《机械制造基础 第2版 教学课件 ppt 作者 谭雪松 漆向军 第12章 特种加工和先进加工技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造基础 第2版 教学课件 ppt 作者 谭雪松 漆向军 第12章 特种加工和先进加工技术（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第12章 特种加工和先进加工技术,12.1 特种加工,12.1.1 特种加工概述 1特种加工的特点 （1）工具材料的硬度可以极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）加工过程中的机械力不明显。 （4）各种加工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。,2特种加工的分类,（1）使用电能与热能：电火花加工（EDM）、电火花线切割加工（WEDM）、电子束加工（EBM）及等离子束加工（PAM）。 （2）使用电能与化学能：电解加工（ECM）、电镀加工（EPM）、刷镀加工。 （3）使用电化学能与机械能：电解磨削（E
2、CG）、电解衍磨（ECH）。 （4）使用声能与机械能：超声波加工（USM）。 （5）使用光能与热能：激光加工（LBM）。 （6）使用电能与机械能：离子束加工（IM）。 （7）使用液流能与机械能：挤压衍磨（AFH）和水射流切割（WJC）。,3特种加工的优越性,（1）解决各种难切削材料的加工问题。如耐热钢、不锈钢、钛合金、淬火钢、硬质合金、陶瓷及金刚石等各种高强度、高硬度、高韧性以及高纯度的金属和非金属的加工问题。 （2）解决各种复杂零件表面的加工问题。如各种热锻模、冲裁模的模腔和型孔、整体涡轮、喷油嘴、喷丝头的微小异形孔的加工问题。 （3）解决各种精密的、有特殊要求的零件加工问题。如航空航天、国
3、防工业中表面质量和精度要求很高的陀螺仪、伺服阀以及低刚度细长轴、薄壁筒、弹性元件等的加工问题。,12.1.2 电火花加工,1电火花加工的原理 （1）脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极。两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（煤油、矿物油）中。 （2）工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具和工件在正常加工时维持一个很小的放电间隙（0.010.05mm）。 （3）当脉冲电压加到两极间时，便将两极间最近点的液体介质击穿，形成截面积很小的放电通道，由于放电时间极短，致使能量高度集中，放电区域产生的高温使材料熔化甚至蒸发。 （4）第1次脉冲放电结束后，经过很短的时间间隔，第2次脉冲又在极间最近点
4、击穿放电。工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。,2电火花加工的特点,（1）可加工任何高强度、高韧性、高硬度、高脆性及高纯度的导电材料，达到以柔克刚的效果。如不锈钢、淬火钢、硬质合金、导电陶瓷、立方氮化硼及人造聚晶金刚石等。 （2）电火花加工是一种非接触式加工，加工时不产生切削力，不受工具和工件刚度的限制，有利于进行小孔、深孔、弯孔、窄缝、薄壁弹性件等的加工以及低刚度工件和精密微细结构的加工。 （3）只需更换工具电极，调节脉冲参数，就可在一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工。电脉冲参数的调节和工具电极的自动进给，都可以通过一定措施自动化，实现数控加工。
5、（4）因为放电时间极短，所以放电温度很高也不会对加工表面产生热影响，适合加工热敏感性很高的材料。,3电火花加工的应用,（1）电火花成形加工。 电火花型腔加工。 电火花穿孔加工。 （2）电火花线切割加工。 高速走丝线切割。 低速走丝线切割。 （3）电火花磨削与镗削加工 电火花磨削加工。 电火花镗削加工。,12.1.3 激光加工,1激光打孔 （1）激光打孔速度快，效率高，经济效益好。 （2）激光打孔可在硬、脆、软等各类材料上进行。 （3）激光打孔为无接触加工，不存在工具损耗，加工出的工件清洁、无残渣。 （4）激光打孔适合于数量多、高密度的群孔加工，可在难加工材料的倾斜面上加工小孔。,2激光切割,激
