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1、特种加工与其他新技术、新工艺,第一节特种加工工艺,一、概述传统的机械加工技术已有了很久的历史，它对人类的社会发展和物质文明起了极大的作用。1)解决各种难切削材料的加工问题。2)解决各种特殊复杂型面的加工问题。3)解决各种超精密、光整或具有特殊要求的零件的加工问题。4)解决特殊材料、特殊零件的加工问题。1)主要不是依靠机械能而是依靠其他能量(如电能、化学能、光能、声能、热能等)去除工件材料。2)工具硬度可以低于被加工材料的硬度，有的情况下，如高能束加工甚至根本不需要任何工具。3)加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用。,第一节特种加工工艺,4)加工后的表面边缘无毛刺残留，微观形貌“
2、圆滑”。,第一节特种加工工艺,表7-1常用特种加工方法的综合比较,第一节特种加工工艺,表7-1常用特种加工方法的综合比较,第一节特种加工工艺,1)改变了材料的可加工性概念。2)改变了零件的典型工艺路线。3)改变了试制新产品的模式。4)对零件的结构设计产生了很大的影响。5)改变了对零件结构工艺性好坏的衡量标准。6)特种加工已成为微细加工和纳米加工的主要手段。二、电火花加工1.电火花加工的基本原理,第一节特种加工工艺,图7-1电火花加工原理1工件2脉冲电源3进给调节装置4工具5工作液6过滤器7工作液泵,第一节特种加工工艺,1)工具电极和工件电极之间必须始终保持一定的放电间隙，这一间隙随加工条件而定
3、，通常约为几微米至几百微米。2)火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时间(一般为10-710-3s)后，需停歇一段时间，这样才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分，把每一次的放电点分别局限在很小的范围内，避免像电弧持续放电那样，使表面烧伤而无法用于零件加工。,第一节特种加工工艺,图7-2电火花加工表面局部a)单个脉冲放电b)多个脉冲放电,第一节特种加工工艺,图7-3脉冲电源电压波形,3)火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，例如，煤油、皂化液或去离子水等。,第一节特种加工工艺,2.电火花加工的特点(1)电火花加工的优点1)适合于任何难切削材料的加工。2)可以加工特殊及复
4、杂形状的零件。3)由于加工过程中工具电极和工件不直接接触，火花放电时产生的局部瞬时爆炸力很小，电极运动所需的动力也较小，因此没有机械切削力，工件不会产生受力变形，特别适宜加工低刚度工件及微细加工。4)加工表面微观形貌圆滑、无刀痕沟纹等缺陷，工件的棱边、尖角处无毛刺、塌边。5)工艺适应面宽、灵活性大，可与其他工艺结合，形成复合加工。,第一节特种加工工艺,6)直接利用电能加工，便于实现自动化控制。(2)电火花加工的局限性1)一般加工速度较慢，因此，安排工艺时多采用机械加工去除大部分余量，然后再进行电火花加工以求提高生产率。2)存在电极损耗和二次放电。,图7-4电火花加工的加工斜度和圆角现象,第一节
5、特种加工工艺,3)主要加工金属等导电材料，只有在一定条件下才能加工半导体和非导体材料。3.电火花加工的工艺方法分类及其应用,表7-2电火花加工工艺方法分类,第一节特种加工工艺,表7-2电火花加工工艺方法分类,第一节特种加工工艺,表7-2电火花加工工艺方法分类,第一节特种加工工艺,4.电火花线切割加工(1)电火花线切割加工的工作原理与装置1)电火花线切割加工的原理。2)线切割加工的装置。,图7-5高速走丝电火花线切割原理及设备构成a)电火花切割工艺b)电火花切割装置1绝缘底板2工件3脉冲电源4钼丝5导向轮6支架7储丝筒,第一节特种加工工艺,图7-6低速走丝线切割加工设备组成1脉冲电源2工件3工作
