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文檔簡介

1、第一節(jié) 特種加工技術(shù),1、概念:特種加工主要是利用電能、光能、聲能、熱能和化學能對材料進行加工的方法。,引言:,2、特點:,(1)工具的硬度可以低于工件的硬度。,(2)工具與工件無顯著的切削力。,(3)能用簡單的運動加工復雜的型面。,(4)其內(nèi)容包括去除和結(jié)合等加工。,常用特種加工方法有:,電火花加工、電解加工、激光加工、超聲波加工、電子束加工、離子束加工等。,一、加工原理,電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導電材料的特種加工方法,又稱放電加工或電蝕加工,英文簡稱EDM.,電火花加工,電火花加工的基本概念和特點,電火花加工的基本概念:,電火花加工又稱放電加工(El

2、ectrical Discharge Machining 簡稱EMD)。它是在加工過程中,使工具和工件之間不斷產(chǎn)生脈沖性的火花放電,靠放電時產(chǎn)生的局部、瞬時的高溫將金屬蝕除下來。這種利用火花放電產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象對金屬材料進行加工的方法叫電火花加工。,電火花加工的特點: 隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學技術(shù)的進步,具有高熔點、高硬度、高脆性、高粘性、高韌性和高純度的新型材料不斷涌現(xiàn),同時,零件的結(jié)構(gòu)形狀也越來越復雜,這使的采用傳統(tǒng)的機械加工方法難以加工甚至無法加工。因此,電火花加工適應(yīng)了這種要求,得到了廣泛的應(yīng)用。,(1)可以加工難以用金屬切削方法加工的零件,不受材料硬度影響。 (2)由于工具電極與工件電

3、極不直接接觸,沒有機械切削力。所以在制作工具電極時不必考慮其受力特性,工具電極可以做的十分微細,能進行微細加工和復雜型面加工。,1.電火花加工的優(yōu)點:,(3)電火花加工是通過脈沖放電來蝕除金屬材料的,而脈沖電源的參數(shù)隨時可調(diào),因此在同一情況下,只需調(diào)整電參數(shù)即可切換粗、半精、精、超精加工。,(6)線切割加工有厚度極限。,2.電火花加工的局限性:,(1)電火花加工生產(chǎn)效率低。,(2)被加工的工件只能是導體.,(3)存在電極損耗,這就影響了成型精度。,(4)加工表面有變質(zhì)層。,(5)加工過程必須在工作液中進行。電火花加工時放電部位必須在工作液中,否則將引起異常放電。,采用成型工具電極進行仿形電火花

4、加工的方法,電火花加工的分類與發(fā)展概況:,根據(jù)目前電火花設(shè)備使用情況來分,可分為3大類:,1電火花成型加工,2電火花線切割加工,3其他類型電火花加工,利用金屬線作為電極對工件進行切割的方法,如電火花磨削加工、電火花回轉(zhuǎn)加工、電火花研磨、珩磨 以及金屬電火花表面強化、刻字等,電火花加工的發(fā)展概況,國外電火花加工的發(fā)展,目前計算機技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域,電火花加工實現(xiàn)了數(shù)控化和無人化。美國、日本的一些電火花加工設(shè)備生產(chǎn)公司依靠其精密機械制造的雄厚實力,通過兩軸、三軸和多軸數(shù)控系統(tǒng)、自動工具交換系統(tǒng)及采用多方向伺服的平動、搖動方案,解決了電火花加工技術(shù)中一系列實質(zhì)性的問題。隨著具有高精度、高剛度、高

5、自動化、高加工表面粗糙度的機床不斷出現(xiàn),使加工的功能及范圍不斷擴大。如今,在國際上,電火花加工可以加工大至數(shù)十噸重的模具和零件,小至只有幾微米的微孔。 在電火花線切割方面,目前已過渡到全面計算機控制的階段。變截面三維圖形的線切割工藝、自動穿絲系統(tǒng)及鏡面線切割技術(shù)都已達到了實用化階段。,我國電火花加工的發(fā)展,20世紀50年代初期,我國開始研究和試制電火花鍍敷設(shè)備,即把硬質(zhì)合金用電火花工藝鍍敷在高速鋼金屬切削刀具和冷沖模刃口上,提高金屬切削刀具和模具的使用壽命。同時我國還成功研制了電火花穿孔機,并廣泛應(yīng)用于柴油機噴嘴小孔的加工。 60年代初,上海科學院電工研究所成功研制了我國第一臺靠模仿形電火花線

