特種加工簡介

1、683 7243 33 13 5前蘇聯(lián)科學家拉扎連柯夫婦研究開關觸點遭受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時高溫可使局部的金屬熔化、氣化而被腐蝕掉，開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工。(3) 廣泛采用自動化技術。充分利用計算機技術對特種加工設備的控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)進行優(yōu)化，建立綜合參數(shù)自適應控制裝置、數(shù)據(jù)庫等，進而建立特種加工的CAD/CAM和FMS系統(tǒng)，這是當前特種加工技術的主要發(fā)展趨勢。用簡單工具電極加工復雜的三維曲面是電解加工和電火花加工的發(fā)展方向。目前已實現(xiàn)用四軸聯(lián)動線切割機床切出扭曲變截面的葉片。隨著設備自動化程度的提高，實現(xiàn)特種加工柔性制造系統(tǒng)已成為各工業(yè)國家追求的目標。 由于上述各

2、種特種加工工藝的特點以及逐漸廣泛的應用，引起了機械制造工藝技術領域內(nèi)的許多變革，主要有以下幾個方面：（1）提高了材料的可加工性（2）改變了零件的典型工藝路線（3）改變了試制新產(chǎn)品的模式（4）特種加工對產(chǎn)品零件的結構設計帶來很大的影響（5）對傳統(tǒng)的結構工藝性的好與壞，需要重新衡量（6）特種加工已經(jīng)成為微細加工和納米加工的主要手段。蘇州三光科技股份有限公司 包志書 1 極間介質(zhì)的電離、擊穿形成放電通道極間電壓升高或極間距離減小極間電場強度增大105V/mm即100V/m左右時產(chǎn)生場致電子發(fā)射雪崩電離小于0.1s建立放電通道（電流密度達105106A/cm2（103104A/mm2）2 介質(zhì)熱分解、

3、電極材料熔化、氣化熱膨脹放電通道形成后電子、正離子運動動能轉熱能電極表面高溫工作液氣化、熱分解電極材料熔化、氣化迅速熱膨脹3 電極材料的拋出4 極間介質(zhì)的消電離隨著脈沖電壓的結束，脈沖電流也迅速降為零，標志著一次脈沖放電結束。但此后仍應有一段間隔時間，使間隙介質(zhì)消電離，即放電通道中的帶電粒子復合為中性粒子，恢復本次放電通道處間隙介質(zhì)的絕緣強度，以免總是重復在同一處發(fā)生放電而導致電弧放電，這樣可以保證按兩極相對最近處或電阻率最小處形成下一擊穿放電通道（放電點轉移原則）。另外，在加工過程中形成的電蝕產(chǎn)物以及熱量等都需要在此階段排出。由此，為了保證電火花加工過程正常地進行，在兩次脈沖放電之間一般都應

4、有足夠的脈沖間隔時間t0。工件工件進給方向進給方向進給方向進給方向工作液工作液工具電極工具電極工件工件工具電極工具電極工件工件電火花銑削外形電火花銑削內(nèi)形電火花銑削螺旋槽銅電極銑削加工石墨電極銑削加工其中其中B分隔符，用它來區(qū)分、隔離分隔符，用它來區(qū)分、隔離x, y和和J等數(shù)碼，等數(shù)碼，B后的數(shù)字如為后的數(shù)字如為0，則此，則此0可以不寫?？梢圆粚憽?x, y直線的終點或圓弧起點的坐標值，編程時均直線的終點或圓弧起點的坐標值，編程時均取絕對值，以取絕對值，以m為單位，最多為為單位，最多為6位數(shù)。位數(shù)。 代代 碼碼 功功 能能 代代 碼碼 功功 能能 G00 快快 速速 移移 動動 ， 定定 位位

5、 指指 令令 G84 自自 動動 取取 電電 極極 垂垂 直直 G01 直直 線線 插插 補補 G90 絕絕 對對 坐坐 標標 指指 令令 G02 順順 時時 針針 圓圓 弧弧 插插 補補 指指 令令 G91 增增 量量 坐坐 標標 指指 令令 G03 逆逆 時時 針針 圓圓 弧弧 插插 補補 指指 令令 G92 制制 定定 坐坐 標標 原原 點點 G04 暫暫 停停 指指 令令 M 00 暫暫 停停 指指 令令 G17 XO Y平平 面面 選選 擇擇 M 02 程程 序序 結結 束束 指指 令令 G18 XO Z平平 面面 選選 擇擇 M 05 忽忽 略略 接接 觸觸 感感 知知 G19 Y

6、O Z平平 面面 選選 擇擇 M 98 子子 程程 序序 調(diào)調(diào) 用用 常用常用ISO編程代碼編程代碼常用常用ISO編程代編程代碼碼常用常用ISO編程代碼編程代碼G52 錐度右傾斜錐度右傾斜(沿電極絲行進方向，向右沿電極絲行進方向，向右傾斜傾斜) T80 送電極絲送電極絲(沙迪克公司沙迪克公司) G54 選擇工作坐標系選擇工作坐標系 1 T81 停止送絲停止送絲(沙迪克公司沙迪克公司) G55 選擇工作坐標系選擇工作坐標系 2 T90 AWTI，剪斷電極絲，剪斷電極絲 G56 選擇工作坐標系選擇工作坐標系 3 G80 移動軸直到接觸感知移動軸直到接觸感知 T91 AWTII，使剪斷后的電極絲用，

