金属工艺学下册第三章.ppt

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1、金属工艺学（下册）,第三章 常用加工方法综述,切削机床可分为12大类，常用机床及加工方法有以下几种：,下面分别介绍各种加工方法的特点，加工范围及应用。第一节 车削加工 在车床上对工件进行切削加工，主要用于加工回转体另件：如：内外圆柱、圆锥面、切断面、切槽、切断、滚花、车螺纹、车成形面、钻孔、镗孔、扩孔、铰孔等。常用车床有：普通车床、六角车床、立式车床和数控车床等。,一、车削加工范围：（主运动：工件旋转；进给运动：刀具移动）,1工件绕同一固定轴线旋转，易于保证工件各表面的位置精度。,2切削过程比较平稳、生产率高。切削过程是连续的（与刨铣比）、无明显的冲击力和惯性力，便于高速切削、生产率较高。,3

2、刀具结构简单，价格便宜，刃磨、制造方便。,4车床较铣床、磨床价格便宜。,6适合于有色金属的精加工。IT6IT5 Ra0.10.4,二、加工特点：,5、车削加工应用范围很广，,三、车削加工应用：主要用于加工各种回转体零件。,1）轴类、套类、盘类零件,2）长轴类零件,3）不规则外形零件,四、车削加工精度：车削加工可分为粗车、半精车和精车：粗车：加工精度 IT12IT11，表面粗糙度 Ra2512.5 半精车：加工精度 IT10IT9，表面粗糙度 Ra6.33.2 精车：加工精度 IT8IT7，表面粗糙度 Ra1.60.8 精细车有色金属：加工精度 IT6IT5，表面粗糙度 Ra0.10.4 精车有

3、色金属 表面粗糙度 可达Ra0.80.4五、常用车削工艺：,第二节 钻削和镗削加工特点及应用 孔是零件的基本表面之一。孔加工方法有钻孔和镗孔。钻孔一般在钻床上进行，也可以在车床和铣床上加工。镗孔一般在镗床进行，也可以在车床和铣床上加工。,一、钻削及其工艺特点：1、钻床：常用钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床 台式钻床用于加工直径不超过12的小孔，立式钻床常用的有最大加工直径为25、35、50 等几种。摇臂钻床用于加工直径不大于50、或有多孔的大中型工件，如箱体类多孔零件。,大批量生产，广泛使用钻模、多轴钻、组合机床,钻孔的工具：麻花钻头。,2、麻花钻头特点：,钻头工作部分细而长，又有二个较深的

4、螺旋排屑槽，因此，钻头刚度、强度差，切削力过大时容易弯曲。,中心横刃处呈很大的负角，产生很大的轴向力。,有两个对称的切削刃，这二个刃很难磨成对称，容易产生较大的附加力，产生偏斜。,切屑只能通过排屑槽排出，与其它加工方法相比，排屑、传热困难。,因此，3、钻削加工有如下特点：,1）由于上述、原因，钻削加工时容易“引偏”，即在切削力作用下，由于钻头刚度很差，导向性不好，很容易弯曲，引起孔径扩大、孔轴偏斜、孔径不圆等。,在实际加工中，往往采取以下措施来减少“引偏”：,2）排屑困难，切屑容易划伤已加工表面，影响表面粗糙度。,3）切削热传出困难,（1）先用小顶角钻头预钻锥形定心坑，然后用所需钻头钻孔。,（

5、2）用钻套作为钻头导向。,（3）刃磨时尽量使钻头的两个主切削刃对称。,二、钻削加工的应用 1）加工精度较低，表面粗糙(IT10,Ra在12.5以上），生产率也较低。2）一般用于精度要求不同的螺钉孔、油孔，以及内螺纹攻丝前的底孔加工。对于精度要求较高的孔，钻削加工只能作为预加工孔，然后用扩孔和铰孔进行半精加工和精加工。3）在成批大量生产中，为了保证加工精度、提高生产率、降低加工成本，广泛采用钻模、多轴钻或组合机床进行孔加工。,三、扩孔与铰孔,扩孔：用扩孔钻对已有的孔进行扩大加工。,铰孔：对已加工的孔用铰刀进行精加工。,1、扩孔加工的特点：,1）扩孔钻没有横刃，避免了横刃引起的不良影响。,2）扩孔

6、钻有切削部分的和导向部分，孔的轴线位置不易偏离。,3）切削深度较钻孔时小，切屑窄，排屑容易，不易划伤加工表面。,4）排屑槽浅，扩孔钻的刚度，强度较钻头大。,5）刀齿多（34个），导向性好，切削平稳，生产率高。,扩孔加工精度较钻孔高，可达IT10IT9 Ra=3.26.3。,因此，一般孔径30mm的大孔，往往采用先钻孔（直径为孔径的0.50.7倍），再扩孔，效率更高。,2铰孔加工特点：,1）刀齿多2）铰刀有切削部分和修光部分，表面质量好3）铰孔加工余量小 粗铰：0.150.35mm；精铰：0.050.15mm 切削速度低,因此，铰孔时切削力小，切削热低，工件变形小所以加工精度高，表面光洁，一般作

