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特种加工及其发展概述.pdf
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模块一特种加工与其发展概述
[ 学习目标 ] :
1. 了解特种加工在制造业中的发展过程与应用
2、掌握特种加工的原理、特点与分类
[ 知识点 ] :
项目一特种加工概述
一、特种加工的发展背景:
特种加工是 20 世纪 40 年代发展起来的,由于材料科学、高新技术的发展和激烈的市场竞争、发展尖端
国防与科学研究的急需, 不仅新产品更新换代日益加快, 而且产品要求具有很高的强度重量比和性能价格比,
并正朝着高速度、高精度、高可靠性、耐腐蚀、高温高压、大功率、尺寸大小两极分化的方向发展。为此,
各种新材料、新结构、形状复杂的精密机械零件大量涌现,对机械制造业提出了一系列迫切需要解决的新问
题。例如,各种难切削材料的加工;各种结构形状复杂、尺寸或微小或特大、精密零件的加工;薄壁、弹性
元件等刚度、特殊零件的加工等。 对此,采用传统加工方法十分困难,甚至无法加工。于是,人们一方面通
过研究高效加工的刀具和刀具材料、自动优化切削参数、提高刀具可靠性和在线刀具监控系统、开发新型切
削液、研制新型自动机床等途径,进一步改善切削状态,提高切削加工水平,并解决了一些问题;另一方面,
则冲破传统加工方法的束缚,不断地探索、寻求新的加工方法,于是一种本质上区别于传统加工的特种加工
便应运而生,并不断获得发展。后来,由于新颖制造技术的进一步发展,人们就从广义上来定义特种加工,
即 将电、磁、声、光、化学等能量或其组合施加在工件的被加工部位上,从而实现材料被去除、变形、改变
性能或被镀覆等的非传统加工方法统称为特种加工。
二、 特种加工的特点:
1、不用机械能 ,与加工对象的机械性能无关,有些加工方法,如激光加工、电火花加工、等离子弧加
工、电化学加工等,是利用热能、化学能、电化学能等,这些加工方法与工件的硬度强度等机械性能无关,
故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。
2、非接触加工,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,
工具硬度可低于工件硬度,故使刚性极低元件与弹性元件得以加工。
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、磨料流等,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、极低粗糙度的加工表面。
4、不存在加工中的机械应变或大面积的热应变, 可获得较低的表面粗糙度,其热应力、残余应力、冷
作硬化等均比较小,尺寸稳定性好。
5、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 ,其综合加工效果明显,且便于推
广使用。
6、特种加工对简化加工工艺、变革新产品的设计与零件结构工艺性等产生积极的影响。
7、特种加工技术是先进制造技术的重要组成部分
随着特种加工技术的发展,一方面计算机技术、信息技术、自动化技术等在特种加工中已获得广泛应用,
逐步实现了加工工艺与加工过程的系统化集成; 另一方面, 特种加工能充分体现学科的综合性, 学科 ( 声、光、
电、热、化学等 )和专业之间不断渗透、交叉、融合,因此,特种加工技术本身同样趋于系统化集成的发展方
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向。这二方面说明,特种加工技术已成为先进制造技术的重要组成部分。一些发达国家也非常重视特种加工
技术的发展,如日本把特种加工技术和数控技术作为跨世纪发展先进制造技术的二大支柱。特种加工技术已
成为衡量一个国家先进制造技术水平和能力的重要标志。这是特点之一。
8、特种加工具有独特的加工机理
特种加工不是依靠刀具、磨具等进行加工,而主要依靠电能、热能、光能、声能、磁能、化学能与液动
力能等进行加工,其加工机理与金属切削机床完全不同。能量的发生与转换、使能过程的控制是特种加工高
新技术的重要部分。这是特点之二。
9、 增材加工是特种加工的重要发展方向
金属切削机床、 特种加工机床一大部分是减材加工。 我国从二十世纪八十年代末发展起来的快速成形 (RP)
加工技术是属于特种加工技术的一种增材加工的新领域。它利用分层制造原理 ( 离散堆积 ) 与分层处理软件,
