《特种加工讲》PPT课件.ppt

特种加工技术特种加工技术特种加工技术特种加工技术数字工程数字工程 分院分院 模具教研室模具教研室2/6/2023 何何 谓谓特特 种种 加加 工工2/6/2023 特特种种加加工工是是指指除除常常规规切切削削加加工工以以外外的的新新的的加加工工方方法法，这这种种加加工工方方法法利利用用电电、热热、声声、光光、化化学学等等能能量量或或其其各各种种组组合合作作用用在在工工件件的的被被加加工工部部位位上上，实实现现对对材材料料的的去去除除、变变形形、改改变变性性能能和镀覆，从而达到加工目的。和镀覆，从而达到加工目的。概概 念念：2/6/2023水水刀刀是是一一种种用用水水切切割割材材料料的的机机器器，它它将将普普通通的的水水 经经 过过 一一 个个 超超 高高 压压 加加 压压 器器，将将 水水 加加 压压 到到4000bar(60000psi)4000bar(60000psi)，然然后后经经过过一一个个细细小小的的喷喷嘴嘴（直直径径为为0.0040.004英英寸寸到到0.0360.036英英寸寸）可可产产生生一一道道每每秒秒达达915915公公尺尺（约约三三倍倍音音速速）的的高高速速射射流流，俗俗称称水水箭箭，在在此此种种高高速速度度下下，纯纯水水可可用用来来切切割割软软基基质质材材料料，如如果果再再将将水水箭箭中中加加入入适适量量的的砂砂料料混混流流，可可增增强强切切割割能能力力，加加砂砂操操作作几几乎乎可可以以用用来来切切割割任任何何材材质质。实实现现任任意意图图形形的的平平面面切切割割加加工工。水水刀刀是是一一种种2121世世纪纪新新型型切切割割方方式式，它它集集合合了了线线切切割割、激激光光切切割割等等传传统统切切割割方方式式的的优优势势，被被评评为为2121世纪绿色环保科技产品。世纪绿色环保科技产品。2/6/20232/6/2023第一章第一章第一章第一章 概论概论概论概论1.1 特种加工的产生及发展特种加工的产生及发展1.2 特种加工的分类特种加工的分类1.3 特种加工对材料可加工性的结特种加工对材料可加工性的结 构工艺等的影响构工艺等的影响2/6/20231 1）传传统统的的机机械械加加工工已已有有很很久久的的历历史史，它它对对人人类类的的生生产产与与物物质质文文明明起起了了很很大大的的作作用用。如如蒸蒸气机主要部件的加工。气机主要部件的加工。经经历历了了150150年年，并并没没有有产产生生特特种种加加工工的的要要求求及及条条件件。思思维维还是传统的的用用机机械械能能量量的的切削力来去除多余的材料切削力来去除多余的材料。1.特种加工的产生特种加工的产生1.1 1.1 特种加工的产生和发展特种加工的产生和发展2/6/2023 2 2）随随着着社社会会生生产产的的需需要要和和科科学学技技术术的的进进步步，2020世世纪纪4040年年代代（19431943年年），前前苏苏联联科科学学家家拉拉扎扎连连柯柯夫夫妇妇研研究究开开关关触触点点遭遭受受火火花花放放电电腐腐蚀蚀损损坏坏的的现现象象和和原原因因，发发现现电电火火花花的的瞬瞬时时高高温温可可使使局局部部的的金金属属熔熔化化、气气化化而而被被腐腐蚀蚀掉掉，开开创创和和发发明明了了电电火火花花加加工工。首首次次摆摆脱脱了了传传统统的的切削加工方法，获得切削加工方法，获得“以柔克刚以柔克刚”的效果。的效果。1.1 1.1 特种加工的产生和发展特种加工的产生和发展2/6/2023（2 2）加加工工各各种种特特殊殊复复杂杂表表面面的的加加工工问问题题 如如注射模、冷冲模、炮管的膛线等。注射模、冷冲模、炮管的膛线等。