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特 种 加 工,主要解决三个问题1、特种加工是怎样产生的,究竟“特”在哪？主要特点。2、理解一般特种加工原理、主要分类和应用范围。3、特种加工的应用，对现代机械制造技术带来的影响和变化。,1,第一章: 绪 论 1-1:特种加工的产生及发展,特种加工技术是直接利用电能、光能、声能、光能、化学能、电化学能以及特殊机械能等多种能量或其复合应用以实现材料切除的加工方法。可以加工高强度、高硬度、高韧性、高脆性、耐高温等材料。解决难加工材料加工问题；各种复杂表面的加工问题；各种超精、光整及特殊要求的零件的加工问题。应用：电火花成型加工、线切割加工、电解加工、超声加工、电铸加工和化学加工等。,2,特种加工的主要特点,特种加工的独特之处：非机械接触加工，作用时间短，热影响小，工件不易变形加工的刀具硬度可以低于被加工材料的硬度加工质量易控制、可进行细小精密零件加工；无切屑或者粉末状切屑、易于自动化处理；加工过程易于实现自动化。能量密度高，能加工常规切削方法难以加工的材料；简单进给运动,可以加工复杂型面,3,适用范围：.某些产品，如：阀门、航空陀螺、光学透镜，其尺寸精度0.1m，粗糙度Ra0.01m。.某些材料具有高硬度、高强度、高脆性、高韧性、高熔点，如：钛合金、高温合金、硬质合金、陶瓷、金刚石和玻璃等。.某些结构特殊、形状复杂、尺寸微小的零件加工，如：模具形腔、发动机叶片、花键喷管等。.细长轴和薄壁工件。上述四种情况的加工，通常采用特种加工方法,特种加工分类按用途分：尺寸加工、表面加工*每类又可按照能量形式和工作原理分为多种不同的工艺方法。新的特种加工方法：.复合特种加工：超声电火花、电解磨削.改变工件表面粗糙度或表面性能的加工：离子束抛光、电子束表面强化.微纳米加工：分子、原子单位的加工.不属于尺寸加工的成形加工方式：电磁成形、放电烧结,1-2.特种加工对机械制造业的影响,特种加工的广泛应用，引起机械制造领域的许多变革。1.材料的可加工性 工件材料的可加工性不在与其硬度、强度韧性、脆性等直接有关。2.改变零件加工的典型工艺路线 为免除加工后在淬火引起的变形，通常先淬火、后加工。3.缩短新产品试制周期。4.对零件的结构设计产生影响。5.对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生影响。,1-3.特种加工待解决的主要问题,特种加工技术是一个国家制造业水平发展的重要标志，但也存在有待解决的一些问题。 1. 加工机理、参数选择和加工稳定性。 2. 加工产生的废液、废气的无害化处理。 3. 加工精度及生产率（快速成形、等离子弧加工等）有待提高。 4. 经济性,第二章：电火花加工 2-1.电火花加工原理和设备,原理：在一定的介质中，利用两个电极之间产生火花放电时的电蚀效应来蚀除部分金属材料的加工方法。电火花加工的基本原理如图：,8,电极：铜 、钢、石墨加工介质：煤油、煤油和机油、水基工作液脉冲电源,电火花加工应具备的条件,1）必须使接在不同极性上的工具和工件之间保持一定的距离以形成放电间隙；2）脉冲波形基本是单向的；具有合适的脉间和脉宽；3）放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行；4）有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属溶化或气化 。,9,加工条件：,脉冲电流波形,电火花加工,电火花加工的特点1）便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料；2）电极和工件在加工过程中不接触，便于加工小孔、深孔、窄缝零件；3）电极材料不必比工件材料硬；4）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过程的自动控制； 5) 广泛应用于凹模型孔、型腔加工。,10,电火花加工方法的分类,电火花加工,普通电火花加工,电火花磨削,线电极电火花加工,电火花展成加工,电火花平面磨,电火花成形磨,电火花线切割,电火花小孔加工,电火花内外圆磨,电火花成形,电极电火花加工,电火花共扼展成,其他展成加工,电火花表面强化,电火花,电 火 花 穿 孔,2-2.