特种加工教程

模具制造综合实践特特 种种 加加 工工主要解决三个问题主要解决三个问题1、特种加工是怎样产生的、特种加工是怎样产生的,究竟究竟“特特”在哪？主要在哪？主要特点。特点。2、理解一般特种加工原理、主要分类和应用范围。、理解一般特种加工原理、主要分类和应用范围。3 3、特种加工的应用，对现代机械制造技术带来的影、特种加工的应用，对现代机械制造技术带来的影响和变化。响和变化。1模具制造综合实践第一章第一章:绪绪 论论 1-1:特种加工的产生及发展特种加工的产生及发展l特种加工技术是直接利用电能、光能、声能、光能、化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。度、高韧性、高脆性、耐高温等材料。l解决难加工材料加工问题；各种复杂表面的加工问题；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。各种超精、光整及特殊要求的零件的加工问题。l应用：电火花成型加工、线切割加工、电解加工、超声应用：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。加工、电铸加工和化学加工等。2模具制造综合实践特种加工的主要特点特种加工的主要特点特种加工的独特之处：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；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；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。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；能量密度高，能加工常规切削方法难以加工的材料；简单进给运动简单进给运动,可以加工复杂型面可以加工复杂型面3模具制造综合实践适用范围：适用范围：.某些产品，如：阀门、航空陀螺、光学透镜，其尺寸精度某些产品，如：阀门、航空陀螺、光学透镜，其尺寸精度0.1m，粗糙度，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，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、金刚石和玻璃如：钛合金、高温合金、硬质合金、陶瓷、金刚石和玻璃等。等。.某些结构特殊、形状复杂、尺寸微小的零件加工，如：模某些结构特殊、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。具形腔、发动机叶片、花键喷管等。.细长轴和薄壁工件。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上述四种情况的加工，通常采用特种加工方法模具制造综合实践特种加工分类特种加工分类按用途分：尺寸加工、表面加工按用途分：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。法。新的特种加工方法：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、改变工件表面粗糙度或表面性能的加工：离子束抛光、电子束表面强化电子束表面强化.微纳米加工：分子、原子单位的加工微纳米加工：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、放电烧结不属于尺寸加工的成形加工方式：电磁成形、放电烧结模具制造综合实践1-2.特种加工对机械制造业的影响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。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。接有关。2.改变零件加工的典型工艺路线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。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。缩短新产品试制周期。4.对零件的结构设计产生影响。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。对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生影响。模具制造综合实践1-3.特种加工待解决的主要问题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。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。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。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、等离子弧加工加工精度及生产率（快速成形、等离子弧加工等）有待提高。等）有待提高。4.经济性经济性模具制造综合实践第二章：电火花加工第二章：电火花加工 2-1.电火花加工原理和设备电火花加工原理和设备 l原理：在一定的介质中，利用两个电极之间产生火花放电原理：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：工的基本原理如图：81)1)电极：铜电极：铜 、钢、石墨、钢、石墨2)2)加工介质：煤油、煤油和加工介质：煤油、煤油和机油、水基工作液机油、水基工作液3)3)脉冲电源脉冲电源 模具制造综合实践电火花加工应具备的条件电火花加工应具备的条件1 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）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；离以形成放电间隙；2 2）脉冲波形基本是单向的；具有合适的脉间和脉宽；）脉冲波形基本是单向的；具有合适的脉间和脉宽；3 3）放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行；）放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行；4 4）有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属溶化或）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气化 。