先进制造技术--第十次教案.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date先进制造技术-第十次教案第一章 制造业与先进制造技术教案授课时间月 日 至 月 日课时数授课方式理论课 讨论课 习题课 实验课 上机课 技能课 其他授课单元第三章 先进制造工艺技术（第八节 现代特种加工技术）目的与要求1掌握各种特种加工方法的加工原理2. 了解各种特种加工方法的特点和应用重点与难点重点：1. 电火花加工的原理、激光加工原理 2. 超声波加工的原理、电子

2、束加工原理难点：激光加工的原理主要内容一、特种加工概述 特种加工的概念；特种加工分类；特种加工应用；特种加工特点二、电火花加工电火花加工原理和特点；电火花加工的应用三、超声波加工 超声波加工原理；超声波加工装置；超声波加工特点；超声波加工应用 四、激光加工 激光加工原理；激光加工特点；激光加工应用；五、电子束加工电子束加工原理；电子束加工装置；电子束加工应用；电子束加工特点教学方法手段（教具）多媒体和板书相结合；讲授；运用启发式、案例分析式、讨论式教学方法讲授本节课程内容。参考资料1.盛晓敏著先进制造技术北京：机械工业出版社，2000。2.孙大涌著先进制造技术北京：机械工业出版社，1999。3

3、.张根保著先进制造技术重庆：重庆大学出版社，1996。 4.中国机械工程、机械工程学报、制造技术与机床等科技核心期刊。思考题、作业讲稿第八节 现代特种加工技术一、特种加工概述 1. 特种加工的概念直接利用电能、光能、声能、化学能、电化学能和液流能等能量形式进行加工的方法，称为特种加工。2. 特种加工分类按能量形式可分为七类： 电能与热能：电火花成型与穿孔加工(EDM)、电火花线切割加工(WEDM)、电子束加工(EBM)、等离子体加工（PAM)。 电能与化学能：电解加工(ECM)、电铸加工(ECM)、刷镀加工(BPM) 电化学能与机械能：电解磨削(ECG)、电解珩磨(ECH)。 声能与机械能：超

4、声波加工(USM)。 光能与热能：激光加工(LBM)。 电能与机械能：离子束加工(IBM)。 液流能与机械能：水射流切割(WJC)。3. 特种加工应用 加工难加工材料，如钛合金、淬火钢、硬质合金、宝石、金刚石等； 加工形状复杂的表面或零件，如锻模、冷拔模的模腔和型孔、涡轮和叶片等； 加工精密或微细结构零件，如陀螺仪、低刚度的细长轴、薄壁筒和弹性元件等。4. 特种加工特点 工具材料的硬度可低于工件材料的硬度； 加工过程无机械力，工件很少产生机械变形和热变形； 每产生一种新能源，有可能出现一种新的特种加工方法。二、电火花加工1. 电火花加工原理和特点（1）电火花加工原理当脉冲电压加到两极之间，液体

5、介质被击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间短，能量高度集中（106107W/mm2），放电区域产生的瞬时高温使材料熔化，形成一个小凹坑。如此反复，工具电极不断地向工件进给，他的形状最终复制在工件上。利用工具电极和工件电极间脉冲火花放电，对工件表面进行电蚀作用，将工件逐步加工成形。（2）电火花加工条件 必须是脉冲式瞬时放电，并具有足够放电强度； 必须在绝缘强度的液体介质(又称工作液，如煤油等)中进行； 具有适当的放电间隙(通常为数微米到数百微米，0.010.05mm)。（3）工具电极 工具电极应选用导电性好、耐蚀性高和造型容易的材料，常用的有石墨、紫铜、黄铜、钼、铸铁和钢等。 工具

6、电极的形状与工件的型腔、型孔基本符合。（4）工作液 工作液的作用： 有较高的绝缘性，产生脉冲火花放电； 压缩放电通道，使放电能量集中在较小的区域内； 常用的工作液有煤油、机油、变压器油、锭子油或它们与煤油的混合物。（5）电火花加工特点 可加工任何硬、脆、软、韧和高熔点的导电材料或半导体材料； 加工时工具与工件不接触，作用力极小，可加工小孔、窄缝等微细结构和各种复杂截面的型孔和型腔； 脉冲放电时间极短，冷却作用好，热影响极小，可加工热敏性强的材料； 脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工。2. 电火花加工的应用（1） 电火花型腔加工 用于加工锻模、冲压模、压铸模、塑

7、料模等模具的型腔及某些零件上的腔孔。工具电极用石墨和紫铜。（2） 电火花穿孔加工 用于加工冲裁凹模、各种异形孔和小孔。工具电极用钢(加工冲裁凹模)、石墨(加工截面较大的异型孔)、紫铜或黄铜(加工截面较小的异型孔)、钼丝或黄铜丝(加工小圆孔)。（3） 电火花线切割加工 线切割加工时，脉冲电源负极接工具电极钼丝，正极接工件，其间喷注工作液，钼丝在贮丝筒带动下作正反交替移动，工作台在水平面内带动工件作二维移动，即可合成各种曲线轨迹，把工件切割成形。 线切割加工用于加工各类通孔模具、成形刀具、样板、异形截面的工件及微缝、窄槽等微细结构和某些艺术品。（4）旋转电火花加工 旋转电火花加工（又称“电火花磨削

