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1、第11章 先进制造技术简介特特 种种 加加 工工 11.1电火花加工电火花加工 11.2激激 光光 加加 工工 11.3电化学加工电化学加工 11.4水喷射切割水喷射切割11.511.1 特 种 加 工 传统加工面临问题：传统加工面临问题：（1）各种难切削材料的加工问题）各种难切削材料的加工问题（2）各种特殊复杂表面的加工问题）各种特殊复杂表面的加工问题（3）各各种种超超精精、光光整整或或具具有有特特殊殊要要求的零件的加工问题求的零件的加工问题 11.1 特 种 加 工特种加工与传统加工不同点特种加工与传统加工不同点：（1）不是主要依靠机械能，而是主要用）不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量
2、（如电、化学、光、声、热等）其他能量（如电、化学、光、声、热等）去除金属材料。去除金属材料。（2）工具硬度可以低于被加工材料的硬）工具硬度可以低于被加工材料的硬度。度。（3）加工过程中工具和工件之间不存在）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。显著的机械切削力。特种加工引起机械制造变革。（1）提高了材料的可加工性。）提高了材料的可加工性。（2）改变了零件的典型工艺路线。）改变了零件的典型工艺路线。（3）特种加工改变了试制新产品的模式。）特种加工改变了试制新产品的模式。（4）特种加工对产品零件的结构设计带来很大）特种加工对产品零件的结构设计带来很大的影响。的影响。（5）对传统的结构工艺
3、性的好与坏，需要重新）对传统的结构工艺性的好与坏，需要重新衡量。衡量。（6）特种加工已经成为微细加工和纳米加工的）特种加工已经成为微细加工和纳米加工的主要手段。主要手段。11.2 电火花加工 电电火火花花加加工工又又称称放放电电加加工工（E1ectrical Discharge Machining，EDM），在在20世世纪纪40年年代代开开始始研研究究并并逐逐步步应应用用于于生生产产。它它是是在在加加工工过过程程中中，使使工工具具和和工工件件之之间间不不断断产产生生脉脉冲冲性性的的火火花花放放电电，靠靠放放电电时时局局部部、瞬瞬时时产产生生的的高高温温把把金金属属蚀蚀除除下下来来。因因放放电电
4、过过程程中中可可见见到到火火花花，故故称称之之为为电电火火花花加加工工，日日本本、英英、美美称称之之为为放放电电加加工工，前前苏苏联联及及俄罗斯也称电蚀加工。俄罗斯也称电蚀加工。11.2 电火花加工 1电火花加工的原理和设备组成 电火花加工的原理是基于工具和工件电火花加工的原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。电火花腐蚀的主要原因是：电火花要求。电火花腐蚀的主要原因是：电火花放电时火花通道中瞬
5、时产生大量的热，达放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金屑材料局部到很高的温度，足以使任何金屑材料局部熔化、气化而被蚀除掉，形成放电凹坑。熔化、气化而被蚀除掉，形成放电凹坑。11.2 电火花加工2电火花加工的特点及其应用（1）主要优点。）主要优点。适合于任何难切削材料的加适合于任何难切削材料的加工。工。可以加工特殊及复杂形状的可以加工特殊及复杂形状的表面和零件。表面和零件。11.2 电火花加工（2）电火花加工的局限性。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。一般加工速度较慢。因此通常安排工艺时多采用切削加工来去除大部分余量，然后再进行电火
6、花加工以求提高生产率。但最近已有新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其生产率甚至不亚于切削加工。11.2 电火花加工3电火花加工工艺方法分类 电火花加工工艺按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大致可分为电火花穿孔成型加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字6大类。11.3 激 光 加 工 激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度靠光热效应来加工各种材料的。11.3 激 光 加 工 1激光加工的原理和特点（1）聚焦后，激光加工的功率密度可高达108W/cm21010W/cm2，光能转
7、化为热能，几乎可以熔化、气化任何材料。例如耐热合金、陶瓷、石英、金刚石等硬脆材料都能加工。（2）激光光斑大小可以聚焦到微米级，输出功率可以调节，因此可用以精密微细加工。（3）加工所用工具是激光束，是非接触加工，所以没有明显的机械力，没有工具损耗问题。11.3 激 光 加 工 1激光加工的原理和特点（4）和电子束加工等比较起来，激光加工装置比较简单，不要求复杂的抽真空装置。（5）激光加工是一种瞬时、局部熔化、气化的热加工，影响因素很多，因此，精微加工时，精度，尤其是重复精度和表面粗糙度不易保证，必须进行反复试验，寻找合理的参数，才能达到一定的加工要求。（6）加工中产生的金属气体及火星等飞溅物，要
8、注意通风抽走，操作者应戴防护眼镜。11.3 激 光 加 工 2激光加工的基本设备激光加工的基本设备包括激光器、电源、光学系统及机械系统四大部分。（1）激光器：是激光加工的重要设备，它把电能转变成光能，产生激光束。（2）激光器电源：为激光器提供所需要的能量及控制功能。（3）光学系统：包括激光聚焦系统和观察瞄准系统，后者能观察和调整激光束的焦点位置，并将加工位置显示在投影仪上。（4）机械系统：主要包括床身、能在三坐标范围内移动的工作台及机电控制系统等。11.3 激 光 加 工 3激光加工应用（1）激光打孔。（2）激光切割。11.4 电化学加工 电化学加工（Electrochemical Machi
9、ning，ECM）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。虽然有关的基本理论在19世纪末已经建立，但真正在工业上得到大规模应用，还是20世纪3050年代以后的事。目前，电化学加工已经成为我国民用、国防工业中的一个不可或缺的加工手段。11.5 水喷射切割 水射流切割（Water Jet Cuting，WJC）又称液体喷射加工（Liguid Jet Machining，LJM），是利用高压高速水流对工件的冲击作用来去除材料的，有时简称水切割，或俗称水刀，。采用水或带有添加剂的水，以500m/s900m/s的高速冲击工件进行加工或切割。水经水泵后通过增压器增压，贮液蓄
10、能器使脉动的液流平稳。水从孔径为0.1mm0.5mm的人造蓝宝石喷嘴喷出，直接压射在工件加工部位上。加工深度取决于液压喷射的速度、压力以及压射距离。被水流冲刷下来的“切屑”随着液流排出，入口处束流的功率密度可达106W/mm2。水射流切割原理图 11.5 水喷射切割实际应用 水射流切割可以加工很薄、很软的金属和非金属材料，例如铜、铝、铅、塑料、木材、橡胶、纸等七八十种材料和制品。水射流切割可以代替硬质合金切槽刀具，而且切边的质量很好。所加工的材料厚度少则几毫米，多则几百毫米，例如切割19mm厚的吸音天花板，采用的水压为310MPa，切割速度为76m/min。玻璃绝缘材料可加工厚度是125mm。由于加工的切缝较窄，可节约材料和降低加工成本。由于加工温度较低，因而可以加工木板和纸品，还能在一些化学加工的零件保护层表面上划线。