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1、第七章 特 种 加 工,第一节 电火花线切割 第二节 光化学加工 第三节 其他常用的特种加工,利用两极间脉冲放电时产生的电蚀现象对工件材料进行加工的技术，即EDM。,加工原理,电火花成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工和电火花表面强化等 。,第一节 电火花线切割,放电腐蚀时，工具和工件两极由于正负极接法不同而蚀除量不同，这种现象称为“极性效应” 。,极性效应,正极性加工用于精加工，而负极性加工用于粗加工。,用短脉冲（如小于30s）加工时，正极的蚀除量大于负极，这种情况加工时工件应接正极，工具接负极。,正极性加工,负极性加工,用较长脉冲（如大于30
2、0s）加工时，则负极的蚀除量将大于正极，此时工件应接负极，工具接正极。,工作阶段,介质电离、击穿，形成放电通道； 火花放电产生熔化、气化、热膨胀； 抛出蚀除物； 间隙介质消电离（恢复绝缘状态）。,两极间不接触，无明显切削力，工件变形小。 可以加工任何难切削的硬、脆、韧、软和高熔点的导电材料。 直接利用电能加工，便于实现自动化。,加工各种型孔、曲线孔、小孔和微孔，如各种冲模、拉丝模、喷嘴、异型喷丝孔等。 加工各种型腔，如各种锻模、压铸模、挤压模、及整体叶轮、叶片等曲面。 线电级切削可以切削各种复杂型孔，如冲裁模。 可以加工螺纹、齿轮等成形面。,电火花加工的特点,电火花加工的应用,电火花成形加工,
3、电火花线切割,电火花孔加工,电火花旋转加工,精加工Ra值可达1.6-0.8m，但是如果要达到Ra0.8以上的精度，生产率就会成十倍地下降。 电火花加工后的表面易于存润滑油，因而提高了表面的润滑和耐磨性。,电火花加工质量,加工精度,穿孔加工尺寸精度可达0.05-0.01mm，型腔加工精 度为0.1mm。 有圆柱度误差 得不到清晰的棱角，只能得到圆角，目前可以获得的最小圆角半径为0.1mm。,表面质量,电火花线切割的编程与示例,1.程序格式,我国数控线切割机床采用统一的五指令3B程序格式，即： BxByBJGZ 其中：B：分隔符，用它来区分、隔离x、y和J等，B后的数字如为零，则此零可以不写。 x
4、、y：直线的终点或圆弧起点坐标的值，编程时均取绝对值，以m为单位。 J：计数长度，亦以m为单位。 G：计数方向，分Gx或Gy，即可按X方向或Y方向计数。工作台在该方向每走1m，则计数累减1。当累减到计数长度J=0时，这段程序即加工完毕。 Z：加工指令，分为直线L与圆弧R两大类。,2.直线的编程,1)把直线的起点作为坐标原点。 2)终点坐标作为x、y，均取绝对值，单位为m。 3)计数长度J，按计数方向Gx或Gy取该直线在X轴和Y轴上的投影值。 4)应取程序最后一步的轴向为计数方向，对直线而言，取X、Y中较大的绝对值和轴向作为计数长度J和计数方向。 5)加工指令按直线走向和终点所在象限不同而分为L
5、1、L2、L3、L4，其中与+X轴重合的直线算作L1，与+Y轴重合的算作L2，与-X轴重合的算作L3，与-Y轴重合的算作L4。,3.圆弧的编程,1)把圆弧的圆心作为坐标原点。 2)把圆弧的起点坐标值作为x、y，均取绝对值，单位为m。 3)计数长度J按计数方向取X或Y上的投影值，以m为单位。 4)计数方向也取与该圆弧终点时走向较平行的轴作为计数方向，以减少编程和加工误差。 5)加工指令对圆弧而言，按其第一步所进入的象限可分为R1、R2、R3、R4；按切割走向又可分为顺圆和逆圆，于是共有8种指令即SR1、SR2、SR3、SR4、NR1、NR2、NR3、NR4。,4.工件的编程示例,1)加工直线AB
