【正文】 江蘇省農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院《特種加工技術(shù)》教案課題：概論 課時(shí)：2 授課：尹有根教學(xué)目標(biāo)：特種加工的概念、特點(diǎn)及發(fā)展、分類教學(xué)重點(diǎn)：1 特種加工的特點(diǎn)及發(fā)展 2 特種加工的分類 特種加工的概念一、引入課題:特種加工產(chǎn)生的條件，之所以產(chǎn)生特種加工普通機(jī)械加工滿足不了加工的要求。一些難加工的材料、一些有特殊要求的零件、加工效率（生產(chǎn)率）、生產(chǎn)成本等等都需要特種加工。比較普通加工與特種加工的區(qū)別來引入課題。二、講課內(nèi)容特種加工的產(chǎn)生及定義隨著社會(huì)生產(chǎn)的需要和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，20世紀(jì)40年代，前蘇聯(lián)科學(xué)家拉扎連柯夫婦研究開關(guān)觸點(diǎn)遭受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可使局部的金屬熔化、氣化而被腐蝕掉，開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工。后來，由于各種先進(jìn)技術(shù)的不斷應(yīng)用，產(chǎn)生了多種有別于傳統(tǒng)機(jī)械加工的新加工方法。這些新加工方法從廣義上定義為特種加工(NTM，NonTraditional Machining)，也被稱為非傳統(tǒng)加工技術(shù)，其加工原理是將電、熱、光、聲、化學(xué)等能量或其組合施加到工件被加工的部位上，從而實(shí)現(xiàn)材料去除。 169?？刹シ盘胤N加工的一些視頻。 特種加工的特點(diǎn)及發(fā)展 特種加工的分類一、復(fù)習(xí)舊課:特種加工產(chǎn)生的原因及定義。二、引入新課：特種加工范圍廣但有一些共性。與機(jī)械加工比起來有以下的一些特點(diǎn)。三、講課內(nèi)容與傳統(tǒng)的機(jī)械加工相比，特種加工的不同點(diǎn)是： (1) 不是主要依靠機(jī)械能，而是主要用其他能量(如電、化學(xué)、光、聲、熱等)去除金屬材料。 (2) 加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力，故加工的難易與工件硬度無關(guān)。(3) 各種加工方法可以任意復(fù)合、揚(yáng)長(zhǎng)避短，形成新的工藝方法，更突出其優(yōu)越性，便于擴(kuò)大應(yīng)用范圍。 正因?yàn)樘胤N加工工藝具有上述特點(diǎn)，所以就總體而言，特種加工可以加工任何硬度、強(qiáng)度、韌性、脆性的金屬或非金屬材料，且專長(zhǎng)于加工復(fù)雜、微細(xì)表面和低剛度的零件。特種加工技術(shù)的研究主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1) 微細(xì)化。 (2) 特種加工的應(yīng)用領(lǐng)域正在拓寬。(3) 廣泛采用自動(dòng)化技術(shù)。我國(guó)特種加工技術(shù)的發(fā)展情況 我國(guó)的特種加工技術(shù)起步較早。20世紀(jì)50年代中期我國(guó)工廠已設(shè)計(jì)研制出電火花穿孔機(jī)床，60年代末上海電表廠張維良工程師在陽(yáng)極—機(jī)械切割的基礎(chǔ)上發(fā)明了我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的快走絲線切割機(jī)床， 特種加工的分類分類沒有明確的規(guī)定，一般按能量來源和作用形式以及加工原理可分為表11所示的形式表11 常用特種加工方法的分類依據(jù)工件材料、尺寸、形狀、精度、生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)性等情況作具體分析，區(qū)別對(duì)待，合理選擇特種加工方法。如表12所示表12 幾種常見特種加工方法的綜合比較四、總結(jié)：特種加工的特點(diǎn)和發(fā)展方向。特種加工的分類課題：第二章 電火花加工 電火花加工的機(jī)理課時(shí)：2 授課：尹有根教學(xué)目標(biāo)：電火花加工的物理本質(zhì)及特點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：1電火花加工的基本原理及其分類2電火花加工的機(jī)理 電火花加工的物理本質(zhì)及特點(diǎn)一、復(fù)習(xí)舊課：與機(jī)械加工比較特種加工的特點(diǎn)及它的發(fā)展方向和分類。