• 复合加工
机械制造基础
1、电解加工
• 原理
– 阳极溶解：溶解速度与电流密度有关 – 工作液高速冲走电解腐蚀物
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电解加工演示
工艺特点
• 对工件材料的适应能力强 – 适应性强：只要导电，无论软、硬、脆 – 加工过程无机械作用力 – 工具电极理论上无消耗（阴极） – 加工效率高于电火花加工 – 加工精度及稳定性不易提高 – 电极设计制造较麻烦，需多次修整 – 防腐蚀及电解泥渣、废液处理问题
如喷气涡轮机叶片、整体涡 轮、注射模的立体成型表面 等
第三，解决各种超精或具有 如对表面质量和精度要求很高， 特殊要求的零件的加工问题。 以及低刚度零件的加工。
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怎么办？
• 发展非机械作用的加工方法 – 电火花 – 化学作用 – 激光 – 超声振动 – 以上作用及切削加工的混合方法
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• 适合加工各种硬脆材料
– 玻璃、陶瓷、宝石、石英、锗、硅、石墨等不导电的 非金属材料
– 淬火钢、硬质合金、不锈钢、钛合金等硬质或耐热导 电的金属材料，但加工效率较低。
• 加工质量较好
– 由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬时局部的冲击作用， 故工件表面的宏观切削力很小，切削应力、切削热更 小，不会产生变形及烧伤
– 第二定律──在不同镀液中以相同的电量进行电镀时， 其各自附积出来的重量与其化学当量成正比。
– 上述第一定律中的“电量”，即为电流强度与时间的 乘积，理论单位是库伦。
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电化学加工应用
• 利用阳极溶解 – 电解：通过电化学反应从工件表面去除金属
• 利用阴极上的沉积作用 – 电镀：在工件表面沉积金属：材料表面装饰保护 – 电铸：在阴极上沉积实现附着加工
• 生产率较低 – 超声加工的面积不够大，而且工具头磨损较大，故生产率较低。
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应
用
实 例
成形孔加工
异形孔加工
型腔加工
雕刻
切割
外螺纹
内螺纹
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表面研磨和抛光
四、激光加工
• 特点：新的先进加工方法 – 非接触加工。激光可视作“光刀”，无“刀具”磨损，无 “切削力”作 用于工件 – 可对多种金属、非金属加工，特别是高硬度、高脆性及高熔点材料 – 与数控系统配合组成激光加工中心，实现多种加工目的 – 激光束能量密度高，是局部加工，加工速度快，热影响区小，工件变形 小，后续加工量小 生产效率高，加工质量稳定可靠
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激光加工方法
• 功能:
–切 割
• 可对铝、铜、镍、陶瓷等材料进行切割加工出各种图形，切割 深度<2.5mm
–打 孔
• 最小孔径Ø 0.03mm，并可对其他金属如：铝、铜、非金属金 刚石、硬质合金、陶瓷、塑料上打孔
–标 记
• 能在多种金属材料上做简单的文字、数字标记
–焊 接
• 可对铝、铜、金、银、镍等金属材料进行点焊、对焊或密封焊 接，焊接熔深<2.5mm
机械制造基础
电铸是在原模表面电沉积金属，然后使两 者分离来制取零件的工艺。 优点： 1)能准确的复制出芯模的表面形貌。如用 电铸镍制造压制唱片或光盘的压膜。 2)可将难以甚至不能进行的内型面加工转 变为容易进行的外型面加工，从而可大大 提高加工零件的精度。如电铸生产特殊型 面的波导管、气切割嘴、塑料注射成型模 具型腔。 3)容易得到由不同金属或金属与非金属组 合的多层结构件。如在芯模上电沉积薄的 金、银、铜层后再缠绕碳纤维．环氧复合 材料来制作轻型波导。 4)可电铸连接某些不能或不便于焊接的材 料。这是电铸加工的一种延伸。如可电铸 连接不锈钢一铝(或钛、铍)接头。
第六讲：特种加工常识
机械制造基础
金工教研室 制造科学与工程学院
2011年春季学期
机械制造基础
第六讲：特种加工常识
工件
机械制造基础
第六讲：特种加工常识
高强度、高硬度、高韧性、
高脆性的金属及非金属材料 第一，解决各种难加工材料的的加工 问题
对机械制造 技术提出了 新的要求
第二，解决各种复杂表面 的加工问题
– 工件表面粗糙度与砂轮磨粒粗 细无关
– 切削温度低，不易变形、裂纹
– 切削力很小，可加工刚度差的 零件
– 加工效率高于普通磨削5～10倍 – 加工精度略低于普通磨削
电解作用和机械磨削相结合的加工过程。导电磨 削时，工件接在直流电源的阳极上，导电的砂轮 接在阴极上，两者保持一定的接触压力，并将电 解液引入加工区。当接通电源后，工件的金属表 面发生阳极溶解并形成很薄的氧化膜，其硬度比 工件低得多，容易被高速旋转的砂轮磨粒刮除， 随即又形成新的氧化膜，又被砂轮磨去。如此进 行，直至达到加工要求为止。
– 电能与化学能作用方式
• 电解ECM、电铸、电刷镀
– 电化学能与机械能作用方式