6、：坐标原点取A点，AB与X轴重合。 2)加工斜线BC：坐标原点B，终点C的坐标值是(10000，90000)。 3)加工圆弧CD：坐标原点O，起点C的坐标(30000，40000) 4)加工斜线DA：坐标原点取D点，终点A的坐标为(10000，90000),5.注意事项,1)手工编程容易出错，所以编好的程序一定要仔细检查。 2)在实际进行线切割加工和编程时，要考虑钼丝半径r和单面放电间隙S的影响。,第二节 光化学加工,一、光化学加工原理 二、光化学加工工艺过程 三、光化学加工的工艺特点 四、光化学加工的应用,一、光化学加工原理,图3-7-4 光化学加工成形示意图 a)腐蚀法 b)电成形法,二、
7、光化学加工工艺过程,1.原图与复制模板,通过计算机绘图，将原图变成一个个计算机数据文件，将原图文件直接输入到光绘机中，通过激光头的运动，在涂有卤化银的底片上将图形直接打印，然后经过显影等工作，即可以将模板加工好。,2.衬底加工和涂光敏胶,(1)衬底加工 主要是指对工件材料进行前期预处理，使用化学或物理的方法，完成除油、除氧化皮、粗化等工作。 (2)涂光敏胶 无论是光化学加工的腐蚀法还是电成形法，光敏胶的制作方法基本相同，所不同的是前者的光敏胶直接涂覆在工件欲加工表面上，而后者的光敏胶是制作在导电的支撑体上，工件的成形是通过电铸法间接获得的。,3.曝光,图3-7-8 光化学加工的紫外线曝光方式
8、a)接触式曝光法 b)接近式曝光法 c)光路图,4.显影,显影是在显影液中进行，目的在于利用曝光后的光敏胶在显影液中溶解度的不同除去不需要保护的光敏胶薄膜、保留保护表面的光敏胶薄膜的工艺过程。显影时间由显影液种类、性质、温度、显影方法、曝光等条件决定。显影后，非保护表面不应有残留的光敏胶，而保护表面的光敏胶薄膜在加工过程中不应脱落。,5.坚膜,坚膜又称为后烘，就是将显影液漂洗后的工件在一定的温度下进行烘焙。其目的是为了去除残余的溶剂，改善由于溶剂浸泡造成的聚合物软化和膨胀情况，使胶膜致密坚固，并通过胶联作用，进一步提高光敏胶薄膜与工件表面的粘结力，从而减少腐蚀加工过程中产生针孔等缺陷。,6.腐
9、蚀,图3-7-9 腐蚀原理图,7.去胶,在腐蚀加工完成之后，去除工件表面的光敏胶薄膜的过程叫做去胶。最常用的是化学法，包括湿法去胶和干法去胶。,三、光化学加工的工艺特点,光化学加工不受工件材料、力学性能的限制，特别适合加工脆、硬材料。其加工精度与加工深度有关。一般尺寸加工精度可达到0.010.005m，表面无硬化层或再铸层，不会产生残余应力，是半导体、集成电路和微型机械制造中的关键技术之一。径向腐蚀的同时，由于存在侧向腐蚀，导致保护层下金属也有腐蚀，这就使得光化学加工只能用于加工厚度小于2.4mm的材料。厚度为0.0250.50mm的复杂零件，最适合用光化学加工。,四、光化学加工的应用,1.荫
10、罩群孔加工,荫罩材料一般是厚度为0.0250.50mm的软钢板，规则排列着3060万个圆孔、矩形孔或条状孔。使用常规的机械加工方法很难制造或根本制造不出来，而采用光化学方法就能够满足设计要求。 制造用的复制模板材料采用软片，由放大图经制版机缩小或通过激光绘图直接排出软片，其显影液为ED-12。考虑到侧向腐蚀的影响，复制掩模的尺寸比零件设计尺寸要小，加工时采用双面加工，上下复制模板采用P.V.A胶粘剂。 除油：工件在碱性溶液中煮12h。 毛化：先用酸酐与水以1 10(质量比)的比例浸泡，3s后用三氯化铁与水1 10(质量比)溶液再浸泡3s。 工件经离心法涂覆光敏胶、紫外线接触式曝光、显影、腐蚀、
11、去胶等工艺后即完成加工。,2.有关磁性材料的应用,光化学加工在磁性材料方面应用最广泛的就是加工录音机机头的铁芯片。各种数字带的读数头等用的高导磁材料(如铁镍高导磁率合金)铁芯片彼此重叠并缠绕起来，就成为一个芯子。有9条磁路的读/写磁头的芯子包含有40片0.025mm厚的铁芯片，并要求铁芯片有尽可能高的磁导率。当采用冲压加工时，由于应力的作用，其磁导率大大降低(材料磁性能与应力关系密切)，必须经过退火处理，磁导率才能恢复到原有水平。而采用光化学加工，不需要经过任何处理就可以满足要求。特别是这种加工方法没有毛刺，铁芯片可以精确而紧密地贴合在一起，便于缠绕。,3.印制电路板的制造,印制电路板的制造是