7、为精加工。加工精度可达IT9IT7，Ra可达0.41.6。,四、镗孔 用镗刀对已有的孔进行再加工称为镗孔。,1加工精度：一般精度 IT8IT7 Ra 0.81.6 精镗 IT7IT6 Ra 0.20.8,2应用：,一般回转体零件的孔在车床上车孔。车孔工件转，镗孔刀具转。,箱体类零件的孔或孔系常用镗床加工。,3镗刀：镗孔用镗刀有单刀镗刀和多刃镗力。1）单刃镗刀：单刃镗刀结构简单，使用方便，运用性广，灵活性大。可以较正原有孔轴线的位置偏差。切削量小，只有一个刃参加切削，且刀杆刚度，强度低，所以生产率较扩孔铰孔低。适用于单件，小批量生产。,2）多刃镗刀镗孔：（浮动镗刀）,镗孔时镗刀片在垂直于镗杆轴线

8、方向上自由滑动，两个切削刃位置可自动平衡其位置，可消除镗杆偏斜和安装误差，因此加工精度高。两个切削刃同时切削，生产率较高。刀具成本较高。,第三节 刨削和拉削加工刨削加工是加工零件平面和沟槽的主要加工方法。,一、刨床：牛头刨床 龙门刨床 插床（立式牛头刨床）,主运动：刨刀往复直线移动 工件往复直线移动 刀具往复垂直上下移动,进给运动：工件间歇移动 刨刀间歇移动 工件间歇纵向横向和回转运动,刨削长度 1m 120m,应用 中小件 大件,单件、小批量 批量、几个件一块刨,加工内表面（键槽），多边形孔（直线孔），特别是加工盲孔或有障碍台肩的内表面。,二、刨削加工：主要应用：平面（水平面、侧面、斜面）；

9、,三、刨削加工特点：,1）刨床结构简单,价格便宜,调整、操作方便，通用性好；,2）刨刀形状简单、制造、刃磨、安装方便,3）生产率较低（刨削加工是单刃单行程加工，切削速度低）刨刀返回行程不进行切削，增加辅助时间 to 刨刀切入切出时产生冲击、振动、换向频繁，限制了切削速度的提高Vc 刨刀是单刃刀具,其它：齿条、齿轮、花键、成形面等。,槽（直角槽、燕尾槽、T形槽）；,4）但龙门刨床：行程由几米到几十米，可以把许多工件组装起一块刨削，生产率反而高。5）刨削加工精度 刨削加工一般精度可达：IT8IT7 Ra=1.6m 粗刨：IT12IT11 Ra2512.5m半精刨：IT10IT9 Ra6.33.2m

10、精刨：IT8IT7 Ra3.21.6m宽刀精刨（龙门）：平面度0.02/1000，Ra=0.40.8m四、拉削加工：利用多齿拉刀，逐齿依次从工件表面上拉切下一层很薄的金属层称为拉削加工，拉削加工用的机床称为拉床。,拉削加工的特点：,1）加工精度高，表面粗糙度值很小，一般可达 IT8IT7，Ra0.40.8。原因：拉刀有较准部分，起校准、修光加工表面作用，切削速度低v18m/min，切削深度小，切削过程平稳。,2）生产率高：拉刀有很多刀齿同时参加切削；切削刃长，后一个刀齿高出前一个刀齿，一次行程可同时完成粗半精精加工，大大缩短了基本工工艺时间和辅助工艺时间。,3）加工范围较广：可加工各种形状的通

11、孔，平面、成形面、各种成型槽。,4）拉床结构简单、操作方便。,拉床只有一个主运动，即拉刀直线运动、进给运动是利用前后刀齿的高低实现的。,若刀具所受的力不是拉力而是推力，则称为推削，推削加工一般在压力机上进行推削加工。,5）拉刀价格贵、形状复杂、精度和表面质量要求很高，所以制造成本高。但由于拉削速度慢，刀具磨损慢，寿命长。,6）拉削加工应用：,（1）成批、大量生产中加工复合型面。,（2）单件小批生产中加工某些精度较高、形状特殊的用其他方法加工困难的成形表面。,第四节 铣削加工,铣削加工：是加工平面的主要方法，还应用于加工各种沟槽、成型表面和螺纹、齿轮等。,立式铣床：刀杆呈垂直状态,一、铣床种类：

12、,卧式铣床：刀杆呈水平状态,铣床,龙门铣床：类似于龙门刨床，有34个同时加工的铣头。,工具铣床,各种专用铣床,二、铣刀：端面铣刀、立铣刀、三面刃铣刀、圆柱铣刀、角度铣刀、键槽铣刀等。,不同的铣床和不同的加工表面应选用不同铣刀。,三、铣削加工工艺特点：,2）刀齿散热条件好：刀齿在离开工件切削表面一段时间里，得到一定的冷却作用（不象车刀刀刃一直参与切削）。,1）生产率高：铣刀属多齿刀具，几个刀齿同时参与加工，切削刃长。,铣削主运动是刀具旋转，(比刨床高）属高速切削）。,3）容易产生冲击与振动；刀具磨损比较严重。,4）铣床和铣刀较车床、车刀价格高、结构相对复杂。5）铣削加工精度：粗 铣：IT12IT