1.1 1.1 特种加工的产生和发展特种加工的产生和发展3 3）材材料料愈愈来来愈愈难难加加工工，零零件件结结构构和和形形状状愈愈来来愈愈复复杂杂、对对表表面面粗粗糙糙度度和和精精度度的的要要求求愈愈来来愈愈高高，因因而而对对机机械械制制造造部部门门提提出出了了加加工工超超硬硬材材料料、复复杂杂表表面面和和超超精精零零件件等等一一系系列列新新的的要要求求：（1 1）加加工工难难以以切切削削材材料料的的加加工工问问题题 如如一一些些高高硬硬度度、高高强强度度、高高韧韧性性、高高脆脆性性的的金金属属与与非金属材料的加工。非金属材料的加工。2/6/2023要解决上述的问题要解决上述的问题 机械切削机械切削？切削的本质与特点：切削的本质与特点：一一是是以以硬硬克克软软：用用高高强强度度、高高硬硬度度的的材材料料作作为刀具，加工比较软的工件。为刀具，加工比较软的工件。1.1 1.1 特种加工的产生和发展特种加工的产生和发展（3 3）解解决决各各种种超超精精、光光整整或或具具有有特特殊殊要要求求的的零件加工问题零件加工问题二二是是靠靠强强大大的的机机械械力力和和机机械械能能，克克服服工工件件材材料料内内部部的的分分子子结结合合力力，使使工工件件材材料料变变形形和和分分离把被加工表面多余的材料切除掉。离把被加工表面多余的材料切除掉。2/6/20231.1 1.1 特种加工的产生和发展特种加工的产生和发展(1)(1)不是主要依靠机械能，而是主要用其他不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量能量(如电、化学、光、声、热等如电、化学、光、声、热等)去除金属去除金属材料。多数属于材料。多数属于“熔溶加工熔溶加工”的范畴。的范畴。(2)(2)加加工工过过程程中中工工具具和和工工件件之之间间不不存存在在显显著的机械切削力。著的机械切削力。特种加工与常规切削加工的区别：特种加工与常规切削加工的区别：就就在在这这种种条条件件之之下下，产产生生了了特特种种加加工工，并并由由此很快得到了发展。此很快得到了发展。2/6/20231.1 1.1 特种加工的产生和发展特种加工的产生和发展 (4)(4)工具硬度可以低于被加工材料的硬度，故工具硬度可以低于被加工材料的硬度，故加工的难易与工件硬度无关。即能做到加工的难易与工件硬度无关。即能做到“以以柔克刚柔克刚”；（5 5）主主运运动动的的速速度度一一般般都都较较低低；理理论论上上，某些方法可能成为某些方法可能成为“纳米加工纳米加工”的重要手段；的重要手段；（3 3）加加工工后后的的表表面面边边缘缘无无毛毛刺刺残残留留。微微观观形貌形貌“圆滑圆滑”；2/6/20231.1 1.1 特种加工的产生和发展特种加工的产生和发展2.特种加工的发展特种加工的发展我国的特种加工技术起步较早。我国的特种加工技术起步较早。2020世世纪纪5050年年代代中中期期我我国国工工厂厂已已设设计计研研制制出出电电火花穿孔机床，火花穿孔机床，6060年年代代末末上上海海电电表表厂厂张张维维良良工工程程师师在在阳阳极极机机械械切切割割的的基基础础上上发发明明了了我我国国独独创创的的快快走走丝丝线线切切割割机机床床，上上海海复复旦旦大大学学研研制制出出电电火火花花线线切割数控系统。切割数控系统。2/6/2023 19791979年我国成立了全国性的电加工学会；年我国成立了全国性的电加工学会；1.1 1.1 特种加工的产生和发展特种加工的产生和发展 19811981年年我我国国高高校校间间成成立立了了特特种种加加工工教教学学研研究究会；会；但但是是由由于于我我国国原原有有的的工工业业基基础础薄薄弱弱，特特种种加加工工设设备备和和整整体体技技术术水水平平与与国国际际先先进进水水平平有有不不少少差差距距，每每年年还还需需从从国国外外进进口口300300台台以以上高档电加工机床。上高档电加工机床。