成形工艺基础之现代加工简介

第4章

现代加工简介成形工艺基础－切削41§1精整和光整加工

近年来随着科技的进步和生产的发展,出现的许多由坚硬而又难加工材料制成的，具有精密公差尺寸和低表面粗糙度的复杂零件的加工，许多新的加工方法应运而生。这些方法本章指精密加工和“现代加工方法”或“特种加工工艺”。

精整加工是生产中常用的精密加工，它是指在精加工之后从工件上切除很薄的材料层,以提高成形工艺基础－切削42工件精度和减少表面粗糙度值为目的的加工方法,如研磨、珩磨等。

光整加工是指不切除或从工件上切除极薄材料层，以降低表面粗糙度为目的的加工方法，如超精加工、抛光等。一、研磨

1.加工原理

研磨是用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极薄表面层的精加工方法。

成形工艺基础－切削43采用不同的研磨工具(如研磨心棒、研磨套、研磨平板等)可对内圆、外圆和平面等进行研磨。

图示为研磨外圆的工具。研磨套2由夹套1夹持，它的孔内有螺旋槽可贮藏研磨剂。其上还有一条内外相通的直槽，使其有一定胀缩性。

为了磨料能嵌入研磨套的内表面，研磨套的材应软些，常用的是铸铁。研磨时先在工具表面涂上一层均匀的研磨剂,将该工具套在工件上,并调节好配合的松紧程度,成形工艺基础－切削44然后让工件旋转，手持研磨工具在轴向来回移动，直至达到研磨的要求为止。

研磨剂是很细的磨料(粒度为W14～W15)、研磨液和辅助材料的混合剂。常用的有液态研磨剂、研磨膏和固体研磨剂（研磨皂）三种。主要起研磨、吸附、冷却和润滑等作用。

2.研磨的特点与应用

1)精度高质量好成形工艺基础－切削45经研磨后的工件表面,尺寸精度可达IT4～IT1级;表面粗糙度值可减小到0.1~0.006μm。形状精度亦可相应提高。

2)生产效率低，加工余量小。

3)研磨剂易飞溅，污染环境。

在现代制造业中研磨应用很广，许多精密量块、量规、齿轮、钢球、喷油嘴、石英晶体、陶瓷元件、光学镜头及棱镜等零件均需研磨。成形工艺基础－切削46

二、珩磨

1.加工原理

利用珩磨工具对工件表面施加一定压力，珩磨工具同时作往复振动、相对旋转和直线往复运动，切除工件上极小余量的工件精加工方法。

2.特点与应用

一般珩磨后可将工件的形状和尺寸精度提高一级，表面粗糙度Ra值可达0.2～0.025μm。珩磨加工的工件表面质量特性好、加工精度和成形工艺基础－切削47加工效率高，加工应用范围广、经济性好。

三、超精加工GB

（又名：超级光磨）

1.加工原理

用细粒度的磨具对工件施加一定压力，并作往复振动和慢速纵向进给运动，以实现微量磨削的一种光整加工方法。磨具与工件之间的运动如下：

1)工件作低速旋转运动,ν工＝3～20m/min;

2)油石磨具作往复振动,每分钟振动3001200次,

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振幅为3～5mm；

3)磨具作纵向进给运动,进给量f纵为0.1～0.15mm/r。

2.特点与应用

超精加工能加工钢、铸铁、铜合金、铝合金、陶瓷、玻璃、硅和锗等各种金属与非金属,可以加工外圆、平面、内孔和各种曲面。尤其适用加工内燃机曲轴、凸轮轴、活塞、活塞销等的光整加工。

