第4章特種加工

第4章特種加工史成坤目錄

1.特種加工概述、分類

2.電火花加工EDM

3.電解加工ECM（電解磨削ECG）

4.激光加工LBM5.離子束加工IBM

6.超聲加工USM特種加工概述材料難切削型面復(fù)雜結(jié)構(gòu)特殊特種加工1943年前蘇聯(lián)科學(xué)家拉扎連柯夫婦研究開關(guān)觸點(diǎn)遭受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可使局部的金屬熔化、氣化而被腐蝕掉，開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工。NTM：Non-TraditionalMachiningNCM：Non-ConventionalMachining主要用其他能量（電、熱、聲、光、化學(xué)能等）去除金屬材料；加工中工具和工件之間不存在顯著的切削力；工具硬度可以低于被加工材料的硬度；加工范圍廣，不受材料力學(xué)性能限制；易于加工復(fù)雜型面、微細(xì)表面以及柔性零件。特點(diǎn)特種加工方法及分類一般按能量形式和作用原理分類電能與熱能作用方式電火花EDM、線切割WEDM、電子束EBM、等離子PAM電能與化學(xué)能作用方式電解ECM、電鑄、電刷鍍光能與熱能作用方式：激光加工LBM電能與機(jī)械能作用方式：離子束加工IBM聲能與機(jī)械能作用方式：超聲波加工USM化學(xué)能：化學(xué)銑削CHM光能與化學(xué)能作用：光化學(xué)加工PCM液流能與機(jī)械能作用：磨粒流加工AFM、磨料噴射加工AJM、液體噴射加工LJM電化學(xué)能與機(jī)械能作用方式：電解磨削ECG、電解珩磨ECH電火花加工EDM(電能、熱能)電火花加工利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工進(jìn)行電火花加工必須具備的三個(gè)條件：⑴必須采用脈沖電源，以形成瞬時(shí)的脈沖式放電。⑵必須采用自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置，保證微小的放電間隙。⑶火花放電必須具有足夠大的能量密度，且必須在具有一定的絕緣強(qiáng)度的液體介質(zhì)（工作液）中進(jìn)行。電火花加工時(shí),陽極\陰極均受到腐蝕,但二者的蝕除量或蝕除速度是不同的,這種由于極性不同產(chǎn)生的蝕除量不同的現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)極性效應(yīng)陽極表面受到電子撞擊,陰極表面受到正離子撞擊正極性加工短脈沖時(shí)，陽極的蝕除量大于陰極，工件與電源陽極（正極）相接的加工。精加工負(fù)極性加工長脈沖時(shí)，陰極的蝕除量大于陽極，工件與電源陰極（負(fù)極）相接的加工。粗加工電火花加工特點(diǎn)⑴能加工任何導(dǎo)電的難切削材料。可用軟的工具加工硬韌的工件，甚至可加工聚晶金剛石、立方氮化硼一類超硬材料。⑵不產(chǎn)生切削力引起的殘余應(yīng)力和變形，特別適宜復(fù)雜形狀的工件、低剛度工件及微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工。(材料去除是靠放電時(shí)的電熱作用實(shí)現(xiàn)的，電極和工件間不存在切削力)。⑶調(diào)整容易，可以在同一臺(tái)機(jī)床上完成粗、細(xì)、精三個(gè)階段的加工。易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。⑷局限性為：加工速度較慢和工具電極存在損耗，影響加工效率和成形精度。電火花加工的應(yīng)用電火花穿孔電火花型腔加工電火花線切割WEDM電解加工ECM（電化學(xué)）電解加工利用金屬在電解液中可以產(chǎn)生陽極溶解的電化學(xué)原理來進(jìn)行加工的一種方法。電解加工特點(diǎn)⑴能加工各種硬度與強(qiáng)度的金屬材料⑵生產(chǎn)率高，是特種加工中最快的方法之一⑶加工中無切削力，不產(chǎn)生殘余應(yīng)力、飛邊與毛刺；表面質(zhì)量高，Ra為1.25～0.2m⑷加工過程中工具陰極無損耗。弱點(diǎn)和局限性：⑴加工穩(wěn)定性不高，不易達(dá)到較高的加工精度⑵電解液過濾、循環(huán)裝置龐大，占地面積大，電解液對(duì)設(shè)備有腐蝕作用⑶電解液及電解產(chǎn)物容易污染環(huán)境。加工各種深孔\型孔\型腔和復(fù)雜成型表面電解去毛刺電解刻字電解加工的應(yīng)用電解整體葉輪深孔擴(kuò)孔加工電解去毛刺電解穿孔、型腔、刻字等視頻電解磨削ECG（復(fù)合加工）

