第二章特种加工工艺基础

第二章特种加工工艺基础 特种加工不是采用常规的刀具或磨具对工件进行切削加工，而是直接利用电能、电化学能、声能、或光能等能量，或选择几种能量的复合形式对材料进行加工。特种加工是指切削加工以外的一些新的加工方法。第一节特种加工概述一、特种加工的产生与发展 1.特种加工的特点： (1)工具材料的硬度可以大大低于工件材料的硬度； (2)可直接利用电能、电化学能、声能或光能等能量对材料进行加工； (3)加工过程中的机械力不明显； (4)各种加工方法可以有选择的复合成新的工艺方法，使生产效率成倍地增长，加工精度也相应提高； (5)几乎，每产生一种新地能源，就有可能导致一种新地特种加工方法地产生。

2.特种加工可解决下列问题： （1）解决各种难切削材料的加工问题，如耐热钢、不锈钢、钛合金、淬火钢、硬质合金、陶瓷、宝石、金刚石以及锗和硅等各种高强度、高硬度、高韧性以及高纯度的金属和非金属的加工。（2）解决各种复杂零件表面的加工问题，如各种热锻模、冲裁模的模腔和型孔、整体涡轮、喷油嘴、喷丝头的微小异型孔的加工问题。（3）解决各种精密的、有特殊要求的零件加工问题，如航空航天、国防工业中表面质量和精度要求很高的陀螺仪、伺服阀以及低刚度细长轴、薄壁筒和弹性元件等的加工。二、特种加工的分类（按能量形式和作用原理划分）（1）电能与热能作用方式：电火花加工（EDM）、电火花线切割加工（WEDM）、电子束加工（EBM）、等离子束加工（PAM）（2）电能与化学能作用方式：电解加工（ECM）、电镀加工（ECM）、刷镀加工。

（3）电化学能与机械能作用方式：电解磨削（ECG）、电解珩磨（ECH）。（3）电化学能与机械能作用方式：电解磨削（ECG）、电解珩磨（ECH）。（4）声能与机械能作用方式：超声波加工（USM）（5）光能与热能作用方式：激光加工（LBM）（6）电能与机械能作用方式：离子束加工（IM）（7）液流能与机械能作用方式：挤压珩磨（AFH）和水射流切割（WJC）三、特种加工对机械制造工艺技术产生的影响 1.改变了对材料可加工性的认识； 2.要重新衡量设计结构工艺性的优劣问题； 3.对零件的结构设计带来重大变革； 4.可以进一步优化零件的加工工艺过程。

第二节电火花加工 一、电火花加工的原理与特点电火花加工是在一定的液体介质中，利用脉冲放电对导电材料的电蚀现象来蚀除材料，从而使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定技术要求的一种加工方法。 1.电火花加工原理：

加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极。两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质(煤油、矿物油)中。工具电极由自动进给装置控制，以保证工具和工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01~0.05mm)。当脉冲电压加到两极间，变将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中（106～107W/mm2)，放电区域产生的高温使材料熔化甚至蒸发以致形成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束后，经过很短的时间间隔，第二个脉冲又在极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率的循环下去，工具电极不断的向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极。两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质(煤油、矿物油)中。工具电极由自动进给装置控制，以保证工具和工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01~0.05mm)。当脉冲电压加到两极间，变将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中（106～107W/mm2)，放电区域产生的高温使材料熔化甚至蒸发以致形成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束后，经过很短的时间间隔，第二个脉冲又在极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率的循环下去，工具电极不断的向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。 2.电火花加工的条件（1）必须采用脉冲电源，以形成瞬时的脉冲放电。

（2）必须采用自动进给调节装置，以保持工具电极与工件电极间微小的放电间隙。（2）必须采用自动进给调节装置，以保持工具电极与工件电极间微小的放电间隙。（3）火花放电必须在具有一定绝缘强度的液体介质（工作液）中进行，如煤油、造化液、去离子水等。工作液除有利于产生脉冲式的火花放电外，而且有利于排出放电过程中产生的电蚀产物和冷却电极以及工作表面。 3.电火花加工的特点：（1）可加工任何高强度、高韧性、高硬度、高脆性以及高纯度的导电材料，如：不锈钢、钛合金、工业纯铁、淬火钢、硬质合金、导电陶瓷、立方氮化硼、人造聚晶金刚石等。（2）加工时无明显切削力，适用于低刚度工件和细微结构的加工。（3）脉冲参数可根据需要进行调节，可在一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工。（4）在一般情况下，生产效率低于切削加工。（5）放电过程中工具电极损耗，影响成形精度。

二、电火花加工的基本工艺规律 1.加工速度：单个脉冲能量、脉冲频率、工艺系数、工件的极性 2.工具损耗：（1）极性效应（2）覆盖效应（3）选择合适的工具电极材料

3.表面质量： （1）表面粗糙度：单个脉冲能量、工件材料、工具电极表面粗糙度、加工方法（2）表面变质层：熔化凝固层、热影响层、显微裂纹（3）表面力学性能：显微硬度、耐磨性、残余应力、耐疲劳性能 4.加工精度：机床制造误差、工具和工件定位和安装误差（1）放电间隙的大小和一致性（2）工具电极的损耗（3）二次放电

三、电火花加工的应用范围 1.电火花成形加工：通过工具电极相对于工件做进给运动，将工具电极的形状和尺寸复制在工件上，从而加工出所需要的零件。（1）电火花型腔加工：三维型腔、型面加工、电火花雕刻。主要用于加工各类热锻模、压铸膜、挤压模、塑料模、胶木模型腔。

（2）电火花穿孔加工：主要用于加工型孔（圆孔、方孔、多边形孔、异型孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、小孔、微孔（2）电火花穿孔加工：主要用于加工型孔（圆孔、方孔、多边形孔、异型孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、小孔、微孔 2.电火花线切割电火花线切割是利用连续移动的金属丝作为工具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割零件的加工方法。（1）高速走丝线切割：钼丝往复运动（2）低速走丝线切割：铜丝单方向移动

应用：各种冲裁模（冲孔、落料）、样板以及各种形状复杂的型孔、型面和窄缝等。应用：各种冲裁模（冲孔、落料）、样板以及各种形状复杂的型孔、型面和窄缝等。 3.电火花磨削与镗削加工：（1）电火花磨削加工：利用数控和伺服技术，专用脉冲电源以及旋转工具电极解决各种超硬导电材料的磨削加工问题。

（2）电火花镗磨加工：工件旋转，工具电极往复运动和进给运动。设备简单，加工精度和表面粗糙度良好，生产率较低。（2）电火花镗磨加工：工件旋转，工具电极往复运动和进给运动。设备简单，加工精度和表面粗糙度良好，生产率较低。 4.电火花展成加工 5.电火花表面强化

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