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1、课程名称： 制造技术及发展 上课时间： 周三 9-10节（1-15周） 上课地点： 桃西楼 202 答疑时间： 每周五晚7：00 9：00 答疑地点： 15号楼404室机械系办公室 任课教师： 刘军 电 话： 63554632（办）、13015524951 办 公 室： 15号楼404机械系办公室 考核形式：平时（20%，上课+作业等）+考试(80%) 考试时间、地点：教务处安排（从网上查看）,制造技术及发展,主讲： 刘 军 教材：自编、讲义 班级：临班0632（135人） 学时：30,Zhizao Jishu ji Fazhan,制造技术及发展,1 制造技术与制造系统 2机械工程材料及热处理
2、 3 机械设计技术 4 材料成型制造技术 5 金属切削加工技术 6 特种加工技术,制造技术及发展,1 制造技术与制造系统 2机械工程材料及热处理 3 机械设计技术 4 材料成型制造技术 5 金属切削加工技术 6 特种加工技术,传统的机械加工方法是用机械能量和 切削力切除多余的金属，使零件具有一定 的几何形状、尺寸和表面粗糙度。它要求 刀具材料比工件材料硬。 随着科学技术的发展，特别是上个世 纪50年代以来，随着生产发展和科学实验 的需要，很多工业部门，尤其是国防工业 部门的要求尖端科学技术产品向高精度、 高速度、高温、高压、大功率、小型化等,方向发展，它们使用的材料越来越难加 工，零件的形状越
3、来越复杂，尺寸精度、 表面粗糙度和某些特殊要求也越来越高， 因而对机械制造部门提出一些新的要求： 1）解决各种难切削材料的加工问题， 如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、 淬火钢、金刚石、宝玉石、石英以及锗、 硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高脆 性的金属及非金属材料的加工。,2）解决各种特殊复杂表面的加工问 题，如喷汽涡轮机叶片、整体涡轮、发动 机机匣、锻压模和注射模的立体成型表 面，各种冲模、冷拔模上特殊断面的型 孔，炮管内膛线，喷油咀、栅网、喷丝头 上的小孔、窄缝等的加工。 3）解决各种超精、光整或具有特殊要 求的零件的加工问题，如对表面质量和精 度要求很高的航天、航空陀螺仪、伺服,阀，
4、以及细长轴、薄壁零件、弹性元件等 低刚度零件的加工。 要解决上述一系列工艺问题，仅仅依 靠传统的切削加工方法就很难实现，甚至 根本无法实现。人们相继探索研究新的加 工方法，特种加工就是在这种前提条件下 产生和发展起来的。 特种加工，国外称作非传统加工 （Non - Traditional Machining, NTM）或,非常规加工（Non Conventional Machining, NCM），是一种采用不同于 传统切削磨削加工工艺及装备的加工技 术，是将电、磁、声、光、热等物理能量 及化学能量或其组合乃至与机械能组合直 接施加在被加工的部位上，从而使材料被 去除、变形及改变性能等。特种加
5、工具有 下列特点：,1）工具材料的硬度可以大大低于工件 材料的硬度； 2）可直接利用电能、电化学能、声能 或光能等能量对材料进行加工； 3）加工过程中机械力不明显，工件很 少产生机械变形和热变形，有助于提高工 件的加工精度和表面质量； 4）各种方法可以有选择地复合成新的 工艺方法，使生产效率成倍地增长，加工,精度也相应提高； 5）几乎每产生一种新的能源，就有可 能产生一种新的特种加工方法。 正因为特种加工工艺具有上述特点， 所以就总体而言，特种加工可以加工任何 硬度、强度、韧性、脆性的金属或非金属 材料，且专长于加工复杂、微细表面和低 刚度零件，同时，有些方法还可用以进行 超精加工、镜面光整加
