《特种加工方法》PPT课件.ppt

特种加工方法,电火花成形加工电火花线切割加工其他特种加工,特种加工方法是指直接利用电能、光能、热能、电化学能、化学能和声能等各种能量对工件材料进行加工的方法,特种加工与一般机械加工的区别：切除材料的能量形式工具材料的硬度不必比工具高，或者无工具无显著的切削力,讨论：什么是切削加工？比较特种加工与切削加工？,切削加工利用刀具，去除金属材料层，获得具有一定形状、尺寸和表面光洁度要求的零件。,切削加工实现的三个前提一、刀具和工件之间必须有相对运动二、刀具材料比工件材料硬三、刀具必须具有合理的几何角度,切屑的形成过程,切削加工原理,特种加工方法是指直接利用电能、光能、热能、电化学能、化学能和声能等各种能量对工件材料进行加工的方法,特种加工与一般机械加工的区别：切除材料的能量形式工具材料的硬度不必比工具高，或者无工具无显著的切削力,讨论：什么是切削加工？比较特种加工与切削加工？,特种加工方法主要是为了解决难加工工件的加工问题：材料太硬材料太软形状复杂，刀具无法进入加工部位,特种加工方法应用,一、电火花成形加工,工作原理在一定介质中，利用工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件尺寸、形状和表面质量的加工要求。用于型孔和型腔的加工。,1-工件2-脉冲电源3-自动进给调节装置4-工具电极5-工作液6-过滤器7-泵,电火花成形加工,一次脉冲放电可分为以下四个主要阶段：介质击穿和通道形成；火花放电，熔化（汽化）电极和工件材料；电极材料蚀除，抛出；形成凹坑，不断进给；,1943年，前苏联拉扎林柯夫妇研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被蚀除掉。从而开创和发明了电火花加工方法。,电火花成形加工,电火花成形加工必须具备的条件,工具电极和工件被加工表面之间要保持一定合理的放电间隙。一般为0.010.2mm。否则不能击穿或短路。电火花放电必须是脉冲性和间歇性的。脉冲电源电压波形图：ti约为10-710-4s。时间短，使放电控制在极小范围内熔化；间隔，使介质恢复绝缘状态。,P93读1）。为什么要有放电间隙？,P93读2）。为什么必须是脉冲性放电？,电火花成形加工必须具备的条件,火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质（工作液）中进行。煤油、皂化液、去离子水等 以利于产生脉冲性火花放电，形成火花通道，同时还能起到排屑、对工件冷却的作用。此外，放电点要有足够的火花放电强度，以使部分金属熔化和气化。,P93读3）。液体介质的作用？,电火花成形加工的加工特点,优点,难加工材料的加工任何导电的硬、脆、软、粘或高熔点的金属材料，淬硬件，硬质合金冲模。避免了，热处理后零件的变形，免去热处理后再进行的精加工。,电极与工件不接触，无明显的机械力，工件不变形,无形状限制，可加工窄小型面，复杂型面,电火花成形加工的加工特点,优点,脉冲参数调节方便，可连续完成粗、半精、精加工,利用电能加工，便于实现自动控制,零件加工精度高,操作方便,电极材料较软，紫铜、石墨，工具电极易制造复杂形状,电火花成形加工加工特点,必须制作工具电极 增加了制作电极的费用和时间，并且存在电极损耗。加工部分形成残留变质层；工件上电加工部位要经受上万度高温加热后急速冷却，表面受到强烈的热影响，生成电加工表面变质层。这种变质层容易造成加工部位的碎裂与崩刃。放电间隙使加工误差增大；加工精度受到电极损耗的影响；主要用于加工金属等导电材料；加工速度较慢；为弥补这一局限，通常在安排工艺时先采用切削加工去除大部分金属。,缺点,电火花加工的工艺范围,电火花加工的工艺过程,电火花加工设备,脉冲电源,立柱,主轴头,油箱,工作液循环过滤系统,床身,电火花穿孔、成形加工机床型号,D 71 32D电加工机床71电火花穿孔、成形加工机床32第一主参数：工作台宽度320mm,表3-1,3-2 D6140A D电加工机床 61电火花穿孔加工机床(窄脉冲电源）40第一主参数：工作台宽度400mm D5540A D电加工机床 55电火花成形加工机床(长脉冲电机电源）40第一主参数：工作台宽度400mm,电火花成形加工在模具制造中的应用一、凹模型孔的加工,1.