第一篇：精密與特種加工的發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)展望

精密與特種加工的發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)展望

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精密與特種加工的發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)展望

精密與特種加工的發(fā)展現(xiàn)狀

精密加工是指加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到極高精度的加工工藝，通常包括精密切削加工和精密磨削加工，加工精度的不斷提高對(duì)提高機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性，提高裝配效率等都有至關(guān)重要的作用。精密和超精密加工已成為當(dāng)前國際經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵技術(shù)。精密工程，微米工程和納米技術(shù)已成為世界技術(shù)的制高點(diǎn)，是現(xiàn)代制造技術(shù)的前沿，也是明天技術(shù)的基礎(chǔ)

特種加工是將電能、熱能、光能、聲能和磁能等物理能量或其組合乃至機(jī)械能組合直接施加到被加工的部位上，從而實(shí)現(xiàn)材料去除的加工方法，也被稱為非傳統(tǒng)加工技術(shù)。近半個(gè)多世紀(jì)以來，相繼出現(xiàn)了數(shù)十種特種加工方法，如電解加工、超聲波加工、放電成型加工、激光加工、電子束加工等。特種加工在難加工材料加工、磨具及復(fù)雜面加工、、零件精細(xì)加工等領(lǐng)域已成為重要的加工方法或僅有的加工方法。

隨著航空航天、核能熱能以及微電子工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品向高精度、高速度、耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、大功率、小型化和高可靠性方向發(fā)展，零件的特殊結(jié)構(gòu)和新材料的應(yīng)用對(duì)制造業(yè)提出了更高的要求，特種加工作為跨世紀(jì)的先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分將在21世紀(jì)人類社會(huì)進(jìn)步及我國現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮重大作用。

精密加工

精密、超精密切削加工

所謂精密加工是指加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到極高程度的加工工藝。目前，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中，一般工廠能掌握的加工精度是1微米，精密工程正在向其終極目標(biāo)—原子級(jí)精度逼近，也就是實(shí)現(xiàn)“移動(dòng)原子”。

精密加工總是與高加工成本聯(lián)系在一起，在過去它主要應(yīng)用于軍事、航空航天等部門。近十幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人們生活水平的提高，精密加工的產(chǎn)品已經(jīng)入人民生活的各個(gè)領(lǐng)域，工業(yè)發(fā)達(dá)國家已將精密加工機(jī)床直接用于產(chǎn)品零件的精密加工，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。正是精密加工具有優(yōu)良的特性，因此得到了世界各地的高度重視。我國必須大力發(fā)展精密加工技術(shù)，使其為我國的國民經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

精密機(jī)床是實(shí)現(xiàn)精密加工的先決條件，隨著加工精度的提高和精密加工技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床的精度不斷提高，精密機(jī)床獲得了飛速發(fā)展。

我國在20世紀(jì)60年代起開始發(fā)展精密機(jī)床，經(jīng)過40多年的努力，我國的精密機(jī)床已有相當(dāng)規(guī)模，不僅品種上基本滿足我國生產(chǎn)需求，而且精度和質(zhì)量都達(dá)到一定水平。例如北京機(jī)床研究所已批量生產(chǎn)多種規(guī)格的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。我國超精密機(jī)床的生產(chǎn)和研究其比較晚，和國外的差距較大。由于涉及到許多保密技術(shù)，從國外引進(jìn)超精密機(jī)床受到限制，我們必須加大力度研制性能更優(yōu)越的超精密機(jī)床，為國防工業(yè)、尖端技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造條件。

超精密切削加工是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的新技術(shù)，它在國防和尖端技術(shù)的發(fā)展中起到了重要的作用。例如導(dǎo)彈的命中精度等等。另外，由于采用了超精密切削技術(shù)，一些民用產(chǎn)品其生產(chǎn)成本降低，生產(chǎn)率提高，產(chǎn)品性能得到極大的改善。超精密加工的尖端部分分擔(dān)著支撐最新科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的重任，必須把分散在各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)成就集結(jié)在一起，把加工精度提高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。為此需要在國家的科學(xué)研究規(guī)劃中投入大量的財(cái)力和人力。

