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1、特种加工常识,6,8,7,2,4,3,1,5,电火花加工,电火花线切割加工,电化学加工,激光加工,电子束和离子束加工,超声加工,快速成形技术,其它特种加工,一、概述,第一节 特种加工的产生和发展,1 特种加工的名称,1.1 特种加工的产生和发展,2 特种加工的发展,从第一次产业革命以来，一直到第二次世界大战以前，并没有产生特种加工的迫切要求，直到1943年,前苏联科学家拉扎连柯夫妇研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被腐蚀掉，开创和发明了电火花加工。,1.1 特种加工的产生和发展,说明：1、国际电加工会议ISEM 历来被称为特种加工领域发
2、展趋势的风向标，该会议3年举行一次。第15届ISEM于2007年4月在美国举行，第16届将于2010年在上海举行。2、电加工及模具 2000年由电加工杂志改名，2001年电加工学会改名为特种加工学会。,1.1 特种加工的产生和发展,3 特种加工与切削加工的区别,1.1 特种加工的产生和发展,正因为特种加工工艺具有上述特点，所以就总体而言，特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属或非金属材料，且专长于加工复杂、微细表面和低刚度的零件。目前，国际上对特种加工技术的研究主要表现在以下几个方面：(1)微细化。目前，国际上对微细电火花加工、微细超声波加工、微细激光加工、微细电化学加工等的研究正方
3、兴未艾，特种微细加工技术有望成为三维实体微细加工的主流技术。(2)特种加工的应用领域正在拓宽。例如，非导电材料的电火花加工，电火花、激光、电子束表面改性等。,1.1 特种加工的产生和发展,(3)广泛采用自动化技术。充分利用计算机技术对特种加工设备的控制系统、电源系统进行优化，建立综合参数自适应控制装置、数据库等，进而建立特种加工的CAD/CAM和FMS系统，这是当前特种加工技术的主要发展趋势。用简单工具电极加工复杂的三维曲面是电解加工和电火花加工的发展方向。目前已实现用四轴联动线切割机床切出扭曲变截面的叶片。随着设备自动化程度的提高，实现特种加工柔性制造系统已成为各工业国家追求的目标。,1.1
4、 特种加工的产生和发展,特种加工技术在国际上被称为21世纪的技术,1.2 特种加工的分类,第二节 特种加工的分类,一般按能量形式和作用原理分类电能与热能作用方式电火花EDM、线切割WEDM、电子束EBM、等离子PAM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,1.3 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响,第三节 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响,由于上述各种特种
5、加工工艺的特点以及逐渐广泛的应用，引起了机械制造工艺技术领域内的许多变革，主要有以下几个方面：,1.3 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响,（1）提高了材料的可加工性,1.3 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响,（2）改变了零件的典型工艺路线,1.3 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响,（3）改变了试制新产品的模式,1.3 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响,（4）特种加工对产品零件的结构设计带来很大的影响,1.3 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响,（5）对传统的结构工艺性的好与坏，需要重新衡量,1.3 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响,（6
6、）特种加工已经成为微细加工和纳米加工的主要手段。,二、电火花加工,苏州三光科技股份有限公司,包志书,电火花加工利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工英文简称EDMElectrical DischargeMachining,电火花加工的机理,1 极间介质的电离、击穿形成放电通道,极间电压升高或极间距离减小极间电场强度增大105V/mm即100V/m左右时产生场致电子发射雪崩电离小于0.1s建立放电通道（电流密度达105106A/cm2（103104A/mm2）,2.2 电火花加工的机理,2 介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀,放电通道