13、11 Ra2512.5m半精铣：IT10IT9 Ra6.33.2m精 铣：IT8IT7 Ra3.21.6m,四、铣削方式：,有周铣和端铣,1周铣：用圆柱铣刀的圆周刀齿加工平面称周铣法，周铣又可分为顺铣和逆铣两种。,顺铣：在切削部位刀齿的旋转方向与工件进给方向相同时称顺铣。逆铣：在切削部位刀齿的旋转方向与工件进给方向相反时称逆铣。,刀齿切入切出时产生振动和冲击（共性）,切削过程中，各个刀齿在不同位置切削层厚度不同，切削力是变化的，切削过程不平稳，产生振动。,1）切削层厚度变化 0ap最大 ap最大0,切削初期，产生挤压滑行刀具与工件间磨擦力加大，刀具加快磨损，表面质量下降.,2）切削力：,粗加工

14、时，刀齿先接触硬皮，刀齿磨损严重。,有上抬工件的作用，容易引起 工件松动和振动,有下压工件作用，减小振动，工件夹持稳定,水平分力：,与f相同，由于切削力忽大忽小变化，且螺杆与螺母间存在有间隙，容易产生工件连同工作台下的丝杠一起向前窜动。,径向切削分力,与f方向相反，使带动工作台运动的螺母紧压螺杆齿形的右侧（间隙在左侧），不会出现工件向前窜动,因此，顺铣与逆铣各有优缺点。以刀具磨损、工件表面质量和工件夹紧的稳定性考虑采用顺铣为宜。但从加工过程中防止工件窜动现象，尤其在使用较旧机床进行粗加工时，选用逆铣比较合理。目前在生产中，多数采用逆铣法。2端铣法：用端面铣刀的端面刀齿加工平面的方法称为端铣。根

15、据铣刀与工件相对位置的不同，端铣又分为对称端铣和不对称端铣法。,刀齿切入宽度大于切出宽度时称为不对称逆铣法；刀齿切入宽度小于切出宽度时称为不对称顺铣法。,3周铣与端铣的比较：,因此，由于端铣法刀具系统刚度大，多数采用硬质合金刀具磨损状况较周铣好，切削过程较平稳，可采用高速切削，以提高生产率，目前在平面铣削中，大多采用端铣。,但周铣法适用性较广，可采用多种成形刀具铣削各种沟槽，齿轮和成形表面等，生产中也常用。,五、铣削加工的应用：1）铣平面：端铣、周铣,2）铣槽：V形槽、T形槽、燕尾槽、直槽、圆弧槽等,3）成形表面,4）齿轮（分度头）、花键槽、离合器等,铣削加工与刨削加工比较：,第五节 磨削加工

16、一、磨削的基础知识及磨削过程 用砂轮或其它磨具加工工件称磨削加工。,磨床：平面磨床、外圆磨床、内圆磨床、工具磨床等多种,1砂轮：砂轮：磨料结合剂烧结成多孔性物体 磨料：具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的细小颗粒。主要磨料有氧化物系列（例如，刚玉类“Al2O3”）、碳化物系列（SiC）和超硬磨料等三大类。磨料承担磨削任务，必须具有很高的硬度、耐热、一定的韧性，以及在切削过程中能受力破碎形成锋利刃口等性能。刚玉类（Al2O3）磨料适用于韧性材料磨削；碳化物系列（SiC）适用于脆性材料和硬质合金刀具的磨削。结合剂：有陶瓷结合剂、树脂结合剂、橡胶结合剂等。结合剂的种类将影响砂轮的强度、韧性、耐热性、成形

17、性和自锐性等。陶瓷结合剂适用于外圆、内圆、平面和各种成形表面磨削；树脂结合剂和橡胶结合剂适用于制成各种切割用的薄片砂轮。由于磨料、结合剂和制造工艺不同，砂轮性能差别很大，对磨削效果、生产率和经济性有很大影响。砂轮的特性是指磨料种类、粒度大小、硬度、结合剂、结构组织、形状和砂轮尺寸等指标。,砂轮的特性包括：磨料承担着切削工作。必须锋利并具备高的硬度、耐磨性、耐热性和一定的韧性。粒度磨料颗粒大小的程度 一般情况下，粗磨时选用颗粒大的磨粒，精磨时选用颗粒较小的磨料。砂轮是一种多孔性的材料，孔隙可以容纳切屑、存贮切削液。结合剂结合剂的种类将影响砂轮的强度、韧性、耐热性、成形性和自锐性等。硬度 区分砂轮

18、硬度和磨料硬度这两个不同的概念。砂轮的硬度是指砂轮表面上的磨粒在外力作用下脱落的难易程度。加工硬金属时，选用软砂轮。加工软金属时，选用硬砂轮。组织 形状及尺寸等。,2磨削过程：,磨粒的磨削过程实际上是切削、刻划、滑擦三种作用的综合。,1）第一阶段滑擦：开始砂轮表面磨粒从工件表面滑擦而过、产生弹性变形，此时无切削工作。,2）第二阶段刻划：磨粒切入工件表面的表层，刻划出沟痕，并形成隆起，此时也无切削动作。,3）第三阶段切削：切削层厚度增大到某一临界值时，开始切下切屑。,砂轮表面的每一个磨粒相当于一把锋利的刀具。磨削过程是无数微小的刀齿，同时地参与切削过程。,磨削过程中砂轮表面磨粒的变化情况,（开始

