第7章 机械加式技术

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1、第7章特种加工与精密加工电火花加工7.1激光加工7.2超声波加工7.3精密加工7.47.1电火花加工电火花加工是在一定的介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方法。从20世纪40年代开始对它进行研究并逐步应用于生产。初期的电火花加工由于放电频率低，加工速度慢，电极损耗大，所以应用范围受到一定限制。随着加工速度和电极损耗等加工特性的改善，而得到广泛应用。从1m大小的金属模具到数微米的孔和槽都可以加工。1．电火花加工的基本原理如图7-1所示，工具电极4与工件6一起置于介质5（煤油或其他液体）中，并分别与脉冲电源1的负极

2、和正极相连接。加工时，送进机构2移动工具电极使其逐渐趋近工件，当工具电极与工件之间的间隙小到一定程度时，介质被击穿，在间隙中发生脉冲放电。放电的持续时间极短，只有10−8～10−6s，而瞬时的电流密度极大，可达10−5～107A/cm2，温度可高达10 000℃以上，致使工件表面局部金属材料被软化、熔化甚至汽化。在瞬时放电的爆炸力作用下，熔化、汽化了的金属材料被抛入液体介质冷凝成微小的颗粒，并从放电间隙中排除出去。每次放电即在工件表面形成一个微小的凹坑（称为电蚀），连续不断的脉冲放电，使工件表面不断地被蚀除，因而逐渐完成加工要求。脉冲放电过程中，

3、由间隙自动调节器驱动工具电极自动进给，保持其与工件的间隙，以维持持续的放电。图7.1电火花加工原理1—脉冲电源2—送进机构及间歇自动调节器3—床身4—工具电极5—介质6—工件2．电火花加工的特点（1）由于放电通道中电流密度很大，局部区域内产生的高温足以熔化甚至汽化任何导电材料，因此，利用电火花能加工各种具有导电性能的硬、脆、软、韧材料。（2）加工时无切削力，适于加工小孔、薄壁、窄腔槽及各种复杂的型孔、型腔、曲线孔等，也适用于精密细微加工。（3）加工时，由于脉冲能量间断地以极短的时间作用在工件上，整个工件几乎不受热的影响，有利于提高加工精度和加工表

4、面质量，也有利于加工热敏感性强的材料。（4）便于实现加工过程自动化。（5）电极（工具）消耗较大。3．电火花加工的应用电火花加工的效率远比金属切削加工低，因此，只有在难以进行切削的情况下，如工件形状复杂、材料太硬等，才采用电火花加工。在工艺应用上，电火花加工的常见形式如下。（1）电火花成形加工包括穿孔和型腔加工两类。电火花穿孔加工应用最为广泛，常用来加工冲裁模、复合模、级进模等冲模的凹模和固定板、卸料板等零件的型孔，以及拉丝模、拉深模等零件的型孔。电火花型腔加工则常用于加工锻模、压铸模、挤压模、塑料压模等模具型腔和叶片、整体式叶轮等复杂曲面零件。（

5、2）电火花小孔加工可加工直径为0.1～1mm、长径比小于20的小孔，如喷嘴小孔、航空发动机气冷孔、辊筒、筛网上的小孔等。（3）电火花精密细微加工一般指加工直径小于0.1mm的孔或宽度小于0.1mm的槽。（4）电火花线电极切割（线切割），用于切割各种冲模和具有直纹面的零件，以及进行下料、截割和窄缝加工。（5）电火花磨削平面、内外圆、小孔等，如拉丝模、挤压模、微型轴承内环、偏心钻套等。（6）电火花螺纹加工适用于加工螺纹环规和螺纹加工工具。7.2激光加工激光加工是指利用功率密度极高的激光束照射工件的被加工部位，使其材料瞬间熔化或蒸发，并在冲击波作用下，

6、将熔融物质喷射出去，从而对工件进行穿孔、蚀刻、切割，或采用较小能量密度，使加工区域材料熔融黏合，对工件进行焊接的一种加工方法。激光加工中常用的激光器有固体激光器和气体激光器两类。1．激光加工的基本原理激光加工的原理如图7.3所示。固体激光器由激光工作物质2（一般采用红宝石或掺钕离子的钇铝石榴石）、激励光源3（一般用脉冲氙灯）、全反射镜1和部分反射镜4构成的光谐振腔组成。当工作物质被激励光源照射时，在一定条件下可使工作物质中亚稳态粒子数反转，引起受激辐射，形成光放大，并通过光谐振腔的作用产生光的振荡，由部分反射镜输出激光，经透镜5聚焦到工件6的待加

7、工表面，从而实现对工件的加工。图7.3固体激光器加工原理图1—全反射镜2—激光工作物质3—激励光源4—部分反射镜5—透镜6—工件2．激光加工的特点（1）加工范围广。激光的功率密度很高（可达107～1010W/cm2），几乎能加工所有材料，包括用普通方法难以加工的硬度高、脆性大、熔点高的金属材料，以及陶瓷、金刚石、石英、宝石等非金属材料。（2）生产率高。激光加热速度快，生产效率高，打一个小孔一般只需0.01s左右，特别是对金刚石、宝石等特硬材料，打孔时间不足切削加工的1%。由于加热局限在很小的范围，所以热影响区小，工件热变形小。（3）无须工具。激光

8、加工属于非接触加工，不需要工具，无切削加工的受力变形。（4）能加工细微小孔、窄缝。激光能聚焦成极细的光束，可以加工直径为1～0.01mm