7、形成后电子、正离子运动动能转热能电极表面高温工作液气化、热分解电极材料熔化、气化迅速热膨胀,2.2 电火花加工的机理,3 电极材料的抛出,热膨胀产生微爆炸电极材料抛出大部分抛入工作液中收缩成小颗粒，一小部分飞溅、镀覆、吸附在对面的电极表面上（这种互相飞溅、镀覆以及吸附的现象，在某些条件下可以用来减少或补偿工具电极在加工过程中的损耗）,2.2 电火花加工的机理,4 极间介质的消电离,随着脉冲电压的结束，脉冲电流也迅速降为零，标志着一次脉冲放电结束。但此后仍应有一段间隔时间，使间隙介质消电离，即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度，以免总是重复在同一处发生放电而
8、导致电弧放电，这样可以保证按两极相对最近处或电阻率最小处形成下一击穿放电通道（放电点转移原则）。另外，在加工过程中形成的电蚀产物以及热量等都需要在此阶段排出。由此，为了保证电火花加工过程正常地进行，在两次脉冲放电之间一般都应有足够的脉冲间隔时间t0。,工艺特点,加工适应性强无论硬、脆、软、耐热材料，只要导电就行小孔、薄壁、窄槽、复杂截面同一台电火花机床上，只需要修改参数即可完成粗、半精、精加工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,电火花穿孔,电火花型腔加工,工件,进给方向,进给方向,工作液,工具电极,工件,工具电极,工件,其他电火花加工,其他电火花加工,简单电
9、极多轴联动铣削加工,电火花铣削外形,电火花铣削内形,电火花铣削螺旋槽,工具电极的制造方法,铜电极铣削加工,石墨电极铣削加工,数控电火花成型加工机床,电火花线切割加工(Wire Cut EDM，简称WEDM)是在电火花加工基础上于20世纪50年代末最早在前苏联发展起来的一种工艺形式，是用线状电极(钼丝或铜丝)靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，有时简称线切割。,电火花线切割加工的基本原理是利用移动的细金属导线(铜丝或钼丝)作电极，对工件进行脉冲火花放电、切割成形。,根据电极丝的运行方向和速度，电火花线切割机床通常分为两大类:一类是往复高速走丝(或称快走丝)电火花线切割机床(WEDM-H
10、S)，一般走丝速度为8l0m/s，这是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式;另一类是单向低速走丝(或称慢走丝)电火花线切割机床(WEDM-LS)，一般走丝速度低于0.2m/s，这是国外生产和使用的主要机种。,线切割加工的工艺特点,（1）采用细金属丝作工具电极，不需要制造特定形状的电极。（2）电极丝损耗对加工精度影响较小（3）自动化程度高，柔性大，且操作方便。（4）切割缝隙小，故切割余料可以再利用。（5）加工表面粗糙度值小，但表面有硬化层。（6）热变形小。,线切割机床类型,经济性好，但运丝稳定性差，加工精度相对较低，表面较粗糙。这是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的
11、电火花线切割加工模式。,电极丝运丝速度一般为810m/s，电极丝做往复移动，一般采用钼丝做电极丝,加工液为乳化液。,（1）高速走丝线切割机床(WEDM-HS),（2）低速走丝线切割机床(WEDM-LS),运丝稳定性好，加工精度高，表面质量好，但成本高。这是国外生产和使用的主要机种。,走丝速度慢，一般小于0.2m/s，电极丝做单向移动，一般采用铜丝做电极丝，加工液为去离子水。,线切割数控编程要点目前生产的线切割加工机床都有计算机自动编程功能，即可以将线切割加工的轨迹图形自动生成机床能够识别的程序。高速走丝线切割机床一般采用3B(个别扩充为4B或5B)格式，而低速走丝线切割机床通常采用国际上通用的
12、ISO(国际标准化组织)或EIA(美国电子工业协会)格式。为了便于国际交流和标准化，特种加工学会和特种加工行业协会建议我国生产的线切割控制系统逐步采用ISO代码。,1、线切割3B代码编程 常见的图形都是由直线和圆弧组成的，任何复杂的图形，只要分解为直线和圆弧就可依次分别编程。编程时需用的参数有五个；切割的起点或终点坐标x,y值；切割时的计数长度J(切割长度在x轴或y轴上的投影长度);计数方向G；切割轨迹的类型，称为加工指令Z。,程序格式 我国数控快走丝线切割机床采用统一的五指令3B程序格式，为：,其中B分隔符，用它来区分、隔离x,y和J等数码，B后的数字如为0，则此0可以不写。x,y直线的终点
13、或圆弧起点的坐标值，编程时均取绝对值，以m为单位，最多为6位数。,J计数长度，亦以m为单位，最多为6位数。G计数方向，分GX或GY，即可以按x方向或y方向计数，工作台在该方向每走1m即计数累减1，当累减到计数长度J=0时，这段程序即加工完毕。Z加工指令，分为直线L与圆弧R两大类。直线又按走向和终点所在象限而分为L1、L2、L3、L4四种;圆弧又按第一步进入的象限及走向的顺、逆圆而分为SR1、SR2、SR3、SR4及NR1、NR2、NR3、NR4八种，如图所示。,2、ISO代码编程 ISO编程方式是一种通用的编程方法,这种编程方法与数控铣编程有点类似,使用标准的G指令、M指令等代码。它适用于大部