6、液箱4纯水5泵6新丝放丝筒7工作台8X轴电动机9数控装置10Y轴电动机11废丝卷筒,第一节特种加工工艺,(2)线切割加工的特点电火花线切割加工过程的机理和工艺，与电火花穿孔成形加工既有共性，又有特性。1)电火花线切割加工与电火花穿孔成形加工的共性表现在：线切割加工的电压、电流波形与电火花穿孔成形加工的基本相似。线切割加工的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律，材料的可加工性等都与电火花穿孔成形加工的基本相似。2)线切割加工相比于电火花穿孔成形加工的不同特点表现在：电极丝直径较小，脉冲宽度、平均电流等不能太大，加工参数的范围较小，只能采用正极性加工。,第一节特种加工工艺,电极丝与工件始终有相对
7、运动，尤其是快速走丝电火花线切割加工，间隙状态可以认为是由正常火花放电、开路和短路这三种状态组成，一般没有稳定的电弧放电。电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象，因为在电极丝和工件之间存在着某种电化学产生的绝缘薄膜介质，只有当电极丝被顶弯所造成的压力和电极丝相对工件的移动摩擦使这种介质减薄到可被击穿的程度，才会发生火花放电。省掉了成形的工具电极，大大降低了成形工具电极的设计和制造费用，缩短了生产准备时间。由于电极丝比较细，可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件。,第一节特种加工工艺,由于采用移动的长电极丝进行加工，单位长度电极丝的损耗少，从而对加工精度的影响较小。采用水或水基工作液不
8、会引燃起火，容易实现安全无人运转。在实体部分开始切割时，需加工穿丝用的预孔。(3)线切割加工的应用范围线切割加工为新产品试制、精密零件及模具制造开辟了一条新的工艺途径，主要应用于以下几个方面。1)加工各类模具。2)各种材料的切断。3)试制新产品。4)加工薄片零件、特殊难加工材料零件。5)加工电火花成形加工用的电极。,第一节特种加工工艺,三、电化学加工1.电化学加工概述(1)电化学加工的基本原理电化学加工(Electro-chemical Machining，ECM)是利用电极在电解液中发生的电化学作用对金属材料进行成形加工的一种特种加工工艺。,图7-7电解液中的电化学反应,第一节特种加工工艺,
9、(2)电化学加工的分类电化学加工按加工原理可以分为三大类。1)利用阳极金属的溶解作用去除金属材料。2)利用阴极金属的沉积作用进行镀覆加工。3)电化学加工与其他加工方法结合完成的电化学复合加工。(3)电化学加工的特点1)适应范围广。2)加工质量高。3)加工过程不需要划分阶段。4)电化学加工对环境有一定程度的污染，必须对电化学加工废弃物进行处理，以免对自然环境造成污染和对人类健康造成危害。2.电解加工,第一节特种加工工艺,(1)电解加工的基本原理电解加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解，将工件加工成形的。,图7-8电解加工实施原理图a)电解加工实施原理与装置b)材料去除开始阶段c)阳极成形过程
