第7章机械加式技术.ppt

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1、电火花加工电火花加工7.1激光加工激光加工7.2超声波加工超声波加工7.3精密加工精密加工7.4电火花加工是在一定的介质中，通过工具电极和工电火花加工是在一定的介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方件电极之间脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方法。从法。从20世纪世纪40年代开始对它进行研究并逐步应用于生年代开始对它进行研究并逐步应用于生产。初期的电火花加工由于放电频率低，加工速度慢，产。初期的电火花加工由于放电频率低，加工速度慢，电极损耗大，所以应用范围受到一定限制。随着加工速电极损耗大，所以应用范围受到一定限制。随着加工速度和电极损耗等加工特性的改善，而

2、得到广泛应用。从度和电极损耗等加工特性的改善，而得到广泛应用。从1m大小的金属模具到数微米的孔和槽都可以加工。大小的金属模具到数微米的孔和槽都可以加工。1电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理如图如图7-1所示，工具电极所示，工具电极4与工件与工件6一起置于介质一起置于介质5（煤油或其他液体）中，并分别与脉冲电源煤油或其他液体）中，并分别与脉冲电源1的负极和正极的负极和正极相连接。加工时，送进机构相连接。加工时，送进机构2移动工具电极使其逐渐趋近移动工具电极使其逐渐趋近工件，当工具电极与工件之间的间隙小到一定程度时，介工件，当工具电极与工件之间的间隙小到一定程度时，介质被击穿，在间隙中发生脉

3、冲放电。放电的持续时间极短质被击穿，在间隙中发生脉冲放电。放电的持续时间极短，只有，只有108106s，而瞬时的电流密度极大，可达，而瞬时的电流密度极大，可达105107A/cm2，温度可高达，温度可高达10 000以上，致使工件表面以上，致使工件表面局部金属材料被软化、熔化甚至汽化。局部金属材料被软化、熔化甚至汽化。在瞬时放电的爆炸力作用下，熔化、汽化了的金属在瞬时放电的爆炸力作用下，熔化、汽化了的金属材料被抛入液体介质冷凝成微小的颗粒，并从放电间隙材料被抛入液体介质冷凝成微小的颗粒，并从放电间隙中排除出去。每次放电即在工件表面形成一个微小的凹中排除出去。每次放电即在工件表面形成一个微小的凹

4、坑（称为电蚀），连续不断的脉冲放电，使工件表面不坑（称为电蚀），连续不断的脉冲放电，使工件表面不断地被蚀除，因而逐渐完成加工要求。脉冲放电过程中断地被蚀除，因而逐渐完成加工要求。脉冲放电过程中，由间隙自动调节器驱动工具电极自动进给，保持其与，由间隙自动调节器驱动工具电极自动进给，保持其与工件的间隙，以维持持续的放电。工件的间隙，以维持持续的放电。图图7.1 电火花加工原理电火花加工原理1脉冲电源脉冲电源 2送进机构及间歇自动调节器送进机构及间歇自动调节器3床身床身 4工具电极工具电极 5介质介质 6工件工件2电火花加工的特点电火花加工的特点（1）由于放电通道中电流密度很大，局部区域内）由于放电

5、通道中电流密度很大，局部区域内产生的高温足以熔化甚至汽化任何导电材料，因此，利产生的高温足以熔化甚至汽化任何导电材料，因此，利用电火花能加工各种具有导电性能的硬、脆、软、韧材用电火花能加工各种具有导电性能的硬、脆、软、韧材料。料。（2）加工时无切削力，适于加工小孔、薄壁、窄）加工时无切削力，适于加工小孔、薄壁、窄腔槽及各种复杂的型孔、型腔、曲线孔等，也适用于精腔槽及各种复杂的型孔、型腔、曲线孔等，也适用于精密细微加工。密细微加工。（3）加工时，由于脉冲能量间断地以极短的时间）加工时，由于脉冲能量间断地以极短的时间作用在工件上，整个工件几乎不受热的影响，有利于提作用在工件上，整个工件几乎不受热的

6、影响，有利于提高加工精度和加工表面质量，也有利于加工热敏感性强高加工精度和加工表面质量，也有利于加工热敏感性强的材料。的材料。（4）便于实现加工过程自动化。）便于实现加工过程自动化。（5）电极（工具）消耗较大。）电极（工具）消耗较大。3电火花加工的应用电火花加工的应用电火花加工的效率远比金属切削加工低，因此，只电火花加工的效率远比金属切削加工低，因此，只有在难以进行切削的情况下，如工件形状复杂、材料太有在难以进行切削的情况下，如工件形状复杂、材料太硬等，才采用电火花加工。在工艺应用上，电火花加工硬等，才采用电火花加工。在工艺应用上，电火花加工的常见形式如下。的常见形式如下。（1）电火花成形加工

