特种加工技术 (1)
特种加工技术
机 械 工 程 导 论
第五节
超声波加工
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； 2、超声波可用于加工薄壁、薄片等易变形零件，加工精度高； 3、超声波加工设备简单，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。
机 械 工 程 导 论
第三节
电解加工
电解加工有叫电化学加工， 包括从工件上去除金属的电解 加工和向工件上沉积金属的电 镀、涂覆加工两大类 一、电解加工的基本原理 二、电解加工的基本概念 生产率、极间间隙、电解 液、加工精度和表面质量
机 械 工 程 导 论
第三节
电解加工
三、电解加工的特点、方法和应用
一、激光加工的基本原理
机 械 工 程 导 论
第四节
激光加工
二、激光加工的特点、方法及应用
1.可以加工各种金属材料和非金属材料; 2.激光加工不需要工具，易实现加工过程自动化; 3.激光可透过玻璃等材料对工件进行加工; 4.可以实现精密微细加工; 5.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。
机 械 工 程 导 论
第十四章 特种加工
第一节 概 述
特种加工是指采用电能、化学能、光能、卢能、热能、 以及电子、离子等不同能源，区别于传统的切削加工方法， 也称为非传统加工。
常用特种加工方法有：电火花加工、电 解加工、激光加工、超声波加工、电子束加工、 离子束加工等。
机 械ห้องสมุดไป่ตู้工 程 导 论
第二节
电火花加工
电火花加工是模具加工的重要方法，常用的有电火花 成形和电火花线切割两种。
特种加工技术
特种加工技术1. 引言特种加工技术是指在工业生产过程中，利用先进的加工设备和工艺，对特殊材料或特殊形状的零件进行加工加工的技术方法。
特种加工技术在许多领域中都有广泛的应用，如航空航天、汽车制造、船舶建造等。
本文将介绍几种常见的特种加工技术，包括电火花加工、激光加工以及电化学加工。
2. 电火花加工电火花加工是一种利用电火花放电来进行加工的技术。
该技术主要用于加工高硬度和脆性材料，如硬质合金、陶瓷等。
其工作原理是利用高压脉冲电流在工件表面产生电火花放电，从而烧蚀掉工件表面的材料。
通过控制放电的时间和能量，可以实现对工件的精细加工。
电火花加工具有以下几个优点： - 能够加工高硬度和脆性材料； - 加工过程中不会产生机械应力； - 可以实现复杂形状的加工。
然而，电火花加工也存在一些限制：- 加工效率相对较低；- 加工精度受到局限。
3. 激光加工激光加工是利用高能量密度的激光束对工件进行加工的技术。
激光加工可以通过烧蚀、熔化、汽化等方式来剥离工件表面的材料。
激光加工具有以下几个特点： - 高加工精度和加工质量； - 高加工速度； - 可以实现对不同材料的加工。
激光加工在航空航天、汽车制造等领域有广泛的应用。
例如，在飞机制造中，激光加工可以用于切割、焊接、打孔等工艺操作。
激光加工的应用还面临一些挑战： - 高能量激光设备的成本较高； - 对工件材料的适应性有限。
4. 电化学加工电化学加工是利用电化学反应对工件进行加工的技术。
它通过在电解液中施加电压，使得工件表面发生氧化、溶解等反应，从而实现加工目的。
电化学加工具有以下优点： - 加工精度高； - 加工过程中不会产生机械应力； - 可以加工高硬度和脆性材料；电化学加工主要用于微小零件加工、细微结构加工、薄板加工等领域。
例如，在电子芯片制造中，电化学加工可以用于进行微细线路的蚀刻。
然而，电化学加工也存在一些限制： - 加工速度较慢； - 加工尺寸受到限制。
5. 总结特种加工技术在现代工业中起着重要作用。
特种加工技术的名词解释
特种加工技术的名词解释近年来，特种加工技术在各个领域的应用越来越广泛，为产品提供了更高质量、更高效率的加工处理方法。
本文将对几种常见的特种加工技术进行解释，帮助读者更好地理解这些名词的含义和应用。
一、电火花加工电火花加工是一种利用脉冲电压在工件表面产生火花放电来实现微小加工的技术。
这种方法主要用于金属材料的切割、开槽、打孔和雕刻等加工过程。
通过控制脉冲的能量和持续时间，可以在工件表面形成微小的火花，使其溶化、汽化或气化。
电火花加工具有非接触、高精度、无切削力的优点，适用于硬度较高的金属材料的加工。