12、在一块非金属板上，压敷上一层薄铜膜，然后再通过以上加工，去掉不必要的部分膜，剩下的形成导电回路。去除不必要金属膜的过程有一种工艺方法就是采用光化学加工。首先，在计算机相应软件(国内常用Protel)上绘制布线图，通过光绘机，将布线图移植到涂有卤化银的胶片上，然后在显影液中显影、停影，在定影液中定影。通过这一系列工序，复制模板的工作就告完成。再在敷铜板上涂上一层光敏抗蚀层，将模板放在敷铜板上，经过曝光、显影、坚膜、腐蚀、去胶等工序，一块印制电路板就制作成功。,特种加工方法可按其能量来源和加工原理分为电火花加工、电化学加工、高能束加工、物料切蚀加工、化学加工、成形加工和复合加工等多种门类的加工。
13、一、电火花加工 电火花加工又称放电加工（简称EDM），它利用电、热能对零件进行加工 1、电火花加工的原理 电火花加工是利用脉冲放电对导电材料进行蚀除，以获得一定形状和尺寸的加工方法。其加工原理如图所示。,第三节 其他常用的特种加工,图3-7-10 电火花加工原理示意图 1脉冲发生器 2间隙调节器 3工具 电极 4工件,电火花加工的基本设备是电火花穿孔成型加工机床，它由床身、立柱、工作台、工作液槽、主轴头、工具电极夹具、工作液循环过滤系统等主要部件组成。 2、电火花加工的特点及应用 1）可用硬度低的紫铜或石墨作为工具电极对任何硬、脆、高熔点的导电材料进行加工，具有以柔克刚的功能； 2）可以加工特
14、殊和形状复杂的表面，常用于注塑模、压铸模等型腔模的加工； 3）无明显的机械切削力，适宜于加工薄壁、窄槽和细微精密零件； 4）由于脉冲电源的输出脉冲参数可任意调节，因而能在同一台床子上连续进行粗加工、半精加工和精加工。,工件接阳极，工具接阴极，两极间加直流电压624V,极间保持0.11mm间隙。在间隙处通以 660m/s高速流动的电解液，形成极间导电通路，工件表面材料不断溶解，其溶解物及时被电解液冲走。工具阴极不断进给，保持极间间隙。,工作原理,电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学反应对金属材料进行加工的一种方法。,二、电解加工,在简单的进给运动中一次可加工出形状复杂的型面、型腔，生
15、产率比电火花加工高5-10倍。 可以加工高硬度、高强度和高韧性等难切削的金属材料，如淬火钢、高温合金、钛合金等。 加工中无切削力，适合加工薄壁零件。 工具电极无损耗。 加工后零件表面无残余应力、无毛刺。 加工出的零件尺寸精度不高，电解液对机床有腐蚀作用，电解产物回收较困难。,电解加工的特点,表面粗糙度值Ra约为0.2-0.8m。,加工质量,加工精度,加工尺寸精度约为 0.1mm。,表面质量,加工各种型孔、小孔，如各种喷嘴、异型孔等。 加工各种型腔，如锻模型腔、复杂形状叶片。 加工深孔膛线，如炮管膛线等。 可以刻印、套料、去毛刺等。,电解加工的应用,利用工具端面作超声振动，振动频率超过16000
16、Hz，使工作液中的悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实现加工。 超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，通过振幅扩大棒（变幅杆）使固定在变幅杆端部的工具振幅增大到0.01 0.15mm。,加工原理,三、超声波加工,适于加工各种脆性硬材料和非金属材料，如宝石、陶瓷、玻璃及各种半导体材料等。 宏观作用力小，适合加工薄壁或刚性差的工件。 工件表面无残余应力、组织变化及烧伤等现象。 工件上被加工出的形状与工具形状一致，可以加工型孔、型腔及成形表面，还可以进行表面修饰加工，如雕刻花纹和图案等。 超声波加工机床、工具均比较简单，操作维修方便。 生产效率低。,超声波加工的特点,超声波加工的应用,主要是对各种脆硬材料进行圆孔、型孔、型腔、异型孔、套料和微细孔的加工。,切割加工,成形加工,具有切片薄、切口窄、经济性好的优点。,焊接加工,可以对尼龙、塑料以及表面易生成氧化膜的铝制品等焊接，还可对陶瓷等非金属表面挂锡、挂银、涂覆、熔化其上的金属薄层。,超声清洗,主要用于清洗几何形状