二、引入新課:電火花加工是特種加工的典型代表。我們看見電火花加工中有火花產(chǎn)生材料就被蝕除掉了這是什么原因呢？三、講課內(nèi)容：電火花加工的物理本質(zhì)電火花加工基于電火花腐蝕原理，是在工具電極與工件電極相互靠近時(shí)，極間形成脈沖性火花放電，在電火花通道中產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，使金屬局部熔化，甚至氣化，從而將金屬蝕除下來。分為以下幾個(gè)階段(如圖21所示)：圖21 電火花加工原理(1) 極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道(如圖21(a)所示)。(2) 電極材料的熔化、氣化熱膨脹(如圖21(b)、(c)所示)。(3) 電極材料的拋出(如圖21(d)所示)。(4) 極間介質(zhì)的消電離(如圖21(e)所示)。加工液流入放電間隙，將電蝕產(chǎn)物及殘余的熱量帶走，并恢復(fù)絕緣狀態(tài)。 上述步驟(1)～(4)在一秒內(nèi)約數(shù)千次甚至數(shù)萬次地往復(fù)式進(jìn)行，即單個(gè)脈沖放電結(jié)束，經(jīng)過一段時(shí)間間隔(即脈沖間隔)使工作液恢復(fù)絕緣后，第二個(gè)脈沖又作用到工具電極和工件上，又會(huì)在當(dāng)時(shí)極間距離相對(duì)最近或絕緣強(qiáng)度最弱處擊穿放電，蝕出另一個(gè)小凹坑。(如圖22所示)。所以電火花加工是大量的微小放電痕跡逐漸累積而成的去除金屬的加工方式。圖22 電火花表面局部放大圖電火花加工、電火花線切割加工的特點(diǎn)1）．共同特點(diǎn) (1) 二者的加工原理相同，都是通過電火花放電產(chǎn)生的熱來熔解去除金屬的，所以二者加工材料的難易與材料的硬度無關(guān)，加工中不存在顯著的機(jī)械切削力。 (2) 二者的加工機(jī)理、生產(chǎn)率、表面粗糙度等工藝規(guī)律基本相似，可以加工硬質(zhì)合金等一切導(dǎo)電材料。 (3) 最小角部半徑有限制。電火花加工中最小角部半徑為加工間隙，線切割加工中最小角部半徑為電極絲的半徑加上加工間隙。 2）．不同特點(diǎn)(1) 從加工原理來看，電火花加工是將電極形狀復(fù)制到工件上的一種工藝方法(如圖23所示)。而線切割加工是利用移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線(銅絲或鉬絲)做電極，對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電，切割成型的一種工藝方法，如圖24所示。圖23 電火花加工圖24 線切割加工(2) 從產(chǎn)品形狀角度看，電火花加工必須先用數(shù)控加工等方法加工出與產(chǎn)品形狀相似的電極；線切割加工中產(chǎn)品的形狀是通過工作臺(tái)按給定的控制程序移動(dòng)而合成的，只對(duì)工件進(jìn)行輪廓圖形加工，余料仍可利用。(3) 從電極角度看，電火花加工必須制作成型用的電極(一般用銅、石墨等材料制作而成)；線切割加工用移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線(銅絲或鉬絲)做電極。(4) 從電極損耗角度看，電火花加工中電極相對(duì)靜止，易損耗，故通常采用多個(gè)電極加工；而線切割加工中由于電極絲連續(xù)移動(dòng)，使新的電極絲不斷地補(bǔ)充和替換在電蝕加工區(qū)受到損耗的電極絲，避免了電極損耗對(duì)加工精度的影響。 (5) 從應(yīng)用角度看，電火花加工可以加工通孔、盲孔，特別適宜加工形狀復(fù)雜的塑料模具等零件的型腔以及刻文字、花紋等(如圖25(a)所示)；而線切割加工只能加工通孔，能方便地加工出小孔、形狀復(fù)雜的窄縫及各種形狀復(fù)雜的零件(如圖25(b)所示)。 (a) 電火花加工產(chǎn)品 (b) 線切割加工產(chǎn)品 圖25 加工產(chǎn)品實(shí)例四、總結(jié)：電火花加工的物理本質(zhì)電火花加工、電火花線切割加工的異同點(diǎn)五、作業(yè)：電火花加工的物理本質(zhì)是什么？電火花加工與電火花線切割加工的異同點(diǎn)是什么？課題：第二章 電火花加工 課時(shí)：2 授課：尹有根教學(xué)目標(biāo)：電火花加工的一些基本規(guī)律教學(xué)重點(diǎn)：1電火花加工的一些基本規(guī)律一、復(fù)習(xí)舊課：電火花加工的特點(diǎn)二、引入新課：表面粗糙度、加工精度時(shí)電火花加工兩個(gè)中的指標(biāo)?！