10、1电源2阴极3阳极4泵5电解液,第一节特种加工工艺,(2)电解加工的特点1)电解加工较之其他加工方法所具有的优点加工范围广，不受金属材料本身硬度、强度以及加工表面复杂程度的限制。电解加工可以加工硬质合金、淬火钢、不锈钢、耐热合金等高硬度、高强度及高韧性金属材料，并可加工叶片、锻模等各种复杂型面。生产率较高。电解加工约为电火花加工的510倍，在某些情况下，比切削加工的生产率还高，且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。表面粗糙度值较小。电解加工的表面粗糙度Ra可达0.21.25m，平均加工精度可达0.1mm。,第一节特种加工工艺,加工过程不存在机械切削力。电解加工过程由于不存在机械切削力
11、，因此不会产生由切削力所引起的残余应力和变形，也没有飞边毛刺。阴极工具无耗损。电解加工过程中，阴极工具理论上不会耗损，可长期使用。2)电解加工的局限性电解加工不易达到较高的加工精度，加工稳定性也较差，这是由于电解加工间隙电场和流场的稳定性控制等比较困难所致。电解加工的附属设备比较多，占地面积较大，机床要有足够的刚性和防腐蚀性能，造价较高，因此一次性投资较大。加工复杂型腔和型面时，工具的设计、制造和修正比较麻烦，因而不太适应单件生产。,第一节特种加工工艺,电解产物需进行妥善处理，否则将污染环境。(3)电解加工的应用电解加工在解决工业生产中的难题和在特殊行业(如航空、航天)中有着广泛的用途，其主要
12、工艺应用范围参见表7-3。,第一节特种加工工艺,表7-3电解加工的应用范围,第一节特种加工工艺,表7-3电解加工的应用范围,第一节特种加工工艺,3.电化学机械复合加工(1)电化学机械复合加工的原理电化学机械复合加工是由电化学阳极溶解作用和机械加工作用结合起来对金属工件表面进行加工的复合工艺技术，它包括电解磨削、电解珩磨、电解研磨、电化学机械抛光及电化学机械加工等加工工艺。,图7-9电解磨削原理图,第一节特种加工工艺,图7-10中极法电解磨削1普通砂轮2工件3喷嘴4钝化膜5中间电极,第一节特种加工工艺,(2)常用电化学机械复合加工方式简介常用的电化学机械复合加工方式，除了上述电解磨削之外，对于高
13、硬、脆性、韧性材料的内孔、深孔、薄壁套筒，可以采用图7-11所示的电解珩磨工艺方法，进行珩磨或抛光。,图7-11电解珩磨简图1工件2珩磨头3磨条,第一节特种加工工艺,图7-12电解研磨加工(固定磨料方式)1回转装置2工件3电解液4研磨材料5工具电极6主轴,第一节特种加工工艺,4.电化学阴极沉积加工,表7-4电镀、电铸、刷镀(涂镀)和复合镀等阴极沉积工艺的比较,第一节特种加工工艺,图7-13电铸加工原理1电镀槽2阳极3电源4电铸层5原模6搅拌器7电铸液8过滤器9泵10加热器,第一节特种加工工艺,图7-14涂镀加工原理1工件2镀液3电源4镀笔5棉套6容器,第一节特种加工工艺,(1)掩膜制备首先将原
14、图按一定比例放大描绘在纸上或刻在玻璃上，然后通过照相，按所需大小缩小在照相底片上，之后将其紧密贴合在已涂覆感光胶的金属基板上，通过紫外线照射，使金属基板上的感光胶膜按图形感光。(2)电镀将已形成光致抗蚀的基体放入电解脱脂液或氢氧化钠溶液中，进行短时间的阳极氧化处理；也可在铬酸钠或硫酸钠溶液中进行短时间浸渍，然后用水清洗，在表面形成剥离薄膜，以此作阴极，用待镀材料作阳极进行电镀。四、高能束加工,第一节特种加工工艺,在现代先进加工技术中，激光束（Laser Beam MachiningLBM）、电子束（Electron Beam MachiningEBM）、离子束（Ion Beam Machini