2/6/2023国内外现状国内外现状1 1 激光加工技术激光加工技术 现现已已拥拥有有100kW100kW的的大大功功率率COCO2 2激激光光器器，有有的的可可配配上上光光导导纤纤维维进进行行多多工工位位、远远距距离离工工作作 ,已已普普遍遍采采用用CNCCNC控控制制、多多坐坐标标联联动动，并并装装有有激激光光功功率率监监控、自动聚焦、工业电视显示等辅助系统。控、自动聚焦、工业电视显示等辅助系统。激光制孔的最小孔径已达激光制孔的最小孔径已达0.002mm0.002mm，激激光光切切割割薄薄材材切切割割速速度度可可达达15m/min15m/min，切切缝缝一一般般在在0.10.11mm1mm之之间间 ,热热影影响响区区只只有有切切缝缝宽宽的的10%10%20%20%，最大切割厚度可达，最大切割厚度可达45mm45mm，1.1 1.1 特种加工的产生和发展特种加工的产生和发展2/6/2023 国国外外定定型型生生产产的的40kV40kV300kV300kV的的电电子子枪枪(以以60kV60kV、150kV150kV为为主主)，已已普普遍遍采采用用CNCCNC控控制制，多多坐坐标标联联动动，自自动动化化程程度度高高。目目前前正正在在研研究究焊焊缝缝自自动动跟跟踪踪、填填丝丝焊焊接接、非非真真空空焊焊接接等等，最最大大焊焊接接熔熔深深可可达达300mm300mm，焊焊缝缝深宽比深宽比2020：1 1。2 2 电子束加工技术电子束加工技术 激激光光快快速速成成型型技技术术已已从从研研究究开开发发阶阶段段发发展展到到实实际际应应用阶段。用阶段。3 3 离子束及等离子体加工技术离子束及等离子体加工技术 1.1 1.1 特种加工的产生和发展特种加工的产生和发展2/6/2023重重点点开开展展热热障障涂涂层层及及离离子子注注入入表表面面改改性性的的新新技技术术研研究究，同同时时，在在已已取取得得初初步步成成果果的的基基础础上上，进进一一步步开开展等离子体焊接技术研究。展等离子体焊接技术研究。4 4 电加工技术电加工技术 1)1)用电解加工可加工出高精度金属反射镜面。用电解加工可加工出高精度金属反射镜面。2)2)通通用用高高档档电电火火花花成成型型及及线线切切割割已已能能提提供供微微米米级级加加工工精精度度，可可加加工工3m3m的的微微细细轴轴和和5m5m的的孔孔。精精密密脉脉冲冲电电解解技技术术已已达达10m10m左左右右。电电解解与与电电火火花花复复合加工，电解磨削、电火花磨削已用于生产。合加工，电解磨削、电火花磨削已用于生产。1.1 1.1 特种加工的产生和发展特种加工的产生和发展2/6/2023关关键键在在于于：提提高高高高能能束束流流的的品品质质；开开展展特特种种加加工工过过程程的的自自动动控控制制及及计计算算机机建建模模、仿仿真真技技术术的的研研究究；新新材材料料加加工工特特性性研研究究；特特种种加加工工设备的研究等。设备的研究等。1.1 1.1 特种加工的产生和发展特种加工的产生和发展2/6/2023 特特种种加加工工的的分分类类还还没没有有明明确确的的规规定定，一一般般按按能能量量来来源源和和作作用用形形式式以以及及加加工工原原理理可可分分为为下下列列的的形式。形式。1.2 1.2 特种加工的分类特种加工的分类2/6/2023 尽尽管管特特种种加加工工优优点点突突出出，应应用用日日益益广广泛泛，但但是是各各种种特特种种加加工工的的能能量量来来源源、作作用用形形式式、工工艺艺特特点点却却不不尽尽相相同同，其其加加工工特特点点与与应应用用范范围自然也不一样，而且各自还都具有一定的围自然也不一样，而且各自还都具有一定的1.2 1.2 特种加工的分类特种加工的分类2/6/2023局局限限性性。为为了了更更好好地地应应用用和和发发挥挥各各种种特特种种加加工工的的最最佳佳功功能能及及效效果果，必必须须依依据据工工件件材材料料、尺尺寸寸、形形状状、精精度度、生生产产率率、经经济济性性等等情情况况作作具具体体分分析，区别对待，合理选择特种加工方法。