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1、 特种加工工艺基础特种加工工艺基础清华大学清华大学 王坦王坦 电电 话话 13911332925139113329254/23/20231 特种加工概述特种加工概述 Introduction to non-conventional machining 普通加工切削条件：普通加工切削条件：l （1 1）刀具硬度工件硬度）刀具硬度工件硬度l （2 2）存在切削力）存在切削力 l出现矛盾：出现矛盾：l （1 1）不能加工高硬度材料）不能加工高硬度材料l （2 2）不能加工细微结构）不能加工细微结构l （3 3）不能加工复杂型面）不能加工复杂型面4/23/20232 有需求，就有勇于探索的人们。有需求
2、，就有勇于探索的人们。19431943年，年，前苏联拉扎连柯夫妇前苏联拉扎连柯夫妇 电电蚀蚀：电电器器开开关关在在合合上上和和拉拉开开时时，有有可可能能因因局局部部放放电电使使开开关关的的接接触触部位烧蚀，这种现象称为电蚀。部位烧蚀，这种现象称为电蚀。电火花加工电火花加工以柔克刚以柔克刚 电解、激光、超声电解、激光、超声4/23/20233电火花加工电火花加工 electrical discharge machining（EDM）电火花加工原理电火花加工原理 （principle）利利用用电电蚀蚀现现象象加加工工金金属属材材料料的的加加工工方法。方法。4/23/202344/23/20235
3、脉脉冲冲电电压压击击穿穿极极间间最最近近点点液液体体介介子子放放电电通道通道能量高度集中能量高度集中瞬时高温瞬时高温 材料融化、蒸发材料融化、蒸发4/23/20236脉冲电源电压波形脉冲电源电压波形4/23/20237（1 1）脉冲电源：以形成瞬时的脉冲式放电；）脉冲电源：以形成瞬时的脉冲式放电；（2 2）伺伺服服进进给给装装置置：自自动动进进给给，保保证证放放电电间间隙；隙；（3 3）工作液循环系统：绝缘介质、过滤）工作液循环系统：绝缘介质、过滤电火花加工必备条件电火花加工必备条件 machining condition 4/23/20238（1 1）可以加工任何导电材料；）可以加工任何导电
4、材料；（2 2）加工过程无明显机械力；）加工过程无明显机械力；（3 3）参数调节方便，可实现粗加工、半）参数调节方便，可实现粗加工、半 精加工和精加工一次装夹完成；精加工和精加工一次装夹完成；（4 4）生产效率一般低于切削加工；）生产效率一般低于切削加工；（5 5）部分能量消耗在工具电极上。）部分能量消耗在工具电极上。电火花加工特点电火花加工特点 machining characteristics4/23/20239电火花加工的分类电火花加工的分类classification of electrical discharge machining（1）电火花成形加工（）电火花成形加工（录像录像）电
5、火花型腔加工电火花型腔加工 电火花穿孔加工电火花穿孔加工（2）电火花线切割加工（）电火花线切割加工（录像录像）（3）旋转电火花加工）旋转电火花加工4/23/202310电火花型腔加工电火花型腔加工 forming machining4/23/202311 电火花穿孔加工电火花穿孔加工 hole machining4/23/202312电火花线切割加工电火花线切割加工 electric discharge wire cutting4/23/202313电解加工电解加工 电电解解加加工工：利利用用金金属属在在电电解解液液中中产产生生阳阳极极溶溶解解的的电电化化学学原原理理对对工工件件进进行行成成形
6、形加工的一种加工方法。加工的一种加工方法。原理：阳极溶解原理：阳极溶解4/23/2023141 1）工件接）工件接“+”+”极；工具接极；工具接“”极；极；2 2）两极间隙）两极间隙0.1-1mm0.1-1mm；3 3）电解液在两极间流过，电解液在两极间流过，电解液压力：电解液压力：0.5-2.5Mpa 0.5-2.5Mpa 4 4）在在理理想想情情况况下下，工工具具阴阴极极可可长长期期使使用，工件阳极和水不断消耗。用，工件阳极和水不断消耗。电解加工特点电解加工特点4/23/202315电解加工电解加工electrolysis machining4/23/202316电解加工过程电解加工过程4