6、切割 機床。隨后又出現(xiàn)了具有我國特色的冷沖模工藝,即直接采用凸模打凹模的方法,使凸凹模配合的均勻性得到了保證,大大簡化了工藝過程。 60年代末,上海電表廠張維良工程師在陽極切割的基礎(chǔ)上發(fā)明了我國獨有的高速走絲線切割機床。上海復旦大學研制出電火花線切割數(shù)控系統(tǒng)。 70年代隨著電火花工藝裝備的不斷進步,電火花型腔模具成型加工工藝已經(jīng)成熟。線切割工藝也從加工小型冷沖模發(fā)展到可以加工中型和較大型模具。切割厚度不斷增加,加工精度也不斷提高。 80年代以來計算機技術(shù)飛速發(fā)展,電火花加工也引進了數(shù)控技術(shù)和電腦編程技術(shù),數(shù)控系統(tǒng)的普及,使人們從繁重、瑣碎的編程工作中解放出來,極大的提高了效率。,電火花加工的基

7、本原理:,電火花加工基于電火花腐蝕原理,是在工具電極與工件電極相互靠近時,極間形成脈沖性火花放電,在電火花通道中產(chǎn)生瞬時高溫,使局部金屬融化,甚至汽化,從而將金屬蝕除下來。這一過程大致分為以下幾個階段:,(1)極間介質(zhì)的電離、擊穿,形成放電通道,放電通道是有大量帶正電和負電的粒子以及中型粒子組成,帶電粒子高速運動,相互碰撞,產(chǎn)生大量熱能,使通道溫度升高,通道中心溫度可達到10000攝氏度以上。由于放電開始階段通道截面很小,而通道內(nèi)有高溫熱膨脹形成的壓力高達幾萬帕,高溫高壓的放電通道急速擴展,產(chǎn)生一個強烈的沖擊波向四周傳播。在放電的同時還伴隨著光效應(yīng)和聲效應(yīng),這就形成了肉眼所能看到的電火花。,液

8、體介質(zhì)被電離、擊穿,形成放電通道后,通道間帶負電的粒子奔向正極,帶正電的粒子奔向負極,粒子間相互撞擊,產(chǎn)生大量的熱能,使通道瞬間達到很高的溫度。通道高溫首先使工作液汽化,進而氣化,然后高溫向四周擴散,使兩電極表面的金屬材料開始融化直至沸騰氣化。氣化后的工作液和金屬蒸汽瞬間體積猛增,形成了爆炸的特性。所以在觀察電火花加工時,可以看到工件與工具電極間有冒煙現(xiàn)象并聽到輕微的爆炸聲。,(3)電極材料的拋出,正負電極間產(chǎn)生的電火花現(xiàn)象,使放電通道產(chǎn)生高溫高壓。通道中心的壓力最高,工作液和金屬汽化后不斷向外膨脹,形成內(nèi)外瞬間壓力差,高壓力處的熔融金屬液體和蒸汽被排擠,拋出放電通道,大部分被拋入到工作液中。

9、加工中看到的桔紅色火花就是被拋出的高溫金屬熔滴和碎屑。,(2)電極材料的融化,汽化熱膨脹,(4)極間介質(zhì)的消電離,在電火花放電加工過程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物如果來不及排除和擴散, 那么產(chǎn)生的熱量將不能及時傳出,使該處介質(zhì)局部過熱,局部過熱的工作液高溫分解,結(jié)碳,使加工無法進行,并燒壞電極。因此為了保證電火花加工過程的正常進行,在兩次放電之間必須有足夠的時間間隔讓電蝕產(chǎn)物充分排除,恢復放電通道的絕緣性,使工作液介質(zhì)消電離,實際上,電火花加工的過程遠比上述復雜,它是電力、磁力、熱力、流體動力、電化學和膠體化學等綜合作用的過程。到目前為止, 人們對電火花加工過程的了解還有限,需要進一步研究。,加工原理圖,

