1.特种加工产生背景
随着科技与生产的发展,许多现代工业产品都要求具有高强度、高速度、耐高温、耐低温、耐高压等技术性能,为适应上述各种要求,需要采用一些新材料、新结构,从而对机械加工提出了许多新要求,如高强度合金钢、耐热钢、铝合金、硬质合金等难加工材料的加工;陶瓷、玻璃、人造金刚石、硅片等非金属材料的加工;高精度,表面粗糙度极小的表面加工;复杂型面、薄壁、小孔、窄缝等特殊工件的加工等。此类加工如采用传统的切削加工往往很难解决,不仅效率低、成本高,而且很难达到零件的精度和表面粗糙度要求,有些甚至无法加工。特种加工工艺正是在这种新形势下迅速发展起来的。
2.特种加工的特点
特种加工工艺是直接利用各种能量,如电能、光能、化学能、电化学能、声能、热能及机械能等进行加工的方法。相对于传统的常规加工方法,它又称为非传统加工工艺,它与传统的机械加工方法比较,具有以下特点:
1)“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。
2)加工时主要用电、化学、电化学、声、光、热等能量去除多余材料,而不是主要靠机械能量切除多余材料。
3)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。
4)加工能量易于控制和转换,故加工范围广,适应性强。
由于特种加工方法具有其它加工方法无可比拟的优点,并已成为机械制造科学中一个新的重要领域,在现代加工技术中,占有越来越重要的地位。
3.特种加工的分类
特种加工一般按照所利用的能量形式来分类:
电、热能——电火花加工、电子束加工、等离子弧加工;
电、机械能——离子束加工;
电、化学能——电解加工、电解抛光;
电、化学、机械能——电解磨削、电解珩磨、阳极机械磨削;
光、热能——激光加工;
化学能——化学加工、化学抛光;
声、机械能——超声加工;
机械能——磨料喷射加工、磨料流加工、液体喷射加工。
值得注意的是将两种以上的不同能量和工作原理结合在一起,可以取长补短获得很好的效果,近年来这些新的复合加工方法正在不断出现。
4.各种特种加工方法的比较
表11-1、表11-2、表11-3就各种特种加工方法的工艺能力和经济性、适用的工件形状和材料进行了综合比较。
表11-1各种特种加工方法的工艺能力和经济性
加工方法
| 工艺能力
| 经济性
|
精度
(μm)
| 表面粗糙度(μm)
| 表面损伤层深(μm)
| 加工圆角半径(mm)
| 材料去除率
(mm3/min)
| 设备投资
| 工装
费用
| 工具
消耗
| 能量
消耗
|
电火花成形加工
电子束加工
等离子弧加工
激光加工
电解加工
电解磨削
化学加工
超声加工
磨料喷射加工
| 15
25
125
25
50
20
50
75
50
| 0.2~12.5
0.4~2.5
粗糙
0.4~12.5
0.1~2.5
0.02~0.08
0.4~2.5
0.2~0.5
0.5~1.2
| 125
250
500
125
5.0
5.0
50
25
2.5
| 0.025
2.5p
2.5p
0.025
0.125
0.025
0.10
| 800
1.6
75 000
0.1
1 500
1 500
15
300
0.8
| 中
很高
低
很高
很高
高
中
低
很低
| 高
低
很低
低
中
中
低
低
低
| 高
低
中
低
| 高
低
低
低
高
中
低
低
|
表11-2各种特种加工方法适用的工件形状
加工方法
| 孔
| 通槽
| 型面
| 回转面
| 切割
|
精密小孔直径
| 一般孔长径比
| 精密
| 一般
| 浅
| 深
|
<0.025
(mm)
| >0.025
(mm)
| <20
(mm)
| >20
(mm)
|
电火花加工
等离子弧加工
激光加工
电解加工
化学加工
超声加工
磨料喷射加工
| ×
×
○
×
△
×
×
| ×
×
○
×
△
×
×
| ○
△
△
○
×
○
△
| △
×
□
○
×
□
□
| ○
□
□
△
□
○
□
| ○
□
□
○
△
○
△
| △
×
×
○
×
○
×
| □
□
×
△
×
×
×
| □
○
○
○
○
□
○
| ×
○
△
○
×
×
×
|
注:○—好,△—尚好,□—不好,×—不适用。
表11-3各种特种加工方法适用的材料
加工方法
| 铝
| 钢
| 铁合金
| 高合金钢
| 耐火材料
| 塑料
| 陶瓷
| 玻璃
|
电火花加工
电子束加工
等离子弧加工
激光加工
电解加工
化学加工
超声加工
磨料喷射加工
| △
△
○
△
△
○
□
△
| ○
△
○
△
○
○
△
△
| ○
△
△
△
△
△
△
△
| ○
△
○
△
○
△
□
○
| □
○
□
○
△
□
○
○
| ×
△
□
△
×
□
△
△
| ×
○
×
○
×
□
○
○
| ×
△
×
△
×
△
○
○
|
注:○一好,△一尚好,□一不好,×一不适用。