金属工艺学下册第四章1.ppt

1,第四章 精密加工和特种加工简介,金属工艺学（下册）,2,第一节 精整和光整加工,精整加工是指在精加工之后从工件上切除很薄的材料层，以提高工件精度和减小表面粗糙度为目的的加工方法，如研磨和珩磨等。,光整加工是指不切除或从工件上切除极薄材料层，以减小工件表面粗糙度为目的的加工方法，如超级光磨（有的资料称超精加工）和抛光等。,3,一、研磨,1.加工原理 在研具与工件之间置以研磨剂，对工件表面进行精整加工的方法。尺寸公差等级可达IT5IT3，Ra值可达0.10.008 m。,原理：研具与工件表面之问作复杂的相对运动，通过研磨剂的机械及化学作用，从工件表面上切除一层材料，从而达到很高的精度和很小的粗糙度。,研具材料：可以用铸铁、软钢、黄铜、塑料或硬木制造，但最常用的是铸铁研具。,4,将液状研磨剂涂敷或连续加注于研具表面，使磨料(W14W5)在工件与研具间不断地滑动与滚动，从而实 现对工件的切削。湿研应用较多。,一、研磨,1研磨的种类,湿研,干研,将磨料(W3.5W0.5)均匀地压嵌在研具表层上，研磨 时需在研具表面涂以少量的润滑剂。干研多用于精研。,半干研,所用研磨剂为糊状的研磨膏，粗、精研均可采用。,5,铸铁：研磨淬硬和不淬硬的钢件 及铸铁件。黄铜：研磨各种软金属。,1)研具材料,一、研磨,6,磨料起机械切削作用，由游离分散的磨粒作自由滑动、滚动和冲击来完成的。常用：金刚石、刚玉、碳化硅等氧化铝（刚玉）：白色透明，外形呈多角状；粗抛光和精抛光碳化硅（金刚砂）：绿色，颗粒较粗；用于磨光和粗抛金刚石:颗粒尖锐、锋利，磨削作用佳，寿命长，变形层少；适用于各种材料的粗、精抛光。粒度：粗研时为240W20，精研时为W20以下。,研磨剂由磨料、研磨液和辅助填料等混合而成，有液态、膏状和固态三种,一、研磨,7,磨粒与微粉,粒度指磨料颗料的大小。粒度分磨粒与微粉两组。磨粒用筛选法分类，它的粒度号以筛网上一英寸长度内的孔眼数来表示。例如 60#粒度的的磨粒，说明能通过每英寸长有 60 个孔眼的筛网，而不能通过每英寸 70 个孔眼的筛网。微粉用显微测量法分类，它的粒度号以磨料的实际尺寸来表示（W）。,8,一、研磨,研磨液：冷却和润滑作用，并使磨粒较均匀地分布在研具表面。常用：煤油、汽油、机油等,辅助填料：使金属表面产生极薄的、较软的化合物薄膜，以便工件表面凸峰容易被磨粒切除，提高研磨效率和表面质量 常用：硬脂酸、油酸等化学活性物质。,9,研磨方法：手工研磨和机械研磨。,手工研磨：由工人手持研具或工件进行研磨，例如研磨外圆面。,机械研磨：在研磨机上进行。右图所示为其工作示意图。,10,2研磨的特点及应用,研磨具有以下特点：1.加工简单，不需复杂设备；2.可以达到高的尺寸精度、形状精度和小的表面粗糙度，但不能提高工件各表面间的位置精度；3.生产率较低，加工余量一般不超过0.010.03mm；4.研磨剂易于飞溅，污染环境。,应用：用于常见表面的精整加工；作为精密零件的最终加工。,11,二、珩磨,1加工原理：珩磨是利用带有油石的珩磨头对孔进行精整加工的方法。,右图所示为珩磨加工示意图,尺寸公差 等级可达IT6IT4，Ra值可达0.20.025 m。,12,右图所示为一种结构较简单的珩磨头。,珩磨液的作用：可以及时地排出切屑和切削热，降低切削温度和减小表面粗糙度。,珩磨铸铁和钢件：通常用煤油加少量(1020)机油或 锭子油(用于高速锭子润滑的低粘度润滑油)作珩磨液；珩磨青铜等脆性材料：可以用水剂珩磨液。,13,2珩磨的特点和应用,(1)生产率较高,(2)精度高,(3)珩磨表而耐磨损,(4)珩磨头结构较复杂,特点：,应用：,主要用于孔的精整加工，加工范围广，可以加工深孔。还可以加工外圆、平面、球面、齿面等。对于某些特殊孔，珩磨是典型的精整加工方法。,14,三、超级光磨,1加工原理：超级光磨是用装有细磨粒、低硬度油石的磨头，在一定压力下对工件表面进行光整加工的方法。