機械制造基礎(chǔ)第十五章ppt課件

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容對機械對機械制造技制造技術(shù)提出術(shù)提出了新的了新的要求要求第一，解決各種難加第一，解決各種難加工材料的問題工材料的問題第二，解決各種復(fù)第二，解決各種復(fù)雜表面的加工問題雜表面的加工問題第三，解決各種超精第三，解決各種超精或具有特殊要求的零或具有特殊要求的零件的加工問題。件的加工問題。如對表面質(zhì)量和精度如對表面質(zhì)量和精度要求很高，以及低剛要求很高，以及低剛度零件的加工。度零件的加工。高強度、高硬度、高高強度、高硬度、高韌性、高脆性的金屬韌性、高脆性的金屬及非金屬材料的加工及非金屬材料的加工如噴氣渦輪機葉片、如噴氣渦輪機葉片、整體渦輪、注射模的整體渦輪、注射模的立體成型表面等立體成型表

2、面等 人們研究探索出了許多新的加工方法，直接利人們研究探索出了許多新的加工方法，直接利用電能、聲能、光能、化學(xué)能、熱能等進行加工，用電能、聲能、光能、化學(xué)能、熱能等進行加工，這些方法統(tǒng)稱為特種加工。這些方法統(tǒng)稱為特種加工。特種加工的主要特點特種加工的主要特點:（1不是依靠機械能去除材料。不是依靠機械能去除材料。（2工具硬度可以低于被加工材料硬度。工具硬度可以低于被加工材料硬度。（3加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機械切削力。加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機械切削力。 特種加工已經(jīng)成為當(dāng)前機械制造領(lǐng)域不可缺少的加工方特種加工已經(jīng)成為當(dāng)前機械制造領(lǐng)域不可缺少的加工方法，為新產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)

3、提供了許多加工手段，為新材料法，為新產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)提供了許多加工手段，為新材料的研制提供了應(yīng)用基礎(chǔ)。本章只簡略介紹幾種常用的特種的研制提供了應(yīng)用基礎(chǔ)。本章只簡略介紹幾種常用的特種加工方法。加工方法。 1. 電火花加工的原理電火花加工的原理 電火花加工電火花加工Electrical Discharge Machining,簡稱簡稱EDM是通過工具電極和是通過工具電極和工件之間產(chǎn)生脈沖性的火花放電，靠放電工件之間產(chǎn)生脈沖性的火花放電，靠放電的瞬間局部產(chǎn)生高溫把金屬蝕除下來。由的瞬間局部產(chǎn)生高溫把金屬蝕除下來。由于在放電過程中可見到火花，故稱之為電于在放電過程中可見到火花，故稱之為電火花加工?；鸹?/p>

4、工。 圖圖11-1 電火花加工原理示意圖電火花加工原理示意圖1-自動進給調(diào)節(jié)裝置自動進給調(diào)節(jié)裝置 2-工具工具 3-工作液工作液 4-工件工件 5-工作液泵工作液泵 6-脈沖電源脈沖電源 電火花加工電火花加工 2. 電火花加工的特點電火花加工的特點（1適合于難切削材料的加工，能適合于難切削材料的加工，能“以柔克剛以柔克剛”（2工具電極與工件不接觸，兩者間作用力很小工具電極與工件不接觸，兩者間作用力很小（3脈沖參數(shù)可調(diào)節(jié)，能在同一機床連續(xù)進行粗、脈沖參數(shù)可調(diào)節(jié)，能在同一機床連續(xù)進行粗、半精、精加工，加工過程易于自動控制半精、精加工，加工過程易于自動控制（4主要用于加工金屬等導(dǎo)電材料，在一定條件主

5、要用于加工金屬等導(dǎo)電材料，在一定條件下也可以加工半導(dǎo)體和非金屬材料下也可以加工半導(dǎo)體和非金屬材料(5(5電極的耗損影響加工精度電極的耗損影響加工精度 3. 電火花加工的應(yīng)用電火花加工的應(yīng)用 加工各種金屬及合金材料、特殊熱敏感材料、半加工各種金屬及合金材料、特殊熱敏感材料、半導(dǎo)體材料等；導(dǎo)體材料等；加工各種形狀復(fù)雜的型腔和型孔，如各種模具的加工各種形狀復(fù)雜的型腔和型孔，如各種模具的型腔、型孔，樣板、成形刀具以及小孔直徑型腔、型孔，樣板、成形刀具以及小孔直徑0.01mm）、異型孔等；）、異型孔等；加工范圍已達到小至十微米的孔、縫，大到幾米的大加工范圍已達到小至十微米的孔、縫，大到幾米的大型模具和零

