特种加工复习资料.doc

概论
特种加工和切削加工的不同本质和特电是：
①不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量（如电，化学，光，声，热等）去除金属材料。
②工具硬度可以低于被加工材料的硬度，如激光，电子束等加工时甚至没有成形的工具。
③加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力，如电火花，线切割，电解加工时工具与工件不接触。

第二章
电火花加工
Ⅰ电火花加工的原理是基于工具和工件（正负电极）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，形状及表面质量预定的加工要求。
★电火花加工条件：
①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，这一间隙随加工条件而定，通常约为0.02-0.1mm。如果过大不能击穿工作介质不会产生火花放电，太小形成短路也不能放电
②火花放电必须是瞬时的脉冲放电
③火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，例如煤油皂化液或去离子水。
Ⅰ极性效应(为什么用单向脉冲直流电源）
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。即使是相同材料，例如钢加工钢，正负电极的电蚀量也是不停的。这种单纯由于正负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。如果两电极材料不同，则极性效应更加复杂。在生产中，我国通常把工件接脉冲电源的正极（工具电极接负极）时，称“正极性加工，反之工件接脉冲电源的负极（工具电极接正极）时，称“负极性加工，又称“反极性”加工。
②工具相对损耗 原理
Ⅰ正确选择极性和脉宽
Ⅱ利用吸附效应
Ⅲ利用传热效应 Ⅳ减少工具电极损耗
★RC线路脉冲电源：
工作原理是利用电容充电储存电能，而后瞬时放出，形成火花放电来蚀除金属。
因为电容时而充电，时而放电，一弛一张；故又称“弛张式”脉冲电源。
★电火花穿孔成形加工：
电火花穿孔加工是利用火花放电腐蚀金属的原理，用工具电极对工件进行复制加工的工艺方法。
电火花穿孔成形加工：
｛穿孔加工-冲模，粉末冶金模，挤压模，型孔零件，小孔，小异形孔，深孔
｛型腔加工-型腔模（锻模，压铸模，塑料模，胶木模等），型腔零件。
★型腔模的电火花加工：
型腔模电火花加工主要有单电极平动法，多电极更换法和电解电极加工法等。
第三章
电火花线切割加工
★电火花线切割机床通常分为两大类：
一类：是往复高速走丝（或称快走丝）电火花线切割机床（WEDM-HS），一般走丝速度为8-10M/S
另一类：是单向低速走丝（或称慢走丝）电火花线切割机床（WEDM-LS）,一般走丝速度低于0.2M/S
★线切割加工的特电：
★共性表现：
①线切割加工的电压，电流波形与电火花加工的基本相似
②线切割加工的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律，材料的可加工性等也都与电火花加工基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。
★不同特电：
①由于电极工具是直径较小的细丝，故脉冲宽度、平均电流等不能太大，加工工艺参数的范围较小
②采用水或水基工作液，有明显的电解电流，
③一般没有稳定电弧放电状态
④电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象
⑤省掉了成形的工具电极
⑥可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件。
⑦使单位长度电极丝的损耗较少，从而对加工精度的影响比较小
★电火花线切割机床控制系统的具体功能包括：
①轨迹控制
②加工控制
★线切割数控编程要电：
高速走丝线切割机床一般采用3B格式，低速走丝线切割机床通常采用国际上通用的ISO格式
★3B格式：
B：分隔符
x,y：直线的终电或圆弧起电的坐标值，编程时取绝对值，以μm为单位
J：计数长度，以μm为单位。
G：计数方向
Z：加工指令 分为直线L和圆弧R两大类。