成形工艺基础－切削49超精加工可可在普通车车床、外圆圆磨床上进进行，对于于批量较大大的生产则则宜在专用用机床上进进行。工作时应充充分地加润润滑油，以以便形成油油膜和清洗洗极细地磨磨屑。超精加工后后地工件表表面粗糙度度Ra值约在0.1~0.006μμm之间。。四、抛光抛光是利用用机械、化化学或电化化学地作用用，使工件件获的光亮亮、平整表表面的加工工方法成形工艺基基础－切削削410抛光的主要要工具用品品有软轮和磨膏等。软轮用皮革、毛毡毡、帆布等等材料叠制制而成，具有有一定的弹弹性，以便便抛光时能能按工件形形状而变形形，增加抛抛光面积或或加工曲面面。磨膏由磨料和油脂脂(包括硬脂脂酸、煤油油、石蜡等等）配置而而成。磨料的种类类取决于工工件材料，，如：钢制制零件抛光光可选用氧氧化铁粉及及刚玉；铸铸铁件抛光光可选用氧氧化铁粉及及碳化硅粉粉；有色合合金抛光宜宜选用氧化化铬及金刚刚砂。成形工艺基基础－切削削411§2现代代加工（又名：特种加工工）抛光是安排排在工件精精加工之后后进行，抛抛光之后的的工件，粗粗糙度Ra值可达0.1～0.012μμm,并能能明显增加加光亮度，，但不能甚甚至不能保保持原有的的精度。抛光可在抛抛光机或砂砂带磨床上上进行。现代加工方方法是不仅用机机械能而且且更多的应应用电能、化学学能、声能能、光能、、磁能等进行加工工。这些加加工方法,在某种意义义上说,即即不使用普普通成形工艺基基础－切削削412刀具来切削削工件材料料,而是直直接利用能能量进行加加工,与传传统的切屑屑加工相比比较,具有有以下特点点：⑴切除除材材料料的的能能量量不不主主要要靠靠机机械械能能，，主主要要为为其他他形形式式的的能能量量；；⑵““以以柔柔克克刚刚””工具具材材料料的的硬硬度度可可低低于于工工件件材材料料的的硬硬度度，，或或者者有有传传统统意意义义的的刀刀具具。⑶在加加工工过过程程中中,工工具具与与工工件件之之间间不不存存在在显显著著的的机机械械切切削削力力.相相应应的的切削削物物理理现现象象不不明明显显。。⑷加加工工能能量量易易于于控控制制、、转转换换，，可可复复合合成成新新成形形工工艺艺基基础础－－切切削削413的工工艺艺技技术术，，适适应应加加工工范范围围广广。。一、、电电火火花花加加工工1.基基本本原原理理电火火花花加加工工是是基基于于脉脉冲冲放放电电蚀蚀除除原原理理产产生生的的,故故又又称称放放电电加加工工或或电电蚀蚀加加工工。电火火花花加加工工原理理图图,由由脉脉冲冲电电源源、、自自动动进进给给调调节节装装置置、、工工作作液液循循环环系系统统、、工工具具电电极极等等组组成成。。加工工时时，，脉脉冲冲电电源源的的一一极极接接工工具具电电极极,另另一一极极接接工工件件电电极极。。两两极极均均浸浸入入具具有有一一定定绝绝缘缘度度的的液液体体介介质质（（常常用用煤煤油油或或矿矿物物油油））中中。。成形工工艺基基础－－切削削414工具电电极由由自动动进给给调节节装置置控制制，以以保证证工具具与工工件在在正常常加工工时维维持一一很小小的放放电间间隙（（0.01~0.05㎜㎜）。。当脉冲冲电压压(100v左左右)加到到两极极之间间，由由于工工具电电极和和工件件之间间的表表面不不是完完全平平滑的的，而而是存存在着着凹凸凸不平平处，，便将将当时时条件件下极极间最最近点点的液液体介介质击击穿，，形成成放电电通道道。由于通道道的截面面积很小小,放电电时间极极短,致致使能量量高度集集中(106~107w/㎜2),放电电区域产产生瞬间间成形工艺艺基础－－切削415高温(5000℃)足足以使材材料熔化化甚至汽汽化，以以致形成成一个小小凹坑。。第一次脉脉冲放电电结束之之后，间间隔极短短时间，，第二个个脉冲又又在另一一极间最最近点击击穿放电电。如此周而而复始高高频率地地循环下下去，工工具电极极不断地地向工件件进给，，它的形形状最终终就复制制在工件件上，形形成所需需要的加加工表面面。