析，区别对待，合理选择特种加工方法。1.2 1.2 特种加工的分类特种加工的分类2/6/2023 下下表表对对几几种种常常见见的的特特种种加加工工方方法法进进行行了了综综合比较。合比较。1.2 1.2 特种加工的分类特种加工的分类2/6/20231.2 1.2 特种加工的分类特种加工的分类2/6/20231.3 1.3 对机械制造工艺技术的影响对机械制造工艺技术的影响 1 1）提高了材料的可加工性；）提高了材料的可加工性；材材料料的的可可加加工工性性不不再再与与硬硬度度、强强度度、韧韧性性、脆性等成直接、正比关系脆性等成直接、正比关系2 2）改变了零件的工艺路线；）改变了零件的工艺路线；改改变变了了除除磨磨削削外外其其它它的的切切削削加加工工、成成形形加加工工等都必须安排在热处理之后有习惯等都必须安排在热处理之后有习惯3 3）缩短了新产品的试制周期；）缩短了新产品的试制周期；取取消消了了以以往往开开发发新新产产品品而而带带来来的的一一系系列列制制造造相相应应的的刀刀、夹夹、量量具具等等二二类类夹夹具具的的时时间间，还可以制造非标准的齿轮等还可以制造非标准的齿轮等2/6/20235 5）需重新评估传统结构工艺性。）需重新评估传统结构工艺性。4 4）对产品和零件的结构设计产生较大影响；）对产品和零件的结构设计产生较大影响；自自然然形形成成了了圆圆角角。加加强强了了产产品品的的强强度度。使使产产品品零零件件可可以以更更多多地地采采用用整整体体性性结结构构，增增加了产品的使用寿命加了产品的使用寿命改改变变了了设设计计人人员员的的习习惯惯思思路路，对对一一些些过过去去认认为为很很“坏坏”的的典典型型工工艺艺如如：方方孔孔、小小孔孔、弯孔，也能轻松设计弯孔，也能轻松设计2/6/2023本本 讲讲 小小 结结1、特种加工的产生及发展；、特种加工的产生及发展；2、特种加工的分类；、特种加工的分类；3、特种加工对材料可加工性的结构特种加工对材料可加工性的结构工艺等的影响。工艺等的影响。2/6/2023作作 业：业：1 1、常常规规加加工工工工艺艺和和特特种种加加工工工工艺艺之之间间有有何何关关系系？应应该该如如何何正正确确处处理理常常规规加加工工工工艺艺和和特特种种加加工工工工艺艺之之间间和关系？和关系？（P6 1-3）2 2、特种加工对机械制造工艺技术有何影响？、特种加工对机械制造工艺技术有何影响？3 3、从从特特种种加加工工的的发发生生和和发发展展来来举举例例分分析析科科学学技技术术是是有有哪哪些些事事例例是是“物物极极必必反反”？有有哪哪些些事事例例是是“坏坏事事有时变为好事有时变为好事”？（P6 1-1）2/6/20231、答答：一一般般而而言言，常常规规工工艺艺是是在在切切削削、磨磨前前、研研磨磨等等技技术术进进步步中中形形成成和和发发展展起起来来的的行行之之有有效效的的实实用用工工艺艺。而而且且今今后后也也始始终终是是主主流流工工艺艺。但但是是随随着着难难加加工工的的新新材材料料、复复杂杂表表面面和和特特殊殊要要求求的的零零件件越越来来越越多多，常常规规，传传统统工工艺艺必必然然会会有有所所不不适适应应。所所以以，可可以以认认为为特特种种加加工工工工艺艺是是常常规规加加工工工工艺艺的的补补充充和和发发展展。特特种种加加工工工工艺艺可可以以在在特特定定的的条条件件下下取取代代一一部部分分常常规规加加工工艺，但不可以取代的排斥主流的常规加工工艺工工艺，但不可以取代的排斥主流的常规加工工艺2 2、答答：1 1）提提高高了了材材料料的的可可加加工工性性；2 2）改改变变了了零零件件的的工工艺艺路路线线；3 3）缩缩短短了了新新产产品品的的试试制制周周期期；4 4）对对产产品品和和零零件件的的结结构构设设计计产产生生较较大大影影响响；5 5）需重新评估传统结构工艺性。）需重新评估传统结构工艺性。2/6/2023