特种加工复习.docx

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特种加工复习

●特种加工与切削加工的不同本质和特点:

1）不是主要依靠机械能,而是主要用其它能量去除金属材料。

2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度。

3）加工过程中工件和工具之间不存在显著地机械切削力。

●特种加工的影响：

1）提高了材料的可加工性；

2）改变了零件的典型工艺路线；

3）改变了试制新产品的模式；

4）对产品零件的结构设计带来了很大的影响；

5）对传统的结构工艺性的好与坏，需要重新衡量；

6）已经成为微细加工和纳米加工的主要手段

电火花加工

●原理：

基于工具和工件之间脉冲性火花放电时电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。

●特点：

1）主要优点：

1适合于任何难切削导电材料的加工2可以加工特殊及复杂形状的表面和零件

2）局限性：

1主要用于加工金属等导电材料2一般加工速度较慢3存在电极损耗。

●机理：

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。

●影响材料放电腐蚀的主要因素：

1）极性效应—电火花加工过程中单纯由正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。

短脉冲，主要电子蚀除正极，精加工；长脉冲则离子蚀除负极，粗加工。

2）电参数对电蚀量的影响—电压脉冲宽度ti、电流脉冲宽度te、脉冲间隔to、脉冲频率f、峰值电流ie、峰值电压u和极性。

提高电蚀量和生产率的途径：

提高脉冲频率f；增加单个脉冲能量WM或平均放电电流和脉冲宽度，减小脉间，设法提高系数Ka、Ke。

3）金属材料热学常数对电蚀量的影响—熔点、沸点、热导率、比热容、熔化热、气化热。

4）工作液对电蚀量的影响—工作液作用为1形成火花击穿放电通道，并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态，对放电通道产生压缩作用2帮助电蚀产物的抛出和排除3对工具工件产生冷却作用

5）一些其它因素—加工的稳定性;电蚀产物的抛出速度

●工具损耗:

1正确选择极性和脉宽2利用吸附效应3利用传热效应4减少工具电极的损耗

●影响加工精度的主要因素;放电间隙的大小及其一致性；工具电极的损耗及其稳定性；二次放电。

●表面质量：

表面粗糙度；表面变质层（熔化凝固层、热影响层、显微裂纹）；表面力学性能（显微硬度及耐磨性、残余应力、耐疲劳性能）

●自动进给调节系统：

使动

●极性效率：

单纯的由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象。

工件接脉冲电源的正极（工具电极接负极）时，称“正极性”加工；反之，称“负极性“加工。

●加工冲模的优点:

1）可以在工件淬火后进行加工，避免了热处理变形的影响；

2）冲模的配合间隙均匀，刃口耐磨，提高了模具质量；

3）不受材料硬度的限制,可以加工硬质合金等冲模,扩大了模具材料的选用范围;

4）对于中小型复杂的凹模可以不用镶拼结构,而采用整体式,简化了模具的结构,提高了模具强度;

●精度规准适用场合:

1）粗规准:

生产率高;工具电极磨损小;加工过程要稳定。

2）中规准：

用于过度加工，以减少精加工时的加工余量，提高加工速度

3）精规准：

用来最终保证模具所要求的配合间隙、表面粗糙度、刃口斜度等质量指标

●型腔模的加工:

单电极平动法;多电极更换法;分解电极法。

●纯铜电极的优点：

1）不容易产生电弧，在较困难的条件下也能稳定加工；

2）精加工比石墨电极损耗小；

3）采用精微加工能达到优于Ra1.25μm的表面粗糙度；

4）用过的和废铜电极经锻造后还可做其它型腔加工的电极，材料利用率高。

●石墨电极的优点：

1）机械加工成形容易，容易修正；

2）电火花加工的性能好，在宽脉冲大电流情况下具有更小的电极损耗。

●电规准：

1）粗加工：

高生产率和低电极损耗，采用较宽的脉冲宽度，合适的峰值电流；

2）中规准与粗规准一般没有明显的界限；

3）精加工：

窄脉宽，小峰值电流。

电火花线切割

●原理：

利用移动的细金属导线作电极，利用数控技术对工件进行脉冲火花放电，可切割形成各种二维、三维表面。

●线切割相比电火花的特点：

1）由于电极工具是直径较小的细丝,故脉冲宽度/平均电流等不能太大,加工工艺参数范围较小;