电火花加工的机理,1）电离:电场强度大,液体介质电子、离子2）放电： 电子阴离子 阳介质绝缘形成电通道3）热膨胀：电子、离子碰撞， 阴、阳极碰撞1000012000 工件表面熔化、汽化介质汽化、分离碳黑4）抛处金属：爆炸力使工件表面抛出金属，形成凹坑。5）消电离： 带电粒子转变成中性粒子，介质恢复成绝缘状态，为下一次准备。,12,加工过程,火花放电产生高温的特性： .局部：结果使金属材料局部熔化、汽化。 .瞬时：热量集中，来不及扩散，能量密度大，最后蚀除掉金属形成放电坑。 虽然在正负电极之间加上电源可以实现火花放电这一物理现象进行实际加工，还要满足一定的条件才行。,2-3.电火花加工中的一些基本规律,影响材料放电腐蚀量的主要因素.极性效应的影响，由于正负极不同而彼此电蚀量不一样的现象，称极性效应。.电参数对电蚀量的影响,单个脉冲所释放的能量,取决于极间放电电压、放电电流和放电持续时间，因此单个脉冲放电能量为：,由于火花放电间隙电阻的非线性特性，击穿后间隙的火花维持电压是一个与电极对材料及工作液种类有关的数值。,正、负极的电蚀量正比于平均放电电流的大小和电流脉宽。,提高电蚀量和生产率的主要途径在于： 提高脉冲频率f； 提高单个脉冲能量Wm； 增加脉冲电流的幅值ie； 减少脉冲间隔t0； 设法提高系数Ka、Kc等。,图中 ti为脉冲宽度， to为脉冲间隔， tp为脉冲周期， ui为脉冲峰值电压或空载电压,.金属材料热学物理常数对电蚀量的影响热学物理常数：熔点、沸点、热导率、比热容、熔化热、汽化热等。 当脉冲放电电能量相同时，金属的熔点、沸点、比热容、熔化热、汽化热越高，则电蚀量越小，其加工的难度越大。 .工作液对电蚀量的影响 介电性能好、密度、粘度大的工作液有利于压缩放电通道，提高放电的能量密度，强化电蚀产物的抛出效果。,.影响电蚀量的一些其它因素 加工过程的稳定性 采用加工的电流过大 电极材料 脉冲波形 碳黑膜的形成 工作液,电火花加工速度和工具的损耗速度,单位时间内工件的电蚀量称加工速度，也叫生产率。 单位时间内工具的电蚀量称为损耗速度。：加工速度提高途径：.提高脉冲频率.提高单个脉冲能量.提高工艺系数：工具电极相对损耗速度和相对损耗比 具体做到：.正确选择极性 .利用吸附效应 .利用传热效应 .要减少工具电极损耗选用合适材料,电极损耗放电间隙加工斜度,21,影响电火花加工精度的主要因素,电火花加工时的加工斜度1电极无损耗时工具轮廓线2电极有损耗时而不考虑二次放电时工件轮廓线,放电间隙大小及一致性；工具电极损耗及稳定性。放电间隙大小实际是变化的，影响着加工精度；工具电极损耗对尺寸和形状精度都有影响。,二次放电：已加工表面上，由于电蚀产物等的介入，而再次进行的不必要的放电，使得加工深度方向产生斜度和加工棱角，棱边变钝。,图2-10 电火花加工时尖角变圆,图2-9 电火花加工时的加工斜度,二次放电,加工斜度,电极损耗,棱角变钝,电火花加工的表面质量,表面粗糙度表面变化层表面机械性能,24,影响表面质量主要因素,电火花加工表面质量,表面粗糙度、表面变质层、表面机械性能,单个脉冲能量加工速度,熔化凝固层热影响层显微裂纹,显微硬度及耐磨性残余应力耐疲劳性能,2-4.电火花加工用脉冲电源,脉冲电源的作用：将工频交流电流转换一定频率的单向脉冲电流，以供火花放电间隙所需要的能量来蚀除金属。 脉冲电源对电火花加工的生产率、表面质量、加工速度、加工过程稳定性、工具电极损耗有很大影响。 一.电火花加工脉冲电源分类,二.RC线路脉冲电源 主要工作原理：利用电容器充电储存电能，然后瞬时放出形成火花放电来蚀除金属。 它有二个回路，.充电回路：ERC组成 .放电回路：C工具电极放电间隙工件组成。,电源接通，电容二端电压按指数曲线逐步上升，Vc=Vg.继续上升，间隙被击穿，电阻变的很小，C上储存能量瞬间放出，形成较大的脉冲电流Ie。,当电容的能量释放后,电压瞬时下降到接近零,间隙中的工作液又迅速恢复绝缘状态,电流也为零。,RC线路脉冲电源的最大优点：.结构简单、成本低、可靠.可获窄脉冲、小脉冲能量.瞬时放电有很大峰值电流主要缺点：.放电速度快，无法获大脉宽.脉冲间歇系数大，生产率低.工艺参数不稳定,主要应用于小功率的精微加工或简易电火花加工机床,三.RLC线路脉冲电源方法：把充电电阻一分为二，其中一部分用于限流电阻，另一部分用电感代替，组成RLC线路脉冲电源。,单纯的电感对直流电阻力很小,对交流或脉冲电流却具有感抗阻力,起限流作用。主要优点：1.缩短充电、脉冲间歇时间、提高频率2.