7、包括穿孔和型腔加工两类。）电火花成形加工包括穿孔和型腔加工两类。电火花穿孔加工应用最为广泛，常用来加工冲裁模、复电火花穿孔加工应用最为广泛，常用来加工冲裁模、复合模、级进模等冲模的凹模和固定板、卸料板等零件的合模、级进模等冲模的凹模和固定板、卸料板等零件的型孔，以及拉丝模、拉深模等零件的型孔。电火花型腔型孔，以及拉丝模、拉深模等零件的型孔。电火花型腔加工则常用于加工锻模、压铸模、挤压模、塑料压模等加工则常用于加工锻模、压铸模、挤压模、塑料压模等模具型腔和叶片、整体式叶轮等复杂曲面零件。模具型腔和叶片、整体式叶轮等复杂曲面零件。（2）电火花小孔加工可加工直径为）电火花小孔加工可加工直径为0.11

8、mm、长、长径比小于径比小于20的小孔，如喷嘴小孔、航空发动机气冷孔、的小孔，如喷嘴小孔、航空发动机气冷孔、辊筒、筛网上的小孔等。辊筒、筛网上的小孔等。（3）电火花精密细微加工一般指加工直径小于）电火花精密细微加工一般指加工直径小于0.1mm的孔或宽度小于的孔或宽度小于0.1 mm的槽。的槽。（4）电火花线电极切割（线切割），用于切割各）电火花线电极切割（线切割），用于切割各种冲模和具有直纹面的零件，以及进行下料、截割和窄种冲模和具有直纹面的零件，以及进行下料、截割和窄缝加工。缝加工。（5）电火花磨削平面、内外圆、小孔等，如拉丝）电火花磨削平面、内外圆、小孔等，如拉丝模、挤压模、微型轴承内环、

9、偏心钻套等。模、挤压模、微型轴承内环、偏心钻套等。（6）电火花螺纹加工适用于加工螺纹环规和螺纹）电火花螺纹加工适用于加工螺纹环规和螺纹加工工具。加工工具。激光加工是指利用功率密度极高的激光束照射工件激光加工是指利用功率密度极高的激光束照射工件的被加工部位，使其材料瞬间熔化或蒸发，并在冲击波的被加工部位，使其材料瞬间熔化或蒸发，并在冲击波作用下，将熔融物质喷射出去，从而对工件进行穿孔、作用下，将熔融物质喷射出去，从而对工件进行穿孔、蚀刻、切割，或采用较小能量密度，使加工区域材料熔蚀刻、切割，或采用较小能量密度，使加工区域材料熔融黏合，对工件进行焊接的一种加工方法。融黏合，对工件进行焊接的一种加工

10、方法。激光加工中常用的激光器有固体激光器和气体激光激光加工中常用的激光器有固体激光器和气体激光器两类。器两类。1激光加工的基本原理激光加工的基本原理激光加工的原理如图激光加工的原理如图7.3所示。固体激光器由激光工所示。固体激光器由激光工作物质作物质2（一般采用红宝石或掺钕离子的钇铝石榴石）、（一般采用红宝石或掺钕离子的钇铝石榴石）、激励光源激励光源3（一般用脉冲氙灯）、全反射镜（一般用脉冲氙灯）、全反射镜1和部分反射和部分反射镜镜4构成的光谐振腔组成。当工作物质被激励光源照射时构成的光谐振腔组成。当工作物质被激励光源照射时，在一定条件下可使工作物质中亚稳态粒子数反转，引，在一定条件下可使工作

11、物质中亚稳态粒子数反转，引起受激辐射，形成光放大，并通过光谐振腔的作用产生起受激辐射，形成光放大，并通过光谐振腔的作用产生光的振荡，由部分反射镜输出激光，经透镜光的振荡，由部分反射镜输出激光，经透镜5聚焦到工件聚焦到工件6的待加工表面，从而实现对工件的加工。的待加工表面，从而实现对工件的加工。图图7.3 固体激光器加工原理图固体激光器加工原理图1全反射镜全反射镜 2激光工作物质激光工作物质 3激励光源激励光源 4部分反射镜部分反射镜 5透镜透镜 6工件工件2激光加工的特点激光加工的特点（1）加工范围广。激光的功率密度很高（可达）加工范围广。激光的功率密度很高（可达1071010W/cm2），几

