特种加工技术B许之伟

《特种加工技术》课程标准一、课程基本信息课程名称：特种加工技术课程代码：0110039课程类别：公共基础课/专业基础课/专业核心课/职业训练课课程类型：A类（纯理论课）/ B类（理论＋实践课）/C类（纯实践课）是否为精品课程：院级精品课/省级精品课/国家级精品课/院内一般课程总学时：××（理论学时数：××，实践学时数：××）学分：××分二、课程定位与课程设计（一）课程性质与作用本课程是机械类专业课程。

本课程的目的使学生了解电火花加工、电化学加工、超声加工、激光加工、电子束和离子束加工以及化学加工、磨料加工等特种加工方法的基本原理，基本设备，工艺规律，主要特点和适用范围，以适应当今社会发展的需求。

本课程以《机械制造技术》的学习为基础，同时与《CAD/CAM 技术》和《逆向工程技术》两门课程相衔接。

学好本课程也可为学生提供将来从事机械设计制造等相关工作所必需的知识和技能基础。

（二）课程设计的理念与思路本课程的任务是培训学生的加工机床操作技能，提高动手能力和应用新技术的能力，培养职业技术素质，增强就业能力和工作能力。

通过本课程的学习，要求学生能较熟练的使用机床的全部功能完成中等复杂程度零件的加工。

初步具备在现场分析、处理工艺及程序问题的能力。

应当作为专业核心课程和必修课程。

教学内容以能力为目标，以项目为载体，按照技术领域和职业岗位的任职要求，以真实工作任务作为依据，分析特种加工技术的生产过程，开发体现工学结合特色的课程，突出工学结合，突出职业能力培养，强调将职业道德渗透到课程，按照职业活动选择教学内容，按照行动体系序化教学内容。

