特种加工的几种方法介绍.pdf

第 3 0卷第 6期 2 0 0 9年 6月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r y V0 1 ． 3 0 No． 6 J u n ．2 0 0 9 特种加工的几种方法介绍 韩淑敏 辽宁地质工程职业学院 辽东 丹东 1 1 8 0 0 8 摘要 主要介绍了特种加 S - ． 的产生、 特种加工方法的种类、 特点及应用。分别对电火花加 工、 电解加工、 激光加工的基本原理 、 特点及应用作 以介绍。 关键词 特种加S - ；电火花加工；电解加工；超声波加工；激光加工 中图分类号T G 6 6 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 9 0 6 0 1 1 6 0 4 I n t r o d u c e d No n t r a d i t i o n a l M a c hi ni ng HAN S hurai n L i a o n i n g I n s t i t u t e o f Ge o l o g i c a l E n g i n e e r i n g ， d a n d o n g l 1 8 0 0 8， C h i n a Abs t r a c t T h e e me r g e n c e o f n o nt r a d i t i o n a l ma c h i n i n g， s p e c i a l t y p e s o f p r o c e s s i n g me t h o d s ， c h a r a c t e r i s - t i c s a n d a p p l i c a t i o n s a r e i n t r o d u c e d．Re s p e c t i v e l y， EDM ， e l e c t r o c h e mi c a l ma c h i ni n g； l a s e r p r o c e s s i n g o f t h e b a s i c p r i nc i p l e s， c h a r a c t e r i s t i c s a n d a pp l i c a t i o n s c o u l d be t o i n t r o d u c e ． Ke y wo r d s n o nt r a di t i o n a l ma c h i ni n g； EDM ； ECM ； u l t r a s o n i c p r o c e s s i n g； l a s e r p r o c e s s i n g 1 特种加工特点及分类 1 ． 1 特种加工及特点 特种加工是指利用电能 、 热能、 光能、 化学能 、 声能等进行加工 的方法。主要 用于 高强度 、 高硬 度 、 高韧性 、 高脆性 、 耐高温、 耐磁性等难切削材料 ， 以及精密细小和复杂形状零件的加工。 与传统切削加工工艺相 比特种加工具有 以下 特点 1 主要不是靠机械力和机械能切除金属， 而 是直接利用电能 、 光能 、 声能或几种能量的复合形 式去除金属材料。 2 适应性强 ， 加工范围广 ， 一般不受工件材料 机械物理性 能的限制 ， 可以加工任何硬 、 脆 、 热敏、 耐腐蚀 、 高熔点 、 高硬度 、 高强度 、 特殊性能的金属 石 ＼ ； ＼ ． ．、 睹蛤 ， ＼ - 、 蛉、 蛤、 嵋＼ 、 、 ； 、 、 ； 、 蠕 石 ＼ ． 、 、 、 石 ＼ ； 蛤 ＼ 、 石 l、 石 蛉 石 - 、 牙 齿轮， 其齿形试样 的机械性能在 同等条件下 ， 热处 理后经测试结果见表 3 ， 测试结果表 明各项性能指 标均达到 1 8 C r 2 N i 4 WA钢的性能指标 ， 单齿弯 曲疲 劳强度甚至超过 1 8 C r 2 N i 4 WA钢 。 表 3 性能指标 3结语 1 1 5 C r N i 3 M o A经渗碳淬火获得 的各项性能 指标均与 1 8 C r 2 N i 4 WA钢相 同， 弯曲疲劳强度超过 1 8 C r 2 N i4 WA钢， 齿轮弯曲疲劳强度有所提高。 2 1 5 C r N i 3 M o A钢的热处理工艺 比 1 8 C r 2 N i 4 WA 钢工艺简化， 热处理后的表面硬度值均在技术要求上 限， 耐磨性与 1 8 C r 2 N i 4 WA钢媲美， 由于工艺简化、 耗能 降低、 效率提高， 经济效益显著。 