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1、精密成形技术课程学习报告班级：模具一班姓名：孙泥煤学号： 指导老师：王雷雷 超精密切削加工技术1.加工机理要实现精密、超精密切削加工，就要应用“创造性”加工原则来完成加工，即使用精度低于被加工零件精度要求的“工作母机” ，再借助于工艺手段和特殊工具、计算机技术、传感器技术等,直接或间接加工出所需工件来。这样就可以使“工作母机”的精度降低一些。但是，即使如此，对“工作母机”的高质量要求仍然是获得工件高质量加工的关键。要对工件精密、超精密切削加工，就要求对工件作微量切削，而要保证微量切削的稳定进行，符合工件的加工要求，就需要有完备的、高质量的工艺系统，如机床主轴有极高的回转精度，机床导轨具有高的直
2、线度与平行度，机床应有高精度的微量进给机构；切削用的刀具切削刃口半径极小等等。除此之外，整个工艺系统要考虑将热、力、振动等干扰因素减至最低，稳定、净化的加工环境，包括温度、湿度、除尘、隔振等应与加工精度水平相适应。2.主要设备1）精化的加工机床：机床是整个切削加工过程中极为重要、关键的一环，而机床中最重要、最关键的又是主轴轴系的静态、动态回转精度问题。要获得极高的回转精度，主轴轴系的结构必须简单又便于加工。 2）合适的切削刀具：超精密加工的零件尺寸公差、形位公差都十分小，表面粗糙度值仅有百分之几微米，加工时必须在工件十分稳定的条件下作微量切削。金刚石刀具超精密切削是 20 世纪 60 年代出现
3、的超精密加工技术，是最典型也是最有成效的超精密加工方法之一。3）超精密的对刀及微量进给机构： 要获得高精度的尺寸，必须在加工前作好高精度的对刀工作，也就是必须要将刀具首先调整到与零件表面接触但又没有切削到金属层的临界状态，利用传感器来对刀是比较快和稳定的办法，如 LVDT 传感器等。另外还需要微量进给装置，以保证微量进给。3.加工特点1）超精密切削加工如金刚石刀具的超精密切削，可加工各种镜面。它已成功地解决了用于激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工。 2）超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂层表面加工和大规模集成电路基片的加工。 3）超精密特种加工如大规模集成电路芯片上的图形是用电
4、子束、离子束刻蚀的方法加工，线宽可达 0.1m。如用扫描隧道电子显微镜(STM)加工，线宽可达25nm。4.加工精度超精密切削，在符合条件的机床和环境条件下，可以得到超光滑表面，表面粗糙度 Ra 可达 0.020.005m，精度0.1m。5.加工范围塑性材料，如有色金属（铜、铝合金等） 、金、银、无电镍、有机玻璃、各种塑料制品（照相机的塑料镜片、隐形眼镜镜片）等；脆性材料，如硅、锗、红外光学晶体（碲镉汞、锑化镉、多晶硅、硫化锌、硒化锌、氯化钠、氯化钾、氯化锶、氟化镁、氟化钙、铌酸锂、KDP 晶体等） 。精密与超精密磨料加工技术1.概述金刚石超精密切削加工主要是对铝、铜及其合金等材料进行超精密切
5、削，而对于黑色金属、硬脆材料的精密与超精密加工，则主要是应用精密和超精密磨料加工。所谓精密和超精密磨料加工，就是利用细粒度的磨粒和微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。精密与超精密磨料加工的磨具按其形状和特征又可以分为固结磨具、涂覆磨具和研磨剂三类。将一定粒度的磨粒或微粉与结合剂黏结在一起，形成一定形状并具有一定强度，再采用烧结、黏结、涂敷等方法即形成砂轮、砂条、油石、砂带等磨具。其中用烧结方法形成砂轮、砂条、油石等称为固结磨具，其性能评价指标主要有磨粒、粒度、结合剂、组织与浓度、硬度、强度等方面。用涂敷方法形成砂带，称为涂覆磨具或涂敷磨具，常用的涂覆磨有砂纸、
