张-第4章 精密与特种加工

FundamentalofMechanicalMachiningTechnology机械加工工艺基础第四章精密加工与特种加工精密切削加工精密磨削加工微细加工精密加工：加工误差≤1um，Ra≤0.1的加工

微细加工——泛指各种精密超精密特种加工方法

精密磨削加工——精密磨削、精密研磨、珩磨、超精、抛光精密切削加工——金刚石刀具切削加工

精整加工：切除很薄的材料层，提高加工精度，减小Ra

包括：研磨、珩磨光整加工：不切除或切除极薄的材料层，减小Ra

包括：超级光磨，抛光

第一节精密切削加工精密切削加工——金刚石刀具切削加工天然单晶金刚石刀具切削（单点金刚石切削）是目前最好的，也是目前应用最多的超精密切削方法。金刚石刀具切削的特点硬度最高刃口半径最小耐磨性好与非碳系金属材料的摩擦系数很小，亲和性小传热好，切削温度较低不适合切削碳系金属不耐高温耐冲击性能较差用金刚石刀具实现的纳米级切削厚度第二节精密磨削加工一、研磨1、原理在研具与工件间放研磨剂，并作复杂的相对运动，在机械和化学作用下切除很薄的一层材料。

研具：材料应比工件软可用铸铁、软钢、黄铜等。常用铸铁

研磨剂：

磨料——机械切削如刚玉、碳化硅研磨液——冷却、润滑如煤油、汽油辅助填料——提高研磨效率和表面质量如硬质酸2、研磨方法手工研磨法机械研磨法3、工艺特点研磨设备简单可提高尺寸精度和形状精度，0.1－0.3um

减小表面粗糙度Ra-0.025um以下但不能提高位置精度生产效率低，加工余量0.01－0.03mm研磨剂易飞溅，污染环境4、应用平面、圆柱面、圆锥面、螺纹、齿面、配合面精密零件的终加工，如量块、钢球、光学元件、半导体晶体二、珩磨1、原理磨料是由油石制成的，相当于砂轮，磨料更细

珩磨头与主轴浮动连接，可沿孔壁自位导向

例如：车床尾座主轴孔珩磨2、工艺特点生产效率高，加工余量比研磨大尺寸精度和形状精度高，Ra0.8-0.05

但不能提高位置精度珩磨表面耐磨珩磨头结构复杂3、应用大孔、深孔的精整加工珩磨外圆、平面、球面和齿面大批大量生产和单件小批生产中都有应用三、超级光磨（超精）1、原理细磨粒、低硬度油石的磨头，对工件恒压力、高频往复运动的表面光整加工的方法

注入光磨液（煤油+锭子油），形成油膜

例如轴承滚道面最后加工工序2、工艺特点：设备简单，操作方便加工余量极小3~10um生产效率较高表面质量好Ra0.1-0.013、应用：加工轴类零件的外柱面加工圆锥面、孔、平面和球面例轴承滚道面四、抛光高速旋转的抛光轮（毛毡、橡胶、皮革等）上涂以磨膏，对工件进行光整加工，也称“镜面加工”多为手工抛光提高光亮程度，起装饰作用，一般不能保持或提高加工精度，仅能减小Ra

。五、比较抛光超级光磨研磨珩磨加工质量提高光亮程度降低Ra既降低Ra，又提高尺寸、形状精度应用范围加工各种表面孔工具设备简单稍复杂复杂生产效率最高最低较高电火花加工（线切割、成形）电解加工超声波加工激光束加工电子束加工离子束加工第三节特种加工——直接利用电能、电化学能、声能、光能等能量形式和它们的复合形式进行材料加工——非传统加工技术一、电火花加工1、原理

当工具电极与工件电极在绝缘液体中靠近时，极间电压将在两极间“相对最靠近点”电离击穿，形成脉冲放电。大量热能使金属局部熔化甚至气化。2、工艺特点可加工难切削材料即硬、脆、软、韧、高熔点的导电材料无切削力，不接触加工

“以柔克刚”

，工具材料软（铜、石墨）可加工复杂型面零件可在同一台机床上连续进行粗、半精、精加工线切割的原理与应用

电火花线切割加工，有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点，已在生产中获得广泛的应用，目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60％以上。

3、应用电火花成型加工

煅模、异型孔电火花线切割切割、冲模电火花小孔加工

喷丝孔表面强化、打印记二、电解加工电化学加工：电解加工：从工件上去除金属

——阳极溶解过程

电化学沉积（电镀、电铸、电刷镀等）：

向工件上沉积金属

——阴极还原过程1、原理（阳极溶解）工件阳极反应：

Fe2++2(OH)—Fe(OH)2

（沉淀）

4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3

工具阴极反应：2H++2e—H2

2、电解加工工艺特点与电火花相似的方面：可加工难切削材料，如淬火钢、硬质合金无切削力和切削热，可加工薄壁零件可直接加工出复杂型面零件与电火花不同的方面：工具电极不损耗生产效率高精度低、表面无应力和毛刺，Ra低对机床有腐蚀3、电解加工应用型腔、型孔、复杂型面套料、去毛刺、刻印

电解磨削适合于批量生产电解磨削、电化学机械复合加工：

使用中性－钝性电解液，在工件表面形成钝化膜，机械刮膜去除与活化－钝化作用交替进行，使得工件表面得到快速整平或快速去除。

——用于对硬质合金等高硬度材料的去除加工或各种金属材料零件的光整加工。三、超声波加工次生波：频率在16Hz以下声波：频率在16-16000Hz之间超声波：频率在16000Hz以上一般加工用的超声波频率在16000-25000Hz间三、超声波加工1、超声波加工原理

工具端面的超声频振动作用＋悬浮磨料的冲击、研抛作用＋液压冲击波的空化作用——实现材料的去除2、超声波加工工艺特点适合加工硬脆材料，如半导体，玻璃，陶瓷，钻石，玛瑙，金刚石

可加工复杂型面作用力小，振幅0.05-0.1mm,可以获得较高的加工加工精度

IT7-IT8,Ra0.8-0.1工具硬度低，如45钢已有五轴cnc超声波精密加工机床（DMG)3、超声波加工应用加工硬、脆材料的孔。如异型孔拉丝模切割、套料、雕刻。如切硅片

超声波清洗

超声波焊接

四、激光加工1、原理

——受激谐振发光，产生兆瓦级能量密度2、激光加工工艺特点几乎可以加工任何金属和非金属材料

加工速度快，效率高，易于实现自动化非接触加工，无机械作用力可透过空气、惰性气体、光学透明介质（玻璃）等加工，如焊接真空管内部器件..\DSCN4040.MOV3、激光加工应用孔加工。拉丝模、钟表宝石轴承、陶瓷、玻璃、硬质合金、不锈钢材料的小孔加工。切割、雕刻激光焊接、激光表面处理。如淬火、表面合金化。

五、电子束加工1、原理利用电子的动能转换成热能对材料进行加工的。2、电子束工艺特点与应用几乎可以加工任何材料

加工速度快，效率高无机械力，非接触加工可加工深孔、窄缝。深径可比达几十