19、）砂轮表面突出的锋锐磨粒 参与切削 磨粒变钝,切削力大于磨粒强度极限,切削力大于磨粒间结合力,磨粒破碎或整块从砂轮表面脱落，露出里面新的磨粒，继续进行磨削,继续进行磨削,砂轮的这种自行推陈出新，保持“自身锋锐”的性能称为砂轮的自锐性。,由于砂轮这种自锐性，一方面破碎磨粒会堵塞孔隙，另一方面随机脱落的磨粒引起砂轮尺寸精度下降，所以，经一段磨削的砂轮需要重新修整，以保证其加工精度。三、磨削的加工工艺特点：1）磨削加工属于精加工、尺寸精度高，表面粗糙度值小。一般磨削精度可达IT7-IT6，Ra值为0.2-0.8um。磨床制造精度高，刚性好，稳定性好。有微量的进给机构，进给量可以很微小。,切削速度很高

20、：外圆磨：Vc=3050m/s 高速磨：Vc50m/s,砂轮磨削时，相当于无数微小的刀齿同时参与磨削，磨粒刃口圆弧半径rn较小（例如46#白刚玉磨粒rn0.0060.012mm，而一般车刀的rn0.0120.032mm）每个磨粒的切削深度和进给量都很小，因此，加工表面的残留面积极微小。,2）磨削过程中，砂轮具有自锐作用，有利于进行强力连续磨削，以提高磨削加工的生产率。,3）背向磨削力（Fp）大：磨削过程中，由于切削深度很小，砂轮与工件表面接触面大，使背磨削力（径向分力）Fp比主磨削力Fc大，一般Fp=（1.53）Fc。而且工件材料塑性愈小，Fp/Fc比值愈大。,由于背向磨削力大，在此力方向上机

21、床、夹具、工件、刀具组成的工艺系统刚度要求高，如果较差会造成工艺系统变形，影响工件加工精度。一般在最后几次走刀时，要少吃刀或不吃刀，以便逐步消除由于变形而产生的加工误差。但降低生产率。,4）磨削温度高切削速度高，较一般加工高出1020倍，切削热多。磨削过程中，砂轮与工件表面接触面大，且挤压，滑擦、摩擦严重，切削热多。砂轮本身传热性能很差，短时间内切削热传不出去。,磨削过程切削温度很高，高达8001000。,因此，磨削中应大量采用切削液。切削液除冷却、润滑作用外，还可以冲洗砂轮，保证磨削的正常运行，提高砂轮的耐用度和工件的加工质量。,磨削加工用的切削液一般用苏打水、乳化液等。磨削铸铁、青铜等脆性

22、材料时，一般不加切削液。,四、磨削的应用与发展：1、工件材料：铸铁、碳钢、合金钢、淬硬钢、硬质合金、陶瓷、玻璃等，但不宜磨削塑性大的有色金属材料。2、磨削加工的表面：外圆磨削：磨外圆柱面（外圆磨床上磨削）孔的磨削：磨内圆柱面（内圆磨床上磨削）平面磨削：磨平面（平面磨床上）除外：还可以磨成形表面、齿轮齿形、螺纹、刀具的刃磨等（专用磨床）。,外圆磨削 分为有心磨削和无心磨削 在普通外圆磨床和万能外圆磨床上进行的外圆柱面的加工是有心磨削。根据磨削运动的不同，有心磨削分为纵磨法、横磨法、综合磨法和深磨法。,无心磨削见书图3-40，注意导轮轴线相对于砂轮轴线倾斜一角度；工件轴线高于磨削轮和导论轴线。,孔

23、的磨削,与外圆磨削类似，但表面粗糙度较大，生产率较低。,平面磨削,3）磨削加工的发展趋势：高精度，小粗糙度值：一般精度：粗磨：IT8IT7 Ra=0.80.4m 精磨：IT6IT5 Ra=0.40.2m精密磨削：Ra=0.050.1m 1）磨床高精度，高稳定性超精密磨削：Ra=0.0120.025m 2）砂轮种类，磨料等颗粒镜面磨削：Ra0.008m 3）合理的磨削参数，包括Vc，f，ap,高效磨削：包括：高速磨削、强力磨削和砂带磨削。,主要目的是提高磨削效率和生产率。,高速磨削：Vc50m/s，提高生产率和加工质量强力磨削：以大的吃刀量和小的纵向进给量进行磨削高速和强力磨削对磨床、砂轮以及冷

24、却方式要求很高。,如砂带磨削：砂带作回转主运动，工件由传送带带动作进给运动，具有生产效率高，加工质量好，能较方便地磨削复杂形面等优点。,第四章 精密加工和特种加工第一节 精密加工 磨削加工作为精加工的方法，一般加工精度在 IT5IT6 Ra 0.10.2m以内。当工件加工精度要求更高时，应采用精密加工工艺。精密加工分精整加工和光整加工两类。精整加工：零件在精整加工时，从工件表面切除很薄的一层材料，以提高其尺寸精度和表面粗糙度的工艺方法称为精整加工。精整加工有：研磨和珩磨等。,光整加工：零件表面不切除或切除极薄的一层金属材料，以提高其表面粗糙度。光整加工有加工超级光磨和抛光等。,一、研磨：在研具