深入调查相关岗位人员工作过程中应该掌握的具体技术和技能要求，将相关专业知识、技术应用能力及操作技能进一步细化并落实到对应程教学和实训教学环节中。

并将相关联的知识点、能力及操作技能组合成若干生产中实际项目进行教学，每一个项目都包含理论与实践教学环节。

概论1.答:这种事例还是很多的.以”物极必反”来说，人们发明了螺旋桨式飞机，并不断加大螺旋桨的转速和功率以提高飞机的飞行速度和飞行高度.但后来人们发现证实螺旋桨原理本身限制了飞机很难达到音速和超音速，随着飞行高度愈高，空气愈稀薄，螺旋桨的效率愈来愈低,更不可能在宇宙空间中飞行•于是人们采用爆竹升空的简单原理研制出喷气式发动机取代了螺旋桨式飞行器，实现了洲际和太空飞行.由轮船发展成气垫船，也有类似规律. 以”坏事变好事”来说，火花放电会把接触器、继电器等电器开关的触点烧毛、损蚀, 而利用脉冲电源瞬时、局部的火花放电高温可用作难加工材料的尺寸加工.同样，铝饭盒盛放咸菜日久会腐蚀穿孔，钢铁器IIIL、小刀等在潮湿的环境下会腐蚀.钢铁在风吹雨淋时遭受锈蚀，海洋船舰的钢铁船体为了防止海水的腐蚀，得消耗巨资进行防锈、防蚀. 人们研究清楚钢铁电化学锈蚀的原理后，创造了选择性阳极溶解的电解加工方法.这些都是”坏事变好事“的实例.2.答:这类实例是很多的，例如：⑴硬质合金历来被认为是可加工性较差的材料，因为普通刀具和砂轮无法对它进行切削磨削加工，只有碳化硅和金刚石砂轮才能对硬质合金进行磨削.可是用电火花成形加工或电火花线切割加工却可轻而易举地加工出各式内外圆、平面、小孔、深孔、窄槽等复杂表而，其生产效率往往高于普通磨削加工的生产率.更有甚者，金刚石和聚晶金刚石是世界上最硬的材料，过去把它作为刀具和拉丝模具等材料只有用金刚石砂轮或磨料”自己磨自己”，磨削时金刚石工具损耗很大，正是硬碰硬两败俱伤,确实是可加工性极差.但特种加工中电火花可成形加工聚晶金刚石刀具，工具，而激光加工则不但”削铁如泥”而可”削金刚石如泥”.在激光加工面前，金刚石的可加工性和钢铁差不多了.对过去传统概念上的可加工性,的确需要重新评价.(2)对结构工艺性，过去认为方孔，小孔，小深孔，深槽，窄缝以及细长杆，薄壁等低刚度零件的结构工艺性很差，在结构设计时应尽暈避免.对E字形的硅钢片硬质合金冲模，由于90*内角很难磨削，因此常采用多块硬质合金拼镶结构的冲模.但采用电火花成形加工或线切割数控加工，则很容易加工成整体硬质合金的E形硅钢片冲模，特种加工可使某些结构工艺性由”差”变”好”.3.答:一般而言，常规工艺是在切削，磨削，研磨等技术进步中形成和发展起来的行之有效的实用工艺，而且今后也始终是主流工艺.但是随着难加工的新材料，复杂表面和有特殊要求的零件愈来愈多，常规，传统工艺必然会有所不适应.所以可以认为特种加工工艺是常规加工工艺的补充和发展•特种加工工艺可以在特定的条件下取代一部分常规加工工艺，但不可能取代和排斥主流的常规加工工艺.第二章电火花加工1•答:(1)两金属在真空中火花放电时，当电压(电位差)超过一定时即产生”击穿”，电子由”」极逸出飞向”+”极，由于真空中没有物质阻挡电子的运动，所以没有正离子形成, 没有发热的放电”通道”的概念,示波器，显彖管屮电子流的运动与此类似.基本上没有” 电蚀产物”生成.(2)两金属在空气中放电的例子是电火花表面强化，涂覆.电焊，等离子切割，等离子焊等，也是在空气中放电，利用电子流在空气中撞击气体原子形成放电通道，在通道中和工件表面产生大量的热能用于强化，涂覆，切割和焊接.(3)在纯水，蒸憎水或去离子水中，两金属间电火花放电与在煤油中类似,只是水分子, 原子受电子，正离子撞击发热气化,最后分解为氧原子和氢原子(分子),而不像煤油中会分解出碳原子(碳黑微粒)和氢气等.⑷,(5)在乳化液中和煤油中放电过程,详见教材中有关章节，不再另行论述.2.如提示所述，在不需要”极性效应”,不需要考虑电极损耗率等的情况卞，可以直接用220V的50HZ交流电作为脉冲电源进行轧馄电火花对磨和齿轮电火花跑合等.不过冋路中应串接限流电阻，限制放电电流不要过尢如需精规准对磨或跑合，则可在交流工频电源上并联RC电路(R=500・1000,00.1・0.01),再接到两个工件上.在用高速转动的金属轮或圆片作电火花磨削，电火花切割，下料时，如果可以不计电极损耗率，则就可以用全波整流或整流后并联电解电容滤波的直流电源进行电火花磨削.由于工具电极高速转动，所以一般不会产生稳定电弧烧伤工件.最好是经调压变压器降压到5-100V 再整流供磨削之用，一则可以调节电压或电流，二则和220V交流电源隔离，以保障人身避免触电的危险.3.答:电火花加工时工具电极和工件间并不接触，火花放电时需通过自动调节系统保持一定的放电间隙，而车，钻，磨削时是接触加工，靠切削力把多余的金属除去,因此进给系统是刚性的,等速的，一般不需要自动调节.4.答:不同之处在于电火花共轨同步回转加工时：(1)工具电极和工件的转动方向相同；(2)转速严格相等(或成倍角,比例关系)；(3)工具和工件上瞬时放电点之间有很慢的相对移动.而电火花磨削时工具和工件可以同向或反向转动;工具和工件的转速并不相同，磨削点Z间有很大的相对移动.加工内螺纹时，其所以不会”乱扣”,是因为加工中工具电极和工件的转向和转速相等，工具和工件鬪周表面上有着”各点对应叫勺关系,所以能把工具表面的螺纹形状复制到工件表面上去而不会”乱扣”.在内孔中用平动法加工内螺纹，木质上和共辘同步回转法相同,不同之处在于平动法加工时工件不转动而代之以工具电极在平动头中作”公转”行星式运动,其内外圆上” 各点对应”的规则仍然存在.5.答:间隙蚀除特性曲线是电火花放电间隙蚀除速度和放电间隙大小(间隙平均电压的大小)之间的关系，此关系可以定量地用作图法画成间隙蚀除特性曲线.粗，中，精加工时，由于脉宽，峰值电流等电规准不同,同样末小间隙的蚀除速度也就不一样，总的來说，粗加工时蚀除速度较大,上凹的间隙蚀除特性曲线就高于屮，精加工的曲线.