12、乎能加工所有材料，包括用普通方），几乎能加工所有材料，包括用普通方法难以加工的硬度高、脆性大、熔点高的金属材料，以法难以加工的硬度高、脆性大、熔点高的金属材料，以及陶瓷、金刚石、石英、宝石等非金属材料。及陶瓷、金刚石、石英、宝石等非金属材料。（2）生产率高。激光加热速度快，生产效率高，）生产率高。激光加热速度快，生产效率高，打一个小孔一般只需打一个小孔一般只需0.01s左右，特别是对金刚石、宝石左右，特别是对金刚石、宝石等特硬材料，打孔时间不足切削加工的等特硬材料，打孔时间不足切削加工的1%。由于加热局。由于加热局限在很小的范围，所以热影响区小，工件热变形小。限在很小的范围，所以热影响区小，工

13、件热变形小。（3）无须工具。激光加工属于非接触加工，不需）无须工具。激光加工属于非接触加工，不需要工具，无切削加工的受力变形。要工具，无切削加工的受力变形。（4）能加工细微小孔、窄缝。激光能聚焦成极细）能加工细微小孔、窄缝。激光能聚焦成极细的光束，可以加工直径为的光束，可以加工直径为10.01mm的小孔和窄缝。的小孔和窄缝。（5）可控性好。激光束调制方便，易于实现计算）可控性好。激光束调制方便，易于实现计算机数字控制和自动化加工。机数字控制和自动化加工。3激光加工的应用激光加工的应用（1）激光打孔。激光打孔是激光加工在机械制造）激光打孔。激光打孔是激光加工在机械制造中最主要的应用，多用于小孔、

14、窄缝的细微加工，孔径中最主要的应用，多用于小孔、窄缝的细微加工，孔径可小至可小至0.005mm，孔深与孔径之比可达，孔深与孔径之比可达5以上。对与工件以上。对与工件表面成各种角度（表面成各种角度（1590）的倾斜小孔、薄壁零件）的倾斜小孔、薄壁零件及复合材料零件上的小孔、难加工材料上的小孔等，用及复合材料零件上的小孔、难加工材料上的小孔等，用激光打孔更具优越性。目前，激光打孔已广泛应用于金激光打孔更具优越性。目前，激光打孔已广泛应用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、化学纤维硬质合金喷丝板刚石拉丝模、钟表宝石轴承、化学纤维硬质合金喷丝板、火箭发动机和柴油机的喷嘴、涡轮叶片、集成电路陶、火箭发动机和柴

15、油机的喷嘴、涡轮叶片、集成电路陶瓷衬套、手术用针等零件或产品的小孔加工。瓷衬套、手术用针等零件或产品的小孔加工。（2）激光切割。利用激光束聚焦后极高的功率密）激光切割。利用激光束聚焦后极高的功率密度，可切割任何难加工的高熔点材料、高温材料、高强度，可切割任何难加工的高熔点材料、高温材料、高强度硬脆材料，如钛合金、镍合金、不锈钢，以及各种非度硬脆材料，如钛合金、镍合金、不锈钢，以及各种非金属材料。激光切割为非接触切割，工件变形极小；切金属材料。激光切割为非接触切割，工件变形极小；切缝狭窄（一般为缝狭窄（一般为0.10.2mm）且切口质量优良；切割速）且切口质量优良；切割速度高。激光切割大多采用度

16、高。激光切割大多采用CO2激光器及同轴吹气工艺（激光器及同轴吹气工艺（沿激光束的同轴方向吹送辅助气体，如氧、氮、二氧化沿激光束的同轴方向吹送辅助气体，如氧、氮、二氧化碳、氩、压缩空气等），以提高切割效率和改善切口质碳、氩、压缩空气等），以提高切割效率和改善切口质量。激光切割多用于半导体硅片切割、型孔加工、精密量。激光切割多用于半导体硅片切割、型孔加工、精密零件的窄缝切割、刻线、雕刻等。零件的窄缝切割、刻线、雕刻等。（3）激光焊接。激光焊接主要用于高熔点材料和）激光焊接。激光焊接主要用于高熔点材料和快速氧化材料及异种材料的焊接。由于激光能透过玻璃快速氧化材料及异种材料的焊接。由于激光能透过玻璃等透明物体进行焊接，因此，可用于真空仪器元件的焊等透明物体进行焊接，因此，可用于真空仪器元件的焊接。激光焊接分脉冲激光焊接（采用红宝石激光器和钕接。激光焊接分脉冲激光焊接（采用红宝石激光器和钕玻璃激光器）和连续激光焊接（采用玻璃激光器）和连续激光焊接（采用CO2激光器和钇铝激光器和钇铝石榴石激光器）两种，前者适用于点焊，后者适用于缝石榴石激光器）两种，前者适用于点焊，后者适用于缝焊。焊。超声波加工是