乎无机械应力，不易变形。电火花加工的应用模具制造用于制作复杂形状的塑料模具和压铸模具。航空发动机加工涡轮叶片和其他精密发动机部件。医疗器械生产精密的骨科植入物和手术器械。微孔加工在金属薄板上加工微小孔，用于过滤器等。化学加工化学反应原理利用化学试剂与工件材料发生选择性溶解反应。无应力加工加工过程中不产生机械应力，适合加工薄壁零件。批量处理可同时处理多个工件，效率高。化学加工的原理1表面清洁清除工件表面的油污和氧化物。2掩蔽处理用抗蚀剂覆盖不需要加工的区域。3化学反应工件浸入化学溶液中，发生选择性溶解反应。4中和清洗停止反应，清洗工件，去除掩蔽层。化学加工的特点无应力加工加工过程不产生机械应力，适合加工易变形零件。批量加工可同时处理多个工件，生产效率高。薄材加工特别适合加工薄板、箔材等薄壁零件。复杂图案可加工复杂的二维图案和浅层三维结构。化学加工的应用印刷电路板制作精密电路图案，广泛应用于电子工业。航空结构件减轻飞机蒙皮重量，提高燃油效率。装饰面板制作金属装饰面板，用于建筑和工业设计。医疗器械加工心血管支架等精密医疗设备。激光加工高能光束利用高能激光束进行材料切割、焊接、打标等加工。非接触加工无工具磨损，适合加工各种材料。精确控制可实现微米级精度，适合精密加工。激光加工的原理激光产生激光器产生高能coherent光束。光束聚焦通过光学系统将激光束聚焦到工件表面。材料加热激光能量被工件吸收，导致局部快速升温。材料去除材料通过熔化、蒸发或化学反应方式被去除。激光加工的特点高精度可实现微米级加工精度，适合微加工。材料适应性广可加工金属、非金属、复合材料等多种材料。加工速度快激光切割速度可达几十米/分钟。易于自动化可与数控系统集成，实现高度自动化生产。激光加工的应用金属切割用于汽车、航空等行业的金属板材精密切割。激光焊接汽车车身焊接，提高结构强度和美观度。激光打标在电子元件、医疗器械上进行永久性标记。3D打印金属粉末激光选区熔化，制造复杂形状零件。等离子切割高温电弧利用高温等离子电弧熔化金属，实现快速切割。厚板切割适合切割中厚板金属，切割速度快。自动化程度高易与数控系统集成，实现自动化生产。等离子切割的原理1气体电离高压电流使气体电离形成等离子体。2等离子体加速等离子体被加速至音速，形成高温射流。3材料熔化高温等离子体熔化金属，形成切缝。4熔渣排除高速气流将熔化的金属吹走，完成切割。等离子切割的特点切割速度快对于中厚板金属，切割速度远超氧燃气切割。适用范围广可切割各种导电金属，包括不锈钢、铝等。切缝窄切缝宽度小，材料利用率高。自动化程度高易与CNC系统集成，实现复杂图形切割。等离子切割的应用造船业切割大型船体钢板，提高生产效率。汽车制造快速切割车身板材，适合大批量生产。金属回收快速切割大型废弃金属，便于运输和再利用。艺术创作制作金属雕塑和装饰品，实现复杂图案切割。超声波加工高频振动利用高频机械振动和磨料颗粒进行材料去除。冷加工加工过程中几乎不产生热量，适合热敏感材料。精密加工可实现微米级精度，适合加工脆性材料。超声波加工的原理振动产生超声波发生器产生高频电信号。机械振动换能器将电信号转换为机械振动。振幅放大变幅杆放大振幅，传递给工具。材料去除工具高频振动驱动磨料颗粒冲击工件表面。超声波加工的特点冷加工加工温度低，适合热敏感材料。无化学变化不改变材料化学性质，保持原有性能。低应力加工力小，适合加工脆性材料。微细加工可实现微米级精度，适合精密零件制造。超声波加工的应用陶瓷加工加工硬质陶瓷零件，用于电子和航空航天领域。玻璃钻孔在光学镜片和显示面板上加工精密孔。医疗器械制造牙科植入物和骨科器械。