精密加工和特種加工簡介

1、精密加工和特種加工簡介精密加工和特種加工簡介2 近年來隨著科技的進步和生產的發(fā)展近年來隨著科技的進步和生產的發(fā)展,出現(xiàn)的出現(xiàn)的許多由堅硬而又難加工材料制成的，具有精密公差尺寸許多由堅硬而又難加工材料制成的，具有精密公差尺寸和低表面粗糙度的復雜零件的加工，許多新的加工方法和低表面粗糙度的復雜零件的加工，許多新的加工方法應運而生。這些方法本章指精密加工和應運而生。這些方法本章指精密加工和“現(xiàn)代加工方法現(xiàn)代加工方法”或或“特種加工工藝特種加工工藝”。 精整加工是生產中常用的精密加工，它是指精整加工是生產中常用的精密加工，它是指在精加工之后從工件上切除很薄的材料層在精加工之后從工件上切除很薄的材料層,

2、 ,以以提高提高精密加工和特種加工簡介3 工件精度和減少表面粗糙度值為目的的加工方法工件精度和減少表面粗糙度值為目的的加工方法, ,如研磨、如研磨、珩磨等。珩磨等。 光整加工是指不切除或從工件上切除極薄材料層，光整加工是指不切除或從工件上切除極薄材料層，以降低表面粗糙度為目的的加工方法，如超精加工、拋以降低表面粗糙度為目的的加工方法，如超精加工、拋光等。光等。 研磨是用研磨工具和研磨劑，從工件上研去一層極研磨是用研磨工具和研磨劑，從工件上研去一層極薄表面層的精加工方法。薄表面層的精加工方法。 精密加工和特種加工簡介4 采用不同的研磨工具采用不同的研磨工具( (如研磨心棒、研磨套、研磨平板如研磨

3、心棒、研磨套、研磨平板等等) )可對內圓、外圓和平面等進行研磨?？蓪葓A、外圓和平面等進行研磨。 圖示圖示為研磨外圓的工具。研磨套為研磨外圓的工具。研磨套2 2由夾套由夾套1 1夾持，它夾持，它的孔內有螺旋槽可貯藏研磨劑。其上還有一條內外相通的孔內有螺旋槽可貯藏研磨劑。其上還有一條內外相通的直槽，使其有一定脹縮性。的直槽，使其有一定脹縮性。 為了磨料能嵌入研磨套的內表面，研磨套的材應軟為了磨料能嵌入研磨套的內表面，研磨套的材應軟些，常用的是鑄鐵。些，常用的是鑄鐵。 研磨時先在工具表面涂上一層均勻的研磨劑研磨時先在工具表面涂上一層均勻的研磨劑, ,將該工將該工具套在工件上具套在工件上, ,并調節(jié)

4、好配合的松緊程度并調節(jié)好配合的松緊程度, ,精密加工和特種加工簡介5 然后讓工件旋轉，手持研磨工具在軸向來回移然后讓工件旋轉，手持研磨工具在軸向來回移 動，直動，直至達到研磨的要求為止至達到研磨的要求為止 。 研磨劑是很細的磨料研磨劑是很細的磨料( (粒度為粒度為W14W14W15)W15)、研磨液、研磨液和輔助材料的混合劑。和輔助材料的混合劑。 常用的有液態(tài)研磨劑、研磨膏和固體研磨劑（研磨常用的有液態(tài)研磨劑、研磨膏和固體研磨劑（研磨皂）三種。皂）三種。 主要起研磨、吸附、冷卻和潤滑等作用。主要起研磨、吸附、冷卻和潤滑等作用。 1)1)精度高質量好精度高質量好精密加工和特種加工簡介6 經(jīng)研磨后

5、的工件表面經(jīng)研磨后的工件表面, ,尺寸精度可達尺寸精度可達IT4IT4IT1IT1級級; ; 表面粗糙度值可減小到。形狀精度表面粗糙度值可減小到。形狀精度 亦可相應提高。亦可相應提高。 2)2)生產效率低，加工余量小。生產效率低，加工余量小。 3) 3) 研磨劑易飛濺，污染環(huán)境。研磨劑易飛濺，污染環(huán)境。 在現(xiàn)代制造業(yè)中研磨應用很廣，許多精密量塊、在現(xiàn)代制造業(yè)中研磨應用很廣，許多精密量塊、量規(guī)、齒輪、鋼球、噴油嘴、石英晶體、陶瓷元件、光量規(guī)、齒輪、鋼球、噴油嘴、石英晶體、陶瓷元件、光學鏡頭及棱鏡等零件均需研磨。學鏡頭及棱鏡等零件均需研磨。精密加工和特種加工簡介7二、珩磨二、珩磨 利用珩磨工具對工

