各类特种加工方法
特种加工
1．特种加工的含义：特种加工是指利用机、光、电、声、热、化学、磁、原子能等能源来进行加工的非传统加工方法；它与传统切削加工的不同特点主要有：1）不是主要依靠机械能；2）工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度；3）在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用（工件不承受机械力，特别适合于精密加工低刚度零件）。
特种加工的优势：1）特种加工技术可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属、非金属材料或复合材料，2）特别适合于加工复杂、微细表面和低刚度的零件；3）还可以用于进行超精密加工、镜面加工、光整加工以及纳米级（原子级）的加工。
2.结合加工（增材加工）的例子：电镀、电铸、快速成形加工、激光焊接等。
3.天然金刚石刀具是精密与超精密加工的基本刀具。
4.超精密加工的实现条件：1）超精密加工的机理与工艺方法；2）超精密加工工艺装备；3）超精密加工工具；4）超精密加工中的工件材料；5）精密测量及误差补偿技术；6）超精密加工工作环境、条件等。
5.超精密机床的主轴部件：主轴部件是保证超精密机床加工精度的核心。
超精密加工对主轴的要求是极高的回转精度，转动平稳，无振动，而满足该要求的关键在于所用的精密轴承。
高精度的滚动轴承主轴制造困难，因此现在多使用液体静压轴承和空气静压轴承。
1）液体静压轴承主轴优点：具有回转精度高、刚度较高、转动平稳、无振动的特点（被广泛用于超精密机床）缺点：1.油温随转速的升高而升高，造成热变形，影响主轴精度 2.静压油回油时将空气带入油源，形成微小气泡悬浮在油中，不易排出，因而降低了液体静压轴承的刚度和运动性。
2）空气静压轴承主轴优点：具有很高的回转精度，在高速转动时温升甚小，基本达到恒温状态，因此造成的热变形误差很小；缺点：与液体静压轴承相比，空气轴承刚度低，承受载荷较小。
6.主轴的驱动方式：1）柔性联轴器驱动；2）内装式同轴电动机驱动。
7.常用的导轨部件：超精密机床常采用平面导轨结构的液体静压导轨和空气静压导轨，滚动导轨也有着广泛的应用。
特种加工特点、原理、主要分类与应用
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
比较环节
设定值
放大驱动
平均间隙电压测量法 峰值电压检测法
执行环节
调节 对象
测量环节
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
工件
用。
主要优点：
RLC线路脉冲电源
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
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。
主振级 （Z）ຫໍສະໝຸດ 放大器 （F）功率级
五：各种派生脉冲电源
１.高低压复合脉冲电源
U
u
①.高压脉冲回路
②.低压脉冲回路 2.多回路脉冲电源
特种精密加工
31 电火花加工 2 电火花线切割加工 3 激光加工 4 电子束加工 35 等离子加工
Байду номын сангаас
第4章热作用特种加工技术
