先進(jìn)制造工藝特種加工-全文預(yù)覽
【正文】 水噴射加工 利用超高壓水 （ 或水與磨料的混合液 ）對(duì)工件進(jìn)行切割（ 或打孔 ） ， 又稱(chēng)高壓水切割 ， 或 “水刀 ”。 ? 加工過(guò)程受力小，熱影響小，可加工薄壁、薄片等易變形零件。 ? 工作原理 （圖 775） 變幅桿 超聲波發(fā)生器 圖 775 超聲波加工原理圖 振動(dòng)方向 工具 換能器 工作液噴嘴 工件 Real 超聲波加工 26 圖 776 超聲波加工機(jī)床 圖 777 超聲波加工樣件 27 ? 適用于加工各種脆性金屬材料和非金屬材料，如玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、寶石、金剛石等 。 Real ? 激光切割 ◎ 激光切割具有切縫窄 、 速度快 、 熱影響區(qū)小 、 省材料 、成本低等優(yōu)點(diǎn) ， 并可以在任何方向上切割 ， 包括內(nèi)尖角 。 ? 激光加工應(yīng)用 圖 772 焦點(diǎn)位置對(duì)孔形狀影響 Real 23 ? 激光熱處理 ◎ 原理：照射到金屬表面上的激光使表面原子迅速蒸發(fā) ，由此產(chǎn)生微沖擊波會(huì)導(dǎo)致大量晶格缺陷形成 ， 達(dá)到硬化 。 ? 激光加工特點(diǎn) 22 ? 激光打孔 ◎ 廣泛應(yīng)用于金剛石拉絲模、鐘表寶石軸承、陶瓷、玻璃等非金屬材料，和硬質(zhì)合金、不銹鋼等金屬材料的小孔加工。 ? 加工速度快 ， 效率高 。 ? 加工性能好 ， 工件可離開(kāi)加工機(jī)進(jìn)行加工 ， 可透過(guò)透明材料加工 ， 可在其他加工方法不易達(dá)到的狹小空間進(jìn)行加工 。 多用于微細(xì)加工 。 ? 非接觸加工 ， 無(wú)工具損耗；無(wú)切削力 ， 加工時(shí)間極短 ，工件無(wú)變形 。 導(dǎo)電磨輪 電解液 電刷 工作臺(tái) 工件 絕緣板 導(dǎo)電基體 磨料 陽(yáng)極膜 ? 電解磨削 （圖 768） 17 ?真空條件下 ， 利用電流加熱陰極發(fā)射電子束 ， 經(jīng)控制柵極初步聚焦后 ， 由加速陽(yáng)極加速 ， 通過(guò)透鏡聚焦系統(tǒng)進(jìn)一步聚焦 ， 使能量密度集中在直徑 5～ 10μm斑點(diǎn)內(nèi) 。 ? 電解加工特點(diǎn) ? 電解加工應(yīng)用 16 ? 工件與磨輪保持一定接觸壓力 ， 突出的磨料使磨輪導(dǎo)電基體與工件之間形成一定間隙 。 ? 陰極在加工中損耗小 。 工具陰極不斷進(jìn)給 ， 保持極間間隙 。 型腔加工包括鍛模 、 壓鑄模 、 擠壓模 、 塑料模等型腔加工 ， 以及葉輪 、 葉片等曲面加工 。 ? 加工時(shí)無(wú)顯著切削力 ， 發(fā)熱小 ， 適于加工小孔 、 薄壁 、窄槽 、 形面 、 型腔及曲線孔等 ， 且加工質(zhì)量較好 。 11 ?電火花線切割加工：用連續(xù)移動(dòng)的鉬絲 （ 或銅絲 ） 作工具陰極 ， 工件為陽(yáng)極 。為保持適當(dāng)?shù)姆烹婇g隙 ， 在加工過(guò)程中 ， 需采用自動(dòng)調(diào)節(jié)器控制機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng) ， 并帶動(dòng)工具電極緩慢向工件進(jìn)給 。 ◆ 4個(gè)階段： 1） 介質(zhì)電離 、 擊穿 ，形成放電通道； 2） 火花放電產(chǎn)生熔化 、 氣化 、 熱膨脹； 3） 拋出蝕除物； 4） 間隙介質(zhì)消電離（ 恢復(fù)絕緣狀態(tài) ） 。 ? 發(fā)展趨勢(shì) 圖 762 EI 收錄文章數(shù)比較 70年代 80年代 90年代 2084 1104 232 142 244 424 214 441 321 252 353 316 激光加工 電火花加工 超聲加工 電化學(xué)加工 ★ 圖 762反映了學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)幾種非傳統(tǒng)加工方法的關(guān)注程度 。 ? 探索新的加工方法 ， 研究和開(kāi)發(fā)新的元器件 。 ◎ 機(jī)械熱能復(fù)合 ——如加熱切削 、 低溫切削等 。 ? 電化學(xué)過(guò)程 利用電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能對(duì)材料進(jìn)行加工 ， 如電解加工 、電鑄加工 （ 金屬離子沉積 ） 等 。 ? 非傳統(tǒng)加工方法的材料去除速度 ， 一般低于常規(guī)加工方法 ， 這也是目前常規(guī)加工方法仍占主導(dǎo)地位的主要原因 。 ? 非傳統(tǒng)加工方法由于工具不受顯著切削力的作用 ， 對(duì)工具和工件的強(qiáng)度 、 硬度和剛度均沒(méi)有嚴(yán)格要求 。 2） 復(fù)雜形面 、 薄壁 、 小孔 、 窄縫等特殊工件加工問(wèn)題 。