第一章 概论第一章 概论
1.1 特种加工的概念
1.2 特种加工的特点及发展
1.3 特种加工的分类第一章 概论
1.1 特种加工的概念随着社会生产的需要和科学技术的进步,20世纪 40
年代,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 。 后来,由于各种先进技术的不断应用,产生了多种有别于传统机械加工的新加工方法 。 这些新加工方法从广义上定义为特种加工 (NTM,Non-Traditional Machining)，
也被称为非传统加工技术,其加工原理是将电,热,光,
声,化学等能量或其组合施加到工件被加工的部位上,从而实现材料去除 。
第一章 概论
1.2 特种加工的特点及发展与传统的机械加工相比,特种加工的不同点是：
(1) 不是主要依靠机械能,而是主要用其他能量 (如电,化学,光,声,热等 )去除金属材料 。
(2) 加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力,故加工的难易与工件硬度无关 。
(3) 各种加工方法可以任意复合,扬长避短,形成新的工艺方法,更突出其优越性,便于扩大应用范围 。 如目前的电解电火花加工 (ECDM),电解电弧加工 (ECAM)
就是两种特种加工复合而形成的新加工方法 。
第一章 概论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 。
第一章 概论
(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 。
第一章 概论我国的特种加工技术起步较早 。 20世纪 50年代中期我国工厂已设计研制出电火花穿孔机床,60年代末上海电表厂张维良工程师在阳极 —机械切割的基础上发明了我国独创的快走丝线切割机床,上海复旦大学研制出电火花线切割数控系统 。 但是由于我国原有的工业基础薄弱,特种加工设备和整体技术水平与国际先进水平有不少差距,每年还需从国外进口 300台以上高档电加工机床 。
第一章 概论
1.3 特种加工的分类特种加工的分类还没有明确的规定,一般按能量来源和作用形式以及加工原理可分为表 1-1所示的形式 。
第一章 概论表 1-1 常用特种加工方法的分类表 1-1 常用特种加工方法的分类加 工 方 法 主要能量形式 作用形式 符号电火花成型加工 电能、热能 熔化、气化 E D M
电火花加工电火花线切割加工 电能、热能 熔化、气化 W E D M
电解加工 电化学能 金属离子阳极溶解 E CM (E L M )
电解磨削 电化学能、机械能 阳极溶解、磨削 E G M (E CG )
电解研磨 电化学能、机械能 阳极溶解、研磨 E CH
电铸 电化学能 金属离子阴极沉积 E F M
电化学加工涂镀 电化学能 金属离子阴极沉积 E P M
激光束加工 光能、热能 熔化、气化 L BM
电子束加工 光能、热能 熔化、气化 E BM
离子束加工 电能、机械能 切蚀 IBM
高能束加工等离子弧加工 电能、热能 熔化、气化 P A M
第一章 概论超声加工 声能、机械能 切蚀 U S M
磨料流加工 机械能 切蚀 A F M
物料切蚀加工液体喷射加工 机械能 切蚀 HDM
化学铣削 化学能 腐蚀 C H M
化学抛光 化学能 腐蚀 C H P 化学加工光刻 光能、化学能 光化学腐蚀 P C M
电化学电弧加工 电化学能 熔化、气化腐蚀 E C A M
复合加工电解电化学机械磨削 电能、热能 离子溶解、熔化、切割 M E E C
表 1-1 常用特种加工方法的分类第一章 概论尽管特种加工优点突出,应用日益广泛,但是各种特种加工的能量来源,作用形式,工艺特点却不尽相同,其加工特点与应用范围自然也不一样,而且各自还都具有一定的局限性 。 为了更好地应用和发挥各种特种加工的最佳功能及效果,必须依据工件材料,
尺寸,形状,精度,生产率,经济性等情况作具体分析,区别对待,合理选择特种加工方法 。 表 1-2对几种常见的特种加工方法进行了综合比较 。