二、激光切割激光切割是利用高能激光束对工件进行切割的技术。
激光束经过光学组件的聚焦后，可以使工件表面产生高温，从而使材料蒸发或熔化，并通过高速气流将蒸汽或熔融材料从切割口中吹出。
激光切割具有高速、高精度、无机械接触等优点，广泛应用于金属、非金属材料的切割加工。
三、电解加工电解加工是利用电解液中的电解作用，通过阳极和阴极之间的电解质，对工件表面进行加工的技术。
当电流通过阴极和阳极之间的工件时，工件表面的金属离子被氧化或还原，形成气泡，并通过电解质传递离子，完成材料的加工、去除或修整等操作。
电解加工具有高精度、可靠性高、操作灵活等特点，适用于金属材料的精密加工。
四、电解抛光电解抛光是利用电解液对工件表面进行表面处理和研磨的技术。
在电解加工的基础上，通过调节电解液的组分和操作条件，使工件表面的金属离子在电流作用下发生氧化、析出或降解反应，从而实现对工件表面的平整化和光洁度的改善。
电解抛光广泛应用于不锈钢等材料的表面处理，可提高材料的光洁度和抗腐蚀性能。
五、真空蒸镀真空蒸镀是利用高真空环境下的热蒸发或电子束蒸发技术，使金属材料蒸发并沉积在工件表面的一种技术。
在真空腔体中，通过加热金属源或电子束轰击金属源，使金属原子蒸发，并在工件表面沉积，形成一层均匀、致密的金属膜。
真空蒸镀广泛应用于镜面、陶瓷、塑料等材料的表面覆盖和装饰，提供了高光洁度、高硬度和防腐蚀等性能。
特种加工技术课件
机床附件
夹头
电极
平动头
油杯
(a) 电 极 在 最 左
(b) 电 极 在 最 上
(c) 电 极 在 最 右
永磁吸盘
(d) 电 极 在 最 下
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(e) 电 极 平 动 后 的 轨 迹
工作介质循环过滤系统
2 1
图2—9 工作介质循环过滤系统油路
1—粗过滤器 2—单向阀3—涡旋泵 4—电机 5—安全阀 6—压力表 7—精过滤器
我国国标规定，电火花加工机床均用D71加上机床工作台面 宽度的1/10表示。
例如： D 71 32
32表示机床工作台宽度为 320mm
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71表示电火花机床；
D表示电加工机床（若该机 床
为数控电加工机床，则在D后面
加上K，即DK）；
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电火花加工机床结构
2 1
1—床身 2—液压油箱 3—工作液槽 4—主轴头 5—立柱 6—数控电源柜
功能 移动到机床的极限 回到当前位置与零点的一半处
绝对坐标指令 增量坐标指令 制定坐标原点
暂停指令 程序结束指令 忽略接触感知
旋转头开 旋转头关 冲油、工作液流动 接通脉冲电源 关断脉冲电源 工作液排除 子程序调用 子程序结束
20
如图2-15所示，ABCD为矩形工件，AB、BC边为设计 基准，现欲用电火花加工一圆形图案，图案的中心为O点， O到AB边、BC边的距离如图中所标。已知圆形电极的直 径为20 mm，请写出电极定位于O点的具体过程。
0—2摇动加工所在平面
22
0—2摇动加工伺服方式
自由摇动
数控摇动的伺服方式
步进摇动
锁定摇动
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特种加工技术
• 2. 超声波加工的特点和应用 • (1) 超声波加工主要适于加工各种硬脆材料，特别是不导
• 图是利用固体激光器加工的原理示意图。当激 光工作物质(如红宝石、钕玻璃和掺钕钇铝石 榴石等)受到光泵(即激励脉冲氙灯)的激发后， 吸收特定波长的光，在一定条件下可形成工作 物质中的亚稳态粒子数大于低能级粒子数的状 态，这种现象称为粒子数反转。此时，一旦有 少数激发粒子自发辐射发出光子，即可感应所 有其它激发粒子产生受激辐射跃迁，造成光放 大。并通过谐振腔的反馈作用产生振荡，由谐 振腔一端输出激光。通过透镜将激光束聚焦到 待加工表面上，即可对工件进行加工。
好、无残余应力和毛刺； • (5) 加工中阴极损耗小，一般可加工上千个零件； • (6) 因影响电解加工的因素很多，故难于实现高
