《第四章精密与特种加工幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章精密与特种加工幻灯片（113页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4章 精密加工和特种加工,精密加工和光整加工,精密加工：是指在精加工之后从零件上切除很薄的材料层，以提高零件精度和减小表面粗糙度为目的的加工方法，如研磨和珩磨等。 光整加工：是指不切除或从零件上切除极薄材料层，以减小零件表面粗糙度为目的的加工方法，如超级光磨和抛光。,在研具与工件之间置以研磨剂，从零件上研去一层极薄表面层,对工件表面进行光整加工的方法。 特点 研磨外圆尺寸精度可达公差等级IT6IT5以上，表面粗糙度可达Ra为0.10.08。设备结构简单，制造方便，生产率较低，在高精度零件和精密配合的偶件加工中，是一种有效的方法。,研 磨,研磨机,研具材料,铸铁,软钢,黄铜,塑料或木材,研磨剂
2、,组成,形态,磨 料,研 磨 液,填 料,液 态,固 态,膏 状,大部分磨粒悬浮于磨具与零件之间，起滚动切削作用。,研具,研磨原理,研磨剂,运动,压力,手工研磨外圆,手工研磨外圆,手工研磨内圆,机械研磨,研具由上下两块铸铁研磨盘组成，二者可同向或反向旋转。,机械研磨,下研磨盘与机床转轴刚性连接，上研磨盘与悬臂轴活动铰接，可按照下研磨盘自动调位，以保证压力均匀。,机械研磨,在上下研磨盘之间有一个与偏心轴相连的分隔盘，其上开有安装零件的长槽，槽与分隔盘径向倾斜角为815。,机械研磨,当研磨盘转动时，分隔盘由偏心轴带动作偏心旋转，零件既可以在槽内自由转动，又可因分隔盘的偏心而作轴向滑动，因而其表面形
3、成网状轨迹，从而保证从零件表面切除均匀的加工余量。,研磨平面和凹槽,研磨平面,研磨凹槽,研磨(视频),珩 磨,珩 磨 机,珩 磨 机,珩磨具,珩磨是利用带有磨条的珩磨头对孔进行精整加工的方法。 特点与应用 生产率较高；精度高。珩磨精度可达IT7IT5以上，表面粗糙度Ra值为0.10.008；珩磨表面耐磨损；珩磨头结构较复杂。 珩磨主要用于孔的精整加工，加工范围很广，能加工直径为5mm500mm或更大的孔，并且能加工深孔。珩磨还可以加工外圆、平面、球面和齿面等。,珩 磨,加工原理,珩磨时，珩磨头上的油石以一定的压力压在被加工表面上，由机床主轴带动珩磨头旋转并沿轴向作往复运动(零件固定不动)。,加
4、工原理,在相对运动的过程中，磨条从零件表面切除一层极薄的金属，加之磨条在零件表面上的切削轨迹是交叉而不重复的网纹， 故加工精度和表面质量较高。,珩磨头,往复运动,回转运动,珩磨液,组成,形态,煤 油,机 油,溶 液,水 剂,超级光磨,超级光磨是用细磨粒的磨具(油石)对零件施加很小的压力进行光整加工的方法。 特点 (1) 设备简单，操作方便；(2) 加工余量极小； (3) 生产率较高；(4) 表面质量好；(5)仅能提高工件的表面质量，不能提高尺寸和形位精度。 超级光磨的应用也很广泛，如汽车和内燃机零件、轴承、精密量具等小粗糙度表面的光整加工。它不仅能加工轴类零件的外圆柱面，而且还能加工圆锥面、孔
5、、平面和球面等。,加工原理,零件旋转，磨具以恒力轻压于零件表面，作轴向进给的同时作轴向微小振动，从而对零件微观不平的表面进行光磨。,加工原理,油石,油膜,零件,加工过程中，在油石和零件之间注入光磨液(一般为煤油加锭子油)，一方面为了冷却、润滑及清除切屑等，另一方面为了形成油膜，以便自动终止切削作用。,加工原理,当油石最初与比较粗糙的零件表面接触时，虽然压力不大，但由于实际接触面积小，压强较大，油石与零件表面之间不能形成完整的油膜，加之切削方向经常变化，油石的自锐作用较好，切削作用较强。,加工原理,随着零件表面被逐渐磨平，以及细微切屑等嵌入油石空隙，使油石表面逐渐平滑，油石与零件接触面积逐渐增大