2）采用水或水基工作液;

3）一般没有稳定电弧放电状态;

4）电极与工件之间存在”疏松接触”式轻压放电现象;

5）省掉了成形的工具电极;

6）电极丝比较细,可以加工微细异型孔/窄缝和复杂形状的工件。

7）由于采用移动的长电极丝进行加工，使单位长度电极丝的损耗较少，从而对精度的影响小。

●设备：

机床本体由床身、坐标工作台、锥度切割装置走丝机构、丝架、工作液箱、附件和夹具等组成。

●3B指令：

例—B4000B0B4000GxL1；B3000B4000B6000GxNR1

●切割工艺指标：

切割速度；表面粗糙度；电极丝损耗量；加工精度。

●影响因素：

电参数—脉冲宽度；脉冲间隔；开路电压；放电峰值电流；放电波形。

非电参数—电极丝及其移动速度对工艺指标的影响；工件厚度及材料对工艺指标的影响；

电化学加工

●原理：

利用电化学腐蚀，使阳极金属溶解，阴极电镀沉积。

●电极的极化：

1）浓差极化：

阳极表面金属液金属离子来不及扩散到溶液，引起电位值增大。

2）电化学极化：

从电源流入的电子来不及转移给电解液中的H+离子，在阴极堆积过多的电子。

3）电阻极化：

电流通过电解质溶液和通过电机表面的某种类型的膜（钝化膜）的所产生的欧姆电压降使电极发生极化现象称为电阻极化。

●分类：

1）利用电化学阳极溶解：

电解加工、电解抛光

2）利用电化学阴极沉积、镀覆：

涂镀、电铸、电镀、复合电镀

3）利用电化学加工与其他加工方法结合的复合加工工艺：

电解磨削、电化学阳极机械加工、电解电火花复合加工。

一、电解加工

●条件：

1）工件接直流电源的正极，工具接电源的负极；

2）两极之间保持较小的间隙；

3）具有一定压力的氯化钠电解液从间隙中流过电解产物被带走；

●特点：

1）加工范围广，不受金属材料本身力学性能的限制，可以加工硬质合金、淬火钢、不锈钢、耐热合金钢等高硬度、高强度及韧性金属材料，并可加工叶片、锻模等各种复杂型面。

2）电解加工的生产率较高，约为电火花加工的5~10倍，在某些情况下，比切削加工的生产率高，且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限度。

3）可以达到较好的表面粗糙度（Ra1.25~0.2um）和正负0.1mm左右的平均加工精度。

4）由于加工过程中不存在机械切削力，所以没有残余应力和变形，没有飞边毛刺。

5）加工过程中阴极工具在理论上不会损耗。

●主要缺点:

1）不易达到较高的加工精度和加工稳定性。

2）电极工具的设计和修正比较麻烦，因而很难适用于单件生产。

3）电解加工附属设备多，占地面积大，机床要有足够的刚性和防腐性能，造价昂贵。

4）电解产物需进行妥善处理，否则将污染环境

●电极反应：

Fe氧化为+2价离子，4OH—4e—O2

●电解液的流向：

1、正向流动（喷）。

2、反向流动（吸）。

3、横向流动。

●电能利用：

Ua（阳极压降）+Ur（欧姆压降）+Uc（阴极压降）=U（加工电压）

●深孔扩孔加工；尽量使加工间隙内各处的流速均匀一致，避免产生涡流及死水区。

扩孔时如果设计成圆柱形阴极，则由于实际加工间隙沿阴极长度方向变化，结果越靠近后段，流速越小。

如果设计成圆锥阴极，则加工间隙基本是均匀的，因而流场也较均匀，效果较好。

●精度成型规律：

1端面平衡间隙2法向平衡间隙3侧向间隙。

●平衡间隙的应用：

1）计算加工过程中各种间隙；

2）设计电极时计算尺寸及修正量；

3）分析加工精度；

4）选择加工参数。

●应用:

1、深孔扩孔加工。

2、型孔加工。

3、型腔加工。

4、套料加工。

5。

叶片加工。

6、电解倒棱角去毛刺。

7、电解刻字。

8、电解抛光。

9数控展成电解加工。

二、电解磨削

●原理:

电流从工件通过电解液而流向磨轮，形成通路，于是工件（阳极）表面的金属在电流和电解液的作用下发生电解作用（电化学腐蚀），被氧化成为一层极薄的氧化物或氢氧化和物（阳极薄膜）。

但刚形成的阳极薄膜迅速被导电砂轮中的磨料刮除，在阳极工件上又露出新的金属表面并被继续电解。

这样，由电解作用和刮除薄膜的磨削作用交替进行，使工件连续的被加工，直到达到一定的尺寸精度和表面粗糙度。

●特点：

1加工范围广，加工效率高2可以提高加工精度及表面质量3砂轮的磨损量小

三、电铸加工

●原理：

用可导电的原模作阴极，用电铸材料（例如纯铜）作阳极，用电铸材料的金属盐（例如硫酸铜）溶液作电铸液。

在直流电源的作用下，阳极上的金属原子交出电子成为正金属离子进入电铸液，并进一步在阴极上获得电子成为金属原子而沉积镀覆在阴极原模表面，阳极金属源源不断成为金属离子补充溶解进入电铸液，保持质量分数基本不变，阴极原模上电铸层逐渐加厚，当达到预定厚度时即可取出，获得与原模型面凹凸相反的电铸件。

●特点：

1）能准确、精密的复制复杂型面和细微纹路。

2）能获得尺寸精度高、表面粗糙度小于Ra0.1μs的复制品，同一原模生产的电铸件一致性极好。

3）借助石膏、石蜡、环氧树脂等作为原模材料，可把复杂零件的内表面复制为外表面，外表面复制为内表面，然后再电铸复制，适应性广泛。

●应用：

电铸是制造各种筛网、滤网最有效的方法，因为它无需使用专用设备就能获得各种形状的孔眼。

激光加工

●激光加工的原理和特点：

1）聚焦后，激光加工的功率密度高达108~1010W/cm2,光能转化为热能，几乎可以熔化、气化任何材料。

2）激光光斑大小可以聚焦到微米级，输出功率可以调节，因此可用以精密微细加工。

3）加工所用工具是激光束，是非接触加工，所以没有机械力也没工具损耗。

4）和电子束加工等比较起来，激光束加工装置比较简单，不要求复杂的抽真空装置；

5）激光加工是一种瞬时、局部熔化、气化的热加工，影响因素很多，所以要反复试验，寻找合适的参数才能达到一定的加工要求；

6）加工中产生的金属气体及活性等飞溅物，要注意通风抽走，操作者应戴防护眼镜。

●激光特点：

强度高；单色性好；相干性好；方向性好。

●设备：

包括激光器、电源、光学系统及机械系统等四大部分。

●固体激光器的基本组成：

工作物质、光泵（供给工作物质光能）、玻璃套管和滤光液、冷却水、聚光器及谐振腔（由两块反射镜组成，其作用是使激光沿轴方向来回反射共振，用于加强和改善激光的输出）等部件。

●应用：

1）激光打孔：

1输出功率与照射时间；2焦距与发散角；3焦点位置；4光斑内的能量分布；5激光的多次照射；6工件材料。

2）激光切割：

激光切割原理与激光打孔原理基本相同。

所不同的是，工件与激光束相对移动，一般都是工件移动。

在精密机械加工中，一般都采用高重复频率的脉冲激光器。

电子束和离子束

●电子束加工原理：

电子束在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高（106~109W/cm2）的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极端的时间内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化和气化，被真空系统抽走

