南航 刘志东主编,1,特 种 加 工(Non-Traditional Machining),南京航空航天大学机电学院,南航 刘志东主编,2,教 学 计 划 安 排,计划学时：*学时，其中讲授*学时，试验课*学时。 (本课件涵盖的教学内容比较全面，请任课教师根据教学要求及对象对教学内容进行删减或调整)本课程教学特点：内容涵盖面较宽，涉及技术领域广，所需学科知识较多，章与章之间没有必然的知识联系，因此要求同学们认真听课，拓展思维。授课重点在：电火花成形加工；电火花线切割加工；电解加工；激光加工以及电子束加工、离子束加工、超声加工。,南航 刘志东主编,3,第1章 绪论,南京航空航天大学机电学院,南航 刘志东主编,4,1.1 特种加工的产生,特种加工国外亦称“非传统加工” 或“非常规机械加工” ，是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法。它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料的去除、变形、改变性能或被镀覆等工艺。,南航 刘志东主编,5,1943年，前苏联莫斯科大学的拉扎林柯夫妇在研究开关触点（钨合金）遭受火花放电腐蚀损坏时发现电火花的瞬时高温可以使得局部金属熔化、气化而被蚀除，同时将开关触点浸没在油内可以使得放电蚀除均匀并且可以预测大小，获得“以柔克刚”的效果，从而发明了世界第一台电火花加工机床。 几乎是与此同时，美国人Harold Stark, Victor Harding, and Jack Beaver为了解决取出断在铝制液压阀门内的钻头和丝攻的问题，也发明了电火花加工的方法。,南航 刘志东主编,6,扎连科夫妇试验用的钨开关自动点火系统,南航 刘志东主编,7,扎连科夫妇研制的第一台RC电路电火花加工机床,南航 刘志东主编,8,“电火花加工”方法的发明，使人类首次摆脱了传统的以机械能和切削力并且利用比加工材料硬度高的刀具来去除多余金属的历史，进入了利用电能和热能进行“以柔克刚”加工材料的时代。于是一种本质上区别于传统加工的特种加工便应运而生，并不断获得发展。,南航 刘志东主编,9,生产和科学实践特别是国防工业对制造业提出的新加工要求： 1.解决多种难切削材料的加工问题； 2.解决多种特殊复杂表面的加工问题； 3.解决多种超精、光整或具有特殊要求零件的加工 问题。 上述这些加工采用传统加工方法十分困难，甚至无法加工。,南航 刘志东主编,10,.加工时主要用电、化学、电化学、声、光、热等能量形式去除多余材料，而不是主要靠机械能量切除多余材料；“以柔克刚”，特种加工的工具与被加工零件基本不接触，加工时不受工件的强度和硬度的制约，故可加工超硬脆材料和精密微细零件，甚至工具材料的硬度可低于工件材料的硬度；,特种加工有别于传统加工的特点体现在：,南航 刘志东主编,11,.加工机理不同于一般金属切削加工，不产生宏观切屑，不产生强烈的弹、塑性变形，故可获得很低的表面粗糙度，其残余应力、冷作硬化、热影响度等也远比一般金属切削加工小。.适合微细加工，有些特种加工，如超声、电化学、水喷射、磨料流等不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，还能获得高精度、极低粗糙度的加工表面；.两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工形式，加工能量易于控制和转换，加工范围广，适应性强。,南航 刘志东主编,12,1.2 特种加工的分类,特种加工的分类目前还没有明确的规定，一般按能量来源及形式以及作用原理进行划分。,南航 刘志东主编,13,“电火花加工”方法的发明，使人类首次摆脱了传统的以机械能和切削力并且利用比加工材料硬度高的刀具来去除多余金属的历史，进入了利用电能和热能进行“以柔克刚”加工材料的时代。,南航 刘志东主编,14,1.3 特种加工对制造工艺技术的影响及发展,特种加工由于与传统机械加工不同的工艺特点，对机械制造工艺技术产生了显著的影响。例如对材料的可加工性、工艺路线的安排、新产品的试制过程及周期、产品零件设计的结构、零件结构工艺性好坏的衡量标准等产生了一系列的影响。,南航 刘志东主编,15,重大影响体现在：,1.提高材料的可加工性； 2.改变零件的典型工艺路线；（如先淬火后加工） 3.节省试产工装，缩短研制周期；（用线切割切齿轮） 4.改善产品（零件）的结构设计； 5.使传统的结构工艺性衡量标准发生变化； 6.已经成为微细加工和纳米加工的主要手段。,南航 刘志东主编,16,齿轮加工工艺流程比较：,传统加工： 毛坯锻造退火机械加工（车外圆以外圆定位车内孔铣键槽以内圆定位滚齿加工）热处理（渗碳淬火高温回火）精加工（一般是剃齿）电火花线切割加工： 购买现成经过热处理及表面加工的材料（毛坯锻造退火淬火高温回火加工上下表面）电火花加工穿丝孔电火花线切割加工。,南航 刘志东主编,17,特种加工在模具制造中的应用（冲裁模）,南航 刘志东主编,18,特种加工在模具制造中的应用（注塑模）,南航 刘志东主编,19,模具制造的汽车零件,一辆轿车约需要4000套模具，价值23亿人民币，因此仅仅汽车行业模具市场的需求就十分可观。,南航 刘志东主编,20,典型的模具加工厂的生产车间-通用设备,南航 刘志东主编,21,典型的模具加工厂的生产车间-电加工设备,南航 刘志东主编,22,叶 轮,南航 刘志东主编,23,叶 轮 电 解 加 工,南航 刘志东主编,24,特种加工技术不足之处：,(1)一些特种加工技术的加工机理尚需进一步研究。 如电熔爆技术，加工过程比较复杂，不容易控制；(2)加工过程会对环境产生污染。如电化学加工，在 加工过程中产生的废渣和有害气体会对环境和人体健康产生影响；(3)加工精度和生产率还有待提高。特种加工技术普遍存在加工效率较传统机械加工偏低的问题；(4)一些特种加工设备复杂，设备成本高，使用维修费用高。,南航 刘志东主编,25,(1) 向多功能、精密化、智能化方向发展，力求达到标准化、系列化、模块化目的；(2) 扩大应用范围，向复合加工方向发展，开发由不同特种加工技术复合而成的加工方法，如电解电火花加工、电解电弧加工、放电诱导烧蚀加工等复合加工，以扬长避短；3) 着重于特种加工方法的机理研究及工艺方法的研究，从根本上解释其内在的工艺规律并不断提高加工工艺水平；(4) 解决某些特种加工技术对环境的污染问题，向“绿色”及可持续发展工业转化。,特种加工技术发展趋势,