6、，压强逐渐减小，油石和零件表面之间逐渐形成完整的润滑油膜，切削作用逐渐减弱，经过光整抛光阶段，最后便自动停止切削作用。,加工球面,加工轴承 圆形沟道,加工轴承沟道,加工平面,抛光,抛光是在高速旋转的抛光轮上涂以抛光膏，对零件表面进行光整加工的方法。 特点 (1) 方法简单、成本低; (2) 适宜曲面的加工; (3) 不能提高加工精度; (4) 劳动条件较差;,抛光 抛光轮用毛毡、橡胶、皮革或布做成。 磨膏由磨料（氧化铬、氧化铁等）和油酸、软脂等配制而成。,抛光,抛光机,抛光轮 (具有一定弹性的软轮),组成,毛毡,橡胶,皮革,棉制品 （压制纸板）,抛光膏,磨料 (氧化铬、氧化铁等),油酸,软脂,
7、工作原理,抛光时，将零件压于高速旋转的抛光轮上，在抛光膏介质的作用下，金属表面产生的一层极薄的软膜，可以用比零件材料软的磨料切除，而不会在零件表面留下划痕。加之高速摩擦，使零件表面出现高温，表层材料被挤压而发生塑性流动，这样可填平表面原来的微观不平，获得很光亮的表面(呈镜面状)。,小 结,综上所述，研磨、珩磨、超级光磨和抛光所起的作用是不同的，抛光仅能提高零件表面的光亮程度，而对零件表面粗糙度的改善并无益处。超级光磨仅能减小零件的表面粗糙度，而不能提高其尺寸和形状精度。研磨和珩磨则不但可以减小零件表面的粗糙度，也可以在一定程度上提高其尺寸和形状精度。 从应用范围来看，研磨、珩磨、超级光磨和抛光
8、都可以用来加工各种各样的表面，但珩磨则主要用于孔的精整加工。 从所用工具和设备来看，抛光最简单，研磨和超级光磨稍复杂，而珩磨则较为复杂。,超精密加工 指加工的尺寸精度以微米计的加工方法的统称。是指加工精度和表面质量达到极高精度的加工工艺。 根据所用的工具不同，超精密加工可以分为超精密切削、超精密磨削和超精密研磨等。,加工精度,一般加工精度为1m，精密加工精度为0.01m，超精密加工精度为0.001m(1nm)。,超精密加工的基本条件,特种加工,直接利用电能、化学能、电化学能、声能、光能等进行机械加工的方法。,磁性材料,耐高温,高硬度,高强度,高脆性,高韧性,材料特征,精密细小,形状复杂,工件特
9、点,加工范围,特种加工,电火花加工 电解加工 超声波加工 高能束加工,特种加工应用范围 解决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、宝石、石英以及褚、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。 解决各种特殊复杂表面的加工问题： 如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣和锻压面的立体成型表面，各种冲模上特殊断面的型孔，炮筒内膛线，喷油嘴、栅网、喷丝头上的小孔 解决各种超精、光整或具有特殊要求零件的加工问题 如表面质量和精度要求很高的航天、航空陀螺仪，伺服阀以及细长轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零件的加工。,电火花加工是利用工具电极和零件电极
10、间脉冲放电时局部瞬间产生的高温，将金属腐蚀去除来对零件进行加工的一种方法。,电火花加工,电火花加工装置原理图,1脉冲发生器 2自动进给调节装置 3工具电极 4零件 5工作液,脉冲发生器1的两极分别接在工具电极3与零件4上，当两极在工作液5中靠近时，极间电压击穿间隙而产生火花放电。,电火花加工装置原理图,1脉冲发生器 2自动进给调节装置 3工具电极 4零件 5工作液,火花放电的同时，在放电通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度(10000以上)，使零件和工具表面局部材料熔化甚至气化而被蚀除下来，形成一个微小的凹坑。,电火花加工装置原理图,1脉冲发生器 2自动进给调节装置 3工具电极 4零件 5工
11、作液,多次放电的结果，就使零件表面形成许多非常小的凹坑。电极不断下降，工具电极的轮廓形状便复印到零件上，这样就完成了零件的加工。,电火花加工的特点及应用,电火花加工适用于导电性较好的金属材料的加工而不受材料的强度、硬度、韧性及熔点的影响，因此为耐热钢、淬火钢、硬质合金等难以加工材料提供了有效的加工手段，又由于加工过程中工具与零件不直接接触，故不存在切削力，从而工具电极可以用较软的材料如纯铜、石墨等制造，并可用于薄壁、小孔、窄缝的加工，而无须担心工具或零件的刚度太低而无法进行，也可用于各种复杂形状的型孔及立体曲面型腔的一次成形，而不必考虑加工面积太大会引起切削力过大等问题。,电火花加工机床,电火