3 试验过程 中受 到检测设 备的限制 ， 有些性 能指标未做， 如测残余奥 氏体耐磨性试验 ， 这些 问 题有待于今后作进一步探讨。 参考文献 [ 1 ] 热处理手册编委会编． 热处理 手册 K] ． 北 京 中国工业出版社 ， 1 9 9 2． [ 2 ] 刘羽辉． 金属材料物理性能检验标准工 作手册 [ K] ． 北京机械工 业 出版社 ， J 9 8 2 ． 3 ] 美 圉钢铁协 会． 航空材料[ M] ． 美 国钢铁协会出版社 ， 1 9 8 0 ． [ 4 冶金工业部 编写 组． 合金 钢手 册 [ K] ． 北 京冶金 工业 出版 社 ， 】 9 8 3 ． 作者简介 姚国臣 1 9 5 5一 ， 吉林梨树人 ， 工程师， 1 9 7 7年毕业于 辽源煤矿学校 ， 现任辽源煤矿机械有限责任公司三分厂厂长． 一 11 6 一 收稿 日期 2 0 0 9 0 21 9 第 3 0卷第 6期 特种加工 的几种方法介绍韩淑敏 V o 1 ． 3 0 N o ． 6 和非金属材料 。 3 加工机理不 同于一般金属切 削加工 ， 不产 生金属宏观切削 ， 不产生强烈 的弹性和塑性 变形 ， 故可获得很低的表面粗糙度及尺寸精度。 4 以柔克 刚， 加工 过程 中无 明显 的机械 力。 多数特种加工不需要工具 ， 有的即使采用工具 ， 也 不直接与工件接触 ， 且几乎不承受加工作用力 ， 故 可加工硬脆材料 ， 甚至工具材料 的硬度 可低于工件 材料的硬度 。 5 可在加工过程 中实现能量转换或组合 ， 便 于实现控制和操作 自动化 ， 适合于二维或三维 复杂 面 、 微细表面 、 微小孔 、 窄缝和低刚度零件的加工。 1 ． 2特种加 工 的 分类 特种加工按照所利用的能量形式来分类 ， 具体 如下 1 电、 热能 电 火花加 工 、 电子束加 工 、 等离 子加工。 2 电 、 机械能离子束加工。 3 电 、 化学能电解加工 、 电解抛光。 4 电 、 化学能 、 机 械能 电解磨削 、 阳极机械 磨削 。 5 光 、 热能激光加工 。 6 化学能化学加工 、 化学抛光 。 7 声 、 机械能超声加工。 8 机械能磨料喷射加工 、 磨料流加工 、 液体 喷射 加工 。 目前 ， 常用 的特种加工方 法有 电火花 加工 、 电 解加工 、 激光加工 、 电子束加工 、 超声波加工等。 2特种加工方法 2 ． 1 电火花 加 工 电火花加工又称放电加工 E D M ， 在特种加工 中是比较成熟的加工工艺 ， 它是模具制造的主要手 段 ， 主要解决难切削加工以及复杂形状工件 的加工 问题 。 2 ． 1 ． 1 电火花加工的基本原理 电火花加 工 时， 脉 冲电源 的一极 接工 具 电极 常用石墨或纯铜制成 ， 另一极接工件 电极。当两 极在绝缘体介质 煤油及矿物油 靠近时， 极 间电压 将两极 间最近点 处的液 体介质 击穿 ， 形成脉 冲放 电。放电区域产生 的瞬时高温 ， 使金属局部熔化甚 至汽化 ， 形 成一个小 凹坑 。脉 冲放 电结 束后 ， 液体 介质恢复绝缘 ， 第 2个脉 冲又在两极 间另一最近点 处击穿放电。如此周而复始高频率地放电 ， 工具 电 极逐渐向工件电极进给 ， 就可将工具 的形状复制到 工件上， 形成所需的加工表面。 2 ． 1 ． 2电火花加工的特点 1 适合各种 难切 削材料 的加工 ， 如淬火钢 和 硬质合金等。 2 可以加工特殊和复杂形状 的表面和零件 ， 如形状复杂 的型腔和型孔等。 3 加工过 程 中无 明显的机械力 ， 因此可 以加 工低刚度 的工件及各种细微结构。 4 可根据需要调节脉 冲参数 ， 在同一 台机床 上进行粗加工 、 半精加工和精加工。 5 主要用于导 电材料的加工。 6 加工速度比较慢 。 7 存在电极损耗。放电过程有部分能量消耗 在工具电极上 ， 导致工 具 电极损耗 ， 影 响工件 的形 状精度。 2 ． 1 ． 3电火花加工 的应用 1 电火花线切割加工 的原理 电火花线切割加工的基 本原理 它是采用细 的 电极丝 铜 丝 、 钨 丝或钼 丝 对工件 进行切割 成形 的。图 1 为电火花线切割加工原理图。工作时 ， 由 脉冲电源 7提供能量 ， 工具 电极丝和工件之 间浇有 工作介质 ， 工件 6由工作 台带动在水平 面 2个方 向 各 自按预定的控制程序 ， 根据放 电间隙状态做伺服 进给移动而完成各种所需轮廓 轨迹 。