6、光切割通过激光器放电输出受控的高频脉冲激光，经过光路传导及反射，然后聚焦到加工物体的表面上，以瞬间高温熔化或者气化被加工材料。 切割过程时，切割头会喷出一股与光束同轴的气流，将熔化或气化的材料从切口的底部吹出。与传统的板材加工方法相比，激光切割具有高切割质量（切口宽度窄、热影响区小、切口光洁）、高切割速度、高柔性（可随意切割任意形状）、广泛的材料适应性等优点。,3激光焊接 激光焊接分为脉冲激光焊接和连续激光焊接两种。脉冲激光用于1 mm厚度以内的薄壁金属材料的点焊和缝焊，工件整体温升很小，工件变形小 。 4激光打标 激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料气化或发生颜色变化
7、的化学反应，从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级。,12.1.4 电子束加工和离子束加工,1电子束加工 电子束加工时，聚焦后的电子束能量密度和功率密度极高，以极高的速度冲击到工件表面极小的面积上，在极短的时间内，大部分能量转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化或气化。 电子束可对材料表面进行热处理、焊接、刻蚀、钻孔及熔炼等加工。,2离子束加工,离子束的离子质量比电子大数千倍乃至数万倍，比电子束具有更大的撞击动能。离子束加工是在真空条件下，把氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）等惰性气体通
8、过离子源电离产生的离子束经过加速、聚焦后，射到工件表面的加工部位来实现加工的。,离子束加工具有以下特点。 （1）由于离子束流密度及离子的能量可以精确控制，因而加工精度高。离子束加工是所有特种加工方法中最精密、最微细的加工方法，是当代纳米级加工技术的基础。 （2）离子束加工在真空中进行，污染小，特别适用于对易氧化的金属、合金材料和半导体材料的加工。 （3）离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，它是一种微观作用，宏观压力很小，所以加工应力、变形等极小，加工质量高，适合于对各种材料和低刚度零件的加工。,12.1.5 超声波加工,1超声波加工的基本原理 （1）加工时，在工具与工件之间加入液体（
9、水或煤油）与磨料混合的磨料悬浮液，并使工具以很小的力压在工件上。 （2）超声波换能器产生16 000Hz以上的声频，纵向振动，并借助变幅杆把振幅放大到0.050.1mm，驱动工具端面做超声振动，迫使工作液中悬浮的磨粒以很大的速度和加速度不断地撞击、抛磨被加工表面，把加工区域的材料粉碎成很细的微粒。 （3）工作液还会受工具端部的超声振动作用，同时产生高频、交变的液压正负冲击波，加强了机械的破坏作用。 （4）工具的形状和尺寸取决于工件被加工面的形状和尺寸，通常采用韧性材料制成，常用未淬火碳素钢。磨料常采用碳化硼、氧化铝等，其粒度对加工生产率及精度有很大影响。,2超声波加工的特点,（1）超声波加工对
10、工件材料的宏观作用力小，热影响小，特别适于加工某些不能承受较大机械力的薄壁、窄缝和薄片零件等。 （2）由于工具不需要旋转，因此，易于加工出各种复杂形状的型孔、型腔和成形表面等。 （3）超声波加工生产率低，加工的尺寸精度达 0.01mm，表面Ra值为0.630.1m。,3超声波加工的应用,超声波加工主要用于各种不导电的硬脆材料，如玻璃、陶瓷、石英及宝石等。对于导电的硬质合金、淬火钢等，也能加工，但生产率相对要低。 目前，超声波加工主要用于硬脆材料的孔加工、切割、雕刻及研磨金刚石拉丝模等。,12.1.6 水射流切割,1加工原理 水射流切割是采用水或带有添加剂的水，以500900 m/s的高速冲击工
