《数控加工工艺设备 教学课件 ppt 作者 周晓宏 第十章 现代新工艺与新设备 (NXPowerLite)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控加工工艺设备 教学课件 ppt 作者 周晓宏 第十章 现代新工艺与新设备 (NXPowerLite)（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、周晓宏 主编,数控加工工艺与设备 SHUKONG JIAGONG GONGYI YU SHEBEI,第十章 现代新工艺与新设备,本章应知,激光加工、 超声加工、 电子束加工、 离子束加工、 电解加工和 少无切削加工的原理、 特点、主要应用及 其设备的组成。,第一节 激光加工,第 章,十 现代新工艺与新设备,一、激光加工原理,激光束加工是利用能量密度很高的激光束使工件材料熔化、蒸发和汽化而予以去除的高能束加工。 大体分为激光热加工和激光冷加工。,其加工过程分为如下几个阶段： 激光束照射工件材料；工件材料吸收光能；光能转变为热能使工件材料无损加热。 工件材料被熔化、蒸发、汽化并溅出去除或破坏。 作
2、用结束与加工区冷凝。,第一节 激光加工,第 章,十 现代新工艺与新设备,二、激光加工的特点,1）激光的功率密度高，几乎可以加工所有的可熔化、不可分解的金属及非金属材料。透明材料(如玻璃)只要采取一些色化和打毛措施，也可加工。 2）激光加工不需要加工工具，不存在工具损耗、无机械加工变形，加工速度快，热影响区小，可通过调节光束能量、光斑直径及光束移动速度，来实现各种加工，包括微细加工、自动化加工。 3）激光加工是一种热加工，影响因素很多，故加工精度难以保证和提高。此外，激光对人体有害、须采取相应防护对策。 4）可透过透明介质(如玻璃)、惰性气体或空气对工件加工。 5）激光易于导向、聚焦和发散，可与
3、数控机床、机器人等结合，构成各种灵活的加工系统，有利于对传统加工工艺、传统的机床、设备的改造。,第一节 激光加工,第 章,十 现代新工艺与新设备,三、激光加工设备的组成,1.激光器,激光器是激光加工的重要设备，它的任务是把电能转变成光能，产生所需要的激光束。,2.导光聚焦系统,根据被加工工件的性能要求，光束经放大、整形、聚焦后作用于加工部位，这种从激光器输出窗口到被加工工件之间的装置称为导光聚焦系统。,3.激光加工系统,激光加工系统主要包括床身、能够在三维坐标范围内移动的工作台及机电控制系统等。,第一节 激光加工,第 章,十 现代新工艺与新设备,四、激光加工的应用,1.激光切割,激光切割大多采
4、用大功率的CO2激光器，对于精细切割，也可采用YAG激光器。,图10-1 CO2气体激光器切割钛合金示意图 1-激光器 2-辅助气体 3-激光束 4-平面镜 5-聚焦透镜 6-喷嘴 7-钛合金,激光切割过程中，影响激光切割参数的主要因素有激光功率、吹气压力、材料厚度等。,2.激光打孔,硬度大、熔点高的材料用激光打孔，则能比较好地完成任务。,3.激光打标,激光打标是指利用高能量的激光束照射在工件表面，光能瞬时变成热能，使工件表面迅速产生蒸发，从而在工件表面刻出任意所需要的文字和图形，以作为永久防伪标志(如图10-2所示)，适合金属、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等各种材料。,第一节 激光加工,第
