特种加工培训资料课件.pptx
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- 特种 加工 培训资料 课件
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1、特种加工培训资料内容I.特种加工技术概述II.电火花加工III. 电解加工IV. 高能束加工 非传统加工又称特种加工,通常被理解为别于传统切削与磨削加工方法的总称。非传统加工方法 产生于二次大战后。两方面问题传统机械加工方法难于解决: 1)难加工材料的加工问题。宇航工业等对材料高强度、高硬度、高韧性、耐高温、耐高压、耐低温等的要求,使新材料不断涌现。 2)复杂形面、薄壁、小孔、窄缝等特殊加工问题。非传统加工方法将电、磁、声、光等物理量及化学能量或其组合直接施加在工件被加工的部位上,从而使材料被去除、累加、变形或改变性能等。 特种加工技术概述主要不是依靠机械能,而是用其它能量(如电能、光能、主要
2、不是依靠机械能,而是用其它能量(如电能、光能、声能、热能、化学能等)去除材料。声能、热能、化学能等)去除材料。工具不受显著切削力的作用,对工具和工件的强度、硬工具不受显著切削力的作用,对工具和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求。度和刚度均没有严格要求。 一般不会产生加工硬化现象。加工变形小,发热少一般不会产生加工硬化现象。加工变形小,发热少( (或或仅局限于工件表层加工部位很小区域内仅局限于工件表层加工部位很小区域内) ),工件热变形,工件热变形小,加工应力小,易于获得好的加工质量。小,加工应力小,易于获得好的加工质量。 加工中能量易于转换和控制,有利于保证加工精度和加工中能量易于转换和控制
3、,有利于保证加工精度和提高加工效率。提高加工效率。材料去除速度一般低于常规加工方法,这也是目前常规材料去除速度一般低于常规加工方法,这也是目前常规加工方法仍占主导地位的主要原因。加工方法仍占主导地位的主要原因。方法特点方法特点 机械过程:利用机械力,使材料产生剪切、断裂,以去除材料。如超声波加工、水喷射加工、磨料流加工等。 热学过程:通过电、光、化学能等产生瞬时高温,熔化并去除材料,如电火花加工、高能束加工、热力去毛刺等。 电化学过程:利用电能转换为化学能对材料进行加工,如电解加工、电铸加工(金属离子沉积)等。 化学过程:利用化学溶剂对材料的腐蚀、溶解,去除材料,如化学蚀刻、化学铣削等。分类分
4、类(加工机理和采用的能源分加工机理和采用的能源分)复合过程复合过程分类分类 拓宽现有非传统加工方法的应用领域。拓宽现有非传统加工方法的应用领域。 探索新的加工方法,研究和开发新的元器件。探索新的加工方法,研究和开发新的元器件。 优化工艺参数,完善现有的加工工艺。优化工艺参数,完善现有的加工工艺。 向微型化、精密化发展。向微型化、精密化发展。 采用数控、自适应控采用数控、自适应控制、制、CAD/CAMCAD/CAM、专家系统、专家系统等技术,提高加工过程等技术,提高加工过程自动化、柔性化程度。自动化、柔性化程度。EI 收录文章数比较收录文章数比较70年代年代80年代年代90年代年代2084110