当然然工具也也有损耗耗。2.电火火花加工工的特点点成形工艺艺基础－－切削416⑴可加工工任何硬硬、脆、、软、韧韧和高熔熔点的导导电材料料，如硬质质合金、、导电陶陶瓷、不不锈钢、、钛合金金、工业业纯铁、、人造聚聚晶金刚刚石等，，还可加加工半导导体和非非导体材材料。⑵加工工时，工工具与工工件不接接触，““切削力力”极小小。故适合合于低刚刚度工件件和微细细结构的的加工。。特别适适合加工工复杂截截面的形形孔和形形腔。⑶由于脉脉冲放电电持续时时间极短短，加工工表面的的影响极极小。故可加工工热敏感感性很强强的材料料；成形工艺艺基础－－切削417⑷加工的表表面，由由许多小小的弧坑坑组成，，有助于油油膜形成成，改善善润滑。⑸调整脉冲冲参数，，可以在在同一台机机床上依依次进行行粗、精精加工；；⑹易于实实现自动动控制。3.电火火花加工工的应用用电火花加加工在国国防、民民用和科科学研究究中的应应用极为为广泛，，并且应应用形式式也正朝朝着多样样化方向向发展。。成形工艺艺基础－－切削418归纳起来大体体有；成成形穿孔孔加工、、磨削加加工、线线电极加加工、展展成加工工、非金金属电火火花加工工和表面面强化等等。二、电解解加工1.基本本原理电解加工工是利用用金属在在电解液液中发生生阳极溶溶解的原原理,将将零件加加工成形形的一种种方法。。电解加工工的过程程如图。加工时时,工件件接直流流电源的的正极(阳极)，按形形状要求求制成的的工具接接成形工艺艺基础－－切削419负极(阴阴极)两两极间间保持0.1~1mm的间隙隙，具有有一定压压力（0.5~2.5Mpa）的电电解液从从两极间间隙中高高速(5~60m/s)流过过。接通直流流电源后后，工具具阴极的的凸出部部分与工工件阳极极的电极极间隙最最小，此此处的电电流密度度最大，，单位时时间内消消耗的电量最最多。根据法拉拉第定律律，金属属阳极的的溶解量量与通过过的电量量成正比比。成形工艺艺基础－－切削420因此工件件上与工工具阴极极凸起部部位的对对应部位位比其他他地方溶溶解迅速速,并随随即被高高速的电电解液冲冲走。同时工具具阴极以以一定速速度(0.5~3mm/min)向向工件进进给,达达到预定定的加工工深度时时,就获获需形状状。2.电解解加工的的特点⑴加工范范围广，不受材材料本身身硬度、、强度的的限制，，高硬、、高强度度及韧性性的导电电材料。。可加工工各种复复杂形面面。成形工艺基础础－切削421⑵无机械切削削力和切削热热作用工件不会产生生残余应力、、变形及加工工变质层，也也没有飞边毛毛剌。⑶加工精度高高可达0.1mm至0.01mm；表表面粗糙度Ra值一般可可达0.8μμm，最小Ra值可达0.1μm。。⑷工具无损耗耗寿命常在加工中，工工具只发生氢氢气和沉淀而而无溶解作用用，理论上无无损耗，使用用寿命长。成形工艺基础础－切削422⑸生产率较高高为电火花加工工的5~10倍，有时甚甚至高于机械械切削。⑹缺点也不少少电解加工的附附属设备多，，造价高，占占地面积大，，加工稳定性性不高。电解解液有腐蚀性性，电解产物物有污染，也也应引起重视视。3.电解加工工的应用近年来电解加加工工艺的应应用研究有很很大发展,成形工艺基础础－切削423除了在加工炮炮膛膛线外，，在花键孔、、深孔、内齿齿轮、链轮、、叶片、异形形零件及模具具等方面获得得广泛的应用用。⑴形腔加工电火花加工的的生产率较低低,因此对精精度要求不太太高的矿山机机械、农机、、拖拉机零件件用锻模，正正逐渐采用电电解加工。⑵电解整体叶叶轮叶身形面形形状复杂，精度要求求高，加工工量大，用用电解加工工，比机械械加工工期期短、效率率高，质量好。成形工艺基基础－切削削424⑶电解磨削是靠阳极金金属的电化化学溶液（（占95％％～98％％）和机械械磨削作用用（占2％～5％％）相结合合进行的复复合加工。。