01/26 第五章特种加工与快速成形 1.1概述 第1节特种加工 1.2电火花成形加工 non-traditional machining 1.3数控电火花线切割加工 1,.4电解加工 1.5超声加工 1,6激光加工 1.7电子束和离子束加工 1:8高压水射流加工 第2节快速成形 2.1概述 rapid prototyping 2.2立体光固化成形 2.3叠层实体制造 2.4熔融沉积成形 2.5激光选区烧结
第五章 特种加工与快速成形 第1节 特种加工 non-traditional machining 第2节 快速成形 rapid prototyping 1.1 概述 1.2 电火花成型加工 1.3 数控电火花线切割加工 1.4 电解加工 1.5 超声加工 1.6 激光加工 1.7 电子束和离子束加工 1.8 高压水射流加工 2.1 概述 2.2 立体光固化成形 2.3 叠层实体制造 2.4 熔融沉积成形 2.5 激光选区烧结 第1节 特种加工 non-traditional machining 第2节 快速成形 rapid prototyping 1.1 概述 1.2 电火花成形加工 1.3 数控电火花线切割加工 1.4 电解加工 1.5 超声加工 1.6 激光加工 1.7 电子束和离子束加工 1.8 高压水射流加工 2.1 概述 2.2 立体光固化成形 2.3 叠层实体制造 2.4 熔融沉积成形 2.5 激光选区烧结 01/26
02/26 第一节特种加工non-traditional machining 概述 传统的切削加工是用机械力（切削力或磨削力）/机械能 去除多余材料的加工方法。 冬特种加工：将化学能或声、光、电、磁等物理能或其组合 施加在工件的被加工部位上，从而使材料被去除、变形、 改变性能或被镀覆的非传统加工方法。 特种加工产生的原因： √难加工材料的加工：极高的硬度、强度、脆性或韧性 复杂形状零件的加工：如加工化学纤维抽丝孔，不仅 孔径细微（微米级），而且是梅花形等异型断面形状 特殊要求零件的加工：如细长轴、薄壁件、弹性件等 低刚度零件的加工等
第一节 特种加工 non-traditional machining 一、概述 ❖ 传统的切削加工是用机械力（切削力或磨削力）/机械能 去除多余材料的加工方法。 ❖ 特种加工：将化学能或声、光、电、磁等物理能或其组合 施加在工件的被加工部位上，从而使材料被去除、变形、 改变性能或被镀覆的非传统加工方法。 ❖ 特种加工产生的原因： ✓ 难加工材料的加工：极高的硬度、强度、脆性或韧性 ✓ 复杂形状零件的加工：如加工化学纤维抽丝孔，不仅 孔径细微（微米级），而且是梅花形等异型断面形状 ✓ 特殊要求零件的加工：如细长轴、薄壁件、弹性件等 低刚度零件的加工等 02/26
03/26 Servo Tool feed control Filter ⊙ Valve Micro- Holder- computer Tool (negative d.c.power electrode】 source Spark gap -Overcut Base &图PumP Fig.7.36 Arrangement of equipment for electrical discharge machining.(Reprinted with permission from ASM Metals Handbook,Ninth Edition,Vol.16,Machining (1989).ASM Intemational,Materials Park,OH 44073-0002,p.557,Fig.1)
二、电火花成形加工sinking electro-discharge machining 第一节 特种加工 non-traditional machining ❖ 概念：在绝缘工作液中，工具和工 件之间脉冲性电火花放电时的电腐 蚀现象去除工件上多余的金属，从 而实现工件的加工。 ❖ 原理： ✓ 工具与工件之间接通脉冲电源； ✓ 丝杠螺母机构保证工具和工件间的宏观放电间隙 ✓ 表面粗糙度使工具和工件之间形成微观放电间隙 ✓ 最小间隙处的瞬时电火花高温使工件表面金属熔化、气化， 形成小凹坑。抛离的金属被工作液带走。 ✓ 新的最小间隙处的工件表面在下一个脉冲放电时被加工。… 1、加工原理 泵 脉冲电源 03/26 滚珠丝杠 螺母机构