第一章 概论表 1-2 几种常见特种加工方法的综合比较加工方法 可加工材料工具损耗率 / %
( 最低 / 平均 )
材料去除率 /
( mm
3
/ m i n )
( 平均 / 最高 )
可达到尺寸精度 / m m
( 平均 / 最高 )
可达到表面粗糙度
Ra / μ m
( 平均 / 最高 )
主要适用范围电火花成型加工
0,1 / 1 0 3 0 / 3 0 0 0 0,0 3 / 0,0 0 3 1 0 / 0,0 4
从数微米的孔、槽到数米的超大型模具、工件等，如各种类型的孔、
各种类型的模具电火花线切割加工较小 ( 可补偿 )
2 0 / 2 0 0
*
( mm
2
/ m i n )
0,0 2 / 0,0 0 2 5 / 0,3 2
切割各种二维及三维直纹面组成的模具及零件，也常用于钼、钨、
半导体材料或贵重金属切削电解加工任 何 导电金属材料，如硬质合金钢、
耐热钢、不锈钢、淬火钢、
钛合金等不损耗 1 0 0 / 1 0 0 0 0 0,1 / 0,0 1 1,2 5 / 0,1 6
从微小零件到超大型工件、模具的加工，如型孔、型腔、抛光、去毛刺等第一章 概论电解磨削 1 / 5 0 1 / 1 0 0 0,0 2 / 0,0 0 1 1,2 5 / 0,0 4
硬质合金钢等难加工材料的磨削，如硬质合金刀具、量具等超声波加 工任何脆性材料
0,1 / 1 0 1 / 5 0 0,0 3 / 0,0 0 5 0,6 3 / 0,1 6
加工脆硬材料，如玻璃、石英、宝石、金刚石、硅等，可加工型孔、
型腔、小孔等激光加工精密加工小孔、窄缝及成型切割、蚀刻，如金刚石拉丝模、钟表宝石轴承 等电子束加 工瞬 时 去 除率很高，受功率限制，平均去除率不高
0,0 1 / 0,0 0 1 1 0 / 1,2 5
在各种难加工材料上打微小孔、切缝、蚀刻、
焊接等，常用于制造大、
中规模集成电路微电子器件离子束加 工任何材料不损耗 ( 三种加工，没有成型用的工具 )
很低 / 0,0 1 μ m / 0,0 1
对零件表面进行超精密、超微量加工、抛光、
刻蚀、掺杂、镀覆等
1.1 特种加工的概念
1.2 特种加工的特点及发展
1.3 特种加工的分类第一章 概论
1.1 特种加工的概念随着社会生产的需要和科学技术的进步,20世纪 40
年代,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 。 后来,由于各种先进技术的不断应用,产生了多种有别于传统机械加工的新加工方法 。 这些新加工方法从广义上定义为特种加工 (NTM,Non-Traditional Machining)，
也被称为非传统加工技术,其加工原理是将电,热,光,
声,化学等能量或其组合施加到工件被加工的部位上,从而实现材料去除 。
第一章 概论
1.2 特种加工的特点及发展与传统的机械加工相比,特种加工的不同点是：
(1) 不是主要依靠机械能,而是主要用其他能量 (如电,化学,光,声,热等 )去除金属材料 。
(2) 加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力,故加工的难易与工件硬度无关 。
(3) 各种加工方法可以任意复合,扬长避短,形成新的工艺方法,更突出其优越性,便于扩大应用范围 。 如目前的电解电火花加工 (ECDM),电解电弧加工 (ECAM)
就是两种特种加工复合而形成的新加工方法 。
第一章 概论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 。
第一章 概论
(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 。
第一章 概论我国的特种加工技术起步较早 。 20世纪 50年代中期我国工厂已设计研制出电火花穿孔机床,60年代末上海电表厂张维良工程师在阳极 —机械切割的基础上发明了我国独创的快走丝线切割机床,上海复旦大学研制出电火花线切割数控系统 。 但是由于我国原有的工业基础薄弱,特种加工设备和整体技术水平与国际先进水平有不少差距,每年还需从国外进口 300台以上高档电加工机床 。
