特种加工总复习

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1、特种加工总复习,西南科技大学 制造学院,特种加工主要解决的问题,(1) 解决各种难切削材料的加工问题 如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、金刚石、宝石、石英以及锗、硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工。(2) 解决各种特殊复杂表面的加工问题 如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣、锻压模和注塑模的立体成型表面，各种冲模、冷拔模上特殊截面的型孔，炮管内膛线，喷油嘴、栅网、喷丝头上的小孔、异形小孔、窄缝等的加工。 (3) 解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题 如对表面质量和精度要求很高的航天、航空陀螺仪、伺服阀，以及细长轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零

2、件的加工,特种加工的特点,其他能量(如电、化学、光、声、热) 以柔克刚：工具硬度可以低于被加工材料的硬度 非接触：加工过程中不存在显著的机械切削力 易于加工复杂型面、微细表面以及柔性、低刚度零件 能获得良好的加工表面质量，热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区以及毛刺等均比较小 各种加工方法易复合形成新工艺方法，便于推广应用。有的还可用于超精加工、镜面光整加工和纳米级(原子级)加工,特种加工的分类1,特种加工的分类2,特种加工的分类3,常见特种加工方法的比较 -电火花加工,原理：通过工件和工具电极间放电而有控制地去除工件材料，使工件材料变形、改变性能或被镀覆的特种加工 可加工材料：导电的金属材料

3、或半导体材料 种类：成形加工、线切割 加工范围 电火花成形加工适用于各种孔（圆孔、方孔、异形孔、深孔、微孔、弯孔、螺纹孔） 、槽、模具，还可刻字、表面强化、涂覆等； 电火花线切割加工适用于各种冲模、粉末冶金模及工件，各种样板、磁钢及硅钢片的冲片，钼、钨、半导体或贵重金属。,常见特种加工方法的比较 -电解加工,原理：通过电化学反应去除材料或在其上镀覆金属材料的特种加工方法 可加工材料：导电的金属材料或半导体材料 种类：电解加工、电解磨削 适用范围 电解加工适用于 深孔、型孔、 型腔、型面、 倒角去毛刺、抛光等。 电解磨削适用于 硬质合金等难加工材料的磨削 小孔、深孔、细长杆磨削 超精光整研磨、珩

4、磨,常见特种加工方法的比较 -超声加工,原理：利用超声振动的工具在有磨料的液体介质或干磨料中，产生磨料的冲击、抛光、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，以及超声振动使工件相互结合的加工方法 可加工材料：脆性材料 适用范围 玻璃、宝石、硅晶体的切割、加工,常见特种加工方法的比较 -高能束加工,高能束加工是利用能量密度很高的激光束、电子束或离子束等去除工件材料的特种加工方法的总称 种类： 激光束加工主要应用有打孔、切割、焊接、金属表面的激光强化、微调和存储等 电子束加工利用电子束将材料的局部加热至熔化或气化点进行加工的，适合打孔、切割槽缝、焊接及其他深结构的微细加工；或利用电子束的化学效应进行

5、刻蚀、大面积薄层等微细加工等 离子束加工主要应用于微细加工、溅射加工和注入加工。等离子弧加工适用于各种金属材料的切割、焊接、热处理，还可制造高纯度氧化铝、氧化硅和工件表面强化，还可进行等离子弧堆焊及喷涂,常见特种加工方法的比较 -射流加工,原理 液体喷射加工是利用水或水中加添加剂的液体，经水泵及增压器产生高速液体束流，喷射到工件表面，从而达到去除材料的目的。可加工薄、软的金属及非金属材料，去除腔体零件内部毛刺、使金属表面产生塑性变形 加工材料：钢铁、石材 适用于 去毛刺加工、表面清理、 切割加工、雕刻、 落料及打孔等,第二章 电火花加工,电火花加工的三条件,1) 必须使工具电极和工件被加工表面

6、之间经常保持一定的放电间隙，这一间隙随加工条件而定，通常约为0.020.1mm。 2) 火花放电必须是瞬时的脉冲性放电(图2-1)。 3) 火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，例如煤油、皂化液或去离子水等。,电火花加工原理,电火花加工的特点,主要优点 (1) 适合于任何难切削导电材料的加工 由于加工中材料的去除是靠放电时的电热作用实现的，材料的可加工性主要取决于材料的导电性及其热学特性，如熔点、沸点、比热容、热导率、电阻率等，而几乎与其力学性能(硬度、强度等)无关。 (2) 可以加工特殊及复杂形状的表面和零件 由于加工中工具电极和工件不直接接触，没有机械加工宏观的切削力，因此适宜加工