当脉冲电源的空载电压不一样时，例如电压较高为300V时，其击穿间隙，平均放电间隙都大于100V或80V的放电间隙，因此横坐标上的A点(电火花击穿间隙)将大于100V或80V时的间隙.间隙特征曲线原点不动，整个曲线稍向右移.同理,80V空载电压的间隙特征1川线的A点将偏向左边.第三章电火花线切割加工1. 答:可用单位电流（每安培电流）的生产率来衡量，即可客观地判断脉冲电源加工性能的好坏•例如某脉冲电源峰值电流25A时的切割速度为100mm2/min,另一电源峰值电流27A时切割速度为106mm2/min,则前者的相对生产率为100/25=4mm2/min,优于后者106/27=3.9mm2/min .又如某线切割脉冲电源3A s吋切割速度为100mm2/min,另一电源3,5A 时为124mm2/min,则前者相对切割速度为33.3mm2/min,后者35.5mm2/min.2. 答:设脉冲电源的空载电压为100V，加工时火花放电间隙的维持电压为25V则消耗在晶体管限流电阻上的电压为100-25=75V,由此可以算出电能利用率:有用能量:输入能量=25:100=1:4=25%能呈的消耗率为:损耗能量:输入能量二75:100-3:4-75%可见75%的能塑损耗在限流电阻的发热上.3. 答:这一习题有一定的难度，需对间隙蚀除特性曲线和线切割加工伺服进给系统有一定深度的理解才行.间隙蚀除待性曲线是蚀除速度和放电间隙（间隙平均电压）的关系曲线（参见第二章电火花加工的伺服进给）•线切割加工时，调节伺服进给屋的大小，可以在一定程度上改变平均放电间隙•例如把进给速度人为放慢，处于”欠进给”状态,则平均放电间隙偏大，反之，进给速度过高，”过进给"时，则放电间隙偏小.测绘间隙蚀除特性曲线时，利用"改变预置进给速度”来改变放电间隙的大小•实际上放电间隙的大小（绝对值）很难测重,但可以用加工时的平均间隙电压大小来相对测呈间隙值的大小.为此，要在工件和钳丝（导电块）或直接在电源输出端并一个满刻度100V（用于测空载，偏空载时的开路间隙电压）,20V（用于测偏短路时的间隙电压）的直流电压表•实际测绘时，先不用线切割机床的“自动档"（伺服）进给，而采用”人工档"（等速进给）进给功能.最初川较慢的等速进给速度进行切割，此时处于”欠跟踪“的进给状态，待切割稳立后就记下进给速度和此时的间隙平均电压，在坐标上作出曲线上的某一点•以后稍微调快进给速度（仍为等速进给）,同样测得第二，三'''点的数据•当调节到进给速度约等于蚀除速度时，此时即为最佳状态B点放电间隙为鼓佳放电间隙SB此时的切割速度为鼓大.当以更大的进给速度（等速）切割时,「II于没有伺服功能，进给速度人于可能的蚀除速度，放电间隙逐步减小履后即将形成短路，放电间隙为零. 此时应尽快停止进给，并事先作好记录.在曲线最高点B只右，用上述方法比较容易做出间隙蚀除特性曲线的右半部分.但B 点左边的曲线、因放电间隙逐步减小并趋于短路，易把钳丝顶弯、因此应多加小心.4•答:一般线切割机床的进给的进给系统，往往没有短路回退功能，或短路后经一定时间例如30s后仍不能自动消除短路状态，则回退256步（相当于0.256 mm）,如仍不能消除短路,则自动停止进给或同时报警.这与电火花成型加工机床遇短路即退冋不一样.上述无短路冋退功能的线切割机床的进给特性曲线就不会有横坐标左下部分的曲线,亦即工具屯极（钳丝）的进给速度vd没有负值.即便有短路回退功能的线切割机床，短路后的回退速度是I古I处的（不象电火花成型加丁机床那样短路后将以较高的速度vd（）回退），所以进给调节特性曲线的左下部为窄小矩形，即放电间隙牧小时，进给速度vd《0,—旦完全短路后，钳丝才低速（恒速）回退.5.答:这一习题也有一定难度，需对线切割机床的变频进给系统有-•定的了解•线切割机床的进给速度vd是由火花放电间隙的平均电压ue來决定的.lie越尢vd亦尢ue小vd也小,ue-0,vd-0或等速冋退•为此可以用"模拟法”來测绘线切割加工机床的进给调解特性曲线•具体的的方法是:便线切割机床处于加工状态，可不开丝筒，不开高频电源，但应使工作台处于”人工” 等速进给状态•此时工作台进给的”取样电压"，并不是来自火花放电间隙的平均电压ue（ue再经电阻分压成10-12v的电压, 经”变频调节"电位器送至”压一频"（uJ）转换器，将此低电压u转换成进给脉冲,频率为f,另工作台进给）,而是由+12V的外加电压,经”变频调节"电位器调圧输入至”压一频"（uJ）转换器.低电压0V相当于间隙短路，最高10〜12V相当于间隙开路状态. 可以将此电压由低向高调节，例如0V,2V,4V,6V,8V,10V......直至12V,模拟不同的ue•记录下每种不同电压时的工作台进给速度（可以从控制器面板数显表上测得），然后即可绘制出进给调节特性Illi 线.6•今拟用数控线切割加工有8个齿的爪牙离合器，试画出其工艺示怠图并编制出相应的线切割3B相应程序.答:由于爪牙离合器工件是圆筒形的，端面上需切割出8个爪牙方齿，故切割时必须冇一个数控回转工作台附件.办法为先在圆套筒上钻一个9 Kmm的穿丝孔，装夹好工件后，调幣到穿丝孔为豉高点时穿丝,冋转台转动切除爪牙的端而，见示意图. （俯视图）切割的程序（一次切出卩儿凸两个爪牙离合器）为：BBBJ=穿丝孔距离GXL3（x向移动）BBBJ=l/2齿宽GYL4（y向转动）BBBJ=齿深GXL3（x向移动）BBBJ=齿宽GYL4（y向转动）BBBJ=齿深GXLl（x向移动）BBBJ=Ui^ GYL4（y向转动）第四章电化学加工1. 从原理和机理卜來分析，电化学加T有无可能发展城为•纳米级加T“或”原子级加T”技术？原则上要采用哪些摘篇才腌实现？答，rtiJ•电化学加工从机理卜•&是通过电极衰而渥层地原子或分子的电子交换，便Z在电解液中“阳极iffWifu被£除來丈現加T的，町以控制微量、极薄氏切削吆除.闵此，电化学加丁有町能发展成为纳米级加T•或原子级的特密、微细册工・但是真的耍实现它，从技术上训还有相F难度。