它集中了两两者的优点点，用于磨磨削各种硬硬质合金、、量具、涡涡轮叶片榫榫头、蜂窝窝结构件、、轧辊、拉拉丝磨孔等等复杂形面面的零件。。⑷电解解去去毛毛刺刺代替替传传统统的的钳钳工工操操作作,提提高高工工效效,节节约约费费用用。。成形工艺基础础－切削425电解加工还应应用于深孔的扩孔加加工、形孔加加工以及抛光光等工艺过程中中。三、超声加工工又名超声波加工1.基本原理理它是利用超声声振动为工具具进行加工的的。加工时，在在工件和工工具之间加加入液体（（水或煤油油）和磨料料混合的悬悬浮液，并并使工具以以很小的力力F轻轻压压在工件上上。成形工艺基基础－切削削426超声波发生生的超声频频振荡，通通过换能器器转换成16000Hz以上的超声声频纵向振振动，并借借助于变幅幅杆把振幅幅放大到0.05~0.1mm左右。。变幅杆驱动动工具作超超声振动，，并以工具具端面迫使使工作液中中悬浮的磨磨粒以很大大的速度不不断撞击和和研磨工件件表面，把把工件加工工区域内的的材料破碎碎成很细的的微粒并打打击下来。。既然是基于于局部的撞撞击作用，，可见，越是硬脆的的材料，受受到的破坏坏越大，也也就越好加加工。成形工艺基基础－切削削427反之，脆性性和硬度不不大的塑性性材，由于于有缓冲作作用而难加加工。2.超声加加工的特点点⑴工具可用相相对较软的的材料如45号钢钢，做成较较复杂的形形状，故工工具和工件件间无须复复杂的相对对运动，因因此超声波波机床的结结构简单，，操作、维维修也方便便。⑵适合加工薄薄壁、窄缝缝、低刚度度工件成形工艺艺基础－－切削428加工过程程中工具具对工件件材料的的宏观作作用力小小，热影影响小，，不致引引起变形及烧伤伤，表面面粗糙度度也较低低，Ra值可达达1~0.1μμm,加加工工精度可可达0.02~0.01mm。。⑶磨粒硬硬度一般般应比被被加工材材料高，虽加工工精度高高，但工工具磨损损大，生生产效率率低。3.超声声加工的的应用超声加工工虽生产产率低，，但其加加工精度度、表面面粗糙度度都较理理想，能能加工半半导体，，非导体体的硬脆脆成形工艺艺基础－－切削429材料，如如石英、、宝石、、钨及钨钨合金、、玛瑙等等。另外，如如宝石轴轴承、拉拉丝模、、喷丝头头，还可可以用于于超声抛抛光、光光整加工工、复合合加工等等许多方方面。四、高能能束加工工简介高能束加加工是利利用被聚聚焦到加加工部位位上的高高能量密密度射束束，去除除工件上上多余材材料的加加工方法法。1.激光光加工的的基本原原理、特特点及应应用激光是20世纪纪60年年代初出出现的一一种光源源。成形工艺艺基础－－切削430“激光”(Laser即LightAmplificationbystimula-tedEmissionofRadiation的的缩写）,意思思是利用用辐射受受激得到到的加强强光。相对于普普通光，，激光有有强度高高、单色色性好，，相干性性好和方方向性好好的特性性。根据据这些特特性将激激光高度度集中起起来,聚聚焦成一一个极小小的光斑斑(直径径＜1/100mm2,从而获获得功率率密度极极高100,000kW/cm2)这就能能提供足足够的热热量来熔熔化或汽汽化任何何一种已已知的高高强度工工程材料料,故可可进行非非接触加加工,适适合成形工艺艺基础－－切削431各种材料料的微细细加工。激光加工工的特点点:⑴功率密密度高可加工以以往认为为难加工工的任何何材料。。⑵接触式式加工,不污染染材料加工速度度快、热热影响区区小，变变形也小小，易于于实现自自动控制制.⑶能通过过透明体体进行加加工如对真空空管内部部进行焊焊接等。。成形工艺艺基础－－切削432⑷可精细细加工因为输出功率率可调，所以以可用于精密密微细加工，，加工速度极极高，打一个个孔只需0.001s;加工精度可可达0.001mm;表表面粗糙糙度Ra值0.4~0.1μm。⑸工具不损不不换作为非接触性性加工,不需需要工具,所所以不存在工工具损耗和更更换等到问题题。