5、4232142244424214441321252353316激光加工激光加工 电火花加工电火花加工 超声加工超声加工 电化学加工电化学加工发展趋势发展趋势电火花加工的原理示意图电火花加工的原理示意图q原理:利用工具电极与工件电极之间脉冲性火花放电,原理:利用工具电极与工件电极之间脉冲性火花放电,产生瞬时高温,工件材料被熔化和气化。同时,该处绝产生瞬时高温,工件材料被熔化和气化。同时,该处绝缘液体也被局部加热,急速气化,体积发生膨胀,随之缘液体也被局部加热,急速气化,体积发生膨胀,随之产生很高的压力。在这种高压作用下,已经熔化、气化产生很高的压力。在这种高压作用下,已经熔化、气化的材料就从工件
6、的表面迅速被除去的材料就从工件的表面迅速被除去 进给进给系统系统放电间隙放电间隙工具电极工具电极工件电极工件电极直流直流脉冲脉冲电源电源工作液工作液 4个阶段:1.介质电离、击穿,形成放电通道;2.火花放电产生熔化、气化、热膨胀;3.抛出蚀除物;4.间隙介质消电离(恢复绝缘状态)。 电极材料电极材料要求导电,损耗小,易加工;要求导电,损耗小,易加工;常用材料:紫铜、石墨、铸铁、钢、黄铜等,常用材料:紫铜、石墨、铸铁、钢、黄铜等,石墨最常用。石墨最常用。 工作液工作液主要功能压缩放电通道区域,提主要功能压缩放电通道区域,提高放电能量密度,加速蚀物排出;常用工作液高放电能量密度,加速蚀物排出;常用
7、工作液有煤油、机油、去离子水、乳化液等。有煤油、机油、去离子水、乳化液等。 放电间隙放电间隙合理的间隙是保证火花放电的合理的间隙是保证火花放电的必要条件。为保持适当的放电间隙,在加工过必要条件。为保持适当的放电间隙,在加工过程中,需采用自动调节器控制机床进给系统,程中,需采用自动调节器控制机床进给系统,并带动工具电极缓慢向工件进给。并带动工具电极缓慢向工件进给。电火花加工工作要素电火花加工工作要素脉冲宽度与间隔脉冲宽度与间隔影响影响加工速度、表面粗糙加工速度、表面粗糙度、电极消耗和表面组织等。脉冲频率高、持度、电极消耗和表面组织等。脉冲频率高、持续时间短,则每个脉冲去除金属量少,表面粗续时间短
8、,则每个脉冲去除金属量少,表面粗糙度值小,但加工速度低。通常放电持续时间糙度值小,但加工速度低。通常放电持续时间在在2s2s至至2ms2ms范围内,各个脉冲的能量范围内,各个脉冲的能量2mJ2mJ到到20J20J(电流为(电流为400A400A时)之间。时)之间。电火花加工工作要素电火花加工工作要素电火花加工类型电火花加工类型电火花线切割原理图X XY Y储丝筒储丝筒导轮导轮电极丝电极丝工件工件电火花线切割加工:用连续移动的钼丝(或电火花线切割加工:用连续移动的钼丝(或铜丝)作工具阴极,工件为阳极。机床工作铜丝)作工具阴极,工件为阳极。机床工作台带动工件在水平面内作两个方向移动,可台带动工件在
9、水平面内作两个方向移动,可切割出二维图形。同时,丝架可作小角度摆切割出二维图形。同时,丝架可作小角度摆动,可切割出斜面。动,可切割出斜面。电火花线切割电火花线切割加工过程显示电火花线切割机床电火花线切割机床电火花加工特点电火花加工特点电火花加工应用电火花加工应用工作原理:工件接阳极,工具(铜或不锈钢)工作原理:工件接阳极,工具(铜或不锈钢)接阴极,两极间加直流电压接阴极,两极间加直流电压6 624V24V,极间保持,极间保持0.10.11mm1mm间隙。在间隙处通以间隙。在间隙处通以 6 660m60m/ /S S高速流高速流动电解液,形成极间导电通路,工件表面材料动电解液,形成极间导电通路,
10、工件表面材料不断溶解,溶解物及时被电解液冲走。工具阴不断溶解,溶解物及时被电解液冲走。工具阴极不断进给,保持极间间隙。极不断进给,保持极间间隙。 电解加工原理图电解加工原理图电解液电解液直流电源直流电源泵泵工件阳极工件阳极阴极进给阴极进给工具阴极工具阴极p特点特点 不受材料硬度限制,能加工高硬度、高韧性的导电材料,不受材料硬度限制,能加工高硬度、高韧性的导电材料,能以简单进给运动一次加工出形状复杂的面和型腔。能以简单进给运动一次加工出形状复杂的面和型腔。 效率率高(比效率率高(比EDMEDM高高5-105-10倍)。采用振动进给和脉冲电流倍)。采用振动进给和脉冲电流等新技术,可进一步提高生产效
