機(jī)械制造基礎(chǔ)第十五章

機(jī)械制造基礎(chǔ)第十五章第一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日9.1特種加工方法的特點(diǎn)與分類對(duì)機(jī)械制造技術(shù)提出了新的要求第一，解決各種難加工材料的問(wèn)題第二，解決各種復(fù)雜表面的加工問(wèn)題第三，解決各種超精或具有特殊要求的零件的加工問(wèn)題。如對(duì)表面質(zhì)量和精度要求很高，以及低剛度零件的加工。高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性的金屬及非金屬材料的加工如噴氣渦輪機(jī)葉片、整體渦輪、注射模的立體成型表面等第二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日人們研究探索出了許多新的加工方法，直接利用電能、聲能、光能、化學(xué)能、熱能等進(jìn)行加工，這些方法統(tǒng)稱為特種加工。特種加工的主要特點(diǎn):（1）不是依靠機(jī)械能去除材料。

（2）工具硬度可以低于被加工材料硬度。

（3）加工過(guò)程中工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力。

特種加工已經(jīng)成為當(dāng)前機(jī)械制造領(lǐng)域不可缺少的加工方法，為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)提供了許多加工手段，為新材料的研制提供了應(yīng)用基礎(chǔ)。本章只簡(jiǎn)略介紹幾種常用的特種加工方法。

第三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日9.2電火花加工

1.電火花加工的原理

電火花加工（ElectricalDischargeMachining,簡(jiǎn)稱EDM）是通過(guò)工具電極和工件之間產(chǎn)生脈沖性的火花放電，靠放電的瞬間局部產(chǎn)生高溫把金屬蝕除下來(lái)。由于在放電過(guò)程中可見(jiàn)到火花，故稱之為電火花加工。

第四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D11-1電火花加工原理示意圖

1-自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置2-工具3-工作液4-工件5-工作液泵6-脈沖電源

第五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日電火花加工第六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2.電火花加工的特點(diǎn)（1）適合于難切削材料的加工，能“以柔克剛”（2）工具電極與工件不接觸，兩者間作用力很小（3）脈沖參數(shù)可調(diào)節(jié)，能在同一機(jī)床連續(xù)進(jìn)行粗、半精、精加工，加工過(guò)程易于自動(dòng)控制（4）主要用于加工金屬等導(dǎo)電材料，在一定條件下也可以加工半導(dǎo)體和非金屬材料(5）電極的耗損影響加工精度第七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3.電火花加工的應(yīng)用

加工各種金屬及合金材料、特殊熱敏感材料、半導(dǎo)體材料等；加工各種形狀復(fù)雜的型腔和型孔，如各種模具的型腔、型孔，樣板、成形刀具以及小孔（直徑0.01mm）、異型孔等；加工范圍已達(dá)到小至十微米的孔、縫，大到幾米的大型模具和零件第八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日9.3電火花線切割加工

1.電火花線切割加工的原理電火花線切割加工（WireCutEDM,簡(jiǎn)稱WEDM）是在電火花加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種工藝方法，其基本原理是利用移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線（銅絲或鉬絲）作電極，對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電、切割成形。第九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D11-2電火花線切割原理

1-絕緣底板2-工件3-脈沖電源

4-鉬絲5-導(dǎo)向輪6-支架7-貯絲筒第十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日電火花線切割加工過(guò)程第十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2.線切割加工的特點(diǎn)（1）無(wú)需特定形狀的工具電極，節(jié)約了電極設(shè)計(jì)、制造費(fèi)用，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間（2）由于加工表面的幾何輪廓由CNC控制的運(yùn)動(dòng)獲得，容易獲得復(fù)雜的平面形狀（3）電極絲在加工中不斷移動(dòng)，使電極絲損耗較少，有利于提高加工精度第十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日（4）由于電極絲較細(xì)，可以加工微細(xì)異形孔、窄縫和復(fù)雜形狀工件，由于切縫很窄，金屬去除量少，可對(duì)工件套料加工，材料利用率高，節(jié)約貴重金屬（5）不同工件只需編制不同程序，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化（6）不能加工盲孔類零件表面和階梯形表面（立體形狀表面）第十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3.線切割加工的應(yīng)用

加工各種硬質(zhì)合金和淬火鋼的沖模、拉絲模、冷拔模、樣板、成形刀具、各種形狀復(fù)雜的零件、窄縫和柵網(wǎng)等。將許多同樣零件疊起來(lái)加工，并獲得一致的尺寸，加工精密細(xì)小零件其經(jīng)濟(jì)效果尤其顯著。第十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日9.4電解加工

1.電解加工的原理

利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽(yáng)極溶解的原理來(lái)去除工件上多余材料

圖11-3電解加工示意圖

1-工具陰極2-工件陽(yáng)極

3-電解液泵4-電解液5-直流電源第十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2.電解加工的特點(diǎn)