• 电解磨削ECG、电解珩磨ECH
– 声能与机械作用能作用方式：超声波加工USM – 光能与热能作用方式：激光加工LBM – 电能与机械作用能作用方式：离子束加工IM – 液流能与机械作用能：挤压珩磨AFH、水射流WJC
– 表面粗糙度较低，可达Ra0.63—0.08um – 尺寸精度可达±0.03mm – 适于加工薄壁、窄缝、低刚度零件。
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超声加工的工艺特点
• 工具材料 – 工具可用较软的材料、做成较复杂的形状 – 不需要工具和工件作比较复杂的相对运动，便可加工各种复杂的型 腔和型面
• 超声加工机床 – 结构比较简单，操作、维修也比较方便。
– 可焊接难熔材料 – 可进行微型焊接
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激光雕刻
• 特点
– 适用于多种金属/非 金属材料
– 复杂平面艺术图形
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三维激光内雕刻
• 激光内雕刻
– 在计算机控制下利用激光作为加工手段，在各种形状的透明水晶 玻璃中雕刻出各种立体图案、文字、人物肖像等的设备。
• 激光内雕技术主要用于水晶工艺品的激光内雕刻有传统的 机械雕刻方法有无法比拟的优点：
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特种加工方法的分类
机械制造基础
对机械制造工艺技术产生的影响
• 改变了材料可加工性的认识 • 重新衡量结构工艺性设计原则 • 对零件的结构设计带来重大变革
– 有些复杂结构尽可以设计为整体零件 • 可以进一步优化零件的加工工艺过程
– 淬火工序可以放在特种加工之前，既可以保证精度也不影响加工效率
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激光加工
激光加工原理
全反射镜 工作物质
聚光镜
光泵 电容
触发电路
高压充电源
激光束 部分反射镜
激光束
镀金反射镜 透镜 工件
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采用激光加工必然性
• 激光加工，如：焊接、切割、打孔、打标、热处理和微加工等，解决了许多 常规方法无法解决的难题
• 大大提高了工作效率和加工质量，是先进加工系统必不可少的 • 发达国家的制造业已经步入“光加工”时代
机械制造基础
电解加工实例：穿孔
绝缘层
电极进给 电极
工件
电解液
工件
电极 电解液
电极进给
机械制造基础
电解加工实例：切断
机械制造基础
电解加工实例：型腔
机械制造基础
电解加工实例：其它
电极进给 电解液
内外绝缘层
废料
电解液 成品
废料
电解套料
机械制造基础
型面加工：电解加工整体叶轮
电解磨削
• 工艺特点
– 加工范围广 • 各种硬、韧金属材料
工 – 在一般情况下，生产效率低于切削加工 – 工具电极损耗，影响成形精度
• 可用于
– 电火花穿孔 – 电火花型腔加工 – 磨削、铣制、镗制、表面强化等 – 电火花线切割
机械制造基础
电火花穿孔
机械制造基础
电火花穿孔演示
电火花高速小孔加工
机械制造基础
进给方向
电火花型腔加工
进给方向
工具电极 工件
工作液 工具电极 工件
机械制造基础
激光切割
• 激光切割特色
– 切缝窄，工件变形小 – 非接触 – 与计算机配合高速加工 – 切割非金属是其它方法
不可比的
机械制造基础
激光打孔
• 激光打孔的特色
– 速度快，效率高，尤其 高密度群孔加工
– 大深径比，传统不大于 1：10，激光在碳钢 上 加工0.25mm的小 孔深径比达65：1
机械制造基础
电镀和电刷镀原理
工件
镀液
直流 电源
电镀原理
镀笔
盘子
电刷镀工作原理
用电解的方法将金属沉积于导体(如金属)或非导体(如塑料、陶瓷、玻璃钢 等)表面，从而提高其耐磨性,增加其导电性,并使其具有防腐蚀和装饰功能。
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电刷镀演示
电镀和电刷镀产品
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电铸加工：Electroforming
各种电化学方法的比较
工艺名称 电解加工 电解磨削 电铸加工
电镀与 电刷度
电化学 电化学 电化学 电化学 去除加工 去除加工 附着加工 附着加工
加工原理
阳极溶解
机械磨削 作用5％
电解作用 95％
阴极沉积
剥取沉积层
阴极沉积
附着在表面
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三、超声加工
• 超声加工（Ultra Sonic Machining） – 超声波：高于16000Hz • 超声波在各种介质中传播，其运动轨迹都按余弦函数规律变化 • 超声波可在气体、液体和固体介质中传播，其传播速度与频率、 波长、介质密度等有关 • 超声波可传递很强的能量 • 超声波会产生反射、干涉和共振现象 • 超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化 现象，强化了加工过程的进行