7加工(4章特种加工)

1．特种加工的含义：特种加工是指利用机、光、电、声、热、化学、磁、原子能等能源来进行加工的非传统加工方法；它与传统切削加工的不同特点主要有：1）不是主要依靠机械能；2）工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度；3）在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用（工件不承受机械力，特别适合于精密加工低刚度零件）。

特种加工的优势：1）特种加工技术可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属、非金属材料或复合材料，2）特别适合于加工复杂、微细表面和低刚度的零件；3）还可以用于进行超精密加工、镜面加工、光整加工以及纳米级（原子级）的加工。

2.结合加工（增材加工）的例子：电镀、电铸、快速成形加工、激光焊接等。

3.天然金刚石刀具是精密与超精密加工的基本刀具。

4.超精密加工的实现条件：1）超精密加工的机理与工艺方法；2）超精密加工工艺装备；3）超精密加工工具；4）超精密加工中的工件材料；5）精密测量及误差补偿技术；6）超精密加工工作环境、条件等。

5.超精密机床的主轴部件：主轴部件是保证超精密机床加工精度的核心。

超精密加工对主轴的要求是极高的回转精度，转动平稳，无振动，而满足该要求的关键在于所用的精密轴承。

高精度的滚动轴承主轴制造困难，因此现在多使用液体静压轴承和空气静压轴承。

1）液体静压轴承主轴优点：具有回转精度高、刚度较高、转动平稳、无振动的特点（被广泛用于超精密机床）缺点：1.油温随转速的升高而升高，造成热变形，影响主轴精度 2.静压油回油时将空气带入油源，形成微小气泡悬浮在油中，不易排出，因而降低了液体静压轴承的刚度和运动性。

2）空气静压轴承主轴优点：具有很高的回转精度，在高速转动时温升甚小，基本达到恒温状态，因此造成的热变形误差很小；缺点：与液体静压轴承相比，空气轴承刚度低，承受载荷较小。

6.主轴的驱动方式：1）柔性联轴器驱动；2）内装式同轴电动机驱动。

7.常用的导轨部件：超精密机床常采用平面导轨结构的液体静压导轨和空气静压导轨，滚动导轨也有着广泛的应用。

第一章概论1特种加工又称非传统加工（NTM）或非常规机械加工（NCM）2特种加工与切削加工的不同点：不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量（电、光、声、热、化学）去处金属材料；工具硬度可以低于被加工材料硬度；加工过程中工具与工件之间不存在显著的机械切削力。

3特种加工的分类缩写：电火花加工：电火花成形加工EDM;电火花线切割加工WEDM；电化学加工：电解加工ECM；电解磨削EGM；电解研磨ECH;电铸EFM；涂镀EPM。

激光加工:激光切割、打孔LBM；激光打标记LBM；激光处理、表面改性LBT。

电子束加工：切割焊接打孔EBM离子束加工：蚀刻、镀覆、注入IBM。

等离子弧加工：切割（喷镀）PAM超声加工：切割打孔雕刻USM化学加工：化学铣削CHM；化学抛光CHP；光刻PCM快速成形：液相固化法SL；粉末烧结法SLS；纸片叠层法LOM；熔丝堆积法FDM4特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响：1提高了材料的可加工性；2改变了零件的典型工艺路线；3改变了试制新产品的模式；4对产品零件的结构设计带来很大影响；5对传统结构工艺性好坏需要重新衡量；6已经成为微细加工和纳米加工的主要手段。

第二章电火花加工一：定义：EDM，又称放电加工。

它是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高温把金属蚀除下来。

二：原理：在一定介质（煤油或水）基于工具和工件之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状和表面质量预定的加工要求。

三：电火花加工的条件：必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，通常约为0.02~0.1mm；火花放电必须是瞬时的脉冲性放电；火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、皂化液或去离子水。

四：优点1适合于任何难切削导电材料的加工2可以加工特殊及复杂形状的表面和零件局限性1主要用于加工金属等导电材料，但在一定条件下也可以加工半导体和非导体材料2一般加工速度较慢3存在电极损耗五：电火花加工的机理：1极间介质的电离、击穿，形成放电通道2介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀（5000度以上）3电极材料的抛出（通道中心的压力最高）4极间介质的消电离六：影响材料放电腐蚀的主要因素1极性效应：在电火花加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。

特种加工：特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。

激光热加工：是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等。

复合加工：把两种特种加工方法复合在一起，或者把一种或两种特种加工方法和常规机械加工方法复合在一起，使之相辅相成、相得益彰的加工工艺，例如电解电火花加工、电解电火花磨削等。

极化：在外电源的作用下，使阳极的电极电位向正移（代数值增大）、阴极的电极电位向负移（代数值减少）。

这种现象称为极化极间介质消电离：电火花加工中当脉冲电压结束时，放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度，以免总是在同一处重复放电。

光化学反应加工：是指激光束照射到物体，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。

包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。

平衡间隙：当电解加工一定时间后，工件的溶解速度和阴极的进给速度相等，加工过程达到动态平衡，此时的加工间隙为平衡间隙。

极性效应:电火花加工时，相同材料两电极的被腐蚀量是不同的。

其中一个电极比另一个电极的蚀除量大，这种现象叫做极性效应。

电极相对损耗（电火花加工中）：指工具电极损耗速度ve与工件蚀除速度vw之比的百分数，即θ=Ve/Vw×100% 。

空化作用：在超声波加工中当工具端面以很大的加速度离开工件表面时，加工间隙内形成负压和局部真空，在工作液体内形成很多微空腔，当工具端面以很大的加速度接近工件表面时，空泡闭合。