6、件型模具和零件 1. 電火花線切割加工的原理電火花線切割加工的原理 電火花線切割加工電火花線切割加工Wire Cut EDM,簡稱簡稱WEDM是在電火花加工基礎(chǔ)上發(fā)展是在電火花加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工藝方法，其基本原理是利用起來的一種工藝方法，其基本原理是利用移動的細金屬導(dǎo)線銅絲或鉬絲作電極，移動的細金屬導(dǎo)線銅絲或鉬絲作電極，對工件進行脈沖火花放電、切割成形。對工件進行脈沖火花放電、切割成形。 圖圖11-2 電火花線切割原理電火花線切割原理1-絕緣底板絕緣底板 2-工件工件 3-脈沖電源脈沖電源4-鉬絲鉬絲 5-導(dǎo)向輪導(dǎo)向輪 6-支架支架 7-貯絲筒貯絲筒電火花線切割加工過程電火花線切割加工

7、過程 2. 線切割加工的特點線切割加工的特點（1無需特定形狀的工具電極，節(jié)約了電極設(shè)計、制造無需特定形狀的工具電極，節(jié)約了電極設(shè)計、制造費用，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時間費用，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時間（2由于加工表面的幾何輪廓由由于加工表面的幾何輪廓由CNC控制的運動獲得，控制的運動獲得，容易獲得復(fù)雜的平面形狀容易獲得復(fù)雜的平面形狀（3電極絲在加工中不斷移動，使電極絲損耗較少，有電極絲在加工中不斷移動，使電極絲損耗較少，有利于提高加工精度利于提高加工精度（4由于電極絲較細，可以加工微細異形孔、窄縫由于電極絲較細，可以加工微細異形孔、窄縫和復(fù)雜形狀工件，由于切縫很窄，金屬去除量少，和復(fù)雜形狀工件，由于切縫很窄，

8、金屬去除量少，可對工件套料加工，材料利用率高，節(jié)約貴重金屬可對工件套料加工，材料利用率高，節(jié)約貴重金屬（5不同工件只需編制不同程序，易實現(xiàn)自動化不同工件只需編制不同程序，易實現(xiàn)自動化（6不能加工盲孔類零件表面和階梯形表面立體形狀不能加工盲孔類零件表面和階梯形表面立體形狀表面）表面） 3. 線切割加工的應(yīng)用線切割加工的應(yīng)用 加工各種硬質(zhì)合金和淬火鋼的沖模、拉絲加工各種硬質(zhì)合金和淬火鋼的沖模、拉絲模、冷拔模、樣板、成形刀具、各種形狀復(fù)雜模、冷拔模、樣板、成形刀具、各種形狀復(fù)雜的零件、窄縫和柵網(wǎng)等。將許多同樣零件疊起的零件、窄縫和柵網(wǎng)等。將許多同樣零件疊起來加工，并獲得一致的尺寸，加工精密細小零來加

9、工，并獲得一致的尺寸，加工精密細小零件其經(jīng)濟效果尤其顯著。件其經(jīng)濟效果尤其顯著。 1. 電解加工的原理電解加工的原理 利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的原理來利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的原理來去除工件上多余材料去除工件上多余材料 圖圖11-3 電解加電解加工示意圖工示意圖1-工具陰極工具陰極 2-工件陽極工件陽極3-電解液泵電解液泵 4-電解液電解液 5-直流直流電源電源 2. 電解加工的特點電解加工的特點 （1加工范圍廣，不受金屬材料本身力學(xué)性能的加工范圍廣，不受金屬材料本身力學(xué)性能的限制，可加工硬質(zhì)合金、耐熱合金等限制，可加工硬質(zhì)合金、耐熱合金等（2電解加工的生產(chǎn)率高，約為電火花加工的電