∪?、講課內(nèi)容：１、影響表面粗糙度的主要因素 電火花加工表面粗糙度的形成與切削加工不同，它是由若干電蝕小凹坑組成的，能存潤(rùn)滑油，其耐磨性比同樣粗糙度的機(jī)加工表面要好?！　‘?dāng)峰值電流一定時(shí)，脈沖寬度越大，單個(gè)脈沖的能量就大，放電腐蝕的凹坑也越大、越深，所以表面粗糙度就越差?！　≡诿}沖寬度一定的條件下，隨著峰值電流的增加，單個(gè)脈沖能量也增加，表面粗糙度就變差。　　在一定的脈沖能量下，不同的工件電極材料表面粗糙度值大小不同，熔點(diǎn)高的材料表面粗糙度值要比熔點(diǎn)低的材料小。工具電極表面的粗糙度值大小也影響工件的加工表面粗糙度值。由于電極的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，工件側(cè)邊的表面粗糙度值比端面小。干凈的工作液有利于得到理想的表面粗糙度。２、影響加工精度的主要因素　　1）．放電間隙　　間隙大小對(duì)形狀精度也有影響，間隙越大，則復(fù)制精度越差，特別是對(duì)復(fù)雜形狀的加工表面。2）．加工斜度　　進(jìn)入行腔后二次放電，產(chǎn)生加工斜度。 3）．工具電極的損耗工具電極的損耗錐度反映到工件上是加工斜度。３、電火花加工表面變化層和機(jī)械性能圖311 電火花加工表面變化層２）表面變化層的機(jī)械性能※顯微硬度及耐磨性 　　工件在加工前由于熱處理狀態(tài)及加工中脈沖參數(shù)不同，加工后的表面層顯微硬度變化也不同。加工后表面層的顯微硬度一般比較高，但由于加工電參數(shù)、冷卻條件及工件材料熱處理狀況不同，有時(shí)顯微硬度會(huì)降低?！鶜堄鄳?yīng)力 　　電火花表面存在著由于瞬時(shí)先熱后冷作用而形成的殘余應(yīng)力，而且大部分表現(xiàn)為拉應(yīng)力?！?疲勞性能 電火花加工后，工件表面變化層金相組織的變化，會(huì)使耐疲勞性能比機(jī)械加工表面低許多倍。４、電火花加工的穩(wěn)定性 1）．電規(guī)準(zhǔn)與加工穩(wěn)定性　　一般來說，單個(gè)脈沖能量較大的規(guī)準(zhǔn)，容易達(dá)到穩(wěn)定加工?！　≡谖⒓?xì)加工、排屑條件很差、電極與工件材料不太合適時(shí)，可增加間隔來改善加工的不穩(wěn)定性，但這樣會(huì)引起生產(chǎn)率下降。　　對(duì)每種電極材料對(duì)，必須有合適的加工波形和適當(dāng)?shù)膿舸╇妷?，才能?shí)現(xiàn)穩(wěn)定加工。當(dāng)平均加工電流超過最大允許加工電流密度時(shí)，將出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。2）．電極進(jìn)給速度　　電極的進(jìn)給速度與工件的蝕除速度應(yīng)相適應(yīng)，這樣才能使加工穩(wěn)定進(jìn)行。進(jìn)給速度大于蝕除速度時(shí)，加工不易穩(wěn)定。3）．蝕除物的排除情況4）．電極材料及工件材料　　對(duì)于鋼工件，各種電極材料的加工穩(wěn)定性好壞次序如下：　　紫銅(銅鎢合金、銀鎢合金) 銅合金(包括黃銅) 石墨 鑄鐵 不相同的鋼 相同的鋼；　　淬火鋼比不淬火鋼工件加工時(shí)穩(wěn)定性好；硬質(zhì)合金、鑄鐵、鐵合金、磁鋼等工件的加工穩(wěn)定性差。5）．極性 不合適的極性可能導(dǎo)致加工極不穩(wěn)定6）．加工形狀５、合理選擇電火花加工工藝　　一般來說，主要采用兩種方法來處理：第一，先主后次，如在用電火花加工去除斷在工件中的鉆頭、絲錐時(shí)，應(yīng)優(yōu)先保證速度，因?yàn)榇藭r(shí)工件的表面粗糙度、電極損耗已經(jīng)不重要了；第二，采用各種手段，兼顧各方面。其中主要常見的方法有：(1) 粗、中、精逐擋過渡式加工方法。(2) 先用機(jī)械加工去除大量的材料，再用電火花加工保證加工精度和加工質(zhì)量。(3) 采用多電極。在加工中及時(shí)更換電極，當(dāng)電極絕對(duì)損耗量達(dá)到一定程度時(shí)，及時(shí)更換，以保證良好的加工質(zhì)量。四、總結(jié)１、影響表面粗糙度、加工精度的因素２、如何控制電火花加工表面變化層和機(jī)械性能、加工的穩(wěn)定性３、如何合理選擇電火花加工工藝 電火花加工機(jī)床簡(jiǎn)介一、復(fù)習(xí)舊課: 電火花加工的物理本質(zhì)及電火花加工、電火花線切割加工的異同點(diǎn)。二、引入課題:知道了電火花加工的本質(zhì)，接下來分開來介紹電火花加工和線切割加工。先看看電火花加工。