15、ngIBM）统称为“三束”，由于它们都具有能量密度极高的特点，因而又被称为“高能束”。1.激光束加工(1)激光加工的工作原理激光也是一种光，它具有一般光的共性(如光的反射、折射、绕射以及相干特性)，也有它独有的特性。,(2)激光加工的特点(3)激光加工应用2.电子束加工3.离子束加工五、超声波加工六、快速成形技术第二节精密、超精密加工和细微加工第三节其他新技术、新工艺简介,图7-15激光加工原理示意图1全反射镜2光泵(激励脉冲氙灯)3激光工作物质4部分反射镜5透镜6工件,(2)激光加工的特点,1)激光加工的瞬时功率密度高达1081010 Wcm2，光能转换为热能，几乎可以加工任何材料，包括金属
16、材料和非金属材料。2)激光光斑大小可以聚焦到微米级，输出功率可以调节，而且加工过程中没有明显的机械力的作用，因此可用于精密微细加工。3)激光加工不需要工具，不存在工具损耗、更换、调整等问题，适用于自动化连续操作。4)和电子束、离子束加工比较起来，激光加工装置比较简单，不需要复杂的抽真空装置。,(2)激光加工的特点,5)激光加工速度快，热影响区小，工件变形极小；激光不受电磁干扰，可以透过透明物质，因此可以在任意透明的环境中操作。6)激光除可以用于材料的蚀除加工外，还可以用来进行焊接、热处理、表面强化或涂覆等加工。7)激光加工是一种瞬时的局部熔化、汽化的热加工，影响因素很多，因此精微加工时，精度尤
17、其是重复精度和表面粗糙度不易保证。8)加工过程中产生的金属气体及火星等飞溅物应注意通风抽走，操作者应戴防护眼镜。,(3)激光加工应用,1)激光打孔。2)激光切割。切割速度快，热影响区小，工件被切部位的热影响层的深度为0.050.1mm，因而热变形小。割缝窄，一般为0.11mm，割缝质量好，切口边缘平滑，无塌边、无切割残渣。切边无机械应力，工件变形极小，适宜于蜂窝结构与薄板等低刚度零件的切割。无刀具磨损，没有接触能量损耗，也不需要更换刀具，切割过程易于实现自动控制。,(3)激光加工应用,激光束聚集后功率密度高，能够切割各种材料，包括如高熔点材料、硬脆材料等难加工材料。可在大气层中或任何气体环境中
18、进行切割，无需真空装置。3)激光焊接。激光照射时间极短，焊接过程极为迅速，它不仅有利于提高生产率，而且被焊材料不易氧化，焊接质量高；激光焊接热影响区极小，适合于对热敏感很强的晶体管组件等的焊接。激光焊接没有焊渣，不需要去除工件的氧化膜，甚至可以透过玻璃进行内部焊接，以防杂质污染和腐蚀，适用于微型精密仪表、真空仪器元件的焊接。,(3)激光加工应用,激光能量密度高，对高熔点、高传导率材料的焊接特别有利；激光不仅能焊接同种材料，而且还可以焊接异类材料，甚至还可进行金属与非金属材料的焊接，例如，用陶瓷作基体的集成电路的焊接。焊接系统具有高度的柔性，易于实现自动化。4)激光表面处理。,(3)激光加工应用
19、,激光相变硬化(激光淬火)。激光相变硬化是利用激光束作热源照射待强化的工件表面，使工件表面材料产生相变甚至熔化，随着激光束离开工件表面，工件的热量迅速向内部传递而形成极高的冷却速度，使表面硬化，从而达到提高零件表面的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度的目的。激光淬火与火焰淬火、感应淬火等相比，具有如下特点：激光表面合金化。激光表面合金化是利用激光束的扫描照射作用，将一种或多种合金元素与基材表面快速熔凝，在基材表层形成一层具有特殊性能的表面合金层。,(3)激光加工应用,激光涂敷。激光涂敷与表面合金化相似，都是在激光加热基体的同时，熔入其他合金材料。但通过控制涂敷过程参数，使基体表面上产生的极薄层的熔化同
