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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
2、 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已有很久的历史，它对人类的生产和物质文明起了极大的作 用。目前我们的大部分产品还是依靠传统 的方法加工和装配得到的，如我们的家用 电器：电冰箱、洗衣机、空调等；我们的 交通工具：如汽车、火车、飞机等，以及 各种武器装备：枪、炮、坦克、火箭等。6 特种加工6.1 特种加工的产生及发展2011年4月27日第8次课16学时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
3、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
4、 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，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 Conventio
5、nalMachining, 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
6、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
7、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 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
8、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
9、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。50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
10、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 特种加工的的分类特种加工方法能量来源及形式作用原理英文缩 写 电火花加工电火花成形加工电能、热能熔化、气化EDM 电火
11、花线切割加 工电能、热能熔化、气化WEDM电化学加工电解加工电学化能金属离子阳极熔 解ECM(EL M) 电解磨削电化学、机械能阳极熔解、磨削EGM(EC G) 电解研磨电化学、机械能阳极熔解、研磨ECH 电铸电学化能金属阳离子沉淀EFM 涂镀电学化能金属阳离子沉淀EPM 激光加工激光切割、打孔光能、热能熔化、气化LBM 激光打标记光能、热能熔化、气化LBM 激光处理、表面 改性光能、热能熔化、气化LBT表61 常用特种加工方法分类表特种加工方法能量来源及形 式作用原理英文缩 写 电子束加工切割、打孔、焊 接电能、热能熔化、气化EBM离子束加工蚀刻、镀覆、注电能、动能原子撞击IBM 等离子弧加
12、 工切割（喷镀 ）电能、热能熔化、气化（涂 覆）PAM超声加工切割、打孔、雕 刻声能、机械能磨料高频撞击USM化学加工化学铣削化学能腐蚀CHM 化学抛光化学能腐蚀CHP 光刻光、化学能光化学能PCM 快速成形液相固化法光、化学能FDMSL 粉末烧结 法SLS 纸片叠层法光、化学能LOM 熔丝堆积法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
13、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。加工方
14、 法可加工 材料工具损 耗率（ ）最低/ 平均材料去除 率 mm.mim 平均/最高可达到尺寸 精度/mm平 均/最高可达到 表面粗 糙度 R/um平 均/最高主要使用范围电火花 加工任何导 电的金 属材料 如硬质 合金、 耐热钢 、不锈 钢、淬 火钢、 钛合金 等0.1/1030/30000.03/0.00310/0.4从数微米的孔 、槽到数米的 超大型模具、 工件等。如圆 孔、方孔、异 形孔、深孔、 微孔、弯孔、 螺纹孔以及冲 模、锻模、压 铸模、拉丝模 ，还可刻字、 表面强化、涂 覆加工表62 几种常用特种加工方法的加工比较加工方 法可加工 材料工具损 耗率（ ）最低/ 平均材料去除 率
15、 mm.mim 平均/最高可达到尺寸 精度/mm平 均/最高可达到 表面粗 糙度 R/um平 均/最高主要使用范围电火花 线切割 加工任何 导电 的金属 材料如 硬质 合金、 耐热 钢、 不锈 钢、 淬火 钢、 钛合 金等较小（ 可补偿 ）20/200mm /min0.02/0.025/0.32切割各种冲模 、塑料模、粉 末冶金模等二 维及三维直纹 面组成的模具 及零件。可直 接切割各种样 板、磁钢、硅 钢片冲片。也 可用于钼、钨 、半导体材料 或贵金属的切 割。加工方 法可加工 材料工具损 耗率（ ）最低/ 平均材料去除 率 mm.mim 平均/最高可达到尺寸 精度/mm平 均/最高可达到
16、表面粗 糙度 R/um平 均/最高主要使用范围电解加 工任何 导电 的金属 材料如 硬质 合金、 耐热 钢、 不锈 钢、 淬火 钢、 钛合 金等不损耗100/100000.1/0.011.25/0.1 6从细小零件到 1t的超大型工件 及模具。如仪 表微型小轴、 齿轮 上的毛刺 ，涡轮 叶片、 炮管膛线，螺 旋花键孔、各 种异形孔，锻 造模、铸造模 ，以及抛光、 去毛刺等加工方 法可加工 材料工具损 耗率（ ）最低/ 平均材料去除 率 mm.mim 平均/最高可达到尺寸 精度/mm平 均/最高可达到 表面粗 糙度 R/um平 均/最高主要使用范围电解磨 削任何 导电 的金属 材料如 硬质 合金、 耐热 钢、 不锈 钢、 淬火 钢、 钛合 金等1/501/1000.02/0.0011.25/0.0 4硬质合金等难 加工材料的磨 削。如硬质合 金刀具、量具 、轧辊 、小孔 、深孔、细长 杆磨削，以及 超精光整研磨 、珩磨加工方 法可加工 材料工