6、件表面施加一定壓力，珩磨工具利用珩磨工具對工件表面施加一定壓力，珩磨工具同時作往復振動、相對旋轉和直線往復運動，切除工件同時作往復振動、相對旋轉和直線往復運動，切除工件上極小余量的工件精加工上極小余量的工件精加工方法方法。 一般珩磨后可將工件的形狀和尺寸精度提高一級，一般珩磨后可將工件的形狀和尺寸精度提高一級，表面粗糙度表面粗糙度R Ra a值可達。珩磨加工的工件表面質量特性值可達。珩磨加工的工件表面質量特性好、加工精度和好、加工精度和精密加工和特種加工簡介8 加工效率高，加工應用范圍廣、經(jīng)濟性好。加工效率高，加工應用范圍廣、經(jīng)濟性好。（又名：超級光磨）（又名：超級光磨） 用細粒度的磨具對工件

7、施加一定壓力，并作往復振用細粒度的磨具對工件施加一定壓力，并作往復振動和慢速縱向進給運動，以實現(xiàn)微量磨削的一種光整加動和慢速縱向進給運動，以實現(xiàn)微量磨削的一種光整加工工方法方法。 磨具與工件之間的運動如下：磨具與工件之間的運動如下： 1)1)工件作低速旋轉運動工件作低速旋轉運動,工工3 320m/min; 20m/min; 2) 2)油石磨具作往復振動油石磨具作往復振動, ,每分鐘振動次每分鐘振動次, , 精密加工和特種加工簡介9 振幅為振幅為3 35mm5mm； 3)3)磨具作縱向進給運動磨具作縱向進給運動, ,進給量進給量f f縱縱為為0.15 mm/r0.15 mm/r。 超精加工能加工

8、鋼、鑄鐵、銅合金、鋁合金、陶瓷超精加工能加工鋼、鑄鐵、銅合金、鋁合金、陶瓷 、玻璃、硅和鍺等各種金屬與非金屬玻璃、硅和鍺等各種金屬與非金屬, ,可以加工外圓、平可以加工外圓、平面、內孔和各種曲面。面、內孔和各種曲面。 尤其適用加工內燃機曲軸、凸輪軸、活塞、活塞銷尤其適用加工內燃機曲軸、凸輪軸、活塞、活塞銷等的光整加工。等的光整加工。 精密加工和特種加工簡介10 超精加工可在普通車床、外圓磨床上進行，對于批超精加工可在普通車床、外圓磨床上進行，對于批量較大的生產則宜在專用機床上進行。工作時應充分地量較大的生產則宜在專用機床上進行。工作時應充分地加潤滑油，以便形成油膜和清洗極細地磨屑。加潤滑油，以

9、便形成油膜和清洗極細地磨屑。 超精加工后地工件表面粗糙度超精加工后地工件表面粗糙度R Ra a值約在之間。值約在之間。 拋光是利用機械、化學或電化學地作用，使工件獲拋光是利用機械、化學或電化學地作用，使工件獲的光亮、平整表面的加工方法的光亮、平整表面的加工方法 精密加工和特種加工簡介11 拋光的主要工具用品有軟輪和磨膏等。拋光的主要工具用品有軟輪和磨膏等。 軟輪用皮革、毛氈、帆布等材料疊制而成，具有一軟輪用皮革、毛氈、帆布等材料疊制而成，具有一定的彈性，以便拋光時能按工件形狀而變形，增加拋光定的彈性，以便拋光時能按工件形狀而變形，增加拋光面積或加工曲面。面積或加工曲面。 磨膏由磨料和油脂磨膏由

