《鐵路運輸設(shè)備》-11

項目十一特種加工技術(shù)任務(wù)一

認識電火花加工任務(wù)二

認識電解加工特種加工是相對于傳統(tǒng)切削加工而言的，是指直接利用電能、聲能、光能、化學(xué)能和熱能等能量形式進行加工工件的方法的總稱。特種加工與傳統(tǒng)加工相比，具有以下特點。特種加工為非接觸加工，加工過程中沒有明顯的切削力作用，因此，對工具和工件的強度、硬度和剛度均沒有嚴格要求。特種加工主要采用電能、聲能、光能、化學(xué)能和熱能等能量去除多余的材料，而不是靠機械能量切除多余的材料。因此，加工時不存在宏觀的切屑，不產(chǎn)生塑性變形，故可以獲得較低的表面粗糙度輪廓。特種加工時，由于沒有明顯的切削力作用，一般不會產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。加工中，熱變形小，產(chǎn)生的應(yīng)力小，易于獲得好的加工質(zhì)量，且可在一次安裝中完成工件的粗、精加工。電火花加工是指在一定的介質(zhì)中，通過工具電極和工件電極之間在脈沖火花放電時產(chǎn)生的局部高溫作用來蝕除金屬材料，使工件的尺寸、形狀和表面質(zhì)量達到技術(shù)要求的一種加工方法。常用的電火花加工方法有電火花成形加工和電火花線切割加工兩種。一、電火花成形加工電火花加工是通過工具電極與工件之間的極間電壓使電解液電離形成火花放電，并在火花通道中瞬時產(chǎn)生大量熱能，使金屬局部熔化甚至氣化，從而實現(xiàn)成形加工的。一、電火花成形加工1．加工原理如右圖所示，在電火花成形加工時，脈沖電源會產(chǎn)生一連串脈沖電壓，施加在浸入工作液（一種絕緣液體，一般用煤油）中的工具電極和工件電極之間。脈沖電壓一般為直流100V左右，由于工具電極和工件電極的表面凹凸不平，所以當兩極之間的間隙很小時，極間某些點處的電場強度急劇增大，引起絕緣液體的局部電離，形成放電通道。在電場力作用下，通道內(nèi)的電子高速奔向陽極，正離子奔向陰極，產(chǎn)生火花放電?；鸹ǖ臏囟雀哌_5000℃左右，使電極表面局部金屬迅速熔化甚至氣化。由于一個脈沖時間極短，所以熔化和氣化的速度都非?？?，甚至具有爆炸效果。在這樣的高壓力作用下，已經(jīng)熔化和氣化的材料就從工件表面迅速被拋離。如此反復(fù)，使工件表面的余量被蝕除，從而達到成形加工的目的。一、電火花成形加工2．極性效應(yīng)在脈沖放電過程中，由工件和工具構(gòu)成的陰、陽電極都會被蝕除，但其蝕除速度不同，這種現(xiàn)象稱為極性效應(yīng)。將工件接陽極加工時，稱為正極性加工；將工件接陰極加工時，稱為負極性加工。產(chǎn)生極性效應(yīng)的基本原因是由于電子的質(zhì)量小，慣性小，能夠很快地獲得高速度到達陽極，轟擊陽極表面；而正離子由于質(zhì)量大，慣性也大，在相同時間內(nèi)獲得的速度遠小于電子。所以，當用較短脈沖加工時，大部分正離子還未到達陰極表面，脈沖便已結(jié)束，故陰極的蝕除量小于陽極；當用較長脈沖加工時，正離子有足夠的時間加速，能獲得較大的運動速度，并有足夠的時間到達陰極表面，同時由于它的質(zhì)量較大，這就使得正離子對陰極的轟擊作用遠大于電子對陽極的轟擊作用，造成陰極的蝕除量大于陽極。由以上分析可知，短脈沖時，選正極性加工，適用于精加工；長脈沖時，選負極性加工，適用于粗加工和半精加工。一、電火花成形加工3．加工特點①電火花成形加工時不會產(chǎn)生任何切削力，不會對工件產(chǎn)生額外的負擔，因此有利于小孔、薄壁、窄槽及各種復(fù)雜形狀零件的加工，也適用于精密微細加工。