第四章-精密加工與特種加工簡介

1、第四章 精密加工和特種加工簡介第一節(jié) 精整和光整加工一、研磨一、研磨1 1、加工原理、加工原理 研磨是在研具與工件之間置以研磨劑，對工件表面進行精整加工的方法。 研磨方法分手工研磨和機械研磨兩種。 手工研磨是人手持研具或工件進行研磨。機械研磨在研磨機上進行。 二、珩磨二、珩磨 珩磨是利用帶有油石的珩磨頭對孔進行精整加工的方法。珩磨時，珩磨頭上的油石以一定的壓力壓在被加工表面上，由機床主軸帶動珩磨頭旋轉(zhuǎn)并沿軸向作往復(fù)運動（工件固定不動）。 三、超級光磨三、超級光磨 1 1、加工原理、加工原理 超級光磨是用裝有細磨粒、低硬度油石的磨頭，在一定壓力下對工件表面進行光整加工的方法。加工時，工件旋轉(zhuǎn)，油

2、石以恒力輕壓于工件表面，作軸向進給的同時作軸向微小振動，從而對工件微觀不平的表面進行光磨。 四、拋光四、拋光 1 1、加工原理、加工原理 拋光是在高速旋轉(zhuǎn)的拋光輪上涂以磨膏，對工件表面進行光整加工的方法。拋光輪一般是用毛氈、橡膠、皮革、布或壓制紙板做成的，磨膏由磨料（氧化鉻、氧化鐵等）和油酸、軟脂等配制而成。 第二節(jié) 特種加工 直接利用電能、化學(xué)能、聲能、光能、直接利用電能、化學(xué)能、聲能、光能、熱能或其與機械能組合等形式將坯料或工熱能或其與機械能組合等形式將坯料或工件上多余的材料去除，以獲得所要求的幾件上多余的材料去除，以獲得所要求的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量的加工方法。何形狀、尺寸精度和表

3、面質(zhì)量的加工方法。 它可以加工難于切削加工的各種材料，它可以加工難于切削加工的各種材料，如高硬度、高強度、高脆性、高韌性的金如高硬度、高強度、高脆性、高韌性的金屬或非金屬材料屬或非金屬材料 一、電火花加工一、電火花加工 1、加工的基本原理 電火花加工是基于脈沖放電蝕除原理產(chǎn)生的，所以也有稱放電加工或電蝕加工的。CA20數(shù)控精密電火花成型機數(shù)控精密電火花成型機2 2、電火花加工機、電火花加工機床床脈沖電源脈沖電源間隙自動調(diào)節(jié)器間隙自動調(diào)節(jié)器機床機體機床機體工作液工作液 3、電火花加工具有如下特點：、電火花加工具有如下特點：（1）主要用于加工硬、脆、韌、軟、高熔點的導(dǎo)電材料。（2）加工時“無切削力

4、”，有利于小孔、窄槽以及各種復(fù)雜截面的型孔、曲線孔、型腔等的加工，以及薄壁工件的加工，也適合于精密微細加工。（3）當脈沖寬度不大時，對整個工件而言熱影響小，可以提高加工質(zhì)量，適于加工熱敏性強的材料。 電火花線切割加工電火花線切割加工電火花線切割加工是用線狀電極（鉬絲或銅電火花線切割加工是用線狀電極（鉬絲或銅絲）靠火花放電對工件進行切割，故稱為電絲）靠火花放電對工件進行切割，故稱為電火花線切割，有時簡稱線切割。其應(yīng)用廣泛，火花線切割，有時簡稱線切割。其應(yīng)用廣泛，占電加工機床的占電加工機床的60%60%以上。以上。 二、電解加工二、電解加工 1、加工的基本原理、加工的基本原理 電解加工（電化學(xué)加工