25、与工件之间放上研磨剂，对工件表面进行磨削加工的方法，即研具在一定压力作用下，与工件表现之间作复杂的相对运动，通过研磨剂的机械和化学作用，从工件表现上切除很薄的一层材料，从而达到很高的尺寸精度和很小的表面粗糙度目的。,磨料：常用的有刚玉、碳化硅等，起机械切削作用。其颗粒在粗研时选80 120#；精研时选150 240#。,研磨剂：研磨剂由磨料研磨液辅助填料等混合而成，有液态、膏状和固态等三种。,常用研具材料有：铸铁、软钢、黄铜、塑料或硬木。最常用的是铸铁研具，适用于加工各种材料，具有生产率高、成本低的特点。,研具材料应比工件材料软、以使部分研磨剂的磨料能嵌入研具表面，并对工件表面进行擦磨。,1研

26、具与研磨剂：,研磨液：起冷却与润滑作用，并将磨料均匀分布于研具表面。常用的煤油、汽油、机油等。,辅助填料：可以使金属表面产生极薄的较软的化合物薄膜，以使工件表面凸出部分容易被磨料切除，提高研磨效果和表面质量。常用的有硬脂酸等化学材料。,2研磨方法：,研磨是通过研具与工件之间的复杂相对运动，使细小的磨料无规则地在工件表面作切除工件表面凸出部分的磨削运动，以获得很小的表面粗糙度。,研磨方法有手工研磨和机械研磨。手工研磨是手持研具对工件表面进行研磨。机械研磨是在研磨机上进行研磨。,3、研磨特点及应用：设备研具简单。研磨既可以在专用的研磨机上进行，也可以在简单改装的车床或钻床上进行，还可以手工进行。精

27、度高，粗糙度值小。研磨尺寸和形状误差可达0.10.3m，Ra0.025m以下。生产率低，加工余量小。一般加工余量不大于 0.010.03m。研磨加工的应用很广，许多常见的表面，如平面、内外圆柱面、圆锥面、螺纹表面和齿轮表面等都可以用研磨进行精整加工。许多精密配合件还往往要经过配合件的配研，才能得到配合精度要求。在现代工业中，研磨在机械制造、精密仪器仪表、电子工业、光学仪器和陶瓷元件中都有广泛的应用。,二、珩磨：利用带油石的珩磨头对孔进行精整加工称为珩磨。珩磨头由机床主轴带动旋转，并沿轴向作往复运动，油石在一定压力下从孔的内表面切除很薄的一层材料，从而达到提高孔的尺寸精度和表面粗糙度的目的。,珩

28、磨特点：生产率较高。珩磨头上有多个磨条同时参加磨削，并不断改变磨削方向，磨料可长时间保持锋利状态，因此珩磨效率比较高。精度高，粗糙度值小。珩磨可以提高孔的尺寸精度、形状精度和表面质量，一般尺寸精度可达到IT64,Ra0.40.05m。但是，珩磨头与机床主轴是浮动连接（图4-3），不能提高孔的位置精度。珩磨的零件表面耐磨损。由于珩磨的零件表面有交叉的网纹，易于油膜形成，因此磨损慢。磨头结构复杂。珩磨主要用于孔的精整加工，加工范围广，可以加工大孔和深孔。加工孔的直径在5500mm以上，加工余量一般在0.005 0.08mm。三、超级光磨（光整加工）：用装有细磨粒、低硬度的油石磨头，在一定压力下对工

29、件表面进行光整加工的方法称为超级光磨。,加工时工件旋转，油石以恒力轻压于工件表面，在作轴向进给的同时作轴向微小振动，从而达到对工件微观不平的表面进行光磨的效果。,超级光磨的特点：加工余量极少，一般为3 10m；生产率较高，一般加工时间只需3060秒；表面质量好，Ra0.012m；设备简单，操作方便。但是，超级光磨只能提高表面质量，不能提高尺寸精度和形位精度。超级光磨常用作精加工，应用也比较广，不仅可以加工轴类零件的外圆柱面，还能加工圆锥面、孔、平面和球面等。四、抛光：在高速旋转的抛光轮上涂上磨膏对工件表面进行光整加工的方法称为抛光。抛光轮一般用毛毡、橡胶、皮革、布、纸板等做成。磨膏由磨料、油酸

30、、软脂等配制而成。,抛光时将工件压在高速旋转的抛光轮上，在磨膏的作用下，金属表面产生一层很薄的软膜，可以用比工件材料软的磨料切除工件表面且不留痕迹，同时由于高速摩擦使工件表面材料出现高温和挤压而产生塑性流动，因而获得很光亮的表面。,抛光特点：方法简便、经济，不用特殊设备；容易对曲面进行加工；只能提高粗糙度，不能改变零件的尺寸精度、形状精度或位置精度；劳动条件差。抛光应用：抛光主要用于零件表面的装饰加工，或者利用抛光方法去除前道工序的加工痕迹，提高零件的疲劳强度。抛光零件表面的形状可以是平面、外圆、孔、以及各种成形表面等。五、各种精密加工方法的比较：研磨 珩磨 超级光磨 抛光 加工设备 研磨机