電解磨削屬于電化學(xué)機(jī)械加工（復(fù)合加工）范疇。由電解作用（95%~98%）和機(jī)械磨削作用（2%~5%）相結(jié)合而進(jìn)行加工的，比電解加工的加工精度高，表面粗糙度小，比機(jī)械磨削的生產(chǎn)率高。與電解磨削相近似的還有電解珩磨和電解研磨。導(dǎo)電磨輪電解液電刷工作臺(tái)工件絕緣板導(dǎo)電基體磨料陽極膜激光加工LBM（光能）激光是一種受激輻射而得到的加強(qiáng)光。其基本特征：

◎強(qiáng)度高，亮度大

◎波長頻率確定，單色性好

◎相干性好，相干長度長

◎方向性好，幾乎是一束平行光

工作原理當(dāng)激光束照射到工件表面時(shí)，光能被吸收，轉(zhuǎn)化成熱能，使照射斑點(diǎn)處溫度迅速升高、熔化、氣化而形成小坑，由于熱擴(kuò)散，使斑點(diǎn)周圍金屬熔化，小坑內(nèi)金屬蒸氣迅速膨脹，產(chǎn)生微型爆炸，將熔融物高速噴出并產(chǎn)生一個(gè)方向性很強(qiáng)的反沖擊波，于是在被加工表面上打出一個(gè)上大下小的孔。激光器工件工作臺(tái)激光加工原理圖光闌反射鏡聚焦鏡電源激光加工的特點(diǎn)⑴功率密度高，幾乎能加工所有材料；如高溫合金、鈦合金、石英、金剛石、橡膠等。⑵加工速度快\變形小且工具無損耗；⑶可透過玻璃等透明介質(zhì)對(duì)工件進(jìn)行加工；⑷能聚焦成極細(xì)的激光束，可進(jìn)行精密細(xì)微加工。激光加工的應(yīng)用激光打孔(0.01~1mm)激光切割焦點(diǎn)位置厚度大，割縫寬度僅為0.1～0.2mm.激光焊接激光熱處理等視頻離子束加工IBM（電能、機(jī)械能）離子束加工是利用離子束對(duì)材料進(jìn)行成形和改性的加工方法。加工原理在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)加速與聚焦，使之打到工件表面。離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大千、萬倍,比電子束具有更大的撞擊動(dòng)能，它是靠微觀的機(jī)械撞擊能量而不是靠動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能來加工的。加速到1萬～幾萬電子伏特---離子銑削加速到幾十萬電子伏特---離子鍍膜、離子注入離子束加工特點(diǎn)⑴離子束流密度與離子能量可精確控制，可進(jìn)行“原子級(jí)加工”或“毫微米級(jí)加工”，是所有特種加工方法中最精密最微細(xì)的加工方法,是當(dāng)代毫微米加工技術(shù)的基礎(chǔ).⑵在真空中加工，污染少，工件材料不易氧化。⑶加工應(yīng)力與變形極小，質(zhì)量高。⑷設(shè)備費(fèi)用貴，加工效率低，應(yīng)用受到一定限制。離子束加工的應(yīng)用離子濺射（鍍膜）幾十至幾千電子伏離子刻蝕（銑削）一萬至幾萬電子伏，入射方向25°~30°離子注入>幾十萬電子伏超聲加工USM超聲加工是利用工具作超聲振動(dòng)，通過懸浮液中磨料的高速轟擊進(jìn)行加工的方法。適用于脆硬材料基本原理機(jī)械撞擊拋磨作用空化作用（概念）超聲加工的特點(diǎn)

⑴適合于加工各種硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料。如玻璃、寶石、陶石及各種半導(dǎo)體材料。

⑵工件受力小，變形小。精度可達(dá)0.01一0.05mm，表面粗糙度可達(dá)Ra0.63一0.08。

⑶采用成形法原理加工機(jī)床結(jié)構(gòu)簡