根據(jù)我國當(dāng)前的實(shí)際情況，參考國外的發(fā)展趨勢(shì)，我國應(yīng)該開展超精密加工技術(shù)的基礎(chǔ)研究，其主要內(nèi)容包括超精密加工的基本理論和工藝、環(huán)境控制技術(shù)、材料和超精密加工設(shè)備的精度、動(dòng)特性及熱穩(wěn)定性。只要我們能對(duì)精密加工技術(shù)給與足夠的重視，投入相當(dāng)?shù)娜肆ω?cái)力進(jìn)行研究，相信我國能在15～20年內(nèi)達(dá)到美國等先進(jìn)國家的水平，并在某些主要單項(xiàng)技術(shù)上達(dá)到國際先進(jìn)水平。精密超精密磨削加工

磨削是一種常用的半精加工和精加工方法，砂輪是磨削的主要切削工具，磨削在切削加工中的比重日益增大。在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家磨床在機(jī)床總數(shù)中的比重占到30%～40%，且有不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。磨削在機(jī)械制造業(yè)中將得到廣泛的應(yīng)用。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來電子工業(yè)、航天工業(yè)和核工業(yè)等領(lǐng)域給精密加工提出了更高的要求，為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，精密機(jī)械進(jìn)一步朝著精密加工方向發(fā)展。因此超精密磨削是近年發(fā)展起來的最高加工精度、最小表面粗糙度值的砂輪磨削方法，這將進(jìn)一步促進(jìn)超精密磨削的發(fā)展。

特種加工

電火花加工

電火花加工又稱放電加工，是一種電、熱能加工方法，利用工具和工件兩級(jí)間脈沖放電時(shí)局部瞬時(shí)產(chǎn)生的高溫把金屬腐蝕去除來對(duì)工件進(jìn)行加工的一種方法。在20世紀(jì)50年代開始研究并逐步應(yīng)用生產(chǎn)。

目前，電火花加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于宇航、航空、電子、原子能等行業(yè)，以及科學(xué)研究部門，主要以解決難切削加工及復(fù)雜形狀工件的加工問題。加工范圍小至幾微米大到幾十米的超大型磨具和工件中。

電化學(xué)加工

電化學(xué)加工是指通過電化學(xué)反應(yīng)從工件上去除或在工件上鍍覆金屬材料的特種加工方法，近十幾年來，借助高新技術(shù)，在精密電鑄等方面取得較快發(fā)展。目前，電化學(xué)加工技術(shù)已成為一種不可缺少的去除或鍍覆金屬材料及進(jìn)行微細(xì)加工的重要方法之一，并廣泛應(yīng)用于兵器、汽車、醫(yī)療器械、電子和模具行業(yè)之中，電化學(xué)加工在很多方面還有待進(jìn)一步的發(fā)展和提高，如加工過程監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化控制、工具設(shè)計(jì)、加工精度的提高，以及電化學(xué)作用產(chǎn)物的處理等。

高能束加工

激光加工、離子束加工和電子束加工是近幾年來得到較大發(fā)展的新興特種加工。我國20世紀(jì)60年代初期開始對(duì)電子束加工工藝進(jìn)行研究，目前已經(jīng)在儀器儀表、微電子工業(yè)、航天航空部門和化纖等工業(yè)中得到應(yīng)用，激光的應(yīng)用范圍日趨廣闊，在工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療、軍事等研究等方面具有廣泛的應(yīng)用，而且用于各種精細(xì)加工。激光加工技術(shù)是實(shí)用化很高的技術(shù)，同時(shí)也是附加值很高的加工方法，對(duì)象的材質(zhì)、形狀。尺寸、加工環(huán)境的自由度都很大。

復(fù)合加工

特種加工可以解決傳統(tǒng)加工難以或無法加工的難題，在加工范圍、加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率等方面，顯示了許多優(yōu)越性和獨(dú)到之處，但是，科學(xué)的發(fā)展，各種材料的應(yīng)用，國防、航空、尖端工業(yè)生產(chǎn)的需求向其提出更新的問題，有許多問題是

不能用一種加工手段來解決的。人們既不能一味追求“以柔克剛”，發(fā)展某種特種加工加工方法；也不排斥“以硬對(duì)柔”的某些特點(diǎn)，從而從加工的可能性、方便性、經(jīng)濟(jì)性等因素綜合考慮，探索研究新的加工方法。復(fù)合加工正是在這種前提下生產(chǎn)和發(fā)展起來的。