电压可充至电源电压，提高单脉冲能量*RCL线路，当短路后断开，电感产生过电压*并联数个CL回路，可增大脉宽,R,C,L,工件,RLC线路脉冲电源,四：晶闸管式、晶体管式脉冲电源1.晶闸管式脉冲电源的原理：晶闸管（可控硅）式脉冲电源是利用晶闸管作为开关元件而获得单向脉冲。特点：一经触发导通，就不会自行截止，要截止需要外加反向电压或使其小于维持电流。为适应加工精度要求，可控硅的脉冲电源还必须具有精加工高频特性，一般采用高频可控硅通过倍频的办法提高脉冲频率。,2.晶体管式脉冲电源的原理： 利用大功率晶体管作为开关元件，而获得单向脉冲。主振级Z为一个不对称多谐振荡器，它发出一定脉冲宽度和停歇时间矩形脉冲信号，后经F放大，最后推动末级功率晶体管导通或截止。末级晶体管起着开关的作用。为保证放电间隙短路时不至于损坏晶体管，每只管子均串联一个限流电阻，同时起到在各管子之间均流作用。,五：各种派生脉冲电源.高低压复合脉冲电源 .高压脉冲回路 .低压脉冲回路2.多回路脉冲电源 多回路电源总的生产率并不与回路数目完全成正比增加3.等脉冲电源 是指每个脉冲在介质击穿后所释放的单个脉冲能量相等。 每次的脉冲电流宽度都相等，但电压宽度则不一定相等。4.高频分组和梳形波脉冲电源5.自选加工规准电源和智能化、自适应控制电源,2-5.电火花加工自动进给调节系统,一.自动进给调节系统的作用、技术要求和分类 由于火花放电间隙s很小，而且与加工规准、加工面积、工件蚀除速度等有关，因此很难靠人工进给，必须采用自动进给调节系统。系统的主要任务：通过改变调节进给速度，使进给速度接近和等于蚀除速度，以维持一定的放电间隙s，保证电火花加工正常而稳定的进行。 实际火花加工时，整个系统力图自动趋向处于两条曲线的交点。,对自动进给调节系统的一般要求： 1.有较广的速度调节跟踪范围 2.有足够的灵敏度和快速性 3.有必要的稳定性 目前电火花加工用的自动进给调节系统的种类很多，按执行元件大致可分为：.电液压式（喷嘴挡板式）.步进电机式 .宽调速力矩电机式 .直流伺服电机式 .交流伺服电机式。 虽然这些类型、构造有很大差别，但其基本组成环节是一致的,二.自动进给调节系统的基本组成部分,调节对象 测量环节基本组成环节 比较环节 放大驱动器 执行环节,平均间隙电压测量法峰值电压检测法,三.电液自动进给调节系统,电液式自动进给调节系统以油缸、活塞为执行机构。分为喷嘴挡板式和伺服阀式。,液体的不可压缩性,活塞与油缸间摩擦很小,系统的不灵敏区很小,四.电机械式自动调节系统,电机械式自动进给调节系统经常采用的形式是步进电机和力矩式电机,2-6.电火花加工机床,电火花加工机床设备类型较多,按工艺过程、工具与工件相对运动的特点与用途划分，一般分为：1.电火花成形机 .整体式.分离式 .油缸固定 .活塞固定2.电火花线切割 .快速走丝 .慢速走丝3.电火花磨削、电火花螺纹加工机床,2-7.电火花加工 一:电火花穿孔成型加工,凹模型孔加工,38,直接配合加工法混合法修配凸模(冲头)法二次电极法,电火花加工,电极设计,39,整体式,组合式,镶拼式,电极尺寸设计： 横截面尺寸、长度尺寸、公差；电极材料：损耗小、加工稳定性好； 其中：铜：稳定性好、损耗大； 钢：稳定性差、损耗中； 石墨：稳定性好、损耗小；,电火花加工,40,凹模型孔电火花加工实例： 下图为冲裁电机定子片的凸凹模，凹模型孔有24个槽，冲件厚度为0.5mm，配合间隙为0.030.07mm（双边），模具材料为Cr12MoV,电火花加工,电极(凸模)的制造加工工艺: 锻造退火粗、精刨淬火与回火成形磨削。 或：锻造退火刨(或铣) 淬火与回火磨上、下平面线切割加工。凸模长度应加长一段，作为电火花加工的电极，长度值根据凹模刃口高度而定。 凸凹模加工工艺: 锻造退火粗车、精车(上、下面) 样板划线加工螺钉孔、粗加工各槽孔淬火与回火磨平面退磁用组合后的凸模作电极，电火花加工槽孔。,41,电规准的选择及转换,电规准的选择,42,根据工件的要求电极和工件的材料加工工艺指标经济因素,电规准的转换：粗规准一般选择l档；中规准和精规准一般选择24档 。型腔的侧面修光，是靠调节电极的平动量来实现的。当采用单电极平动加工时，应相应调节电极的平动量。,电极材料：采用石墨与紫铜（黄铜、铸铁、钢不适于型腔加工，原因是加工时损耗较大）,通常分为粗规准、中规准、精规准。,型腔模的电火花加工,凹模型腔电火花加工,43,单电极平动法多电极更换法分解电极法,电极设计,紫铜石墨,电极尺寸的确定：,44,水平截面尺寸垂直尺寸排气孔冲油孔,电火花加工,45,凹模型腔电火花加工实例：,注射模镶块，材料为40Cr，硬度为3840HRC，表面粗糙度Ra=0.8m,侧面棱角清晰。