14、分高速走丝线切割机床和低速走丝线切割机床。其控制功能更为强大，使用更为广泛，将是以后线切割机床的发展方向。,常用ISO编程代码,常用ISO编程代码,常用ISO编程代码,3、自动编程 数控编程可分为人工编程和自动编程两类。人工编程通常是根据图样把图形分解成直线段和圆弧段，并且把每段的起点、终点，中心线的交点、切点的坐标一一定出，按这些直线的起点、终点，圆弧的中心、半径、起点、终点坐标进行编程。当零件的形状复杂或具有非圆曲线时，人工编程的工作量大，容易出错。为了简化编程工作，利用计算机进行自动编程是必然趋势。自动编程使用专用的数控语言及各种输入手段，向计算机输入必要的形状和尺寸数据，利用专门的应用
15、软件即可求得各交、切点坐标及编写数控加工程序所需的数据，编写出数控加工程序传输给线切割机床进行加工。,CAXA线切割软件的应用步骤,图形绘制图形轮廓要求修改成一笔画的封闭轮廓线。轨迹生成图形最终生成可以用来翻译代码的轨迹。生成代码（G代码或3B代码）对代码文件起名并保存。,线切割加工的应用,（1）主要适合直纹面零件加工。,（2）用于高硬度、高熔点等难加 工金属材料。,（3）模具制造、电极制造和复杂零件加工,以下为哈尔滨工业大学特种加工及机电控制研究所利用数控分度转台附件线切割加工出的一些多维复杂曲面样件。,线切割平面零件,线切割立体零件,线切割异型零件,三、电化学加工,电化学加工(Electr
16、ochemical Machining，简称ECM)包括从工件上去除金属的电解加工和向工件上沉积金属的电镀、涂覆、电铸加工两大类。虽然有关的基本理论在19世纪末已经建立，但真正在工业上得到大规模应用，还是20世纪50年代以后的事。目前，电化学加工已经成为我国民用和国防工业中的一个不可或缺的加工手段。基于电化学原理的微细制造技术已成为国际特种加工领域的研究热点。,三、电化学加工,历史1834年：法拉第发现电化学作用原理20世纪50年代才开展大规模应用关键：法拉第定律第一定律在镀液进行电镀时(电解)阴极上所“附积”的金属重量(或阳极所溶蚀者)与所通过的电量成正比。第二定律在不同镀液中以相同的电量进
17、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。,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复合加工,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,工件接阳极，工具接阴极，两极间加直流电压624V,极间保持0.11mm间隙。在间隙处通以 660m/s高速流动的电解液，形成极间导电通路，工件表面材料不断溶解，其溶解物及时被电解液冲走。工具阴极不断进给，保持极间间隙。,三种常用电解液,
18、电解液可分为中性盐溶液、酸性溶液与碱性溶液三大类。中性盐溶液的腐蚀性小，使用时较安全，故应用最普遍。最常用的有NaCl、NaNO3、NaClO3三种电解液。,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、脆非接触加工，加工过程无机械作用力工具电极理论上无消耗（阴极）表面质量好于电火花加工加工效率高于电火花加工，约为电火花加工的510倍加工精度较低电解液有腐蚀和污染作用，需要妥善处理,电解加工工艺及其应用 我国自1958年在膛线加工方面成功地采用了电解加工工艺并正式投产以来，电解加工工艺的应用有了很大发展，逐渐在各种膛线、花键孔、深孔、内齿轮、链轮、叶片、异形零件及模具等方面获
19、得了广泛的应用。,电解加工实例：穿孔,电解加工实例：切断,电解加工实例：型腔,电解加工实例：其它,型面加工：电解加工整体叶轮,型面加工：电解加工整体叶轮,电解倒棱去毛刺,电解刻字,数控展成电解加工,电解磨削的基本原理和特点,电解磨削属于电化学机械加工范畴。电解磨削是由电解作用和机械磨削作用相结合而进行加工的，比电解加工的加工精度高，表面粗糙度小，比机械磨削的生产率高。与电解磨削相近似的还有电解珩磨和电解研磨。,电解磨削,电解磨削,工艺特点加工范围广各种硬、韧金属材料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510倍加工精度略低于
20、普通磨削,电解磨削过程中，金属主要是靠电化学作用腐蚀下来，砂轮起磨去电解产物阳极钝化膜和整平工件表面的作用。,电铸、表面局部涂镀和复合镀加工在原理和本质都属于电镀工艺的范畴，都是和电解相反，利用电镀液中金属正离子在电场的作用下，镀覆沉积到阴极上去的过程。,电铸、涂镀及复合镀加工,电铸加工：Electro Forming,涂镀（刷镀）原理,直流电源,镀液,镀笔,盘子,工件,电镀和电刷镀产品,电镀和电刷镀产品,各种电化学方法的比较,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