5、章,十 现代新工艺与新设备,图10-2 振镜式激光打标原理 1-激光束 2-光束准直 3-振镜 4-Y轴马达 5-透镜,激光打标广泛应用于电子元器件、汽(摩托)车配件、医疗器械、通讯器材、计算机外围设备、钟表等产品和烟酒食品防伪等行业。,4.激光焊接,激光焊接速度快，热影响区小，焊接质量高，既可焊接同种材料，也可焊接异种材料，还可透过玻璃进行焊接。,图10-3 激光焊接过程示意图 1-激光 2-被焊接零件 3-被熔化金属 4-已冷却的熔池,第一节 激光加工,第 章,十 现代新工艺与新设备,5.激光强化,激光强化包含激光淬火、激光涂覆、激光合金化、激光冲击硬化、激光非晶化和微晶化等。,(1)激光
6、淬火,1)对于深孔、不通孔、小孔、槽壁等特殊部位，只要光束能照射到的部位均可进行。 2)淬硬层深度可精确控制，组织细化，硬度比一般淬火可提高1520，铸铁经淬火后耐磨性可提高34倍。 3)自冷淬火，无需油或水等淬火介质，可对大型零件进行局部淬火，对形状复杂的零件淬火也较方便。 4)加热速度快、工艺周期短、生产率高、成本低、易实现数控或计算机控制。,(2)激光涂覆,将粉末撤在金属工件表面，并利用激光束加热至全部熔化，同时工件表面亦有微量熔融，光束离去后涂覆材料便迅速凝固，形成与基体材料牢固结合的涂覆层。此项技术常用于贵金属或重要零件的有效使用方面。,第二节 超声加工,第 章,十 现代新工艺与新设
7、备,一、超声加工的原理,频率超过16000Hz的振动波称为超声波。,超声加工是磨粒的机械撞击和抛磨作用以及超声空化作用的综合结果，磨粒的撞击作用是主要的。因此，材料愈是硬脆，愈易遭受撞击破坏，愈易进行超声加工。,图10-4 超声加工原理,二、超声加工的特点,1）适合于加工各种硬脆材料，也可加工淬火钢和硬质合金等材料。 2）由于工具材料硬度不宜很高，易于制造复杂形状的工具以加工复杂的型孔，但超声加工效率较低。 3）加工时切削力小，切削热少。,第二节 超声加工,第 章,十 现代新工艺与新设备,三、超声加工设备的组成,1超声波发生器,将工频交流电转变为具有一定功率的超声频电振。,2换能器,换能器用以
8、把超声频电振荡转变以超声机械振动。,图10-5 超声加工装置,3.振幅扩大及工具,图10-6 振幅扩大棒的形状,4.磨料液,磨料液又称磨料悬浮液。磨料液由工作液和磨料混合而成。,第二节 超声加工,第 章,十 现代新工艺与新设备,四、超声加工的应用,在实际生产中，超声波广泛应用于型(腔)孔加工(如图10-7所示)、切割加工(如图10-8所示)和清洗等方面。,图10-7 超声波加工的型孔、腔孔类型 a)加工圆孔 b)加工型腔 c)加工异形孔 d）套料加工 e)加工微细孔,图10-8 超声切割单晶硅片示意图 1-变幅杆 2-工具(薄钢片) 3-磨料液 4-工件(单晶硅),第三节 电子束加工,第 章,
9、十 现代新工艺与新设备,一、电子束加工原理,图10-9 电子束加工原理,电子束加工是利用高速电子的冲击动能来加工工件的，如图10-9所示。在真空条件下，将具有很高速度和能量的电子束聚焦到被加工材料上，电子的动能绝大部分转变为热能，使材料局部瞬时熔融、汽化蒸发而去除。,二、电子束加工的特点,1）电子束能够极其微细地聚焦(1m0.1m),可进行微细加工。 2）加工材料范围广。 3）加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。 4）需要整套的专用设备和复杂的真空系统，价格昂贵。 5）便于使加工过程自动化，特别是可以通过电磁控制进行复杂形状型孔和型面的加工。,第三节 电子束加工,第 章,十 现代新工
