11-3 特种加工《机械制造工艺基础》（劳动版·第八版）河南省（对口招生）装备制造类 知识点讲解

河南省（对口招生）装备制造类《机械制造工艺基础》 知识点讲解 11-3 特种加工 【课程要求】 1.理解数控加工工艺与普通机床加工工艺的异同，熟记适合数控加工、不适宜数控加工的零件加工内容分类判定准则。 2.掌握零件数控工艺分析两大模块：零件图样分析、零件图形数学处理的全部内容。 3.熟记数控加工刀具、夹具选型选用原则，区分单件小批量 / 成批生产的夹具选用差异。 4.熟练掌握加工路线确定五大设计原则，结合沟槽、轮廓、回转类零件案例区分不同走刀方案优劣。 5.掌握切削用量的影响因素与参数选取规范，熟记不同加工余量的余量预留数值。 6.能辨识数控工艺文件：数控加工工序卡、数控刀具明细表的栏目组成、作用与填写规范。 【知识网络】 【知识要点】 知识点1 电火花成形加工 1.定义 采用成形工具电极，在液体介质中，依靠工件与工具电极间歇脉冲火花放电，熔化、汽化工件材料实现型腔 / 型体加工的电火花工艺；配套设备称为电火花成形加工机床。 2.电火花成形机床设备组成 设备五大组成：床身、立柱、主轴头、数控电源柜、工作台及工作液箱，逐一明确各部件功能： · 床身：整机承载基座；立柱：支撑主轴头；主轴头：带动工具电极进给；工作台：装夹工件；工作液箱：储存循环工作液；数控电源柜：输出脉冲电压、数控调控放电参数。 3.完整加工原理 1）放电间隙保持：自动进给调节装置控制工件与成形电极保持微小放电间隙； 2）介质击穿：脉冲电压达到液体工作液击穿电压，击穿绝缘最弱位置形成放电通道； 3）高温蚀除：瞬时放电温度 10000~12000℃，工件与电极表层金属局部熔化、汽化； 4）金属剥离：熔融 / 汽化金属在爆炸力作用下脱落，被循环工作液冷却冲刷为金属微粒带离加工区，工件形成微小凹坑； 5）循环成形：单次放电后工作液绝缘恢复，等待下一轮脉冲放电，反复蚀除，工件复刻出工具电极外形，完成型腔成形。 4.电火花成形加工应用范围 ① 难切削超硬材料：人造聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼（CBN）等传统刀具无法切削的材料成形； ② 复杂异形零件：导电陶瓷、薄壁航空件、微细异形孔、深小孔、狭长缝隙、异形型腔； ③ 热敏敏感材料：脉冲宽度≤8μs 时，单脉冲能量小，工件整体受热变形极小，适配热敏感材料； ④ 镜面精加工：调整放电脉冲参数，同一机床可完成粗、中、精加工，实现镜面加工，易自动化； ⑤ 优化产品结构：可整体加工复杂结构件（如航天火箭涡轮），省去拆分、铆焊工序，简化产品结构、提升零件性能。 知识点2 电火花线切割加工 1.定义 以沿轴线持续运行的金属丝（钼丝 / 铜丝 / 钨铜合金丝）作为工具电极，工件接正极，浸泡在绝缘工作液中，依靠脉冲放电实现工件切割的电火花加工；配套设备为电火花线切割机床。 2. 机床分类 按电极丝运行方式分为快走丝、慢走丝两大类 3.加工原理 本质放电蚀除原理和电火花成形一致，区别：成形用块状成形电极，线切割用线状移动电极丝，依靠电极丝轨迹运动切割工件轮廓。 4.线切割加工工艺特点 ① 复杂异形件加工：加工传统切削难成型的复杂轮廓零件，适合单件、小批量试制； ② 电极损耗小：电极丝不强力挤压工件，工件受力变形极小，电极丝、夹具无高强度要求； ③ 电极无硬度限制：电极丝硬度无需大于工件，任何导电固体材料均可加工（突破传统刀具硬度＞工件的切削规律）； ④ 参数可调易自动化：电参数可按需调整加工精度，数控编程后自动加工； ⑤ 加工局限性 1：不能加工非导电材料； ⑥ 加工局限性 2：金属去除率低、加工成本偏高，不适用于简单形状大批量工件。 5.线切割应用范围 ① 模具加工：冲裁凸模、凸模固定板、凹模、卸料板、粉末冶金模、压铸模等各类模具； ② 新产品试制：新品关键零件直接切割成型，省去开模周期，缩短试制成本； ③ 精密小件加工：精密型孔、样板、精密窄槽等切削难加工的微型精密零件； ④ 贵重金属下料：电极丝最小直径可达 0.02mm，切口损耗极小，节约贵金属原材料。 知识点3 激光加工 1. 激光基础属性 激光是能量高度集中、高亮度、方向性好、单色性优异的相干光，依托光能转化热能实现材料加工。 2. 激光加工定义 高密度激光束照射工件加工区域，材料瞬间熔融 / 汽化，依靠冲击波剥离熔融材料，完成穿孔、蚀刻、切割；低能量激光可实现材料熔合焊接。 3. 激光加工设备组成 四大组成：电源、激光发生器、光学系统、机械工作台； · 激光发生器：电能→光能，生成激光束；光学系统（反射镜 + 聚焦镜）：光路调整 + 光束聚焦；数控工作台：工件装夹 + 数控位移进给；电源：整机供电。 4. 激光加工工艺特点与应用范围 （1）工艺特点 1）无刀具磨损：依靠光束加工，不存在传统刀具 / 电极损耗； 2）工件无机械受力：无切削力挤压，工件不会产生受力变形； 3）加工材料广谱：可加工金属 + 非金属（硬质合金、陶瓷、石英、金刚石等超硬非金属）。 （2）应用领域 1）微孔加工：硬质材料微小孔，金刚石拉丝模、宝石轴承、发动机喷油嘴、航空叶片细小孔； 2）成型加工：板材激光切割下料； 3）特种工艺：激光焊接、工件表面热处理。 【练习题】 一、单项选择题 1. 特种加工区别于传统机械切削加工的核心特点是（ ） A. 加工精度更高 B. 不依靠机械切削力剥离材料 C. 加工速度更快 D. 只能加工金属材料 2. 电火花成形加工的核心加工介质是（ ） A. 空气 B. 绝缘液体工作液 C. 润滑油 D. 乳化液 3. 电火花放电加工过程中，瞬时放电温度可达到（ ） A. 1000～2000℃ B. 5000～8000℃ C. 10000～12000℃ D. 15000～20000℃ 4. 电火花线切割加工所使用的工具电极是（ ） A. 块状成形电极 B. 线状金属丝 C. 硬质合金刀具 D. 激光光束 5. 下列材料中，电火花线切割无法加工的是（ ） A. 硬质合金 B. 模具钢 C. 绝缘陶瓷 D. 铜合金 6. 适合加工精密冲模、凹模、卸料板等模具零件的特种加工工艺是（ ） A. 电火花线切割加工 B. 激光加工 C. 电火花成形加工 D. 传统铣削加工 7. 激光加工的能量转化过程是（ ） A. 电能→热能→光能 B. 电能→光能→热能 C. 光能→电能→热能 D. 热能→光能→机械能 8. 下列不属于电火花成形加工机床组成部件的是（ ） A. 床身立柱 B. 数控电源柜 C. 光学聚焦镜 D. 工作液箱 9. 关于电火花线切割加工特点，下列说法错误的是（ ） A. 工件受力变形极小 B. 可加工任意导电固体材料 C. 适合大批量简单零件加工 D. 贵金属加工损耗小 10. 激光加工相较于传统加工及电火花加工，独有的优势是（ ） A. 可加工超硬非金属材料 B. 加工精度更高 C. 加工速度更快 D. 成本更低 二、判断题 1. 特种加工主要依靠物理、化学复合能量实现材料加工，无需机械切削力。（ ） 2. 电火花成形加工仅能完成粗加工，无法实现镜面精加工。（ ） 3. 电火花成形加工与线切割加工的核心放电蚀除原理完全一致。（ ） 4. 电火花线切割加工中，电极丝硬度必须大于工件材料硬度才能正常加工。（ ） 5. 激光加工过程中无刀具、电极磨损，工件无机械挤压变形。（ ） 6. 电火花加工可以加工人造聚晶金刚石、立方氮化硼等超硬难切削材料。（ ） 7. 线切割加工金属去除率高，适合简单形状零件大批量生产。（ ） 8. 激光加工不仅可以切割、打孔，还可实现材料焊接和表面热处理。（ ） 三、名词解释 1. 特种加工 2. 电火花成形加工 3. 电火花线切割加工 4. 激光加工 四、简答题 简述电火花成形加工的完整加工原理及主要应用范围。 【答案】 一、单项选择题 1.B 2.B 3.C 4.B 5.C 6.A 7.B 8.C 9.C 10.A 二、判断题 1.√ 2.× 3.√ 4.× 5.√ 6.√ 7.× 8.√ 三、名词解释 1. 特种加工：是利用电、磁、声、光、热、液、化学等单一或复合能量，对工件材料进行去除、堆积、变形、改性、镀覆的非传统加工工艺，无需依靠机械切削力剥离材料，可加工传统刀具难以切削的特殊材料与复杂结构零件。 2. 电火花成形加工：采用成形工具电极，在绝缘液体介质中，依靠工件与工具电极之间的间歇脉冲火花放电，使工件表层金属熔化、汽化蚀除，从而复刻电极外形、完成工件型腔与型体加工的电火花加工工艺。 3. 电火花线切割加工：以持续运行的线状金属丝作为工具电极，工件浸泡在绝缘工作液中，依靠脉冲放电蚀除工件材料，通过电极丝数控轨迹运动实现工件轮廓切割的特种加工工艺。 4. 激光加工：利用激光发生器产生高亮度、高方向性的高密度激光束，照射工件加工区域，将光能转化为热能，使材料瞬间熔融、汽化剥离，从而完成穿孔、切割、蚀刻、焊接等加工的特种加工工艺。 四、简答题 1. 加工原理 （1）间隙保持：设备自动进给装置控制成形电极与工件保持微小放电间隙； （2）介质击穿：脉冲电压达到工作液击穿电压，绝缘最弱位置形成放电通道； （3）高温蚀除：瞬时高温10000~12000℃，使工件与电极表层金属熔化、汽化； （4）金属剥离：熔融金属在爆炸力作用下脱落，工作液冲刷带走金属微粒，工件形成微小凹坑； （5）循环成形：单次放电后工作液绝缘恢复，持续脉冲放电循环蚀除，最终工件复刻电极外形，完成型腔成形。 2. 主要应用范围 （1）加工人造聚晶金刚石、立方氮化硼等传统刀具无法切削的超硬材料； （2）加工微细异形孔、深小孔、狭长缝隙、复杂异形型腔等传统工艺难成型的结构； （3）适配热敏感材料加工，工件受热变形极小； （4）可实现粗、中、精镜面加工，可整体加工复杂构件，简化产品装配结构。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $