特種加工課件

特種加工

第一節(jié)概述

特種加工是指用電、聲、光、熱、磁及化學(xué)等的能量，對(duì)結(jié)構(gòu)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(jìn)行加工的方法。

一、特種加工的產(chǎn)生隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，許多部門對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的要求日趨複雜，對(duì)性能的要求也日益提高。有的產(chǎn)品對(duì)高速度、大功率和小型化方面的要求越來越高，而有的產(chǎn)品對(duì)強(qiáng)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(qiáng)，還有一些產(chǎn)品則對(duì)其結(jié)構(gòu)形狀以及精度提出了特殊的要求。以上產(chǎn)品零件的加工用傳統(tǒng)的切削加工方法，已不方便甚至不可能。機(jī)械製造業(yè)除了不斷革新和發(fā)展傳統(tǒng)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(chǎn)生和發(fā)展起來的。二、特種加工的特點(diǎn)

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(qiáng)度材料。2）當(dāng)利用電能等轉(zhuǎn)換成熱能來加工時(shí)，因熱作時(shí)間很短，熱作區(qū)很小，故能獲得良好的表面品質(zhì)，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(xì)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(cǎi)用簡(jiǎn)單的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)加工出複雜的型面。第二節(jié)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(zhì)3－工具電極

二、電火花加工的特點(diǎn)及應(yīng)用

電火花加工有如下特點(diǎn)：1）

可以加工任何硬、脆、韌、軟、高熔點(diǎn)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(zhì)。4）便於實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。應(yīng)用電火花加工技術(shù)，可以對(duì)金屬零件進(jìn)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(qiáng)化與刻蝕等。

三、電火花加工設(shè)備（一）電火花加工設(shè)備的基本組成

（1）機(jī)床本體（2）工作液循環(huán)系統(tǒng)（3）脈衝電源（見圖18-2）（4）自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)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(jī)（1）電火花穿孔機(jī)的功用電火花穿孔機(jī)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(jī)的組成如圖18-3所示。

圖18-3電火花穿孔機(jī)示意圖1－床身2－立柱3－工作臺(tái)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(yīng)裝置（三）電火花線切割機(jī)（1）線切割機(jī)的功用及組成線切割機(jī)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(duì)非圓曲面可近似加工。圖18-4所示為快走絲數(shù)控線切割機(jī)的組成。（2）線切割機(jī)電極絲運(yùn)動(dòng)的控制方式及應(yīng)用1)

靠模仿型控制2)

光電跟蹤控制3)

數(shù)字程式控制圖18-4數(shù)控線切割機(jī)示意圖a）組成b）切割區(qū)局部放大

1－上工作臺(tái)2－工具電極3－步進(jìn)電動(dòng)機(jī)4－精密絲杠5－控制脈衝6－數(shù)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(tái)

第三節(jié)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(diǎn)及應(yīng)用(1)特點(diǎn)電解加工具有加工範(fàn)圍廣、形面成型狀況好、生產(chǎn)率高、工藝裝備簡(jiǎn)單、操作方便、對(duì)工人操作技術(shù)要求不高等優(yōu)點(diǎn)。但是，它還存在不易達(dá)到較高精度、電解加工附屬設(shè)備多、占地面積大、對(duì)機(jī)床的防腐性要求高、工具電極製造工作量較大等缺點(diǎn)。(2)應(yīng)用主要用於能導(dǎo)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(nèi)孔的膛線、渦輪葉片、整體葉輪表面等的加工。第四節(jié)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(hào)放大器2－高頻振盪器3－硒整流器4－勵(lì)磁線圈5－磁鐵6－換能器7－變幅桿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(diǎn)及應(yīng)用主要特點(diǎn)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(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。3）適於加工薄壁、窄縫及低剛度的零件。4）生產(chǎn)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(yīng)用舉例。圖18-8超聲波加工應(yīng)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(jié)鐳射加工一、鐳射加工系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成如圖18-9所示。圖18-9鐳射加工系統(tǒng)組成框圖

二、鐳射加工的特點(diǎn)及應(yīng)用主要特點(diǎn)：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(qū)小，工件變形小，因此適於進(jìn)行微細(xì)加工。3）

鐳射加工速度快，熱作用時(shí)間短，故可以加工熱敏性材料。4）

鐳射可以通過透明的物質(zhì)，故鐳射加工可以在任何透明的環(huán)境中進(jìn)行操作。5）

鐳射加工不需要工具，故不存在設(shè)計(jì)製造工具和加工過程中的工具損耗問題。6）

鐳射易於導(dǎo)向、聚焦和發(fā)散，雷射光束的方向便於調(diào)節(jié)，因此易於實(shí)現(xiàn)鐳射加工自動(dòng)化。7）

對(duì)於具有高熱傳導(dǎo)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(diǎn)。鐳射加工主要用於打孔、切割和動(dòng)平衡去重、焊接、塗敷、表面熱處理、表面強(qiáng)化及光澤處理等方面。第六節(jié)

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(fā)展的兩種特種加工技術(shù)，它們主要應(yīng)用於精密微細(xì)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(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)2－工作臺(tái)3－工件4－反射鏡5－偏轉(zhuǎn)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(diǎn)電子束加工有如下特點(diǎn)：1）可實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)的精密微細(xì)加工。2）工件不產(chǎn)生宏觀應(yīng)力變形。3）加工材料的範(fàn)圍廣。4）加工效率非常高。5）加工在真空中進(jìn)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(shè)備價(jià)格昂貴，故其應(yīng)用受到一定的限制。3．電子束加工的應(yīng)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(xì)異型孔、內(nèi)曲面和彎孔，如圖18-11所示。

圖18-11電子束加工微細(xì)異形孔、曲面和彎孔a)電子束加工微細(xì)異形孔b)電子束加工工件內(nèi)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(yáng)極8－陰極2.離子束加工的特點(diǎn)1）可以實(shí)現(xiàn)毫微米（0.001μm）級(jí)的加工。2）適宜加工易氧化的金屬、合金和高純度的半導(dǎo)體材料。3）加工應(yīng)力小,熱變形小，加工表面品質(zhì)高。4）易於實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但設(shè)備費(fèi)用高，加工成本高。3.離子束加工的應(yīng)用離子束加工的應(yīng)用範(fàn)圍正在日益擴(kuò)大，目前主要用於三個(gè)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(jié)

複合加工

對(duì)於前述特種加工，當(dāng)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(shí)現(xiàn)複合加工。複合加工有很大的優(yōu)點(diǎn)，它能成倍地提高加工效率和進(jìn)一步改善加工品質(zhì)。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。