11、率和加工精度。等新技术,可进一步提高生产效率和加工精度。 阴极在加工中损耗小。阴极在加工中损耗小。 加工表面质量好,无毛刺、残余应力和变形层。加工表面质量好,无毛刺、残余应力和变形层。 设备投资大,有污染,需防护。设备投资大,有污染,需防护。p电解加工应用电解加工应用 模具型腔、枪炮膛线、发电机叶片、花键孔、内齿轮、模具型腔、枪炮膛线、发电机叶片、花键孔、内齿轮、小而深的孔,电解抛光、倒棱、去毛刺等。小而深的孔,电解抛光、倒棱、去毛刺等。电解加工特点及应用电解加工特点及应用电解加工整体叶轮空心水套管叶片阴极片分度阴极片进给电解液电解倒棱去毛刺电解倒棱去毛刺 机加工中去毛刺工作机加工中去毛刺工作
12、量很大,电解去毛刺量很大,电解去毛刺效率高,节省费用。效率高,节省费用。 原理是尖角处电流密原理是尖角处电流密度最高度最高 去毛刺时间与加工电去毛刺时间与加工电 压、加工间隙及电解压、加工间隙及电解液参数有关液参数有关 工件与磨轮保持一定接触压力,突出的磨料工件与磨轮保持一定接触压力,突出的磨料使磨轮导电基体与工件之间形成一定间隙。电使磨轮导电基体与工件之间形成一定间隙。电解液从中流过时,工件产生阳极溶解,表面生解液从中流过时,工件产生阳极溶解,表面生成一层氧化膜,其硬度远比金属本身低,易被成一层氧化膜,其硬度远比金属本身低,易被刮除,露出新金属表面,继续进行电解。电解刮除,露出新金属表面,继
13、续进行电解。电解作用与磨削作用交替进行,实现加工。作用与磨削作用交替进行,实现加工。电解磨削电解磨削 电解磨削效率比机械磨削高,磨轮损耗远比机电解磨削效率比机械磨削高,磨轮损耗远比机械磨削小,特别是磨削硬质合金时效果更明显。械磨削小,特别是磨削硬质合金时效果更明显。 电解磨削电解磨削导电磨轮导电磨轮电解液电解液电刷电刷工作台工作台工件工件绝缘板绝缘板导电基体导电基体磨料磨料阳极膜阳极膜 把磁性磨料放工件与磁把磁性磨料放工件与磁极间的入磁场中,磁性磨极间的入磁场中,磁性磨料在延磁力线方向有序排料在延磁力线方向有序排列成具有一定柔性的磁力列成具有一定柔性的磁力刷。加工时工件旋转,并刷。加工时工件旋
14、转,并作相对磁极轴向振动;磁作相对磁极轴向振动;磁性磨料使工件表面上极薄性磨料使工件表面上极薄的金属层及毛边去除,将的金属层及毛边去除,将表面逐步整平以达良好的表面逐步整平以达良好的研磨效果研磨效果磁力抛光磁力抛光工件工件(陶瓷滚柱)(陶瓷滚柱)磁性材料磁性材料磁极磁极振动运振动运动动NS磁力抛光磁力抛光研磨前研磨前研磨后研磨后工件工件磁力线磁力线工件工件工作台工作台激光加工原理图激光加工原理图光阑光阑反射镜反射镜聚焦镜聚焦镜电源电源普通灯光与激光的比较普通灯光与激光的比较 激光产生过程及特性激光产生过程及特性自发吸收自发吸收 - 电子透过吸收光子从低能阶跃迁到高能阶电子透过吸收光子从低能阶跃
15、迁到高能阶 自发辐射自发辐射 - 电子自发地透过释放光子从高能阶跃迁到电子自发地透过释放光子从高能阶跃迁到较低能阶较低能阶 受激辐射受激辐射 - 光子射入物质诱发电子从高能阶跃迁到低光子射入物质诱发电子从高能阶跃迁到低能阶,并释放光子。能阶,并释放光子。激光器激光器混合气体:氦约混合气体:氦约80%80%,氮约,氮约15%15%,COCO2 2 约约5%5%通过高压直流放电进行激励通过高压直流放电进行激励波长波长10.6m10.6m,为不可见光,为不可见光能量效率能量效率5%5% 15%15%反射反射凹镜凹镜反射平镜反射平镜电极电极放电管放电管CO2气体气体冷却水进口冷却水进口冷却水出口冷却水