31、珩磨机 超级光磨机 抛光机（手工）（手工）加工质量 精度高（IT53）精度高（IT64）不能提高精度 不能提高精度(尺寸、形位）（尺寸、形状）表面粗糙度 0.1 0.008 0.4 0.05 0.1 0.05 0.2 0.1(Ra m)生产率 最低 较低 较高 较高 批 量 小批 量（手工）大批 量 大批 量 不限 大批 量（机械）,第二节 特种加工 特种加工是相对于传统的切削加工而言，传统的切削加工是用刀具靠机械能去除工件表面的多余材料。当工件材料的强度、硬度、脆性、韧性过高，或零件的结构过于复杂，或尺寸太小，或零件的刚度较差时，传统的切削加工方法就难于实现。特种加工就是为解决这些难题而发展

32、起来的一种新的加工方法.特种加工是直接利用电能、光能、声能、热能、化学能或多种能量复合形式进行加工的方法。常用的特种加工有电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、电子束加工和离子束加工等。一、电火花加工（Electrical Discharge Machining，EDM）：,电火花加工是在一定的液体介质中，利用脉冲放电对导电材料进行蚀除加工，使零件的尺寸、形状和表面质量达到技术要求的一种加工方法。,1)电火花加工原理：电火花加工是基于脉冲放电的腐蚀原理而产生的。如图所示，当工具电极与工件电极在绝缘液体介质中接近时，极间电压将在两极间“相对最靠近点”电离击穿，形成脉冲性火花放电，在电火花通

33、道中产生瞬时高温，使金属局部熔化甚至汽化，并在放电爆炸力的作用下把熔化的金属抛出去，达到蚀除金属的目的。,极间介质的电离、击穿电极材料的熔化、气化热膨胀电极材料的抛出消电离恢复绝缘和介电强度。所以电火花加工是大量的微小放电痕迹逐渐累积而成的去除金属的加工方式。,2）电火花加工的必备条件（1）工具电极和工件电极经常保持一定间隙 间隙过大，工作电压不能击穿，电流为零；间隙过小，易形成短路接触，极间电压接近零。（2）火花放电必须是脉冲性的和间隙性的；使每一个放电点局限在很小的范围内，避免表面烧伤。（3）火花放电必须在一定的绝缘介质中进行在达到击穿电压之前，保持非导电性，放电后世火花间隙消除电离；同时

34、起到冷却和从工作间隙带走悬浮切屑的作用。,3）电火花加工特点及应用：（1）可以加工特殊的及复杂形状的零件 由于加工过程中工具电极与工件电极不直接接触，没有机械加工的宏观切削力，因此适合加工低刚度零件及微细加工。又由于可以简单地将工具电极的形状复制到工件上，因而特别适用于复杂表面形状的加工，如复杂型腔、模具等。（2）适合于难切削材料的加工 通过电火花放电产生的热来熔解去除金属的，所以加工时不存在显著的机械切削力，加工材料的难易与材料的硬度无关，可以实现用软的刀具加工硬、韧的工件。电火花能加工用传统加工方法难以加工的小孔、薄壁、窄槽和各种型孔与型腔等零件表面；（3）工件安装及操作方便，可以在一台电

35、火花机床上一次完成粗加工和精加工。（4）电火花加工是特种加工中应用最广泛的一种，但主要局限于导电材料都能加工；（5）加工速度比较慢。（6）存在电极消耗。,3）电火花加工应用：（1）电火花穿孔加工可以加工各种型孔、深孔、斜孔、弯孔以及小孔和微孔。（2）电火花型腔加工主要用于加工锻模、挤压模、压铸模等模具型腔的加工，且模具尺寸范围基本不受限制。（3）电火花加工还可以应用于型面加工、电火花雕刻、电火花镗削、电火花磨削和电火花表面强化。,加工内螺纹 加工型腔,（4）电火花线切割加工只能加工通孔，能方便地加工出小孔、形状复杂的窄缝及各种形状复杂的零件。,4)电火花加工的分类,1.电火花成型 利用与工件形

36、状相符的特殊形的电极工具加工相应工件的电火花加工。适用于各种孔、槽模具，还可刻字、表面强化、涂覆等；切割加工适用于各种冲模、粉末冶金模及工件，各种样板、磁钢及硅钢片的冲片，钼、钨、半导体或贵重金属。,成型加工的应用实例,2、电火花线切割加工 电火花线切割加工是在电火花成形加工的基础上发展起来的，它利用细金属丝（直径为0.02mm-0.03mm钼丝）作工具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割工件的一种加工方法。,线切割的主要特点及应用电火花线切割加工无需成型工具电极，缩短了生产周期，对新产品试制和多品种变批量的零件加工尤其适用。主要切割各种高硬度、高强度、高韧性和高脆性的导电材料，如淬硬钢、硬质合

37、金等。由于电极丝比较细，可以加工细微异型孔、窄缝和形状复杂的零件，还可以带斜度切割。由于窄缝很窄，可以对工件进行套料加工，预料再利用。所以，电火花线切割加工主要用于加工冲孔模、落料模、样板和各种形状复杂的型面、型腔和窄槽等零件。,5）电火花加工的主要工艺指标 与切削加工相比，电火花加工中的工艺过程和工艺参数比较复杂。加工速度、工具损耗、表面质量和加工精度等是影响电火花加工效率和加工质量的主要环节。加工速度：与合理选择脉冲能量、脉冲频率、工件的极性和其它工艺参数有关；工具损耗：与合理选择工具材料、工具极性、脉冲宽度、脉冲电流和绝缘液体介质有关；表面质量：与单个脉冲能量大小、工件材料和加工方法有关