保证凸、凹模配合间隙的方法（一）直接法用加长的钢凸模作电极加工凹模的型孔，加工后将凸模上的损耗部分去除。凸、凹模配合间隙靠 控制脉冲放电间隙来保证。特点：配合间隙均匀，质量 高，不需另外专门制作 电极，工艺简单。缺点：效率低，易磁化，电蚀物形成二次放电。,电火花成形加工在模具制造中的应用一、凹模型孔的加工,1.保证凸、凹模配合间隙的方法（二）间接配合法 将凸模的加长部分选用与凸模不同的材料，与凸模一起加工，以粘接或钎焊部分作穿孔电极的工作部分。,特点：电极材料可选，电加工性能好；配合间隙均匀。较广泛采用。,电火花成形加工在模具制造中的应用一、凹模型孔的加工,1.保证凸、凹模配合间隙的方法（三）修配凸模法 凸模和工具电极分别制造，在凸模上留一定的修配余量，按电火花加工好的凹模型孔修配凸模，达到所要求的凸、凹模的配合间隙。,特点：无论间隙大小，均可采用此方法。但增加了制作电极和钳工修配的工作，且配合间隙不易均匀。适于形状较简单的冲模。,1.保证凸、凹模配合间隙的方法（四）二次电极法利用一次电极制造出二次电极，再分别用一次和二次电极加工出凹模和凸模，并保证凸、凹模配合间隙。1一次电极；2凹模；3二次电极；4凸模a）加工凹模；b）制造二次电极；c）加工凸模；d）凸、凹模配合,1.保证凸、凹模配合间隙的方法（四）二次电极法特点：操作过程复杂，一般不选用；可调整放电间隙，加工无间隙和小间隙精冲模；注意：电火花加工会产生加工斜度，如图a，故凹模底朝上加工，装配如图d。,一、凹模型孔的加工,1.凹模型孔的加工,2.电极设计-电极材料,整体式电极组合式电极镶拼式电极,1,2,3,4,5电极拼块；6定位销；7固定螺钉,1固定板；2电极；,2.电极设计-电极材料,1.凹模型孔的加工,电极横截面尺寸当按凹模型孔确定电极横截面尺寸时，电极轮廓比凹模均匀缩小一个放电间隙当按凸模确定电极尺寸时：配合间隙Z=放电间隙2，电极与凸模基本尺寸完全一致配合间隙Z放电间隙2，电极比凸模均匀小a1配合间隙Z 放电间隙2，电极比凸模均匀大a1电极单边缩小或放大数值a1：,型孔尺寸,电极尺寸,2.电极设计电极尺寸,1.凹模型孔的加工,电极长度尺寸L=K t+h+l+（0.40.8）（n-1）K tn电极使用次数系数K（紫铜22.5，石墨1.72，铸铁2.53，钢33.5）阶梯电极可减少参数转换次数,2.电极设计-电极尺寸,1.凹模型孔的加工,电极公差：长度方向无严格要求；横截面尺寸公差取凹模刃口尺寸公差的1/21/3;侧面平行度误差不超过0.01/100mm；粗糙度不大于型孔表面粗糙度；,2.电极设计-电极尺寸,1.凹模型孔的加工,3.凹模模坯准备,1.凹模型孔的加工,（一）电极的装夹装夹电极的夹具有：钻夹头、螺纹夹头、十字铰链式夹具、球面铰链式夹具等。,电极,标准套筒,电极,钻夹头,电极,标准螺钉夹头,4.电极、工件的装夹与校正,1.凹模型孔的加工,（二）工件的装夹 工件一般直接压在工作台上；待找正后用压板和螺栓压紧。（三）找正与定位找准电极与工件间正确的相对位置，以保证模具的制造精度。而定位就是将电极和工件间找正后的位置确定下来，保证定位精度。,4.电极、工件的装夹与校正,1.凹模型孔的加工,量块角尺法定位1.凹模 2.电极 3.角尺 4.量块,电规准：电火花加工过程中的一组电参数，如电压、电流、脉宽、脉间等。(相当于切削参数）（一）粗规准（粗加工参数）生产率高（不低于50mm3/min），工具电极损耗小，主要采用较大电流，较长脉宽，ti=2060s。加工表面Ra 12.5m主要用于粗加工,5.电规准的选择和转换,1.凹模型孔的加工,（二）中规准过渡性加工，以减少精加工时的加工余量，提高加工速度，采用的脉宽小于粗规准，ti=6206s。加工表面Ra 达6.33.2m主要用于减小精加工余量,5.电规准的选择和转换,1.凹模型孔的加工,（三）精规准精加工，最终保证模具所要求的配合间隙、表面粗糙度、刃口斜度等，故应采用小电流、高频率、短脉宽，ti=26s。加工表面Ra 达1.60.8m粗规准和精规准的正确配合，可以适当的解决电火花加工时的质量和生产率之间的矛盾,5.