6、工和纳米级（原子,级）加工。 1943年，前苏联的拉扎连柯夫妇在研 究开关触点遭受火花放电的腐蚀损坏的现 象和原因时，从火花放电时的瞬时高温， 可使金属局部熔化、气化而被蚀除掉的现 象，顿悟到创造一种全新的加工方法的可 能性，继而深入进行研究，最终发明了电 火花加工这种新型的加工方法。用铜丝在 淬火钢上加工出小孔，可用软的工具加工,2011年5月4日第9次课18学时,任何硬度的金属材料，首次摆脱了传统的 切削加工方法，直接利用电能和热能来去 除金属，获得“以柔克钢”的效果。继电火 花加工出现以后，人们又不停顿地进行研 究和探索，相继发展了一系列的特种加工 新方法，如电解加工、超声波加工和激光
7、加工等，从而开创了特种加工的广阔领 域。,国外，特别是日本、俄罗斯、美国、 瑞士等工业化国家对特种加工技术给予了 高度的重视，日本把它列为机械装备的三 大支柱之一。他们从理论研究、技术应用 到加工设备的研制已达到了很高的水平。 他们的特种加工设备以高度自动化、多功 能、加工工艺指标高、质量好及可靠性高 而畅销全球。,我国的特种加工技术起步较早。上世 纪50年代中期我国工厂中已设计研制出电 火花穿孔机床、电火花表面强化机。中国 科学院电工研究所、原机械部机床研究 所、原航空部625研究所、哈尔滨工业大 学、大连理工大学等相继成立电加工研究 室和开展电火花加工的科研工作。50年代 末营口电火花机床
8、厂开始成批生产电火花 强化机和电火花机床，成为我国第一家电,加工机床专业生产厂。以后，上海第八机 床厂等也专业生产电火花加工机床。 60年代初，中国科学院电工研究所研 制成功我国第一台靠模仿形电火花线切割 机床。这是我国电火花线切割加工的“春 燕”。60年代末上海电表厂张维良工程师在 阳极机械切割的基础上发明出我国独创 的高速走丝线切割机床，上海复旦大学研 制出电火花线切割数控系统。从此如雨后,春笋一般，电火花、线切割加工技术在我 国迅速发展。 50年代末电解加工也开始在原兵器工 业部采用，用来加工炮管内的膛线等。以 后逐步用于航空工业中加工喷气发动机叶 片和汽车拖拉机行业中的型腔模具等。 5
9、0年代末我国曾出现“超声波热”，把 超声技术用于强化工艺过程和加工。成立,了上海超声仪器厂和无锡超声电子仪器 厂。 1979年我国成立了全国性的电加工学 会。1981年我国高校间成立了特种加工教 学研究会。这对电加工和特种加工的普及 和提高起了很大的促进作用。由于我国幅 员辽阔，人口众多，在工业化过程中，对 特种加工技术既有广大的社会需求，又有 巨大的发展潜力。1997年我国电火花穿,孔、成型机床的年产量大于1000台，电火 花数控线切割机床的年产量超过3800台， 其它电加工机床在200台以上。已有50多个 电加工机床生产企业，电加工、特种加工 的机床总拥有量也居世界的前列。我国已 有多名科
10、技人员获电火花、线切割、超声 波、电化学加工等八项国家发明奖。但是 由于我国原有的工业基础薄弱，特种加工 设备和整体技术水平与国际先进水平还有,不少差距，高档电加工机床每年还从国外 进口300台以上，有待于我们去努力赶超。,特种加工的分类还没有明确的规定， 一般按能量来源和作用形式以及加工原理 可分为表6-1所示的形式。,6.2 特种加工的的分类,表61 常用特种加工方法分类表,在发展过程中也形成了某些介于常规 机械加工和特种加工工艺之间的过渡性工 艺。例如在切削过程中引入超声振动或低 频振动切削，在切削过程中通以低电压大 电流的导电切削、加热切削以及低温切削 等。这些加工方法是在切削加工的基
11、础上 发展起来的，目的是改善切削的条件，基 本上还属于切削加工。,在特种加工范围内还有一些属于减小 表面粗糙度值或改善表面性能的工艺，前 者如电解抛光、化学抛光、离子束抛光 等，后者如电火花表面强化、镀覆、刻 字，激光表面处理、改性，电子束曝光， 离子镀、离子束注入掺杂等。 随着半导体大规模集成电路生产发展 的需要，上述提到的电子束、离子束加 工，就是近年来提出的超精微加工，即所,谓原子、分子单位的纳米加工方法。 此外，还有一些不属于尺寸加工的特 种加工，如液中放电成形加工、电磁成形 加工、爆炸成形加工及放电烧结等等，这 里不予阐述。 这里主要介绍电火花、电解、电解 磨、激光、超声、电子束、离
