特种加工.ppt

1、1,第七章 特种加工工艺,概述电火花加工电解加工超声波加工激光加工,2,1.特种加工的产生及发展 2.特种加工的分类 3.特种加工对材料的可加工性和结构工艺性等的影响 结束语,3,1 特种加工的产生及发展,首页,第2节,第3节,4,瓦特早在18世纪70年代就发明了蒸气机，但为何到19世纪才得以应用？,因为苦于制造不出高精度的蒸气机气缸。无法推广应用。直到有人创造出和改进了气缸镗床，解决了蒸汽机主要部件的加工工艺，才使蒸汽机得到广泛应用，引起了世界性的第一次产业革命。,5,“东芝事件”,冷战时期，前苏联用从日本东芝公司“购买”的大型三坐标数控铣床加工出高精度潜艇用螺旋浆，噪音大大降低，使美国设在

2、全球的侦听网失效。不得不花费大量经费与时间来研制新的侦听设备。为此美国政府对东芝公司进行制裁，不许东芝公司在相当长一段时间内进入美国市场。,6,如果你是 IT 迷或网虫，一定对0.13 m 不陌生.,本世纪计算机产业之所以高速发展，很重要的因素就是超大规模集成电路制造技术的不断进步。,7,新的加工方法对人类的生产和物质文明起了极大的作用!,和物质文明起了极大的作用!,新的加工方法对人类的生产,8,但从第一次产业革命 第二次世界大战前，是传统的机械加工（切削加工和磨削），其本质和特点：,靠刀具材料比工件硬 靠机械能切除工件上多余材料,9,切削这么硬的材料，车刀很快就蹦刃。,10,二战以后，.,1

3、1,12,13,随着航空航天、核能、电子及汽车、机械工业的迅速发展，各种新材料和复杂形状的精密零部件大量涌现，对机械制造部门提出了新的要求：,14,1）解决各种难切削材料的加工问题,如硬质合金、鈦合金、耐热钢、金刚石、宝石等。,15,2）解决各种特殊复杂表面的加工问题,如喷气涡轮机叶片、巡航导弹整体涡轮、各种模具，特殊断面的型孔、喷丝头等。,16,3）解决具有特殊要求零件的加工问题,如薄壁、细长轴等低刚度零件。,17,传统切削加工方法很难甚至无法承担上述加工任务人门开始探索新的加工方法。,18,不仅用机械能，而且还采用：.,19,20,1943年，前苏联拉扎林柯夫妇在研究开关触点遭受火花放电腐

4、蚀损坏的现象和原因时，逆向思维，用细铜丝在淬火钢上加工出小孔，开创和发明了电火花加工特种加工中的先驱。,21,到目前为止，已经找到了多种这一类的加工方法，为区别现有的金属切削加工将这类传统切削加工以外的新的加工方法统称为 特种加工国外：非传统加工(NTM,Non-Traditional Machining)或非常规机械加工(NCM,Non-Conventional Machining),22,特种加工概念,特种加工，就是直接利用电能、电化学能、声能和光能来进行加工的方法。,23,特种加工的本质和特点：,主要用其他能量去除金属材料工具硬度可以低于被加工材料的硬度加工过程中工具和工件之间不存在显著

5、的机械切削力,24,经过50年特别是近二十年的发展，特种加工在技术、工艺、精度和机床等方面都有了很大发展。,25,进给系统,电极,工件,工作液,工作台,伺服控制系统,脉冲电源,26,丝架、丝筒电极丝、工件工作台,27,28,29,九十年代我国电火花加工机床年产量,台数,30,2 特种加工的分类,首页,第1节,第3节,31,32,33,常用特种加工技术,电火花加工（电火花成型加工、电火花线切割加工）。电化学加工（电解加工、电解磨削、电铸、电镀）。高能束加工（激光加工、电子束加工、离子束加工）。化学加工（化学铣削、化学抛光、光刻）。超声加工（超声波成形加工、切割、焊接、清洗）。液体喷射加工（表面清