10、解加工的生產(chǎn)率高，約為電火花加工的510倍倍（3加工過程中工具陰極不耗損，可長期使用加工過程中工具陰極不耗損，可長期使用(4(4不易達到較高的精度和加工穩(wěn)定性，難以實不易達到較高的精度和加工穩(wěn)定性，難以實現(xiàn)窄縫、小孔的加工現(xiàn)窄縫、小孔的加工（5電極工具設(shè)計與制造麻煩，工件必須是導(dǎo)電極工具設(shè)計與制造麻煩，工件必須是導(dǎo)電材料電材料（6電解液對設(shè)備與環(huán)境有腐蝕和污染作用，需電解液對設(shè)備與環(huán)境有腐蝕和污染作用，需要防腐和無害化處理要防腐和無害化處理 3. 電解加工的應(yīng)用電解加工的應(yīng)用 電解加工在各種膛線、花鍵孔、深孔、內(nèi)電解加工在各種膛線、花鍵孔、深孔、內(nèi)齒輪、鏈輪、葉片、異形零件及模具型腔等方齒輪、

11、鏈輪、葉片、異形零件及模具型腔等方面得到了廣泛的應(yīng)用。由于機床費用較面得到了廣泛的應(yīng)用。由于機床費用較 高，高，一般在加工難加工材料、型面復(fù)雜、批量大的一般在加工難加工材料、型面復(fù)雜、批量大的零件時選用，而單件小批生產(chǎn)多采用電火花加零件時選用，而單件小批生產(chǎn)多采用電火花加工。工。 1. 超聲波加工的原理超聲波加工的原理 超聲波加工超聲波加工Ultrasonic Machining,簡稱簡稱USM是利用工具端面作超聲頻振動，通過磨料懸浮液加是利用工具端面作超聲頻振動，通過磨料懸浮液加工脆硬材料的一種方法。工脆硬材料的一種方法。圖圖11-4 超聲波加超聲波加工原理示意圖工原理示意圖1-超聲波發(fā)生器

12、超聲波發(fā)生器 2-換能器換能器 3-振幅振幅擴大器擴大器4-工具工具 5-工件工件 6-磨料懸浮液磨料懸浮液 2. 超聲波加工的特點：超聲波加工的特點：（1適合加工各種硬脆材料，特別是不適合加工各種硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料，例如玻璃、陶瓷、導(dǎo)電的非金屬材料，例如玻璃、陶瓷、石英、寶石、金剛石等。石英、寶石、金剛石等。（2工具可用較軟的材料做較復(fù)雜的形工具可用較軟的材料做較復(fù)雜的形狀。狀。（3工具與工件相對運動簡單，使機床工具與工件相對運動簡單，使機床結(jié)構(gòu)簡單。結(jié)構(gòu)簡單。（4切削力小、切削熱少，不會引起變切削力小、切削熱少，不會引起變形及燒傷，加工精度與表面質(zhì)量也較好。形及燒傷，加工精

13、度與表面質(zhì)量也較好。超聲波加工的應(yīng)用超聲波加工的應(yīng)用 超聲波加工廣泛就用于加工半導(dǎo)體和非導(dǎo)體的脆硬材料，如玻璃、石英、金剛石等；由于其加工精度和表面粗糙度優(yōu)于電火花、電解加工，因此電火花加工后的一些淬火鋼、硬質(zhì)合金零件，還常用超聲拋磨進行光整加工；此外，還可以用于套料、清洗、焊接和探傷等。 激光加工Laser Beam Machining,簡稱LBM是用高強度、高亮度、方向性好、單色性好的相干光，通過一系列的光學(xué)系統(tǒng)聚焦成平行度很高的微細光束直徑幾微米至幾十微米），獲得極高的能量密度1081010W/cm2和10000以上的高溫，使材料在極短的時間內(nèi)千分之幾秒甚至更短熔化甚至氣化，以達到去除材

14、料的目的。 1. 激光加工的原理激光加工的原理圖圖11-5 固體激光器加工簡圖固體激光器加工簡圖1-全反射鏡全反射鏡 2-激光工作物質(zhì)激光工作物質(zhì) 3-激勵能源激勵能源4-部分反射鏡部分反射鏡 5-透鏡透鏡 6-工件工件 2. 激光加工的特點激光加工的特點 （1對材料的適應(yīng)性強。激光加工的功率密度是各種對材料的適應(yīng)性強。激光加工的功率密度是各種加工方法中最高的一種，激光加工幾乎可以用于任何金加工方法中最高的一種，激光加工幾乎可以用于任何金屬材料和非金屬材料，如高熔點材料、耐熱合金及陶瓷、屬材料和非金屬材料，如高熔點材料、耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆性材料。寶石、金剛石等硬脆性材料。 （2

