先进制造技术--第十次教案

教 案

授课时间 月 日 至 月 日 课时数 授课方式 理论课□ 讨论课□ 习题课□ 实验课□ 上机课□ 技能课□ 其他□ 授课单元 第三章 先进制造工艺技术（第八节 现代特种加工技术） 1．掌握各种特种加工方法的加工原理 2. 了解各种特种加工方法的特点和应用 重点：1. 电火花加工的原理、激光加工原理 2. 超声波加工的原理、电子束加工原理 目的 与 要求 重点 与 难点 难点：激光加工的原理 一、特种加工概述 特种加工的概念；特种加工分类；特种加工应用；特种加工特点 二、电火花加工 电火花加工原理和特点；电火花加工的应用 三、超声波加工 超声波加工原理；超声波加工装置；超声波加工特点；超声波加工应用 四、激光加工 激光加工原理；激光加工特点；激光加工应用； 五、电子束加工 电子束加工原理；电子束加工装置；电子束加工应用；电子束加工特点 多媒体和板书相结合；讲授；运用启发式、案例分析式、讨论式教学方法讲授本节课程内容。 主 要 内 容 教学方法手段（教具） 1.盛晓敏著．先进制造技术．北京：机械工业出版社，2000。 2.孙大涌著．先进制造技术．北京：机械工业出版社，1999。 参考资料 3.张根保著．先进制造技术．重庆：重庆大学出版社，1996。 4.《中国机械工程》、《机械工程学报》、《制造技术与机床》等科技核心期刊。 思考题、 作业 讲 稿

第八节 现代特种加工技术

一、特种加工概述

1. 特种加工的概念

直接利用电能、光能、声能、化学能、电化学能和液流能等能量形式进行加工的方法，称为特种加工。

2. 特种加工分类

按能量形式可分为七类：

① 电能与热能：电火花成型与穿孔加工(EDM)、电火花

线切割加工(WEDM)、电子束加工(EBM)、等离子体加工（PAM)。

② 电能与化学能：电解加工(ECM)、电铸加工(ECM)、刷镀加工(BPM) ③ 电化学能与机械能：电解磨削(ECG)、电解珩磨(ECH)。 ④ 声能与机械能：超声波加工(USM)。

⑤ 光能与热能：激光加工(LBM)。 ⑥ 电能与机械能：离子束加工(IBM)。 ⑦ 液流能与机械能：水射流切割(WJC)。

3. 特种加工应用

① 加工难加工材料，如钛合金、淬火钢、硬质合金、宝石、金刚石等；

② 加工形状复杂的表面或零件，如锻模、冷拔模的模腔和型孔、涡轮和叶片等； ③ 加工精密或微细结构零件，如陀螺仪、低刚度的细长轴、薄壁筒和弹性元件等。

4. 特种加工特点

① 工具材料的硬度可低于工件材料的硬度；

② 加工过程无机械力，工件很少产生机械变形和热变形； ③每产生一种新能源，有可能出现一种新的特种加工方法。

二、电火花加工

1. 电火花加工原理和特点

（1）电火花加工原理

当脉冲电压加到两极之间，液体介质被击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间短，能量高度集中（106~107W/mm2），放电区域产生的瞬时高温使材料熔化，形成一个小凹坑。如此反复，工具电极不断地向工件进给，他的形状最终复制在工件上。利用工具电极和工件电极间脉冲火花放电，对工件表面进行电蚀作用，将工件逐步加工成形。 （2）电火花加工条件

① 必须是脉冲式瞬时放电，并具有足够放电强度； ② 必须在绝缘强度的液体介质(又称工作液，如煤油等)中进行； ③ 具有适当的放电间隙(通常为数微米到数百微米，0.01~0.05mm)。 （3）工具电极

① 工具电极应选用导电性好、耐蚀性高和造型容易的材料，常用的有石墨、紫铜、黄铜、钼、铸铁

和钢等。

② 工具电极的形状与工件的型腔、型孔基本符合。 （4）工作液

① 工作液的作用：

有较高的绝缘性，产生脉冲火花放电； 压缩放电通道，使放电能量集中在较小的区域内；

② 常用的工作液有煤油、机油、变压器油、锭子油或它们与煤油的混合物。 （5）电火花加工特点

① 可加工任何硬、脆、软、韧和高熔点的导电材料或半导体材料；

② 加工时工具与工件不接触，作用力极小，可加工小孔、窄缝等微细结构和各种复杂截面的型孔和型腔；

③ 脉冲放电时间极短，冷却作用好，热影响极小，可加工热敏性强的材料；

④脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工。

2. 电火花加工的应用

（1） 电火花型腔加工

用于加工锻模、冲压模、压铸模、塑料模等模具的型腔及某些零件上的腔孔。工具电极用石墨和紫铜。

（2） 电火花穿孔加工

用于加工冲裁凹模、各种异形孔和小孔。工具电极用钢(加工冲裁凹模)、石墨(加工截面较大的异型孔)、紫铜或黄铜(加工截面较小的异型孔)、钼丝或黄铜丝(加工小圆孔)。

（3） 电火花线切割加工

① 线切割加工时，脉冲电源负极接工具电极钼丝，正极接工件，其间喷注工作液，钼丝在贮丝筒带动下作正反交替移动，工作台在水平面内带动工件作二维移动，即可合成各种曲线轨迹，把工件切割成形。

② 线切割加工用于加工各类通孔模具、成形刀具、样板、异形截面的工件及微缝、窄槽等微细结构和某些艺术品。

（4）旋转电火花加工

① 旋转电火花加工（又称“电火花磨削”）在数控旋转电火花机床上进行。它采用脉冲放电能量大的脉冲电源和旋转电极。工具电极可无级调速。工件主轴既可旋转，又可轴向移动。

② 旋转电火花加工常用于加工人造聚晶金刚石和导电陶瓷等超硬材料的各种型面，如外圆、平面、异形孔、深小孔、螺旋槽及成形面等。

三、超声波加工 1. 超声波加工原理

工具振动频率超过16 000 Hz作超声频振动，磨料液的液体分子和固体磨粒以极高速度和加速度不断撞击工件加工部位而抛磨加工表面；

磨料液受工具断面的超声频振动而产生交变的冲击波，使工件加工部位材料粉碎破坏达到加工目的。