6、理、切割、雕刻、落料及打孔）。复合加工（两种及两种以上特种加工方法组合）。,34,3 特种加工对材料的可加工性和结构工艺性等的影响,第2节,首页,第1节,35,3.1 提高了材料的加工性,材料的加工性不再与硬度、强度等成直接、正比关系。,36,37,3.2 改变了零件的典型工艺路线,成形加工,淬 火,淬 火,成形加工（NTM）,38,3.3 对产品零件的结构设计带来很大影响,镶拼结构,整体结构,39,40,3.4 对传统的结构工艺性的好与坏需重新衡量,例：直径0.3mm 深 300mm的小孔,41,42,3.5 试制新产品,例：Laser Rapid Prototyping and Manuf

7、acturing激光快速原型制造,43,44,45,46,一、电火花加工技术,电火花加工是通过工件和工具电极间的放电而有控制地去除工件材料，以及使材料变形、改变性能或被镀覆的特种加工。电火花成形加工适用于各种孔、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。,47,图8-1电火花加工原理示意图 1工具电极 2工作液箱 3工件电极 4工作液 5绝缘垫 6伺服电机,48,电火花加工过程,49,电火花加工放电的基本原理,电火花加工机床：电火花成型加工机床线切割加工机床电火花小孔加工机,50,电火花线切割加

8、工机床,电火花线切割加工的基本原理是用连续移动的细金属导线（称作电极丝）作工具电极对工件进行脉冲火花放电，切割成形的。,51,返回文档,图8-2 电火花线切割工作原理示意图 1进电装置 2导向轮 3金属丝 4工件 5X轴步进电动机 6Y轴步进电动机 7横向工作台 8纵向工作台,52,电火花线切割机床分类,1、按电极丝的运动速度，可分为高速走丝电火花线切割机床和低速走丝电火花线切割机床两大类 2、其他分类方法，如普通型、精密型、大型、带切割锥度型以及大厚度切割型等,53,电火花线切割机床组成,电火花线切割机床主要由主机、脉冲电源、工作液系统和控制系统几部分组成,54,55,机床主机,由床身、坐标

9、工作台、走丝机构、丝架、工作液箱、附件和夹具等部分组成 1、床身一般为铸件，是坐标工作台、走丝机构及丝架的支承和固定基础。通常采用箱式结构，要求应有足够的强度和刚度。床身内部安置电源和工作液箱，因电源的发热和工作液泵的振动对机床加工过程有影响，故有的机床将电源和工作液箱设计一为单独部件，置于床身外另行安放。,56,2.坐标工作台,57,3.走丝机构,走丝系统必须使电极丝以一定的速度运动并保持一定的张力。高速走丝,58,低速走丝,59,现在的线切割机床大多数都带有锥度切割装置，该装置主要有偏移式丝架和偏移式导向器两种形式,60,脉冲电源,由于受表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线切割加工脉冲

10、电源的脉宽较窄（260），单个脉冲能量和平均电流（1-5A）一般较小，所以线切割总是采用正极性加工。常用的脉冲电源有以下几种：,61,1.晶体管矩形波脉冲电源 特点是：脉冲宽度和脉冲频率可调，制作简单，成本低。只适于一般精度和表面粗糙的加工。2.高频分组脉冲电源 能比较有效的解决矩形波脉冲电源在提高切割速度和降低表面粗糙度之间存在着矛盾的现象。,62,3.前阶梯波脉冲电源 有助于减少电极丝损耗，延长电极丝使用寿命，还可以降低表面粗糙度，故也称作低损耗电源。,63,电火花加工实例,加工各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的导电材料，并且常用于模具的制造过程中。,64,电火花加工样品,65,二、电化