（1）加工范圍廣，不受金屬材料本身力學(xué)性能的限制，可加工硬質(zhì)合金、耐熱合金等（2）電解加工的生產(chǎn)率高，約為電火花加工的5~10倍（3）加工過(guò)程中工具陰極不耗損，可長(zhǎng)期使用(4）不易達(dá)到較高的精度和加工穩(wěn)定性，難以實(shí)現(xiàn)窄縫、小孔的加工（5）電極工具設(shè)計(jì)與制造麻煩，工件必須是導(dǎo)電材料（6）電解液對(duì)設(shè)備與環(huán)境有腐蝕和污染作用，需要防腐和無(wú)害化處理第十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3.電解加工的應(yīng)用電解加工在各種膛線、花鍵孔、深孔、內(nèi)齒輪、鏈輪、葉片、異形零件及模具型腔等方面得到了廣泛的應(yīng)用。由于機(jī)床費(fèi)用較高，一般在加工難加工材料、型面復(fù)雜、批量大的零件時(shí)選用，而單件小批生產(chǎn)多采用電火花加工。第十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日9.5超聲波加工1.超聲波加工的原理超聲波加工（UltrasonicMachining,簡(jiǎn)稱USM）是利用工具端面作超聲頻振動(dòng)，通過(guò)磨料懸浮液加工脆硬材料的一種方法。圖11-4超聲波加工原理示意圖

1-超聲波發(fā)生器2-換能器3-振幅擴(kuò)大器

4-工具5-工件6-磨料懸浮液第十八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2.超聲波加工的特點(diǎn)：（1）適合加工各種硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料，例如玻璃、陶瓷、石英、寶石、金剛石等。（2）工具可用較軟的材料做較復(fù)雜的形狀。（3）工具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單，使機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。（4）切削力小、切削熱少，不會(huì)引起變形及燒傷，加工精度與表面質(zhì)量也較好。第十九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日超聲波加工的應(yīng)用

超聲波加工廣泛就用于加工半導(dǎo)體和非導(dǎo)體的脆硬材料，如玻璃、石英、金剛石等；由于其加工精度和表面粗糙度優(yōu)于電火花、電解加工，因此電火花加工后的一些淬火鋼、硬質(zhì)合金零件，還常用超聲拋磨進(jìn)行光整加工；此外，還可以用于套料、清洗、焊接和探傷等。第二十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日9.6激光加工

激光加工（LaserBeamMachining,簡(jiǎn)稱LBM）是用高強(qiáng)度、高亮度、方向性好、單色性好的相干光，通過(guò)一系列的光學(xué)系統(tǒng)聚焦成平行度很高的微細(xì)光束（直徑幾微米至幾十微米），獲得極高的能量密度（108~1010W/cm2）和10000℃以上的高溫，使材料在極短的時(shí)間內(nèi)（千分之幾秒甚至更短）熔化甚至氣化，以達(dá)到去除材料的目的。第二十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日1.激光加工的原理圖11-5固體激光器加工簡(jiǎn)圖

1-全反射鏡2-激光工作物質(zhì)3-激勵(lì)能源

4-部分反射鏡5-透鏡6-工件第二十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2.激光加工的特點(diǎn)（1）對(duì)材料的適應(yīng)性強(qiáng)。激光加工的功率密度是各種加工方法中最高的一種，激光加工幾乎可以用于任何金屬材料和非金屬材料，如高熔點(diǎn)材料、耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆性材料。

（2）打孔速度極快，熱影響區(qū)小。通常打一個(gè)孔只需0.001s,易于實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化和流水作業(yè)。

（3）激光加工不需要加工工具。由于它屬非接觸加工，工件無(wú)變形，對(duì)剛性差的零件可實(shí)現(xiàn)高精度加工。

（4）激光能聚焦成極細(xì)的光束，能加工深而小的微孔和窄縫（直徑幾微米，深度與直徑比可達(dá)10以上），適于精微加工。

（5）可穿越介質(zhì)進(jìn)行加工?？梢酝高^(guò)由玻璃等光學(xué)透明介質(zhì)制成的窗口對(duì)隔離室或真空室內(nèi)的工件進(jìn)行加工。第二十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3.激光加工的應(yīng)用激光加工可用于打孔、切割、電子器件的微調(diào)、焊接、熱處理以及激光存貯等各個(gè)領(lǐng)域。已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中愈來(lái)愈多地顯示了它的優(yōu)越性，受到廣泛的重視。第二十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日9.7電子束加工1.電子束加工的原理

電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高（106~109W/cm2）的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小的面積上，在極短的時(shí)間（幾分之一微秒）內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使被沖擊部分的工件材料達(dá)到幾千攝氏度以上的高溫，從而使材料的局部熔化和氣化，被真空系統(tǒng)抽走，如圖11-6所示。第二十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D11-6電子束加工原理及設(shè)備組成

1-電源及控制系統(tǒng)2-抽真空系統(tǒng)3-電子槍系統(tǒng)4-聚焦系統(tǒng)5-電子束6-工件第二十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2.電子束加工的特點(diǎn)（1）電子束可以微細(xì)地聚焦，是一種精密微細(xì)的加工方法。

（2）能量密度高，生產(chǎn)效率高，是非接觸式加工，不產(chǎn)生應(yīng)力和變形，加工材料范圍廣。

（3）可以通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)對(duì)電子束的強(qiáng)度、位置、聚焦等直接進(jìn)行控制，整個(gè)加工系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

（4）污染少，表面不氧化，特適合加工易氧化的材料。

（5）整個(gè)加工系統(tǒng)價(jià)格較貴，生產(chǎn)中受到一定的限制。第二十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3.電子束加工的應(yīng)用電子束加工按其能量密度和能量注入時(shí)間的不同，可用于打孔、切割、蝕刻、焊接、熱處理和光刻加工等。例如在0.1mm厚的不銹鋼板上加工直徑為0.2mm的孔，速度為每秒3000個(gè)孔。第二十八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日9.8離子束加工

離子束加工的原理和電子束加工基本相似，也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過(guò)加速、聚焦，使之沖擊到工件表面。不同的是離子帶正電荷，其