20、熔化的涂敷材料实现冶金结合，而涂层材料的化学成分基本上不变，即基体成分几乎没有进入涂层内。激光熔凝。激光熔凝处理是用较高功率密度(104106W/cm2)的激光束，在金属表面扫描，使表层金属熔化，随后快速冷却凝固，冷却速度通常为102106K/s，从而得到细微的接近均匀的表层组织。该表层通常具有较高的耐磨损和耐腐蚀性能。,2)激光切割。,图7-16激光切割原理示意图,2.电子束加工,(1)电子束加工原理电子束加工是在真空条件下，利用聚集后能量密度极高的电子束，以极高的速度(当加速电压为50V时，电子速度可达1.6105km/s)冲击到工件表面极小的面积上，在极短的时间(10-6s)内，其能量的
21、大部分转换为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化和汽化，以实现加工目的。(2)电子束加工的特点(3)电子束加工的应用,(1)电子束加工原理电子束加工是在真空条件下，利用聚集后能量密度极高的电子束，以极高的速度(当加速电压为50V时，电子速度可达1.6105km/s)冲击到工件表面极小的面积上，在极短的时间(10-6s)内，其能量的大部分转换为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化和汽化，以实现加工目的。,图7-17电子束加工原理图1高速加压2电子枪3电子束4电磁透镜5偏转器6反射镜7加工室8工件9工作台及驱动系统10
22、窗口11观察系统,(2)电子束加工的特点,1)能够极其细微地聚焦。2)电子束能量密度很高。3)生产率很高。4)控制方便，容易实现自动化。5)对环境无污染，加工表面纯度高。6)加工材料范围广泛。7)设备投资大，应用有一定的局限性。,图7-18电子束加工喷丝头异形孔,(3)电子束加工的应用,1)高速打孔。2)加工弯孔、型面和特殊面。,图7-19电子束加工曲面弯孔1工件2工件运动方向3电子束,3)焊接。4)热处理。5)电子曝光。,(3)电子束加工的应用,图7-20电子曝光的加工过程1电子束2电致抗蚀剂3基板4金属蒸镀5离子束6金属,3.离子束加工,(1)离子束加工原理离子束加工是利用离子束对材料进行
23、成形或表面改性的加工方法。(2)离子束加工的特点(3)离子束加工的应用,(1)离子束加工原理离子束加工是利用离子束对材料进行成形或表面改性的加工方法。,图7-21各类离子束加工示意图a)离子蚀刻b)溅射沉积c)离子镀d)离子注入1离子源2吸极(吸收电子，引出离子)3离子束4工件5靶材,(1)离子束加工原理离子束加工是利用离子束对材料进行成形或表面改性的加工方法。,1)离子刻蚀(见图7-21a)。2)离子溅射沉积(见图7-21b)。3)离子镀(见图7-21c)。4)离子注入(见图7-21d)。,(2)离子束加工的特点,1)高精度。2)高纯度、无污染。3)宏观压力小。4)成本高、效率低。,(3)离
24、子束加工的应用,1)刻蚀加工。2)镀膜加工。3)离子注入。,五、超声波加工,1.超声波加工的机理与特点2.超声波加工装置的构成及关键部件,1.超声波加工的机理与特点,(1)超声波加工的机理超声波是一种频率超过16000Hz的纵波，它和声波一样，可以在气体、液体和固体介质中纵向传播。1)超声波的作用主要是对其传播方向上的障碍物施加压力，它能传递很强的能量。2)当超声波在液体介质中传播时，将以极高的频率压迫液体质点振动，在液体介质中连续形成压缩和稀疏区域，形成局部“伸”、“缩”冲击效应和空化现象。3)超声波通过不同介质时，在界面上会产生波速突变，产生波的反射和折射现象。4)超声波在一定条件下能产生