制造業(yè)是將制造資源通過制造過程轉(zhuǎn)化為可供人們使用與利用的工業(yè)品和生活消費(fèi)品的行業(yè)。制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，它創(chuàng)造了人類社會(huì)財(cái)富的60﹪～80﹪。從某種意義上講，制造技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)和綜合國力的重要指標(biāo)之一。

第二篇：Chapt.7_精密與特種加工技術(shù)(課件)

第一章

概

論

第一節(jié)

精密與特種加工的產(chǎn)生背景

機(jī)械制造面臨著一系列嚴(yán)峻的任務(wù)：

⑴ 解決各種難切削材料的加工問題。

⑵ 解決各種特殊復(fù)雜型面的加工問題。

⑶ 解決各種超精密、光整零件的加工問題。

⑷ 特殊零件的加工問題。

第二節(jié)

精密與特種加工的特點(diǎn) 及其對(duì)機(jī)械制造領(lǐng)域的影響

精密與特種加工是一門多學(xué)科的綜合高級(jí)技術(shù)；

精密加工包括微細(xì)加工、光整加工和精整加工等，與特種加工關(guān)系密切。

特種加工是指利用機(jī)、光、電、聲、熱、化學(xué)、磁、原子能等能源來進(jìn)行加工的非傳統(tǒng)加工方法（NTM，Non-Traditional Machining），它們與傳統(tǒng)切削加工的不同特點(diǎn)主要有： ① 主要不是依靠機(jī)械能；

② 刀具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度； ③ 在加工過程中，工具和工件之間不存在顯著的 機(jī)械切削力作用。

精密與特種加工技術(shù)引起了機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)的許多變革：

⑴ 提高了材料的可加工性。

⑵ 改變了零件的典型工藝路線。

⑶ 大大縮短新產(chǎn)品試制周期。

⑷ 對(duì)產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生很大的影響。

⑸ 對(duì)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性好與壞的衡量標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生重要影響。

第三節(jié)

精密與特種加工的方法及分類

1．加工成形的原理

分為去除加工、結(jié)合加工、變形加工三大類。

去除加工又稱為分離加工，是從工件上去除多余的材料。

結(jié)合加工是利用理化方法將不同材料結(jié)合在一起。

又可分為附著、注入、連接三種。

變形加工又稱為流動(dòng)加工，是利用力、熱、分子運(yùn)動(dòng)等手段使工件產(chǎn)生變形，改變其尺寸、形狀和性能。

2．加工方法機(jī)理

按機(jī)理精密與特種加工分為傳統(tǒng)加工、非傳統(tǒng)加工、復(fù)合加工。

第四節(jié) 精密與特種加工技術(shù)的地位和作用

先進(jìn)制造技術(shù)已經(jīng)是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要手段之一。

發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)是當(dāng)前世界各國發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的主攻方向和戰(zhàn)略決策，同時(shí)又是一個(gè)國家獨(dú)立自主、繁榮富強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展、科技保持先進(jìn)領(lǐng)先的長(zhǎng)遠(yuǎn)大計(jì)。

從先進(jìn)制造技術(shù)的技術(shù)實(shí)質(zhì)而論，主要有精密、超精密加工技術(shù)和制造自動(dòng)化兩大領(lǐng)域。

精密與特種加工技術(shù)水平是一個(gè)國家制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。

精密與特種加工技術(shù)已經(jīng)成為國際競(jìng)爭(zhēng)中取得成功的關(guān)鍵技術(shù)。產(chǎn)品的實(shí)際制造，必然要依靠精密加工技術(shù)。第二章

金剛石刀具精密切削加工

第一節(jié)

概

述

精密與超精密加工和制造自動(dòng)化是先進(jìn)制造技術(shù)的兩大領(lǐng)域。

加工精度在0.1~1μm，表面粗糙度Ra在0.02~0.1μm之間的加工稱為精密加工；加工精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.01μm的加工稱為超精密加工。

一、超精密加工的難點(diǎn)