12、花加工的应用,电火花加工的应用范围很广，它可以用来加工各种型孔、小孔，如冲孔凹模、拉丝模孔、喷丝孔等；可以加工立体曲面型腔，如锻模、压铸模、塑料模的模膛；也可用来进行切断、切割、以及表面强化、刻写、打印铭牌和标记等。,电火花切割加工装置示意图,1绝缘底板 2零件 3脉冲电源 4电极丝 5导向轮 6支架 7贮丝筒,电火花线切割加工机床,电火花切割的应用, 适宜加工具有薄壁、窄槽、异形孔等复杂结构图形的零件。 适宜加工不仅有直线和圆弧组成的二维曲面图形，还有一些由直线组成的三维直纹曲面，如阿基米德旋线、抛物线、双曲线等特殊曲线的图形的零件。 适宜加工大小和材料厚度常有很大差别的零件。技术要求高，特
13、别是在几何精度、表面粗糙度方面有着不同要求的零件。,电解加工,电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解的电化学反应原理，将金属材料加工成形的一种方法。,电解加工,电解加工原理,零件接直流电源的正极，工具接负极，两极间保持较小的间隙(通常为0.02mm0.7mm)，电解液以一定的压力(0.5MPa2MPa)和速度(5m/s50m/s)从间隙间流过。,电解加工原理,接通直流电源时(电压约为5V25V，电流密度为10 A/cm2100A/cm2)，零件表面的金属材料就产生阳极溶解，溶解的产物被高速流动的电解液及时冲走。,电解加工原理,工具电极以一定的速度(0.5mm/min3mm/min)向零件进给
14、，零件表面的金属材料便不断溶解，在零件表面形成与工具型面近而相反的形状，直至加工尺寸及形状符合要求为止。,电解加工的特点及应用,影响电解加工质量和生产效率的工艺因素很多，主要有电解液(包括电解液成分、浓度、温度、流速以及流向等)、电流密度、工作电压、加工间隙及工具电极进给速度等。,电解加工的特点及应用,电解加工不受材料硬度、强度和韧性的限制，可加工硬质合金等难切削金属材料；它能以简单的进给运动，一次完成形状复杂的型面或型腔的加工(例如汽轮叶片、锻模等)，效率比电火花成形加工高510倍；电解过程中，作为阴极的工具理论上没有损耗，故加工精度可达0.2mm0.005mm；电解加工时无机械切削力和切削
15、热的影响，因此适宜于易变形或薄壁零件的加工。此外，在加工各种膛线、花键孔、深孔、内齿轮以及去毛刺、刻印等方面，电解加工也获得广泛应用。,电解加工的特点及应用,电解加工的主要缺点是：设备投资较大，耗电量大；电解液有腐蚀性，需对设备采取防护措施，对电解产物也需妥善处理，以防止污染环境。,超声波加工,利用工具端面作超声频振动，使工作液中的悬浮磨粒对零件表面撞击抛磨来实现加工，称为超声波加工。 加工用的超声波频率为16000Hz25000Hz。,加工原理,5零件 6工具,超声发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，然后通过换能器将此超声频电振荡转变为超声频机械振荡。,加工原理,5零件
16、6工具,由于超声频机械振荡振幅很小，一般只有0.005mm0.01mm，需再通过一个上粗下细的振幅扩大棒，使振幅增大到0.1mm0.15mm。,加工原理,5零件 6工具,固定在振幅扩大棒端头的工具即受迫振动，并迫使工作液中的悬浮磨粒以很大的速度，不断地撞击、抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒后打击下来。虽然每次打击下的材料很少，但由于每秒打击的次数多达16000次以上，所以仍有一定的加工效率。,加工原理,5零件 6工具,超声发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，然后通过换能器将此超声频电振荡转变为超声频机械振荡，由于其振幅很小，一般只有0.005mm0.01mm，需再通过一个上粗下细的振幅扩大棒，使振幅增大到0.1mm0.15mm。固定在振幅扩大棒端头的工具即受迫振动，并迫使工作液中的悬浮磨粒以很大的速度，不断地撞击、抛磨被加工表面，把加工区域的