,光磨液(一般为煤油加锭子油）：（1）冷却、润滑及清除切屑（2）形成油膜，以便自动终止切削作用,15,2超级光磨的特点及应用,超级光磨具有如下特点：,(1)设备简单，操作方便,(2)加工余量极小,(3)生产率较高,(4)表面质量好,超级光磨的应用很广泛：汽车和内燃机零件、轴承、精密量具等小粗糙度表面；不仅能加工轴类零件的外圆柱面，还能加工圆锥面、孔、平面和球面等。,16,四、抛光,1加工原理 在高速旋转的抛光轮上涂以磨膏，对工件表面进行精整加工的方法。,抛光轮：一般用毛毡、橡胶、皮革、布或压制纸板做成；磨 膏：由磨料(氧化铬、氧化铁等)和油酸、软脂等配制而成。,抛光过程：抛光时，将工件压于高速旋转的抛光轮上，在磨膏介质的作用下，金属表面产生的一层极薄的软膜，可以用比工件材料软的磨料切除，而不会在工件表面留下划痕。加之高速摩擦，使工件表面出现高温，表层材料被挤压而发生塑性流动，从而可以填平表面原来的微观不平，获得很光亮的表面(呈镜面状)。,17,2抛光特点及应用,抛光具有如下特点：,(1)方法简便而经济,(2)容易对曲面进行加工,(3)仅能减小表面粗糙度值而不能保持或提高原加工精度,(4)劳动条件较差,应用：抛光主要用于零件表面的装饰加工，或者用于消除前道工序的加工痕迹，以提高零件的疲劳强度，而不是以提高精度为目的。,18,综述：,研磨、珩磨、超级光磨和抛光所起的作用是不同的。抛光仅能提高工件表面的光亮程度，而对工件表面粗糙度的改善并无益处。超级光磨仅能减小工件的表面粗糙度而不能提高其尺寸和形状精度。研磨和珩磨则不但可以减小工件表面的粗糙度，也可以在一定程度上提高其尺寸和形状精度。从应用范围来看：研磨、珩磨、超级光磨和抛光都可以用来加工各种各样的表面，但珩磨则主要用于孔的精整加工。从所用工具和设备来看：抛光最简单，研磨和超级光磨稍复杂，而珩磨则较为复杂。从生产效率来看，抛光和超级光磨最高，珩磨次之，研磨最低。实际生产根据具体情况选用合适的精整或光整加工方法。,返回,19,第二节 特种加工,特种加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法。,分类：特种加工种类较多，这里仅介绍电火花加工、电解加工、超声加工和高能束(激光、电子束、离子束)加工等。,20,特种加工特点,不用机械能,与加工对象的机械性 能无关 非接触加工 细微加工工件表面质量高 不存在加工中的机械应变或大面 积的热应变,21,特种加工的应用,特种加工主要应用于如下场合：加工各种高硬度、高强度、高脆性、高韧性等难加工材料。加工各种复杂零件的表面及细微结 构。加工各种有特殊要求的精密零件。,22,特种加工的分类,电火花加工,电化学加工,激光加工,等离子弧加工,电火花形成加工,电火花线切割加工,电 铸,涂 镀,电解加工,激光切割、打孔,激光处理、表面改性,电子束加工,切割、打孔、焊接,离子束加工,化学加工,电解磨削,超声加工,蚀刻、镀覆、注入,化学铣削,光 刻,切割（喷镀）,切割、打孔、雕刻,23,一、电火花加工,1.加工原理,基于脉冲放电蚀除原理进行加工，也称放电加工或电蚀加工。,当工具电极(简称工具)与工件电极(简称工件)在绝缘液体中靠近时，极间电压将在两极间“相对最靠近点”电离击穿，形成脉冲放电。在放电通道中瞬时产生大量的热能，使金属局部熔化甚至气化，并在放电爆炸力的作用下，把熔化的金属抛出去，达到蚀除金属的目的。,24,2.电火花加工机床简介,四大组成部分：,(1)脉冲电源；,(2)间隙自动调节器；,(3)机床本体；,(4)工作液(多用煤油或矿物油)及其循环过滤系统。,25,3电火花加工的特点及应用,电火花加工具有如下特点：,(1)主要用于加工硬、脆、韧、软、高熔点的导电材料；,(2)加工时“无切削力”，有利于小孔、窄槽以及各种复杂截面的型孔、曲线孔、型腔等的加工，以及薄壁工件的加工，也适合于精密微细加工；,(3)当脉冲宽度不大时，对整个工件而言热影响小，可以提高加工质量，适于加工热敏性强的材料；,(4)可方便地调节脉冲参数，能在同一台机床上连续进行多道工序加工。,电火花加工的应用范围很广：可以用来加工型腔及各种孔，如锻模模膛、异形孔、喷丝孔等，也可以进行切断和切割。