精度難以控制； 剛度和熱變形影響； 去除層薄，切應(yīng)力大； 猶如對(duì)不連續(xù)體進(jìn)行切削。

二、超精密加工的方法

按加工方式分：

切削加工、磨料加工、特種加工和復(fù)合加工 按加工機(jī)理和特點(diǎn)分：

去除加工、結(jié)合加工和變形加工 還可分為 傳統(tǒng)加工、非傳統(tǒng)加工和復(fù)合加工

三、超精密加工的實(shí)現(xiàn)條件

超精密加工是多學(xué)科交叉的綜合性高新技術(shù)

① 超精密加工的機(jī)理與工藝方法； ② 超精密加工工藝裝備； ③ 超精密加工工具；

④ 超精密加工中的工件材料； ⑤ 精密測(cè)量及誤差補(bǔ)償技術(shù)；

⑥ 超精密加工工作環(huán)境、條件等。

在超精密加工的中，必須綜合考慮以上因素。

第二節(jié)

超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件

一、典型超精密機(jī)床

超精密加工對(duì)機(jī)床的基本要求：

⑴ 高精度 ⑵ 高剛度 ⑶ 高穩(wěn)定性 ⑷ 高自動(dòng)化

大型光學(xué)金剛石車床 ——LODTM

FG-001超精密機(jī)床

OAGM 2500大型超精密機(jī)床

AHNIO型高效專用車削、磨削超精密機(jī)床

二、超精密機(jī)床的主軸部件

主軸部件是保證超精密機(jī)床加工精度的核心。超精密加工對(duì)主軸的要求是極高的回轉(zhuǎn)精度，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，無振動(dòng)。

液體靜壓軸承主軸

空氣靜壓軸承主軸

⑴ 雙半球空氣軸承主軸

⑵ 徑向—推力空氣靜壓軸承主軸

⑶ 球形—徑向空氣軸承主軸

⑷ 立式空氣軸承主軸

主軸的驅(qū)動(dòng)方式

⑴ 柔性聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)

⑵ 內(nèi)裝式同軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

超精密機(jī)床主軸和軸承的材料

應(yīng)考慮以下主要因素：① 耐磨損；② 不易生銹腐蝕；③ 熱膨脹系數(shù)小；④ 材料的穩(wěn)定性好。

制造空氣主軸和軸承的材料主要有： ① 經(jīng)表面氮化和低溫穩(wěn)定處理的38CrMoAl氮化鋼；

② 不銹鋼；

③ 多孔石墨和軸承鋼。

另外還有銦鋼、花崗巖、微晶玻璃和陶瓷等。

三、精密導(dǎo)軌部件

超精密機(jī)床的總體布局

T形布局

十字形布局

R-θ 布局

立式結(jié)構(gòu)布局

常用的導(dǎo)軌部件 ⑴ 液體靜壓導(dǎo)軌

花崗巖靜壓導(dǎo)軌

⑵ 空氣靜壓導(dǎo)軌和氣浮導(dǎo)軌

空氣靜壓導(dǎo)軌

氣浮導(dǎo)軌

床身及導(dǎo)軌的材料

常用的床身及導(dǎo)軌材料有優(yōu)質(zhì)耐磨鑄鐵、花崗巖、人造花崗巖等。

微量進(jìn)給裝置

超精密機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)—般采用精密滾珠絲杠副、液體靜壓和空氣靜壓絲杠副。

高精度微量進(jìn)給裝置則有電致伸縮式、彈性變形式、機(jī)械傳動(dòng)或液壓傳動(dòng)式、熱變形式、流體膜變形式、磁致伸縮式等。

目前高精度微量進(jìn)給裝置的分辨力可達(dá)到0.001~0.01μm。

精密和超精密微位移機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足以下設(shè)計(jì)要求：

① 精微進(jìn)給和粗進(jìn)給分開。

② 運(yùn)動(dòng)部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定度的。

③ 末級(jí)傳動(dòng)元件必須有很高的剛度。

④ 內(nèi)部連接必須可靠，盡量采用整體結(jié)構(gòu)或剛性連接。

⑤ 工藝性好，容易制造。

⑥ 具有好的動(dòng)特性。

⑦ 能實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給的自動(dòng)控制。

⑴ 壓電和電致伸縮微進(jìn)給裝置

⑵ 摩擦驅(qū)動(dòng)裝置

⑶ 機(jī)械結(jié)構(gòu)彈性變形微量進(jìn)給裝置

第五節(jié)

金剛石刀具的結(jié)構(gòu)