三、講課內(nèi)容：機(jī)床型號(hào)、規(guī)格、分類 我國(guó)國(guó)標(biāo)規(guī)定，電火花成型機(jī)床均用D71加上機(jī)床工作臺(tái)面寬度的1/10表示。例如D7132中，D表示電加工成型機(jī)床(若該機(jī)床為數(shù)控電加工機(jī)床，則在D后加K，即DK)；71表示電火花成型機(jī)床；32表示機(jī)床工作臺(tái)的寬度為320 mm。電火花加工機(jī)床按其大小可分為小型(D7125以下)、中型(D7125～D7163)和大型(D7163以上)；按數(shù)控程度分為非數(shù)控、單軸數(shù)控和三軸數(shù)控。電火花加工機(jī)床結(jié)構(gòu) 電火花加工機(jī)床主要由機(jī)床本體、脈沖電源、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)、工作液過濾和循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等部分組成，如圖26所示。圖26 電火花機(jī)床1）、 機(jī)床本體 機(jī)床本體主要由床身、立柱、主軸頭及附件、工作臺(tái)等部分組成。機(jī)床主軸頭和工作臺(tái)常有一些附件，如可調(diào)節(jié)工具電極角度的夾頭、平動(dòng)頭、油杯等。本節(jié)主要介紹平動(dòng)頭。在電火花加工中當(dāng)用一個(gè)電極進(jìn)行粗加工時(shí)，將工件的大部分余量蝕除掉后，其底面和側(cè)壁四周的表面粗糙度很差，為了將其修光，就得轉(zhuǎn)換規(guī)準(zhǔn)逐擋進(jìn)行修整。但由于中、精加工規(guī)準(zhǔn)的放電間隙比粗加工規(guī)準(zhǔn)的放電間隙小，若不采取措施則四周側(cè)壁就無法修光了。平動(dòng)頭就是為解決修光側(cè)壁和提高其尺寸精度而設(shè)計(jì)的。平動(dòng)頭是一個(gè)使裝在其上的電極能產(chǎn)生向外機(jī)械補(bǔ)償動(dòng)作的工藝附件。平動(dòng)頭的動(dòng)作原理是：利用偏心機(jī)構(gòu)將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過平動(dòng)軌跡保持機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化成電極上每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都能圍繞其原始位置在水平面內(nèi)作平面小圓周運(yùn)動(dòng)，許多小圓的外包絡(luò)線面積就形成加工橫截面積，如圖27所示，其中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑就稱為平動(dòng)量，其大小可以由零逐漸調(diào)大，以補(bǔ)償粗、中、精加工的電火花放電間隙δ之差，從而達(dá)到修光型腔的目的。圖27 平動(dòng)頭擴(kuò)大間隙原理圖 (a) 機(jī)械式平動(dòng)頭 (b) 數(shù)控平動(dòng)頭圖28 平動(dòng)頭外形2）、 脈沖電源在電火花加工過程中，脈沖電源的作用是把工頻正弦交流電流轉(zhuǎn)變成頻率較高的單向脈沖電流，向工件和工具電極間的加工間隙提供所需要的放電能量以蝕除金屬。 脈沖電源輸入為380 V、50 Hz的交流電，其輸出應(yīng)滿足如下要求：(1) 要有一定的脈沖放電能量，否則不能使工件金屬氣化。(2) 火花放電必須是短時(shí)間的脈沖性放電，這樣才能使放電產(chǎn)生的熱量來不及擴(kuò)散到其他部分，從而有效地蝕除金屬，提高成型性和加工精度。(3) 脈沖波形是單向的，以便充分利用極性效應(yīng)，提高加工速度和降低工具電極損耗。(4) 脈沖波形的主要參數(shù)(峰值電流、脈沖寬度、脈沖間歇等)有較寬的調(diào)節(jié)范圍，以滿足粗、中、精加工的要求。(5) 有適當(dāng)?shù)拿}沖間隔時(shí)間，使放電介質(zhì)有足夠時(shí)間消除電離并沖去金屬顆粒，以免引起電弧而燒傷工件?！趶埵矫}沖電源 弛張式脈沖電源是最早使用的電源，它是利用電容器充電儲(chǔ)存電能，弛張式脈沖電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便，加工精度較高，粗糙度值較小，但生產(chǎn)率低，電能利用率低，加工穩(wěn)定性差，故目前這種電源的應(yīng)用已逐漸減少。如圖29所示圖29 RC線路脈沖電源※閘流管脈沖電源 閘流管是一種特殊的電子管，當(dāng)對(duì)其柵極通入一脈沖信號(hào)時(shí)， 便可控制管子的導(dǎo)通或截止，輸出脈沖電流。由于這種電源的電參