10、艺与新设备,三、电子束加工的应用,1.高速加工细微小孔,2.加工异型孔及特殊型面,3.刻蚀,图10-10 电子束加工的喷丝头异形孔,图10-11 电子束加工曲面、弯槽和弯孔,第四节 离子束加工,第 章,十 现代新工艺与新设备,离子束加工是一种新兴特种加工，是利用高速运动的离子束的动能进行加工的。它可进行纳米级(即毫微米级，1mm=0.001m)的超精细加工，也可用以改变工件表面的物理、化学性质。,一、离子束加工的原理,离子束加工是真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速、聚焦，使之轰击工件表面。,图10-12 离子束加工原理,第四节 离子束加工,第 章,十 现代新工艺与新设备,三、离子束加工的
11、应用,1.离子刻蚀加工 2.离子镀膜加工 3离子注入,1）离子束是目前特种加工中最精密、最微细的加工。 2）离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用。 3）离子束加工在高真空中进行，污染少，特别适宜对易氧化的金属、合金和半导体材料进行加工。 4）设备昂贵，成本高，加工效率低，因此应用范刚目前还受到一定限制。,二、离子束加工的特点,第五节 电解加工,第 章,十 现代新工艺与新设备,图10-13 电解加工原理图 1-进给轴 2-工具阴极 3-工件阳极 4-电解液管道 5-调压阀 6-电解液泵 7-过滤泵 8-电解液 9-过滤网 10-电解液回收管道 11-直流电源,一、电解加工
12、的原理,图10-14 电解加工成形原理图,第五节 电解加工,第 章,十 现代新工艺与新设备,二、电解加工的特点,1）加工范围广，可加工高硬度、高强度及高韧性的金属材料，可加工复杂的型腔和型面。 2）生产率高，工具电极小易损耗，可长期使用。 3）加工过程中不存在机械力，工件无飞边毛刺，表面无硬化层和残余应力，加工表面粗糙度Ra值为0.8m0.2m。 4）电解加工的主要问题是：加工稳定性差，不易达到较高的加工精度；附属设备多，单件小批生产的成本较高；易污染环境、会腐蚀设备，机床需有防腐措施。,第五节 电解加工,第 章,十 现代新工艺与新设备,三、电解加工的应用,1深孔和深小孔加工,(1)深孔加工,
13、(2)深小孔加工,1)普通电解加工 2)电液束加工,2型腔、型面加工,3.电解磨削的应用,4.电解抛光,5.电解倒棱去毛刺,第六节 少无切削加工,第 章,十 现代新工艺与新设备,一、胀光加工,图10-15 胀光加工,二、滚压加工,图10-16 滚压加工外圆,图10-17 多滚柱滚压头滚压内圆,第六节 少无切削加工,第 章,十 现代新工艺与新设备,三、滚轧成形加工,1.滚轧螺纹,（1）搓螺纹,（2）滚螺纹,图10-18 用搓丝板滚轧螺纹,图10-19 用滚丝轮滚轧螺纹,2.滚轧丝杠,图10-20 丝杠横轧法原理图 a)横向进给式 b)纵向进给式,第六节 少无切削加工,第 章,十 现代新工艺与新设
14、备,四、粉末冶金,1.粉末冶金的工艺过程,（1）粉末的制备,（2）粉末的混合,（3）压制成型,（4）烧结,（5）后续处理,图10-21 单向及双向冲压时的坚实度状况 a)单向冲压 b)双向冲压,2.粉末冶金的特点,1)可制取难熔、难铸、难加工的金属制品。 2)可用性能差异较大的不同材料制成复合材料。 3)可制成具有特殊性能的制品,第六节 少无切削加工,第 章,十 现代新工艺与新设备,3.粉末冶金新工艺,（1）粉末冶金热压成形,（2）粉末冶金轧制,（3）粉末冶金挤压,图10-22 粉末冶金热压成形加热方式,图10-23 粉末冶金轧制薄金属带的过程,图10-24 粉末冶金挤压生材或细棒料,1.试说明激光加工的原理。 2.激光加工主要有哪些应用？ 3.超声加工有哪些特点？ 4.超声加工设备由哪些部分组成？ 5.电子束加工主要有哪些应用？ 6.电解加工有何特点？主要应用在哪些方面？ 7.常用的少无切削加工主要有哪几种？ 8.粉末冶金的工艺过程主要有哪几个阶段？,十 现代新工艺与新设备,