6、砂布、砂带、砂盘和砂布套等。涂覆磨具的制造方法有重力落砂法、涂敷法和静电植砂法等2.加工机理1）精密磨削加工机理精密磨削主要是靠砂轮的具有微刃性和等高性的磨粒实现的，精密磨削多用于机床主轴、轴承、液压阀件、滚动导轨、量规等的精密加工。2）超精密磨削加工机理密磨削是近年来发展起来的有最高加工精度、最小表面粗糙度的砂轮磨削方法，一般是指加工精度达到或高于 0.1m，表面粗糙度小于 Ra0.025um，是一种亚微米级的加工方法，并正向纳米级发展。3.主要设备我国对精密磨削的研究尚处于初级阶段，主要集中在高校。哈尔滨工业大学以袁哲俊教授为首的 ELID 课题组研制成功 ELID 磨削专用的脉冲电源、磨
7、削液和砂轮，在国产机床上开发出平面、外圆和内圆 ELID 磨削装置，实现了多种难加工材料的精密镜面磨削。目前正积极推广普及该技术，实现产品化。 上海的东华大学机械学院研究者用固结磨粒低频振动（频率为0.5Hz20Hz，振幅为 0.5mm3mm）压力进给的精整加工研究了适宜的经济加工条件及有关参数，并验证了经过磨削加工后的陶瓷工件，再经过超精加工可以进一步降低其表面粗糙度，可降低 24 个等级。清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及超精密砂带磨削和研抛、金刚石微粉砂轮超精密磨削等方面进行了深入研究，并有相应产品问世。4.加工精度目前，精密加工是指加工精度为 10.1m，表面粗糙度为Ra0.
8、10.01m 的加工技术，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。超精密加工就是在超精密机床设备上，利用零件与刀具之间产生的具有严格约束的相对运动，对材料进行微量切削，以获得极高形状精度和表面光洁度的加工过程。当前的超精密加工是指被加工零件的尺寸精度高于 0.1m，表面粗糙度 Ra 小于 0.025m，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01m 的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展。5.特点精密和超精密磨床是超精密磨削的关键 精密和超精密磨削是在精密和超精密磨床上进行，其加工精度主要决定于机床。由于超精密磨削的精度要求
9、越来越高，已经进入 0.01m，甚至纳米级。精密和超精密磨削是微量、超微量切除加工精密和超精密磨削是一种极薄切削，其去除的余量可能与工件所要求的精度数量级相当，甚至于小于公差要求，因此在加工机理上与一般磨削加工是不同的。精密和超精密磨削是一个系统工程 影响精密和超精密磨削的因素很多，各因素之间相互关联，所以超精密磨削是一个系统工程。超精密磨削需要一个稳定的工艺系统，对力、热、振动、材料组织、工作环境的温度和净化等都有稳定性要求，并有较强的抗击来自系统内外的各种干扰能力，有了高稳定性，才能保证加工质量的要求。6.主要应用普通磨削一般是指加工表面粗糙度为 Ra0.041.25m，加工精度大于1m
10、的磨削方法；精密磨削当前可以达到的表面粗糙度一般为Ra0.160.16m，加工精度为 0.51m。超精密磨削是当代能达到最低磨削表面粗糙度值和最高加工精度的磨削方法，表面粗糙度可达到Ra0.01m，精度0.01m 甚至进入纳米级。热作用特种加工技术一、电火花加工1.基本原理电火花加工是在一定介质（煤油或水）中，利用两极（工具电极与工件电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象（高温熔化、气化金属材料）对材料进行加工，以使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定要求的加工方法。基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温（10000以上） ，使金
11、属局部熔化，甚至气化，从而将金属蚀除下来。2.加工特点1）主要优势适合于任何难切削材料的加工性。其可加工性主要取决于材料导电性及热学特性；适合于加工特殊及复杂形状的表面和零件。工件无宏观作用力，适宜加工低刚度工件及进行微细加工。2）局限性主要用于加工金属等导电材料；一般加工速度比较慢，影响到生产率；存在电极损耗，影响到成形精度。3.加工精度目前电火花的加工精度一般为 1m。4.主要应用由于电火花加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优点，因此其应用领域利益扩大，目前已广泛应用于机械（特别是模具工业） 、宇航、航空、电子工业、电气工业、精密机械、仪器仪表、轻工等行业，以解决难加工材料及复杂形状零件
