清華大學(xué)機(jī)械制造工藝第2章(已修改)
2025-05-26 11:05 本頁(yè)面
【正文】 機(jī)械制造工藝 第二章－特種加工 特種加工 2. 1 特種加工概述 （ 13） 2. 2 電火花加工 2. 3 電解加工 2. 4 激光加工 2. 5 離子束加工 2. 6 超聲波加工 2. 7 快速成型制造技術(shù) 特種加工－概述 1． 傳統(tǒng)切削加工方法的問(wèn) 題： l） 難切削高硬度 、 高強(qiáng)度金屬和非金屬材料的加工 。 2） 型面復(fù)雜如發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣零件上的各種異形孔 、 細(xì)微孔和窄縫加工 。 3） 結(jié)構(gòu)特殊如薄壁零件 、 彈性元件 、 細(xì)長(zhǎng)零件等低剛度零件 。 2． 特種加工 ：借助電能 、 熱能 、 聲能 、 光能 、 化學(xué)能等常規(guī)機(jī)械能以外的各種能量實(shí)現(xiàn)材料去除的工藝方法的總稱(chēng) 。 常用特種加工方法及分類(lèi) 特種加工－ 主要特點(diǎn) 1） 不受材料力學(xué)性能的限制 ， 可加工任何硬 、 軟 、 耐熱金屬及非金屬材料； 2） 不存在顯著的切削力 ， 能獲得良好的表面質(zhì)量 ， 殘余應(yīng)力 、 熱應(yīng)力等均比較??； 3） 易于加工復(fù)雜型面 、 微細(xì)表面以及柔性零件 。 4） 以多種能量作用的復(fù)合加工工工藝 ， 如電解磨削 、電解電火花及超聲電火花加工等 。 5） 材料去除速度一般低于常規(guī)的切削方法； 電火花加工（ EDM） ? 利用脈沖放電對(duì)導(dǎo)電材料電蝕來(lái)去除多余材料的工藝方法 。 加工原理與特點(diǎn) 電火花加工－基本原理 （ 1） 工具與工件置于絕緣的液體中 ， 并與脈沖電源的連接 。 調(diào)節(jié)裝置控制工具電極 ， 保證工具與工件間放電間隙 。 （ 2） 當(dāng)兩極之間的電場(chǎng) 強(qiáng)度增加到足夠大時(shí) ， 兩極間最近點(diǎn)的液體介質(zhì)被擊穿 ， 產(chǎn)生短時(shí)間 、 高能量的火花放電 ， 金屬被熔化或氣化 。 電火花加工－基本原理 2 （ 3） 金屬蒸汽引起爆炸將熔融的金屬拋出 ， 并 被液體從間隙中沖走 ， 工件與工具表面形成一個(gè)小凹坑 。 （ 4） 經(jīng)過(guò)短的間隔 ， 第二個(gè)脈沖又在極間擊穿放電 。 （ 5） 電極向工件進(jìn)給 ， 得到凹坑組成的加工表面 ， 工具的形狀被復(fù)制在工件上 。 電火花加工－ 三個(gè)條件 （ 1） 必須采用脈沖電源 ， 以形成瞬時(shí)的脈沖式放電 。每次放電時(shí)間極短 （ 107~103s） ， 使放電產(chǎn)生的熱量來(lái)不及傳輸出去 。 （ 2） 必須采用自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置 ， 保證工具電極與工件電極間微小的放電間隙 ， 以維持適宜的火花放電狀態(tài) 。 （ 3） 火花放電必須具有足夠大的能量密度 ， 且必須在具有一定的絕緣強(qiáng)度 （ 103～ 107Ωcm） 的液體介質(zhì) （ 工作液 ） 中進(jìn)行 。 大的能量密度用以熔化 。 極性效應(yīng)－ 正極性加工 ? 極性效應(yīng)：極性不同產(chǎn)生的蝕除量不同的現(xiàn)象 。 ? 正極性加工 ：當(dāng)用 短脈沖 （ 即較小脈沖寬度 ） 加工時(shí) ， 工件應(yīng)與陽(yáng)極相接 ， 工具與陰極相接 。 ? 因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量和慣性較小 ， 易獲得加速度 ， 很快奔向陽(yáng)極 ， 電能及動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能蝕除陽(yáng)極金屬；而正離子由于質(zhì)量和慣性較大 ， 起動(dòng)和加速較慢 ，有一大部分尚未來(lái)得及到達(dá)陰極表面 ， 放電便告結(jié)束 ， 所以陽(yáng)極的蝕除量大于陰極 。 極性效應(yīng)－ 負(fù)極性加工 ? 負(fù)極性加工 ：當(dāng) 用長(zhǎng)脈沖 加工時(shí) ， 工件應(yīng)與陰極相接 ， 工具與陽(yáng)極相接 。 因?yàn)殡S著脈沖寬度即放電時(shí)間的加長(zhǎng) ， 質(zhì)量和慣性較大的正離子逐漸獲得了加速 ， 陸續(xù)地撞擊在陰極表面上 ， 由于正離子質(zhì)量較大 ， 對(duì)陰極撞擊破壞作用比電子撞擊陽(yáng)極的破壞作用大 ， 所以陰極的蝕除量大于陽(yáng)極 。 ? 一般情況下 ， 短脈沖 、 精加工時(shí)采用正極性加工；長(zhǎng)脈沖 、 粗加工時(shí)采用負(fù)極性加工 。 電火花加工－工藝特點(diǎn) 1） 能加工任何導(dǎo)電的難切削的材料：可用軟的工具加工硬韌的工件 ， 甚至可加工聚晶金剛石類(lèi)超硬材料 。工具電極材料采用紫銅或石墨 。 2） 加工中不存在切削力 ， 特別適宜復(fù)雜形狀的工件 、低剛度工件及微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工 。 3） 由于脈沖參數(shù)可任意調(diào)節(jié) ， 在同一臺(tái)機(jī)床上能完成粗 、 細(xì) 、 精三個(gè)階段的加工 。 4） 加工速度較慢和工具電極存在損耗 ， 影響加工效率和成形精度 。 電火花應(yīng)用－電火花穿孔 1） 貫通的二維型孔的加工 。有圓孔 、 方孔 、 多邊形孔等； 2） 孔的尺寸精度靠電極的尺寸和火花放電的間隙來(lái)保證 。 （ 1） 電極材料
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