机械制造基础 第2版 教学课件 作者 谭雪松 漆向军 第12章 特种加工和先进加工技术.ppt

12.1 特种加工 12.1.1 特种加工概述 1．特种加工的特点 （1）工具材料的硬度可以极大低于工件材料的硬度。 （2）可直接利用电能、电化学能、声能或光能等能量对材料进行加工。 （3）加工过程中的机械力不明显。 （4）各种加工方法可以有选择地复合成新的工艺方法，使生产效率成倍地增长，加工精度也相应提高。 2．特种加工的分类 （1）使用电能与热能：电火花加工（EDM）、电火花线切割加工（WEDM）、电子束加工（EBM）及等离子束加工（PAM）。 （2）使用电能与化学能：电解加工（ECM）、电镀加工（EPM）、刷镀加工。 （3）使用电化学能与机械能：电解磨削（ECG）、电解衍磨（ECH）。 （4）使用声能与机械能：超声波加工（USM）。 （5）使用光能与热能：激光加工（LBM）。 （6）使用电能与机械能：离子束加工（IM）。 （7）使用液流能与机械能：挤压衍磨（AFH）和水射流切割（WJC）。 3．特种加工的优越性 （1）解决各种难切削材料的加工问题。如耐热钢、不锈钢、钛合金、淬火钢、硬质合金、陶瓷及金刚石等各种高强度、高硬度、高韧性以及高纯度的金属和非金属的加工问题。 （2）解决各种复杂零件表面的加工问题。如各种热锻模、冲裁模的模腔和型孔、整体涡轮、喷油嘴、喷丝头的微小异形孔的加工问题。 （3）解决各种精密的、有特殊要求的零件加工问题。如航空航天、国防工业中表面质量和精度要求很高的陀螺仪、伺服阀以及低刚度细长轴、薄壁筒、弹性元件等的加工问题。 12.1.2 电火花加工 1．电火花加工的原理 （1）脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极。两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（煤油、矿物油）中。 （2）工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具和工件在正常加工时维持一个很小的放电间隙（0.01～0.05mm）。 （3）当脉冲电压加到两极间时，便将两极间最近点的液体介质击穿，形成截面积很小的放电通道，由于放电时间极短，致使能量高度集中，放电区域产生的高温使材料熔化甚至蒸发。 （4）第1次脉冲放电结束后，经过很短的时间间隔，第2次脉冲又在极间最近点击穿放电。工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。 2．电火花加工的特点 （1）可加工任何高强度、高韧性、高硬度、高脆性及高纯度的导电材料，达到以柔克刚的效果。如不锈钢、淬火钢、硬质合金、导电陶瓷、立方氮化硼及人造聚晶金刚石等。 （2）电火花加工是一种非接触式加工，加工时不产生切削力，不受工具和工件刚度的限制，有利于进行小孔、深孔、弯孔、窄缝、薄壁弹性件等的加工以及低刚度工件和精密微细结构的加工。 （3）只需更换工具电极，调节脉冲参数，就可在一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工。电脉冲参数的调节和工具电极的自动进给，都可以通过一定措施自动化，实现数控加工。 （4）因为放电时间极短，所以放电温度很高也不会对加工表面产生热影响，适合加工热敏感性很高的材料。 3．电火花加工的应用 （1）电火花成形加工。 ① 电火花型腔加工。 ② 电火花穿孔加工。 （2）电火花线切割加工。 ① 高速走丝线切割。 ② 低速走丝线切割。 （3）电火花磨削与镗削加工 ① 电火花磨削加工。 ② 电火花镗削加工。 12.1.3 激光加工 1．激光打孔 （1）激光打孔速度快，效率高，经济效益好。 （2）激光打孔可在硬、脆、软等各类材料上进行。 （3）激光打孔为无接触加工，不存在工具损耗，加工出的工件清洁、无残渣。 （4）激光打孔适合于数量多、高密度的群孔加工，可在难加工材料的倾斜面上加工小孔。 2．激光切割 激光切割通过激光器放电输出受控的高频脉冲激光，经过光路传导及反射，然后聚焦到加工物体的表面上，以瞬间高温熔化或者气化被加工材料。 切割过程时，切割头会喷出一股与光束同轴的气流，将熔化或气化的材料从切口的底部吹出。与传统的板材加工方法相比，激光切割具有高切割质量（切口宽度窄、热影响区小、切口光洁）、高切割速度、高柔性（可随意切割任意形状）、广泛的材料适应性等优点。 3．激光焊接 激光焊接分为脉冲激光焊接和连续激光焊接两种。脉冲激光用于1?mm厚度以内的薄壁金属材料的点焊和缝焊，工件整体温升很小，工件变形小 。 4．激光打标 激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料气化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级。 12.1.4 电子束加工和离子束加工 1．电子束加工 电子束加工时，聚焦后的电子束能量密度和功率密度极高，以极高的速度冲击到工件表面极小的面积上，在极短的时间内，大部分能量转变为热能，使被冲击部分的工件材料达