,26,数控电火花线切割加工,在电火花加工的基础上用线状电极（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，简称线切割。,27,线切割加工,28,数控电火花线切割加工原理,原 理：利用上下高速移动的金属导线（铜丝或钼丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电、切割成形。,29,30,电火花放电过程中如此高的温度钼丝为何没有熔断？,31,（1）适用于各种形状的冲模。（2）可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的 工件。（3）加工样板和成型刀具。（4）加工粉末冶金模、镶拼型腔模、拉丝模、波纹板成型模。（5）加工硬质材料、切割薄片，切割贵重金属 材料。（6）加工凸轮、特殊的齿轮。（7）适用于小批量、多品种零件的加工。,线切割加工的应用,32,33,学生优秀创新作品展示,34,双排大节距滚子链链轮的加工,35,二、电解加工,1加工原理：,（电化学加工）利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学反应原理，对金属材料进行成形加工的一种方法。,工件为阳极(接直流电源正极)，工具为阴极(接直流电源负极)，在两极之间的狭小删隙内，有高速电解液通过。当工具阴极不断向工件进给时，在相对于阴极的工件表面上，金属材料按阴极型面的形状不断地溶解，电解产生物被高速电解液带走，于是在工件的相应表面上就加工出和阴极型面近似相反的形状。,电解加工参数：低的工作电压(624v)；大的T作电流(某些场合可高达20,000A)；狭小的加工间隙(0.l0.8mm)；高的电解液流速(560m/s)。,36,2.电解加工机床简介,组成部分：,(1)机床本体,(2)直流稳压电源,(3)电解液系统 作用：连续而平稳地向加工区供给足够流量和合适温度的干净电解液。组成：电解液泵、电解液槽、过滤器、热交换器以及其他管路附件。,37,3电解加工的特点及应用,电解加工具有如下特点：,(1)能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面或型腔，如锻模、叶片等；(2)能加工高硬度、高强度和高韧性等难切削的金属材料，如淬火钢、高温合金；(3)加工中无机械切削力或切削热，适合于易变形或薄壁零件的加 工；(4)加工后零件表而无剩余应力和毛刺，表面粗糙度Ra值为0.2 0.8m；(5)工具阴极不损耗；(6)由于影响电解加工的因素较多，难于实现高精度的稳定加工；(7)电解液对机床有腐蚀作用，电解产物的处理和回收困难。,应用：加工型孔、型腔、复杂型面、小而深的孔，以及套料、去毛刺、刻印等。,38,电解加工和电火花加工在应用范围上有许多相似之处，所不同的是电解加工的生产率较高，加工精度较低，且机床费用较高。因此，电解加工适用于成批和大量生产，电火花加工主要用于单件小批加工。,综 述,39,4电解磨削简介,是电解作用和机械磨削作用相结合的一种复合加工方法。,应用：磨削高强度、高硬度、热敏性和磁性材料。例如：硬质合金、高速钢、不锈钢、钛合金、镍基合金等；也可用于内孔、外圆、平面、成形面等各种磨削加工。,工件接直流电源阳极，导电磨轮接直流电源阴极，两者保持一定的接触压力，由磨轮表面凸出的磨料保持一定的电解间隙，并向间隙中供给电解液。,40,三、超声加工,1加工原理：,利用工具的高频振动，通过磨料对工件进行加工。,加工时，工具以一定的压力作用在工件上，加上区送入磨料液，高频振动的工具端面捶击工件表面上的磨料，通过磨料将加工区的材料粉碎。磨料液的循环流动，带走被粉碎下来的材料微粒，并使磨料不断更新。工具逐渐深人到材料中，工具形状便复现在工件上，如图b所示。,右图a为加工原理。,41,2超声加工机床简介,组成：,(1)超声发生器,(2)超声振动系统 包括超声换能器和变幅杆。,(3)机床本体 加工机床有立式和卧式两种。,特点：,1)工具与工件间相互作用力小；,2)加工机床的主要运动有：工作进给运动；调整运动,3)工作台带有盛放磨料液的工作槽；,4)加工机床还应具备冷却装置。