第七章 - 衡阳财经工业职业技术学院精品课程网

第七章特种加工工艺主要内容•1、特种加工的特点及应用范围•2、电火花加工原理、特点和应用范围•3、电解加工原理、特点和应用范围•4、其它特种加工（超声波加工、激光加工）第一讲特种加工方法概述对机械制造技术提出了新的要求第一，解决各种难加工材料的问题第二，解决各种复杂表面的加工问题第三，解决各种超精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，以及低刚度零件的加工。高强度、高硬度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、注射模的立体成型表面等•1、特种加工定义•特种加工是指除常规切削加工以外的新的加工方法，这种加工方法利用电、磁、声、光、化学等能量或其各种组合作用在工件的被加工部位上，实现对材料的去除、变形、改变性能和镀覆，从而达到加工目的。2、特种加工的特点1）、主要利用电能、电化学能、声能、光能、热能等去除材料，而不是主要依靠机械能2）、工具硬度可以低于被加工材料的硬度3）、加工过程中工具和工件之间不存在显著的切削力•3.特种加工的发展趋势•1）充分融合现代电子技术、计算机技术、信息技术和精密制造技术等高新技术，使加工设备向自动化和柔性化方向发展。•2）大力开发新的特种加工方法，包括微细加工和复合加工。特种加工方法能量形式作用原理英文缩写电火花加工成形加工电能、热能熔化、气化EDM线切割加工电能、热能熔化、气化WEDM电化学加工电解加工电化学能阳极溶解ECM电解磨削电化学机械能阳极溶解磨削EGM电铸、电镀电化学能阴极沉积EFMEPM激光加工切割、打孔光能、热能熔化、气化LBM表面改性光能、热能熔化、相变LBT电子束加工切割、打孔电能、热能熔化、气化EBM离子束加工刻蚀、镀膜电能、动能原子撞击IBM超声加工切割、打孔声能、机械能磨料高频撞击USM常用特种加工方法分类表第二讲电火花加工•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。•一.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。3214567电火花加工原理示意图1—工件2—脉冲电源3—自动进给调节系统4—工具5—工作液6—过滤器7—工作液泵极性效应工件正极—正极性加工工件负极—负极性加工精加工短脉冲ti10s粗加工长脉冲ti80s为充分利用极性效应，一般都采用单向脉冲电源1.工具与工件之间保持适当间隙自动进给调节系统2.火花放电必须是脉冲性放电采用脉冲电源3.在有一定绝缘性能的介质中放电液体绝缘介质创造条件：二、电火花加工设备（一）脉冲电源（二）自动进给调节装置（三）工具电极（四）液体介质驰张式、闸流管式、晶闸管式、晶体管式、集成元件等维持所需的“平均”放电间隙S,保证电火花加工正常进行。步进电机、伺服电机系统常用石墨或铜作工具材料，价格低廉钨、钼或铜钨、银钨等复合材料，性能好价格贵。（1）绝缘、击穿放电及消电离（2）压缩放电通道，能量集中（3）气化产生局部高压，利于蚀物排除（4）对工具、工件的冷却作用常用的工作液有煤油、机油等优点1.适于难切削材料的加工硬质合金、淬火钢等2.加工复杂形状或特殊零件应用领域日益扩大局限性1.主要加工金属等导电材料2.加工速度较慢3.有电极损耗，影响加工精度三、电火花加工的特点及应用四、电火花加工工艺方法分类类别工艺方法特点用途备注1穿孔成形加工工具为成形电极主要一个进给运动型腔加工、冲模挤压模、异形孔约占电机床总数30%2电火花线切割加工工具为线状电极两个进给运动冲模、直纹面、窄缝、下料占总数60%3内孔、外圆成形磨相对旋转运动、径向轴向进给运动精密小孔、外圆小模数滚刀占总数3%4同步共轭回转加工均作旋转运动且纵横进给精密螺纹、异形齿轮、回转表面占总数1%5高速小孔加工细管电极旋转、穿孔速度极高深小孔、喷嘴、穿丝孔占总数2%6表面强化、刻字工具在工件上振动工具相对工件移动工具刃口强化、刻字占总数2%～3%电火花加工时的加工斜度smaxsmin工具二次放电加工斜度电极损耗棱角变钝五、电火花加工过程1）电离:电场强度大,液体介质—电子、离子2）放电：电子——阴离子——阳介质绝缘形成电通道3）热膨胀：电子、离子碰撞，阴、阳极碰撞10000~12000工件表面熔化、汽化介质汽化、分离碳黑4）抛处金属：爆炸力使工件表面抛出金属，形成凹坑。