第一节特种加工non-traditional machining 二 电火花成形加工sinking electro-discharge 2、加工特点 适用于导电材料。 冬“无切削力”，适于薄壁、小孔、窄槽的加工 将工具电极的形状近似相反地“复制”到工件上， 可以加工复杂的型腔。 冬脉冲参数便于调整，以实现粗、半精、精加工 3 应用范围 型孔加工：拉丝模、喷丝孔、异形孔等 型腔型面加工：锻模、挤压模、叶轮、叶片等 雕刻打印加工：刻字、雕刻图案、打印记等
二、电火花成形加工sinking electro-discharge machining ❖ 适用于导电材料。 ❖ “无切削力”，适于薄壁、小孔、窄槽的加工 ❖ 将工具电极的形状近似相反地“复制” 到工件上， 可以加工复杂的型腔。 ❖ 脉冲参数便于调整，以实现粗、半精、精加工 2、加工特点 3、应用范围 ❖ 型孔加工：拉丝模、喷丝孔、异形孔等 ❖ 型腔型面加工：锻模、挤压模、叶轮、叶片等 ❖ 雕刻打印加工：刻字、雕刻图案、打印记等 第一节 特种加工 non-traditional machining 04/26
05/26 第一节特种加工non-traditional machining 三、 电火花线切割加工wire electro--discharge machining 1、基本原理 工件接脉冲电源的正极，电极丝接脉冲电源的负极。电 极丝和工件之间产生火花放电，使放电附近的工件熔化 、气化，同时电极丝和工件之间的工作液也部分气化。 工作液和金属蒸气瞬间迅速热膨胀爆炸，抛出熔化和气 化了的金属材料而实现切割加工。 贮丝筒 支架 导向轮钼丝 脉冲电源 工件 绝缘底板
三、电火花线切割加工wire electro-discharge machining ❖ 工件接脉冲电源的正极，电极丝接脉冲电源的负极。电 极丝和工件之间产生火花放电，使放电附近的工件熔化 、气化，同时电极丝和工件之间的工作液也部分气化。 工作液和金属蒸气瞬间迅速热膨胀爆炸，抛出熔化和气 化了的金属材料而实现切割加工。 1、基本原理 第一节 特种加工 non-traditional machining 05/26
06/26 第一节特种加工non-traditional machining 三、电火花线切割加工wire electro-discharge mach 2、主要特点 不需要制造成型电极，用采购的电极丝即可加工。 *电极丝比较细（如O0.03mm的钼丝），可加工异形 孔、缝窄和复杂的直纹表面。 尺寸精度可达0.01mm,粗糙度可达Ral.6μm。 切割缝狭窄，也可以进行“套裁”，节省材料。 3、应用范围 加工硬质合金和淬火钢的冲模、样板等 加工微细槽、任意曲线窄缝切割 冬加工各种直纹曲面的零件（需配数控回转工作台）
三、电火花线切割加工wire electro-discharge machining 第一节 特种加工 non-traditional machining ❖ 不需要制造成型电极，用采购的电极丝即可加工。 ❖ 电极丝比较细（如Ø0.03mm的钼丝），可加工异形 孔、缝窄和复杂的直纹表面。 ❖ 尺寸精度可达0.01mm，粗糙度可达Ra1.6μm。 ❖ 切割缝狭窄，也可以进行“套裁”，节省材料。 2、主要特点 3、应用范围 ❖ 加工硬质合金和淬火钢的冲模、样板等 ❖ 加工微细槽、任意曲线窄缝切割 ❖ 加工各种直纹曲面的零件（需配数控回转工作台） 06/26
07/26 Moving ram to feed cathode Electrolyte supply d.c.electric current(negative】 Shaped tool Insulation (cathode) Power supply Electrolyte unit Workpiece (anode) d.c.electric current(positive) Fig.7.35 Electrochemical machining.(Reprinted with permission from ASM Materials Engineering Diction- ary,edited by J.R.Davis(1992),ASM International,Materials Park,OH 44073-0002,p.137,Fig.150.)
