特种加工方法
特种加工
特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，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，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。
与传统机械加工方法相比具有许多独到之处：(1)加工范围不受材料物理、机械性能的限制，[1]能加工任何硬的、软的、脆的、耐热或高熔点金属以及非金属材料。
(2)易于加工复杂型面、微细表面以及柔性零件。
(3)易获得良好的表面质量，热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区等均比较小。
(4)各种加工方法易复合形成新工艺方法，便于推广应用。
特种加工技术的主要应用领域是：难加工材料，如钛合金、耐热不锈钢、高强钢、复合材料、工程陶瓷、金刚石、红宝石、硬化玻璃等高硬度、高韧性、高强度、高熔点材料。
难加工零件，如复杂零件三维型腔、型孔、群孔和窄缝等的加工。
低刚度零件，如薄壁零件、弹性元件等零件的加工。
以高能量密度束流实现焊接、切割、制孔、喷涂、表面改性、刻蚀和精细加工。
电加工技术原理电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工电火花加工特点1：电火花加工速度与表面质量模具在电火花机加工一般会采用粗、中、精分档加工方式。
粗加工采用大功率、低损耗的实现，而中、精加工电极相对损耗大，但一般情况下中、精加工余量较少，因此电极损耗也极小，可以通过加工尺寸控制进行补偿，或在不影响精度要求时予以忽略。
2：电火花碳渣与排渣电火花机加工在产生碳渣和排除碳渣平衡的条件下才能顺利进行。
实际中往往以牺牲加工速度去排除碳渣，例如在中、精加工时采用高电压，大休止脉波等等。
另一个影响排除碳渣的原因是加工面形状复杂，使排屑路径不畅通。
唯有积极开创良好排除的条件，对症的采取一些方法来积极处理。
3：电火花工件与电极相互损耗电火花机放电脉波时间长，有利于降低电极损耗。
电火花机粗加工一般采用长放电脉波和大电流放电，加工速度快电极损耗小。
4 特种加工
电子束焊接－航空航天应用1
在发动机部件、航空航天器结构件的制造中，为了应 用最新材料和省时省料，一般采用先分块加工然后利 用电子束拼焊。
如批量制造发动机压气机轮盘时，采用分体制造轮毂 和轮缘，将轮缘分为8段（由8个小锻件加工成扇形） ，再用电子束将其余轮毂组合拼焊成压气机轮盘。
为省去发动机转子联接螺栓及安装边，减轻转子重量 简化转子结构，增加刚性，可采用电子束焊接将转子 盘鼓拼焊为整体，从而提高了发动机工作的可靠性。
实例1－喷气发动机燃烧室罩打孔
零件材料为CrNiCoMoW钢，厚度1.1mm，共 有3478个直径为0.81mm的圆通孔分布于外侧 球面上，孔径公差为±0.03mm，所有孔轴与零 件底面垂直。
用带有计算机控制的K12-Q11P型电子束打孔机 加工。
零件置于真空室，真空度为2Pa，安装于夹具上 作连续转动。
➢电子束不仅能对材料尺寸和形状进行加 工，还可以焊接、表面改性、镀膜、热 处理、熔炼以及光刻等工艺
2.2.1 电子束加工
2.2.1 电子束加工
1.电子束加工的基本原理
利用能量密度极高的 高速电子细束，在高 真空腔体中冲击工件， 使材料熔化、 蒸发、 汽化，而达到加工目 的
2.2.1 电子束加工
➢离子束溅射镀氮化钛，即美观，又耐磨。应 用在刀具上可提高寿命1-2倍。
磁控溅射镀膜 后视镜
磁控溅射镀TiN刀具
磁控溅射镀膜加工
➢环状磁场控制下辉光放电。 ➢高速、低温、低损耗； ➢镀膜速度快、温升小； ➢无高能粒子轰击损伤。
磁控溅射镀膜加工
离子镀加工
➢离子镀是在真空蒸镀和溅射镀膜的基础上发展起 来的一种镀膜技术。从广义上讲，离子镀这种真 空镀膜技术是膜层在沉积的同时又受到高能粒子 束的轰击； 离子镀能利用辉光放电所产生的高能 粒子流对基片表面溅射清洗，并将洁净的基片表 面保留到全过程； 离子镀比真空蒸镀的绕射性好； ➢离子镀过程中的带能粒子，不仅使膜层附着良好、 分布均匀，并且使其质地致密，针孔少；
特种加工
分类: 3. 分类:
电火花线切割加工 电火花成型加工 其他类型加工
二,电火花成型加工
1.定义 定义: 定义
电火花成型加工又称放电加工,它是在 加工过程中,使工具和工件之间不断产 生脉冲性的火花放电,靠放电时产生的 局部,瞬时的高温将金属蚀除下来这种 利用火花放电时产生的腐蚀现象对金属 材料进行加工的方法叫电火花加工.