12、的加工问题。如型孔(圆孔、方孔、多边孔、异形孔)、曲线孔(弯孔、螺旋孔)；小孔、微孔、喷嘴/喷丝孔；落料模、复合模、级进模；拉丝模；塑料模、锻模、压铸模、挤压模、胶木模，以及整体叶轮、叶片等各种曲面零件。加工范围已达到小至几微米的小轴、孔、缝，大到几米的超大型模具和零件。二、电火花线切割1.基本原理被切割的工件作为工件电极，电极丝作为工具电极。电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。当来一个电脉冲时，在电极丝和工件之间可能产生一次火花放电，在放电通道的中心温度瞬时可高达 5000以上，高温使工件局部金属熔化，甚至有少量气化，高温也使电极丝和工件之间的工件液部分产生气化，这些气化后的工作液
13、和金属蒸气迅速热膨胀，并具有爆炸的特性。靠这种热膨胀和局部微爆炸，抛出熔化和气化了的金属材料而实现对工件材料进行电蚀切割加工。2.加工特点(1)与电火花成形加工相似的特点 放电电压、电流波形相似；单个脉冲也有多种放电 状态 加工机理、生产率、表面粗糙度相似； 材料的可加工性相似；(2) 与电火花成形加工不同之处 脉冲宽度、平均电流不能太大，属中、精正极性电火花加工； 采用水基工作液，易实现无人运转，但由于工作液电阻率较小，存在电解效应； 一般不存在稳定电弧放电； 电极丝与工件之间存在“疏松接触式”轻压放电现象 省去了成形工具电极； 有利于微细加工，如微细异形孔、窄缝等； 电极丝损耗对加工精度影
14、响非常小。3.加工精度加工精度一般为0.010.02 毫米，最高可达0.004 毫米；表面粗糙度一般为 R2.51.25 微米,最高可达 R0.63 微米；切割厚度一般为 4060毫米，最厚可达 600 毫米。4.应用范围线切割加工为新产品试制、精密零件加工及模具制造开辟了一条新的工艺途径，主要适用于以下几个方面。(1)加工模具适用于加工各种形状的冲模。调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等。(2)加工电火花成形加工用的电极一般穿孔加工用的电极以及带锥度型腔加工用的电极，以及铜钨、银钨合金之类的电极材料，用线切割加工特别经济，同时也适用于加工微细复杂形状的
15、电极。 (3)加工零件在试制新产品时，用线切割在坯料上直接割出零件，由于不需另行制造模具，可大大缩短制造周期、降低成本。另外修改设计、变更加工程序比较方便。在零件制造方面，可用于加工品种多、数量少的零件，特殊难加工材料的零件、材料试验样件、各种型孔、特殊齿轮凸轮、样板、成型刀具。同时还可进行微细加工，异形槽和人工标准缺陷的窄缝加工等。 三、激光加工1.原理激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性，对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。2.特点1）高功率密度，可高达 1081010W/cm；2）聚焦微小，输出功率可调整；3）无明显机械作用力，无工具
16、损耗。加工速度快，热影响区域很小；4）加工装置比较简单；5）加工重复精度和表面粗糙度不容易保证。对光反射敏感的材料，必须在加工前另加处理；6）加工产生废气、废物，必须及时排除。操作人员应有一定安全防护要求。3.主要设备激光加工机的组成部分（1）激光器：将电能转变成光能，产生激光束；（2）激光器电源：为激光器提供所需能量及控制功能；（3）光学系统：包括激光聚焦系统和观察瞄准系统；（4）机械系统：包括床身、工作台和机电控制系统等。4.应用范围激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。四、电子束加工1.原理电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度