衡量金剛石刀具質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)：

① 能否加工出高質(zhì)量的超光滑表面；

② 能否有較長(zhǎng)的切削時(shí)間保持刀刃鋒銳。設(shè)計(jì)金剛石刀具時(shí)最主要問題有三個(gè)： ① 確定切削部分的幾何形狀；

② 選擇合適的晶面作為刀具的前后面；

③ 確定金剛石在刀具上的固定方法和刀具結(jié)構(gòu)。

一、金剛石刀具切削部分的幾何形狀

⑴ 刀頭形式

金剛石刀具刀頭一般采用在主切削刃和副切削刃之間加過渡刃。國內(nèi)多采用直線修光刃，國外標(biāo)準(zhǔn)的金剛石刀具，推薦的修光刃圓弧半徑R=0.5~3mm。

金剛石刀具的主偏角一般為30?~90?，以45?主偏角應(yīng)用最為廣泛。

⑵ 前角和后角

根據(jù)加工材料不同，金剛石刀具的前角可取0?~5?，后角一般可取5?~6?。

美國EI Contour精密刀具公司的標(biāo)準(zhǔn)金剛石車刀結(jié)構(gòu)如上圖所示。該車刀采用圓弧修光刃，修光刃圓弧半徑R=0.5~1.5mm。后角采用10?，刀具前角可根據(jù)加工材料由用戶選定。

一種可用于車削鋁合金、銅、黃銅的通用金剛石車刀結(jié)構(gòu)如右圖所示?？色@得粗糙度Ra < 0.02~ 0.005μm的表面。

二、選擇合適的晶面作為金剛石刀具前、后面

三、金剛石刀具上的金剛石固定方法 ⑴ 機(jī)械夾固

⑵ 用粉末冶金法固定 ⑶ 使用粘結(jié)或釬焊固定

國內(nèi)外的金剛石刀具使用者一般都不自己磨刀；

Sumitomo公司推出一次性使用不重磨的精密金剛石刀具。

第三章

精密與超精密磨料加工

黑色金屬、硬脆材料的精密與超精密加工，主要是應(yīng)用精密和超精密磨料加工。

所謂精密和超精密磨料加工，就是利用細(xì)粒度的磨粒和微粉對(duì)黑色金屬、硬脆材料等進(jìn)行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。

精密和超精密磨料加工可分為固結(jié)磨料和游離磨料加工兩大類。

第一節(jié)

精密磨削

精密磨削是指加工精度為1~0.1μm、表面粗糙度為Ra0.2~0.025μm的磨削方法。

一、精密磨削機(jī)理

靠砂輪的具有微刃性和等高性的磨粒實(shí)現(xiàn)的。⑴ 微刃的微切削作用

⑵ 微刃的等高切削作用

⑶ 微刃的滑擠、摩擦、拋光作用

二、磨削用量

三、精密磨削砂輪

1．砂輪磨料

精密磨削時(shí)所用砂輪的磨料以易于產(chǎn)生和保持微刃及其等高性為原則。

鋼件及鑄鐵件，以采用剛玉磨料為宜。碳化硅磨料主要應(yīng)用于有色金屬加工。

2．砂輪粒度

粗粒度的微切削作用；細(xì)粒度的摩擦拋光作用。

3．砂輪結(jié)合劑

超精密加工用金屬類、陶瓷類結(jié)合劑

四、精密磨削中的砂輪修整

有單粒金剛石修整、金剛石粉末燒結(jié)型修整器修整和金剛石超聲波修整等。

修整用量有：修整導(dǎo)程、修整深度、修整次數(shù)和光修次數(shù)。

五、超精密磨削

超精密磨削是指加工精度達(dá)到或高于0.1μm、表面粗糙度低于Ra0.025μm的砂輪磨削方法，適宜于對(duì)鋼、鐵材料及陶瓷、玻璃等硬脆材料的加工。

鏡面磨削是屬于精密磨削和超精密磨削范疇的加工，是指加工表面粗糙度達(dá)到Ra0.02~0.01μm、表面光澤如鏡的磨削方法。

影響超精密磨削的因素有：超精密磨削機(jī)理、被加工材料、砂輪及其修整、超精密磨床、工件的定位夾緊、檢測(cè)及誤差補(bǔ)償、工作環(huán)境、操作水平等。超精密磨削需要—個(gè)高穩(wěn)定性的工藝系統(tǒng)，對(duì)力、熱、振動(dòng)、材料組織、工作環(huán)境的溫度和凈化等都有穩(wěn)定性的要求，并有較強(qiáng)的抗擊來自系統(tǒng)內(nèi)外的各種干擾的能力。