特种加工技术论文特种加工技术及其应用研究摘要：本文简述了特种加工技术的概念、分类，重点阐述了其领域的实际应用与研究发展方向。

关键词：特种加工；特点；应用；研究方向1特种加工涵义特种加工是相对传统切削加工而言，本质上是直接或复合利用电能、电化学能、化学能、光能、物质动能等对工件进行加工的工艺方法总称。

目前常用的有电火花加工、超声波加工、激光加工，除此之外还有电化学加工、电子束加工等。

它与传统切削加工相比具有：加工过程不再主要依靠机械能，而是直接或复合利用其它能量完成工件的加工；加工所用工具材料的硬度可大大低于被加工材料硬度，有时甚至无需使用工具即可完成对工件的加工；加工过程工具与工件间不存在显著的机械切削力；加工方法日新月异等特点。

2 特种加工分类、方法及应用电火花成形（穿孔）加工：该法可加工任何导电材料。

它是利用火花放电腐蚀金属原理，用工具电极（纯铜或石墨）对工件进行复制加工的工艺方法，可用于加工型腔模（锻模、压铸模、注塑模等）和型腔零件；加工冲模、粉末冶金模、挤压模、型孔零件、小异型孔、小深孔等。

其中最为典型的应用是在YG8(硬质合金)工件上，加工一个直径1mm深80mm的孔，只需12分钟；电火花双轴回转展成法加工凹凸球面、球头；电火花共轭同步回转可加工精密螺纹、齿轮等复杂表面；目前已能加工出0.005mm的短微细轴和0.008mm的浅微细孔，以及直径小于1mm的齿轮。

电火花线切割加工：它是利用移动的细金属丝（铜丝或钼丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电腐蚀，实现切割成形的加工方法。

它同样可以加工任何导电材料；加工各种形状的冲模、切割电火花成形加工用的电极、切割零件等。

典型的应用例如：试制切割特殊微电机硅钢片定转子铁心芯；切割斜度锥面、上下异形面工件；工件倾斜数控回转切割加工双曲面零件；数控三轴联动加分度切割加工扭转四方锥台。

超声波加工：它是利用加工工具的超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种成形方法。

•2.特种加工的产生•特种加工早期的发明和应用是在1943年由前而生产和科学研究中提出来的新问题又促进了特种加工方法的迅速发展。

3、对零件的结构设计带来重大变革。

喷气发钢片冲模，结构复杂不易制造，往往采用拼程如图1-2所示。

加工必要条件（之一）必须使工具与工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，这一间隙视加工条件而定，一般为几微米至几百微米之间。