②脈沖參數(shù)可任意調(diào)節(jié)，可以在不更換機床的情況下連續(xù)進行粗、半精、精加工，并且精加工后精度比普通加工方法高。③加工范圍非常廣，可以加工任何硬、脆、軟及高熔點的導(dǎo)電材料，在一定條件下，甚至可以加工半導(dǎo)體和絕緣材料。④當脈沖寬度不大時，對于整個工件而言，幾乎不受熱力影響，可以減少熱影響層，提高加工表面質(zhì)量，因此適用于加工熱敏感材料。⑤可以在淬火后進行加工，以避免淬火變形對工件尺寸和形狀的影響。⑥加工速度慢，生產(chǎn)率低，且工具電極易于損耗，影響工件的加工精度。一、電火花成形加工4．電火花成形加工的應(yīng)用（1）穿孔加工穿孔加工可以加工各種圓孔、方孔和多邊形孔等型孔，彎孔和螺旋孔等曲線孔，以及直徑在0.01～1mm之間的微細小孔。（2）型腔加工和曲面加工型腔加工可以加工各類型腔模和各種復(fù)雜的型腔零件，如壓鑄模、落料模、復(fù)合模及擠壓模等型腔，還可以加工葉輪、葉片等各種曲面。（3）其他加工電火花加工還可用來磨削平面、進行表面強化、打印標記和雕刻花紋等。二、電火花線切割加工電火花線切割加工是利用連續(xù)移動的電極絲作工具陰極，按照預(yù)定的軌跡進行脈沖放電，與工件陽極間產(chǎn)生電蝕而實現(xiàn)切割加工的。二、電火花線切割加工1．加工原理如下圖所示，電火花線切割加工時，脈沖電源一極接工件，另一極接電極絲。電極絲穿過工件上預(yù)先加工出的小孔，經(jīng)導(dǎo)軌由儲絲筒帶動做正、反向往復(fù)交替移動。電極絲與工件始終保持在0.01mm左右的放電間隙，期間注入工作液。工作臺帶動工件在水平面的X、Y兩個坐標方向各自作進給運動，以加工零件。二、電火花線切割加工2．適用范圍電火花線切割加工的零件精度較高，廣泛應(yīng)用于加工各種硬質(zhì)合金和淬火鋼的沖模、樣板，各種形狀復(fù)雜的精細小零件和窄縫等，并可多件疊加起來加工，以獲得一致的尺寸。課堂討論——總結(jié)電火花線切割機床的工作原理在參觀學(xué)校實驗室時，小青發(fā)現(xiàn)了一臺電火花線切割機床，這臺機床正在工作，它是通過鉬絲來對工件進行加工的。小青對這臺電火花線切割機床的工作原理很感興趣，就詢問實驗室的老師。通過老師的講解，她基本了解了這臺機床的工作原理。同學(xué)們肯定也很好奇它的工作原理，通過學(xué)習(xí)了解后，請大家總結(jié)一下電火花線切割機床的工作原理吧！知識拓展——電子束加工1．加工原理電子束加工是利用高能量會聚電子束的熱效應(yīng)或電離效應(yīng)對材料進行加工的方法。如右圖所示，電子束加工時，在真空條件下，利用電流加熱陰極發(fā)射電子束，經(jīng)控制柵極初步聚焦后，由加速陽極加速，通過透鏡聚焦系統(tǒng)進一步聚焦，使能量密度集中在直徑5～10μm的斑點內(nèi)。高速而能量密集的電子束沖擊到工件上，被沖擊點在極短時間內(nèi)形成幾千攝氏度的瞬時高溫，工件表面局部熔化、氣化直至被蒸發(fā)去除。知識拓展——電子束加工2．加工特點及應(yīng)用（1）加工特點①電子束可以微細聚焦，是一種精密微細的加工方法。②電子束加工的能量密度高、生產(chǎn)率高。③可以通過電場或磁場對電子束的強度、位置和聚焦等直接進行控制，使整個加工系統(tǒng)易實現(xiàn)自動化。④整個加工系統(tǒng)價格較貴，生產(chǎn)中受到一定的限制。（2）適用范圍電子束加工的被加工材料范圍廣，各種硬脆性、韌性、導(dǎo)體、非導(dǎo)體、熱敏性、易氧化材料以及金屬、非金屬材料都可以加工；常用于加工精微深孔和窄縫，還可以用于焊接、熱處理、切割和蝕刻等。任務(wù)一