25、波的干涉和共振现象。,1.超声波加工的机理与特点,图7-22超声波加工机理1工具2工件3磨料悬浮液4、5变幅杆6换能器7超声波发生器,1.超声波加工的机理与特点,(2)超声波加工的特点1)特别适合硬脆材料的加工。2)加工精度高、质量好。3)工具可用软材料，机床结构简单。4)加工过程中工件受力小。5)生产效率较低。,2.超声波加工装置的构成及关键部件,(1)超声波发生器超声波发生生器也称为超声频发生器，其作用是将工频交流电变为具有一定功率输出的超声频电振荡，为工具端面往复振动带动磨料去除材料提供能量。(2)声学部件声学部件的作用是将高频电能转化成机械振动(动)能，使工具端面形成高频小振幅振动以进
26、行加工；由换能器、变幅杆和工具组成。(3)磨料工作液及其循环系统超声波加工用的磨料有氧化铝、碳化硅及碳化硼等，其粒度大小可根据加工生产率和精度等要求来选定；磨料是依靠人工输送和更换的。,2.超声波加工装置的构成及关键部件,图7-23变幅杆的类型a)锥形b)指数形c)阶梯形,2.超声波加工装置的构成及关键部件,图7-24CSJ2超声波加工机床1支架2平衡物3工作台4工具5变幅杆6换能器7导轨8标尺,2.超声波加工装置的构成及关键部件,图7-25超声波切割成的陶瓷模块,3.超声波加工的应用,2.超声波加工装置的构成及关键部件,(1)加工型孔、型腔超声波加工型孔、型腔，具有加工精度高、表面质量好的优
27、点。(2)切割加工主要切割脆硬的半导体材料，如切割单晶硅片、脆硬的陶瓷刀具等。(3)复合加工主要有超声波电解复合加工、超声波电火花复合加工、超声波抛光与电解超声波复合抛光、超声波磨削切割金刚石、超声波振动车削与振动钻削等。,图7-26超声波电解复合加工小孔1换能器2变幅杆3工具4电解液和磨料5工件6直流电源7超声波发生器,2.超声波加工装置的构成及关键部件,图7-27超声波振动切削加工1换能器2变幅杆3工件4车刀,2.超声波加工装置的构成及关键部件,(4)超声波焊接超声波焊接的原理是利用高频振动产生的撞击能量，去除工件表面的氧化膜杂质，露出新鲜的本体，在两个被焊工件表面分子的撞击下，亲和、熔化
28、并粘接在一起。(5)超声清洗在清洗溶液(煤油、汽油、四氯化碳)中引入超声波，可使精微零件，如喷油嘴、微型轴承、手表机芯、印制电路板和集成电路微电子器件等中的微细小孔、窄缝、夹缝中的脏物、杂质加速溶解、扩散，直至清洗干净。,图7-28超声波清洗装置1控制面板2超声波发生器3冷排管4气相清洗槽5第二超声清洗槽6第一清洗槽7蒸馏回收槽8水分分离器9加热装置10换能器11冷凝器,六、快速成形技术,1.快速成形技术概述2.光敏树脂液相固化成形3.选择性粉末激光烧结成形4.薄片分层叠加成形5.熔丝堆积成形,1.快速成形技术概述,图7-29快速成形工艺流程,(1)构造产品的三维CAD模型应用三维CAD软件(
29、如Pro/E、UG、,1.快速成形技术概述,SolidWorks等)根据产品设计要求设计三维模型，或采用逆向工程技术获取产品的三维模型。(2)三维模型的近似处理用一系列小三角形平面逼近模型上的不规则曲面，从而得到产品的近似模型。(3)三维模型的Z向离散化(即分层处理)将近似模型沿高度方向(Z向)分成一系列具有一定厚度的薄片，提取层片的轮廓信息。(4)处理层片信息，生成数控代码根据层片几何信息，生成层片加工数控代码，用以控制成形机的加工运动。,1.快速成形技术概述,(5)逐层堆积制造在计算机的控制下，根据生成的数控指令，RP系统中的成形头(如激光扫描头等)在XY平面内按截面轮廓进行扫描，固化液态
30、树脂(或切割纸、烧结粉末材料、喷射热熔材料)，从而堆积出当前一个层片，并将当前层与已加工好的零件部分粘合。(6)后处理对完成的原型进行处理，如深度固化、去除支撑、修磨、着色等，使之达到要求。,2.光敏树脂液相固化成形,图7-30SLA工艺原理1激光器2刮刀3可升降工作台4液槽,4.薄片分层叠加成形,图7-31SLS工艺原理1激光器2铺粉滚筒3加工窗口4平面烧结5原料粉末6生成工件7供粉活塞8成形活塞,4.薄片分层叠加成形,图7-32LOM工艺原理1计算机2导向辊3原材料存储及送料机构4工作台5原材料6导向辊7热粘压机构8激光切割系统,5.熔丝堆积成形,图7-33FDM工艺原理,5.熔丝堆积成形