4) 加工后零件无残余应力,加工质量较好 5) 工具阴极不损耗,而电火花加工损耗 6) 影响电解加工的因素较多,较难实现高精 度稳定加工(不能加工棱角,尖角) 7) 加工型腔 型面的阴极设计工作量大,有 时必须通过实验修正,模具制作周期长 8) 电解液对机床有腐蚀作用,机床造价费用 高,电解废物对环境污染较严重,必须通过 处理才能排放
电解液
4) 电解液供给方式 正流法 反流法 侧流法
特点 液流均匀性 加工间隙 加工稳定性 表面粗糙度 表面流纹 出液口痕迹 适用范围
正流式 侧流式 不均匀 较均匀 不均匀 较均匀 差 较好 差 较好 较多 少 有 无 外型面 套 较复杂的 长方形浅 料 简单型 型孔 型 型腔 孔 腔
流动方式 反流式 较均匀 较均匀 较好 较好 少 有
电解液
2) 对电解液的基本要求 能使工件材料高速溶解,并获得需要的 加工精度和表面质量 溶液中的金属离子不能在阴极表面镀复 安全 无毒 腐蚀性小 成分稳定 价格 低廉
电解液
3)电解液的种类 Nacl (常用质量分数为14%---18%) NaNO3(常用质量分数为14%---18%)
特 点 NaCl 加工速度 加工精度 表面质量 高 较低
工作液循环系统
工作液应具有一定的绝缘性 有较好的冷却性能 有较好的洗涤性能,利于排屑 有较好的防锈性能,利于机床维护和工件防锈 工作液对人体应无害,工作时应不放出有害气体 消除电离
特种加工
第一章概论1特种加工又称非传统加工（NTM）或非常规机械加工（NCM）2特种加工与切削加工的不同点：不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量（电、光、声、热、化学）去处金属材料；工具硬度可以低于被加工材料硬度；加工过程中工具与工件之间不存在显著的机械切削力。
3特种加工的分类缩写：电火花加工：电火花成形加工EDM;电火花线切割加工WEDM；电化学加工：电解加工ECM；电解磨削EGM；电解研磨ECH;电铸EFM；涂镀EPM。
激光加工:激光切割、打孔LBM；激光打标记LBM；激光处理、表面改性LBT。
电子束加工：切割焊接打孔EBM离子束加工：蚀刻、镀覆、注入IBM。
等离子弧加工：切割（喷镀）PAM超声加工：切割打孔雕刻USM化学加工：化学铣削CHM；化学抛光CHP；光刻PCM快速成形：液相固化法SL；粉末烧结法SLS；纸片叠层法LOM；熔丝堆积法FDM4特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响：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改变了试制新产品的模式；4对产品零件的结构设计带来很大影响；5对传统结构工艺性好坏需要重新衡量；6已经成为微细加工和纳米加工的主要手段。
第二章电火花加工一：定义：EDM，又称放电加工。
它是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高温把金属蚀除下来。
二：原理：在一定介质（煤油或水）基于工具和工件之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状和表面质量预定的加工要求。
三：电火花加工的条件：必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，通常约为0.02~0.1mm；火花放电必须是瞬时的脉冲性放电；火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、皂化液或去离子水。
四：优点1适合于任何难切削导电材料的加工2可以加工特殊及复杂形状的表面和零件局限性1主要用于加工金属等导电材料，但在一定条件下也可以加工半导体和非导体材料2一般加工速度较慢3存在电极损耗五：电火花加工的机理：1极间介质的电离、击穿，形成放电通道2介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀（5000度以上）3电极材料的抛出（通道中心的压力最高）4极间介质的消电离六：影响材料放电腐蚀的主要因素1极性效应：在电火花加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。
特种加工
特种加工技术随着科学技术的迅猛发展，对产品结构的要求日趋复杂，对产品性能的要求日益增加，特别是在航空、航天和军事尖端技术中更为突出。
有些产品要求具备很高的强度重量比；由此而产品在精度、工作速度、功率及小型化方面要求很高；有些产品则要求在高温、高压和腐蚀环境中能可靠的进行工作。
