参赛作品 先进制造工艺技术

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1、第三章先进制造工艺技术3.1特种加工技术3.2微细加工技术复习思考题3.1特种加工技术3.1.1特种加工技术的特点及应用领域切削加工方法在机械制造业中长期以来占据着难以替代的主导地位。然而，20世纪50年代以来，随着航空航天、核能、电子及汽车等工业的迅速发展，新材料、新结构不断使传统的切削加工方法面临着严峻的挑战，主要表现在：(1)材料难切削，如硬质合金、钛合金、高温合金、耐热不锈钢、聚晶金刚石、石英及其他各种高硬度、高强度、高熔点、高脆性的金属和非金属材料的加工。(2)型面复杂，如涡轮叶片、发动机机匣与模具上的立体型面及

2、炮管、喷嘴、喷丝头零件上的各种异形孔、细微孔和窄缝。(3)结构特殊，如薄壁零件、弹性元件、细长零件等低刚度零件。因此，机械制造业必须开拓新的加工途径，寻求新的加工方法，以适应工业与技术发展。另一方面，科学技术的发展也为机械加工开辟新的加工途径提供了可能。特种加工就是在这种前提条件下产生和发展起来的。表1常用特种加工方法及分类与传统的切削加工方法比，特种加工的主要特点是：(1)范围不受材料力学性能的限制，可加工任何硬、软、脆、耐热或高熔点金属及非金属材料。(2)切削中不存在显著的切削力，可获得良好的表面质量，残余应力、热应力

3、等均比较小。(3)适于加工复杂型面、微细表面以及柔性零件。(4)还可以进一步发展成以多种能量同时作为主要特征的复合加工工艺，如电解磨削、电解电火花及超声电火花加工等。3.1.2电火花加工电火花加工(又称放电加工、电蚀加工，简称EDM)是一种利用脉冲放电对导电材料进行电蚀以去除多余材料的工艺方法。在特种加工中，电火花加工的应用最为广泛，尤其在模具制造业、航空航天等领域占据着极为重要的地位。1.加工原理与特点1)基本原理电火花加工的原理示意图如图3-27所示。加工时，将工具与工件置于具有一定绝缘强度的液体介质中，并分别与脉冲电

4、源的正、负极相连接。调节装置控制工具电极，保证工具与工件间维持正常加工所需的很小的放电间隙。当两极之间的电场强度增加到足够大时，两极间最近点的液体介质被击穿，产生短时间、高能量的火花放电，放电区域的温度瞬时可达10000℃以上，金属被熔化或汽化。灼热的金属蒸气具有很大的压力，引起剧烈的爆炸，而将熔融的金属抛出，金属微粒被液体介质冷却并迅速从间隙中冲走，工件与工具表面形成一个小凹坑(如图3-27(b)、(c)所示)。从以上叙述可以看出，进行电火花加工必须具备下列三个条件：(1)必须采用脉冲电源，以形成瞬时的脉冲式放电。每次放

5、电时间极短，使放电产生的热量来不及传输出去，而集中于微小区域。(2)必须采用自动进给调节装置，保证工具电极与工件电极间微小的放电间隙(0.01～0.05mm)，以维持适宜的火花放电状态。(3)火花放电必须具有足够大的能量密度，且必须在具有一定绝缘强度的液体介质(工作液)中进行。2)工艺特点电火花加工具有以下工艺特点：(1)能加工任何导电的难切削的材料。(2)加工中不存在切削力，因此特别适宜复杂形状的工件、低刚度工件及微细结构的加工。数控技术的采用使得用简单电极加工复杂形状零件更成为可能。(3)由于脉冲参数可根据需要任意调节

6、，因而可在同一台机床上完成粗、细、精三阶段的加工。(4)电火花加工的局限性为加工速度较慢，工具电极存在损耗，影响加工效率和成型精度。2.电火花加工的应用1)电火花穿孔穿孔加工是指贯通的二维型孔的加工(见图3-28)，是电火花加工中应用最广的一种。常加工的型孔有圆孔、方孔、多边形孔、异形孔、曲线孔及小孔、微孔等，例如冷冲模、拉丝模、挤压模、喷嘴、喷丝头上的各种型孔和小孔。穿孔的尺寸精度主要靠工具电极的尺寸和火花放电的间隙来保证。工具电极材料一般为T10A、Cr12、GCr15等。电极的截面轮廓尺寸要比预定加工的型孔尺寸均匀地

7、缩小一个加工间隙，其尺寸精度要比工件高一级，表面粗糙度值要比工件的小，一般精度不低于IT7，表面粗糙度值小于1.25μm，且直线度、平面度和平行度在100mm的长度上不大于0.01mm。放电间隙的大小由加工中采用的电规准决定。为了提高生产率，常采用粗规准蚀除大量金属，再用精规准保证加工质量。为此，可将穿孔加工中的工具电极制成阶梯形，先由头部进行粗加工，接着改用精规准由后部进行精加工。2)电火花型腔加工电火花型腔加工指三维型腔和型面的加工及电火花雕刻，例如加工锻模、压铸模、挤压模、胶木模、塑料模等。型腔加工比较困难，首先是因

8、为均是盲孔加工，金属蚀除量大，工作液循环和电蚀产物排除条件差，工具电极损耗后无法靠进给补偿；其次是加工面积变化大，加工过程中电规准调节范围较大，并由于型腔复杂，电极损耗不均匀，对加工精度影响很大，因此型腔加工生产率低，质量保证有一定困难。3)电火花线切割加工电火花线切割加工简称线切割加工，利用一根运动的