机械制造特种加工技术

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1、机械制造技术基础3.6特种加工技术NontraditionalmachiningTechnology非传统加工又称特种加工，通常被理解为别于传统切削与磨削加工方法的总称。非传统加工方法产生于二次大战后。两方面问题传统机械加工方法难于解决：1）难加工材料的加工问题。宇航工业等对材料高强度、高硬度、高韧性、耐高温、耐高压、耐低温等的要求，使新材料不断涌现。2）复杂形面、薄壁、小孔、窄缝等特殊工件加工问题。为解决上面两方面问题，出现了非传统加工方法。非传统加工方法将电、磁、声、光等物理量及化学能量或其组合直接施加在工件被加工的部位上，从而使材料被去除、累加、变形或改变性能等。

2、3.6.1特种加工技术概述非传统加工方法主要不是依靠机械能，而是用其它能量（如电能、光能、声能、热能、化学能等）去除材料。非传统加工方法由于工具不受显著切削力的作用，对工具和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求。一般不会产生加工硬化现象。且工件加工部位变形小，发热少，或发热仅局限于工件表层加工部位很小区域内，工件热变形小，加工应力也小，易于获得好的加工质量。加工中能量易于转换和控制，有利于保证加工精度和提高加工效率。非传统加工方法的材料去除速度，一般低于常规加工方法，这也是目前常规加工方法仍占主导地位的主要原因。非传统加工方法特点3.6.1特种加工技术概述机械过程利用机

3、械力，使材料产生剪切、断裂，以去除材料。如超声波加工、水喷射加工、磨料流加工等。非传统加工方法分类（按加工机理和采用的能源划分）热学过程通过电、光、化学能等产生瞬时高温，熔化并去除材料，如电火花加工、高能束加工、热力去毛刺等。电化学过程利用电能转换为化学能对材料进行加工，如电解加工、电铸加工（金属离子沉积）等。化学过程利用化学溶剂对材料的腐蚀、溶解，去除材料，如化学蚀刻、化学铣削等。3.6.1特种加工技术概述复合过程利用机械、热、化学、电化学的复合作用，去除材料。常见的复合形式有：◎机械化学复合——如机械化学抛光、电解磨削、电镀珩磨等。◎机械热能复合——如加热切削、低温

4、切削等。◎热能化学能复合——如电解电火花加工等。◎其它复合过程——如超声切削、超声电解磨削、磁力抛光（图3-61）等。工件（陶瓷滚柱）磁性材料磁极振动运动图3-61磁力抛光示意图NS3.6.1特种加工技术概述特种加工方法能量形式作用原理英文缩写电火花加工成形加工电能、热能熔化、气化EDM线切割加工电能、热能熔化、气化WEDM电化学加工电解加工电化学能阳极溶解ECM电解磨削电化学机械能阳极溶解磨削EGM电铸、电镀电化学能阴极沉积EFMEPM激光加工切割、打孔光能、热能熔化、气化LBM表面改性光能、热能熔化、相变LBT电子束加工切割、打孔电能、热能熔化、气化EBM离子束加工

5、刻蚀、镀膜电能、动能原子撞击IBM超声加工切割、打孔声能、机械能磨料高频撞击USM常用特种加工方法分类表拓宽现有非传统加工方法的应用领域。探索新的加工方法，研究和开发新的元器件。优化工艺参数，完善现有的加工工艺。向微型化、精密化发展。采用数控、自适应控制、CAD/CAM、专家系统等技术，提高加工过程自动化、柔性化程度。发展趋势图3-62EI收录文章数比较70年代80年代90年代20841104232142244424214441321252353316激光加工电火花加工超声加工电化学加工★图3-62反映了学术界和工程界对几种非传统加工方法的关注程度。3.6.1特种加工技

6、术概述工作原理：利用工具电极与工件电极之间脉冲性火花放电，产生瞬时高温，工件材料被熔化和气化。同时，该处绝缘液体也被局部加热，急速气化，体积发生膨胀，随之产生很高的压力。在这种高压作用下，已经熔化、气化的材料就从工件的表面迅速被除去。◆4个阶段：1）介质电离、击穿，形成放电通道；2）火花放电产生熔化、气化、热膨胀；3）抛出蚀除物；4）间隙介质消电离（恢复绝缘状态）。电火花加工3.6.2几种代表性特种加工方法图3-63电火花加工原理图进给系统放电间隙工具电极工件电极直流脉冲电源工作液图3-64电火花加工机床3.6.2几种代表性特种加工方法电极材料——要求导电，损耗小，易加

7、工；常用材料：紫铜、石墨、铸铁、钢、黄铜等，其中石墨最常用。工作液——主要功能压缩放电通道区域，提高放电能量密度，加速蚀物排出；常用工作液有煤油、机油、去离子水、乳化液等。放电间隙——合理的间隙是保证火花放电的必要条件。为保持适当的放电间隙，在加工过程中，需采用自动调节器控制机床进给系统，并带动工具电极缓慢向工件进给。工作要素脉冲宽度与间隔——影响加工速度、表面粗糙度、电极消耗和表面组织等。脉冲频率高、持续时间短，则每个脉冲去除金属量少，表面粗糙度值小，但加工速度低。通常放电持续时间在2μs至2ms范围内，各个脉冲的能量2mJ到20J（电