电规准的选择和转换,1.凹模型孔的加工,作业18,特种加工与机械加工的区别？电火花成形加工的原理。电火花成形加工必须具备的条件。电火花加工的特点。,2.型腔加工,工艺方法单电极加工法用一个电极完成型腔的加工形状较简单、精度不高经过预加工的型腔：侧面单边余量0.10.5mm 底面余量0.20.7mm平动法,相当于轨迹法加工,型腔与型孔加工的不同点？,2.型腔加工,工艺方法多电极加工法多电极加工法将粗、精加工分开，用不同的电极更换加工同一个型腔，每个电极加工时必须把上一规准的放电痕迹去掉。多电极加工仿形精度高，适于尖角、窄缝多的型腔加工。,相当于成形法加工,2.型腔加工,工艺方法分解电极加工法分解电极加工法是单电极平动法和多电极加工法的综合应用。根据型腔形状特点，将电极分解为主、副型腔电极制造。配合不同的电规准，先加工主型腔，再用副型腔电极加工尖角、窄缝等处的副型腔。这种方法有利于提高加工速度和改善加工表面质量。,2。型腔加工,工艺方法程控电极加工法程控电极加工法是将型腔分解为更为简单的表面，制造相应简单的电极，在数控电火花机床上，由程序控制自动更换电极和转换电规准，实现复杂型腔的加工。,2.型腔加工,电极设计电极材料和结构选择1、电极材料：石墨和纯铜，铜钨合金和银钨合金2、电极结构：整体式电极、镶拼式电极电极结构整体式：尺寸不大、不很复杂镶拼式：尺寸大、形状复杂组合式：一模多腔,2.型腔加工,电极设计电极材料和结构选择1、电极材料：石墨和纯铜，铜钨合金和银钨合金2、电极结构：整体式电极、镶拼式电极电极结构整体式：尺寸不大、不很复杂镶拼式：尺寸大、形状复杂组合式：一模多腔,2.型腔加工,电极设计电极尺寸横截面尺寸：a=AKb,电极,工件型腔,式中“”号及K值确定原则：如图所示，与型腔凸出部分相对应的电极凹入部分尺寸应放大，即用“+”号；反之与型腔凹入部分相对应的电极凸出部分尺寸应缩小，即用“”号。,当型腔尺寸以两加工表面为尺寸界线标注时，若蚀除方向相反，取K=2；蚀除方向相同，取K=0；当型腔尺寸以中心线或非加工面为基准标注时，取K=1；凡与型腔中心线之间的位置尺寸以及角度尺寸相对应的电极尺寸不缩不放，取K=0。,2.型腔加工,电极设计电极尺寸高度尺寸：,1.电极固定板 2.电极 3.工件,2.型腔加工,电极设计排气孔和冲油孔冲油孔设计在难以排削、窄缝等处排气孔设计在蚀除面积较大的位置,2。型腔加工,电极和工件的装夹与校正电极的装夹与校正固定板基面校正法电极侧面校正法电极端面火花放电校正法,固定板基面校正法1.电极 2.调节装置 3.百分表 4.工作台,2.型腔加工,电极和工件的装夹与校正电极和工件的定位量块定位法十字线定位法定位板定位法,十字线定位法1.电极 2.模块 3.刀口角尺 4.电极固定板,2.型腔加工,电极和工件的装夹与校正电极和工件的定位量块定位法十字线定位法定位板定位法,定位板线定位法1.电极 2.模块 3.定位板 4.电极固定板,2.型腔加工,电规准的选择和转换1、粗规准：以高的蚀除速度加工出型腔的基本轮廓，电极损耗要小，电蚀表面不能太粗糙。宽脉冲：ti 500s，大峰值电流，用负极进行粗加工。电流密度：35A/mm22、中规准：减小被加工表面的粗糙度，为精加工作准备。脉冲宽度：ti=2040s。电流密度略小于粗规准。,2.型腔加工,电规准的选择和转换3、精规准：用于型腔精加工，所去除的余量一般不超过0.10.2mm。窄脉冲：ti 20 s，小峰值电流。电规准的转换 粗规准一般选择一档；中规准和精规准选择24档。,2.型腔加工,电极制造制造电极板：固定石墨用，铝板或钢板加工样板：不易测量的，要加工样板石墨坯料：整块或拼块石墨坯料与电极板连接：螺钉连接，保证导电性划线电极加工加工排气孔：与电极板一起钻检验,其他特种加工方法,电火花线切割加工,工作原理电火花线切割加工（WEDM）是在电火花加工基础上发展起来的一种工艺方法，其基本原理是利用移动的细金属导线（铜丝或钼丝）作电极（正极），对工件进行脉冲火花放电、切割成形。,1-绝缘底板 2-工件 3-脉冲电源 4-钼丝 5-导向轮 6-支架 7-贮丝筒,其他特种加工方法,电火花线切割加工,机床加工示意图1.工作台 2.夹具 3.工件 4.