《特种加工技术》教案.pdf

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1、特种加工技术教案特种加工技术教案2016 学年第 2 学期课 程 类 型：理实 一 体 化授 课 班 级：15 级数控 技术授 课 教 师：蔡文 华20XX 年 9 月 21 日一体化教案一体化教案课题名称超声加工理论课时2课题目标1理解超声加工的原理；2掌握超声加工的特点；3 理解超声加工设备的组成及各部分功用；4.理解常用快速成型技术的原理；5.了解超声加工的工艺指标。实训课时2合计课时4授课日期2016.10.22教具多媒体、实物、挂图等教学重点超声加工的基本原理和特点教学难点超声加工设备及其组成部分。教学回顾说明教教学学过过程程一、组织教学。一、组织教学。（5 5 分钟）分钟）1、点名

2、并登记好出勤情况。2、讲解注意事项、检查学生自身安全隐患并排除。3、让学生合编成几个小组、以小组组长为每组负责人。二、导入新课。二、导入新课。（5 5 分钟）分钟）超声加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中或干磨料介质中产生磨料的冲击、拋磨、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料的加工方法。我国超声加工技术的研究始于 20 世纪 50 年代末:1973 年-CNM-2 型超声研磨机。1982 年-超声拉管设备。1987 年-超声频调制电火花与超声波复合的研磨、拋光加工技术。1989 年，我国研制成功超声珩磨装置。1991 年研制成功变截面细长杆超声车削装置。三、理论新授。三、理论新授。（

3、一）超声加工的基本原理和特点（一）超声加工的基本原理和特点（3535 分钟）分钟）（重点讲解）（重点讲解）1 1、超声波及其特性、超声波及其特性声波是一种纵波，可以在气体、液体和固体介质中纵向(前进方向)传播，在传播过程中有反射、折射、共振和损耗等现象发生。声波传播速度 c 与波长 和频率 f 之间的关系为：c=f人耳能感受的声波频率范围是 1616000Hz；频率超过 16000Hz 的纵波称为超声波。频率低于 16Hz 的声波即为次声波。次声波频率低、波长长，所以传播距离很远。次声波的另一个重要特性是有较强的穿透能力，既能穿透空气、海水、土壤，也能穿透飞机机体、舰艇壳件、坦克车体，以及坚固

4、的钢筋混凝土构体。那么，次声波为何会造成人员不流血却出现严重伤亡的现象呢?科学研究表明：人体的内脏，有其固有的振动频率，而这种频率也在 0.0120 赫兹之间，也就是说，它和次声波的频率相似。这样一来，当外来的次声波不管是自然形成的，还是人为制造的，一旦它的振动频率与人体内脏的振动频率相同或接近时，就会引起各种脏器的共振，这一共振便会使人烦躁、耳鸣、头痛、失眠、恶心、视觉模糊、吞咽困难、肝胃功能失调紊乱；严重时，还会使人四肢麻木、胸部有压迫感。特别是与人的腹腔、胸腔和颅腔的固有振动频率一致时，就会与内脏、大脑等产生共振，甚至危及性命。2 2、超声加工的基本原理（结合实物讲解）、超声加工的基本原

5、理（结合实物讲解）超声加工是磨粒在超声振动作用下的机械撞击和抛磨作用以及超声空化作用、液压冲击的综合结果，其中磨粒的撞击作用是主要的。空化作用：当工具端面以很大的加速度离开工件表面时，加工间隙内形成负压和局部真空，在工作液体内形成很多微空腔，当工具端面以很大加速度接近工件表面时，空泡闭合，引起极强的液压冲击波，可以强化加工过程。3 3、超声加工的特点、超声加工的特点1）适合于加工硬脆材料；2）工具形状可以较复杂，而机床结构简单，操作方便；3）宏观切削力很小，所以工件被加工表面完整性较好。（二）超声加工设备及其组成部分（二）超声加工设备及其组成部分（2020 分钟）分钟）（难点，通过观看视频方法

6、讲解）（难点，通过观看视频方法讲解）1 1、超声波发生器、超声波发生器超声发生器将工频交流电转变为有一定功率输出的超声频振荡，以提供工具端面往复振动和去除被加工材料的能量。基本要求：输出功率和频率在一定范围内连续可调；具有频率自动跟踪和自动微调功能；结构简单，工作可靠，价格便宜。2 2、声学部件、声学部件声学部件的作用是把高频电能转变为机械能，使工具端面作高频小振幅振动以进行加工。声学部件由换能器、变幅杆和工具组成。换能器：将高频电振荡转换成机械振动。分压电式及磁致伸缩式。3 3、机床、机床超声波加工时，工具与工件间作用力很小，加工机床只须实现工具的工作进给运动及调整工具与工件间相对位置的运动

7、，因此机床构造较简单，一般包括支撑振动系统的机架、工作台面、进给机构以及床身等部分。国产 CSJ-2 型超声加工机床是其中的代表，如图所示。其振动系统安装在一根能上下移动的导轨上，导轨由上下两组滚动导轮定位，使导轨能灵活可靠地上下移动。工具的向下进给以及对工件施加压力靠振动系统自重，为了能调节压力大小，在机床后面有可加减的平衡重锤，除此之外，还有重锤杠杆加载、弹簧加载、液压或气压加载等加压方式。1-平衡重锤 2-支架 3-工作台 4-工件 5-工具6-悬浮液 7-变幅杆 8-换能器 9-导轨 10-标尺CSJ-2型超声加工机床（三）超声加工工艺指标与影响因素（三）超声加工工艺指标与影响因素（1