5、）是利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的電化學(xué)反應(yīng)原理，對金屬材料進行成形加工的一種方法。 2 2、電解加工機床簡介、電解加工機床簡介（1）機床本體：機床主軸必須在高壓電解液作用下穩(wěn)定進給，以獲得良好的加工精度。具有足夠的剛度、可靠的進給平穩(wěn)性和良好的防腐蝕性。另外，機床還應(yīng)具有良好的密封性能、供電及絕緣性能和排風裝置等。（2）直流穩(wěn)壓電源：它應(yīng)該有合適的容量、良好的穩(wěn)壓精度和可靠的短路保護。（3）電解液系統(tǒng)：電解液系統(tǒng)的作用在于連續(xù)而平穩(wěn)地向加工區(qū)供給足夠流量和合適溫度的干凈電解液。 3 3、電解加工的特點及應(yīng)用、電解加工的特點及應(yīng)用（1）能以簡單的進給運動一次加工出形狀復(fù)雜的型面或型腔，如鍛模

6、、葉片等。（2）可加工高硬度、高強度和高韌性等難切削的金屬材料。（3）加工中無機械切削力或切削熱，適合于易變形或薄壁零件的加工。（4）加工后零件表面無剩余應(yīng)力和毛刺。（5）工具陰極不損耗。（6）由于影響電解加工的因素較多難于實現(xiàn)高精度的穩(wěn)定加工。（7）電解液對機床有腐蝕作用，電解產(chǎn)物的處理和回收困難。 選用電解加工工藝的三原則：選用電解加工工藝的三原則：l用于難加工材料用于難加工材料l用于相對復(fù)雜形狀的零件用于相對復(fù)雜形狀的零件l用于批量大的零件用于批量大的零件 電解加工主要用于加工型孔、型腔、復(fù)雜型電解加工主要用于加工型孔、型腔、復(fù)雜型面、小而深的孔，以及套料、去毛刺、刻印等方面、小而深的孔

7、，以及套料、去毛刺、刻印等方面。面。 4 4、電解磨削簡介、電解磨削簡介 電解磨削是由電解作用和機械磨削作用相結(jié)合而進行加工的。比電解加工的加工精度和表面粗糙度要好；比機械磨削的生產(chǎn)率高。 電解磨削適合于磨削高強度、高硬度、熱敏性和磁性材料，也可用于內(nèi)孔、外圓、成形面等各種磨削加工中。 三、超聲加工三、超聲加工 1 1、加工的基本原理、加工的基本原理 超聲加工是利用工具的高頻振動，通過磨料對工件進行加工的。 加工時，工具以一定的壓力作用在工件上，加工區(qū)送入磨料液，高頻振動的工具端面捶擊工件表面上的磨料，通過磨料將加工區(qū)的材料粉碎。磨料液的循環(huán)流動，帶走被粉碎下來的材料微粒，并使磨料不斷更新。工

8、具逐漸深入到材料中，工具形狀便復(fù)現(xiàn)在工件上。 2 2、超聲加工機床簡介、超聲加工機床簡介（1）超聲發(fā)生器（2）超聲振動系統(tǒng)（3）機床本體 3 3、超聲加工的特點及應(yīng)用、超聲加工的特點及應(yīng)用（1）主要適用于加工各種不導(dǎo)電的硬脆材料。對于導(dǎo)電的硬質(zhì)金屬材料，也能進行加工，但生產(chǎn)率低些。（2）由于工具通常不需要旋轉(zhuǎn)，因此易于加工出各種復(fù)雜形狀的內(nèi)表面和成形表面等，采用中空形狀工具，還可以實現(xiàn)各種形狀的套料。（3）加工過程中，工具對加工材料的宏觀作用力小，熱影響小，特別對于加工某些不能承受較大機械力的零件比較有利。（4）因為材料的碎除是靠磨料的直接作用，磨料硬度一般應(yīng)比加工材料高，而工具材料的硬度可以

9、低于加工材料的硬度。通?？捎弥刑间摷案鞣N成型管材和線材作工具。 超聲波加工的應(yīng)用超聲波加工的應(yīng)用 超聲加工的生產(chǎn)率比電火花、電解加工低，但加工精度和表面粗糙度要好，而且能加工半導(dǎo)體、非導(dǎo)體的脆硬材料如玻璃、石英、寶石甚至金剛石等；即使電火花加工后的一些淬火鋼、硬質(zhì)合金沖模、拉絲模、塑料模具等，最后還常用超聲拋磨進行光整加工 主要用于對脆主要用于對脆硬材料加工圓硬材料加工圓孔、型孔、型孔、型孔、型腔、套料、微腔、套料、微細孔等細孔等型孔、型腔加工型孔、型腔加工加工異形孔、套料加工、加工微細加工異形孔、套料加工、加工微細 四、高能束加工簡介四、高能束加工簡介 高能束加工是利用被聚焦到加工部位上的高

