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特种加工技术:电火花、激光、超声波等介绍

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:但是从第一次产业革命以来,一直到第二次世界大战以前,长达150多年都靠机械切削加工的漫长年代里,并没有产生对特种加工的迫切要求,也没有发展特种加工的充分条件。我国的特种加工技术起步较早。生产中应用较多的是电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、电子束和离子束加工,本章将对以上加工方法进行重点介绍。

特种加工技术:电火花、激光、超声波等介绍

特种加工是随着工业技术的发展,高硬度、高韧性、高强度、高脆性等难加工材料的出现,以及制造精密、细小、形状和结构特殊的零件的需要而产生的。

切削加工具有悠久的历史,它对人类的生产和物质文明起到了极大的作用,取得了令人瞩目的进展。一方面,机械加工技术的发展推动了工业技术的发展;另一方面,工业发展过程中又会提出许多崭新的课题,反过来促进机械加工技术的发展。18世纪70年代,英国瓦特就改进了蒸汽机,但苦于制造不出高精度的蒸汽机汽缸,无法推广应用。直到威尔逊于1775年创造和改进了汽缸镗床,解决了蒸汽机主要部件的加工工艺,才使蒸汽机获得广泛应用,引起了世界性的第一次产业革命,使传统的机械加工技术得到了飞速的发展。但是从第一次产业革命以来,一直到第二次世界大战以前,长达150多年都靠机械切削加工(包括磨削加工)的漫长年代里,并没有产生对特种加工的迫切要求,也没有发展特种加工的充分条件。人们的思想还一直局限于18世纪以来传统的用机械能量和切削力来除去多余的金属,以达到加工要求,切削加工在机械制造中仍处于统治地位。

但在长期的生产实践中,人们也发现切削加工存在着明显的缺点。当材料的硬度过高、零件的精度要求过高、零件的结构过于复杂或刚度较差时,常规的切削加工就显得难以适应。第二次世界大战后,特别是进入20世纪50年代以来,随着生产发展和科学实验的需要,很多工业部门(尤其是国防工业部门)要求产品向高精度、高速度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展,所用的材料愈来愈难加工,零件形状愈来愈复杂,精度、表面粗糙度和某些特殊要求也愈来愈高,对机械制造部门提出了下列新的要求:①解决硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、淬硬钢、金刚石、宝石石英以及锗、硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性、难切削的金属及非金属材料的加工问题;②解决喷气涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣、锻压模和注射模的立体成形表面,各种冲模、冷拔模上特殊断面的型孔,炮管内膛线喷油嘴、栅网、喷丝头上的小孔、窄缝等各种特殊复杂表面的加工问题;③解决各种对表面质量和精度要求很高的航天、航空陀螺仪以及细长轴、薄壁零件等低刚度零件的超精加工、光整加工或具有特殊要求的零件的加工问题。要解决上述一系列工艺问题,仅仅依靠传统的切削加工方法很难实现,甚至根本无法实现,人们相继探索研究新的加工方法,特种加工就是在这种前提条件下产生和发展起来的。

1943年,苏联拉扎林可夫妇研究电器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、气化而被蚀除掉,开创和发明了电火花加工方法:用铜丝在淬硬钢上加工出小孔,可用软的工具加工任何硬度的金属材料,首次摆脱了传统的切削加工方法,直接利用电能和热能来去除金属,获得“以柔克刚”的效果。继发明电火花加工之后,人们又不停地进行研究和探索,相继发明、发展了一系列特种加工新方法,如电解加工、超声波加工和激光加工等,从而开创了特种加工的广阔领域

特种加工就是当传统切削加工方法对产品(或材料)无法实施或保证不了规定的精度要求时,而应用物理的(力、热、声、光、电)或化学的方法进行加工的手段。

特种加工之所以能产生和发展,在于它具有常规切削加工所不具有的本质和特点。切削加工的本质和特点:一是靠刀具材料比工件更硬;二是靠机械能把工件上多余的材料切除。而特种加工与传统切削加工方法在原理上的主要区别为:用机械能以外的其他能量(如电、化学、光、声、热等)去除工件上多余的材料,以达到图样上全部技术要求;打破传统的硬刀具加工软材料的规律,刀具硬度可低于被加工材料的硬度,可谓“以柔克刚”;在特种加工中,工具和工件之间不存在显著的机械切削力。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、微细表面和低刚度零件,同时,有些方法还可用于进行超精加工、镜面光整加工和纳米级(原子级)加工。目前,特种加工已成为机械制造中一种重要的加工方法,在航天、电子电机、电器、仪表、汽车等制造工业部门得到了广泛的应用,并为新产品设计打破许多受加工手段限制的禁区,为新材料的研制提供了很好的应用基础。

我国的特种加工技术起步较早。20世纪50年代,我国就开始电火花加工机床的研究与生产,电解加工也应用在国防工业,用来加工炮管内的膛线等;20世纪50年代末,出现“超声波热”,把超声技术用于强化工艺过程和加工;20世纪60年代,我国研制成功第一台仿形电火花线切割机床,电火花线切割得以迅速发展;1963年,哈尔滨工业大学开设特种加工课程。20世纪80年代以来,我国的特种加工技术有了很大发展(特别是20世纪末),但特种加工设备和整体技术与国际领先水平相比还有差距。

特种加工技术已有半个世纪多的发展史,但人们对其分类还没有明确的规定,通常按能量的类型和加工机理可分为:

(1)电能与热能作用方式,包括电火花成形与穿孔加工(EDM)、电火花线切割加工(WEDM)、电子束加工和等离子束加工(PMA);(www.xing528.com)

(2)电能与化学能作用方式,包括电解加工(ECM)、电铸加工(ECM)和刷镀加工;

(3)化学能与机械能作用方式,包括电解磨削(ECG)、电解珩磨(ECH);

(4)声能与机械能作用方式,包括超声波加工(USM);

(5)光能与热能作用方式,包括激光加工(LBM);

(6)电能与机械能作用方式,包括离子束加工(IBM);

(7)液流能与机械能作用方式,包括挤压珩磨(AFH)和水射流切割(WJC)。

生产中应用较多的是电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、电子束和离子束加工,本章将对以上加工方法进行重点介绍。

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