为什么慢走丝比快走丝加工精度高？1）电极丝：快走丝用的是往复运动的钼丝，长时间加工，丝径减小，加工尺寸就变大。

慢走丝用的是一次性的铜丝或者镀锌丝等，从工件上只进行一次放电，不错往复使用。

2）机床的丝杠和导轨检测：快走丝没有闭环检测功能。

第一章特种加工的定义:特种加工是除了只单独利用机械能进行加工以外的所有加工方法的总和，其可以利用电能、热能、流体能、光能、声能、化学能、机械能等，已经找到了多种这类方法特种加工的特点:1）不只用机械能，与工件的机械性能无关。

故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的材料。

2）非接触加工。

工具硬度可低于工件硬度，故使刚性极低元件及弹性元件得以加工。

3）微细加工。

加工余量微细，可加工微孔或窄缝，加工质量好。

4）无机械应变或大面积的热应变，表面粗糙度好，热应力、残余应力、冷作硬化等小，尺寸稳定性好。

5）特种加工对简化加工工艺、变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积极的影响特种加工的发展趋势:减小污染、绿色加工特种加工新方法复合加工原理和规律研究学科交叉第二章电火花加工电火花加工又称放电加工（EDM）。

它是在加工过程中使工件和工具之间不断产生脉冲性火花放电，靠放电时的局部瞬间高温把金属材料蚀除的电火花加工特点:1 难加工导电材料的加工2特殊及复杂形面的加工3只能加工导电材料 4 加工速度慢5电极有损耗电火花加工分类: 1电火花穿孔、成型2电火花线切割3电火花内外圆和成型加工4电火花同步共轭回转加工5电火花高速打小孔6电火花表面强化、刻字电火花加工微观机理:一、极间介质的电离、击穿，形成放电通道二、介质的热分解、电极熔化气化和热膨胀三、电极材料的抛出四、介质的消电离电火花加工常用术语: 工具电极脉冲宽度脉冲间隔占空比放电间隙电流脉宽脉冲周期脉宽系数脉冲频率峰值电压火花维持电压开路电压加工电压加工电流峰值电流机床本体:平动头工作台主轴头电极装夹夹头平动头是使装在其上的电极能产生向外机械补偿动作的工艺附件平动头是为解决修光侧壁和提高其尺寸精度而设计的平动头特点:一改变轨迹半径调整电极作用尺寸二改变轨迹半径调节电规准三减小放电的面积有利于提高加工稳定性四改善侧面和底面的表面粗糙度电火花加工机床工作液循环系统:为了改善电火花加工的条件，一种办法是使电极振动，以加强排屑作用；另一种办法是对工作液进行强迫循环过滤，以改善间隙状态电火花加工脉冲电源:RC脉冲电源闸流管电子管脉冲电源晶体管式脉冲电源派生的脉冲电源电火花加工伺服进给系统要求:1）有较广的速度调节跟踪范围。

第四章电化学加工一、课内习题及答案1．从原理和机理上来分析，电化学加工有无可能发展成为“纳米级加工”或“原子级加工”技术？原则上要采用哪些措施才能实现？答：由于电化学加工从机理上看，是通过电极表面逐层地原子或分子的电子交换，使之在电解液中“阳极溶解”而被去除来实现加工的，可以控制微量、极薄层“切削”去除。

因此，电化学加工有可能发展成为纳米级加工或原子级的精密、微细加工。

但是真的要实现它，从技术上讲还有相当难度。

主要是由于电化学加工的实质是实现选择性阳极溶解或选择性阴极沉积，只要能把这种溶解或沉积的大小、方向控制到原子级上就可以了。

但是由于它们的影响因素太多，如温度、成分、浓度、材料性能、电流、电压等，故综合控制起来还很不容易。

2．为什么说电化学加工过程中的阳极溶解是氧化过程，而阴极沉积是还原过程？答：从电化学过程来说，凡是反应过程中原子失去电子成为正离子（溶入溶液）的，称为氧化，反之，溶液中的正离子得到电子成为中性原子（沉积在阴极上）的称为还原，即由正离子状态还原成为原来的中性原子状态。

例如在精炼电解铜的时候，在电源正极上纯度不高的铜板上的铜原子在电场的作用下，失去两个电子成为Cu2+正离子氧化而溶解入CuCl2溶液，而溶液中的Cu2+正离子在阴极上，得到两个电子还原成为原子而沉积在阴极上。

3．原电池、微电池、干电池、蓄电池中的正极和负极，与电解加工中的阳极和阴极有何区别？两者的电流（或电子流）方向有何区别？答：原电池、微电池、干电池和蓄电池中的正极，一般都是较不活泼的金属或导电体，而其负极，则为较活泼的金属。

例如干电池，正极为不活泼的石墨（碳）棒，负极为活泼金属锌，蓄电池的正极是不活泼的铅。

金属与导电液体形成的微电池中的正极往往是不活泼的碳原子或杂质。

两种活泼程度不同的金属（导电体）在导电溶液中发生电化学反应能产生电位差，电位较正的称为“正极”，流出电流（流入电子流），电位较低的流入电流（流出电子流）。