5）消电离：带电粒子转变成中性粒子，介质恢复成绝缘状态，为下一次准备。18六、影响金属蚀除率的主要因素1.极性效应的影响1234(a)(b)1234(a)正极性(b)负极性1-成形电极；2-工件；3-脉冲电源；4-工作液-++-（1）在短脉冲加工时，负电子对正极的轰击作用大于正离子对负极的轰击，因为负电子质量下，在短时间内达到了很高的速度，所得了很高的能量。因此在窄脉冲（t10us）精加工时，采用正极性；（2）在长脉冲（放电持续时间较长）加工时，质量和惯性大的正离子将有足够的时间加速，能量达到足够大轰击负极表面。因此在采用长脉冲（t100us）粗加工时，应采用负极性加工，可以得到较高的蚀除速度和较低的电极损耗。2.电参数对蚀除率的影响脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电压、峰值电流等。3.金属材料热学常数对蚀除率的影响4.其他因素工作液种类、性能等七、影响电火花加工精度和表面质量的主要因素影响精度的因素主要有：1.与传统的机械加工一样，机床本身的各种误差，工件和工具电极的定位、安装误差都会影响到电火花加工的精度；2.与电火花加工工艺有关的主要因素是放电间隙的大小及其一致性、工具电极的损耗及其稳定等。电火花加工时工具电极与工件之间放电间隙大小实际上是变化的，电参数对放电间隙的影响非常显着，精加工放电间隙一般只有0.01mm（单面），而粗加工时则可达0.5mm以上。目前，电火花加工的精度为0.01~0.05mm。八、电火花加工的局限性•1）一般加工速度较慢安排工艺时可采用机械加工去除大部分余量，然后再进行电火花加工以求提高生产率。最近新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其生产率甚至高于切削加工。•2）存在电极损耗和二次放电电极损耗多集中在尖角或底面，最近的机床产品已能将电极相对损耗比降至0.1％，甚至更小；电蚀产物在排除过程中与工具电极距离太小时会引起二次放电，形成加工斜度，影响成型精度。二次放电甚至会使得加工无法继续。•3）最小角部半径有限制一般电火花加工能得到的最小角部半径等于加工间隙（通常为0.02~0.3mm），若电极有损耗或采用平动、摇动加工则角部半径还要增大。第三讲电火花线切割加工24基本原理：是用连续移动的细金属导线（称作电极丝）作为工具电极对工件进行脉冲火花放电，切割成形的。a)工件及其运动方向b)电火花线切割加工原理图电火花线切割加工加工特点：不需要像电火花成行加工一样的成形工具电极，减少了工具电极的设计与制造工作量，缩短了生产准备周期；由于电极丝很细，可以加工出微细异形孔、窄缝和形状复杂的工件；可以直接采用半精、精加工电规准一次成形，一般不需要中途转换电规准；电极丝是不断移动的，单位长度损耗小，故加工精度高（可达±2μm）；采用线切割加工冲模时，可实现凸、凹模一次加工成形。25电火花线切割加工26快走丝、慢走丝线切割机床•快走丝：0.08～0.22mm的钼丝作电极，往复循环，•走丝速度为8～10m/s，加工精度为±0.01mm•表面粗糙度Ra1.6~6.3µm。工作液为乳化液，•如：DX-1、TM-1、502型。•慢走丝:走丝速度是3～12m/min，电极丝广泛使用铜丝，•单向移动，可达到加工精度±0.001mm，•表面粗糙度为Ra1.6~6.3µm。价格比快走丝高。•工作液为去离子水。电火花线切割加工编程技术27人工编程技术自动编程技术脉冲当量：一个进给脉冲，工作台只进给一步距离，是机床精度的重要参数。电火花线切割加工28线切割加工工艺坯料的准备•下料→锻造→退火→刨平面→磨平面→划线→铣漏料孔→孔加工→淬火→磨平面→线切割（穿丝孔应在淬火前加工好）工艺参数的选择：•1.