精度的稳定加工。尺寸精度低于电火花加工，且 不易控制，一般型孔加工为：0.03~0.05mm，型 腔加工为0.05~0.2mm； • (7) 电解液对机床有腐蚀作用，设备费用高，电 解产物的处理和回收较困难，污染较严重。
砂带磨削
• 利用高速运转的环形砂带加工工件表面的 磨削。一般在砂带磨床上进行。 砂带围绕 在具有一定弹性的压轮和张紧轮上，由压 轮驱动回转作连续切削运动，工件放在传 送带或工作台上作进给运动。当工件接触 砂带或通过压轮下的磨削区时，即被砂带 磨去表面的一层材料
• 砂带磨削具有许多其它磨削加工方式所不 具备的优势：①磨削效率高达96%，是所 有磨削加工方式中最高的；②磨削比高(比 砂轮磨削高10倍以上)；③可实现磨削、研 磨、抛光等多重加工效果，加工精度高，
《特种加工技术》习题(1)
特种加工技术习题1、单项选择题1、特种加工的英文缩写是：（）A：EDM B：NTM C：LBM D：EBM2、电火花成型加工的英文缩写是：（）A：EDM B：NTM C：LBM D：EBM3、电火花加工用的脉冲电源是电火花成型机床的核心部分，最早使用的脉冲电源是：（）A：弛张式 B：闸流管式 C：晶体管式 D：高低压复合式4、电火花数控指令中，功能是“移动轴直到接触感知”的代码是：（）A：G20 B：G40 C：G80 D：G905、电火花数控指令中，功能是“忽略接触感知”的代码是：（）A：M00 B：M05 C：M08 D：M096、某机床为数控电火花线切割快走丝机床，工作台横向行程320mm，按中国国标规定其型号应是：（）A：DK7132 B：DK7232 C：DK7632D：DK77327、某机床为数控电火花线切割慢走丝机床，工作台横向行程320mm，按中国国标规定其型号应是：（）A：DK7132 B：DK7232 C：DK7632D：DK77328、若放电间隙没有击穿，间隙上有大于50V的电压，但间隙内没有电流流过，则该放电状态为：A：开路 B：火花放电 C：短路D：电弧放电9、若间隙内绝缘性能良好，工作液介质被击穿后能有效的拋出、蚀除金属，则该放电状态为：A：开路 B：火花放电 C：短路 D：电弧放电10、一个电压脉冲开始到下一个电压脉冲开始之间的时间称为（）A：脉冲宽度 B：脉冲间隔 C：脉冲频率 D：脉冲周期11、影响加工速度的因素分为电参数和非电参数两大类，在题设影响因素中不属于电参数因素是（）A：脉冲宽度 B：脉冲间隔 C：加工面积 D：峰值电流12、影响加工速度的因素分为电参数和非电参数两大类，在题设影响因素中不属于非电参数因素是（）A：脉冲宽度 B：加工深度 C：加工面积 D：冲油方式13、采用电火花穿孔加工方法加工凹模。
如凹模的尺寸为20mm，单边火花间隙值为0.11 mm,则工具电极相应的尺寸为( )A：20.22 mm B：20.11 mm C：19.89 mm D：19.78mm14、试确定题设加工方法中,不属于电火花成型加工方法的是( )A：单工具电极直接成型法 B：多电极更换法C：分解电极加工法 D：阶梯工具电极加工法。
1.1 什么是特种加工技术
电火花线切割
激光切割
等离子弧喷涂
3
2、特种加工技术的产生
讨论：传统机械切削加工的原理及局限性
局限性1：切削加工“以硬欺软 ”---- 刀具硬度高于工件 面临困难：如何加工硬质合金、金刚石等超硬材料？
4
局限性2：刀具运动空间---- 多数为旋转相对运动 面临困难：如何加工异形孔、窄缝？？
局限性3：切屑力和切屑热----影响表面精度和微观结构 面临困难：如何加工超精超光整表面？
5
历史故事
1943年，前苏联莫斯科大学的拉扎林柯夫妇在研究开关触点（钨合 金）遭受火花放电腐蚀损坏时发现电火花的瞬时高温可以使得局部金 属熔化、气化而被蚀除，同时将开关触点浸没在油内可以使得放电蚀 除均匀并且可以预测大小，获得“以柔克刚”的效果，从而发明了世 界第一台电火花加工机床。
扎连科夫妇试验用的钨开关自动点火系统
LOGO
特种加工
Non-Traditional Machining
南华大学机械工程学院1LOGO§ 1.1 什么是特种加工技术
2
1、特种加工的概念
特种加工国外亦称“非传统加工” 或“非常规机械加工” ，是指 那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法。它不同于使用刀具、磨具 等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法，泛指用电能、热能、 光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加 材料的加工方法，从而实现材料的去除、变形、改变性能或被镀覆等 工艺。