38、；加工精度：与机床的制造误差、工件的安装误差、放电间隙的大小和一致性、以及加工过程的“二次放电”等因素有关。电火花加工时脉冲能量、脉冲宽度、脉冲电流等脉冲参数可以根据粗加工、半精加工和精加工的不同阶段，以及加工精度的需要任意调节。一般，电火花成型加工的平均尺寸精度为0.05mm,最高精度可达0.005mm；线切割加工的平均尺寸精度为0.01mm，最高精度可达0.005mm。,2、电解加工（Electrochemical Machining，ECM）,1）电解加工原理：电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理对工件进行成形加工的一种方法。,电解加工时，工件接直流稳压电源的正极，工具接

39、负极，两极间保持0.1-1mm的间隙，具有一定压力（0.5-2.5MPa)的电解液从两极间高速流过（5-60m/s)。在加工过程中，工具负极的凸出部分与工件正极的两级间隙最小，电流密度最大，根据法拉第定律，工件正极的溶解度与通过的电流量成正比。,因此，工件上与工具负极的凸出部分的对应处比其它部位溶解更快，随着工具的不断进给，工件就不断按工具端部的型面溶解，使工具的端部形状被复制到工件上。,2)电解加工机床：电解加工机床由三部分组成：机床本体，直流稳压电源和电解液供给系统等。,机床本体应具有足够的刚度和可靠的进给平稳性与良好的防腐蚀性、密封性、绝缘性和排风装置。,直流稳压电源应有合适的容量，良好

40、的稳压精度和可靠的短路保护。输出电流在500A-20000A,输出电压为6-24V，电源具有快速（10-20s）切断电源的短路保护装置。,电解液供给系统能连续不断地提供足够流量和温度合适的干净电解液。因此，该系统应有电解液供给泵、电解液槽、过滤器和热交换器等组成。,2）电解加工的特点：（1）电解加工能以简单的一次进给运动加工出形状复杂的型面或型腔；（2）可以加工各种高强度、高硬度、高韧性的金属材料；（3）无机械切削力和切削热，可以加工易变形或薄壁的零件；（4）零件表面无残余应力，表面粗糙度Ra可达0.2-0.8m。（5）工具不损耗，可长期使用；（6）与电火花加工相比，生产率高（高5-10倍），

41、但加工精度较低；（7）电解加工影响因素多，精度不容易稳定，电解液对机床有腐蚀作用、处理和回收困难。3）电解加工应用：电解加工主要用于形状复杂的型面、型孔、型腔加工，切槽、切断、刻印等。,各类型面、型孔、型腔加工,切槽与切断,3、超声波加工（Ultrasonic Machining，USM）1）超声波加工原理：超声波加工是将工件置于有磨料的悬浮液中，利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法（超声波是指频率超过16000Hz的振动波，而一般人耳能感受到的声波频率为16Hz16000Hz）。,如图所示，加工时，换能器将超声波发生器产生的超声波转变成小振幅的机械振动，震荡变幅

42、杠将小振幅放大到0.01-0.15mm的同时，工具不断振动冲击磨削，迫使工件与工具间的磨粒以很高的速度不断撞击和抛磨工件表面，使工件被加工处的材料不断破碎成微粒脱落，工具不断进给，使工具的形状就“复制”到工件表面上。,2）超声波加工机床：超声波加工机床由超声发生器、超声振动系统和机床本体三部分组成。超声发生器是将50Hz的交流电转变为高频电能，供给超声换能器。超声振动系统是一种磁致伸缩换能器。它包括超声换能器和变幅杆。机床本体有立式和卧式两种。,3）超声波加工的特点（1）主要加工各种不导电的硬脆或半导体材料，当然，对于导电的硬质材料也能加工，但生产率低；（2）由于工具通常不用旋转，便于加工各种

43、复杂的内表面和成型表面；（3）由于工具与工件间作用力小，热影响小，便于加工各种不能承受较大机械力的零件；（4）工具材料可以低于工件材料的硬度，但磨料硬度应比工件材料的硬度高；,（5）超声波加工生产率比较低，但尺寸精度和表面粗糙度都比电解加工与电火花加工高。一般超声波加工时，孔的尺寸误差在 0.02-0.05mm以内,表面粗糙度在 Ra0.8-0.1 m以内。3）超声波加工应用 超声波加工适宜加工电火花和电解加工难以加工的各种硬脆的不导电或半导体材料。例如：,4、激光加工（Laser Beam Machining，LBM）,1）激光加工原理:激光是一种受激辐射产生的加强光，具有光强度高，方向性、