10、磨料和油脂( (包括硬脂酸、煤油、石蠟等）包括硬脂酸、煤油、石蠟等）配置而成。配置而成。 磨料的種類取決于工件材料，如：鋼制零件拋光可磨料的種類取決于工件材料，如：鋼制零件拋光可選用氧化鐵粉及剛玉；鑄鐵件拋光可選用氧化鐵粉及碳選用氧化鐵粉及剛玉；鑄鐵件拋光可選用氧化鐵粉及碳化硅粉；有色合金拋光宜選用氧化鉻及金剛砂?；璺郏挥猩辖饞伖庖诉x用氧化鉻及金剛砂。精密加工和特種加工簡介12 拋光是安排在工件精加工之后進行，拋光之后的工拋光是安排在工件精加工之后進行，拋光之后的工件，粗糙度件，粗糙度R Ra a值可達值可達0.012m,0.012m,并能明顯增加光亮度，并能明顯增加光亮度，但不能甚至不能

11、保持原有的精度。但不能甚至不能保持原有的精度。 拋光可在拋光機或砂帶磨床上進行。拋光可在拋光機或砂帶磨床上進行。 現(xiàn)代加工方法是不僅用機械能而且更多的應現(xiàn)代加工方法是不僅用機械能而且更多的應 用電能、化學能、聲能、光能、磁能等進行加工。用電能、化學能、聲能、光能、磁能等進行加工。這些加工方法這些加工方法, ,在某種意義上說在某種意義上說, ,即不使用普通即不使用普通精密加工和特種加工簡介13 刀具來切削工件材料刀具來切削工件材料,而是直接利用能量進行加工而是直接利用能量進行加工,與與傳統(tǒng)的切屑加工相比較傳統(tǒng)的切屑加工相比較,具有以下特點：具有以下特點： 切除材料的能量不主要靠機械能，主要為其切

12、除材料的能量不主要靠機械能，主要為其他形式的能量；他形式的能量； “以柔克剛以柔克剛” 工具材料的硬度可低于工件材料工具材料的硬度可低于工件材料的硬度，或者有傳統(tǒng)意義的刀具。的硬度，或者有傳統(tǒng)意義的刀具。 在加工過程中在加工過程中, ,工具與工件之間不存在顯著的機工具與工件之間不存在顯著的機械切削力械切削力. .相應的切削物理現(xiàn)象不明顯。相應的切削物理現(xiàn)象不明顯。 加工能量易于控制、轉換，可復合成新加工能量易于控制、轉換，可復合成新精密加工和特種加工簡介14 的工藝技術，適應加工范圍廣。的工藝技術，適應加工范圍廣。 電火花加工是基于脈沖放電蝕除原理產生的電火花加工是基于脈沖放電蝕除原理產生的,

13、 ,故又稱故又稱放電加工或電蝕加工。放電加工或電蝕加工。 電火花加工電火花加工原理圖原理圖, ,由脈沖電源、自動進給調節(jié)裝置、由脈沖電源、自動進給調節(jié)裝置、工作液循環(huán)系統(tǒng)、工具電極等組成。工作液循環(huán)系統(tǒng)、工具電極等組成。 加工時，脈沖電源的一極接工具電極加工時，脈沖電源的一極接工具電極, ,另一極接工另一極接工件電極。兩極均浸入具有一定絕緣度的液體介質（常用件電極。兩極均浸入具有一定絕緣度的液體介質（常用煤油或礦物油）中。煤油或礦物油）中。精密加工和特種加工簡介15 工具電極由自動進給調節(jié)裝置控制，以保證工具與工具電極由自動進給調節(jié)裝置控制，以保證工具與工件在正常加工時維持一很小的放電間隙（工

14、件在正常加工時維持一很小的放電間隙（0.010.050.010.05）。）。 當脈沖電壓當脈沖電壓(100v(100v左右左右) )加到兩極之間，由于工具電加到兩極之間，由于工具電極和工件之間的表面不是完全平滑的，而是存在著凹凸極和工件之間的表面不是完全平滑的，而是存在著凹凸不平處，便將當時條件下極間最近點的液體介質擊穿，不平處，便將當時條件下極間最近點的液體介質擊穿，形成放電通道。形成放電通道。 由于通道的截面積很小由于通道的截面積很小, ,放電時間極短放電時間極短, ,致使能量高致使能量高度集中度集中(10(106 610107 7w/w/2 2), ),放電區(qū)域產生瞬間放電區(qū)域產生瞬間精