1．超精密磨削機(jī)理

單顆粒磨削的切入模型如圖所示。說明：

① 可視為一彈性系統(tǒng)

②平面磨削的切屑形狀如圖所示

③ 磨削過程分為彈性區(qū)、塑性區(qū)、切削區(qū)、塑性區(qū)，最后為彈性區(qū)

④ 存在微切削作用、塑性流動(dòng)、彈性破壞作用和滑擦作用

磨削狀態(tài)與磨削系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。2．超精密磨削工藝

超精密磨削的砂輪選擇、砂輪修整、磨削液選擇等問題與精密磨削和超硬磨料砂輪磨削有關(guān)問題類同。

超精密磨削的磨削用量。

六、超硬磨料砂輪磨削

超硬磨料砂輪磨削主要是指用金剛石砂輪和立方氮化硼砂輪加工硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃、半導(dǎo)體材料及石材等高硬度、高脆性材料。其突出特點(diǎn)為： ① 磨削能力強(qiáng)，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化。② 磨削力小，磨削溫度低，加工表面質(zhì)量好，無燒傷、裂紋和組織變化。③ 磨削效率高。④ 加工成本低。

1．超硬磨料砂輪磨削工藝

⑴ 磨削用量 ⑵ 磨削液：要求磨削液有良好的潤(rùn)滑性、冷卻性、清洗性和滲透性。

2．超硬磨料砂輪修整

修整是整形和修銳的總稱。

整形是使砂輪具有—定精度要求的幾何形狀； 修銳是去除磨粒間的結(jié)合劑，使磨粒突出結(jié)合劑一定高度，形成良好的切削刃和足夠的容屑空間。

超硬磨料砂輪修整的方法：① 車削法；② 磨削法；③ 滾壓擠軋法；④ 噴射法；⑤ 電加工法；⑥ 超聲波振動(dòng)修整法。

第二節(jié)

精密研磨與拋光

一、研磨加工機(jī)理

精密研磨屬于游離磨粒切削加工，是在剛性研具上注入磨料，在—定壓力下，通過研具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，借助磨粒的微切削作用，除去微量的工件材料，以達(dá)到高級(jí)幾何精度和優(yōu)良表面粗糙度的加工方法。

1．硬脆材料的研磨

硬脆材料研磨的加工模型如圖所示。

研磨磨粒為1μm的氧化鋁和碳化硅等。

2．金屬材料的研磨

金屬材料研磨相當(dāng)于普通切削和磨削的切削深度極小時(shí)的狀態(tài)。

二、拋光加工機(jī)理

拋光是指用低速旋轉(zhuǎn)的軟質(zhì)彈性或粘彈性材料拋光盤，或高速旋轉(zhuǎn)的低彈性材料拋光盤，加拋光劑，具有一定研磨性質(zhì)地獲得光滑表面的加工方法。

拋光使用的磨粒是1μm以下的微細(xì)磨粒。

拋光加工模型如圖3-9所示。

拋光加工是磨粒的微小塑性切削作用和加工液的化學(xué)性溶析作用的結(jié)合。

三、精密研磨、拋光的主要工藝因素

精密研磨拋光的主要工藝因素如表3-5所示。

在一定的范圍內(nèi)，增加研磨壓力可提高研磨效率。

超精密研磨對(duì)研磨運(yùn)動(dòng)軌跡有以下基本要求： ① 工件相對(duì)研磨盤作平面平行運(yùn)動(dòng)，使工件上各點(diǎn)具有相同或相近的研磨行程。

② 工件上任一點(diǎn)不出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的周期性重復(fù)。

③ 避免曲率過大的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角，保證研磨運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。