▪ 适合微细加工，电子束、离子束加工等不仅可加工尺寸微小的孔 或狭缝，还能获得高精度、极低粗糙度的加工表面；
▪ 两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工 形式，加工能量易于控制和转换，加工范围广，适应性强。
§10-2 特种加工技术
加工时，工具以一定的静压力压在工件上， 加工区域送入磨粒悬浮液。超声波发生器产 生超声频电振荡，通过超声换能器将其转变 为超声频机械振动，借助于振幅扩大棒把振 动位移振动放大，驱动工具振动。材料的碎 除主要靠工具端部的振动直接锤击处在被加 工表面上的磨料，通过磨料的作用把加工区 域的材料粉碎成很细的微粒，从材料上碎除 下来。由于磨料悬浮液的循环流动，磨料不 断更新，并带走被粉碎下来的材料微粒，工 具逐渐伸入到材料中，工具形状便复现在工 件上，工具材料常用不淬火的45钢，磨料常 用碳化硼或碳化硅、氧化铝、金刚砂粉等。
(3)电化学加工 利用电能转化为化学能进行加工，如电解加 工、电镀、刷镀、镀膜和电铸加工等。 (4)激光加工 利用激光光能转化为热能进行加工。 (5)化学加工 利用化学能或光能转换为化学能进行加工， 如化学铣削和化学刻蚀(即光刻加工)等。 (6)复合加工 将机械加工和特种加工叠加在一起就形成复 合加工。如电解磨削、超声电解磨削等。
(2)超声波加工的特点和应用 超声波磨料流加工适宜加工各种硬脆材料，尤 其是电火花加工和电解加工无法加工的不导电 材料和半导体材料，如玻璃、陶瓷、半导体、 宝石、金刚石等。对于硬质的金属材料，如淬 硬钢、硬质合金等，虽可进行加工，但效率低。 近十几年来，超声波加工与传统的切削加工技 术相结合而形成的超声波振动切削技术得到迅 速的发展，并在生产实际中得以广泛的应用。 超声波车削、超声波磨削、超声波钻孔等在金 属材料，特别是难加工材料的加工中取得良好 的效果。加工精度、加工表面质量显著提高。
3)特种加工中，工具的硬度和强度可以低于工 件的硬度和强度，因为它主要不是靠机械力 来切削，同时工具的损耗很小，甚至无损耗， 如激光加工、电子束加工、离子束加工等。 适于加工脆性材料、高硬材料、精密微细零 件、薄壁零件、弹性零件等易变形零件。
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1)切割各种冲模和具有直纹面的零件 2)下料、截割和窄缝加工
约占电火花机床总数的70％， 典型机 床有 DK7725、DK7632等 数控电火花线切割机床
1)加工高精度、表面粗糙度值小的小孔，
3
电火花内孔、 外圆和成形磨
削
1)工具与工件有相对的旋转运动 2)工具与工件间有径向和轴向的进给运 动
如拉丝模、挤压模、微型轴承内环、钻 套等
3）电极材料的抛出
电极表面产生熔化甚至气化
两电极被蚀除的材料在放电 极间熔化气化产物在放电通
第二章 电火花加工
2.1 概述 2.2电火花加工的基本原理及机理 2.3 电火花加工的一些基本规律 2.4 电火花加工机床 2.5电火花加工的应用 2.6 其他电火花加工技术 2.7 电火花加工安全防护 2.8电火花加工技术的发展
2.1. 概述
2.1.1 电火花加工的概念 2.1.2 电火花加工的分类
约占电火花机床总数的1％～ 2%，典型设备有D9105电火花强 化机等
2.2 电火花加工的基本原理及机理
2.2.1 电火花加工的基本原理 2.2.2 电火花加工的机理 2.2.3 电火花加工的极性效应 2.2.4 电火花加工的特点
2.2.1 电火花加工的基本原理
• 实现电火花加工应具备的条件： • 1）工具电极和工件电极之间在加工中必须保持一
1)线切割预穿丝孔 2)深径比很大的小孔，如喷嘴等
约占电火花加工机床总数的3％， 典 型 机 床 有 D703A 电 火 花 高 速 小 孔加工机床等
1)模具刃口，刀、量具刃口表面强化和
6
电火花表面强 化、刻字
1)工具在工件表面上振动，在空气中火 花放电
2)工具相对工件移动
镀覆 2)电火花刻字、打印记
2)加工外圆、小模数滚刀等
约占电火花机床总数的3％，典 型 机 床 有 D6310 电 火 花 小 孔 内 圆 磨床等