8、515 分钟）分钟）1 1、加工速度、加工速度 g/min,mm3/ming/min,mm3/min影响因素：1）工具的振幅与频率；2）进给压力；3）磨料的种类和粒度；4）磨料悬浮液浓度；5）被加工材料。2 2、加工精度、加工精度除受机床、夹具精度影响外，主要由磨料粒度、工具制造精度及磨损状况、工具横向振动、加工深度、被加工材料性质决定。3 3、表面质量的影响、表面质量的影响超声加工具有良好的表面质量，不会产生表面变质层和烧伤。超声加工的表面粗糙度 Ra 一般可达 10.1 m，表面粗糙度值的大小取决于每颗磨粒每次撞击工件表面后留下的凹痕大小，它与磨料颗粒的直径、被加工材料的性质、超声振动的振

9、幅以及磨料悬浮液的成分等有关。四、小结（四、小结（5 5 分钟）分钟）1理解超声加工的原理；2掌握超声加工的特点。五、实操五、实操（一）电解（一）电解-电火花复合加工（电火花复合加工（4040 分钟）分钟）1 1、电解、电解-电火花复合加工原理电火花复合加工原理每个电火花释放的能量越高，会造成的点蚀越大，加工的速度越快，但表面的粗糙度提高。因此，整个电解-电火花加工的操作条件，就是要随时保持工件表面只有一个新放电的点（也就是放电的点要尽量少，甚至没有），让电火花所释放的能量不会过高。电火花加工后的区域，由电解作用来进行表面处理。不但获得电解加工具有的良好表面处理效果、表面完整性、高加工速率以及

10、无工具损耗问题等优点，同时也让工具阴极蚀刻工件得到良好的加工精度。2 2、电解、电解-电火花复合加工机理与特点（结合实物讲解）电火花复合加工机理与特点（结合实物讲解）M+M+H+HM+(a)电解作用阳极深解，阴极析出氢气刀具气泡层+HM+M+HM+HM+HM+HM+HM+HM+H(b)气泡在电极附近集中刀具M+H工件M+HM+HM+M+M+M+HHM+M+M+刀具刀具(c)形成气泡层(d)电子穿越产生电火花，金属溶解气化产生高压气泡带动电解液流动带走金属离子与碎屑 电解作用阳极溶解，阴极析出氢气。氢气泡层形成。电子穿越氢气泡层，瞬间放电产生电火花。金属熔融气化，形成高压气泡。高压气泡带动电解液

11、流动，冷却并带走金属离子与碎屑。电解-电火花复合加工又称为电解电弧加工(electrochemical arc machining,ECAM)。加工过程必须避免形成稳态电火花（即在相同位置持续放电），并且可以借着控制电火花的放电强度进行不同的加工。3 3、应用、应用 孔加工。必须控制加工参数使加工的工具底部发生电火花去除材质产生坑洞，并且坑洞侧面产生足够的电解作用使孔侧壁平整。型腔加工。中、英学者合作以电解-电火花进行半圆弧二维型面及长方形槽加工。光整加工。采用微秒级脉冲加工电流、低浓度电解液、小间隙及不施加外力让电解液流动的加工条件下，可以获得较佳的整平效果，达到镜面效果，并且保持较高的型面

12、精度。4 4、电解电火花机械磨削、电解电火花机械磨削电解电火花磨削加工是国外 20 世纪 80 年代中期开发成功、并用于生产的一种复合加工新工艺。它是由机械磨削、电解加工、电火花加工形成的复合加工方法(Mechanical grinding and Electrolysis Electrical discharge Combined,MEEC)。（二）超声放电加工（结合实物讲解）（二）超声放电加工（结合实物讲解）（3030 分钟）分钟）1 1、超声电火花线切割复合加工、超声电火花线切割复合加工超声电火花线切割复合加工技术可用来加工难加工材料（如多相渗杂和导电、导热的不均匀性等材料），线电极的超

13、声振动能改善加工间隙状态，增加切割稳定性，提高脉冲利用率，减少断丝的发生。2 2、超声电火花复合打孔、超声电火花复合打孔超声与电火花加工相结合的超声电火花复合打孔，是将超声声学部件固紧在电火花加工机床的主轴头下部，电火花加工用的脉冲电源加到工具（钢针）和工件上（精加工时工件接正极）。加工时，主轴作伺服进给，工具端面作超声振动。特点：提高加工深度和加工速度。提高打孔精度及降低孔的表面粗糙度。对厚度为 3.2mm 的 TC4 材料所进行的加工实验结果。工具电极为 YG6X，被加工孔的直径为 0.2mm，放电峰值电压为 100V，限流电阻为 330 欧姆，极间电容为 5000pF，正极性加工，工作液

14、为煤油。3 3、超声一电解复合加工原理、超声一电解复合加工原理超声电解复合加工是电解加工与超声加工两种工艺方法的复合。4 4、超声一电解复合加工的特点、超声一电解复合加工的特点超声一电解复合加工金属蚀除呈现微量渐进的特点，若磨料粒度及电解、超声工艺参数搭配得当，工件表面逐渐变光滑，能够茯得较好的表面质量。超声一电解复合工艺改善了电解加工的定域性，提高了成形精度，超声一电解复合加工的极间间隙一般小于单一电解加工的间隙，由于超声作用，电解产物的排出条件得以改善，加工速度和过程稳定性均有提高。六、实操小结。六、实操小结。（3 3 分钟）分钟）了解电解-电火花复合加工的原理和特点。七、课后作业。七、课后作业。（2 2 分钟）分钟）P5-3八、整理清洁。八、整理清洁。（5 5 分钟）分钟）1、设备恢复和整理2、整理工量具3、教学场地的清洁4、人走五关（关门、关窗、关灯、关风扇、关工具箱）