第一章 概论
1.3 特种加工的分类特种加工的分类还没有明确的规定,一般按能量来源和作用形式以及加工原理可分为表 1-1所示的形式 。
第一章 概论表 1-1 常用特种加工方法的分类表 1-1 常用特种加工方法的分类加 工 方 法 主要能量形式 作用形式 符号电火花成型加工 电能、热能 熔化、气化 E D M
电火花加工电火花线切割加工 电能、热能 熔化、气化 W E D M
电解加工 电化学能 金属离子阳极溶解 E CM (E L M )
电解磨削 电化学能、机械能 阳极溶解、磨削 E G M (E CG )
电解研磨 电化学能、机械能 阳极溶解、研磨 E CH
电铸 电化学能 金属离子阴极沉积 E F M
电化学加工涂镀 电化学能 金属离子阴极沉积 E P M
激光束加工 光能、热能 熔化、气化 L BM
电子束加工 光能、热能 熔化、气化 E BM
离子束加工 电能、机械能 切蚀 IBM
高能束加工等离子弧加工 电能、热能 熔化、气化 P A M
第一章 概论超声加工 声能、机械能 切蚀 U S M
磨料流加工 机械能 切蚀 A F M
物料切蚀加工液体喷射加工 机械能 切蚀 HDM
化学铣削 化学能 腐蚀 C H M
化学抛光 化学能 腐蚀 C H P 化学加工光刻 光能、化学能 光化学腐蚀 P C M
电化学电弧加工 电化学能 熔化、气化腐蚀 E C A M
复合加工电解电化学机械磨削 电能、热能 离子溶解、熔化、切割 M E E C
表 1-1 常用特种加工方法的分类第一章 概论尽管特种加工优点突出,应用日益广泛,但是各种特种加工的能量来源,作用形式,工艺特点却不尽相同,其加工特点与应用范围自然也不一样,而且各自还都具有一定的局限性 。 为了更好地应用和发挥各种特种加工的最佳功能及效果,必须依据工件材料,
尺寸,形状,精度,生产率,经济性等情况作具体分析,区别对待,合理选择特种加工方法 。 表 1-2对几种常见的特种加工方法进行了综合比较 。
第一章 概论表 1-2 几种常见特种加工方法的综合比较加工方法 可加工材料工具损耗率 / %
( 最低 / 平均 )
材料去除率 /
( mm
3
/ m i n )
( 平均 / 最高 )
可达到尺寸精度 / m m
( 平均 / 最高 )
可达到表面粗糙度
Ra / μ m
( 平均 / 最高 )
主要适用范围电火花成型加工
0,1 / 1 0 3 0 / 3 0 0 0 0,0 3 / 0,0 0 3 1 0 / 0,0 4
从数微米的孔、槽到数米的超大型模具、工件等，如各种类型的孔、
各种类型的模具电火花线切割加工较小 ( 可补偿 )
2 0 / 2 0 0
*
( mm
2
/ m i n )
0,0 2 / 0,0 0 2 5 / 0,3 2
切割各种二维及三维直纹面组成的模具及零件，也常用于钼、钨、
半导体材料或贵重金属切削电解加工任 何 导电金属材料，如硬质合金钢、
耐热钢、不锈钢、淬火钢、
钛合金等不损耗 1 0 0 / 1 0 0 0 0 0,1 / 0,0 1 1,2 5 / 0,1 6
从微小零件到超大型工件、模具的加工，如型孔、型腔、抛光、去毛刺等第一章 概论电解磨削 1 / 5 0 1 / 1 0 0 0,0 2 / 0,0 0 1 1,2 5 / 0,0 4
硬质合金钢等难加工材料的磨削，如硬质合金刀具、量具等超声波加 工任何脆性材料
0,1 / 1 0 1 / 5 0 0,0 3 / 0,0 0 5 0,6 3 / 0,1 6
加工脆硬材料，如玻璃、石英、宝石、金刚石、硅等，可加工型孔、
型腔、小孔等激光加工精密加工小孔、窄缝及成型切割、蚀刻，如金刚石拉丝模、钟表宝石轴承 等电子束加 工瞬 时 去 除率很高，受功率限制，平均去除率不高
0,0 1 / 0,0 0 1 1 0 / 1,2 5
在各种难加工材料上打微小孔、切缝、蚀刻、
焊接等，常用于制造大、
中规模集成电路微电子器件离子束加 工任何材料不损耗 ( 三种加工，没有成型用的工具 )
很低 / 0,0 1 μ m / 0,0 1
对零件表面进行超精密、超微量加工、抛光、
刻蚀、掺杂、镀覆等