脉冲电源 5.电极丝 6.导向轮 7.丝架 8.工作液箱 9.贮丝筒,其他特种加工方法,电火花线切割加工,加工特点1、无需特定形状的工具电极，节约了电极设计、制造费用，缩短了生产准备时间2、由于加工表面的几何轮廓由CNC控制的运动获得，容易获得复杂的平面形状3、电极丝在加工中不断移动，使电极丝损耗较少，有利于提高加工精度4、由于电极丝较细，可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状工件，由于切缝很窄，金属去除量少，可对工件套料加工，材料利用率高，节约贵重金属5、不同工件只需编制不同程序，易实现自动化6、不能加工盲孔类零件表面和阶梯形表面（立体形状表面）,其他特种加工方法,电火花线切割加工,加工应用1、模具零件适于淬火钢、硬质合金零件的加工；细小零件、窄缝等2、电极加工适于加工电火花成形加工用的型孔电极，锥度电极，微细形状复杂电极等。适于铜钨合金、银钨合金等材料。3、零件加工难加工材料，样件，型孔，样板，成形刀具等。,其他特种加工方法,电火花线切割加工,电火花线切割机床的分类 根据电极丝的运行速度，可分为：高速走丝：电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为810m/s，是我国独创的电火花线切割加工模式。钼丝或铜丝作工具电极。精度较低，0.01mm，Ra2.50.63m。低速走丝：电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s，国外使用较多。紫铜、黄铜、钨、钼作工具电极。精度0.001mm，Ra0.32m,其他特种加工方法,DK7725数控线切割机床，快走丝，工作台横向行程250mm,其他特种加工方法,电解磨削,电解磨削原理：又称电化学磨削，ECG。1.直流电源 2.绝缘主轴 3.导电磨轮 4.电解液喷嘴 5.工件 6.电解液泵 7.电解液箱 8.机床床身 9.工作台,其他特种加工方法,正极,负极,工件,磨粒,磨轮导电基体,电解间隙0.020.05mm电解液,形成一薄层软的阳极钝化膜，极易被磨掉。,是将金属的电化学阳极溶解作用，与机械磨削作用相结合的一种复合磨削工艺。,电解磨削,余量的95%98%由电解作用去除，2%5%的余量由磨轮的机械磨削完成。加工范围广，效率高：加工任何高硬度、高韧性的金属材料，比金刚石砂轮效率提高35倍。表面质量好：磨削力、磨削热很小，不产生毛刺、烧伤、裂纹等缺陷。加工精度可达0.01mm，Ra可小于0.16m。砂轮损耗小：电解是主要作用，切削力小，保持砂轮的形状，寿命长。不足：磨削刀具刃口时，不易磨出锋利的刃，机床、夹具需防腐，较普通磨床复杂，工作环境差。,其他特种加工方法,电解磨削加工特点,其他特种加工方法,电铸成形加工,电铸成形原理,其他特种加工方法,1.电铸槽 2.电铸材料3.直流电源 5.母模 6.搅拌器 7.电铸液 8.过滤器 9.泵 10.加热器,阴极,阳极,含电铸材料的金属盐溶液,电铸液中的金属离子，在阴极沉积，逐层覆盖在母模上，到达厚度后，分离。,在直流电的作用下，发生阳极溶解反应，以正离子状态进入电铸液。,金属离子浓度保持不变。,电铸成形加工,电铸成形原理,其他特种加工方法,阴极,阳极,阴极母模材料金属：永久性不含铬的低碳钢、中碳钢或铜；可溶性低熔点合金非金属：不可溶木材、石膏、环氧树脂、聚氯乙烯、有机玻璃可溶性石蜡,电铸成形加工,复制精度高：精确复制复制形状和细微纹路表面，尺寸精度可达0.25m，Ra0.1m。电铸件性能好：电铸件纯度高，利于加工电极；机械强度好，如电铸镍b=14001600MPa，HRC=3550。设备简单，容易操作。效率低：金属沉积速度慢，1mm大约需十几个小时。结构性差：电铸层较薄，尖角、凹槽等处内应力大，易变形，不适于加工受冲击载荷的型腔件。,其他特种加工方法,加工特点,电铸成形加工,其他特种加工方法,其他特种加工方法,超声波加工,概念声波是人耳能感受的一种纵波，其频率f16，16000Hz。当频率超过16000Hz，即超出一般人耳的听觉范围，就称其为超声波。超声波频率高、波长短、能量大。