7、低刚度工件及作微细加工。,电火花加工的局限性,1) 主要用于加工金属等导电材料，但在一定条件下也可以加工半导体和非导体材料。 2) 一般加工速度较慢。 3) 存在电极损耗。,电火花加工工艺方法分类,按照工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大致可以分为以下几种：,电火花穿孔成形加工,特点 1工具和工件间主要只有一个相对的伺服进给运动 2工具为成形电极，与被加工表面有相同的截面和相反的形状 用途 1型腔加工：加工各类型腔模及各种复杂的型腔零件2穿孔加工：加工各种冲模、挤压模、粉末冶金模、各种异形孔及微孔等 说明 约占电火花机床总数的30%，典型机床有D7125、D7140等电火花穿孔成形机床

8、,电火花线切割加工,特点 1工具电极为顺电极丝轴线方向移动着的线状电极 2工具与工件在两个水平方向同时有相对伺服进给运动 用途 1切割各种冲模和具有直纹面的零件 2下料、截割和窄缝加工 说明 约占电火花机床总数的60%， 典型机床有DK7725、DK7740数控电火花线切割机床,电火花内孔、外圆和成形磨削,特点 1工具与工件有相对的旋转运动 2工具与工件间有径向和轴向的进给运动 用途 1加工高精度、表面粗糙度小的小孔，如拉丝模、挤压模、微型轴承内环、钻套等 2加工外圆、小模数滚刀等 说明 约占电火花机床总数的3%， 典型机床有D6310电火花小孔内圆磨床等,电火花同步共轭回转加工,特点 1成形

9、工具与工件均作旋转运动，但二者角速度相等或成整倍数，相对应接近的放电点可有切向相对运动速度 2工具相对工件可作纵、横向进给运动 用途 以同步回转、展成回转、倍角速度回转等不同方式，加工各种复杂型面的零件，如高精度的异形齿轮，精密螺纹环规，高精度、高对称度、表面粗糙度小的内、外回转体表面等 说明 约占电火花机床总数不足1%， 典型机床有JN2、JN8内外螺纹加工机床,电火花高速小孔加工,特点 1采用细管(03mm)电极，管内冲入高压水基工作液 2细管电极旋转 3穿孔速度较高(60mm/min) 用途 1线切割穿丝预孔 2深径比很大的小孔，如喷嘴等 说明 约占电火花机床2%， 典型机床有D703A

10、电火花高速小孔加工机床,电火花表面强化、刻字,特点 1工具在工件表面上振动 2工具相对工件移动 用途 1模具刃口，刀、量具刃口表面强化和镀覆 2电火花刻字、打印记 说明 约占电火花机床总数的2%3%， 典型设备有D9105电火花强化器等,第二节 电火花加工的机理,电火花腐蚀的微观过程是电场力、磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化学等综合作用的结果 过程分为四个阶段 1、极间介质的电离、击穿，形成放电通道 2、介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀 3、电极材料的抛出 4、极间介质的消电离,极间介质放电,工具和工件件电压升高和距离减小使得电场强度升高， 场致电子发射导撞击介质电离形成雪崩效应 带电

11、粒子高速碰撞形成通道高热（10000） 瞬时高温形成高压冲击波 热效应、电磁效应、声光效应、电磁波辐射、局部爆炸冲击波,放电的热效应,介质热分解、气化 煤油 水基工作液 电极材料熔化、气化,图2-6 单个脉冲放电痕 剖面放大示意图 1无变化区 2热影响层 3翻边 凸起 4放电通道 5气化区 6熔化区 7熔化凝固层,图2-5 放电间隙状况示意图 1正极 2从正极上熔化并抛出金属的区域 3放电通道 4气泡 5在负极上熔 化并抛出金属的区域 6负极 7翻边凸起 8在工作液中凝固的微粒 9工作液 10放电形成的凹坑,电极材料的抛出,极间介质的消电离,脉冲放电结束后，带电离子复合为中性离子 足够的间隔时