10、能量密度射束，去除工件上多余材料的特種加工方法，通常包括激光加工、電子束加工和離子束加工等。 1 1、激光加工的基本原理、特點及應(yīng)用、激光加工的基本原理、特點及應(yīng)用 激光加工是利用光的能量經(jīng)過透鏡聚焦后在焦點上達到很高的能量密度，靠光熱效應(yīng)來加工各種材料的。 激光加工的特點：激光加工的特點：l功率密度高達功率密度高達10108 810101010W/cmW/cm2 2，幾乎可加工任何材，幾乎可加工任何材料料l激光光斑可聚焦到微米級，輸出功率可調(diào)節(jié)，可激光光斑可聚焦到微米級，輸出功率可調(diào)節(jié)，可用于精密微細加工用于精密微細加工l所用工具為激光束，是非接觸加工，所經(jīng)沒有明所用工具為激光束，是非接觸加

11、工，所經(jīng)沒有明顯的機械力，沒有工具損耗；加工速度快，熱影顯的機械力，沒有工具損耗；加工速度快，熱影響區(qū)小響區(qū)小l打孔和切割的激光深度受限打孔和切割的激光深度受限l加工裝置簡單，不需抽真空加工裝置簡單，不需抽真空l是一種瞬時的、局部熔化的、氣化的熱加工，是一種瞬時的、局部熔化的、氣化的熱加工，影響因素很多，因此精度和粗糙度難以保證影響因素很多，因此精度和粗糙度難以保證l加工時有金屬飛濺物，操作時應(yīng)戴防護鏡加工時有金屬飛濺物，操作時應(yīng)戴防護鏡激光加工的應(yīng)用激光加工的應(yīng)用l激光打孔激光打孔幾乎可在任何材料上打微型孔；幾乎可在任何材料上打微型孔；激光打孔的直徑可以小到激光打孔的直徑可以小到0.01mm

12、0.01mm以下，深徑以下，深徑比可達比可達5050：1 1目前應(yīng)用于目前應(yīng)用于：火箭發(fā)動機和柴油機的燃料噴嘴加：火箭發(fā)動機和柴油機的燃料噴嘴加工；化學(xué)纖維噴絲板打孔；鐘表及儀表中的寶石工；化學(xué)纖維噴絲板打孔；鐘表及儀表中的寶石軸承打孔；金剛石拉絲模加工等。軸承打孔；金剛石拉絲模加工等。l激光切割激光切割原理與激光打孔相同，只是工件與激光束有相對原理與激光打孔相同，只是工件與激光束有相對移動移動可用于各種材料，加工可用于各種材料，加工Y形、十字形等型孔及切形、十字形等型孔及切割窄縫與劃線以及雕刻；還能切割無法進行機械割窄縫與劃線以及雕刻；還能切割無法進行機械接觸的工件接觸的工件適宜于切割玻璃、

13、陶瓷和半導(dǎo)體等硬脆材料適宜于切割玻璃、陶瓷和半導(dǎo)體等硬脆材料適宜對細小部件作精密切割適宜對細小部件作精密切割l激光焊接激光焊接激光照射時間短，焊接過程極為迅速，它激光照射時間短，焊接過程極為迅速，它不僅有利于提高生產(chǎn)率、而且被焊材料不不僅有利于提高生產(chǎn)率、而且被焊材料不易氧化，熱影響區(qū)極小，適合于對熱敏感易氧化，熱影響區(qū)極小，適合于對熱敏感很強的晶體管組件焊接很強的晶體管組件焊接沒有焊渣，不需去除工件的氧化膜，甚至沒有焊渣，不需去除工件的氧化膜，甚至可以透過玻璃進行焊接，適用于微型精密可以透過玻璃進行焊接，適用于微型精密儀表中的焊接儀表中的焊接不僅能焊接同種材料，還可焊接不同的材不僅能焊接同種