传动轮带 动 电极丝做正反交替移 动 ， 并不断 与工 件产生放 电， 将工件切割成形 。 图 1 电 火 花 线 切 割 加 工 原 理 图 1 ．工作 台2 ．导 向轮3 ．钼丝4 ．储丝桶5 ．绝缘垫 6 ．工件7 ．脉冲电源 2 电火花的成形加工 电火花成形加工 S E D M 是通过工具 电极的形 状和尺寸相对于工件做进 给运动 ， 将工具 电极 的形 状和尺寸复制在工件上 ， 从而加工 出所需 的零件 ， 它包括 ①电火花型腔加工。电火花型腔加工包括 三维型腔和型面加工以及 电火花雕刻 ， 主要用 于加 工各类热锻模 、 压铸模 、 挤压模 、 塑料模和胶木模 的 型腔 ， 以及各类 叶轮、 叶片 的曲面等。② 电火花穿 孔加工 。电火花穿孔加工主要用 于型孔 圆孔 、 方 孔 、 多边形孑 L 、 异型孔 、 曲线孑 L 、 弯孔 、 螺旋孔 、 小 孔和微孔的加工 。 直径小于 0 ． 2 mm的孔称 细微孔。 目前 ， 国外 已加工出深径 比为 5， 直径为 0 ． 0 1 5 m m 的细微孔 。 我国亦能稳定地加工 出深径 比为 l 0， 直 径为 0 ． 0 5 m m的细微孔。 2 ． 2 电解加 工 2 ． 2 ． 1电解加工的原理 电解加工时 ， 工件始终接直流 电源 1 0～ 2 0 V 的正 阳 极 ， 工具始终接负 阴 极 ， 两极 问保持较 一 l 1 7 V o 1 ． 3 0 N o ． 6 特种加工的几种方法介绍韩淑敏 第 3 0卷第 6期 小的 0 ． 11 mm 间隙 ， 间隙内通 以高速 5～5 0 m ／ s 流动的电解液。当工具 电极不断 向工件 电极 进给时， 工件表面的金属逐渐被 电解腐蚀 ， 电解产 物由电解 液带走。工具 阴极不断地 向工件 阳极恒 速进给 ， 工件表面的金属不断被溶解 ， 从而将工具 阴极 的型面复制在工件 上， 得到 所需要 的零件形 状。 2 ． 2 ． 2电解加工的特点 1 加工范围广 ， 凡是导 电材料都可进行加工 ， 与被加工材料的硬度 、 强度、 韧性等无关。如用 于 加工硬质合金 、 淬火钢 、 不锈钢 、 耐热合金等材料的 零件。 2 靠电流通过电解液时的电化学 阳极溶解作 用来蚀除金属， 生产过程 中不存在机 械力 ， 工件不 承受力和热的作用 ， 不会 引起变形和残余应力 ， 适 用于加王易变形零件或薄壁件。 生产效率高 ， 能以简单的直线进 给运动， 一 次加工 出复杂的型腔 、 型面和型孑 L ， 加工速度 比电 火花加工高 5～l 0倍 ， 直线进给加工速度可达 0 ． 3 1 5 m m／ m i n ， 用于大批量生产 。 4 加工表面的质量好。加工后 表面无 刀痕 、 飞边 、 毛刺 、 表面无残余应力 ， 可以获得 比较小 的表 面粗糙度值 。 5 工具阴极无损耗 ， 可以重复使用。 6 工艺装备简单 、 操作方便 、 对工人操作技术 要求不高。 2 ． 2 ． 3 电解加工的应用 电解加工比电火花加工生产率高， 加工精度不 高 ， 所 以电解加工适合于大批量生产 中精度要求不 高的机械零件 ， 如矿山机械 、 汽车、 拖拉机所需 的锻 模。 目前 ， 运用 电解加工 还可进 行小 到仪表微 细 轴 ， 大到几百千克的转 轴 ， 从各种型孔 、 深小孔 、 型 腔到各种复杂型面， 从各种模具 、 异形零 件到花键、 齿轮等加工。同时亦可进行电解车 、 磨 、 铣 、 切割等 加工。 2． 3激光加 工 激光加工是利用 能量 密度很高 的激光束照射 工件的被加工部位 ， 使工件材料 瞬问融化 或蒸 发， 并在冲击波作用下 ， 将熔融 的物质喷射出去， 从而 对工件进行去除加工或采用能量密度较小 的激光 束， 使加工部位材料熔融黏合， 对工件进行焊接的 方法。 2 ． 3 ． 1 激光加工的基本原理 激光是一种经受激辐射产生的加强光 ， 具有强 度高， 方向性 、 相干性和单色性好 的特点 。利用这 些特点， 将激光束通过光学系统聚焦成直径小到几 微米、 能量密度 1 0 ～l 0 ⅢW／ c m 极高 的、 能产生 温度高达 1 0 0 0 0 c c以上 的光斑。当激光照射到工 件表面上时， 能在极短 的时间内使光斑区域中任何 可熔化、 不可分解的材料熔化 、 蒸发 、 汽化而达到加 工 目的 。 2 ． 3 ． 2 激光加工的特点 1 激光加工属高能束加工， 其功率密度高， 几 乎能加工所有 的金属和非金属 材料 。