7、使剪斷后的電極絲用管子通過下部的導輪送到接線處管子通過下部的導輪送到接線處 G81 移動到機床的極限移動到機床的極限 T96 送液送液 ON，向加工槽中加液體，向加工槽中加液體 G82 回到當前位置與零點的一半處回到當前位置與零點的一半處 T97 送液送液 OFF，停止向加工槽中加，停止向加工槽中加液體液體 （1）主要適合直紋面零件加工。（2）用于高硬度、高熔點等難加 工金屬材料。（3）模具制造、 電極制造和復雜零件加工以下為哈爾濱工業(yè)大學特種加工及機電控制研究所利用數(shù)控分度轉臺附件以下為哈爾濱工業(yè)大學特種加工及機電控制研究所利用數(shù)控分度轉臺附件線切割加工出的一些多維復雜曲面樣件。線切割加工出

8、的一些多維復雜曲面樣件。工件接陽極，工具接陰極，兩極間加直流電壓624V,極間保持0.11mm間隙。在間隙處通以 660m/s高速流動的電解液，形成極間導電通路，工件表面材料不斷溶解，其溶解物及時被電解液沖走。工具陰極不斷進給，保持極間間隙。 電解液可分為中性鹽溶液、酸性電解液可分為中性鹽溶液、酸性溶液與堿性溶液三大類。中性鹽溶液溶液與堿性溶液三大類。中性鹽溶液的腐蝕性小，使用時較安全，故應用的腐蝕性小，使用時較安全，故應用最普遍。最常用的有最普遍。最常用的有NaCl、NaNO3、NaClO3三種電解液。三種電解液。 電解磨削屬于電化學機械加工范疇。電解磨削是由電電解磨削屬于電化學機械加工范疇

9、。電解磨削是由電解作用和機械磨削作用相結合而進行加工的，比電解加工解作用和機械磨削作用相結合而進行加工的，比電解加工的加工精度高，表面粗糙度小，比機械磨削的生產(chǎn)率高。的加工精度高，表面粗糙度小，比機械磨削的生產(chǎn)率高。與電解磨削相近似的還有電解珩磨和電解研磨。與電解磨削相近似的還有電解珩磨和電解研磨。導電磨輪電解液電刷工作臺工件絕緣板導電基體磨料陽極膜 工藝特點 電鑄、表面局部涂鍍和復合鍍加工在原理和本質(zhì)都屬電鑄、表面局部涂鍍和復合鍍加工在原理和本質(zhì)都屬于電鍍工藝的范疇，都是和電解相反，利用電鍍液中金屬于電鍍工藝的范疇，都是和電解相反，利用電鍍液中金屬正離子在電場的作用下，鍍覆沉積到陰極上去的過

10、程。正離子在電場的作用下，鍍覆沉積到陰極上去的過程。45636 V789101231鍍槽；2陽極；3蒸餾水瓶；4直流電源；5加熱管；6恒溫裝置；7溫度計；8母模；9電鑄層；10玻璃管直流直流電電源源鍍鍍液液鍍筆鍍筆盤盤子子工件工件q 工作原理電源混合氣體：氦約80%，氮約15%， CO2 約5%通過高壓直流放電進行激勵波長10.6m，為不可見光能量效率5% 15%反射凹鏡反射平鏡電極放電管CO2氣體冷卻水進口冷卻水出口激光高壓直流電源CO2激光器示意圖q 激光器q 激光加工特點電子束加工原理圖控制柵極加速陽極電子束斑點旁熱陰極聚焦系統(tǒng)工件工作臺工作原理q 特點及應用 控制電子束能量密度的大小和

11、能量注入時間，就可以達到不同的加工目的。如只使材料局部加熱就可進行電子束熱處理;使材料局部熔化就可進行電子束焊接;提高電子束能量密度，使材料熔化和氣化，就可進行電子束打孔、切割等加工;利用較低能量密度的電子束轟擊高分子材料時產(chǎn)生化學變化的原理，即可進行電子束光刻加工。1 離子束加工的原理和物理基礎 離子束加工的原理和電子束加工基本類似，也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加速聚焦，使之撞擊到工件表面。不同的是離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大數(shù)千、數(shù)萬倍，如氬離子的質(zhì)量是電子的7.2萬倍，所以一旦離子加速到較高速度時，離子束比電子束具有更大的撞擊動能。它是靠微觀的機械撞擊能量，而不是靠動能轉化

12、為熱能來加工的。2 離子束加工分類 離子束加工按照其所利用的物理效應和達到目的的不同，可以分為四類，即利用離子撞擊和濺射效應的離子刻蝕，離子濺射沉積和離子鍍，以及利用注入效應的離子注入。3 離子束加工的特點 1) 。離子束流密度及離子能量可以精確控制，所以離子刻蝕可以達到納米(0.001 m)級的加工精度。 2)由于離子束加工是在高真空中進行，所以污染少，特別適用于對易氧化的金屬、合金材料和高純度半導體材料的加工。3)離子束加工是靠離子轟擊材料表面的原子來實現(xiàn)的。它是一種微觀作用，宏觀壓力很小，所以加工應力、熱變形等極小，加工質(zhì)量高，適合于對各種材料和低剛度零件的加工。 4)離子束加工設備費用

