《特種加工工藝基礎》課件

《特種加工工藝基礎》課程簡介本課程介紹特種加工工藝的基本原理、方法和應用。特種加工是指利用特殊方法和設備，對材料進行加工處理，以達到一般加工方法難以實現(xiàn)的性能和效果。課程目標理解特種加工工藝掌握特種加工工藝的基本原理和特點。掌握特種加工技術熟悉常見特種加工工藝的應用場景和操作流程。應用特種加工知識具備解決特種加工實際問題的能力，例如工藝參數(shù)選擇、設備操作等。培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng)提升學生對特種加工工藝的認知和實踐能力，為后續(xù)學習和工作奠定基礎。特種加工工藝的定義和分類1定義特種加工工藝是指利用非傳統(tǒng)加工方法對材料進行加工的技術,比如電火花加工,電化學加工,激光加工等。2分類根據(jù)能量形式和加工原理,特種加工工藝可分為電加工,光加工,束流加工,超聲加工,化學加工等。3應用特種加工工藝廣泛應用于航空航天,模具制造,電子制造等領域,對提高產(chǎn)品精度,效率和質(zhì)量起著重要作用。特種加工工藝的發(fā)展歷程1現(xiàn)代化階段激光加工、等離子加工等新技術2電加工階段電火花加工、電化學加工等技術3傳統(tǒng)加工階段機械加工、磨削加工等傳統(tǒng)工藝特種加工工藝發(fā)展經(jīng)歷了三個階段。最初是傳統(tǒng)機械加工為主，后來出現(xiàn)了電火花加工等電加工技術，最后發(fā)展到現(xiàn)代化的激光加工等高精度加工技術。特種加工工藝的基本原理材料去除特種加工主要通過材料去除實現(xiàn)加工，不同于傳統(tǒng)的切削加工，特種加工利用能量轉化將材料去除。例如，電火花加工利用電火花能量，等離子體加工利用等離子體能量，激光加工利用激光能量。非接觸加工特種加工通常是非接觸加工，即加工工具與工件之間存在一定距離，避免了機械接觸引起的變形、磨損和振動，從而提高加工精度和表面質(zhì)量。電火花加工技術電火花加工（EDM）是一種利用電極與工件之間產(chǎn)生的電火花放電，將工件材料去除的加工方法。電火花加工適用于各種導電材料，如金屬、合金、陶瓷、石墨等，在模具制造、機械加工、精密制造等領域得到廣泛應用。電火花加工工藝參數(shù)及其影響因素脈沖寬度脈沖寬度影響加工效率和表面質(zhì)量。寬度越短，效率越高，表面質(zhì)量越好。脈沖電流脈沖電流影響加工速度和電極磨損。電流越大，速度越快，磨損越嚴重。間隙電壓間隙電壓影響放電能量和加工精度。電壓越高，能量越大，精度越低。冷卻液冷卻液影響加工溫度和表面質(zhì)量。冷卻液能帶走熱量，降低加工溫度，改善表面質(zhì)量。電火花加工設備及其組成工作臺提供工件加工的平臺，并可以根據(jù)加工需求調(diào)整高度和傾斜角度，以滿足不同工件的加工需求。電極電極由金屬材料制成，形狀根據(jù)加工需求設計，在加工過程中與工件產(chǎn)生間隙放電，并通過電火花蝕除工件上的材料?？刂葡到y(tǒng)控制電火花加工過程中的電壓、電流、脈沖寬度、工作液流量等參數(shù)，并控制加工過程的穩(wěn)定性。工作液工作液的作用是冷卻電極、沖洗加工區(qū)域，并帶走加工產(chǎn)生的碎屑，以確保加工的穩(wěn)定性和表面質(zhì)量。電火花加工工件形狀及尺寸精度電火花加工是一種以電極間隙的脈沖放電為能量源的加工方法。電火花加工主要用于加工各種形狀的金屬工件，包括模具、刀具、機械零件等，可以實現(xiàn)高精度、復雜形狀的加工，并能加工難以切削的材料。電火花加工工件的形狀和尺寸精度受多種因素影響，主要包括：電極材料、電極形狀、加工參數(shù)、工件材料等。