14、材料，還可焊接不同的材料，甚至可焊接金屬與非金屬材料料，甚至可焊接金屬與非金屬材料l激光熱處理激光熱處理激光熱處理的過程是將激光束掃射零件表激光熱處理的過程是將激光束掃射零件表面，光能量被零件表面吸收迅速升溫，產(chǎn)面，光能量被零件表面吸收迅速升溫，產(chǎn)生相變甚至熔融；激光束離開零件表面，生相變甚至熔融；激光束離開零件表面，零件表面的熱量馬上向內(nèi)部傳遞以極高的零件表面的熱量馬上向內(nèi)部傳遞以極高的速度冷卻速度冷卻加熱快加熱快光束傳遞方便，便于控制，可以對形狀復(fù)光束傳遞方便，便于控制，可以對形狀復(fù)雜的零件或局部處進行處理雜的零件或局部處進行處理加熱點小，散熱快，不需冷卻介質(zhì)加熱點小，散熱快，不需冷卻介質(zhì)

15、激光熱處理的弱點是硬化層較淺激光熱處理的弱點是硬化層較淺2、電子束加工的原理、特點和應(yīng)用電子束加工的原理、特點和應(yīng)用 在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小的面積上，在極短的時間內(nèi)，其能量大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使被沖擊部分的工件材料達到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起材料局部熔化和氣化，被真空系統(tǒng)抽走。電子束加工的特點電子束加工的特點l是精密微細加工方法，加工面積可很小是精密微細加工方法，加工面積可很小l是一種非接觸式加工，工件不受機械力作用，是一種非接觸式加工，工件不受機械力作用，不產(chǎn)生宏觀應(yīng)力和變形不產(chǎn)生宏觀應(yīng)力和變形l加工材料范圍很廣加工材料范圍很廣l電子

16、束能量密度高，生產(chǎn)率很高電子束能量密度高，生產(chǎn)率很高l加工過程可以自動化加工過程可以自動化l污染少，加工表面不氧化污染少，加工表面不氧化l需要一整套專用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價格較貴，需要一整套專用設(shè)備和真空系統(tǒng)，價格較貴，應(yīng)用有一定的局限性應(yīng)用有一定的局限性電子束加工的應(yīng)用電子束加工的應(yīng)用 按其功率密度和能量注入時間的不同，可用于打按其功率密度和能量注入時間的不同，可用于打孔、切割、蝕刻、焊接、熱處理和光刻加工等孔、切割、蝕刻、焊接、熱處理和光刻加工等高速打孔高速打孔l最小直徑可達最小直徑可達0.003 mm左右左右l電子束還能加工小深孔電子束還能加工小深孔（深徑比（深徑比10:1）l可加工玻璃、

17、陶瓷、寶石等脆性材料可加工玻璃、陶瓷、寶石等脆性材料加工型孔及特殊表面加工型孔及特殊表面l如加工噴絲頭異型孔、復(fù)雜型面、錐孔、斜孔，如加工噴絲頭異型孔、復(fù)雜型面、錐孔、斜孔，甚至加工彎孔和曲面甚至加工彎孔和曲面刻蝕刻蝕l將陶瓷或半導(dǎo)體材料刻出許多微細溝槽和將陶瓷或半導(dǎo)體材料刻出許多微細溝槽和孔來，以制造多層固體組件孔來，以制造多層固體組件l還可用于制板還可用于制板加工噴絲加工噴絲頭異形孔頭異形孔焊接焊接l利用電子束作為熱源。當高能量密度的電子利用電子束作為熱源。當高能量密度的電子束連續(xù)不斷地轟擊焊件表面時，焊件接頭處束連續(xù)不斷地轟擊焊件表面時，焊件接頭處的金屬熔融成毛細管狀的熔池，焊件如果按的