●电子束加工的特点：

1）加工面积可以很小，是一种精密微细的加工方法。

2）电子束能量密度很高，使照射部分的温度超过材料的熔化和气化温度，去除材料主要靠瞬时蒸发，是一种非接触式加工，工件不受机械力作用，不产生宏观应力和变形。

被加工材料的范围很广。

3）电子束能量密度高，因而加工生产率很高。

4）可以通过磁场或电场对电子束的强度、位置、聚焦等进行直接控制，易实现自动化。

5）污染少，加工表面不会氧化，特别适用于加工易氧化的金属及合金材料，以及纯度要求极高的半导体材料。

6、电子束需要一整套专用设备和真空系统，价格贵，生产应用有一定局限性

●离子束加工原理：

离子束加工原理和电子束加工基本类似，也是在真空条件下，将离子源产生的离子经过加速聚焦，使之撞击到工件表面。

不同的是离子带正电荷，其质量比电子大很多，所以有更大的撞击动能，它是靠微观的机械撞击能量，而不是靠动能转化为热能进行加工。

●分类：

离子束加工按其所利用的物理效应和达到目的的不通过，分为四类，即利用离子撞击和溅射效应的离子刻蚀，离子溅射沉积和离子镀。

以及利用注入效应的离子注入。

●离子束加工的应用：

1、刻蚀加工。

2、镀膜加工。

3、离子注入加工。

●特点：

1）离子束加工时所有特种加工方法中最精密、最微细的加工方法，是当代纳米加工技术的基础。

2）由于电子束加工是在高真空中进行，所以污染少，使用与对于易氧化的金属，合金和高出度半导体材料的加工。

3）加工应力、热变形等极小，加工质量高，适合于对各种材料和低刚度零件的加工。

4）离子束加工设备费用高，成本高，加工效率低。

超声加工

●原理：

超声加工是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成形方法。

超声加工是磨粒在超声振动作用下的机械撞击和抛磨作用以及超声空化作用的综合结果，其中磨粒的撞击作用是主要的。

●特点：

1）适合加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料；

2）由于工具可以用较软的材料，做成复杂的形状，故不需要是工具和工件作比较复杂的相对运动，因此，超声加工机床结构简单，只需一个方向轻压进给，操作维修方便；

3）工件表面的宏观切削力很小，切削应力、切削热很小，不会引起变形及烧伤，表面粗糙度也较好；

4）加工精度高；

5）生产率低。

●空化作用：

是指当工具端面以很大的加速度离开工件表面时，加工间隙内形成负压和局部真空，在工作液体内形成很多微空腔，当工具端面以很大的加速度接近工件表面时，空泡闭合，引起极强的液压冲击波，可以强化加工过程。

●变幅杆：

变幅杆可以制成锥形、指数形的、阶梯形的等。

锥形振幅扩大比较小，但易于制造；指数形的扩大比中等，使用中振幅比较稳定，但不易于制造；阶梯形的扩大比大，亦易于制造，但当他受到负载阻力时振幅减小的现象很严重，扩大比不稳定，也易产生应力集中而疲劳断裂。

●磨料工作液及其循环系统：

效果较好的而又常用的工作液是水，为了提高表面质量，有时也用煤油或机油作工作液。

●加工速度及影响因素：

1）工具的振幅和频率；过高振幅或过高的频率会使工具盒变幅杆承受很大的内应力。

实际加工中应调至共振频率，以获得最大的振幅。

2）进给压力；要有合适的进给压力。

压力过小，则工具末端与工件加工表面的间隙增大，从而减弱了磨料对工件的撞击力和打击深度；压力过大，会使间隙减小，磨料和工作液不恩能够顺利循环更新，都降低生产率

3）磨料的种类和粒度；磨料硬度越高，加工速度越快，但要考虑成本。

4）磨料悬浮液浓度；磨料悬浮液浓度低，加工间隙内磨粒少，使加工速度大大降低。

浓度太高也会降低速度。

通常浓度时磨料对水质量比约为0.5~1左右。

5）被加工材料；被加工材料越脆，则承受冲击载荷的能力越低，因此越容易去除加工；反之韧性较好的材料不易加工。

●精度及影响因素：

1受机床、夹具精度影响2磨料粒度、工具精度及其磨损情况、工具横向振动大小、加工深度、被加工材料性质3

●表面质量及影响因素：

1当磨料尺寸较小、工件材料硬度较大、超声振幅较小时，则加工表面粗糙度将获得改善，但生产率降低。

2、用煤油或润滑油代替水会使表面粗糙度得到改善。

●应用：

型孔、型腔加工；切割加工；复合加工（超声电解复合加工；超声电火花复合加工；超声抛光及电解超声复合抛光）；超声清洗。