,42,3超声加工的特点及应用,超声加工具有如下特点：,（1）主要适用于加工各种不导电的硬脆材料；,（2）易于加工出各种复杂形状的内表面和成形表面；,（3）加工过程中，工具对加工材料的宏观作用力小，热影响小；,（4）磨料硬度一般应比加工材料高，而工具材料的硬度可以低于加工材料的硬度。,应用：,主要用于硬脆材料的孔加工套料、切割、雕刻以及研磨金刚石拉丝模等,此外，在加工难切硬质金属材料及贵重脆性材料时，利用工具作高频振动，还可以与其他加工方法(如切削加工和电加工)配合，进行复合加工。一般超声加工的孔径范围约0.190mm，深度可达100mm以上。加工孔的尺寸误差小于(0.020.05)mm。,43,四、高能束加工简介,定义利用被聚焦到加工部位上的高能量密度射束，去除工 件上多余材料的特种加工方法。分类包括激光加工、电子束加工和离子束加工等。,1激光加工的基本原理、特点及应用,（1）激光特性：亮度高、方向性好、单色性好、发散角小，理论上可以聚焦到尺寸与光的波长相近的小斑点上，亮度高，其焦点处的功率密度可达103107Wmm2，温度可高至万度左右。,（1）加工原理：当工作物质受到光泵的激发后，吸收特定波长的光，发生粒子数反转；少量激发粒子自发辐射发出光子，即感应所有其他激发粒子产生受激辐射跃迁，造成光放大。并通过由1、4组成的谐振腔的反馈作用产生振荡，由谐振腔一端输出激光。通过透镜将激光束聚焦到待加工表面，就可以进行加工。,44,（2）激光加工的特点：,(1)几乎对所有的金属材料和非金属材料都可以加工；(2)加工速度极高；(3)加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机械加工变形；(4)可通过空气、惰性气体或光学透明介质进行加工。,（3）应用：,可用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、陶瓷、玻璃等非金属材料和硬质合金、不锈钢等非属材料的小孔加工，以及多种金属材料和非金属材料的切割或成形切割加工等。特别适用对坚硬材料进行微小孔的加工，孔的直径一般为0.011mm，最小孔径可达0.00l mm，孔的深径比可达50100；也可加工异形孔。,45,2电子束加工的基本原理、特点及应用,（1）加工原理,在真空条件下，由电子枪旁热阴极发射的电子，在高电压(80200 kv)作用下被加速到很高的速度(1213光速)，然后通过电子透镜聚焦形成高能量密度(106107Wmm)的电子束。当电子束冲击到工件时，在极短的时间内使受冲击部位的温度升高到几千摄氏度以上，足以使任何材料瞬间熔化、气化，从而达到材料去除加工的目的。故而，电子束是利用电子的动能转换成热能对材料进行加工的。,46,（2）电子束加工具有如下特点：,对任何材料都能进行加工；,加工速度快；,非接触加工；,能加工微细的深孔、窄缝等；,加工点上化学纯度高；,可控制性能好。,（3）应用：,用于不锈钢、耐热钢、台金钢、陶瓷、玻璃和宝石等材料的打孔或切槽。除了加工圆孔、通孔之外，还可以加工异形孔、锥孔、盲孔和窄缝等。生产中要注意采取安全防护措施。,47,3离子束加工的基本原理、特点及应用,（1）加工原理,首先把氩(Ar)、氪(Kr)、氙(xe)等惰性气体注入低真空(约1 Pa)的电离室中，用高频放电、电弧放电、等离子体放电或电子轰击等方法使其电离成等离子体，接着用加速电极将离子呈束状拉出并使之加速。然后离子束进入高真空(约104Pa)的加工室，并用静电透镜聚成细束向工件表面冲击，从工件表面打出原子或分子，从而达到溅射去除加工的目的。,48,（2）离子束加工具有如下特点：,能够进行微细加工，并能精密地控制加工效果；,污染少，特别适合于易氧化的金属、合金和半导体材料的加工；,加工应力很小，工件不变形，适合于脆性、半导体和高分子材料的加工。,（3）应用：用于精微的穿孔、蚀刻、切割、铣削、研磨和抛光。例如集成电路、声表面器件、磁泡器件、超导器件、光电器件、光集成器件等微电子器件的图形蚀刻，石英晶体振荡器、压电传感器等的减薄，金刚石触引的成形，非球面透镜的加工等等。,