,三.小孔的电火花加工1.小圆孔的加工:特点：直径小、深径比大、盲孔排屑困难。2.异形小孔加工：加工相似、主要是异形电极的制造及装夹。、冷拔整体电极法。、电火花切割加工整体电极法。、电火花反拷加工整体电极法。,高速小孔加工工艺,管状电极回转并沿轴向进给，15MPa高压工作液（去离子水、乳化液等）排屑,加工速度达60mm/min左右，孔深径比可超过100。 国外公司样品直径为3mm,深度达330mm。,四、其他电火花加工主要分类：、电极相对工件采用不同组合运动方式的电火花加工方法。 、电极和工件在气体介质中进行放电的电火花加工方法。 、工件为非金属材料的加工方法。 、电火花小孔的磨削。 、电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀。 、电火花共轭回转加工内螺纹。 、电火花金属表面强化和刻字,非接触加工,特种加工,思考与练习1、举例说明典型零件的电火花加工工艺；2、简述电火花加工原理、特点和应用范围；,56,第三章.电火花线切割加工 3-1.电火花线切割加工原理、特点及应用范围,57,基本原理：是用连续移动的细金属导线（称作电极丝）作为工具电极对工件进行脉冲火花放电，切割成形的。,a)工件及其运动方向 b)电火花线切割加工原理图,电火花线切割加工分类,58,快走丝、慢走丝线切割机床快走丝：0.080.22mm的钼丝作电极，往复循环， 走丝速度为810m/s，加工精度为0.01mm，表面粗糙度Ra1.66.3m 。工作液为乳化液，如：DX-1、TM-1、502型 。慢走丝:走丝速度是312m/min，电极丝广泛使用铜丝，单向移动，可达到加工精度0.001mm，表面粗糙度为Ra1.66.3m 。价格比快走丝高。 工作液为去离子水 。,电火花线切割加工的主要特点,不需要像电火花成行加工一样的成形工具电极，减少了工具电极的设计与制造工作量，缩短了生产准备周期；由于电极丝很细，可以加工出微细异形孔、窄缝和形状复杂的工件；金属蚀除量少、材料利用率高，特别是贵重金属的加工；可以直接采用半精、精加工电规准一次成形，一般不需要中途转换电规准；电极丝是不断移动的，极间间隙认为正常放电、开路、短路组成，一般不会出现持续电弧放电现象；采用线切割加工冲模时，可实现凸、凹模一次加工成形。不能加工盲孔类零件表面、阶梯成形表面；,59,主要应用范围 电火花线切割加工有许多突出的长处，因而发展很快。 广泛应用于加工各种模具，成型工具电极，以及各种形 孔、凸轮、样板等。 同时还可进行微细加工，异型槽的加工。 在线切割机上增加锥度切割功能，可使加工范围得到扩 大，甚至可进行复杂空间形状的加工。 在单向走丝电火花线切割加工中最大倾角可达5，极大的增强机床的功能.,3-2.电火花线切割加工设备,一.机床本体 床身 机床本体 坐标工作台 走丝机构二.脉冲电源 1.晶体管矩形波脉冲电源 2.高频分组脉冲电源 3.并联电容型脉冲电源 4.低损耗电源三.工作液循环系统 常用去离子水、乳化液、煤油等,3-3.电火花线切割控制系统和编程技术,一.线切割控制系统作用：在切割加工过程中，自动控制电极丝相对工件的运动轨迹和进给速度，实现工件的设计形状和尺寸。系统功能：1.轨迹控制，准确控制走丝的运动精度获得所需要的零件精度。2.加工控制，主要对伺服进给速度、电源装置、走丝机构、工作液系统等的控制。大多数采用简单的开环控制；超精密线切割采用闭环控制 低速走丝线切割数控系统采用半闭环系统。,二.电火花线切割数控加工编程要点,编程技术,63,人工编程技术自动编程技术,脉冲当量：一个进给脉冲，工作台只进给一步距离，是机床精度的重要参数。,程序的编制；国产线切割机多数采用3B程序，其格式如下,编制程序应考虑:工件几何形状尺寸、精度；确定工艺过程,然后根据工件图形、加工路线，计算出各加工线段的交点、电极丝偏置量，通常电极丝偏置量为：,3-4.影响电火花线切割加工工艺指标的因素,65,线切割加工工艺 ：坯料的准备下料锻造退火刨平面磨平面划线铣漏料孔孔加工淬火磨平面线切割（穿丝孔应在淬火前加工好） 工艺参数的指标：1.切割速度 2.工件表面粗糙度 3.电极丝损耗量 4.加工精度特殊指标：1.电极丝张力影响 2.走丝速度影响 3.工件厚度影响 4.进给速度影响工艺参数选择：1.脉冲参数选择:加工电流I选择、脉宽ti选择 、脉冲间隔t0选择 。