例如 高熔点 材料 、 高温合金 、 钛合金等各种金属材料 以及陶瓷、 石英 、 金刚石 、 橡胶等非金属材料。 2 激光加土属非接触加工 ， 不需要刀具 ， 几乎 没有机械力 ， 无机械加工变形和工具损耗问题。 3 激光加工速度极高 ， 生产效率高。打一个 孔只需 0 ． 0 0 1 S ， 切割 2 0 mm厚的不锈钢板切割速 度 可达 1 ． 2 7 m ／ mi n ． 4 热影响区域小 ， 热变形小。 5 可在工件移动中加工， 易于控制 ， 便于与机 器人、 自动检测 、 计算机数字控制等先进技术相结 合 ， 易于实现加工过程的 自动化加工。 6 激光可以通过玻璃等透明材料对工件进行 加工。 7 激光经过聚焦 ， 可以形成微米级的光斑， 输 出功率的大小可以调节 ， 因此可 以用于精密微细加 工 。 8 可以达到很高的加工精度和较小 的表面粗 糙度。 2 ． 3 ． 3激光加 工 的应用 激光加工的主要参数为激光的功率密度 、 激光 的波长和输出的脉宽 、 激光照在工件上 的时间及工 件对能量的吸收等 。只要对主要参数进行合理选 用 ， 激光便可以进行多种类型的加工。 目前激光加 工用于精密加工／ J , L 、 窄缝 、 成形切割 、 刻蚀 ， 如金 刚石拉丝模 、 钟表宝石轴承 、 化纤 喷丝孔 、 镍 、 不锈 钢板上进行小孔加工 ， 切割钢板 、 石棉 、 纺织品、 纸 张， 还可进行焊接和热处理等。 1 激光淬火激光淬火主要是用来处理铁基 材料 ， 当激光功率密度 为 1 0 一1 0 W／ c m 时， 即可 对铸铁 、 中碳 钢， 甚至低碳 钢等材料进行激光表面 淬火处理。激光 淬火 主要应用 于交通 、 纺织机械 、 重型机械、 精 密仪器 的制造等 ， 尤 以在汽车制造业 内的应用最为广泛 ， 创造的经济价值最大。在许多 汽车的关键件上 ， 如缸体 、 缸套 、 曲轴 、 凸轮轴 、 排气 阀、 阀座 、 摇臂 、 铝活塞环槽等几乎都可以采用激光 处理 。 2 激光焊接当激光的功率密度为 1 0 ～1 0 W ／ c m ， 照射时问约为0 ． 0 1 S 时， 即可进行激光焊 接。与传统焊接相 比， 激光焊接无需焊料和焊剂 ， 只需将工件的加工区域 “ 热熔” 在 一起 即可。激光 焊接时问较短 ， 热影响区小， 焊缝质量高 ， 既可焊接 同种材料 ， 也可焊 接异种材料 ， 还 可透过玻璃进行 焊接加工。目前 ， 激光焊接技术 已广泛应用于航空 航天 、 武器制造 、 船舶工业 、 汽车制造 、 压力容器制 造、 民用和医用等多个领域。 3 激光切割 激光切 割所需 的功率密度 为 l 0 ～1 0 W／ c m 。金属材料和非金属材料是激光切 一 1 1 8 第 3 0卷第 6期 2 0 0 9年 6月 煤矿机械 Co a l Mi ne Ma c h i n e r y Vo 】 ． 3 O No ． 6 J u n ．2 0 0 9 回产 品 结构韧 减速机液压加载试验 台的研 制 吴振芳 ，厉军 1 ．徐州建筑职业技术学院， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ； 2 ． 徐州金枫液压技术开发有限公司， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 4 摘要 减速机是工程机械 中常用的关键部件 ， 其性能对主机的产品性能和质量会发 生重大 影响 ， 为了在装机之前就能对其性 能有足够的 了解和判断， 特 开发 了一种液压加载的减速机试验 台。 关键 词 减速 机 ； 液 压 ； 加 载 ； 试 验 台 中图分类号 T H 1 3 2 ． 4 6 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 9 0 6 0 1 1 9一 O 2 Re s e a r c h o f Hy d r a ul i c Lo a de d Te s t i ng Ta b l e f o r De c e l e r a t o r WU Zh e nf a n g ， LI J u n ～ 1 ． X u z h o u A r c h i t e c t u r a l F e c h n o l o g y I n s t i t u t e ， X u z h o u 2 2 1 0 0 8 ， C h i n a ； 2 ． X u z h o u J i n f e n g H y d r a u l i c T e c h n o l o g y D e v e l o p i n g C o r p o r a t i o n ， X u z h o u 2 2 1 0 0 4， C h i n a Ab s t r a c t Th e d e c e l e r a t o r i s a c r i t i c a l c o mpo n e n t i n e n g i ne e r i n g ma c h i n e ry．