11、学加工技术,电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工。电解加工适用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺、抛光等。电铸加工适用于形状复杂、精度高的空心零件，如波导管；注塑用的模具、薄壁零件；复制精密的表面轮廓；表面粗糙度样板、反光镜、表盘等零件。涂覆加工可针对表面磨损、划伤、锈蚀的零件进行涂覆以恢复尺寸；对尺寸超差产品进行涂覆补救。对大型、复杂、小批工件表面的局部镀防腐层、耐腐层，以改善表面性能。,66,电解加工,电解加工又称电化学加工，是继电火花之后发展较快，应用较广的一种新工艺 电解加工是利用金属产生阳极溶解的原理，将工件加工成形的。,67,68,电解加工的特点

12、,l）加工范围广。2）电解加工的生产率较高。3）可以达到较好的表面质量。4)无残余应力和变形。5）工具阴极基本没有消耗。6)适用于批量较大的生产。,69,电解加工设备的组成,电解加工的基本设备包括直流电源、机床及电解液系统3个部分。l）直流电源。电解加工中常用的直流电源为硅整流电源及晶闸管整流电源。2)机床。电解加工机床的功能是安装夹具、工件和阴极工具，并实现其相对运动，同时传送直流电和电解液。机床的形式主要有卧式和立式两类。3）电解液系统。电解液系统主要功能是使电解液产生强力循环，冲走工具和工件间电解产物，有利于电解的连续加工。主要由由泵、电解液槽、过滤装置、管道和阀门等部分组成。,70,三

13、、高能束加工技术,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。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。,71,四、超声加工技术,超声加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中或干磨料

14、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。适用于成形加工、切割加工、焊接加工和超声清洗。,72,五、液体喷射加工技术,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。磨料喷射加工适用于去毛刺加工、表面清理、切割加工、雕刻、落料及打孔等。,73,六、化学加工技术,化学加工使利用化学溶液与金属产生化学反应，使金属腐蚀溶解，改变工件形状、尺寸的加工方法。用于去除材料表层，以减重；有选择地加工较浅或

15、较深的空腔及凹槽；对板材、片材、成形零件及挤压成形零件进行锥孔加工。,74,特种加工技术存在问题,不少特种加工的机理（如超声、激光等加工）还不十分清楚，其工艺参数选择、加工过程的稳定性均需进一步提高。有些特种加工（如电化学加工）加工过程中的废渣、废气若排房不当，会产生环境污染，影响工人健康。有些特种加工（如快速成形、等离子弧加工等）的加工精度及生产率有待提高。有些特种加工（如激光加工）所需设备投资大、使用维修费高，亦有待进一步解决。,75,特种加工实例,激光加工技术LWS-400激光加工机床激光特点激光有四大特性：高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。加工特点：1、它可以对多种金属、非金属加工

16、，特别是加工高硬度、高脆性及高熔点的材料；2、激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。,76,激光加工产品,激光打标样品激光焊接样品,77,激光加工产品,激光加工样品,78,激光加工产品,激光蚀刻样品,79,激光加工产品,激光加工样品,80,激光加工产品,激光加工样品,81,特种加工实例,旋转超声加工机床,82,超声波加工产品,超声波加工样品旋转超声加工是一种复合加工方法，它将金刚石工具的优良切削性能与工具的超声频振动结合起来，是加工硬脆材料的一种较好方法，具有良好的应用前景。,83,超声波加工产品,超声波抛光机,84,电火花加工产品,电火花加工样品,85,特种加工实例,水力切割机,86,液体喷射加工技术,水力切割过程,87,水刀机切割加工,水刀机切割加工,88,结束语,就总体而言，特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属或非金属材料，且专长于加工复杂、微细表面和低刚度零件，同时，有些方法还可以进行超精加工，镜面光整加工和纳米加工。,89,外因是条件，内因是根本，事物发展的根本原因在于事物的内部，特种加工所以能产生和发展的内因，在于它具有切削加工所不具有的本质和特点。同时也充分说明三新（新材料、新技术、新工艺）对新产品的研制、推广和社会经济的发展起着重大的推动作用。在二十一世纪的今天情况将更是这样。,