金属材料及机械制造工艺项目五特种加工设备及加工方法的选择

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1、项目五特种加工设备及加工方法的选择任务1特种加工概述任务2电火花加工任务3电化学加工任务4超声波加工任务5高能束加工【知识目标】1.了解特种加工的原理及特点；2.理解电火花特种加工方法的特点及工艺方法；3.了解电化学加工、超声波加工、高能束加工的原理及工艺特点。【能力目标】具有根据零件的要求合理选择相应的特种加工设备及加工方法的能力。任务1特种加工概述1.1特种加工的产生及发展传统的机械切削加工已有很久的历史。切削加工的本质和特点是：一是利用的刀具材料比工件更硬；二是利用机械能把工件上多余的材料切除。但是当工件材料愈来愈硬，加工表面愈来愈复杂时，

2、原先行之有效的切削加工对保证生产率和加工质量已力不从心，甚至变得无能为力了。于是人们开始探索其他加工方法。随着社会生产的需要和科学技术的进步，20世纪40年代，科学家在研究火花放电时开关触点遭受腐蚀损坏的现象，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、汽化而被蚀除掉，于是开创和发明了电火花加工方法，用铜丝在淬火钢上加工出小孔，即用软的工具加工硬的金属材料，首次摆脱了传统的切削方法，直接利用电能和热能来去除金属，获得了“以柔克刚”的效果。进入20世纪50年代以后，随着生产和科技的发展，许多工业部门，特别是国防工业部门要求尖端科技产品向高精度、高速度、高

3、温、高压、大功率、小型化等方向发展，它们所使用的材料愈来愈难加工，零件形状愈来愈复杂，表面精度、粗糙度和某些特殊要求也愈来愈高。为解决上述一系列工艺问题，人们相继探索研究新的加工方法。特种加工就是在这种条件下产生和发展起来的。　　后来，由于各种先进技术的不断应用，产生了多种有别于传统机械加工的新加工方法。这些新加工方法从广义上定义为特种加工，也被称为非传统加工技术，其加工原理是将电、热、光、声、化学等能量或其组合施加到工件被加工的部位上，从而实现材料去除。1.2特种加工的特点与传统的机械加工相比，特种加工的不同点是：(1)不是主要依靠机械能，而是

4、主要利用其他能量(如电、化学、光、声、热等)去除金属材料。(2)加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力，故加工的难易与工件硬度无关。(3)各种加工方法可以任意复合、扬长避短，形成新的工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。如目前的电解电火花加工(ECDM)和电解电弧加工(ECAM)就是两种特种加工复合而形成的新加工方法。正因为特种加工工艺具有上述特点，所以就总体而言，特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属或非金属材料，且专长于加工复杂、微细表面、高硬度和低刚度的零件。1.3特种加工的分类特种加工的分类还没有明确的规定，一般按能

5、量来源和作用形式以及加工原理分类。常用特种加工方法的综合比较见表5-1。　　在特种加工范围内还有一些属于改善表面粗糙度或表面性能的工艺，如电解抛光、化学抛光、电火花表面强化、镀覆、刻字等。表5-1常用特种加工方法的综合比较任务2电 火 花 加 工2.1电火花加工概述2.1.1电火花加工的基本原理电火花加工又称放电加工(简称EDM)，它是一种利用电、热能量对金属进行加工的方法，其加工过程与传统的机械加工完全不同。在电火花加工过程中，工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高温把金属蚀除掉。电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工

6、具电极与工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至汽化，从而将金属蚀除下来。如图5-1所示，电火花放电时两电极表面的金属材料被蚀除下来的过程大致分为以下几个阶段：(1)极间介质的电离、击穿，形成放电通道，如图5-1(a)所示。(2)火花放电，电极材料的熔化、汽化热膨胀，如图5-1(b)、(c)所示。(3)电极材料的抛出，如图5-1(d)所示。(4)加工液流入放电间隙，将电蚀产物及残余的热量带走，并恢复绝缘状态，如图5-1(e)所示。图5-1电火花加工原理示意图上述步骤(1)～(4)在1秒内约数千次甚

7、至数万次地往复式进行，即单个脉冲放电结束，经过一段时间间隔(即脉冲间隔)使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲又作用到工具电极和工件上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，蚀出另一个小凹坑。这样以相当高的频率连续不断地放电，工件不断地被蚀除，故工件加工表面将由无数个相互重叠的小凹坑组成。所以电火花加工是大量的微小放电痕迹逐渐累积而成的去除金属的加工方式。在电火花加工时，由于两电极与脉冲电源的正负极接法不一样，从而造成电极的蚀除量不一样，这种现象叫做极性效应。在生产中，将工件电极接脉冲电源正极、工具电极接脉冲电源负极的加工称为正极性加工，反之

8、称为负极性加工。由于极性效应会受到电极及电极材料、加工介质、电源参数等因素的影响，因此在实际加工中要充分利用极性效应，正确