21、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,激光是一种受激辐射而得到的加强光。其基本特征：强度高，亮度大 波长频率确定，单色性好 相干性好，相干长度长 方向性好，几乎是一束平行光,工作原理,固体激光器 YAG（结晶母材由钇、铝和石榴石构成）激光器 红宝石激光器,混合气体：氦约80%，氮约15%，CO2 约5%通过高压直流放电进行激励波长10.6m，为不可见光能量效率5%15%,气体激光器CO2激光器,激光器,加工材料范围广，适用于加工各种金属材料和非金属材料，特别适用于加工高熔点材料，
22、耐热合金及陶瓷、宝石、金刚石等硬脆材料。加工性能好，工件可离开加工机进行加工，可透过透明材料加工，可在其他加工方法不易达到的狭小空间进行加工。非接触加工方式，热变形小，加工精度较高。可进行微细加工。激光聚焦后焦点直径理论上可小至1以下，实际上可实现0.01mm的小孔加工和窄缝切割。加工速度快，效率高。激光加工不仅可以进行打孔和切割，也可进行焊接、热处理等工作。激光加工可控性好，易于实现自动控制。加工设备昂贵。,激光加工特点,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0.03mm，并可对其他金属如：铝、铜、非金属金刚石、硬质合金、陶瓷、
23、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,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,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可加工硬脆软材料可在难加工材料上加工斜孔,激光标记,激光标记的特色便于对原材料、半成品、在制品、产品进行分类便于使用、防止假冒 激光标记特点可标记条形码、数字符号图案,激光焊接,激光焊接的优势速度快，效率高，深度大，变形小大深
24、宽比，5：1，最大10：1可焊接难熔材料可进行微型焊接,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,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：采用计算机控制技术和高精度、高效率的伺服控制系统，适应了现代化生产的高效率、快节奏的要求采用激光加工手段，在水晶玻璃内部雕刻出由精细明亮的点组成的精美立体图案利用激光聚焦技术，与水晶体不接触却可在水晶内雕刻出永不磨灭的立体图案激光玻璃内雕刻或标识系统可广泛应用于玻璃装饰行业
25、（如玻璃隔墙、玻璃屏风等）、玻璃制品行业（如玻璃杯、酒杯等）、艺术品行业（如将人像、风景等照片刻入玻璃内）、玻璃家具行业（如玻璃台桌、家具玻璃门等）、防伪（如酒瓶、调味瓶等）,激光雕刻的水晶作品,激光雕刻的水晶作品,激光的其它应用,激光淬火激光淬火是激光快速表面局部淬火工艺的一种高新技术加工，特点:高速加热，高速自冷硬度高，比常规高5-20%淬火应力与变形小激光快速成型加工医学应用：眼科手术等军事应用：对抗演习、雷达、高能束武器信息技术：激光存储（光盘）、光纤通讯,电子束加工(Electron Beam Machining,EBM)和离子束加工(Ion Beam Machining,IBM)是
26、近年来得到较大发展的新兴特种加工。它们在精密微细加工方面，尤其是在微电子学领域中得到较多的应用。电子束加工主要用于打孔、焊接等热加工和电子束光刻化学加工。离子束加工则主要用于离子刻蚀、离子镀膜和离子注入等表面加工。近期发展起来的亚微米加工和纳米加工技术，主要是用电子束加工和离子束加工。,五、电子束和离子束加工技术,真空条件下，利用电流加热阴极发射电子束，经控制栅极初步聚焦后，由加速阳极加速，通过透镜聚焦系统进一步聚焦，使能量密度集中在直径510m斑点内。高速而能量密集的电子束冲击到工件上，被冲击点处形成瞬时高温（几分之一微秒时间内升高至几千摄氏度），工件表面局部熔化、气化直至被蒸发去除。,工作
27、原理,电子束束径小（最小直径可达0.010.05mm），而电子束长度可达束径几十倍，故可加工微细深孔、窄缝。材料适应性广（原则上各种材料均能加工），特别适用于加工特硬、难熔金属和非金属材料。非接触加工，无工具损耗；无切削力，加工时间极短，工件无变形。加工速度高，切割1mm厚钢板，速度可达240mm/min。在真空中加工，无氧化，特别适于加工高纯度半导体材料和易氧化的金属及合金。加工设备较复杂，投资较大。多用于微细加工。,特点及应用,电子束加工的应用,控制电子束能量密度的大小和能量注入时间，就可以达到不同的加工目的。如只使材料局部加热就可进行电子束热处理;使材料局部熔化就可进行电子束焊接;提高电