16、出口激光激光高压直流电源高压直流电源CO2气体激光器气体激光器 加工材料范围广,适用各种金属加工材料范围广,适用各种金属/ /非金属材料,高非金属材料,高熔点材料,耐热合金及陶瓷、金刚石等硬脆材料。熔点材料,耐热合金及陶瓷、金刚石等硬脆材料。 加工性能好,工件可离开加工机进行加工,可透过加工性能好,工件可离开加工机进行加工,可透过透明材料加工,可在不易达到的狭小空间加工。透明材料加工,可在不易达到的狭小空间加工。 非接触加工方式,热变形小,加工精度较高。非接触加工方式,热变形小,加工精度较高。 可进行微细加工。激光聚焦直径理论上可至可进行微细加工。激光聚焦直径理论上可至1m1m以以下,实际可实
17、现下,实际可实现0.01mm0.01mm的小孔加工和窄缝切割。的小孔加工和窄缝切割。 加工速度快,效率高。加工速度快,效率高。 激光加工不仅可以进行打孔和切割,也可进行焊接、激光加工不仅可以进行打孔和切割,也可进行焊接、热处理等工作。热处理等工作。 可控性好,易于自动控制。加工设备昂贵。可控性好,易于自动控制。加工设备昂贵。激光加工特点激光加工特点激光打孔激光打孔激激光光加加工工应应用用焦点位置对孔形状影响焦点位置对孔形状影响激激光光打打孔孔示示意意图图激光加工应用激光加工应用激激光光加加工工的的各各种种应应用用激光加工的各种应用激光加工的各种应用钻孔钻孔切削切削表面处理表面处理钻微孔钻微孔焊
18、接焊接打标打标激光焊接车身激光切割激光加工应用激光打孔时孔实例在铝上刻槽 在钼上打直径为100um的孔 在厚度为1.1mm的铝上打直径为200um的孔 激光加工实例激光加工实例在陶瓷上打在陶瓷上打直径为直径为25um的孔阵列的孔阵列 在硅片上打直径在硅片上打直径为为6um的孔阵列的孔阵列 头发直径头发直径70um特征尺寸特征尺寸25um激光切割激光切割激光切割的不锈钢齿轮激光切割的不锈钢齿轮 激光切割木工艺品激光切割木工艺品 激光切割有机玻璃电脑机箱面板激光切割有机玻璃电脑机箱面板 激光模具焊接激光模具焊接模具焊接模具焊接激光模具焊接激光模具焊接激光模具焊接激光模具焊接 变幅杆变幅杆超声超声波
19、发波发生器生器振动方向振动方向工具工具换能器换能器工作液工作液喷嘴喷嘴工件工件超声切割技术超声切割技术超超声声波波加加工工原原理理图图加工力工具工件振动方向磨料工作液工具振幅 利用工具端面作超声(利用工具端面作超声(161625kHz25kHz)振动,)振动,使工作液中的悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来使工作液中的悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实现加工。实现加工。 超声波发生器将工频交流电能转变为有一定超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡,通过换能器将超声功率输出的超声频电振荡,通过换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动,此时振幅一般频电振荡转变为超声机械振动,此时振幅一般很
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