第 3章 先進(jìn)制造工藝 本章要點(diǎn) 超精密加工技術(shù) 特種加工技術(shù)的特點(diǎn) 快速原型制造技術(shù) 高速加工關(guān)鍵技術(shù) 綠色加工技術(shù)及其應(yīng)用 1 第 3章 先進(jìn)制造工藝 Advanced Manufacturing Process 現(xiàn)代 特種加工技術(shù) Modern Nontraditional machining Technology 2 特種加工技術(shù)概述 幾種代表性特種加工方法 3 ? 非傳統(tǒng)加工又稱(chēng)特種加工 ， 通常被理解為別于傳統(tǒng)切削與磨削加工方法的總稱(chēng) 。 宇航工業(yè)等對(duì)材料高強(qiáng)度 、高硬度 、 高韌性 、 耐高溫 、 耐高壓 、 耐低溫等的要求 ，使新材料不斷涌現(xiàn) 。 特種加工技術(shù)概述 4 ? 非傳統(tǒng)加工方法主要不是依靠機(jī)械能 ， 而是用其它能量（ 如電能 、 光能 、 聲能 、 熱能 、 化學(xué)能等 ） 去除材料 。 ? 加工中能量易于轉(zhuǎn)換和控制 ， 有利于保證加工精度和提高加工效率 。 ? 非傳統(tǒng)加工方法分類(lèi) （ 按加工機(jī)理和采用的能源劃分） ? 熱學(xué)過(guò)程 通過(guò)電 、 光 、 化學(xué)能等產(chǎn)生瞬時(shí)高溫 ， 熔化并去除材料 ，如電火花加工 、 高能束加工 、 熱力去毛刺等 。常見(jiàn)的復(fù)合形式有： ◎ 機(jī)械化學(xué)復(fù)合 ——如機(jī)械化學(xué)拋光 、 電解磨削 、 電鍍珩磨等 。 工件 （陶瓷滾柱） 磁性材料 磁極 振動(dòng)運(yùn)動(dòng) 圖 761 磁力拋光示意圖 N S 7 ? 拓寬現(xiàn)有非傳統(tǒng)加工方法的應(yīng)用領(lǐng)域 。 ? 采用數(shù)控 、 自適應(yīng)控制 、 CAD/CAM、專(zhuān)家系統(tǒng)等技術(shù) ， 提高加工過(guò)程自動(dòng)化 、柔性化程度 。 在這種高壓作用下 ， 已經(jīng)熔化 、 氣化的材料就從工件的表面迅速被除去 （ 圖 763） 。 ? 放電間隙 ——合理的間隙是保證火花放電的必要條件 。 通常 放電持續(xù)時(shí)間在 2μs至 2ms范圍內(nèi) ， 各個(gè)脈沖的能量2mJ到 20J（ 電流為 400A時(shí) ） 之間 。 ? 電火花加工類(lèi)型 圖 765 電火花線切割原理圖 X Y 儲(chǔ)絲筒 導(dǎo)輪 電極絲 工件 Real ?電火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等 Real Real 12 電火花線切割機(jī)床 圖 766 電火花線切割加工 加工過(guò)程顯示 13 ? 不受加工材料硬度限制 ， 可加工任何硬 、 脆 、 韌 、 軟的導(dǎo)電材料 。 ? 電火花加工特點(diǎn) ? 電火花加工應(yīng)用 ? 電火花成形加工：電火花打孔常用于加工冷沖模 、 拉絲模 、 噴嘴 、 噴絲孔等 。 在間隙處通以 6～ 60m/S高速流動(dòng)電解液 ， 形成極間導(dǎo)電通路 ， 工件表面材料不斷溶解 ， 溶解物及時(shí)被電解液沖走 。 采用振動(dòng)進(jìn)給和脈沖電流等新技術(shù) ， 可進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和加工精度 。 ? 模具型腔 、 槍炮膛線 、 發(fā)電機(jī)葉片 、 花鍵孔 、 內(nèi)齒輪 、小而深的孔加工 ， 電解拋光 、 倒棱 、 去毛刺等 。 ? 電解磨削效率比機(jī)械磨削高 ，且磨輪損耗遠(yuǎn)比機(jī)械磨削小 ， 特別是磨削硬質(zhì)合金時(shí) ， 效果更明顯 。 ? 材料適應(yīng)性廣 （ 原則上各種材料均能加工 ） ， 特別適用于加工特硬 、 難熔金屬和非金屬材料 。 ? 加工設(shè)備較復(fù)雜 ， 投資較大 。 激光器 工件 工作臺(tái) ?圖 770 激光加工原理圖 光闌 反射鏡 聚焦鏡 電源 Real 20 ? 固體激光器 ◎ YAG（ 結(jié)晶母材由釔 、 鋁和石榴石構(gòu)成 ） 激光器 ◎ 紅寶石激光器 ◎ 混合氣體：氦約 80%， 氮約 15%， CO2 約 5% ◎ 通過(guò)高壓直流放電進(jìn)行激勵(lì) ◎ 波長(zhǎng) ，為不可見(jiàn)光 ◎ 能量效率 5%～ 15% 反射凹鏡 反射平鏡 電極 放電管 CO2氣體 冷卻水進(jìn)口 冷卻水出口 激光 高壓直流電源 圖 771 CO2激光器示意圖 ? 氣體激光器 ——CO2激光器 （ 圖 771） ? 激光器 21 ? 加工材料范圍廣 ， 適用于加工各種金屬材料和非金屬材料 ，特
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