認識電火花加工任務(wù)二

認識電解加工電解加工又稱電化學(xué)加工，是利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的電化學(xué)原理將工件加工成形的。如下圖圖（a）所示，電解加工時，工件接陽極，工具接陰極，兩極之間保持較小的間隙（一般為0.02～0.7mm），且充滿高速流動的可導(dǎo)電電解液。在兩極之間接上低電壓、大電流的穩(wěn)壓直流電源，使陽極工件表面的金屬溶解，而溶解的產(chǎn)物會迅速被高速流動的電解液沖走，使陽極的溶解能不斷地進行。一、加工原理

（a）（b）（c）

一、銑刀的分類電解開始時，陰、陽極間各點距離不等，電流密度不等，陰、陽極距離較近處的電流密度較大，電解液的流速較高，陽極溶解速度較快，如上頁圖圖（b）所示。由于工具相對于工件表面不斷進給，故工件表面不斷被電解，電解產(chǎn)物不斷被電解液帶走，直至工件表面形成與陽極表面基本相似的形狀為止，如上頁圖圖（c）所示。二、加工特點①電解加工可以加工高硬度、高強度和高韌性的材料，并且可以一次性加工出形狀復(fù)雜的型面和型腔，且不產(chǎn)生毛刺。②電解加工中，工具電極是陰極，陰極上只發(fā)生氫氣和沉淀而無溶解作用，因此工具電極無損耗。③加工過程中，無機械力和切削熱的作用，因此不存在應(yīng)力和變形。④電解加工的生產(chǎn)率較高，約為電火花加工的5～10倍，且生產(chǎn)率不受加工精度和表面粗糙度輪廓的限制。⑤電解液對機床有腐蝕作用，因此電解加工機床需采用防腐措施，且電解物難以處理和回收，對環(huán)境污染嚴重。三、適用范圍電解加工廣泛應(yīng)用于加工模具型腔、槍炮膛線、發(fā)（電）動機葉片、花鍵孔、內(nèi)齒輪、深孔，以及電解拋光、倒棱和去毛刺等。課堂討論——總結(jié)點解加工與電火花加工的異同電解加工是利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的電化學(xué)原理將工件加工成形的，它與電火花加工有什么異同呢？請同學(xué)們分組討論一下。知識拓展——超聲波加工和激光加工1．超聲波加工超聲波加工是利用工具作超聲振動，帶動工件和工具間的磨料懸浮液來沖擊和拋磨工件的被加工部位，使其局部材料破碎成粉末，以進行穿孔、切割和研磨的加工方法。（1）加工原理如右圖所示，超聲波加工時，在工件和工具之間注入液體和磨料混合的懸浮液，并使工具以很小的力輕輕壓在工件上。超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲頻振蕩，通過換能器轉(zhuǎn)化為超聲頻振動。此時的振幅一般較小，再通過變幅桿（用來擴大振幅），使固定在變幅桿端部的工具振幅增大到0.01～0.15mm。磨料在工具的超聲頻振動（16～25kHz）作用下，以高速不斷撞擊、拋磨工件表面，實現(xiàn)加工。知識拓展——超聲波加工和激光加工（2）適用范圍超聲波可以用來切割、雕刻、研磨、清洗、焊接和探傷等，目前超聲波主要用于加工各種脆硬材料（特別是不導(dǎo)電的非金屬材料，如玻璃、陶瓷、石英、石墨和金剛石等）上的圓孔、型孔和微細孔等。2．激光加工激光加工是指利用功率密度極高的激光束照射工件的被加工部位，使其材料瞬間熔化或蒸發(fā)，并在沖擊波作用下，將熔融物質(zhì)噴射出去，從而對工件進行穿孔、蝕刻和切割；或采用較小能量密度使加工區(qū)域材料熔融黏合，對工件進行焊接的方法。知識拓展——超聲波加工和激光加工（1）加工原理如下圖所示，激光加工時，通過一系列裝置把光的能量高度集中在一個極小的面積上，產(chǎn)生幾萬攝氏度的高溫，使金屬或非金屬材料立即氣化蒸發(fā)，并產(chǎn)生強烈的沖擊波，使熔化物質(zhì)呈爆炸式噴射去除，從而在工件上加工出孔、窄縫及其他形狀的表面。知識拓展——超聲波加工和激光加工（2）加工特點1）適用范圍廣激光加工幾乎可以對所有的金屬材料和非金屬材料都進行加工，特別是適用于堅硬材料和難熔材料的微小孔加工。2）加工效率高激光加工的生產(chǎn)率比較高，例如，使用激光加工打一個孔只需要0.001s。3）加工質(zhì)量好因為激光加工不使用刀具，并且可以通過空氣、惰性氣體或光學(xué)透明介質(zhì)進行加工，因此，激光加工無機械變形，熱變形也很小。4）可進行微細加工激光光斑可聚焦到微米級，輸出功率可以調(diào)節(jié)，因此可進行微細加工。知識拓展——超聲波加工和激光加工（3）激光加工的應(yīng)用1）激光打