8、”）在数控旋转电火花机床上进行。它采用脉冲放电能量大的脉冲电源和旋转电极。工具电极可无级调速。工件主轴既可旋转，又可轴向移动。 旋转电火花加工常用于加工人造聚晶金刚石和导电陶瓷等超硬材料的各种型面，如外圆、平面、异形孔、深小孔、螺旋槽及成形面等。三、超声波加工1. 超声波加工原理工具振动频率超过16 000 Hz作超声频振动，磨料液的液体分子和固体磨粒以极高速度和加速度不断撞击工件加工部位而抛磨加工表面； 磨料液受工具断面的超声频振动而产生交变的冲击波，使工件加工部位材料粉碎破坏达到加工目的。2. 超声波加工装置 超声波发生器：将工频交流电转变为具有一定功率的超声频电振荡。 换能器：把超声频电

9、振荡转变为超声频机械振动。 振幅扩大棒(变幅杆)：将换能器产生的小振幅(0.005 0.01mm)，转变为能满足超声波加工要求的振幅(0.010.1mm)。 常用的变幅杆有锥形(扩大510倍)、指数曲线形(扩大1020倍)和阶梯形(扩大20倍以上)三种。 原理是：因为通过变幅杆的每一截面的振动能量是不变的，所以随着截面积的减小，振幅就会增大。 工具：为避免工具受到大的破坏，其材料不宜过脆；为不使变幅杆共振频率降低，其重量不宜过大，一般用45钢。 磨料悬浮液(磨料液)：由工作液和磨料混合而成。常用的工作液有水、煤油等。常用的磨料有碳化硅、碳化硼、金刚砂等。3. 超声波加工特点 适宜加工各种硬脆材

10、料，特别是某些非金属，如玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石和金刚石等。 易于制造复杂形状的工具以加工复杂的型孔，但效率比电火花加工低； 切削力小，切削热少，且可加工薄壁、窄缝及低刚度工件。4. 超声波加工应用 型孔和型腔加工:加工圆孔的直径范围为f 0.1 f 90mm，最大深度达100400mm 切割加工:例如切割硅单晶片，工具为0.127mm厚的软钢片。 四、激光加工1. 激光加工原理（1）激光的特性 单色性好：光的波长或频率趋于一个确定数值。 方向性好：光的发散角极小，聚焦后光斑直径可小于0.01mm。 亮度高：比太阳表面的亮度高二百多亿倍。激光束通过光学系统聚焦成f 0.01mm或更小的

11、光斑，获得108w/cm21010w/cm2的能量密度和10000的局部高温，使被加工材料迅速熔化和气化，熔化物以冲击波形式喷射出去，实现打孔和切割。2. 激光加工特点 加工能量密度高，可加工任何硬度的金属和非金属材料，包括纸张、布匹、木材、陶瓷、石英、金刚石等； 能聚焦成极小光斑，可进行细微和精密加工，如细微窄缝和微孔等； 可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔室或其他地点进行加工； 无需加工工具和特殊环境，便于自动控制连续加工，加工效率高，加工变形和热变形小。3. 激光加工应用 激光打孔：用于加工金刚石拉丝模、发动机燃料喷嘴、化学纤维喷丝头、仪表宝石轴承等小孔和微孔。 加工直径0.01mm左

12、右的孔，深径比可达5以上；加工直径0.10.13mm的孔，深径比可达30。 激光切割：可切割钢板、钛板、石英、陶瓷、塑料、木材等。切割金属材料的厚度可达10mm左右，切割非金属材料可达数十毫米。 激光其他加工：激光还可用于打标、封装、动平衡去重以及对精密零件进行刻线等。五、电子束加工1. 电子束加工原理在真空条件下，由电子枪射出的高速电子束经聚焦后轰击工件表面，形成局部高温，使材料瞬时熔化和气化，以去除材料进行加工。 它主要靠电子束动能转化为热能进行加工，电子束聚焦最小直径可达0.1mm，能量密度可达106109w/cm2，可在几千分之一秒内使被轰击的工件材料达到数千摄氏度的高温。2. 电子束

13、加工装置 1) 电子枪 阴极：发出电子束 控制栅极：控制电子束强弱并初步聚焦 加速阳极：驱使电子束加速2) 真空系统:避免发射阴极和被加工表面在高温下氧化。 只有在高真空中，电子才能高速运动 3) 控制系统： 电子束流聚焦系统:用电磁透镜靠磁场聚焦，提高束流能量密度。 电子束流位置控制:用电磁线圈靠磁场偏转控制束流方向。 电子束流强度控制:在阴极上加上50150kv以上的高压(即加速电压)，使束流得到更大的运动速度。 工作台位移控制:用伺服电机控制工作台平面移动，保证加工面在电子束偏转范围内。3. 电子束加工特点 可聚焦到极细束流(10.1mm)进行微细加工； 可加工具有各种力学性能的导体、半导体、非导体材料； 在真空中进行，污染少，加工表面不易氧化； 需要专门设备和复杂的真空系统，价格昂贵。4. 电子束加工应用 高速加工微细小孔:孔径多在f0.025f1之间，最小孔径可达0.003mm，深径比可达10。效率极高，一般3000个/秒，最高可达50000个/秒。 加工异形孔和特殊型面:可加工异形孔、二维曲面、弯槽和弯孔。 刻蚀:可在硅片上刻出宽2.5mm,深0.25mm的细槽。教学后记：-