12、间来消电离和排除电蚀产物 放电通道的转移,第三节 电火花加工中的一些基本规律,影响材料放电腐蚀的主要因素 极性效应 正极性加工：短脉冲 负极性加工：长脉冲 电参数 电压脉冲宽度ti、电流脉冲宽度te、脉冲间隔t0、脉冲频率f、峰值电流ie、峰值电压u和极性等。 金属材料热学常数 熔点、沸点、热导率、比热容、熔化热、汽化热 工作液,二、电火花加工的加工速度,1.加工速度 计算 体积加工速度(mm3/min): Vw=V/t 质量加工速度（g/min） 提高途径 提高脉冲频率：缩小脉冲停歇时间 增加单个脉冲能量：加大脉冲电流；增加脉冲宽度 提高工艺系数K：电极、电参数、工作液（循环、过滤）等,工具

13、的损耗速度,计算： 工具相对损耗ve和加工速度vw之比: =ve/vw100% 降低工具电极损耗的方法 (1) 正确选择极性和脉宽 一般在短脉冲精加工时采用正极性加工(即工件接电源正极)，而在长脉冲粗加工时则采用负极性加工。 (2) 利用吸附效应 在用煤油之类的碳氢化合物作工作液时，在放电过程中将发生热分解，产生大量的碳微粒，它能和金属结合形成金属碳化物的胶团。 (3) 利用传热效应 工具材料的导热性 工件 (4) 减少工具电极损耗，选用合适的电极工具材料 钨、钼的熔点和沸点较高，损耗小，但其机械加工性能不好，价格又贵，所以除线切割外很少采用。,图2-7 电极相对损耗与极性、脉宽的关系 1正极

14、性加工 2负极性加工,三、影响加工精度的主要因素,1.放电间隙的大小及其一致性 精加工：0.01mm 粗加工：0.5mm 2.工具电极的损耗 3.“二次放电” 工具的尖角和凹角无法复制,图2-8 电火花加工时的加工斜度 1电极无损耗时工具轮廓线 2电 极有损耗而不考虑二次 放电时的工件轮廓线,图2-9 电火花加工时尖角变圆 1工件 2工具,四、电火花加工的表面质量,表面粗糙度 表面变质层 (1) 熔化凝固层 位于工件表面最上层，它被放电时瞬时高温熔化而又滞留下来，受工作液快速冷却而凝固。 (2) 热影响层 它介于熔化层和基体之间。 (3) 显微裂纹 电火花加工表面由于受到瞬时高温作用并迅速冷却

15、收缩而产生拉应力，往往出现显微裂纹。 表面力学性能 (1) 显微硬度及耐磨性 电火花加工后表面层的硬度一般均比较高，但对某些淬火钢，也可能稍低于基体硬度。 (2) 残余应力 电火花加工表面存在着由于瞬时先热膨胀后冷收缩作用而形成的残余应力，而且大部分表现为拉应力。 (3) 耐疲劳性能 电火花加工表面存在着较大的拉应力，还可能存在显微裂纹，因此其耐疲劳性能大大低于机械加工表面。,图2-6 单个脉冲放电痕 剖面放大示意图 1无变化区 2热影响层 3翻边 凸起 4放电通道 5气化区 6熔化区 7熔化凝固层,第四节 电火花加工用的脉冲电源,一、对脉冲电源的要求及其分类 二、RC线路脉冲电源 三、晶体管

16、式脉冲电源 四、各种派生脉冲电源,一、对脉冲电源的要求及其分类,（1) 有较高的加工速度 不但在粗加工时要有较高的加工速度vw10mm3/(minA)，而且在精加工时也应有较高的加工速度。 (2) 工具电极损耗低 粗加工时应实现电极低损耗(相对损耗1%)，中、精加工时也要使电极损耗尽可能低。 (3) 加工过程稳定性好 在给定的各种脉冲参数下能保持稳定加工，抗干扰能力强、不易产生电弧放电、可靠性高、操作方便。 (4) 工艺范围广 不仅能适应粗、中、精加工的要求，而且要适应不同工件材料的加工，以及采用不同工具电极材料进行加工的要求,1) 所产生的脉冲应该是单向的，没有负半波或负半波很小，这样才能最大限度地利用极性效应，提高生产率和减少工具电极的损耗。 2) 脉冲电压波形的前后沿应该较陡，这样才能减少电极间隙的变化及油污程度等对脉冲放电宽度和能量等参数的影响，使工艺过程较稳定。 3) 脉冲的主要参数，如峰值电流e、脉冲宽度ti、脉冲间隔t0等应能在很宽的范围内调节，以满足粗、中、精加工的要求。 4) 脉冲电源不仅要考虑工作稳定可靠、成本低、寿命长、操作维修方便和体积小等问题，还要考虑节省电能。,