2.电极丝选择 3.工作液选择,3-5 线切割加工工艺及其应用,一、线切割加工中的主要工艺问题1.加工过程中，工件内部残余应力的影响。2.加工过程中，工件刚度变化的应响。3.对电规准的选择问题二、线切割加工的应用1.各种模具、固定板、卸料板。2.加工各种成型工具。3.微细孔、异型孔、射流元件及各种微细结构。4.难加工金属的切削加工。5.二维曲面的加工,工件装卡,67,线切割加工的实际工艺方法,电火花线切割加工,工件调整,68,百分表找正 划线找正,电火花线切割加工,电极丝位置的调整,69,目测法,火花法,自动找正中心,第四章.电化学加工,电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工4-1.电化学加工原理及分类1.电化学加工过程：两片金属作电极侵入电解液并通电。导线和溶液中有电流通过。 靠“自由电子”在外电场作用下沿定向移动而导电是电子导体；靠溶液中正负离子移动而导电是离子导体。 溶液中正、负离子的定向移动称为电荷的迁移，这种反应称电化学反应，利用这一原理对金属进行加工称电化学加工。,2.电解质溶液凡溶于水后能导电的物质称电解质，形成的溶液为电解液。电解质的浓度是指电解质中所含电解质的多少，一般以重量百分比浓度%表示，也可用克分子浓度（M）表示。3.电极电位金属原子都是由金属阳离子和自由电子组成的金属晶体。金属和溶液接触时常会发生电子得失的反应过程。产生在金属和它盐溶液之间的电位差称为金属的电极电位。采用氢电极作为标准。离子浓度改变，电极电位随着变化。能斯特公式：,4.电极的极化有电流通过，电极的平衡状态遭到破坏，使阳极电位值增大，阴极电位值减少的现象程电极极化。根据极化产生的原因可将电极极化分为： .浓差极化 .电化学极化 .钝化极化 使金属钝化膜破坏的过程称为活化 。 5.电化学加工的分类：依据其作用原理可分为三大类： .利用电化学阳极溶解来进行加工。 .利用电化学阴极沉积、涂覆进行加工。 .利用电化学加工与其他加工方法相结合的复合加工。,4-2.电解加工,原理：利用金属在电解液中发生“阳极溶解”的原理，将工件加工成形的一种方法。,74,1主轴2工具阴极3工件4直流电源,一.电解加工的过程及其特点,电解加工的特点：可加工高硬度、高强度、高韧性等难切削的金属，适用范围广。加工生产率高。加工中工具和工件间无切削力存在，适用于加工易变形的零件。加工后的表面无残余应力和毛刺，粗糙度可达Ra1.250.2，平均加工精度可达0.1mm左右。加工过程中工具损耗极小，可长期使用。,75,二.电解加工的电极反应,电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理实现金属零件的成形加工。原 理：工件为阳极，工具为阴极，加6-12v的直流电压，电解液以5-60m/s的流速从两极间缝隙冲过，使两极间形成导电通路，有电流通过，金属表面在化学反应的作用下，不断溶解到电解液中，产生物被高速流动电解液带走。 随着工具电极恒速向工件进给，工件材料按照工具电极型面的形状不断溶解，最终使工件与工具之间各处间隙趋于一致，在工件上加工出和工具电极型面相反的形状。,1.金属阳极溶解的机理 电解液中，电解质分子电离成正离子和负离子，正、负离子所带电荷数目相等、均匀分布，溶液呈中性。 通电后，在电场力的作用下，正离子移向阴极，负离子移向阳极，形成离子电流。电解加工时反应复杂，原因有： .工件材料是多元素，金相组织不同。 .电解液不是纯金属盐溶液，含有杂质。 .电解液浓度、压力、温度、流速对反应有影响。,2.电解加工时的电极反应电极反应的复杂原因: .有多种元素,金相组织不相同。 .电解液含有杂质。 .浓度、压力、温度对反应有影响。.钢电解的电极反应 a.阳极反应情况 电极电位最负的物质将首先在阳极反应 b.阴极反应情况 电极电位最正的粒子将首先在阴极反应,2.电解加工过程的电能利用 电解加工，加工电压U是保持阳极不断溶解的总能源。形成加工电流，保证阳极具有较高的溶解速度，则满足下式,若U等于或小于两极的电极反应所需要的电压降Ua、Uc 时，阳极溶解速度为零。 Ua和Uc主要取决于电化学极化和钝化。,3.电解液的作用电解液的主要作用： .作为导电介质传递电流。 .将加工产物、热量及时带走，起更新和冷却作用。电解液应具备的基本要求： .具有较高的溶解度、离解度和导电率，蚀除速度和生产率。 .电解液具有良好的综合性能。