★不同进给速度时线切割的影响如下：
①进给速度过高（过跟踪）
②进给速度过低（欠跟踪）
③进给速度稍低（欠佳跟踪）
④进给速度适宜（正常跟踪）
第四章
电化学加工
★电化学加工的分类：
Ⅰ利用化学阳极溶解进行加工，主要有电解加工、电解抛光；
Ⅱ利用化学阴极沉积、涂覆进行加工，主要有电镀、涂镀、电铸；
Ⅲ利用电化学加工与其他加工方法相结合的电化学复合加工工艺电解磨削、电化学阳极机械加工（包括电火花放电作用）
★电解加工：
电解加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解，将工件加工成形的。
（最早应用这一化学腐蚀作用用来电解抛光工件表面）
★电解加工成形原理：
通过阴极（工具）与阳极（工件）间的电流，在加工刚开始时，阴极与阳极距离较近的地方通过的电流密度较大，电解液的流速也较高，阳极溶解速度也就较快，由于工具相对工件不断进给，工件表面就不断被电解，电解产物不断被电解溶液冲走，直至工件表面形成与阴极工作面基本相似的形状为止。
★电解加工的特电：
①加工范围广
②电解加工的生产率较高
③可以达到较好的表面粗糙度（R1.25-0.2μm）和+ -0.1mm左右的平均加工精度。
④不会产生由切削力所引起的残余应力和变形，没有飞边毛刺。
⑤加工过程中阴极工具在理论上不会损耗，可以长期使用
★电解加工的缺电：
①不易达到较高的加工精度和加工稳定性
②电极工具的设计和修正比较麻烦因而很难使用与单间生产
③电解加工的附属设备较多，占地面积较大，机床要有足够的刚性和防腐性能造价高。
④电解产物需进行妥善处理，否则将污染环境
★三种常用的电解液：
中性盐溶液，酸性溶液，碱性溶液三大类
NaCl NaNo3 NaClo3
★电解加工工艺及其应用：
①深孔扩孔加工
②型孔加工
③型腔加工
④套料加工
⑤叶片加工
⑥电解倒棱去毛刺
⑦电解刻字
⑧电解抛光
⑨数控展成电解加工

电解磨削：
★电解磨削原理：
直流电源的负极相连，被加工工件（硬质合金车刀）接正极，它在一定压力下与导电砂轮相接触，加工区域中送入电解液，在电解和机械磨削的双重作用下，（车刀的后刀面）很快就被磨光
激光加工：
★激光加工是利用光的能量，经过透镜聚焦，在焦电上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工各种材料的
★激光加工常用激光器：
★按激活介质的种类：①固体激光器 ②气体激光器
★按工作方式：①连续激光器②脉冲激光器
★激光打孔：
利用激光几乎可以在任何材料上打微型小孔
★焦电位置：
一般激光的实际焦电在工件的表面或略低于工件表面为宜
★激光的多次照射：
如果用激光多次照射，其深度可以大大增加，锥度可以减小，而孔径几乎不变。
多次照射能在不扩大孔径的情况下将孔打深是由于光管效应结果。
★激光切割：
工件与激光束要相对移动，在生产实践中，一般都是移动工件。
第六章
电子束和离子束加工：
★电子束加工原理：
在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高（10六次放-10九次方W/cm2）的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间（几分之一微秒）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化和气化，被真空系统抽走。
★电子束加工的应用：
①高速打孔
②加工型孔及特殊表面
③刻蚀
④焊接
⑤热处理
⑥电子束光刻
★离子束加工：
原理（与电子束加工的相似）：
在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速聚焦，使之撞击到工件表面
★不同的是：
①离子带正电荷，其质量比电子大数千、数万倍
②它是靠微观的机械撞击能量，而不是靠动能转化为热能来加工的
★离子束加工分类：
按物理效应和达到的目的不同分类：
①离子撞击和溅射效应的离子刻蚀
②离子溅射沉积
③离子镀
④利用注入效应的离子注入
第七章
超声加工
★超声加工的基本原理：
超声加工是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成形方法。
★超声加工的特电：