为了适应以上要求，各种新结构、新材料和复杂形状的精密零件大量涌现，其结构形状的复杂性、材料的可加工性以及加工精度和表面完整性方面的要求，用一般的机械加工是难以实现的，这就不断地向传统的切削加工技术提出新的挑战。
传统切削加工技术的本质和特点：一是靠刀具材料比工件材料更硬来实现切削；二是靠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，加工表面越来越复杂，或是有超精、光整、特殊要求加工的零件的情况下，原来行之有效的方法就转化为限制生产率和影响加工质量的不利因素。
于是人们开始探索用软的工具加工硬的材料，不仅用机械能而且还采用电、化学、光、声等能量进行加工。
到目前为止，已经找到了多种这一类的加工方法，为区别于现有的金属切削加工，统称为特种加工。
特种加工又叫非传统加工，一般指传统的切削加工方法以外的一些新的加工方法，在此一般指电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工以及电子束加工、离子束加工等，它们主要是利用电能、化学能、声能、光能。
特种加工与传统机械加工方法相比具有许多独到之处：(1)加工范围不受材料物理、机械性能的限制，能加工任何硬的、软的、脆的、耐热或高熔点金属以及非金属材料。
(2)易于加工复杂型面、微细表面以及柔性零件。
(3)易获得良好的表面质量，热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区等均比较小。
(4)各种加工方法易复合形成新工艺方法，便于推广应用。
特种加工方法的类型很多，分类方法也不尽相同。
相对于切削加工技术而言，从科技创新的角度可以将特种加工技术分为两大类：（1）模块化创新型特种加工技术：用各种不同的能源系统取代切削加工，而将该工艺系统仍然保持不变，如电火花加工、高能束流加工、化学加工、超声加工、液体喷射加工、复合加工等。
特种加工知识点总结
特种加工知识点总结一、特种加工的基本概念特种加工是相对于普通的机械加工而言的，它的加工对象往往是一些特殊材料或者特殊形状的工件。
特种加工包括磨削加工、化学加工、电火花加工、激光加工等多种具有特殊技术要求的加工方法。
特种加工需要根据不同的加工对象和加工要求选择不同的加工方法和设备，因此对操作人员的技术水平要求较高。
二、特种加工的技术要求1. 精度要求高：特种加工往往是为了满足工件的高精度要求而进行的，因此在加工过程中需要对加工设备和工艺进行严格把控，保证加工精度的稳定和可靠。
2. 加工工艺复杂：特种加工往往需要在特殊的环境条件下进行，需要使用特殊的工艺方法和设备，操作人员需要具备丰富的经验和技术知识才能胜任。
3. 安全要求高：特种加工通常涉及到高温、高压、有毒物质等危险因素，因此需要对操作人员进行严格的安全培训，严格执行安全操作规程，确保操作人员的人身安全。
4. 对操作人员的技术水平要求高：特种加工往往需要经过专门的培训和技术储备才能胜任，要求操作人员具备丰富的经验和较高的技术水平。
三、常见的特种加工方法1. 磨削加工：磨削加工是利用磨削工具对工件进行切削加工的一种加工方法，它可以获得高精度和良好的表面质量，适用于对硬度较高的材料和高精度要求的工件进行加工。
2. 化学加工：化学加工是利用化学腐蚀或化学反应对工件表面进行加工的一种加工方法，它可以对工件进行精细的加工，尤其适用于对薄壁、复杂结构的工件进行加工。
3. 电火花加工：电火花加工是利用电火花在工件表面产生放电，通过放电烧蚀工件表面的一种加工方法，适用于对硬度很高的材料进行加工。
4. 激光加工：激光加工是利用激光束对工件进行加工的一种加工方法，它可以进行高精度、高速度、无接触的加工，适用于对特殊形状和特殊材料进行加工。
四、特种加工的应用领域1. 航空航天领域：航空航天领域对零部件的精密度和表面质量有着很高的要求，因此需要利用特种加工方法对零部件进行加工，以满足其高精度要求。
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
电解开始时，阴、阳极间各点距离不等，电流密 度不等，阴、阳极距离较近处的电流密度较大，电解 液的流速较高，阳极溶解速度较快，如左图所示。
由于工具相对于工件表面不断进给，故工件表面 不断被电解，电解产物不断被电解液带走，直至工件 表面形成与阳极表面基本相似的形状为止，如右图所 示。
二、加工特点
（1）电解加工可以加 工高硬度、高强度和高韧性 的材料，并且可以一次性加 工出形状复杂的型面和型腔， 且不产生毛刺。
此时的振幅一般较小，再通过变幅杆，使固定 在变幅杆端部的工具振幅增大到0.01～0.15mm。磨 料在工具的超声频振动（16～25kHz）作用下，以 高速不断撞击、抛磨工件表面，实现加工。
3．加工特点
（1）电火花成形加工适用于小孔、薄壁、窄槽以 及各种复杂形状零件的加工，也适用于精密微细加工。