理论上可以制造任意复杂形状的零、部件,能适应高科技、个性化、小批量生产的需要,增材加工的 RP加工
技术已成为特种加工的特点之三。
10、 特种加工可以进行二种或二种以上能量的复合加工
一般来说, “组合加工”是指在一台机床上二种不同加工形式 (能量 ) 在加工过程替使用的加工方式; “复
合加工”是指在一台机床上实现二种或二种以上能量 ( 形式 ) 在加工过程中同时作用的加工方式,例如,电能
和声能、化学能和电能、光能和化学能、化学能和电能与机械能等复合,以获得高效或精密加工的效果,这
是特点之四。
11、特种加工技术应用领域的重要性和特殊性
特种加工适用于各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性、微细等金属和非金属材料的加工,以与各种新
型、特殊材料的加工,在航空航天、军工、汽车、模具、冶金、机械、电子、轻纺、交通等工业中解决了大
量传统机械加工难于解决的关键、特殊的加工难题。所以在国民经济的众多关键制造工业中发挥着极其重要
的不可替代的作用。例如,在航空航天工业中各类复杂深小孔加工、发动机蜂窝环、叶片、整体叶轮加工、
特殊材料的切割加工、钛合金加工等等。在军事工业中,例如核武器与高新技术武器几乎全是特殊材料和高
新技术材料,各种零件的成形加工、各种孔加工、精密薄材加工等特种加工发挥着特殊重要的作用。这是特
点之五。
12、 特种加工机床产量世界第一
由于特种加工机床应用领域的广泛性和重要性,在我国已形成由生产企业、大专院校、研究院所 200 多
个单位组成的特种加工机床行业,其电火花加工机床的年产量就约达 30000 台之多,其产量为世界第一。是
名副其实的生产大国 ( 但不是生产强国 ) 这是特点之六。
项目二 特种加工设备的分类
一、 特种加工的基本分类:
特种加工机床围较广,有几十个门类。其中主要有:
1. 电火花加工( EDM);
2. 电化学加工( ECM);
3. 电解磨削加工( ECG);
4. 化学加工( CHM);
5. 电弧加工( EAM);
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6. 激光加工( LBM);
7;超声加工( USM);
8. 离子束加工( IBM);
9. 电子束加工( EBM);
10. 等离子弧加工( PAM);
11. 快速成型加工( RPM);
12;磨料射流加工( AJM)等等。
特种加工机床原属金属切削加工机床畴,但由于特种加工机床与金属切削加工机床机理完全不同,机床
功能部件的性能不同,以与它在国民经济中重要地位和作用等原因, 2003 年国家标准化管理委员会明确为与
金切机床并行的独立的机床体系。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。依据加工能量的来源与作用形式列举各种常用的特种加工方法。
项目三 特种加工的基本原理
一、电火花加工
(1) . 电火花加工基本原理
电火花加工又称放电加工,也有称为电脉冲加工的,它是一种直接利用热能和电能进行加工的工艺。电
火花加工与金属切削加工的原理完全不同,在加工过程中,工具和工件不接触,而是靠工具和工件之间的脉
冲性火花放电,产生局部、瞬时的高温把金属材料逐步蚀除掉。由于放电过程可见到火花,所以称为电火花
加工。
工件与工具电极分别连接到脉冲电源的两个不同极性的电极上。当两电极间加上脉冲电压后,当工件和
电极间保持适当的间隙,就会把工件与工具电极之间的工作液介质击穿,形成放电通道。放电通道中产生瞬
时高温,使工件表面材料熔化甚至气化,同时也使工作液介质气化,在放电间隙处迅速热膨胀并产生爆炸,
工件表面一小部分材料被蚀除抛,形成微小的电蚀坑。脉冲放电结束后,经过一段时间间隔,使工作液恢复
绝缘。脉冲电压反复作用在工件和工具电极上,上述过程不断重复进行,工件材料就逐渐被蚀除掉。伺服系
统不断地调整工具电极与工件的相对位置,自动进给,保证脉冲放电正常进行。
即加工原理为:
两极之间 + 火花放电 + 电腐蚀 + 去除材料
创造条件:
(1). 工具与工件之间保持适当间隙(自动进给调节系统) 。
(2). 火花放电必须是脉冲性放电(采用脉冲电源) 。
(3). 在有一定绝缘性能的介质中放电(液体绝缘介质) 。
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jh035512
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