28、子束能量密度，使材料熔化和气化，就可进行电子束打孔、切割等加工;利用较低能量密度的电子束轰击高分子材料时产生化学变化的原理，即可进行电子束光刻加工。,1 离子束加工的原理和物理基础 离子束加工的原理和电子束加工基本类似，也是在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速聚焦，使之撞击到工件表面。不同的是离子带正电荷，其质量比电子大数千、数万倍，如氩离子的质量是电子的7.2万倍，所以一旦离子加速到较高速度时，离子束比电子束具有更大的撞击动能。它是靠微观的机械撞击能量，而不是靠动能转化为热能来加工的。,2 离子束加工分类 离子束加工按照其所利用的物理效应和达到目的的不同，可以分为四类，即利用离子撞击和
29、溅射效应的离子刻蚀，离子溅射沉积和离子镀，以及利用注入效应的离子注入。,3 离子束加工的特点 1)离子束加工是所有特种加工方法中最精密、最微细的加工方法，是当代纳米加工技术的基础。离子束流密度及离子能量可以精确控制，所以离子刻蚀可以达到纳米(0.001 m)级的加工精度。2)由于离子束加工是在高真空中进行，所以污染少，特别适用于对易氧化的金属、合金材料和高纯度半导体材料的加工。3)离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的。它是一种微观作用，宏观压力很小，所以加工应力、热变形等极小，加工质量高，适合于对各种材料和低刚度零件的加工。4)离子束加工设备费用贵，成本高，加工效率低，因此应用范围受到
30、一定限制。,加工非球面透镜能达到其他方法不能达到的精度。离子束蚀刻航天、航空中动压马达止推板和陀螺马达轴上的精密槽线，其槽线深度的尺寸为微米级，其公差值则为纳米级。,离子束加工的应用,1、离子束蚀刻,2 镀膜加工 离子镀技术已用于镀制润滑膜、耐热膜、耐蚀膜、耐磨膜、装饰膜和电气膜等。如在表壳或表带上镀氮化钛膜，这种氮化钛膜呈金黄色，它的反射率与18K金镀膜相近，其耐磨性和耐腐蚀性大大优于镀金膜和不锈钢，其价格仅为黄金的1/60。离子镀装饰膜还用于工艺美术品的首饰、景泰蓝等，以及金笔套、餐具等的修饰上，其膜厚仅1.52m。离子镀膜代替镀硬铬，可减少镀铬公害。23m厚的氮化钛膜可代替2025m的硬
31、铬镀层。航空工业中可采用离子镀铝代替飞机部件镀镉。用离子镀方法在切削工具表面镀氮化钛、碳化钛等超硬层，可以提高刀具寿命。一些试验表明，在高速钢刀具上用离子镀镀氮化钛，刀具寿命可提高1一2倍，也可用于处理齿轮滚刀、铣刀等复杂刀具。,3、离子注入加工 离子注入在半导体方面的应用，在国内外都很普遍，它是用硼、磷等“杂质”离子注人半导体，用以改变导电形式(P型或N型)和制造P-N结，成为制作半导体器件和大面积集成电路的重要手段。离子注入改善金属表面性能方面的应用正在形成一个新兴的领域。利用离子注入可以改变金属表面的物理化学性能，可以制得新的合金，从而改善金属表面的抗蚀性能、抗疲劳性能、润滑性能和耐磨性
32、能等。,六、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,超声加工原理,超声加工是磨料悬浮液中的磨粒，在超声振动下的冲击、抛磨和空化现象综合切蚀作用的结果。其中，以磨粒不断冲击为主由此可见，脆硬的材料，受冲击作用愈容易被破坏，故尤其适于超声加工,超声加工的工艺特点,适合加工各种硬脆材
33、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表面粗糙度较低，可达Ra0.630.08um尺寸精度可达0.03mm适于加工薄壁、窄缝、低刚度零件。,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。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
34、率较低。,成形孔加工,异形孔加工,型腔加工,雕刻,切割,外螺纹,内螺纹,表面研磨和抛光,应用实例,超声波加工机床,超声波加工样件,工作原理：,加工装置,喷嘴材料及工作条件,利用超高压水（或水与磨料的混合液）对工件进行切割（或打孔），又称高压水切割，或“水刀”。,七、水射流加工水刀,水射流加工机,水刀切割机器零件,水刀加砂切割可切割任何材料而不产生热效应或机械应力加砂切割系可完成精密切割,铣削型腔,切割非金属零件,切割金属零件,水刀切割机器零件,水刀切割汽车地毯,水刀雕刻木材,玻璃雕刻,水刀切割：航天工业应用,五轴复合材料切割使用超高压水刀清洗的飞机发动机燃烧罐,水刀切割：石材及陶瓷业应用,加砂