7、/23/202317电化学反应电化学反应l水溶液水溶液 H H2 2O=HO=H+OH+OH-电离作用电离作用l阳极反应阳极反应 Fe-2e FeFe-2e Fe2+2+l Fe Fe2+2+2OH+2OH-Fe(OH)Fe(OH)2 2 沉淀沉淀l阴极反应阴极反应 2H2H+2e H+2e H2 24/23/202318电解加工的应用电解加工的应用 application金属材料的型腔、型孔、型面、金属材料的型腔、型孔、型面、深孔等工件以及套料和去毛刺等。深孔等工件以及套料和去毛刺等。（录像录像）4/23/202319超声波加工超声波加工 ultrasonic machining 人耳听到的
8、声波：人耳听到的声波：1620000 Hz1620000 Hz次声波次声波 16 Hz20000 Hz20000 Hz（录像录像）4/23/202320超声波加工超声波加工 ultrasonic machining 超声波加工：利用工具端面的超声频振动，超声波加工：利用工具端面的超声频振动，或借助于磨料悬浮液加工硬脆材料的一种或借助于磨料悬浮液加工硬脆材料的一种工艺方法。工艺方法。起源于起源于5050年代。最早研究的国家是日本年代。最早研究的国家是日本4/23/202321 超声波加工原理超声波加工原理 working principle 超声频电振动超声频电振动超声频机械振动超声频机械振动超
9、声振动超声振动4/23/202322加工原理：超声波发生器产生的超声频电加工原理：超声波发生器产生的超声频电振动，通过换能器转变为超声频的机械振振动，通过换能器转变为超声频的机械振动。变幅杆将振幅放大到动。变幅杆将振幅放大到0.010.15mm0.010.15mm，再传给工具，并驱动工具端面做超声振再传给工具，并驱动工具端面做超声振动。动。工具端面以超声频冲击磨料，磨料冲击工工具端面以超声频冲击磨料，磨料冲击工件，工件材料被击碎、脱落。件，工件材料被击碎、脱落。4/23/202323（1 1）可以加工各种硬脆材料；）可以加工各种硬脆材料；（2 2）可获得良好的加工精度和表面质量：）可获得良好的
10、加工精度和表面质量：0.02-0.01mm0.02-0.01mm，RaRa值值：0.8-0.1m0.8-0.1m；超声波加工特点超声波加工特点 machining characteristics 4/23/2023241 1）型孔与型腔加工型孔与型腔加工超声波加工应用范围超声波加工应用范围Application range of ultrasonic 4/23/2023254/23/202326 2 2）切割半导体材料）切割半导体材料4/23/2023273 3）清洗；清洗；4 4）焊接；焊接；5 5）医医疗疗设设备备和和器器具具：手手术术刀刀，体体内内超超声声波波碎碎石等。石等。4/23/2
11、02328激光加工激光加工 Laser machining 激光：是经受激辐射产生的加强光激光：是经受激辐射产生的加强光特点：光强度高，方向性强，相干性和特点：光强度高，方向性强，相干性和单色性好，易聚焦成高能光束。单色性好，易聚焦成高能光束。光斑直径光斑直径0.01mm0.01mm，温度达温度达10000 10000。（录像）（录像）4/23/202329 激激光光加加工工原原理理：工工件件在在光光热热效效应应下下产产生生高高温温熔融和冲击波的综合作用过程。熔融和冲击波的综合作用过程。4/23/202330粒子数反转现象：工作物质中的亚稳态粒子数粒子数反转现象：工作物质中的亚稳态粒子数大于低
12、能级粒子数。大于低能级粒子数。此时一旦有少量激发粒子产生受激辐射跃迁，此时一旦有少量激发粒子产生受激辐射跃迁，造成光放大，通过谐振腔内全反射镜和部分反造成光放大，通过谐振腔内全反射镜和部分反射镜的反馈作用产生振荡，输出激光束，光能射镜的反馈作用产生振荡，输出激光束，光能转化热能，进行加工。转化热能，进行加工。4/23/202331 1 1）高高能能束束流流加加工工，功功率率密密度度可可达达10108 8-10-101010 W/cmW/cm2 2；2 2）加加工工速速度度快快，热热影影响响区区小小，易易实实现现自自动化加工；动化加工；3 3）可可聚聚焦焦形形成成微微小小光光斑斑，可可实实现现精
13、精密密微微细加工；细加工；4 4）平平 均均 加加 工工 精精 度度 0.01mm,0.01mm,RaRa值值 0.4-0.4-0.1m 0.1m 激光加工特点激光加工特点 machining characteristics4/23/2023321 1）表面强化处理：热处理表面强化处理：热处理 heat treatment2 2）焊接焊接 welding3 3）切割切割 Cutting4 4）打孔打孔 Drilling激光加工应用范围激光加工应用范围 Application range:laser machining4/23/202333 激光切割激光切割 Cutting4/23/202334l 谢谢 谢谢!l 请批评指正请批评指正!4/23/202335