Th e f u nc t i o n h a s a g r e a t i n - flu e nc e o n t h e p e r f o r ma n c e a n d q ua l i t y o f t h e h o s t ． De v e l o p a t e s t t a bl e l o a d e d b y h y d r a u l i c t o t e s t t h e d e c e l e r a t o r b e f o r e a s s e mb l e d t o t h e l l o s t ． Ke y wo r d s d e c e l e r a t o r ； h y d r a u l i c； l o a d； t e s t i n g t a b l e 0前言 减速机是一种通用机械部件 ， 应用在工程机械 的回转 ， 起升机械 中时 ， 其性能对主机影响较大 ， 严 重时会发生重大安全事故。 目前主机厂在对这种部件 的验收是没有 检验 手段的 ， 都是通过装机后 ， 随主机一起进行 出厂试 验。但是在实际工作 中， 这 种检验手段 显得落后 ， 在主机调试过程中才能发现其质量问题 ， 然后再拆 除更换 ， 严重影响主机的生产效率 ， 对产 品的整机 质量影响也比较大。 对减速机装机前就要进行性能检测 ， 以使其性 能和质量能够满足主机质量要求 。为此 ， 开发了减 速机的液压加载试验 台， 能在主机装配前或者零件 进厂时对其产 品质量和可靠性进行检验 ， 对保 障工 程机械主机的产品质量和可靠性有很 大作用 ， 该试 验台可以对工程机械用减速机进行模拟加载试验。 性能 良好 、 工作可靠 。 1 试验台的液压 系统 试 验原 理 图如 图 1 。 、 I ； ll 、 ，、 石 ； 、 扮 ＼ 分蛉 ＼ 、 、 1 、 ＼ 蠕、 、 、 ＼ 石 ＼ 写 I 、 ． 、 ； 写、 割加工的最主要 的应用领域 ， 同时激光还 可通过玻 璃进行切割加工。激光切割具有切割范 围广 、 切割 速度高 、 切缝 窄， 热影响 区小 ， 加工柔性大 等优点 ， 在现代工业 中得到了广泛的应用。 4 激光打孔激光打孔所需 的功率密度一般 为 1 0 ～1 0 w／ c m 。它主要用来加工特殊零件或 特殊材料上 的孔 ， 目前 已应用于火箭发动机和柴油 机 的燃料喷油嘴加工 、 化学纤维 的喷丝头 、 仪表及 钟表中宝石轴承金刚石拉丝模加工等方面。 5 激光存储激光存储就是利用激光进行视 频 、 音频 、 文字 资料 以及计 算机信息 的存 取。它 是 近代激光技术 、 光学系统 、 精密机械 、 电子控制和信 息处理等多方面技术综合应用的产物。 由于特种加工技术具有传 统加工技术无法 比 拟的优点 ， 因此 ， 在现代 加工技术 中占有越来越 重 要的地位。 目前 ， 特种加工仍处 于研 究、 开发 推广 和应用之中， 具有良好 的发展潜力和应用前景 。 参考文 献 [ 1 ] 张海 ， 于辉． 机 械制 造基 础 训练 [ K] ． 北 京 中 国标 准 出版 社 ， 2 0 0 7 ． [ 2j 安美玲． 机械基础 [ M] ． 北京 电子工业出版社， 2 0 0 7 ． [ 3] 魏康 民． 机械制造技术 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 2 0 0 6 ． 作者简介 韩淑敏 1 9 6 5一 ， 女 ， 山东掖县人 ， 本 科 ， 副教授 ， 教师 ， 毕业于东北大学 ， 机械制造专业 ， 主讲 机械基础 、 机械制造 工 艺、 数控 ， 电子信箱 h s ml 9 6 5 1 6 3 ． c o ln ． 一 1 l 9 一 收稿 日期 2 0 0 9 0 21 3