⑹装置简单,工作可靠成形工艺基础础－切削433与电子束加工工机相比，不不需要真空，，也不需要X射线进行防防护。因此装装置简单，工工作可靠。激光加工的应应用如打孔、金刚石石模具、钟表表轴承、陶瓷瓷、橡胶、塑塑料等非金属属以及硬质合合金、不锈钢钢等金属材料料，如硬质合金金的喷丝头，，一般要在Φ100mm的部位位打出12000多个直直径为60μμm的小孔。切割金属、、木材、纸、、布料、皮革革、陶瓷、塑塑料等成形工艺基础础－切削434激光还在焊接接、热处理、、划线、调动动平衡、微调调等。多方面有广泛泛的用途。2.电子束加加工的基本原理、特点及应用用电子束加工的的特点⑴加工材料范范围广,且与与材料强度无无关。⑵加工速度快快，效率非常常高。每分钟可在0.1mm厚厚的钢板上加加工出3000个直径为为0.2mm的孔。⑶属精密微细细加工方法成形工艺基础础－切削435电子束可实现现极其微细的的聚焦(可达达0.1μm).能加工工微孔、窄缝缝、半导体集集成电路等。。⑷加工工件不不变形非接触加工，，不存在工具具磨耗问题，，无机械切削削力作用，工工件不易产生生宏观应力和和变形。⑸适宜加工纯纯洁高的要求求污染少,不易易氧化,特适适用加工易氧氧化的金属及及合金材料,及纯度要求求极高的半导导体材料。⑹可控制性能能好成形工艺基础础－切削436亦可采用计算算机进行控制制。电子束加工设设备价格高,又由于有一一定局限性,因此除了特特定需要,一一般为激光加加工所代替。。电子束束加工工的应应用⑴高速速打孔孔电子束束打孔孔的孔孔径范范围为为0.02~0.003mm。⑵加工工形孔孔人造纤纤维的的喷丝丝头形形孔往往往设设计成成各种种异形形截面面，适适合电电子束束加工工。成形工工艺基基础－－切削削437⑶加工工弯孔孔和曲曲面可以加加工出出弯孔孔和曲曲面。。此外，，还可可进行行焊接接、切切割、、刻蚀蚀和表表面热热处理理3.离离子束束加工工的基本本原理理、特特点及及应用用基本原原理:和电子子束加加工基基本类类似，，在真真空条条件下下，将将离子子源产产生的的离子子束经经过加加速聚聚焦，，打到到工件件表面面。不不同的的是离离子带带正电电荷，，其质质量比比电子子大数数成形工工艺基基础－－切削削438千、数数万倍倍，如如氩离离子的的质量量是电电子的的7.2万万倍，，故离离子加加速到到较高高速度度时，，比电电子束束具有有更大大的撞撞击动动能，，它是是靠微微观的的机械撞撞击能能量而而不是是靠动动能转转化为为热能能来加加工的的。离子束束加工工的特特点⑴精细细加工工，可可控性性好是所有有现代代加工工中最最精密密、最最微细细的加加工方方法。。⑵高真真空加加工，，污染染少成形工工艺基基础－－切削削439尤其适适宜对对易氧氧化的的金属属、合合金材材料和和高纯纯度半半导体体材料料的加加工。。⑶压力力小,变形形小加工中中产生生应力力、变变形也也小,加工工工件件表面面质量量高,对材材料适适应性性强。。⑷设备备成本本高,加工工效率率低,应用用范围围受限限。离子束束加工工的应应用可以实实现精精密、、微细细及光光整加加工，，尤其其是亚亚微米米至纳纳米级级精度度的加加工，，可将将材料料的原原子一一成形工艺基基础－切削削440层层地铣削削下来，使使工件加工工的精度、、表面粗糙糙度的控制制近乎极限限。可以较好地地实现材料料的表面改改性处理，，使用离子子束还可以以向工件表表面进行离离子溅射沉沉积和离子子镀膜加工工。一台设备离离子束加工工，既可用用于加工，，又可用于于蚀刻、熔熔化、热处处理、焊接接等。成形工艺基基础－切削削441小结与作业业1.通过学学习本章内内容，如遇遇有一工件件用传统工工艺能加工工，也可使使用现代加加工工艺去去完成，请请问你如何何抉择？2.读完完本章内容容，你有什什么体会？？能否将你你平时关于于加工方面面的一些““奇异”之之想和同学学们交流一一下？成形工艺基基础－切削削4423.你想想过没有：：可否将传传统加工