热作用特种加工是利用热熔化、蒸发作用来蚀除材料 的，而热能的转化来源形式不尽相同。常见的热作用 特种加工方法有：由等离子体转化而成的电火花加工 （Electrodischarge Machining，EDM）和等离子体加工 （Plasma Beam Machining，PBM），由光子束转化而成 的激光加工（Laser Beam Machining，LBM）和由电子束 转化而成的电子束加工（Electron Beam Machining， EBM）等。但它们具体加工时依托的环境介质不完全 相同，电火花加工、激光加工和等离子体加工一般在 常态自然环境中进行，而电子束加工只能在真空环境 中实施。本章将重点介绍电火花成形加工、电火花线 切割加工、激光加工、电子束加工和等离子体加工等 几种常用的热作用特种加工方法。
特种加工概述
特种加工方法
激光切割、打孔
激光加工
激光打标记
激光处理、表面改性
电子束加工
切割、打孔、焊接
离子束加工
蚀刻、镀覆、注入
等离子弧加工
切割（喷镀）
超声波加工
切割、打孔、雕刻
化学铣削
化学加工
化学抛光
光刻
能量来源及形式 光能、热能 光能、热能 光能、热能 电能、热能 电能、动能 电能、热能
声能、机械能 化学能 化学能
随着生产发展和科学实验的需要，很多工业部门，尤其是国 防工业部门要求产品向高精度、高速度、高温、高压、大功率、 小型化等方向发展，所用的材料越来越难加工，零件形状越来越 复杂，精度、表面粗糙度和某些特殊要求也越来越高。新的加工 方法对新产品的研制、推广和社会经济的发展起着重大的作用。
传统的切削加工是靠刀具材料比工件更硬，以及机械能把工 件上多余的材料切除。一般情况下这是行之有效的方法，但是当 工件材料越来越硬，零件结构越来越复杂的情况下，原来有效的 方法将转化成为限制生产率和影响加工质量的不利因素。
缩短了新产品试制周期
对产品零件的结构设计 产生很大影响
机械制造工艺与设备
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机械制造工艺与设备
特种加工概述
特种加工概述
12.1.1 特种加工的产生和发展
二战时期，前苏联拉扎连科夫妇研究电器开关触点遭受电 火花放电腐蚀损坏的现象和原因，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，于是发明了电火花加工方 法，即用铜丝在淬硬钢上加工出小孔，可用软的工具加工任何 硬度的金属材料，首次摆脱了传统的切削加工方法，直接利用 电能和热能来去除金属，以获得以柔克刚的效果。
常用特种加工方法见表12-1。
特种加工技术第8章其他特种加工方法
光电成型
原理： 利用图形照相底片和光致抗蚀剂在电镀金属基板上选择性的形成电气绝缘 膜，放入电镀液中时基板中露出的部分会析出图形，然后将涂敷的光致抗蚀剂剥 离去除的加工方法。 工艺： 1）电镀材料：常用于电沉积的金属材料有铜、镍、金、银等。 2）电镀溶液：常采用酸、碱溶液作为电镀溶液。但应避免使用强酸、强碱性溶 液等，因为这类溶液容易造成镀层剥离应力增大，降低镀层的牢固性能。 3）镀前处理：必须使基体需要电镀部分形成能剥离的薄膜。该镀层薄膜的形状 应与产品一致，并不影响镀层的牢固附着，保证电镀后便于随镀层一同剥离。 4）电镀：在通入直流或交流电的镀池中，金属基体为阴极进行电沉积。当析出 镀层=10 mm时，停止电镀，取出用水清洗、干燥、并将基础镀层剥离（用刀尖划 开镀层端部，或用胶带贴着镀层将镀层提起）。 如果基础镀层厚度尺寸还没有达到使用要求，可将基础镀层展开后进行追加电 镀，通常称之为精镀或自由镀。采用二次电镀的原因是一次析出的金属太厚时， 剥离困难，另外剥离时抗蚀膜易受损伤。从另一方面考虑，两面同时精镀的产品 质量更好。为了防止金属镀层横向生长，应在原版制备时予以补偿处理。
磁性研磨在机械零件中的应用