,电解液种类,酸性电解液碱性电解液中性电解液,三.电解加工的基本规律,1.生产率及其影响因素电解加工生产率:单位时间内被去除的金属量。影响因素有：材料的电化学当量、电流密度、电极间隙、电解液等。.金属电化学当量和生产率的关系法拉第电解定律：,（用质量计）（用体积计）,材料的实际去除量会小于计算理论值,2.电流密度和生产率的关系.体积蚀除速度单位时间内去除材料的体积,.重量蚀除速度: 单位时间内去除材料的重量(g/min),.深度蚀除速度单位时间内工件沿进给方向材料去除量(mm/min),要提高生产率就得提高、i，但要注意问题*i ，电压也随增加，应以不击穿加工间隙为限。*i ，不应造成电解液温度太高。* i ，将使Ra变大，一般要根据实验确定。,3.电极间隙大小与蚀除速度的关系 电极间隙越小、电解液的电阻越小、电流密度就越大、蚀除速度就越高。4.提高电解加工精度的途径 目前的主要途径：.实现小间隙加工。.改善电流的效率特性。.严格控制各种参数的变化范围。.正确设计工具阴极。 采用的具体措施：.加工工件。.电解溶液。.工具阴极。.加工工艺参数。.机床的设备系统。.其他的相关技术方面。,四.电解加工基本设备,电解加工设备，主要包括：直流电源、机床、电解液系统、自动控制系统。1.直流电源对电压要求:824V，在一定范围可调。同时要求加工电流较大，几千到上万安培。2.机床足够刚度、工具电极具有稳定进给速度、机床精度高、防腐绝缘性能好、安全保护等。3.电解液系统连续、平稳向加工区供给足够压力、流量、合适温度和清洁的电解液,五.电解加工工艺及其应用,电解加工主要有下面几个应用范围1.深孔和深小孔加工 .固定式电解加工。 .移动式电解加工2.型孔的加工，现场主要采用端面进给法。3.型腔的加工，采用电解加工一道工序完成型腔，提高生产率，降低制造成本。,普通电解加工电液束的加工,混气电解加工：将具有一定压力的气体与电解液混合后，再送入加工区进行电解加工。,87,特点：提高了加工质量、简化了工具阴极设计及制造的过程、加工速度低,垂直交互式混合腔,4-3.电解磨削,一.电解磨削的基本原理和特点 是由电解加工和磨削加工相结合的复合加工。砂轮接阴极、工件接阳极，加工区喷入电解液。 加工过程由于电解作用在阳极表面形成钝化膜，产生活化作用，使电解加工继续进行。 电解磨削加工是电解加工和磨削加工交替进行。特点：.加工材料广，加工效率高。 .加工精度和表面质量好，基本无磨削裂纹和烧伤 .砂轮磨损量小、加工成本低。,二.影响电解磨削生产率和加工质量的因素.影响生产率的主要因素 .电化学当量。.电流密度。.磨轮（阴极）与工件间的导电面积。.磨削压力。.影响加工精度的因素 .机械因素。.电解液。.阴极的导电面积。.被加工材料的性质。.影响表面粗糙度的因素 .电参数。.电解液。.工件材料的性质。.机械因素,三.电解磨削用电解液及其设备.电解液选择原则：1.使金属表面生成结构紧密、粘附力强的钝化膜2.导电性好、以获得高生产率。3.不锈蚀机床和工具。4.对人体无危害。5.经济性好、价格便宜、来源丰富。.电解磨削用设备 直流电源：电压可调520v、电流101000A。 电解液系统：离心泵、耐酸腐蚀、过滤和沉淀装置。 电解磨床：与普通磨床相同 电解砂轮：具有良好导电性的专用砂轮。,四.电解磨削的应用主要用于磨高硬度材料，如：硬质合金刀具、各种量具、挤压模具、拉伸模具等。形状：深小孔、薄壁筒、细长轴、电解研磨、珩磨加工复杂型面的零件。1.硬质合金刀具的电解磨削2.硬质合金轧辊的电解成型磨削3.电解珩磨、研磨的电解加工,4-4.电铸和涂镀加工,一.电铸加工1.原理：用导电的原模做阴极，电铸材料做阳极，用电铸材料的盐作电铸液，在电化学作用下，阳极金属以正离子形式溶电解液，在阴极表面得到电子沉积在阴极表面。2.特点：.准确精密复制复杂型面和细微纹路。.获得尺寸精度高、表面粗糙度好的复制品。.适应性广泛。3.应用：.复制精细的表面轮廓花纹,唱片、工艺美术、纸币、证卷、邮票膜等。.复制注塑模具、电火花型腔加工电极。.制造复杂、高精度的空心零件和薄壁零件。.制造表面粗糙度标准样块、反光镜、异形孔喷嘴等特殊零件。,二.电铸加工的基本设备：1.电铸槽。2.直流电源。3.搅拌和循环过滤系统。4.加热和冷却装置。三。电铸加工的工艺过程及要点1.原模材料选择和表面处理2.电铸过程，常用金属铜、镍、铁等，时间长、生产率低。3.衬背和脱模，主要根据使用要求加衬背。四.电铸加工应用实例1.型腔模的电铸：制原模镀铬电铸机加工脱模。