脉冲参数的选择:加工电流I选择、脉宽ti选择、脉冲间隔t0/ti比选择•2.电极丝的选择3.工作液的选择电火花线切割加工工件装卡29电火花线切割加工工件调整30百分表找正划线找正电火花线切割加工电极丝位置的调整31目测法火花法自动找正中心电解加工原理：利用金属在电解液中发生“阴极溶解”的原理，将工件加工成形的一种方法。321—主轴2—工具阴极3—工件4—直流电源电解加工电解加工的特点：可加工高硬度、高强度、高韧性等难切削的金属，适用范围广。加工生产率高。加工中工具和工件间无切削力存在，适用于加工易变形的零件。加工后的表面无残余应力和毛刺，粗糙度可达Ra1.25~0.2，平均加工精度可达±0.1mm左右。加工过程中工具损耗极小，可长期使用。33电解加工混气电解加工：将具有一定压力的气体与电解液混合后，再送入加工区进行电解加工。34特点：提高了加工质量、简化了工具阴极设计及制造的过程、加工速度低垂直交互式混合腔第四讲其它特种加工35一、电解磨削1、定义电解作用与机械磨削相结合的一种特种加工，又称电化学磨削,英文简称ECG。•2、工作原理•工件作为阳极与直流电源的正极相连；•导电磨轮作为阴极与直流电源的负极相连。•磨削时，两者之间保持一定的磨削压力，凸出于磨轮表面的非导电性磨料使工件表面与磨轮导电基体之间形成一定的电解间隙（约0.02～0.05毫米），同时向间隙中供给电解液。•在直流电的作用下，工件表面金属由于电解作用生成离子化合物和阳极膜。这些电解产物不断地被旋转的磨轮所刮除，使新的金属表面露出，继续产生电解作用，工件材料遂不断地被去除，从而达到磨削的目的。•电解液一般采用硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸钾等成分混合的水溶液，不同的工件材料所用电解液的成分也不同。•导电磨轮由导电性基体(结合剂)与磨料结合而成，主要为金属结合剂金刚石磨轮、电镀金刚石磨轮、铜基树脂结合剂磨轮、陶瓷渗银磨轮和碳素结合剂磨轮等，按不同用途选用。•3、电解磨削应用•磨削各种高强度、高硬度、热敏性、脆性等难磨削的金属材料，如硬质合金、高速钢、钛合金、不锈钢、镍基合金和磁钢。•可磨削各种硬质合金刀具、塞规、轧辊、耐磨衬套、模具平面和不锈钢注射针头等。•电解磨削的效率一般高于机械磨削，磨轮损耗较低，加工表面不产生磨削烧伤、裂纹、残余应力、加工变质层和毛刺等，•表面粗糙度一般为R0.63～0.16微米，最高可达R0.04～0.02微米。二、激光加工1、激光加工的基本原理激光加工是30年前美国首先投人工业生产的新型加工手段，现已形成一种重要的新兴产业，广泛地用于机械工业、电子工业、国防和人民生活等许多领域。2、激光加工的特点、方法及应用1）.可以加工各种金属材料和非金属材料;2）.激光加工不需要工具，易实现加工过程自动化;3）.激光可透过玻璃等材料对工件进行加工;4）.可以实现精密微细加工;5）.激光可以进行表面热处理、焊接、切剖、打孔、雕刻及微细加工等多种加工。三、超声波加工1、原理超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工，英文简称为USM。超声加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和抛光。2、超声波加工的特点、方法及应用•1）、超声波加工适合于加工各种脆硬材料，材料越是脆硬，越适宜超声波加工；•2）、超声波可用于加工薄壁、薄片等易变形零件，加工精度高；•3）、超声波加工设备简单，但生产效率低。•加工方法可采用超声波直接加工、超声波旋转加工、超声波机械复合加工、超声波焊接、涂覆、清洗等。四、电子束加工电子束加工是近年来得到较大发展的特种加工方法，在精密微细加工方面，尤其是在微电子学领域中得到较多的应用。电子束加工主要用于打孔、焊接等的精加工和电子束光刻化学加工。五离子束加工离子束加工与电子束加工的原理基本相同，不同的只是离子质量比电子质量大数千、数万倍，经过聚焦加速后，靠离子打