④ 保證工件走遍整個(gè)研磨盤表面，以使研磨盤磨損均勻，進(jìn)而保證工件表面的平面度。

⑤ 及時(shí)變換工件的運(yùn)動(dòng)方向，以減小表面粗糙度值并保證表面均勻一致。

四、研磨盤與拋光盤

1．研磨盤

研磨盤是涂敷或嵌入磨料的載體。

研磨對(duì)研磨盤加工面的幾何精度要求很高。

研磨盤材料硬度要低于工件材料硬度，且組織均勻致密、無雜質(zhì)、無異物、無裂紋和無缺陷，并有一定的磨料嵌入性和浸含性。

常用的研磨盤材料有鑄鐵、黃銅、玻璃等。

研磨盤的結(jié)構(gòu)要具有良好的剛性、精度保持性、耐磨性、排屑性和散熱性。為了獲得良好的研磨表面，常在研磨盤面上開槽。開槽的目的為：

① 存儲(chǔ)多余的磨粒；

② 作為向工件供給磨粒的通道；

③ 作為及時(shí)排屑的通道。

固著磨料研磨盤是一種適用于陶瓷、硅片、水晶等脆性材料精密研磨的研具，具有表面精度保持性好、研磨效率高的優(yōu)點(diǎn)。

2．拋光盤

拋光盤平面精度及其精度保持性是實(shí)現(xiàn)高精度平面拋光的關(guān)鍵。

五、研磨劑與拋光劑

對(duì)研磨用磨粒的基本要求： ① 形狀、尺寸均勻一致；

② 能適當(dāng)?shù)仄扑椋允骨邢魅袖h利； ③ 熔點(diǎn)高于工件熔點(diǎn)； ④ 在研磨液中容易分散。

對(duì)于拋光粉用磨粒，除上述要求外，還要考慮與工件材料作用的化學(xué)活性。

研磨拋光加工液主要作用是冷卻、潤(rùn)滑、均布研磨盤表面磨粒及排屑。對(duì)研磨拋光液的要求： ① 有效地散熱，以防止研磨盤和工件熱變形； ② 粘附低，以保證磨料的流動(dòng)性； ③ 不污染工件；

④ 物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，不分解變質(zhì)； ⑤ 能較好地分散磨粒。

六、非接觸拋光

非接觸拋光是指在拋光中工件與拋光盤互不接觸，依靠拋光劑沖擊工件表面，以獲得加工表面完美結(jié)晶性和精確形狀的拋光方法，其去除量?jī)H為幾個(gè)到十幾個(gè)原子級(jí)。

1．彈性發(fā)射加工

彈性發(fā)射加工是指加工時(shí)研具與工件互不接觸，通過微粒子沖擊工件表面，對(duì)物質(zhì)的原子結(jié)合產(chǎn)生彈性破壞，以原子級(jí)的加工單位去除工件材料，從而獲得無損傷的加工表面。

彈性發(fā)射加工原理

彈性發(fā)射加工方法如圖所示

對(duì)加工頭和工作臺(tái)實(shí)施數(shù)控，可實(shí)現(xiàn)曲面加工。EEM的數(shù)控加工裝置如圖3-11所示。

2．浮動(dòng)拋光

浮動(dòng)拋光裝置如圖所示 拋光機(jī)理

超精密拋光盤的制作是實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)拋光加工的關(guān)鍵。

3．動(dòng)壓浮離拋光 動(dòng)壓浮離拋光平面非接觸拋光裝置如圖所示

工作原理

加工過程中無摩擦熱和工具磨損，標(biāo)準(zhǔn)平面不會(huì)變化

該方法主要用于半導(dǎo)體基片和各種功能陶瓷材料及光學(xué)玻璃平晶的拋光，可同時(shí)進(jìn)行多片加工。4．非接觸化學(xué)拋光

通過向拋光盤面供給化學(xué)拋光液，使其與被加工面作相對(duì)滑動(dòng)，用拋光盤面來去除被加工件面上產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)生成物。這種以化學(xué)腐蝕作用為主，機(jī)械作用為輔的加工，又稱為化學(xué)機(jī)械拋光。水面滑行拋光借助于流體壓力使工件基片從拋光盤面上浮起，利用具有腐蝕作用的液體作加工液完成拋光。