以同步回转、展成回转、倍角速度回
4
电火花同步 共轭回转加工
1)成形工具与工件均作旋转运动，但二 者角速度相等或成整倍数，相对应接近的 放电点可有切向相对运动速度
2)工具相对工件可作纵、横向进给运动
转等不同方式，加工各种复杂
型面的零件，如高精度的异形齿轮，精 密螺纹环规，高精度、高对称度、表面 粗糙度值小的内、外回转体表面等
约占电火花机床总数不足1％， 典 型 机 床 JN-2 、 JN-8 内 外 螺 纹 加 工机床等
5
电火花高速 小孔加工
1)采用细管(＞Φ)电极，管内冲入高压水 2)细管电极旋转 3)穿孔速度高(30～／min)
磨削加工
电火花成型加工
电火花线切割加工
背景知识2-1
• 真正的电火花放电加工开始于1943年，以前苏联莫 斯科大学的教授拉扎连科夫妇(Professors Dr. Boris Lazarenko and Dr. Natalya Lazarenko ) 发现的电火花放 电原理为标志。当时正值二战时期，前苏联政府要 求他们夫妇领导的科研小组研究如何减少钨开关触 点由于通电时产生火花而导致的电腐蚀，以延长钨 开关的使用寿命，因为该问题在当时的机动车辆， 尤其是坦克上尤为突出，并大大影响了坦克的使用 可靠性及寿命。在实验中他们把触点浸入油中，希 望可以减少火花导致的电蚀现象，但实验并未获成 功，不过结果发现浸入油中的触点产生的火花电蚀 凹坑比空气中的更加一致并且大小可控。于是他们 就想到利用这种现象采用火花放电的方法进行材料 的放电腐蚀。由此发明了世界上第一台电火花加工 机床。1946年，拉扎连科夫妇因此获得斯大林奖章。
电火花加工原理图
脉冲电源的放电电压及电流波形
2.2.2 电火花加工的机理
• 每次电火花放电的微观过程都是电场力、 磁力、热力、流体动力、电化学和胶体化 学等综合作用的过程。这一过程大致可分 以下四个连续阶段：极间介质的电离、击 穿，形成放电通道；介质热分解、电极材 料熔化、气化热膨胀；电极对材料的抛出； 极间介质的消电离。
1）极间介质的电离、击穿，形成放电通道。
介质原子结构示意图
极间未施加放电脉冲时的情况
极间施加放电脉冲形成放电通道的情况
2）介质热分解、电极对材料熔化、气化热膨胀。
• 极间介质一旦被电离、击穿，形成放电通 道后，脉冲电源将使通道内的电子高速奔 向正极，正离子奔向负极，电能变成动能， 动能通过带电粒子对相应电极材料的高速 碰撞转变为热能。于是在通道内正极和负 极表面分别产生瞬时热源，并达到很高的 温度。正负极表面的高温除使周围工作液 汽化、热分解外，也使金属材料熔化甚至 沸腾气化。
2.1.2电火花加工的分类
• 按工具电极与工件相对运动的方式和用途 的不同，电火花加工大致可分为： 电火花穿孔成形加工 电火花线切割 电火花同步共扼回转加工 电火花高速小孔加工 电火花表面强化与刻字
电火花加工的分类及适用范围
类别 1
工艺类型
电火花穿孔成 形加工
特点
适用范围
备注Байду номын сангаас
1)工具和工件间有一个相对的伺服进给 运动
定的间隙，一般是几个微米至数百微米。 • 2）火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中
进行，如火花油、水溶性工作液或去离子水等。 • 3）放电点局部区域的功率密度足够高，即放电通
道要有很高的电流密度(一般为105～106A/cm2)。 • 4）火花放电是瞬时的脉冲性放电，放电的持续时
间一般为10-7～10-3秒。 • 5）在先后两次脉冲放电之间，有足够的停歇时间。
2)工具为成形电极，与被加工表面有相 对应的形状
1)穿孔加工：各种冲模、挤压模、粉末 冶金模、异形孔及微孔等
2)型腔加工：加工各类型腔模及各种复 杂的型腔工件
约占电火花加工机床总数的20 ％，典型机床有DK7125、D7140 等电火花成形机床
2
电火花线切 割加工
1)工具电极为移动的线状电极 2)工具与工件在两个水平方向同时有相 对伺服进给运动
2.1.1 电火花加工的概念
• 所谓电火花加工(Electrical Discharge Machine 简称EDM)是在介质中，利用两极(工具电极 与工件电极)之间脉冲性火花放电时的电腐 蚀现象对材料进行加工，以使零件的尺寸、 形状和表面质量达到预定要求的加工方法。
不同加工方式表面微观形貌照片