近年来随着材料向着高强度、高硬度的方向发展,经常需要在一些高硬度高强度的难于加工的材料如模具钢、硬质合金、陶瓷材料和聚晶金刚石等上进行小孔、深孔
加工。这些小孔如果用一般的传统加工方法,加工效率很低或者根本就无法加工,所以现代科学技术和工业生产的发展,对难于加工材料上的小孔加工技术提出了迫切的需求。特种加工技术作为现代机械制造技术中的一个重要组成部分,由于其自身的一些特点,在难加工材料上的小孔加工方面显示出了自己独特的优势。这些小孔的特种加工方法主要包括电火花加工、电解加工、激光加工、超声波加工、电子束加工等。
1.电火花加工
电火花加工是靠火花放电产生的局部、瞬时高温把材料蚀除下来的
加工方法。由于它是一种利用电热进行加工的方法,摆脱了机械加工中工具材料必须比工件材料硬的约束,能以较软的工具加工较硬的工件而且加工过程中切削力很小,对电极的强度和刚度要求很低,所以非常适合小孔加工。从理论上讲,该方法可以在任何硬度的导电材料上加工非常小的孔。虽然该方法在小孔加工方面有着其它方法无可比拟的优越性,但是由于加工小孔时,工具电极截面积小,可用的加工规准小,爆炸力弱,使得电蚀产物留在孔底难以排出。随着加工的进行,放电间隙的电蚀产物浓度越来越高,容易在间隙中搭桥,造成短路,使加工不稳定,而且二次放电的几率越来越高这些不仅使生产率下降,还使得加工质量受到很大影响。因此采用一般的电火花加工方法加工小孔,不仅效率低,质量差, 严重阻碍了该加工方法在深小孔加工方面的应用。虽然人们在电火花穿孔加工过程中采用了电磁振动、超声波振动、定时抬刀及侧向冲油等措施,但仍无法从根本上解决上述问题。
2.电解加工
电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学反应原理而对金属材料进行成型加工的一种工艺方法。当工具阴极向工件不断进给时,工件材料就按工具阴极型面的形状不断地被溶解,电解产物被高速流动的电解液带走。工件上就加工出与阴极形状近似而相反的型面。当把工具阴极做成细管,电解液从管中心高速喷出冲走电解产物时,在工件上就可以加工出小孔。电解加工的特点①不受材料本身的硬度和强度的限制。加工范围广,能在硬质合金、淬火钢、不锈钢、耐热钢合金等材料上加工小孔②生产率高比电火花加工,表面粗糙度低,可达脚③加工中没有切削力,加工表面无残余应力和变形,孔口无毛刺和飞边但由于电解加工小孔的工具阴极的制造比较复杂,加工间隙较大可达幻们,所以加工精度不高,且夹具、机床等有腐蚀的现象,从而限制了电解小孔加工的应用。
3.超声波加工
超声波加工是利用超声频振动的工具端面通过磨料去加工材料的一种工艺方法。当工具为细丝或细管时,就能加工出小孔。超声加工具有以下特点①能在各种硬、脆的材料上打小孔,特别是适于在宝石、陶瓷、玻璃及各种半导体材料上加工小孔②比电火花加工的精度高、表面粗糙度好,且表面无残作应力、烧伤等不良现象③孔径最小可达④机床不需要复杂的运动和高强度,构造简单,操作容易但由于工具很细,工具的制造和装夹都十分困难,且在金属上加工小孔时速度很慢,从而在一定程度上限制了超声波打小孔的应用。目前超声波加工主要用于脆硬的非金属材料加工,国内超声波打小孔机床还未普遍使用,仅在一些用电火花电解加工无法加工的材料上打小孔时才选用超声加工小孔工艺。