12、子束等加工 方法的基本原理、基本设备、主要特点及 使用范围，表6-2为上述特加工方法的综合 比较。,表62 几种常用特种加工方法的加工比较,由于上述各种特种加工工艺的特点以 及逐渐广泛的应用，引起了机械制造工艺 技术领域内的许多变革，例如对 材料的可加工性； 工艺路线的安排； 新产品的试制过程； 产品零件设计的结构；,6.3 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响,零件结构工艺性好、坏的衡量标准 等产生了一系列的影响。 1）提高了材料的可加工性。以往认为 金刚石、硬质合金、淬火钢、石英、玻 璃、陶瓷等很难加工的。现在已经广泛采 用金刚石、聚晶（人造）金刚石制造的刀 具、工具、拉丝模具，可以
13、用电火花、电 解、激光等多种方法来加工它们。材料的 可加工性不再与硬度、强度、韧性、脆性,等成直接、正比关系，对电火花、线切割 加工而言，淬火钢比未淬火钢更易加工。 特种加工方法使材料的可加工范围从普通 材料发展到硬质合金、超硬材料和特殊材 料。 2）改变了零件的典型工艺路线。以往 除磨削外，其它切削加工、成形加工等都 必须安排在淬火热处理工序之前，这是一 切工艺人员决不可违反的工艺准则。特种,加工的出现，改变了这种一成不变的程序 格式。由于它基本上不受工件硬度的影 响，而且为了免除加工后再淬火热处理引 起变形，一般都先淬火而后加工。最为典 型的是电火花线切割加工、电火花成形加 工和电解加工等
14、都必须先淬火，后加工。 3）特种加工改变了试制新产品的模 式。以往试制新产品的关键零部件，必须 先设计、制造相应的刀、夹、量具和模,具，以及二次工装，现在采用数控机床电 火花线切割，可以直接加工出各种标准和 非标准直齿轮（包括非圆齿轮、非渐开线 齿轮），微型电动机定子、转子硅钢片， 各种变压器铁心，各种特殊、复杂的二次 曲面体零件。这样可以省去设计和制造相 应的刀、夹、量具、模具及二次工具，大 大缩短了试制周期。快速成形技术，更是 试制新产品的必要手段，改变了过去传统,的新产品试制模式。 4）特种加工对产品零件的结构设计带 来很大的影响。例如，花键孔、轴，枪炮 膛线的齿根部分，从设计观点为了减
15、少应 力集中，最好做成小圆角，但拉削加工时 刀齿做成圆角对排屑不利，容易磨损，刀 齿只能设计与制造成清棱清角的齿根，而 用电解加工时由于存在尖角变圆现象，非 采用小圆角的齿根不可。又如各种复杂冲,模如山形硅钢片冲模，过去由于不易制 造，往往采用拼镶结构，采用电火花、线 切割加工后，即使是硬质合金的模具或刀 具，也可做成整体结构。喷气发动机蜗轮 也由于电加工而也可采用带冠整体结构， 大大提高了发动机性能。特种加工使产品 零件可以更多地采用整体结构。 5）对传统的结构工艺性的好坏，需要 重新衡量。过去对方孔、小孔、深孔、弯,孔、窄缝等被认为是工艺性很“坏”的典 型，对工艺、设计人员是非常忌讳的，有
16、 的甚至是禁区。特种加工的采用改变了这 种现象。对于电火花穿孔、电火花线切割 工艺来说，加工方孔和加工圆孔的难易程 度是一样的。喷油嘴小孔，喷丝头小异形 孔，涡轮叶片大量的小冷却深孔，窄缝， 静压轴承、静压导轨的内油囊型腔，采用 电加工后变难为易了。过去淬火前忘了钻,定位销孔、铣槽等工艺，淬火后这种工件 只能报废，现在大可不必，可用电打火打 孔、切槽进行补救。相反有时为了避免淬 火开裂、变形等影响，故意把钻孔、开槽 等工艺安排在淬火之后，这在不了解特种 加工的审查人员看来，将认为是工艺、设 计人员的“过错”，其实是他们没有及时进 行知识更新。过去很多不可修废品，现在 都可用特种加工方法进行修复。例如，啮,合不好的齿轮，可用电火花跑合；尺寸磨 小的轴，磨大的了孔，以及工作中磨损了 的轴和孔，可用电刷镀修复。现代产品结 构中可以大量采用小孔、小深孔、深槽和 窄缝。 6）特种加工已经成为微细加工和纳米 加工的主要手段。近年来出现并快速发展 的微细加工和纳米加工技术，主要是电