2.电铸精密零件：加工型芯电铸镍车外圆去型芯。,五.涂镀加工,.原理、特点及应用范围原理：涂镀又称刷镀，或无槽电镀，金属工件表面局部、快速电化学沉积金属的新技术，原理与电铸相同。沉积正离子靠镀液提供，阴极沉积，阳极不容解。特点：不需要渡槽，可局部进行涂镀；涂镀液种类多、更方便复合镀层；涂镀速度快、镀层可控性好；工件与镀笔间有相对运动、需要人控。应用：修复零件磨损面，实施超差补救；填补表面划伤斑蚀孔洞缺陷；大型复杂工件的表面局部涂镀等。.设备：电源、镀笔、镀液、泵和回转台等。,.工艺过程：表面预加工清洗除油除锈电净处理活化处理镀底层镀尺寸层和工作镀层镀后清洗.应用实例： 1.修复机床导轨划伤 2.修复发电机、气轮机主轴超差部位 3.零件加工后，改善表面粗糙度、物理、化学性能六.电解加工目前存在的问题和今后方向 1.存在问题：精度不好，设备较差，人员专业素质欠佳，应用范围不广。 2.今后方向：扩大应用范围，改善设备，发展和推广脉冲加工及钝化电解液，发展复合加工研究，进一步开展基础技术研究，搞好技术培训。,第五章 超声波加工,一、超声波加工的基本原理,声波频率超过16000Hz被称为超声波。超声波加工是利用超声波振动的冲击磨料对工件进行加工的一种方法，它不仅能加工脆硬金属材料而且适合于加工不导电的腕硬非金属材料，如玻璃、陶瓷等。同时超声波还可用于清洗、焊接和探伤等。,超声加工:利用工具端面作超声频振动,通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法,二、超声波加工的特点、方法及应用,1、超声波加工适合于加工各种脆硬材料，材料越是脆硬，越适宜超声波加工；特别是不导电的非金属材料。2、超声波加工由于去除材料是靠微小磨料的撞击作用，因此可用于加工薄壁、薄片等易变形零件，加工精度高，被加工表面无残余应力、组织改变及烧伤等现象。3、工具可用较软材料做成复杂形状，不需要工具和工件做比较复杂的运动，超声波加工设备简单，操作维修方便，但生产效率低。 加工方法可采用超声波直接加工、超声波旋转加工、超声波机械复合加工、超声波焊接、涂覆、清洗等。,五.超声加工设备及其组成,超声发生器（超声电源）超声振动系统（换能器、变幅杆、工具）机床（工作头、加压机构、进给机构、工作台）工作液循环系统（换能器、冷却系统）,机床组成,六.超声加工速度、精度、表面质量及其影响因素1.工具振幅和频率的影响：A、f，生产率。但A、f过大，工具和变幅杆内应力加大，影响其寿命。一般选择：振幅0.010.1mm，频率：1600025000Hz。,2.进给压力的影响加工时工具对工件应有一个合适的进给压力。压力过小：间隙大；压力过大，间隙小。3.磨料种类和粒度的影响磨料硬度、加工速度、但要考虑成本、磨料粒度越粗、加工速度越快，但精度、表面粗糙度变差。4.磨料悬浮液浓度的影响浓度、加工速度，但浓度太高，流动性差，运动阻力大。5.被加工材料的影响越脆、越易加工；越韧、加工速度越低。6.加工深度：越深、悬浮液不易进入加工区。,二.加工精度及其影响因素,主要影响因素:机床夹具精度，磨料粒度、工具精度、工具横向振动、加工深度及被加工材料的性质1.孔的加工范围：0.190mm，L/D1020.2.加工孔的尺寸精度：因粒度的影响，加工出孔的尺寸比工具尺寸有所扩大，扩大量为磨粒直径的两倍,对加工圆形孔形状误差有椭圆度、锥度，椭圆度大小与工具横向振动、工具沿圆周不均匀磨损有关。锥度大小与工具磨损量有关。,三.表面质量及其影响因素,超声加工有较好的表面质量，不产生表面烧伤和变质层。 一般Ra=10.1m，主要取决于：粒度、工件材料硬度、振幅、其结果为Ra、生产率。 磨料悬浮液的性能对表面粗糙度的影响比较复杂，使用煤油、润滑油粗糙度有所改善。四.超声加工的应用生产率低于电火花、电解，精度粗糙度较高，特别加工不导电的脆性材料。主要应用：.型孔、型腔加工。.切割脆硬材料加工。.复合加工。.超声清洗加工。.超声焊接加工。,5-1、激光加工的理论基础、原理和特点,一.原理：激光加工是一种利用光能进行加工的方法。激光是一种能量密度高、方向性强、单色性好的相干光。,第五章 激光加工,二、激光加工特点,1 激光加工不需要工具，没有工具损耗、更换 等问题。2 工件无受力变形，易保证加工精度。3 几乎能加工所有的金属和非金属材料4 加工速度快，效率高，热影响区小5 能进行细微加工6 能够透过玻璃等透明介质进行加工7.