9l加工条件：加工条件：脉冲电流波形模具制造综合实践电火花加工电火花加工l电火花加工的特点电火花加工的特点1 1）便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料；）便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料；2 2）电极和工件在加工过程中不接触，便于加工小孔、深孔、）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；窄缝零件；3 3）电极材料不必比工件材料硬；）电极材料不必比工件材料硬；4 4）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过程的自动）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；控制；5)5)广泛应用于凹模型孔、型腔加工。广泛应用于凹模型孔、型腔加工。10模具制造综合实践电火花加工方法的分类电火花加工方法的分类电火花加工电火花加工普通电火花加工普通电火花加工电火花磨削电火花磨削线电极电火花加工线电极电火花加工电火花展成加工电火花展成加工电电火火花花平平面面磨磨电电火火花花成成形形磨磨电电火火花花线线切切割割电电火火花花小小孔孔加加工工电电火火花花内内外外圆圆磨磨电电火火花花成成形形电电极极电电火火花花加加工工电电火火花花共共扼扼展展成成其其他他展展成成加加工工电电火火花花表表面面强强化化电电火火花花 电电 火火 花花 穿穿 孔孔模具制造综合实践2-2.电火花加工的机理电火花加工的机理 1）电离电离:电场强度大电场强度大,液体介质液体介质电子、离子电子、离子2 2）放电：）放电：电子电子阴离子阴离子 阳介质绝缘形成电通道阳介质绝缘形成电通道3 3）热膨胀：电子、离子碰撞，）热膨胀：电子、离子碰撞，阴、阳极碰撞阴、阳极碰撞1000012000 1000012000 工件表面熔工件表面熔化、汽化介质汽化、分离碳黑化、汽化介质汽化、分离碳黑4 4）抛处金属：爆炸力使工件表面抛出金属，形成凹坑。）抛处金属：爆炸力使工件表面抛出金属，形成凹坑。5 5）消电离：）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。次准备。12l加工过程加工过程模具制造综合实践火花放电产生高温的特性：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。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，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。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，还要满足一定的条这一物理现象进行实际加工，还要满足一定的条件才行。件才行。模具制造综合实践2-3.电火花加工中的一些基本规律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。的现象，称极性效应。.电参数对电蚀量的影响电参数对电蚀量的影响模具制造综合实践 单个脉冲所释放的能量单个脉冲所释放的能量,取决于极间放电电压、放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：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。关的数值。模具制造综合实践正、负极的电蚀量正比于平均放电电流的大小和电正、负极的电蚀量正比于平均放电电流的大小和电流脉宽。流脉宽。提高电蚀量和生产率的主要途径在于：提高电蚀量和生产率的主要途径在于：提高脉冲频率提高脉冲频率f；提高单个脉冲能量提高单个脉冲能量Wm；增加脉冲电流的幅值增加脉冲电流的幅值ie；减少脉冲间隔减少脉冲间隔t0；设法提高系数设法提高系数Ka、Kc等。等。模具制造综合实践 图中图中 t ti i为脉冲为脉冲宽度宽度，t to o为脉冲为脉冲间隔间隔，t tp p为脉冲为脉冲周期周期，u ui i为脉冲为脉冲峰值电压峰值电压或空载电压或空载电压模具制造综合实践 .金属材料热学物理常数对电蚀量的影响金属材料热学物理常数对电蚀量的影响热学物理常数：热学物理常数：熔点、沸点、热导率、比热容、熔熔点、沸点、热导率、比热容、熔化热、汽化热等。化热、汽化热等。当脉冲放电电能量相同时，金属的熔点、沸点、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，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。其加工的难度越大。.工作液对电蚀量的影响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，强化电蚀产物放电通道，提高放电的能量密度，强化电蚀产物的抛出效果。的抛出效果。模具制造综合实践.影响电蚀量的一些其它因素影响电蚀量的一些其它因素 加工过程的稳定性加工过程的稳定性 采用加工的电流过大采用加工的电流过大 电极材料电极材料 脉冲波形脉冲波形 碳黑膜的形成碳黑膜的形成 工作液工作液模具制造综合实践电火花加工速度和工具的损耗速度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。单位时间内工具的电蚀量称为损耗速度。：加工速度：加工速度提高途径：提高途径：.提高脉冲频率提高脉冲频率.提高单个脉冲能量提高单个脉冲能量.提高工艺系数提高工艺系数：工具电极相对损耗速度和相对损耗比：工具电极相对损耗速度和相