15、密加工和特種加工簡介16 高溫高溫(5000)(5000)足以使材料熔化甚至汽化，以致形成一個足以使材料熔化甚至汽化，以致形成一個小凹坑。小凹坑。 第一次脈沖放電結束之后，間隔極短時間，第二個第一次脈沖放電結束之后，間隔極短時間，第二個脈沖又在另一極間最近點擊穿放電。脈沖又在另一極間最近點擊穿放電。 如此周而復始高頻率地循環(huán)下去，工具電極不斷地如此周而復始高頻率地循環(huán)下去，工具電極不斷地向工件進給，它的形狀最終就復制在工件上，形成所需向工件進給，它的形狀最終就復制在工件上，形成所需要的加工表面。當然工具也有損耗。要的加工表面。當然工具也有損耗。 精密加工和特種加工簡介17 可加工任何硬、脆、軟

16、、韌和高熔點的導電材可加工任何硬、脆、軟、韌和高熔點的導電材料，如硬質合金、導電陶瓷、不銹鋼、鈦合金、工業(yè)純料，如硬質合金、導電陶瓷、不銹鋼、鈦合金、工業(yè)純鐵、人造聚晶金剛石等，還可加工半導體和非導體材料。鐵、人造聚晶金剛石等，還可加工半導體和非導體材料。 加工時，工具與工件不接觸，加工時，工具與工件不接觸，“切削力切削力”極小。極小。故適合于低剛度工件和微細結構的加工。特別適合加工故適合于低剛度工件和微細結構的加工。特別適合加工復雜截面的形孔和形腔。復雜截面的形孔和形腔。 由于脈沖放電持續(xù)時間極短，加工表面的影響由于脈沖放電持續(xù)時間極短，加工表面的影響極小。故可加工熱敏感性很強的材料；極小。

17、故可加工熱敏感性很強的材料；精密加工和特種加工簡介18 加工的表面，由許多小的弧坑組成，有助于油膜加工的表面，由許多小的弧坑組成，有助于油膜形成，改善潤滑。形成，改善潤滑。 調整脈沖參數(shù)，可以在同一臺機床上依次進行粗、調整脈沖參數(shù)，可以在同一臺機床上依次進行粗、精加工；精加工； 易于實現(xiàn)自動控制。易于實現(xiàn)自動控制。精密加工和特種加工簡介19 電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生陽極溶解的原電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生陽極溶解的原理理, ,將零件加工成形的一種方法將零件加工成形的一種方法 。 電解加工的過程如電解加工的過程如圖圖。加工時。加工時, ,工件接直流電源的正工件接直流電源的正極極( (

18、陽極陽極) )，按形狀要求制成的工具接，按形狀要求制成的工具接精密加工和特種加工簡介20 負極負極( (陰極陰極) ) 兩極間保持兩極間保持0.11mm0.11mm的間隙，具有一定壓力的間隙，具有一定壓力（）的電解液從兩極間隙中高速（）的電解液從兩極間隙中高速(560m/s)(560m/s)流過。流過。 接通直流電源后，工具陰極的凸出部分與工件陽極接通直流電源后，工具陰極的凸出部分與工件陽極的電極間隙最小，此處的電流密度最大，單位時間內消的電極間隙最小，此處的電流密度最大，單位時間內消耗的電量最多。耗的電量最多。 根據(jù)法拉第定律，金屬陽極的溶解量與通過的電量根據(jù)法拉第定律，金屬陽極的溶解量與通

19、過的電量成正比。成正比。精密加工和特種加工簡介21 因此工件上與工具陰極凸起部位的對應部位比其他因此工件上與工具陰極凸起部位的對應部位比其他地方溶解迅速地方溶解迅速, ,并隨即被高速的電解液沖走。并隨即被高速的電解液沖走。 同時工具陰極以一定速度同時工具陰極以一定速度(0.53mm/min)(0.53mm/min)向工件進向工件進給給, ,達到預定的加工深度時達到預定的加工深度時, ,就獲需形狀。就獲需形狀。 加工范圍廣，不受材料本身硬度、強度的限制，加工范圍廣，不受材料本身硬度、強度的限制，高硬、高強度及韌性的導電材料。可加工各種復雜形面。高硬、高強度及韌性的導電材料?？杉庸じ鞣N復雜形面。精