激光可以进行表面热处理、焊接、切剖、打孔、雕刻 及微细加工等多种加工。,5-2.激光加工的基本设备,主要由四大部分组成：激光器、电源、光学系统、机械系统一.激光器是激光加工处理的能源,实现电能至光能的转换.主要有三部分组成:工作物质、激励源、谐振腔，其中工作物质是核心。按工作物质分：固体激光器和气体激光器；按工作方式分：脉冲和连续脉冲激光器。1.固体激光器：常见有红宝石、掺钕钇铝石榴石晶体、女玻璃三种。2.气体激光器：气体激光器以气体或蒸汽为工作物质，常见有：氦-氖激光器、氩离子激光器、二氧化碳激光器等。,二.激光器电源电源是为激光器提供所需能量，主要由五部分组成：充电电路、贮能网络、预燃与触发电路、控制电路等。,充电电路,贮能电路,预燃电路,触发电路,控制电路,灯,三.光学系统光学系统是激光加工设备的主要部件,由导光系统(折射镜、分光镜、光导纤维、耦合元件）、观察系统及改善光束性能装置等组成。四.机械系统主要有：定位夹紧装置、机械运动系统、工件的上下料装置等，用来实现确定工件相对于加工系统的位置。五.控制系统用于控制激光光斑与工件间的相对运动，还能随运动状态而自动调节激光功率、连续与脉冲运行方式，对加工过程所需的气体、添加材料等进行控制。,5-3.激光加工工艺规律,一.激光照射面的能量分布照射能量：E=P*t光斑直径：d=f (d10m),I,O r,焦点面上的光强分布,二.影响激光加工的主要因素 1.输出功率与照射时间：P、t时、E。2.焦距与发散角：、较小f即能聚焦，光斑直径小、能量大。3.焦点位置：不同焦点位置对孔的形状、深度都有影响。4.光斑内能量分布；激光经聚焦后光斑内各部分的光强不同。,5.激光的照射次数：激光照射一次，加工深度是孔径的5倍；多次照射，深度大大增加，但不成正比。同时锥度减少。,照射次数,孔深,6.工件材料：有反射、透射作用，部分能量损失，工件材料 不同，对波长不同光的吸收率不同，根据工件材料选择激 光器。7.工件表面粗糙度：表面越光、光的吸收率越低， 当Ra0.025m，几乎无法加工。,5-4、激光加工工艺的应用,1.激光打孔 金刚石拉丝模、宝石轴承、 化纤喷丝头、不锈钢板打孔。2.激光切割,3.激光焊接4.激光表面处理5.激光快速成形,第六章 电子束和离子束加工 6-1.电子束加工,一.原理：电子束加工是近年来得到较大发展的特种加工方法，在精密微细加工方面，尤其是在微电子学领域中得到较多的应用。电子束加工主要用于打孔、焊接等的精加工和电子束光刻化学加工。,二.特点：.电子束可微细聚焦，能量密度很高。 .可加工的材料范围比较广泛。 .通过磁场或电场控制电子束强度、位置、聚焦 。 .电子束在真空中进行，加工表面不氧化、污染小。 .需要专用设备和真空系统。三.电子束加工装置：.电子枪：是获得电子束的装置。 .真空系统：是保证电子束加工时的真空度。 .控制系统和电源：包括束流聚焦、束流位置、束流强度、和工作台位移控制等。四：电子束加工应用：.高速打孔。.型孔和特殊表面。.刻蚀。.焊接。.热处理。.光刻。,6-2. 离子束加工,离子束加工与电子束加工的原理基本相同，不同的只是离子质量比电子质量大数千、数万倍，经过聚焦加速后，靠离子打击加工件的动能，或将工件的原子撞击出来(撞击效应)，或将靶材的原子撞出后飞溅沉积到工件表面上（溅射效应），或直接将离子束中的离子打入工件表层之内(注入效应)。可实现对材料的“毫微米级”或“原子级”加工。靠微观机械撞击能量。,一、离子束加工原理 利用离子源产生离子。 在真空中加速聚焦，形成高速度能的离子束流，打击到工件表面，实现材料的剥离、沉积、注入和改性等特种加工。 离子束加工的物理基础 是离子射到材料表面时，所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应。,二.特点： 1.加工精度高、容易精确控制。 2.因为在真空中进行加工，所以污染小。 3.加工应力、变形极小。三.离子加工的分类： 主要分四类，利用离子撞击和溅射效应的离子刻蚀， 离子沉积， 离子注入加工， 离子镀。,四.离子束加工的应用主要利用离子束对材料进行成形或表面改性的加工方法。应用在3个领域。1.刻蚀加工离子刻蚀是从工件上通过撞击溅射去除材料。通常采用氩离子轰击刻蚀，工作时必须使用惰性元素保护。2.镀膜加工离子镀膜有：溅射沉积、离子镀二种，离子镀附着力强、膜层不易脱落。3.注入加工是向工件表面注入离子，不受热力学限制注入任何离子，是改善金属表面性能方面的另一有效途径。,