10、二、特點,1、穿孔加工,2、型腔加工,3、線切割,4、打印標記,三、應(yīng)用,能加工普通切削加工方法難以切削的材料和復雜形狀工件;加工時無切削力;不產(chǎn)生毛刺和刀痕溝紋等缺陷;工具電極材料無須比工件材料硬;直接使用電能加工,便于實現(xiàn)自動化;加工后表面產(chǎn)生變質(zhì)層,在某些應(yīng)用中須進一步去除;工作液的凈化和加工中產(chǎn)生的煙霧污染處理比較麻煩。,主要用于加工具有復雜形狀的型孔和型腔的模具和零件;加工各種硬、脆材料,如硬質(zhì)合金和淬火鋼等;加工深細孔、異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等;加工各種成形刀具、樣板和螺紋環(huán)規(guī)等工具和量具。,線切割,視頻,一、加工原理,利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的電化學原理對工件進行成形

11、加工的一種方法。,二、特點和應(yīng)用,電解加工,用于型孔、型腔、復雜型面、深小孔、套料、膛線、去毛刺、刻印等加工。,一、電解加工的基本原理,二、電解加工的基本概念,電解加工有叫電化學加工,包括從工件上去除金屬的電解加工和向工件上沉積金屬的電鍍、涂覆加工兩大類,生產(chǎn)率、極間間隙、電解液、加工精度和表面質(zhì)量,三、電解加工的特點、方法和應(yīng)用,電解加工的特點: 1、可以一次加工出形狀復雜的型腔、型面和型孔; 2、能加工任意金屬材料; 3、適用于易變形和薄壁零件的加工; 4、生產(chǎn)效率高等。 主要用于成批生產(chǎn)具有復雜形狀的型腔、型面和型孔以及難切削材料等。其種類繁多如電解磨削、充氣電解加工等。,一、加工原理,

12、利用光能進行加工的方法。,二、特點和應(yīng)用,激光加工,1、激光打孔,2、激光切割,3、激光焊接,4、激光熱處理,一、激光加工的基本原理,激光加工是30年前美國首先投人工業(yè)生產(chǎn)的新型加工手段,現(xiàn)已形成一種重要的新興產(chǎn)業(yè),廣泛地用于機械工業(yè)、電子工業(yè)、國防和人民生活等許多領(lǐng)域。,二、激光加工的特點、方法及應(yīng)用,1.可以加工各種金屬材料和非金屬材料; 2.激光加工不需要工具,易實現(xiàn)加工過程自動化; 3.激光可透過玻璃等材料對工件進行加工; 4.可以實現(xiàn)精密微細加工; 5.激光可以進行表面熱處理、焊接、切剖、打孔、雕刻及微細加工等多種加工。,一、加工原理,利用聲能進行加工的方法。,二、特點和應(yīng)用,超聲波

13、加工,超聲波加工適合于加工各種硬脆材料,特別是不導電的非金屬材料,例如玻璃、陶瓷、石英、鍺、硅、瑪瑙、寶石、金剛石等。,一、超聲波加工的基本原理,聲波頻率超過16000Hz被稱為超聲波。超聲波加工是利用超聲波振動的沖擊磨料對工件進行加工的一種方法,它不僅能加工脆硬金屬材料而且適合于加工不導電的腕硬非金屬材料,如玻璃、陶瓷等。同時超聲波還可用于清洗、焊接和探傷等。,二、超聲波加工的特點、方法及應(yīng)用,1、超聲波加工適合于加工各種脆硬材料,材料越是脆硬,越適宜超聲波加工; 2、超聲波可用于加工薄壁、薄片等易變形零件,加工精度高; 3、超聲波加工設(shè)備簡單,但生產(chǎn)效率低。 加工方法可采用超聲波直接加工、超聲波旋轉(zhuǎn)加工、超聲波機械復合加工、超聲波焊接、涂覆、清洗等。,電子束加工,電子束加工是近年來得到較大發(fā)展的特種加工方法,在精密微細加工方面,尤其是在微電子學領(lǐng)域中得到較多的應(yīng)用。電子束加工主要用于打孔

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