1.特种加工技术-PB

电解磨削 电 铸 涂 镀
激光加工
电子束加工 离子束加工 超声加工
激光切割、打孔、焊接、雕
刻、激光打标 激光处理、表面改性 切割、打孔、焊接 蚀刻、镀覆、注入 切割、打孔、雕刻 化学铣削
光能、热能
熔化、汽化
光能、热能 电能、热能 电能、动能 声能、机械能 化学能 化学能
熔化、相变 熔化、汽化 原子撞击 磨料高频撞击 腐 蚀 光化学腐蚀
应 用 用于形状尺寸加工 用于表面加工 用于表面加工 用于形状尺寸加工 用于形状尺寸加工 用于形状尺寸加工
第二章 特种加工技术
3、电化学加工的适用范围
电化学加工的适用范围，因电解和电镀两大类工艺的
不同而不同。
电解加工可以加工复杂成型模具和零件，例如汽车、 拖拉机连杆等各种型腔锻模，航空、航天发动机的扭曲叶 片，汽轮机定子、转子的扭曲叶片，炮筒内管的螺旋“膛 线” ( 来复线 ) ，齿轮、液压件内孔的电解去毛刺及扩孔、 抛光等。 电镀、电铸可以复制复杂、精细的表面。
电化学加工的类别如表2-1所示。本节主要介绍电解 加工、电铸成型、电解磨削，其它的电化学加工请参考 相关资料。
第二章 特种加工技术 表2-1 电化学加工分类
类别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
加工方法及原理 电解加工(阳极溶解) 电化学抛光(阳极溶解) 电镀(阴极沉积) 电铸(阴极沉积) 电极磨削(阳极溶解、机械磨削) 电解放电加工(阳极溶解、电火花蚀除)
目前，已实现用四轴联动线切割机床切出扭曲变 截面的叶片。随着设备自动化程度的提高，实现特种 加工柔性制造系统已成为各工业国家追求的目标。
第一章 概论 我国的特种加工技术起步较早。 20 世纪 50 年代中 期我国工厂已设计研制出电火花穿孔机床， 60年代末
上海电表厂张维良工程师在阳极—机械切割的基础上发
第一章 概论
表1-1 常用特种加工方法的分类
特种加工方法 能量来源及形式 电能、热能 作用原理 熔化、汽化 电火花成型加工
电火花加工
电火花线切割加工
电解加工
电能、热能
电化学能 电化学能、机械能 电化学能 电化学能
熔化、汽化
金属离子阳极溶解 阳极溶解、磨削 金属离子阴极沉淀 金属离子阴极沉淀
电化学加工
第二章 特种加工技术
4、 电解加工
1．电解加工的原理及特点
1) 基本原理
电解加工是利用金属在电解液中的“电化学阳极溶解” 来将工件成型的。如图2-2所示，在工件(阳极)与工具(阴极) 之间接上直流电源，使工具阴极与工件阳极间保持较小的加 工间隙(0.1～0.8 mm)，间隙中通过高速流动的电解液。这时， 工件阳极开始溶解。开始时，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。
第一章 概论
硬质合金钢等难加工 电解磨削 1/50 1/100 0.02/0.001 1.25/0.04 材料的磨削，如硬质合 金刀具、量具等 加工脆硬材料，如玻 超声波 加 工 任何脆性 材料 0.1/10 1/50 0.03/0.005 0.63/0.16 璃、石英、宝石、金刚 石、硅等，可加工型孔、 型腔、小孔等 精密加工小孔、窄缝 激光加工 瞬时去 除 率很高，受功 不损耗 ( 三种 电子束 加 工 任何材料 加工，没有成型 用的工具) 率限制，平均 去除率不高 0.01/0.001 10/1.25 及成型切割、蚀刻，如 金刚石拉丝模、钟表宝 石轴承等 在各种难加工材料上 打微小孔、切缝、蚀刻、 焊接等，常用于制造大、 中规模集成电路微电子 器件 离子束 加 工 对零件表面进行超精 很低 /0.01 μm /0.01 密、超微量加工、抛光、 刻蚀、掺杂、镀覆等
第一章 概论 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、微细表面和低刚度的零 件。 目前，国际上对特种加工技术的研究主要表现在以下 几个方面： (1) 微细化。目前，国际上对微细电火花加工、微细 超声波加工、微细激光加工、微细电化学加工等的研究正 方兴未艾，特种微细加工技术有望成为三维实体微细加工 的主流技术。 (2) 特种加工的应用领域正在拓宽。例如，非导电材 料的电火花加工，电火花、激光、电子束表面改性等。
图2-2 电解加工原理图
第二章 特种加工技术 2) 特点 (1) 能加工各种硬度和强度的材料。只要是金属，不管 其硬度和强度多大，都可加工。 (2) 生产率高，约为电火花加工的 5～10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。 (3) 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。在正常情况下，表面粗糙度Ra 可达0.2～1.25 μm。 (4) 阴极工具在理论上不损耗，基本上可长期使用。 电解加工当前存在的主要问题是加工精度难以严格控 制，尺寸精度一般只能达到0.15～0.30 mm。
第一章 概论