①适合于加工各种脆硬材料，特别是不导电的非金属材料例如玻璃 陶瓷（氧化铝，氮化硅等）石英 锗 硅 玛瑙 宝石 金刚石 对于导电的硬质金属材料如 淬火钢 硬质合金等 也能进行加工 但加工生产率较低
②机床的结构比较简单 只需要一个方向轻压进给 操作 维修方便
③由于去除加工材料是靠极小磨料瞬时局部的撞击作用，故工件表面的宏观切削力很小 切削应力 切削热很小 不会引起 变形及烧伤 表面粗糙度也较好 可达Ra1-0.1μm加工精度可达到0.01-0.02mm而且可以加工薄壁窄缝低刚度零件。
★声学部件：
换能器的作用是将高频电振荡转换成机械振动，目前实现这一目的的可利用压电效应和磁致伸缩效应两种方法。
★超声加工的应用：
①型孔 型腔加工
②切割加工
③复合加工
④超声清洗
第八章
快速成形技术：
①光敏树脂液相固化成形
②选择性激光粉末烧结成形
③薄片分层叠加成形
④熔丝堆积成形
★快速成形技术最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，目前RP技术的主流是：1、SLA立体光造型；2、LOM薄材叠层制造；3、SLS激光烧结；4、FDM熔融成型四种技术。
★快速成形技术的原理
RP是用离散/堆积即分层加工、迭加成形原理来制造产品原型，其原理为：产品三维CAD模型→分层离散→按离散后的平面几何信息逐层加工堆积原材料→生成实体模型。
该技术集计算机技术、激光加工技术、新型材料技术于一体，依靠CAD软件，在计算机中建立三维实体模型，并将其切分成一系列平面几何信息，以此控制激光束的扫描方向和速度，采用粘结、熔结、聚合或化学反应等手段逐层有选择地加工原材料，从而快速堆积制作出产品实体模型。
★快速成形技术的特点
快速原型技术突破了“毛坯→切削加工→成品”的传统的零件加工模式，开创了不用刀具制作零件的先河，是一种前所未有的薄层迭加的加工方法。与传统的切削加工方法相比，快速原型加工具有以下优点：
1、可以制造任意复杂的三维几何实体。
2、快速性。
3、高度柔性。
4、是实现快速制造的核心。
★快速成形技术按成型方法可分为两类：
1、基于激光或其它光源的成形技术，如：立体光造型（SLA）、 迭层实体制造（LOM）、选择性激光烧结（SLS）等 。
2、基于喷射的成形技术，如：熔融沉积制造（FDM）、三维打印制造（3DP）等。
★立体光造型（SLA）工作原理：由激光器发出的紫外光，经光学系统汇集成一支细光束，该光束在计算机控制下，有选择的扫描在光敏树脂体光敏树脂表面，利用光敏树脂遇紫外光凝固的机理，一层一层固化光敏树脂，每固化一层后，工作台下降一精确距离，并按新一层表面几何信息，使激光扫描器对液面进行扫描，使新一层树脂固化并紧紧粘在前一层已固化的树脂上，如此反复，直至制作生成一零件实体模型。
★快速成型的数据接口：
1、STL（Stereolithography） ：快速成型领域的标准数据格式，通过对三维模型表面三角网格化获得，即用小三角面片去逼近自由曲面，逼近精度由曲面到三角形面的距离误差或曲面到三角形边的弦高差控制。
2、CLI （Common Layer Interface）：作为STL文件切片之后的加工路径的数据存储格式，是快速成型设备的通用数据接口。同样有文本和二进制两种格式，每层用层厚和轮廓线描述。
一、填空题
1、特种加工主要采用 机械能 以外的其他能量去除工件上多余的材料，以达到图样上全部技术要求。（1分）
2、电火花加工原理是基于 工具和工件（正、负电极）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、形状和表面质量等预定的加工要求。（2分）
3、电火花加工系统主要由 工件和工具、 脉冲电源 、自动进给和调节装置
几部分组成。（3分）
4、在电火花加工中，提高电蚀量和加工效率的电参数途径有：提高脉冲频率、增加单个脉冲能量、减少脉冲间隔。（3分）
5、电火花加工的表面质量主要是指被加工零件的 表面粗糙度、表面变质层、表面力学性能 。（3分）
6、电火花加工的自动进给调节系统主要由以下几部分组成：测量环节、 比较环节、 放大驱动环节、 执行环节、 调节对象。（3分）
7、电火花成型加工的自动进给调节系统，主要包含 伺服进给控制系统 和 参数控制系统 。（2分）
8、电火花加工是利用电火花放电腐蚀金属的原理，用工具电极对工件进行复制加工的工艺方法，其应用范围分为两大类：穿孔加工、型腔加工。（2分）