主要特性能传递很强的能量当超声波经过液体介质传播时，以极高频率压迫液体质点振动，在液体介质中连续形成压缩和稀疏区域。超声波通过不同介质时，在界面上会发生波速突变，产生波的折射和反射现象。超声波在一定条件下，会产生波的干涉和共振现象。,其他特种加工方法,超声波加工,加工原理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,其他特种加工方法,1-工具 2-工件 3-磨料悬浮液 4、5-变幅杆 6-换能器 7-超声波发生器,不仅能够加工硬质合金、淬火钢等脆硬金属材料，更适合加工玻璃、陶瓷、半导体锗和硅片等不导电非金属脆硬材料。,超声波加工,加工原理空化作用：当工具端面以很大的加速度离开工件表面时，加工间隙内形成负压和局部真空，在工作液内形成很多微腔。当工具端面以很大加速度接近工件表面时，空泡闭合，引起极强的液压冲击波。超声波加工是磨粒在超声振动作用下的机械撞击和抛磨作用以及空化作用的综合结果，其中撞击作用是主要的。材料越硬越易加工。而脆性和硬度不大的材料，由于它的缓冲作用而难以加工。,其他特种加工方法,其他特种加工方法,电解加工,基本原理在工件(阳极)与工具(阴极)之间接上直流电源，并保持较小的加工间隙(0.10.8 mm)，间隙中通过高速流动的电解液。这时，工件阳极开始溶解。初始时，两极之间的间隙大小不等，间隙小处电流密度大，阳极金属去除速度快；而间隙大处电流密度小，去除速度慢。,其他特种加工方法,随着工件表面金属材料的不断溶解，工具阴极不断地向工件进给，溶解的电解产物不断地被电解液冲走，工件表面也就逐渐被加工成接近于工具电极的形状，如此下去直至将工具的形状复制到工件上。,电解加工,A、能加工各种硬度和强度的材料。B、生产率高：约为电火花加工的510倍，在某些情况下，比切削加工的生产率还高，且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。C、表面质量好：电解加工不产生残余应力和变质层，又没有飞边、刀痕和毛刺。D、阴极工具在理论上不损耗，基本上可长期使用。,其他特种加工方法,加工特点,其他特种加工方法,激光加工,其他特种加工方法,利用高效激光对材料进行雕刻和切割,激光加工,激光具有非常纯正的颜色，几乎无发散的方向性,雕刻机，极高的发光强度。激光同时又具有高相干性、高强度性、高方向性。激光通过激光器产生后由反射镜传递并通过聚集镜照射到加工物品上，使加工物品（表面）受到强大的热能而温度急剧增加，使该点因高温而迅速的融化或者汽化，配合激光头的运行轨迹从而达到加工的目的。,其他特种加工方法,激光加工,范围广泛：几乎可对任何材料进行雕刻切割。安全可靠：采用非接触式加工，不会对材料造成机械挤压或机械应力。精确细致：加工精度可达到0.1mm。效果一致：保证同一批次的加工效果完全一致。高速快捷：可立即根据电脑输出的图样进行高速雕刻和切割，比线切割的速度要快很多。成本低廉：不受加工数量的限制。切割缝细小：激光切割的割缝一般在。切割面光滑：激光切割的切割面无毛刺。热变形小：能量集中，被切割材料上的热量小，不易变形。合大件产品的加工：大件产品的模具制造费用很高，激光加工不需任何模具制造，且能避免剪切塌边。省材料：电脑编程，提高材料的利用率。,其他特种加工方法,激光加工的优点,其他特种加工方法,电子束加工,电子束加工原理,其他特种加工方法,电子束聚焦后能量密度极高（106109W/cm2），并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（几分之一秒）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化或气化。,离子束加工,离子束加工是在真空条件下，先由电子枪产生电子束，再引入已抽成真空且充满惰性气体之电离室中，使低压惰性气体离子化。由负极引出阳离子又经加速、集束等步骤，最后射入工件表面。离子束工主要特点如下：1.加工的精度非常高。2.污染少。3.加工应力、热变形等极小、加工精度高。4.离子束加工设备费用高、成本贵、加工效率低。,其他特种加工方法,离子束加工原理,作业19,电火花线切割的加工原理及特点。电解磨削与普通磨削的区别？电铸成形加工的特点。,