13、貴，成本高，加工效率低，因此應用范圍受到一定限制。 離子鍍技術已用于鍍制潤滑膜、耐熱膜、耐蝕膜、耐磨膜、裝飾膜和電氣膜等。如在表殼或表帶上鍍氮化鈦膜，這種氮化鈦膜呈金黃色，它的反射率與18K金鍍膜相近，其耐磨性和耐腐蝕性大大優(yōu)于鍍金膜和不銹鋼，其價格僅為黃金的1/60。離子鍍裝飾膜還用于工藝美術品的首飾、景泰藍等，以及金筆套、餐具等的修飾上，其膜厚僅1.52m。 離子鍍膜代替鍍硬鉻，可減少鍍鉻公害。23m厚的氮化鈦膜可代替2025m的硬鉻鍍層。航空工業(yè)中可采用離子鍍鋁代替飛機部件鍍鎘。 用離子鍍方法在切削工具表面鍍氮化鈦、碳化鈦等超硬層，可以提高刀具壽命。一些試驗表明，在高速鋼刀具上用離子鍍鍍

14、氮化鈦，刀具壽命可提高1一2倍，也可用于處理齒輪滾刀、銑刀等復雜刀具。 離子注入在半導體方面的應用，在國內(nèi)外都很普遍，它是用硼、磷等“雜質(zhì)”離子注人半導體，用以改變導電形式(P型或N型)和制造P-N結，成為制作半導體器件和大面積集成電路的重要手段。 離子注入改善金屬表面性能方面的應用正在形成一個新興的領域。利用離子注入可以改變金屬表面的物理化學性能，可以制得新的合金，從而改善金屬表面的抗蝕性能、抗疲勞性能、潤滑性能和耐磨性能等。超聲波發(fā)超聲波發(fā)生器生器冷卻水換能器變幅桿工具頭泵液體磨料工件成形孔加工成形孔加工異異形孔加工形孔加工型腔加工型腔加工雕刻雕刻切割切割外螺外螺紋紋內(nèi)內(nèi)螺螺紋紋表面表面研

15、研磨和拋光磨和拋光超聲波加工機床超聲波加工樣件q 工作原理：q 加工裝置q 噴嘴材料及工作條件 項目 材料 孔徑/mm 至工件距離/mm 噴射角度/ 參數(shù)金剛石，藍寶石，淬火鋼0.0750.42.550030噴嘴材料及工作條件水噴射加工裝置示意圖噴嘴閥控制器蓄能器供水器過濾器泵增壓器液壓裝置排水器工件射流d利用超高壓水（或水與磨料的混合液）對 工 件 進 行 切 割（或打孔），又稱高 壓 水 切 割 ， 或“水刀”。銑銑削型腔削型腔切割切割非金非金屬屬零件零件切割切割金金屬屬零件零件（1）SL（Stereo Lithography）光固化成型、光敏光敏樹脂液相固化成型、立體印刷、立體光刻（2）

16、SLS（Selected Laser Sintering）選擇性激光燒結、選區(qū)激光燒結（3）LOM（Laminated Object Manufacturing）疊層實體制造、分層實體制造、薄片分層疊加成形（4）FDM（Fused Deposition Modeling）熔融沉積制造、熔絲堆積成形（5）3DP（3-Dimensional Printing ）三維印刷、三維打印光固化成形由Charles Hul發(fā)明并于1984年獲美國專利。1988年美國3D系統(tǒng)公司推出商品化的世界上第一臺快速原型成形機。SLS工藝是利用粉末材料(金屬粉末或非金屬粉末)在激光照射下燒結的原理，在計算機控制下逐層堆

17、積成形。 此法采用CO2激光器作能源，目前使用的造型材料多為各種粉末材料。A selective laser sintering rapid prototyping machine (DTM 2500 SLS)LOM工藝采用薄片材料，如紙、塑料薄膜等作為成形材料，片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。 加工時，用CO2激光器(或刀)在計算機控制下按照CAD分層模型軌跡切割片材，然后通過熱壓輥熱壓，使當前層與下面已成形配工件層粘接，從而堆積成形。FDM工藝是利用熱塑性材料的熱熔性、粘結性，在計算機控制下層層堆積成形。 圖8-9表示了FDM工藝原理，材料先抽成絲狀，通過送絲機構送進噴頭，在噴頭內(nèi)被加熱熔化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速固化，并與周圍的材料粘結，層層堆積成形。FDM 400mc快速成型機 3DP類似噴墨式打印機之方式，將陶瓷或金屬粉末噴灑在一基板，再由一噴嘴噴出黏結劑加以黏結，最后逐層堆積成型。 此類系統(tǒng)主要有MIT所發(fā)展的3-D Printing系統(tǒng)及Sa