9、线切割加工是利用 移动的、作为负极的、线状电极丝 和工件之间的脉冲放电所产生的电腐蚀作用，对工件加工的一种工艺方法。（2分）
10、快走丝线切割机床的工作液广泛采用的是 乳化液，其注入方式为 喷入式。（2分）
11、线切割机床走丝机构的作用：是使电极丝以一定的速度运动，并保持一定的张力。（2分）
12、线切割控制系统作用主要是：1）自动控制电极丝相对于工件的运动轨迹；2）自动控制伺服的进给速度。（2分）
13、快速成形技术（RP）最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，目前RP技术的主流是： SLA立体光造型 、LOM薄材叠层制造 、SLS激光烧结 、FDM熔融成型 四种技术。（4分）
14、快速成型的数据接口主要有：快速成型技术标准数据格式即STL格式 和 快速成型设备的通用数据接口即CLI 格式。（2分）
二、判断题（15分，每题1分）
1、目前线切割加工时应用较普遍的工作液是煤油。 （错）
2、在型号为DK7740的数控电火花线切割机床中，D表示电加工机床。 （对）
3、线切割机床通常分为两大类，一类是快走丝，另一类是慢走丝。 （对）
4、3B代码编程法是最先进的电火花线切割编程方法。 （错）
5、离子束加工必须在真空条件下进行。 （对）
6、电火花加工中的吸附效应都发生在阴极上。 （错）
7、线切割加工一般采用负极性加工。 （错）
8、电火花穿孔加工时，电极在长度方向上可以贯穿型孔，因此得到补偿，需要更换电极。 （错）
9、弛张式脉冲电源电能利用率相当高，所以在电火花加工中应用较多。（错）
10、电火花成型加工和穿孔加工相比，前者要求电规准的调节范围相对较大。（对）
11、电火花成型加工属于盲孔加工，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差。
（对）
12、电火花加工的粗规准一般选取的是窄脉冲、高峰值电流。 （错）
13、在采取适当的工艺保证后，数控线切割也可以加工盲孔； （错）
14、当电极丝的进给速度明显超过蚀除速度，则放电间隙会越来越小，以致产生短路。 （对）
15、通常慢走丝线切割加工中广泛使用直径为0.1 mm以上的黄铜丝作为电极丝。 （对）
1．加工是指利用电能、电化学能、化学能、光能、声能、热能为主，不用机械能或以机械能为辅的去除材料的新颖加工方法。（对）
2．电化学反应时，金属的电极电位越负，越易失去电子变成正离子溶解到溶液中去。（对）
3．法拉第电解定律认为电解加工时电极上溶解或析出的物质的量与通过的电量成正比，它也适用于电镀。（对）
4．用线性电解液进行电解加工，可获得较高的加工精度。（错）
5．电解加工时，串联在回路中的降压限流电阻使电能变成热能而降低电解加工的电流效率。（错）
6．电火花加工是非接触加工（指工具和工件不接触），所以加工后的工件表面无残余应力。（错）
7．电子束加工是利用电能使电子加速转换成动能撞击工件，又转换成热能来蚀除金属
的。（对）
8．离子束加工和电子束加工类似，主要是利用高速运动的离子撞击工件表面转换成热
能来蚀除金属。（错）
9．由于离子的质量远大于电子，故离子束加工的生产率比电子束高，但表面粗糙度稍差。（错）
10．阶梯形变幅杆振幅放大倍数最高，但内应力最大，受负载变化对振幅衰减的影响也最大。（对）
11．电火花加工是非接触加工（指工具和工件不接触），所以加工后的工件表面无残余应力。（错）
12．电子束加工是利用电能使电子加速转换成动能撞击工件，又转换成热能来蚀除金属的。（对）
13．离子束加工和电子束加工类似，主要是利用高速运动的离子撞击工件表面转换成热能来蚀除金属。（错）
14．由于离子的质量远大于电子，故离子束加工的生产率比电子束高，但表面粗糙度稍差。（错）
15．加工是指利用电能、电化学能、化学能、光能、声能、热能为主，不用机械能或以机械能为辅的去除材料的新颖加工方法。（对）
16．电化学反应时，金属的电极电位越负，越易失去电子变成正离子溶解到溶液中去。（对）
17．超声加工时，把频率调高，加工速度就可提高。（错）
18．氯化钠电解液在使用中，氯化钠成分不会消耗，不必经常添加补充。（对）
19．用线性电解液进行电解加工，可获得较高的加工精度。（错）
20．电解加工时，串联在回路中的降压限流电阻使电能变成热能而降低电解加工的电流效率。（错）