四、电解加工 electrochemical machining 第一节 特种加工 non-traditional machining ❖ 概念：利用金属工件在电解液中 产生阳极溶解的电化学反应原理 ，对工件进行加工的一种方法。 ❖ 电化学反应：两个铜板浸在CuCl2 水溶液中。当铜板间施加电压时，阳极表面的Cu原子失掉 电子而成为Cu2﹢进入溶液。 ❖ 电解加工原理：工件接阳极，工具接阴极，两极间加电压 (4~24V直流)，两极间隙0.1~1mm，间隙处电解液流速 6~60m/s。极间小间隙处电流密度高，去除快；工具不断 进给，工件被加工成与工具型面近似相反的形状 1、加工原理 Cu Cu + - OH- H + Cu2+ Cl- 07/26
第一节特种加工non-tradition 四、电解加工electrochemica 剃须刀合金网罩电解加工成形 2、加工特点 10 20 304050 60 精密电解加工机床 加工效率高。高于电火0006208？02( 联系Q:S蒙生 学 适于低刚度工件的加工。无“切削力”、“切削热” 必 表面质量好。表面无残余应力，Ra(0.2~0.8)m 影响因素多，稳定性较差， 电解液有腐蚀及污染作用 适用范围 生产率高，适于批量生产的难切削材料的加工。 复杂模具的型腔、型面的加工。 ÷薄壁零件的加工。 去毛刺、刻印，表面光整等
四、电解加工 electrochemical machining ❖ 加工效率高。高于电火花成型加工。 ❖ 适于低刚度工件的加工。无“切削力” 、 “切削热” ❖ 表面质量好。表面无残余应力，Ra (0.2~ 0.8) μm ❖ 影响因素多，稳定性较差，电解液有腐蚀及污染作用 2、加工特点 3、适用范围 ❖ 生产率高，适于批量生产的难切削材料的加工。 ❖ 复杂模具的型腔、型面的加工。 ❖ 薄壁零件的加工。 ❖ 去毛刺、刻印，表面光整等。 第一节 特种加工 non-traditional machining 08/26
第一节特种加工non-traditional machining 换能蕃 超声波发生器 振幅扩大棒 五、超声加工ultrasonic machining 作液 1、加工原理 概念：利用工具端面的超声频振动，通过磨料撞击和抛 磨、液压冲击及由之产生的气蚀作用去除材料， 从而使工件成形的一种加工方法。 适于加工脆硬材料 2、加工特点 精度0.010.02mm,Ra(0.1≈1.0)um 世H 切削力小，热影响小，加工薄壁、窄槽 型孔、型腔的加工。圆孔、套料等 3、应用范围 切割加工。锗、硅等材料的切割 超声清洗//超声焊接。 Fig1g8尚op
09/26 第一节 特种加工 non-traditional machining ❖ 概念：利用工具端面的超声频振动,通过磨料撞击和抛 磨、液压冲击及由之产生的气蚀作用去除材料， 从而使工件成形的一种加工方法。 五、超声加工 ultrasonic machining 1、加工原理 ❖ 适于加工脆硬材料 ❖ 精度0.01~0.02mm，Ra (0.1 ~ 1.0) μm ❖ 切削力小,热影响小,加工薄壁、窄槽 2、加工特点 ❖ 型孔、型腔的加工。圆孔、套料等 ❖ 切割加工。锗、硅等材料的切割 ❖ 超声清洗//超声焊接。 3、应用范围
10/26 第一节特种加工non-traditional machining 六、激光加工laser beam 概念：利用能量密度很高的激光 束使工件材料熔化、蒸发和汽化 而予以去除的高能束加工方法。 加工原理 钇铝石榴石 冷却水 冷却水 原理：激光是一种 全反射镜 反射镜 高亮度、方向性好、 单色性好的相干光。 玻璃管 通过透镜聚焦成直 聚光器 透镜 径极小的光斑，使 冷却水 冷却水 材料受高温熔融和 00 光泵 电源 激光束 汽化蒸气爆炸冲击 工件 波的双重作用而加 工成型
六、激光加工 laser beam machining ❖ 概念：利用能量密度很高的激光 束使工件材料熔化、蒸发和汽化 而予以去除的高能束加工方法。 1、加工原理 ❖ 原理：激光是一种 高亮度、方向性好、 单色性好的相干光。 通过透镜聚焦成直 径极小的光斑，使 材料受高温熔融和 汽化蒸气爆炸冲击 波的双重作用而加 工成型。 第一节 特种加工 non-traditional machining 10/26