1）全部毛刺彻底清除。例如齿轮啮合噪音小了2 db； 2）尖角锐边钝化。如弹簧两端平面原有割手的感觉，光整后手感柔和；活塞的 环槽、活塞环的锐边得到R<0.1 mm的圆角，这利于缸套磨合及降低机油消耗； 3）去除锈蚀及氧化层。如凸轮轴开档轴段的发蓝、变色，被全部清除； 4）光整后的零件表面光亮夺目，手感光滑柔和； 5）粗糙度值大幅度下降，在原基础上分别提高0.5-1.5个等级，电镜观察（如气 缸套）表面形貌由尖锐的锯齿形变成钝化的丰满形表面； 6）零件外型发生了以微米计的尺寸变化（变化1-2 μm）但不影响形位精度； 7）零件表面显微硬度提高3-10％，表面残余拉应力改变为均匀的压应力，细化 表面组织，增加耐磨层厚度8-15倍左右； 8）零件表面呈现微观鱼鳞坑形加工纹理，这比环纹、网纹更有利于储油；加上 Ra数值低，尖角、毛刺彻底清除，从而提高了零件抗疲劳、耐磨性和抗蚀性； 9）零件加工表面及非加工表面得到光整，完成传动件的初期磨损，提高零件清 洁度；如全部磨擦副零件光整后发动机质量提高，出厂磨合期缩短>40％。 图8-6是磁性磨料研磨加工的应用实例，左图为研磨平面，右图为研磨钻头上 的螺旋面的。
精密加工及特种加工
特种加工
电火花线切割加工的特点： 1.加工导电材料，也可加工半导体材料 2.工具与工件不接触，作用力极小 3.脉冲放电时间短，冷却作用好，加工表面热影响小 4.无需成型的工具电极 5.电极丝较细，切缝较窄 6.不能加工盲孔零件或阶梯形成型表面
特种加工 超声加工
超声加工
机械撞击+抛磨+空化作用
特种加工
IT6~IT4, Ra值0.2~0.05 μm
精密加工
二、珩磨
精密加工
二、珩磨
油石用粘结剂与油石座 固结在一起，油石两端 用弹簧圈箍住。
向下调整螺母，
通过调整锥和顶销， 使油石胀开，
调整珩磨头的工作尺寸、 油石对孔壁的工作压力
精密加工
二、珩磨 珩磨的特点及应用
珩磨加工
1.珩磨效率高 2.可提高尺寸精度、形状精度，不能提高位置精度 3.可提高零件的耐磨性 4.珩磨头结构较复杂
1—工 具 电 极 ； 2—工 件 ； 3—脉 冲 电 源 ； 4—伺 服 进 给 系 统
电火花加工示意图
电火花加工的常用术语
电火花加工中常用的主要名词术语和符号如下：
4
2．放电间隙
放电间隙是放电时工具电极和
工件间的距离，它的大小一般在 0.01～0.5 mm之间，粗加工时 间隙较大，精加工时则较小。
精密加工
三、超级光磨 用装有细磨粒、低硬度油石的磨头，在一定压力下 对工件表面进行光整加工的方法 Ra值0.1~0.001 μm
精密加工
三、超级光磨
当油石最初与比较粗糙的 工件表面接触时，不能形 成完整的油膜；
随着工件表面被逐渐磨平， 细微切屑等嵌入油石空隙， 形成完整的润滑油膜，切 削作用逐渐减弱，经过光 整抛光阶段，最后自动停 止切削作用,这种现象是超 精加工特有的。
特种加工课件
§6-2 电火花线切割加工
一、电火花线切割加工的原理： 电火花线切割加工的原理：
电火花线切割加工与电火花成形加工的基本原 理一样， 理一样，都是基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀 原理，实现零部件的加工。所不同的是， 原理，实现零部件的加工。所不同的是，电火花
线加工不需要制造复杂的成形电极， 线加工不需要制造复杂的成形电极，而是 利用移动的细金属丝（钼丝或铜丝） 利用移动的细金属丝（钼丝或铜丝）作为 工具电极，工件按照预定的轨迹运动，“切割” 工具电极，工件按照预定的轨迹运动， 切割”
§6-3 电解加工
一、电解加工的原理
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。 的原理实现金属零件的成形加工。 电解加工原理如图6－ 所示 以工件为阳极（ 所示。 电解加工原理如图 －4所示。以工件为阳极（接 直流电源的正极）、工具为阴极（ ）、工具为阴极 直流电源的正极）、工具为阴极（接直流电源的负 ），两极之间加 两极之间加6～ 的直流电压， 极），两极之间加 ～24V的直流电压，电解液以 的直流电压 5～60m/s的速度从两极之间的 ～ 的速度从两极之间的