20、密加工和特種加工簡介22 無機械切削力和切削熱作用無機械切削力和切削熱作用 工件不會產生殘余應力、變形及加工變質層，也沒工件不會產生殘余應力、變形及加工變質層，也沒有飛邊毛剌。有飛邊毛剌。 加工精度高加工精度高 可達至；表面粗糙度可達至；表面粗糙度RaRa值一般可達，最小值一般可達，最小RaRa值可達。值可達。 工具無損耗壽命常工具無損耗壽命常 在加工中，工具只發(fā)生氫氣和沉淀而無溶解作用，在加工中，工具只發(fā)生氫氣和沉淀而無溶解作用，理論上無損耗，使用壽命長。理論上無損耗，使用壽命長。精密加工和特種加工簡介23 生產率較高生產率較高 為電火花加工的為電火花加工的510510倍，有時甚至高于機械切

21、削。倍，有時甚至高于機械切削。 缺點也不少缺點也不少 電解加工的附屬設備多，造價高，占地面積大，加電解加工的附屬設備多，造價高，占地面積大，加工穩(wěn)定性不高。電解液有腐蝕性，電解產物有污染，也工穩(wěn)定性不高。電解液有腐蝕性，電解產物有污染，也應引起重視。應引起重視。 近年來電解加工工藝的應用研究有很大發(fā)展近年來電解加工工藝的應用研究有很大發(fā)展, ,精密加工和特種加工簡介24 除了在加工炮膛膛線外，在花鍵孔、深孔、內除了在加工炮膛膛線外，在花鍵孔、深孔、內齒輪、鏈輪、葉片、異形零件及模具等方面獲得廣泛的齒輪、鏈輪、葉片、異形零件及模具等方面獲得廣泛的應用。應用。 電火花加工的生產率較低電火花加工的生

22、產率較低, ,因此對精因此對精度要求不太高的礦山機械、農機、拖拉機零件用鍛模，度要求不太高的礦山機械、農機、拖拉機零件用鍛模，正逐漸采用電解加工。正逐漸采用電解加工。 葉身形面形狀葉身形面形狀復雜復雜，精度要求高，精度要求高，加工量大，用電解加工，比機械加工工期短、效率高，加工量大，用電解加工，比機械加工工期短、效率高，質量好。質量好。 精密加工和特種加工簡介25 是靠陽極金屬的電化學溶液（占是靠陽極金屬的電化學溶液（占95959898）和機）和機械磨削作用（占械磨削作用（占 2 25 5）相結合進行的復合加工。）相結合進行的復合加工。 它集中了兩者的優(yōu)點，用于磨削各種硬質合金、量它集中了兩者

23、的優(yōu)點，用于磨削各種硬質合金、量具、渦輪葉片榫頭、蜂窩結構件、軋輥、拉絲磨孔等復具、渦輪葉片榫頭、蜂窩結構件、軋輥、拉絲磨孔等復雜形面的零件。雜形面的零件。 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉗工操作代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉗工操作, ,提高工效提高工效, ,節(jié)約費用。節(jié)約費用。 精密加工和特種加工簡介26 電解加工還應用于電解加工還應用于等工藝過程中。等工藝過程中。 三、超聲加工三、超聲加工 又名又名超聲波加工超聲波加工 加工時，在工件和工具之間加入液體（水或煤油）加工時，在工件和工具之間加入液體（水或煤油）和磨料混合的懸浮液，并使工具以很小的力和磨料混合的懸浮液，并使工具以很小的力F F輕輕壓在輕輕壓在工件上。工件上。精密加工

24、和特種加工簡介27 超聲波發(fā)生的超聲頻振蕩，通過換能器轉換成超聲波發(fā)生的超聲頻振蕩，通過換能器轉換成16000H16000Hz z以上的超聲頻縱向振動，并借助于變幅桿把振以上的超聲頻縱向振動，并借助于變幅桿把振幅放大到左右。幅放大到左右。 變幅桿驅動工具作超聲振動，并以工具端面迫使工變幅桿驅動工具作超聲振動，并以工具端面迫使工作液中懸浮的磨粒以很大的速度不斷撞擊和研磨工件表作液中懸浮的磨粒以很大的速度不斷撞擊和研磨工件表面，把工件加工區(qū)域內的材料破碎成很細的微粒并打擊面，把工件加工區(qū)域內的材料破碎成很細的微粒并打擊下來。下來。 既然是基于局部的撞擊作用，可見，越是硬既然是基于局部的撞擊作用，可