35、水刀在世界各地被运用来切割石材及磁砖,水刀切割：造纸业应用,纸尿片切割超高压水以3倍音速的速度从喷嘴射出，因此并无水份被切割材料吸收纵切器使用超高压水切割每分钟7000英呎运转速度的卷筒纸,水刀切割：食品业应用,家禽肉类切割食品切割是超高压水刀切割最早应用之一,RP技术简介 快速原型制造技术，又叫快速成形技术，（简称RP技术）；英文：RAPID PROTOTYPING（简称RP技术），或 RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING，简称RPM。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是“分层制造，逐层叠加”，
36、类似于数学上的积分过程。,八、RP技术,第八章 RP技术,RP技术的基本原理是：将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结一层接一层的粉末材料（或固化一层又一层的液态光敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。,自美国3D Systems公司1988年推出第一台商品SLA快速成形机以来，已经有十几种不同的成形系统，其中比较成熟的有SL、SLS、LOM、FDM和3DP等方
37、法。,（1）SL（Stereo Lithography）光固化成型、光敏光敏树脂液相固化成型、立体印刷、立体光刻（2）SLS（Selected Laser Sintering）选择性激光烧结、选区激光烧结（3）LOM（Laminated Object Manufacturing）叠层实体制造、分层实体制造、薄片分层叠加成形（4）FDM（Fused Deposition Modeling）熔融沉积制造、熔丝堆积成形（5）3DP（3-Dimensional Printing）三维印刷、三维打印,光固化成形由Charles Hul发明并于1984年获美国专利。1988年美国3D系统公司推出商品化的世
38、界上第一台快速原型成形机。,SL工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长和功率的紫外激光的照射下能迅速发生光聚合反应，相对分子质量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。,光固化成型SL,选择性激光烧结（SLS）,SLS工艺是利用粉末材料(金属粉末或非金属粉末)在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下逐层堆积成形。此法采用CO2激光器作能源，目前使用的造型材料多为各种粉末材料。,选择性激光烧结由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年研制成功。该方法已被美国DTM公司商品化。,A selective laser sintering rapid proto
39、typing machine(DTM 2500 SLS),叠层实体制造（LOM）,LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等作为成形材料，片材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，用CO2激光器(或刀)在计算机控制下按照CAD分层模型轨迹切割片材，然后通过热压辊热压，使当前层与下面已成形配工件层粘接，从而堆积成形。,叠层实体制造由美国Helisys公司于1986年研制成功，并推出商品化的机器。因为常用纸作原料，故又称纸片叠层法。,熔融堆积成形（FDM）,FDM工艺是利用热塑性材料的热熔性、粘结性，在计算机控制下层层堆积成形。图8-9表示了FDM工艺原理，材料先抽成丝状，通过送丝机构送进喷头，在喷头内
40、被加热熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结，层层堆积成形。,熔熔堆积成形工艺由美国学者Dr.Scott Crump于1988年研制成功，并由美国Stratasys公司推出商品化的机器。,FDM 400mc快速成型机,三维打印（3DP）,3DP类似喷墨式打印机之方式，将陶瓷或金属粉末喷洒在一基板，再由一喷嘴喷出黏结剂加以黏结，最后逐层堆积成型。此类系统主要有MIT所发展的3-D Printing系统及Sanders Prototype之3D Plotting。,1）产品设计评估与功能测验；2）快速模具制造；3）医学上的仿生制造；4）艺术品的制造；5）直接制造金属型。,RP技术应用,几种最常用的RP快速成形工艺优缺点比较,An example of the type of FDM parts made by Redeye RPM.,SLS 选择性激光烧结快速成型,3D Rapid Prototyping Character By SLA Laser&CNC Milling,总结,特种加工的对象：难加工零件材料、形状、精度、要求常见的特种加工方法电火花方法（成型、线切割）电化学方法（电解、电铸、涂镀）超声加工高能束加工（激光、电子束、离子束）水射流加工RP技术,