18、金屬熔融成毛細管狀的熔池，焊件如果按一定速度移動，則接縫上的熔池重新凝固而一定速度移動，則接縫上的熔池重新凝固而形成焊縫形成焊縫l電子束焊接的焊縫深而窄，焊件熱影響區(qū)小，電子束焊接的焊縫深而窄，焊件熱影響區(qū)小，變形??；不用焊條，焊接過程在真空中進行，變形??；不用焊條，焊接過程在真空中進行，焊縫化學(xué)成分純凈，焊接強度往往高于母材焊縫化學(xué)成分純凈，焊接強度往往高于母材l可焊難熔金屬，也可焊化學(xué)性能活潑的金可焊難熔金屬，也可焊化學(xué)性能活潑的金屬，能焊普通合金，還能實現(xiàn)異種金屬的屬，能焊普通合金，還能實現(xiàn)異種金屬的焊接；可焊接很薄的工件，也可焊接幾百焊接；可焊接很薄的工件，也可焊接幾百毫米厚的工件毫米

19、厚的工件l可以在工件精加工后進行焊接；可以將復(fù)可以在工件精加工后進行焊接；可以將復(fù)雜工件分成幾個零件單獨用合適材料、合雜工件分成幾個零件單獨用合適材料、合適方法制造，最后用電子束焊接成一個整適方法制造，最后用電子束焊接成一個整體零部件體零部件熱處理熱處理l利用電子束作為熱源，但適當控制電子束的功利用電子束作為熱源，但適當控制電子束的功率密度，使金屬表面加熱而不熔化，達到熱處率密度，使金屬表面加熱而不熔化，達到熱處理的目的理的目的l電子束熱處理的加熱速度和冷卻速度都很快，電子束熱處理的加熱速度和冷卻速度都很快，能獲得一種超細晶粒組織；還可在熔化區(qū)添加能獲得一種超細晶粒組織；還可在熔化區(qū)添加元素，

20、使金屬表面形成一層很薄的新的合金層，元素，使金屬表面形成一層很薄的新的合金層，獲得更好的物理力學(xué)性能獲得更好的物理力學(xué)性能l與激光熱處理比較，電子束熱處理電熱轉(zhuǎn)換效與激光熱處理比較，電子束熱處理電熱轉(zhuǎn)換效率高，無材料氧化，功率可大率高，無材料氧化，功率可大光刻光刻l電子束光刻是先利用低功率密度的電子束電子束光刻是先利用低功率密度的電子束照射稱為電致抗蝕劑的高分子材料，由入照射稱為電致抗蝕劑的高分子材料，由入射電子與高分子相碰撞，使分子的鏈被切射電子與高分子相碰撞，使分子的鏈被切斷或重新聚合而引起分子量的變化，這一斷或重新聚合而引起分子量的變化，這一步驟稱為電子束曝光；然后將它浸入適當步驟稱為電

21、子束曝光；然后將它浸入適當?shù)娜軇┲酗@影；再將其與離子束刻蝕或蒸的溶劑中顯影；再將其與離子束刻蝕或蒸鍍工藝結(jié)合，就能在金屬掩膜或材料表面鍍工藝結(jié)合，就能在金屬掩膜或材料表面上制出圖形來上制出圖形來 3、離子束加工的原理、特點及應(yīng)用離子束加工的原理、特點及應(yīng)用 和電子束加工類似，和電子束加工類似，離子束加工離子束加工是將離子源是將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加束聚焦，使之打到工件表面。產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加束聚焦，使之打到工件表面。離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大數(shù)千、數(shù)萬倍，離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大數(shù)千、數(shù)萬倍，一旦離子加速到較高速度時，離子束比電子束具一旦離子加速到較高速度時，離子束比電子束具有更大的撞擊動能，它是靠微觀的機械撞擊能量，有更大的撞擊動能，它是靠微觀的機械撞擊能量，而不是靠動能轉(zhuǎn)化為熱能來加工的。而不是靠動能轉(zhuǎn)化為熱能來加工的。l離子束加工的特點離子束加工的特點離子束可以通過電子光學(xué)系統(tǒng)進行聚焦掃描，離離子束可以通過電子光學(xué)系統(tǒng)進行聚焦掃描，離子束流密度及離子能量可以精確控制，所以離子子束流密度及離子能