44、相干性和单色性好的特点，通过光学系统可将激光束聚焦成直径为几十微米到几微米的极小光班，从而获得极高的能量密度(103-1010 W/CM2)。激光照射到工件表面，光能被工件吸收并迅速转化为热能，焦点温度高达1万以上，使材料熔化或汽化，达到加工零件的目的。激光加工特别适宜加工高硬度、高熔点、脆性大、柔性大的材料。主要应用于激光打孔、激光切割、激光表面处理和激光焊接等。,激光加工原理示意图,激光焊接机器人,2)激光加工特点：（1）激光加工属于高能束加工，其能量密度高达103-1010 W/CM2，几乎可以加工任何金属和非任何金属材料；（2）激光加工无明显机械力，不存在工具损耗，加工速度快，热影响区

45、小，便于组织自动化生产；（3）激光可通过玻璃等透明材料进行加工，如对真空管内部进行激光焊接加工（4）激光可以通过聚焦形成微米级的光斑，输出功率可以调节，因此可用于精密微细加工；（5）平均加工精度为0.01mm,最高加工精度为0.001mm，表面粗糙度可达0.4-0.1 m。3）激光加工应用：（1）激光打孔，如宝石轴承、陶瓷、玻璃等非金属和硬质合金、不锈钢等金属材料的小孔加工；（2）激光切割，不仅可以切割金属材料，也可以切割非金属材料，其切缝只有0.1-0.5mm。速度快，节约材料；激光不仅可以透过玻璃焊接，也可以透过玻璃切割。（3）激光表面处理，通过对金属表面的强化处理，可以显著提高材料的硬度

46、、强度、耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性能。（4）激光焊接。例如，在汽车制造中，有50的零件可以用激光加工，其中激光焊接占40 左右。,5、电子束加工：1）电子束加工原理：如图是电子束加工原理的示意图。,在真空条件下，由电子枪旁热阴极发射的电子，在高电压（80200kV）作用下被加速到很高的速度（1/21/3光速），然后通过电子透镜聚焦形成高能量密度（106107W/mm2）的电子束。当电子束冲击到工件时，在极短的时间内使受冲击部位的温度升高到几千摄氏度以上，足以使任何材料瞬间熔化、气化，从而达到材料去除加工的目的。由上述可知，电子束是利用电子的动能转换成热能对材料进行加工的。,2）电子束加工具有如

47、下特点：（1）对任何材料都能进行加工，与材料的强度无关，只要功率密度能达到使材料气化，都能用电子束进行加工。（2）加工速度快，一般厚度为0.11mm的工件，打孔时间为10s至数秒；切割厚度为1mm的钢板，速度可达240mm/min。（3）非接触加工，不存在工具磨耗问题，对工件无机械切削力作用，而且加工时间极短，所以工件无变形。（4）电子束的束径小，最小直径可达0.010.05mm，电子束长度可达束径的几十倍，故能加工微细的深孔、窄缝等。,（5）加工点上化学纯度高。由于是在真空中加工，可防止氧化而产生杂质，适合于加工易氧化的金属及合金材料，特别适于加工要求高纯度的半导体材料。（6）可控制性能好。

48、通过磁场或电场即可控制电子束的强度，进行聚焦和调节焦点位置，并可采用计算机进行控制。电子束加工工业已实际应用于不锈钢、耐锈钢、合金钢、陶瓷、玻璃和宝石等材料的打孔或切槽。除了加工圆孔、通孔之外，还可以加工异形孔、锥孔、盲孔和窄缝等。电子束与气体分子碰撞时，会产生能量损失和散射，所以电子束加工一般在高真空度的工作室内进行。并且由于使用高电压，会产生较强的X射线，必须采取相应的安全防护措施。由此而限制了它的应用，除了特定的需要，一般为激光加工所代替。6、离子束加工的基本原理、特点及应用 离子束加工原理如图所示。,首先把氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）等惰性气体注入低真空（约1Pa）的电离室中，用

49、高频放电、电弧放电、等离子体放电或电子轰击等方法使其电离成等离子体，接着用加速电极将离子呈束状拉出并使之加速。然后离子束进入高真空（约10-4pa）的加工室，并用静电透镜聚成细束向工件表面冲击，从工件表面打出原子或分子，从而达到溅射去除加工的目的。,离子束加工具有如下特点：（1）离子束光斑真径可以聚焦到1m以内，离子束流密度和离子的能量可以精确控制，并且可以通过离子光学系统进行扫描，因此能够进行微细加工，并能精密地控制加工效果。（2）离子束加工是在真空中进行的，污染少，特别适合于易氧化的金属、合金和半导体材料加工。（3）离子撞击工件表面只产生微观的作用力，宏观上作用力很小。因此加工应力很小，工

50、件不变形，适合于脆性、半导体和离分子材料的加工。7、超声电火花复合抛光 超声电火花复合抛光是在超声波抛光的基础上发展来的。这种复合抛光的加工效率比纯超声机械抛光要高出3倍以上，表面粗糙度Ra值可达0.20.1m。特别适合于小孔、窄缝以及小型精密表面的抛光。超声电火花抛光的工作原理如图2-36所示。抛光时工件接脉冲电源的正极，工具接负极，在工具和工件间通乳化液作电解液。这种电解液的阳极溶解作用虽然微弱，但有利于工件的抛光。抛光过程中，超声的“空化”作用一方面会使工件表面软件，有利于加速金属的剥离；另一方面使工件表面不断出现新的金属尖峰，这样不但增加了火花放电的分散性，而且给放电加工造成了有利条件