若间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，不能产生火花放电；若间隙过小，很容易液体介质的作用)有利于产生脉冲性的火花放电；型腔多为盲孔，内形复杂，各处深浅不同，加工较为困难。

为了便于排除加工产物和冷而且避免了小直径钻电解产物则不断被高速流动的电解液带走，最终工具电极的形状就“复制”在工件上。

电解中常用的电解液有NaCl、NaNO3和NaClO 三种溶液。

下面仅介绍用10%~20%的氯化钠水溶液作电解液加工低碳钢时的主要化学反应：水溶液H2O H++OH-阳极反应Fe–2e Fe+²3.电解去毛刺机械加工中常采用钳工方法去毛刺，这不但工作量大，而且有的毛刺因过硬或空间狭小难以去除。

而采用电解去毛刺，则可以提高工效，节约费用。

图1-24所示，为采用电解一.超声波加工的原理及特点超声波加工原理超声波加工是利用工具端面的超声频振动，和局部真空形成许多微空腔。

超声波加工适用于加工各种硬脆材料，尤其是利用电火花加工、电解加工难以加工的不刻和研抛等，如图1-26所示。

一定值时，产生的微冲击就可以使被清洗物表面的污渍遭到破坏而脱落下来。

加上超声作用无处不入，即使是小孔和窄缝可焊接性。

由于它利用高能光束进行加工，加工速度快，变形小，可以加工各种金属和非金属材料，在生产实践中不断显示出它的优越性，因而当激光的工作物质釔铝石榴石受到光泵（激励脉冲氙灯）的激发后，吸收具有特定波长的光，间的能量差来决定，即：时处于高能级E N 的粒子才会在这个外来光子的刺激下向低能级E 同时辐射出一个频率、传播方向、振动方向均与外来光子完全相同的光子深为0.6~1.2mm的宝石轴承孔，若工件自动传送，每分钟可加工数十件。

[1]赵万生，康小明，吴杰等.特种加工技术最新研究进展，电加工与模具，2011.本文通过对第16 届国际电加工会议论文进行综述，介绍了近几年来国际特种加工领域的最新研究进展。

主要概括了电火花加工、电化学加工、电化学放电加工及激光加工等研究成果。

[2]刘正埙.我国特种加工技术的回顾与展望.本文通过对我国的电火花成形加工的发展历史和当前的国际发张现状的研究，给出了我国今后电火花成形加工发展的四条建议；在肯定我国电火花线切割加工技术的成就基础上，论述了高速走丝线切割机的发展策略和低速走丝线切割机的发展策略；在先指出与国外电解加工设备和工艺水平的差距，然后给出适合我国发展电解加工技术的六个策略；在快速成形技术方面我国有许多高校、院所和公司进已经取得巨大的研究成果，针对发展中的不足之处，作者给输了自己的建议；在高能束流加工发面，作者简要指出了激光加工与国际水平的差距，电子束加工，离子束加工的不足之处，并指出促进高能束流加工技术更好发展的提议；最后简要说明磨粒流加工和高压水射流加工。

作者通过对当前我国特种加工技术的回顾，指出成绩和不足之处的同时，展望了未来我国特种加工技术的发展工作。

[3]赵万生，王振龙，郭东明等.国外特种加工技术的最新进展.本文就当前国际特种加工技术研究的最新进展情况,概括出国际特种加工技术的研究的四个表现：微细化；新型元器件在特种加工领域中得到了极为广泛的应用；人工智能技术、网络化制造、绿色制造等新概念正逐渐渗透到特种加工领域中；特种加工的应用领域正在拓宽。

从电火花加工、激光加工、电解加工、超声加工四个大的方面进行了详尽阐述。

分别介绍了微细电火花加工技术、基于数控技术气和智能控制技术的电火花加工以及气中放电加工技术、混粉工作液电火花镜面加工技术、非导电材料的电火花加工、电火花表面处理技术四种电火花加工新方法；微细激光加工，激光表面处理以及大功率和新型激光器的应用；超声加工和电解加工。

作者希望能从国外此方面的研究中，看出21 世纪特种加工技术的走向，并为我国特种加工技术的研究提供借鉴。