1.4 特种加工的意义
1) 提高了材料的可加工性; 2) 改变了零件的典型工艺路线; 3) 试制新产品时可以省去刀、夹、模具设计制造的时间 及费用； 4）对零件结构工艺性的评价标准进行重新衡量。
第二章 特种加工技术
第二章
特种加工技术
2.1 电化学加工技术 2.2 激光加工技术
2.3 超声波加工技术
第二章 特种加工技术
1 i e e i 2
2＋ Cu ＋ H
－ Cl
－ OH
1— 阳 极 ； 2— 阴 极
图2-1 电解(电镀)液中的电化学反应
Байду номын сангаас
第二章 特种加工技术
2、电化学加工的分类
电化学加工有三种不同的类型。第Ⅰ类是利用电化学 反应过程中的阳极溶解来进行加工，主要有电解加工和 电化学抛光等；第Ⅱ类是利用电化学反应过程中的阴极 沉积来进行加工，主要有电镀、电铸等；第 Ⅲ 类是利用 电化学加工与其他加工方法相结合的电化学复合加工工 艺进行加工，目前主要有电解磨削、电化学阳极机械加 工(其中还含有电火花放电作用)。
2 特种加工解决的问题
1) 难切削材料(如宝石、金刚石、钛合金等)的加工;
2) 特殊复杂表面的加工,微细尺寸; 3) 超精、光整及具有特殊要求的表面加工(航空航天、国防工业中表 面质量和精度要求高的陀螺仪、伺服阀及低刚度细长轴)。
第一章 概论
3 加工原理
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。 由于各种特种加工所用的能量不同，其具体加工
第一章 概论 表1-2 几种常见特种加工方法的综合比较
加工方法 可加工材料 工具损耗率/% (最低/平均) 材料去除率/ (mm3/min) (平均/最高) 可达到尺寸 精度/mm (平均/最高) 可达到表 面粗糙度 Ra / μm (平均/最高) 从数微米的孔、槽到 电火花 成型加工 任 何 导电 金属材料， 如 电火花线 切割加工 硬质合金钢、 耐热钢、 不锈 钢、淬火钢、 钛合金等 电解加工 不损耗 100/10000 0.1/0.01 1.25/0.16 较小(可补偿) 20/200* (mm2/min) 0.02/0.002 5/0.32 0.1/10 30/3000 0.03/0.003 10/0.04 数米的超大型模具、工 件等，如各种类型的孔、 各种类型的模具 切割各种二维及三维 直纹面组成的模具及零 件，也常用于钼、钨、 半导体材料或贵重金属 切削 从微小零件到超大型 工件、模具的加工，如 型孔、型腔、抛光、去 毛刺等 主要适用范围
原理也有很大不同。
特种加工是利用能量及能量间的转化对工 件进行加工的方法。
第一章 概论
1.2 特种加工的特点及发展
与传统的机械加工相比，特种加工的特点是：
(1) 不是主要依靠机械能，而是利用其他能量(如电、化学、光、 声、热等)去除金属材料，故加工的难易与工件硬度等机械性能无关, 工具硬度可低于工件硬度。 (2) 非接触加工，所以加工过程中工具和工件之间不存在显的 机械切削力不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触， 因此工件不承受大的作用力. (3) 微细加工，工件表面质量高，有些特种加工如超声、电化 学水喷射等，加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔 或狭缝，还能获得高精度、低粗糙度的加工表面。 (4) 各种加工方法可以扬长避短、任意组合，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)、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。
化学加工
光 刻
第一章 概论 尽管特种加工优点突出，应用日益广泛，但是各 种特种加工的能量来源、作用形式、工艺特点却不尽
相同，其加工特点与应用范围自然也不一样，而且各
自还都具有一定的局限性。 为了更好地应用和发挥各种特种加工的最佳功能
及效果，必须依据工件材料、尺寸、形状、精度、生
产率、经济性等情况作具体分析、区别对待，合理选 择特种加工方法。表1-2对几种常见的特种加工方法进 行了综合比较。
明了我国独创的快走丝线切割机床，上海复旦大学研 制出电火花线切割数控系统。但是由于我国原有的工
业基础薄弱，特种加工设备和整体技术水平与国际先
进水平有不少差距，每年还需从国外进口300台以上高 档电加工机床。
第一章 概论
1.3 特种加工的分类
与其他先进制造技术一样，特种加工正在研究、开发推广和
应用之中，具有很好的发展潜力和应用前景。依据加工能量的来
第一章 概论 (3) 广泛采用自动化技术。充分利用计算机技术对 特种加工设备的控制系统、电源系统进行优化，建立
综合参数自适应控制装置、数据库等，进而建立特种
加工的 CAD/CAM 和 FMS 系统，这是当前特种加工技 术的主要发展趋势。用简单工具电极加工复杂的三维
曲面是电解加工和电火花加工的发展方向。