31、,表7-5常用RP快速成形工艺综合比较,第二节精密、超精密加工和细微加工,一、精密加工和超精密加工的概念二、实现精密和超精密加工的条件三、精密加工和超精密加工的特点四、常用的精密、超精密加工和细微加工方法,二、实现精密和超精密加工的条件,1.加工环境(1)恒温温度增加1时，100mm长的钢件会产生1m的伸长，精密加工和超精密加工的加工精度一般都是微米级、亚微米级或更高。(2)防振机床振动对精密加工和超精密加工有很大的危害，为了提高加工系统的动态稳定性，除了在机床设计和制造上采取各种措施外，还必须用隔振系统来保证机床不受或少受外界振动的影响。(3)超净在未经净化的一般环境下，尘埃数量极大，绝大部
32、分尘埃的直径小于1m，也有不少直径在1m以上甚至超过10m的尘埃。2.工具切(磨)削性能,二、实现精密和超精密加工的条件,3.机床设备1)机床主轴有极高的回转精度及很高的刚性和热稳定性。2)机床进给系统有超精确的匀速直线性，保证在超低速条件下进给均匀，不发生爬行。3)为了在超精密加工时实现微量进给，机床必须配备位移精度极高的微量进给机构。4)必须采用微机控制系统、自适应控制系统，避免手工操作引起的随机误差。4.工件材料5.测控技术,三、精密加工和超精密加工的特点,(1)加工对象精密加工和超精密加工都以精密元件、零件为加工对象。(2)多学科综合技术精密加工和超精密加工光凭孤立的加工方法是不可能得
33、到满意的效果的，还必须考虑到整个制造工艺系统和综合技术，在研究超精密切削理论和表面形成机理时，还要研究与其有关的其他技术。(3)加工检测一体化超精密加工的在线检测和在位检测极为重要，因为加工精度很高，表面粗糙度数值很小，如果工件加工完毕后卸下再检测，发现问题就难再进行加工。,三、精密加工和超精密加工的特点,(4)生产自动化技术采用计算机控制、误差补偿、自适应控制和工艺过程优化等生产自动化技术，可以进一步提高加工精度和表面质量，避免手工操作人为引起的误差，保证加工质量及其稳定性。,四、常用的精密、超精密加工和细微加工方法,1.金刚石刀具的超精密切削(1)切削机理金刚石刀具的超精密切削主要是应用天
34、然单晶金刚石车刀对铜、铝等软金属及其合金进行切削加工，以获得极高的精度和极小的表面粗糙度值的一种超精密加工方法。,图7-34刀具刃口圆角半径对背吃刀量的影响a)时,四、常用的精密、超精密加工和细微加工方法,图7-35金刚石刀具的刃磨1工作台2研磨盘3红木顶针4金刚石刀具5刀夹,四、常用的精密、超精密加工和细微加工方法,(2)金刚石刀具的刃磨及切削参数金刚石刀具是将金刚石刀头用机械夹持或粘接方式固定在刀体上构成的。2.精密磨削及金刚石超精密磨削(1)精密磨削及超精密磨削机理精密磨削主要是靠对普通磨料砂轮的精细修整，使磨粒具有较高的微刃性和等高性，等高的微刃在磨削时能切除极薄的金属，从而获得具有极
35、细微磨痕、极小残留高度的加工表面，再加上无火花阶段微刃的滑擦、抛光作用，使工件得到很高的加工精度。,图7-36电解超硬砂轮修锐方法1工件2冷却液3超硬磨料砂轮4电刷5支架6阴极7电解液,四、常用的精密、超精密加工和细微加工方法,(2)金刚石砂轮的修整粗粒度金刚石砂轮的修整常常采用金刚笔车削法和碳化硅砂轮磨削法，形成等高的微刃；这些方法都需工件停止加工并让开位置才能操作，修整器磨损较快，辅助加工时间增多，生产率低。(3)超精密磨床的技术要求1)应具有很高的主轴回转精度和很高的导轨直线度，以保证工件的几何形状精度，通常采用大理石导轨以增加其热稳定性。2)应配备微进给机构，以保证工件的尺寸精度以及砂