25、見，越是硬脆的材料，受到的破壞越大，也就越好加工。脆的材料，受到的破壞越大，也就越好加工。精密加工和特種加工簡介28 反之，脆性和硬度不大的塑性材，由于有緩沖反之，脆性和硬度不大的塑性材，由于有緩沖作用而難加工。作用而難加工。2. 2.超聲加工的特點超聲加工的特點 如如4545號鋼，做成較復雜的形狀，故工具和工件間無號鋼，做成較復雜的形狀，故工具和工件間無須復雜的相對運動，因此超聲波機床的結構簡單，操作、須復雜的相對運動，因此超聲波機床的結構簡單，操作、維修也方便。維修也方便。 精密加工和特種加工簡介29 加工過程中工具對工件材料的宏觀作用力小，熱影加工過程中工具對工件材料的宏觀作用力小，熱影

26、響小，不致引起變形及燒傷，表面粗糙度也較低，響小，不致引起變形及燒傷，表面粗糙度也較低，RaRa值值可達可達10.1m, 10.1m, 加工精度可達加工精度可達0.020.01 mm 0.020.01 mm 。 磨粒硬度一般應比被加工材料高，雖加工精度高，磨粒硬度一般應比被加工材料高，雖加工精度高，但工具磨損大，生產效率低。但工具磨損大，生產效率低。 3. 3.超聲加工的應用超聲加工的應用 超聲加工雖生產率低，但其加工精度、表面粗糙度超聲加工雖生產率低，但其加工精度、表面粗糙度都較理想，能加工半導體，非導體的硬脆都較理想，能加工半導體，非導體的硬脆精密加工和特種加工簡介30 材料，如石英、寶石

27、、鎢及鎢合金、瑪瑙等。材料，如石英、寶石、鎢及鎢合金、瑪瑙等。另外，如另外，如寶石軸承、拉絲模、噴絲頭，還可以用于超聲拋光、光寶石軸承、拉絲模、噴絲頭，還可以用于超聲拋光、光整加工、復合加工等許多方面。整加工、復合加工等許多方面。精密加工和特種加工簡介31精密加工和特種加工簡介32精密加工和特種加工簡介33精密加工和特種加工簡介34精密加工和特種加工簡介35精密加工和特種加工簡介36 適宜加工純潔高的要求適宜加工純潔高的要求 精密加工和特種加工簡介37精密加工和特種加工簡介38 基本原理基本原理: : 和電子束加工基本類似，在真空條件下，將離子源和電子束加工基本類似，在真空條件下，將離子源產生

28、的離子束經(jīng)過加速聚焦，打到工件表面。不同的是產生的離子束經(jīng)過加速聚焦，打到工件表面。不同的是離子帶正電荷，其質量比電子大數(shù)離子帶正電荷，其質量比電子大數(shù)精密加工和特種加工簡介39 千、數(shù)萬倍，如氬離子的質量是電子的萬倍，故離千、數(shù)萬倍，如氬離子的質量是電子的萬倍，故離子加速到較高速度時，比電子束具有更大的撞擊動能，子加速到較高速度時，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而不是靠動能轉化為熱能來它是靠微觀的機械撞擊能量而不是靠動能轉化為熱能來加工的。加工的。 精細加工，可控性好精細加工，可控性好 是所有現(xiàn)代加工中最精密、最微細的加工方法。是所有現(xiàn)代加工中最精密、最微細的加工方法。 高真空加工，污染少高真空加工，污染少 精密加工和特種加工簡介40 尤其適宜對易氧化的金屬、合金材料和高純度半導尤其適宜對易氧化的金屬、合金材料和高純度半導體材料的加工。體材料的加工。 壓力小壓力小, ,變形小變形小 加工中產生應力、變形也小加工中產生應力、變形也小, ,加工工