成不同的形状和尺寸， 成不同的形状和尺寸，就可以加工出各种复杂形 状的型孔、型腔、成形表面， 状的型孔、型腔、成形表面，不需要使工具和工件做
较复杂的相对运动。 较复杂的相对运动。 5. 与电火花加工、电解加工相比，采用超声波加工硬质金属材 与电火花加工、电解加工相比，采用超声波加工硬质金属材 料的效率较低。 料的效率较低。
二、电解加工的特点和应用： 电解加工的特点和应用：
电解加工的应用范围和发展速度仅次于电火花加工， 电解加工的应用范围和发展速度仅次于电火花加工， 已成功地应用于机械制造领域。其主要特点是： 已成功地应用于机械制造领域。其主要特点是： （1） 能以简单的直线进给运动一次加工出复杂的型 ） 面和型腔，如锻模、叶片等，设备构成简单。 面和型腔，如锻模、叶片等，设备构成简单。 高硬度、 （2） 可以加工高硬度、高强度和高性能等难以切削 ） 可以加工高硬度 高强度和高性能等难以切削 加工的金属材料，如淬火钢、钛合金、不锈钢、 加工的金属材料，如淬火钢、钛合金、不锈钢、硬质 合金等。 合金等。 3） 加工过程中无切削力和切削热 无切削力和切削热， （3） 加工过程中无切削力和切削热，工件不产生内 应力和变形，适合于加工易变形和薄壁类零件。 应力和变形，适合于加工易变形和薄壁类零件。 （5） 与其他加工方法相比，生产率较高。 ） 与其他加工方法相比，生产率较高。 工具电极（ （6） 加工过程中工具电极（阴极）基本不损耗。 ） 加工过程中工具电极 阴极）基本不损耗。 电解加工主要用于批量生产条件下难切削材料和复杂 型面、型腔、薄壁零件以及异型孔的加工， 型面、型腔、薄壁零件以及异型孔的加工，还可应用 于去毛刺、刻印、磨削、表面光整加工等方面， 于去毛刺、刻印、磨削、表面光整加工等方面，已经 成为机械加工中一种必不少的补充手段
特种加工工艺技术
特种加工工艺技术特种加工工艺技术是指在传统的加工工艺基础上，通过特殊的方法和工艺，对工件进行加工和处理的技术。
特种加工工艺技术在诸多行业中得到广泛的应用，包括航空航天、汽车制造、电子产品等领域。
本文将以电子产品的加工为例，介绍一种特种加工工艺技术。
电子产品的加工工艺要求高，对于微小的器件和精细的零部件的加工尤为严格。
特种加工工艺技术中的一种常见的方法是电解加工。
电解加工是利用电解作用将工件表面的金属材料溶解掉，从而实现对工件进行加工和处理的方法。
首先，选择一块导电性强的金属板作为工件，将其放置在电解槽中，与电解液相接触。
然后，将电解液注入电解槽，电解槽中的电解液负责传递电流和溶解金属的作用。
接下来，通过连接一个正极和一个负极的电源，将电流加在工件上。
在通电的过程中，正极电解液中的金属离子会被电解液中的阴离子吸引，从而进一步加速金属的溶解。
最后，根据实际需要，可以控制加工的时间和电流密度，从而控制加工深度和加工形状。
电解加工技术具有很多优点。
首先，它可以实现高精度和微小尺寸的加工，对于一些细小的零件和小型电子器件的生产非常适用。
其次，电解加工能够实现对不规则形状或内部空腔结构的加工，这些结构往往难以通过传统的加工方法加工得到。
再次，电解加工不会产生切削力和机械变形，能够避免划伤和变形等问题，从而提高了产品的质量。
然而，电解加工技术也存在一些局限性。
首先，电解加工过程中金属会产生较多的废料，处理这些废料需要额外的成本和环境保护措施。
其次，电解加工的速度相对较慢，这对于一些需要大批量生产的产品来说，可能会增加生产周期和成本。
总的来说，特种加工工艺技术在电子产品的生产加工中起到了至关重要的作用。