（2）脉冲参数可任意调节，可以在不更换机床的 情况下连续进行粗、半精、精加工，并且精加工后精度 高。
（3）加工范围非常广，可以加工任何硬、脆、软 及高熔点的导电材料，在一定条件下，甚至可以加工半 导体和绝缘材料。
2．极性效应
在脉冲放电过程中，由工件和工具构成的阴、阳 电极都会被蚀除，但其蚀除速度不同，这种现象称为 极性效应。将工件接阳极加工时，称为正极性加工； 将工件接阴极加工时，称为负极性加工。
产生极性效应的基本原因是由于电子的质量小， 惯性小，能够很快地获得高速度到达阳极，轰击阳极表 面；而正离子由于质量大，惯性也大，在相同时间内获 得的速度远小于电子。
（2）电解加工中，工具电极是阴极，阴极上只发 生氢气和沉淀而无溶解作用，因此工具电极无损耗。
（3）加工过程中，无机械力和切削热的作用，因 此不存在应力和变形。
（4）电解加工的生产率较高，约为电火花加工的 5～10倍，且生产率不受加工精度和表面粗糙度的限制。
特种加工8 其他特种加工方法
↓ —— 高速运动的离子的动能 将工件表面的原子撞击出来
物理基础 —— 撞击效应、溅射效应、注入效应
与电子束的区别：
电子束——动能转化为热能 离子束——微观的机械撞击能
6
第8章 其他特种加工方法
8.1.2 离子束加工——2.特点
8.1 电子束和离子束加工
27
第8章 其他特种加工方法
8.6 磁性磨料研磨加工和磁性磨料电解研磨加工
8.6.1 磁性磨料研磨加工的基本原理
基本原理：在本质上和机械研磨相同，只是磨料是导磁的， 研磨力是磁场形成的；
加磁场：研磨面和磁极间；
加磁性磨料：位置同上；
磁性磨料吸附在磁极和工件
表面上，排列成有一定柔性 的“磨料刷”；
穿孔 金属穿孔；
热辅助加工 等离子弧对工件加热，使材料强度降低，便于机械切削；
焊接 焊接不锈钢和各种合金钢，焊接厚度一般在1~10mm；
熔炼 各种合金钢的熔炼，速度快，质量好；
表面加工 提高韧性 (再结晶)、提高硬度(氮化、氧化)、人造器官表面生 成氨基酸(不受人体排斥)。
22
第8章 其他特种加工方法
加工精度 不能修正形状误差； 去除量很小，故可达较高尺寸精度(微米级)。
24
第8章 其他特种加工方法
8.5 水射流切割 — 1.基本原理
8.5 水射流切割
Water Jet Cuting，WJC；Liquid Jet Machining，LJM
利用500~900m/s的高速水或带有添加剂的水冲击工件进行加 工，简称“水切割”，俗称“水刀”。
8.1 电子束和离子束加工
电子束加工 —— Electron Beam Machining (EBM) 离子束加工 —— Ion Beam Machining (IBM)
特种加工
特种加工实例
水力切割机
水刀机切割加工
水刀机切割加工
液体喷射加工技术
水力切割过程
特种加工技术存在问题
不少特种加工的机理（如超声、激光等加 工）还不十分清楚，其工艺参数选择、加工 过程的稳定性均需进一步提高。 2. 有些特种加工（如电化学加工）加工过程 中的废渣、废气若排房不当，会产生环境污 染，影响工人健康。 3. 有些特种加工（如快速成形、等离子弧加 工等）的加工精度及生产率有待提高。 4. 有些特种加工（如激光加工）所需设备投 资大、使用维修费高，亦有待进一步解决。
OPS镜面电火花
AM30Lxs数控电火花
放电频率对火花机的影响
戴蒙-沙迪克SODICK电火花成型机
电火花加工产品
电火花加工样品
电化学加工技术
电化学加工是通过电化学反应去除工件材料 或在其上镀覆金属材料等的特种加工。
抛光等。
1. 电解加工适用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺、 2. 电铸加工适用于形状复杂、精度高的空心零件，如波导管；
CNC火花机
CNC火花机是指由电脑控制的火花机 火花机分为手调火花机,数码火花机，电脑手摇火花机也叫电脑ZNC火花 机,还有就是CNC火花机，CNC火花机通过电脑实现自动化控制,完成复杂的， 精密的放电加工.在实际加工过程,电脑发出指令控制火花机X,Y轴左右震荡 ，能够实现加工模具侧边和底边一样的效果.通过编程设定,CNC火花机也可 以像加工中心一样按照程序指令来工作. CNC火花机的功能特点 CNC火花机具有以下功能特点，也是其它类型火花机不具备的。 点对点移位功能、自动寻边靠模功能、自动移至模具中心位置功能、多 组坐标点设定功能、内置加工工艺参数功能、6方向放电加工工能、多种放 电回路功能、2D或3D摇动加工功能、G码编辑加工功能、内置多种路径加工 功能。 CNC火花机分类 CNC火花机以床身结构较可分为牛头式﹑龙门式结﹑工作台移动式，牛 头式及龙门式结构较为合理。 CNC火花机控制轴数可分为三轴﹑四轴﹑五轴3种类别。