11、件进行加工或切割的，其加工深度取决于液压喷射的速度、压力及压射距离。水射流切割的喷嘴越小，加工精度越高，但材料去除速度降低。 水流切割时，作为工具的射流束是不会变钝的，喷嘴的寿命也比较长。水流切割已采用了程序控制和数字控制，操作非常方便。,2水射流切割的应用,水射流切割可以加工很薄、很软的金属和非金属材料，例如铜、铝、铅、塑料、石材、木材及橡胶纸等。,12.2 先进加工技术,12.2.1 先进铸造工艺 1精密铸造技术 （1）特种铸造技术。以金属型取代砂型，以非重力浇注取代重力浇注 。 （2）自硬砂精确砂型铸造。主要有改性水玻璃砂型和合成树脂砂型，适用于生产大中型近精确铸件 。 （3）高紧实度半
12、刚性砂型铸造。主要有高压、射压、气压和静压等造型方法 。,2清洁铸造技术,（1）采用洁净的能源，如以铸造焦代替冶金焦，以电熔化代替冲天炉熔化。 （2）采用无砂、少砂铸造（如压铸、金属型、金属型覆砂等）。 （3）采用高溃散性型砂工艺（如树脂砂、酯感化水玻璃砂）。 （4）开发并推广多种废弃物（旧砂、废渣等）的再生和综合利用技术。 （5）研究采用洁净无毒的工艺材料。,12.2.2 精密金属塑性成形工艺,1精密模锻 （1）精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料。 （2）精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱碳层及其他缺陷等。 （3）采用无氧化或少氧化加热方法，尽量减少坯料表面形成的氧化皮。 （
13、4）模锻时要很好地进行润滑和冷却锻模。 （5）精密模锻一般都在刚度大、精度高的曲柄压力机、摩擦压力机或高速锤上进行。,2精密冲裁工艺,（1）小间隙圆角刃口冲裁 （2）负间隙冲裁。 （3）带齿圈压板精冲。 （4）往复冲裁。,3超塑性成形工艺,超塑性是指材料在一定的内部组织条件和外部环境条件下，呈现出异常低的流变抗力和异常高的伸长率的现象。 超塑性成形工艺包括超塑性等温模锻、挤压、气压成形、真空成形和模压成形等。 用超塑性成形可以生产一些其他工艺方法无法成形的零件。然而，超塑性成形需要较高恒定的温度条件，较低的成形应变速率，生产率较低，模具需耐高温，这些因素导致超塑性成形工艺不能得到广泛的推广和应
14、用。 常用的超塑性成形材料主要有锌铝合金、铝基合金、钛合金及高温合金。例如，采用锌铝合金等超塑性材料可以一次拉深较大变形量的杯形件，而且质量高。,12.2.3 粉末锻造成形工艺,（1）能源消耗低，材料利用率高。 （2）锻件精度高，力学性能好，内部组织无偏析，无各向异性。 （3）疲劳寿命高。 它的工艺过程为粉末制取模压成形型坯烧结锻前加热锻造后续处理。 粉末锻造正在向“压制加热锻造”方向发展，以缩短工艺周期，提高自动化程度，生产效率可高达800900件/h。,12.2.4 精密和超精密加工,12.2.5 机械制造自动化,1工业机器人 工业机器人是指广泛适用的能够自主动作且多轴联动的机械设备。它们
15、在必要的情况下配备有传感器，其动作步骤都是可编程控制的，通常配备有机械手、刀具或其他可装配的加工工具，能够执行搬运操作与加工制造的任务 。,2加工中心,数控机床的出现，不仅解决了采用常规方法难以解决的复杂零件的加工问题，而且为单一品种中小批量生产加工自动化开辟了新途径。以计算机数控机床为基础，配以刀具库或多轴箱库，即构成了加工中心。 加工中心可根据加工程序自动更换刀具或多轴箱。工件在一次装夹之后，可以完成4个面甚至5个面以上的各种加工工序。加工中心的应用大大减少了设备台数和占地面积，减少了工件周转时间和装夹次数，有利于工艺管理，同时也提高了生产率和加工精度。,3柔性制造系统,在数控机床、加工中
16、心的基础上，配以柔性的工件自动装卸、自动传送和自动存取装置，并利用计算机进行管理和监督，组成可自动连续加工多种零件的柔性制造系统。应用柔性制造系统可以减少制品的库存量，并进一步提高设备利用率。,4计算机集成制造系统,20世纪70年代后期，成组技术、柔性制造系统、自动化仓库、计算机辅助设计与计算机辅助制造技术、工业机器人相结合，形成了高度自动化的计算机集成制造系统，它是把工厂的生产、经营活动中各种分散的自动化系统有机地结合成高效益、高柔性的智能生产系统，英文缩写CIMS。 CIMS追求的目标是整个工厂的自动化。系统的输入是市场信息、订货以及人的设计管理思想，系统的输出则是装配好的、经过检验的可用产品。因此，有人称采用此种系统的工厂为自动工厂。,