电解加工作为其中的一种特殊加工工艺技术，能够满足对于工件高精度和微小尺寸的加工需求，能够处理一些传统加工方法难以处理的结构。
然而，电解加工也面临一些问题，如废料处理和加工速度较慢等。
因此，在使用电解加工技术时，需要结合实际需求和成本效益进行综合考虑，以实现更好的加工效果和经济效益。
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特种加工是指传统的切削加工以外的新的加工方法。
特点：不是主要依靠机械能而是其他能量；工具硬度可以低于工件；加工过程中，工具
与工件直接没有显著的机械切削力
电火花加工
原理：通过工具和工件之间脉冲性火花放电时电腐蚀现象来蚀除多余金属进行零件加工
特点：适合于任何难切削的导电材料；可以加工特殊复杂形状的表面和零件
一般加工速度慢存在电极损耗：多数情况下只能加工导电材料
范围：机械（模具制造）宇航航空，电子，机电产品，精密仪器，汽车，轻工等行业
电火花线切割加工
原理：利用移动的细金属丝导线做电极，利用数控技术对工件进行脉冲火花放电加工
特点：一般没有稳定的电弧放电现象；存在着“疏松接触”式轻压放电现象；可以加工
微细异型孔窄缝和复合形状的工件；电极丝损耗极少；省掉成形电极工具，大大降
低成本
范围：模具加工；切割电火花成形用电极；直接切割加工零件新产品
电化学加工
原理：通过电解液、电路中电子的流动，使得阴极金属放生电解蚀除来加工工件
特点：加工范围广，效率高，可达到较好的表面粗糙度；电极工具理论上无消耗，可长
期使用；电极工具设计修正比较麻烦；造价高，占地多；电解产物有污染
范围：
激光加工
原理：利用光的能量经过透镜聚焦，在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工
特点：可以加工任何材料，精密加工，无工具损耗，无污染
范围：激光打孔，激光切割，激光刻蚀打标记
电子束加工
原理：在真空条件下，将具有很高速度和能量的电子束，聚焦在被加工材料上，电子的
动能觉大部分转化为热能，使材料局部瞬间熔融，汽化蒸发来加工材料
特点：焦点小，能量密度高，生产率高，加工过程便于实现自动化，污染少，设备贵
应用：高速打孔，加工型孔及特殊表面，刻蚀，焊接，热处理，电子光刻设备
离子束加工
原理：在真空条件下，将具有很高速度和能量的离子束加速聚焦，使之碰撞工件表面，
通过机械撞击能量来加工工件
特点：最精密最微细的加工方法，当代的纳米加工技术，污染少，加工应力、热变形极
小，设备成本高
范围：刻蚀加工，镀膜加工，离子注入加工
超声加工
原理：利用工具端面做超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料
特点：加工脆硬材料，特别是不导电非金属材料。生产率低，机床简单，操作简单。切
削应力、切削热很小，不会引起变形和烧伤，表面粗糙度也较好
范围：型孔、型腔加工，复合加工，超声清洗
化学加工
原理：利用酸碱盐等化学溶液对金属产生化学反应，使金属腐蚀溶解，来加工工件
化学铣切加工
特点：可加工任何难切削金属，适合大面积加工，多件加工，加工过程不产生应力，裂
纹，毛刺等
应用：用于较大工件的金属表面厚度减薄加工，厚度小于1.5mm薄壁零件上加工复杂孔
等离子体加工
原理：利用电弧放电使气体电离成过热的等离子气体流束，靠局部融化及汽化去除材料
特点：温度高，能量密度大。无污染，造价高
应用：金属切割，穿孔，等离子电弧焊接，表面加工技术
水射流切割（水刀）
原理：利用高压高速水流对工件的冲击作用来去除材料
特点：无污染，温度低，对工件无要求，可加工金属、非金属，尤其是易燃材料
应用：各类金属非金属等材料的切割、加工。
201033120405刘小刘编辑整理