36、轮修整时的微刃性和等高性。3)工作台导轨低速运动的平稳性要好，不产生爬行、振动，以保证砂轮修整质量和稳定的磨削过程。,四、常用的精密、超精密加工和细微加工方法,(4)精密及超精密磨削的应用精密及超精密磨削主要用于钢铁材料的精密及超精密加工。3.细微加工技术,四、常用的精密、超精密加工和细微加工方法,表7-6常用的细微加工方法,四、常用的精密、超精密加工和细微加工方法,表7-6常用的细微加工方法,四、常用的精密、超精密加工和细微加工方法,表7-6常用的细微加工方法,第三节其他新技术、新工艺简介,一、直接成形技术二、少无切削加工,一、直接成形技术,1.爆炸成形(1)图7-37a所示为半封闭式爆炸成
37、形的示意图坯料钢板用压边圈压在模具上，并用黄油密封。(2)图7-37b所示为封闭式爆炸成形示意图坯料管料放入上、下模的型腔中，炸药放入管料内。,图7-37爆炸成形示意图a)半封闭式b)封闭式,一、直接成形技术,图7-38爆炸成形应用实例a)高压容器椭圆封头b)不锈钢异形管,2.液压成形,一、直接成形技术,图7-39液压成形示意图a)起始状态b)终止状态,一、直接成形技术,图7-40液压成形应用实例a)中接头零件b)风扇带轮,3.旋压成形,一、直接成形技术,图7-41旋压成形示意图a)在车床上旋压成形b)在专用设备上旋压成形,一、直接成形技术,图7-42旋压成形应用实例a)头盔b)弹头外壳c)航
38、空薄管,4.喷丸成形,一、直接成形技术,图7-43喷丸成形a)喷丸成形示意图b)喷丸成形应用实例,二、少无切削加工,1.滚挤压加工2.滚轧成形加工,图7-44冷轧花键轴示意图,二、少无切削加工,图7-45冷打花键轴示意图,1)滚轧加工属成形法冷轧，,二、少无切削加工,其工件齿形精度取决于轧轮及其安装精度。2)可提高工件的强度及耐磨性。3)生产率高。3.水射流切割技术,图7-46水射流系统液压原理图,二、少无切削加工,(1)水射流切割原理水射流切割是直接利用高压水泵(压力可达到3560MPa)或采用水泵和增压器(可获得1001000MPa的超高压和0.525l/min的较小流量)产生的高速高压液
39、流对工件的冲击作用来去除材料的。(2)水射流切割的特点1)采用常温切割对材料不会造成结构变化或热变形，这对许多热敏感材料的切割十分有利，是锯切、火焰切割、激光切割和等离子体切割等所不能比拟的。2)切割力强，可切割180mm厚的钢板和250mm厚的钛板等。3)切口质量较高，水射流切口的表面平整光滑、无毛刺，切口公差可达0.06mm。,二、少无切削加工,4)由于水射流切割的流体性质，因此可从材料的任一点开始进行全方位切割，特别适宜复杂工件的切割，也便于实现自动控制。5)由于属湿性切割，切割中产生的“屑末”混入液体中，工作环境清洁卫生，也不存在火灾与爆炸的危险。(3)水射流切割的应用由于水射流切割有上述特点，它在机械制造和其他许多领域获得日渐增多的应用。1)汽车制造与维修业采用水射流切割技术加工各种非金属材料。2)造船业用水射流切割各种合金钢板(厚度可达150mm)，以及塑料、纸板等其他非金属材料。3)航空航天工业用水射流切割高级复合结构材料、钛合金、镍钴高级合金和玻璃纤维增强塑料等。,二、少无切削加工,4)铸造厂或锻造厂可采用水射流高效地对毛坯表层的型砂或氧化皮进行清理。5)水射流技术不但可用于切割，而且可对金属或陶瓷基复合材料、钛合金和陶瓷等高硬材料进行车削、铣削和钻削。,图7-47磨料水射流车削加工示意图,