電火花加工的精度主要取決于電極形狀和加工參數(shù)，可以達到微米級精度。加工表面質(zhì)量主要取決于電極材料、加工參數(shù)和工件材料，可以達到鏡面光潔度。電火花加工的效率主要取決于加工參數(shù)和工件材料，通常比傳統(tǒng)切削加工效率低。電火花加工表面質(zhì)量分析表面粗糙度電火花加工會產(chǎn)生微觀凹坑，影響表面粗糙度。表面硬度電火花加工會提高表面硬度，增強材料耐磨性。表面殘余應力電火花加工過程產(chǎn)生的熱量會造成殘余應力，影響材料性能。表面燒傷電火花加工可能造成表面燒傷，需要進行后續(xù)處理。電化學加工技術電化學加工（ECM）是一種利用電化學反應去除材料的加工方法。在電解液中，工件作為陰極，工具電極作為陽極，在直流電的作用下，工件表面的金屬離子溶解到電解液中，從而達到加工的目的。電化學加工不受材料硬度影響，可加工各種金屬材料，適用于復雜形狀和精細孔的加工。例如，葉片、模具、航空航天零件等。電化學加工工藝參數(shù)及其影響因素電解電壓電解電壓決定電化學反應的進行速度，電壓越高，反應越快，加工速度也越快，但同時也會導致電解液溫度升高，影響工件表面質(zhì)量。電流密度電流密度決定電解液的分解速度，電流密度越大，分解速度越快，加工速度也越快，但同時也會導致電解液溫度升高，影響工件表面質(zhì)量。電解液流量電解液流量決定電解液的更新速度，流量越大，更新速度越快，可以帶走更多的熱量，降低電解液溫度，提高加工效率。電解液溫度電解液溫度會影響電化學反應的速度和效率，溫度越高，反應速度越快，但也會導致電解液的黏度降低，影響加工精度。電化學加工設備及其組成電源系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電，保證電解過程的順利進行。工作臺系統(tǒng)用于固定工件和工具電極，保證加工過程的穩(wěn)定性?？刂葡到y(tǒng)控制加工參數(shù)，例如電流、電壓、加工時間等，實現(xiàn)對加工過程的精準控制。冷卻系統(tǒng)用于冷卻電解液，防止溫度過高，保證加工過程的穩(wěn)定性。電化學加工工件形狀及尺寸精度工件形狀復雜形狀高精度尺寸精度微米級納米級電化學加工可以實現(xiàn)復雜形狀和高精度尺寸的加工，例如微細結構、高深寬比的槽孔和腔體等。尺寸精度可以達到微米級甚至納米級，這在傳統(tǒng)加工方法中很難實現(xiàn)。電化學加工表面質(zhì)量分析表面粗糙度電化學加工表面粗糙度受加工電流密度、電解液濃度、加工速度等因素影響。通常呈現(xiàn)出微觀不規(guī)則的表面形貌，難以達到傳統(tǒng)機械加工的表面光潔度。表面硬度電化學加工會改變材料表面層結構，導致表面硬度變化。表面硬度通常會降低，因為電化學加工會導致材料表面發(fā)生塑性變形。表面殘余應力電化學加工過程中產(chǎn)生的熱量和電化學反應會導致表面殘余應力的產(chǎn)生。殘余應力會影響工件的性能和壽命。等離子體加工技術等離子體加工技術利用等離子體的高溫、高能和活性，實現(xiàn)材料的切割、焊接、表面處理等功能。等離子體加工技術廣泛應用于航空航天、電子信息、汽車制造、醫(yī)療器械等領域。等離子體加工工藝參數(shù)及其影響因素等離子體氣體類型不同氣體影響等離子體溫度、密度、活性，進而影響加工效果。例如，氬氣常用于切割，氧氣用于表面清潔。氣體壓力氣體壓力影響等離子體密度、溫度、電離程度，進而影響加工效率和表面質(zhì)量。射頻功率射頻功率影響等離子體能量密度，進而影響材料的蝕刻速率、加工深度和表面粗糙度。工作距離工作距離影響等離子體與工件之間的能量傳遞效率，進而影響加工效果和表面質(zhì)量。等離子體加工設備及其組成11.等離子體發(fā)生器產(chǎn)生等離子體的核心設備，通過高頻電場或直流電場使氣體電離，形成等離子體。22.工作臺放置工件的平臺，通常配備精密定位機構和冷卻系統(tǒng)。33.真空系統(tǒng)為了降低氣體壓強，提高等離子體密度和穩(wěn)定性，通常使用真空泵抽真空。44.控制系統(tǒng)控制整個加工過程的設備，包括等離子體參數(shù)的調(diào)節(jié)，工件的移動和冷卻系統(tǒng)的控制。等離子體加工工件形狀及尺寸精度等離子體加工可以實現(xiàn)復雜的形狀加工，例如切割、雕刻和打孔。尺寸精度取決于等離子體噴嘴的尺寸、加工速度和材料的性質(zhì)。0.1mm精度等離子體加工的尺寸精度通常在0.1毫米到1毫米之間。10mm切割對于切割應用，切割寬度通常在10毫米到20毫米之間。20mm雕刻對于雕刻應用，雕刻深度通常在10毫米到20毫米之間。等離子體加工表面質(zhì)量分析表面光潔度等離子體加工可產(chǎn)生高質(zhì)量的表面光潔度，減少表面缺陷。表面均勻性等離子體加工可實現(xiàn)表面均勻性，提高產(chǎn)品質(zhì)量。表面紋理通過控制等離子體參數(shù)，可以實現(xiàn)不同的表面紋理。微觀結構等離子體加工可改變材料表面微觀結構，提高性能。激光加工技術激光加工技術是利用激光束的能量，對材料進行切割、焊接、表面處理等加工的技術。激光加工技術具有高精度、高效率、熱影響區(qū)小、易于自動化等特點，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應用。激光加工技術主要包括激光切割、激光焊接、激光表面處理、激光刻蝕、激光打標等。激光加工工藝參數(shù)及其影響因素激光功率功率越高，切割速度越快，熔化深度越深。功率過低，則無法完成切割。激光束直徑激光束直徑影響切割寬度和熱影響區(qū)大小，直徑越大，熱影響區(qū)越大。切割速度速度越快，切割寬度越小，但熔化深度也減小。速度過慢，會導致材料過熱。輔助氣體輔助氣體可保護切割區(qū)域，防止氧化，并清除熔化材料。不同的氣體具有不同的效果。激光加工設備及其組成激光器激光器是激光加工的核心部件，負責產(chǎn)生高能量的激光束。常見的激光器類型包括CO2激光器、固體激光器和光纖激光器。光學系統(tǒng)光學系統(tǒng)負責引導、聚焦和整形激光束，使之能夠精準地照射到工件表面。光學系統(tǒng)通常包含透鏡、反射鏡和光束整形裝置等部件。運動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)負責控制激光束在工件表面上的移動軌跡，保證加工精度和效率。運動控制系統(tǒng)包括電機、驅動器、控制板和傳感器等部件。輔助系統(tǒng)輔助系統(tǒng)包括冷卻系統(tǒng)、氣體供應系統(tǒng)和安全保護系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)確保激光加工設備的正常運行和安全操作。激光加工工件形狀及尺寸精度激光加工能實現(xiàn)復雜形狀的切割和精細的尺寸控制，達到高精度要求?！?.05mm精度激光加工可實現(xiàn)高精度切割，誤差控制在±0.05mm范圍內(nèi)。0.1mm切割寬度激光切割寬度可控制在0.1mm范圍內(nèi)，適用于微型零件加工。0.01mm表面粗糙度激光加工表面光滑度高，粗糙度Ra值可達0.01mm。激光加工表面質(zhì)量分析表面光潔度激光加工表面光潔度高，可達到Ra0.1-0.5μm。表面硬度激光加工可提高表面硬度，可達到HRC50-60。表面微觀結構激光加工可改變表面微觀