參賽作品 先進(jìn)制造工藝技術(shù)

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1、第三章先進(jìn)制造工藝技術(shù)3.1特種加工技術(shù)3.2微細(xì)加工技術(shù)復(fù)習(xí)思考題3.1特種加工技術(shù)3.1.1特種加工技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域切削加工方法在機(jī)械制造業(yè)中長(zhǎng)期以來(lái)占據(jù)著難以替代的主導(dǎo)地位。然而，20世紀(jì)50年代以來(lái)，隨著航空航天、核能、電子及汽車等工業(yè)的迅速發(fā)展，新材料、新結(jié)構(gòu)不斷使傳統(tǒng)的切削加工方法面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在：(1)材料難切削，如硬質(zhì)合金、鈦合金、高溫合金、耐熱不銹鋼、聚晶金剛石、石英及其他各種高硬度、高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)、高脆性的金屬和非金屬材料的加工。(2)型面復(fù)雜，如渦輪葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣與模具上的立體型面及

2、炮管、噴嘴、噴絲頭零件上的各種異形孔、細(xì)微孔和窄縫。(3)結(jié)構(gòu)特殊，如薄壁零件、彈性元件、細(xì)長(zhǎng)零件等低剛度零件。因此，機(jī)械制造業(yè)必須開拓新的加工途徑，尋求新的加工方法，以適應(yīng)工業(yè)與技術(shù)發(fā)展。另一方面，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也為機(jī)械加工開辟新的加工途徑提供了可能。特種加工就是在這種前提條件下產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。表1常用特種加工方法及分類與傳統(tǒng)的切削加工方法比，特種加工的主要特點(diǎn)是：(1)范圍不受材料力學(xué)性能的限制，可加工任何硬、軟、脆、耐熱或高熔點(diǎn)金屬及非金屬材料。(2)切削中不存在顯著的切削力，可獲得良好的表面質(zhì)量，殘余應(yīng)力、熱應(yīng)力

3、等均比較小。(3)適于加工復(fù)雜型面、微細(xì)表面以及柔性零件。(4)還可以進(jìn)一步發(fā)展成以多種能量同時(shí)作為主要特征的復(fù)合加工工藝，如電解磨削、電解電火花及超聲電火花加工等。3.1.2電火花加工電火花加工(又稱放電加工、電蝕加工，簡(jiǎn)稱EDM)是一種利用脈沖放電對(duì)導(dǎo)電材料進(jìn)行電蝕以去除多余材料的工藝方法。在特種加工中，電火花加工的應(yīng)用最為廣泛，尤其在模具制造業(yè)、航空航天等領(lǐng)域占據(jù)著極為重要的地位。1.加工原理與特點(diǎn)1)基本原理電火花加工的原理示意圖如圖3-27所示。加工時(shí)，將工具與工件置于具有一定絕緣強(qiáng)度的液體介質(zhì)中，并分別與脈沖電

4、源的正、負(fù)極相連接。調(diào)節(jié)裝置控制工具電極，保證工具與工件間維持正常加工所需的很小的放電間隙。當(dāng)兩極之間的電場(chǎng)強(qiáng)度增加到足夠大時(shí)，兩極間最近點(diǎn)的液體介質(zhì)被擊穿，產(chǎn)生短時(shí)間、高能量的火花放電，放電區(qū)域的溫度瞬時(shí)可達(dá)10000℃以上，金屬被熔化或汽化。灼熱的金屬蒸氣具有很大的壓力，引起劇烈的爆炸，而將熔融的金屬拋出，金屬微粒被液體介質(zhì)冷卻并迅速?gòu)拈g隙中沖走，工件與工具表面形成一個(gè)小凹坑(如圖3-27(b)、(c)所示)。從以上敘述可以看出，進(jìn)行電火花加工必須具備下列三個(gè)條件：(1)必須采用脈沖電源，以形成瞬時(shí)的脈沖式放電。每次放

5、電時(shí)間極短，使放電產(chǎn)生的熱量來(lái)不及傳輸出去，而集中于微小區(qū)域。(2)必須采用自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置，保證工具電極與工件電極間微小的放電間隙(0.01～0.05mm)，以維持適宜的火花放電狀態(tài)。(3)火花放電必須具有足夠大的能量密度，且必須在具有一定絕緣強(qiáng)度的液體介質(zhì)(工作液)中進(jìn)行。2)工藝特點(diǎn)電火花加工具有以下工藝特點(diǎn)：(1)能加工任何導(dǎo)電的難切削的材料。(2)加工中不存在切削力，因此特別適宜復(fù)雜形狀的工件、低剛度工件及微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工。數(shù)控技術(shù)的采用使得用簡(jiǎn)單電極加工復(fù)雜形狀零件更成為可能。(3)由于脈沖參數(shù)可根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)

6、，因而可在同一臺(tái)機(jī)床上完成粗、細(xì)、精三階段的加工。(4)電火花加工的局限性為加工速度較慢，工具電極存在損耗，影響加工效率和成型精度。2.電火花加工的應(yīng)用1)電火花穿孔穿孔加工是指貫通的二維型孔的加工(見圖3-28)，是電火花加工中應(yīng)用最廣的一種。常加工的型孔有圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔、曲線孔及小孔、微孔等，例如冷沖模、拉絲模、擠壓模、噴嘴、噴絲頭上的各種型孔和小孔。穿孔的尺寸精度主要靠工具電極的尺寸和火花放電的間隙來(lái)保證。工具電極材料一般為T10A、Cr12、GCr15等。電極的截面輪廓尺寸要比預(yù)定加工的型孔尺寸均勻地

7、縮小一個(gè)加工間隙，其尺寸精度要比工件高一級(jí)，表面粗糙度值要比工件的小，一般精度不低于IT7，表面粗糙度值小于1.25μm，且直線度、平面度和平行度在100mm的長(zhǎng)度上不大于0.01mm。放電間隙的大小由加工中采用的電規(guī)準(zhǔn)決定。為了提高生產(chǎn)率，常采用粗規(guī)準(zhǔn)蝕除大量金屬，再用精規(guī)準(zhǔn)保證加工質(zhì)量。為此，可將穿孔加工中的工具電極制成階梯形，先由頭部進(jìn)行粗加工，接著改用精規(guī)準(zhǔn)由后部進(jìn)行精加工。2)電火花型腔加工電火花型腔加工指三維型腔和型面的加工及電火花雕刻，例如加工鍛模、壓鑄模、擠壓模、膠木模、塑料模等。型腔加工比較困難，首先是因

8、為均是盲孔加工，金屬蝕除量大，工作液循環(huán)和電蝕產(chǎn)物排除條件差，工具電極損耗后無(wú)法靠進(jìn)給補(bǔ)償；其次是加工面積變化大，加工過(guò)程中電規(guī)準(zhǔn)調(diào)節(jié)范圍較大，并由于型腔復(fù)雜，電極損耗不均勻，對(duì)加工精度影響很大，因此型腔加工生產(chǎn)率低，質(zhì)量保證有一定困難。3)電火花線切割加工電火花線切割加工簡(jiǎn)稱線切割加工，利用一根運(yùn)動(dòng)的