15、打孔速度極快，熱影響區(qū)小。打孔速度極快，熱影響區(qū)小。 通常打一個孔只通常打一個孔只需需0.001s,易于實現(xiàn)加工自動化和流水作業(yè)。易于實現(xiàn)加工自動化和流水作業(yè)。 （3激光加工不需要加工工具。由于它屬非接觸加工，激光加工不需要加工工具。由于它屬非接觸加工，工件無變形，對剛性差的零件可實現(xiàn)高精度加工。工件無變形，對剛性差的零件可實現(xiàn)高精度加工。 （4激光能聚焦成極細的光束，能加工深而小的微孔激光能聚焦成極細的光束，能加工深而小的微孔和窄縫直徑幾微米，深度與直徑比可達和窄縫直徑幾微米，深度與直徑比可達10以上），適以上），適于精微加工。于精微加工。 （5可穿越介質(zhì)進行加工?？梢酝高^由玻璃等光學(xué)透可穿

16、越介質(zhì)進行加工。可以透過由玻璃等光學(xué)透明介質(zhì)制成的窗口對隔離室或真空室內(nèi)的工件進行加工。明介質(zhì)制成的窗口對隔離室或真空室內(nèi)的工件進行加工。 3. 激光加工的應(yīng)用激光加工的應(yīng)用 激光加工可用于打孔、切割、電子器件激光加工可用于打孔、切割、電子器件的微調(diào)、焊接、熱處理以及激光存貯等各個的微調(diào)、焊接、熱處理以及激光存貯等各個領(lǐng)域。已經(jīng)在生產(chǎn)實踐中愈來愈多地顯示了領(lǐng)域。已經(jīng)在生產(chǎn)實踐中愈來愈多地顯示了它的優(yōu)越性，受到廣泛的重視。它的優(yōu)越性，受到廣泛的重視。 1. 電子束加工的原理電子束加工的原理 電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高106109W/cm2的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面

17、極小的面積上，在極短的時間幾分之一微秒內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽贡粵_擊部分的工件材料達到幾千攝氏度以上的高溫，從而使材料的局部熔化和氣化，被真空系統(tǒng)抽走，如圖11-6所示。圖圖11-6 電子束加工原理及設(shè)備組成電子束加工原理及設(shè)備組成1-電源及控制系統(tǒng)電源及控制系統(tǒng) 2-抽真空系統(tǒng)抽真空系統(tǒng)3-電子槍系統(tǒng)電子槍系統(tǒng)4-聚焦系統(tǒng)聚焦系統(tǒng) 5-電子束電子束 6-工件工件 2. 電子束加工的特點電子束加工的特點 （1電子束可以微細地聚焦，是一種精電子束可以微細地聚焦，是一種精密微細的加工方法。密微細的加工方法。 （2能量密度高，生產(chǎn)效率高，是非接能量密度高，生產(chǎn)效率高，是非接觸式加工，不產(chǎn)生應(yīng)

18、力和變形，加工材料范觸式加工，不產(chǎn)生應(yīng)力和變形，加工材料范圍廣。圍廣。 （3可以通過電場或磁場對電子束的強可以通過電場或磁場對電子束的強度、位置、聚焦等直接進行控制，整個加工度、位置、聚焦等直接進行控制，整個加工系統(tǒng)易實現(xiàn)自動化。系統(tǒng)易實現(xiàn)自動化。 （4污染少，表面不氧化，特適合加工污染少，表面不氧化，特適合加工易氧化的材料。易氧化的材料。 （5整個加工系統(tǒng)價格較貴，生產(chǎn)中受整個加工系統(tǒng)價格較貴，生產(chǎn)中受到一定的限制。到一定的限制。 3. 電子束加工的應(yīng)用電子束加工的應(yīng)用 電子束加工按其能量密度和能量注入時電子束加工按其能量密度和能量注入時間的不同，可用于打孔、切割、蝕刻、焊接、間的不同，可用于打孔、切割、蝕刻、焊接、熱處理和光刻加工等。例如在熱處理和光刻加工等。例如在0.1mm厚的不厚的不銹鋼板上加工直徑為銹鋼板上加工直徑為0.2mm的孔，速度為每的孔，速度為每秒秒3000個孔。個孔。 離子束加工的原理和電子束加工基本相似，也是離子束加工的原理和電子束加工基本相似，也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加速、聚在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加速、聚焦，使之沖擊到工件表面。不同的是離子帶正電荷，焦，使之沖擊到工件表面。不同的是離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大幾個數(shù)量