5．切斷、開槽及端面拋光 采用非接觸端面拋光可實(shí)現(xiàn)對(duì)溝槽的壁面、垂直柱狀軸斷面進(jìn)行鏡面加工。

端面非接觸鏡面拋光裝置示意圖如圖所示。

該方法可用于直徑0.1mm左右的光導(dǎo)纖維線路零件的端面鏡面拋光以及精密元件的切斷。

第三篇：精密加工技術(shù)_電火花加工現(xiàn)狀與發(fā)展

電火花加工現(xiàn)狀與發(fā)展

電火花加工現(xiàn)狀與發(fā)展

張杰

（上海理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，上海）

摘要：首先簡(jiǎn)要地說明了電火花加工的原理、特點(diǎn)、分類和其在機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，繼而詳細(xì)地論述了近年來電火花加工的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，最后通過對(duì)一些資料的查閱對(duì)電火花加工的發(fā)展方向以及進(jìn)一步深入研究時(shí)所需要注意的問題進(jìn)行了初步的探討。關(guān)鍵詞：電火花加工，電火花成形加工，電火花線切割加工，發(fā)展現(xiàn)狀，發(fā)展方向

Present Situation and Development of EDM

ZhangJie（School of Mechanical Engineering ,University of Shanghai for Science and

Technology,Shanghai）

Abstract : The principles ,features ,classifications of EDM and its applications in the fields of mechanical manufacturing are briefly stated, and then the research at home and abroad are presented in detail.Finally ,by the reference of several documents, some problems in need of a further investigation are proposed.Key words :EDM, Electric spark forming, wire-cut electrical discharge machining，present situation, future direction.1.概述

電火花加工是特種加工的一種。早在前蘇聯(lián)，拉扎林科夫婦研究開關(guān)觸點(diǎn)受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，從而開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法。

1.1電火花加工原理

電火花加工現(xiàn)狀與發(fā)展

進(jìn)行電火花加工時(shí)，工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極，并浸入工作液中，或?qū)⒐ぷ饕撼淙敕烹婇g隙。通過間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)控制工具電極向工件進(jìn)給，當(dāng)兩電極間的間隙達(dá)到一定距離時(shí)，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產(chǎn)生火花放電。

其工作原理圖如下：

1.2電火花加工特點(diǎn)

電火花加工是與機(jī)械加工完全不同的一種新工藝。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、高脆性，高粘性和高純度等性能的新材料不斷出現(xiàn)，具有各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)與特殊工藝要求的工件越來越多。電火花加工法能夠適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在應(yīng)用中顯示出很多優(yōu)異性能，電火花加工的特點(diǎn)概括如下：

（1）直接利用電腦進(jìn)行加工，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，適于特殊材料和復(fù)雜形狀的加工。脈沖放電的能量密度高，便于加工用普通的機(jī)械加工方法難于加工或無法加工的特殊材料和復(fù)雜形狀的工件。不受材料硬度影響，不受熱處理狀況影響。

（2）適用的材料范圍廣。脈沖放電持續(xù)時(shí)間極短，放電時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散范圍小，材料受熱影響范圍較小，可以加工任何高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性以及高純度的導(dǎo)電材料。

（3）工具電極制造容易。加工時(shí)，工具電極與工件材料不接觸，兩者之間宏觀作用力極校工具電極材料不需比工件材料硬，因此，工具電極制造容易。

（4）可以再同一臺(tái)機(jī)床連續(xù)進(jìn)行粗，半精及精加工。脈沖參數(shù)可依據(jù)需要調(diào)節(jié)，可在同一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工。可以改革工件結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.3電火花加工分類

按工具電極和工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式和用途的不同,大致可分為電火花成形加工、電火花線切割、電火花磨削和鏜磨、電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工、電火花高速小孔加工、電火花表面強(qiáng)化與刻字六大類。前五類屬電火花成形、尺寸加工，是用于改變零件形狀或尺寸的加工方法；后者則屬表面加工方法，用于改善或改變零件表面性質(zhì)。以上方法中以電火花成形加工和電火花線切割應(yīng)用最為廣泛。

1.3.1電火花成形加工

該方法是通過工具電極相對(duì)于工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，將工件電極的形狀和尺寸復(fù)制在工件上，從而加工出所需要的零件。它包括電火花型腔加工和穿孔加工兩種。

電火花型腔加工主要用于加工各類熱鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模和膠木膜的型腔。

電火花加工現(xiàn)狀與發(fā)展

電火花穿孔加工主要用于型孔（圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔）、曲線孔（彎孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。近年來，為了解決小孔加工中電極截面小、易變形、孔的深徑比大、排屑困難等問題，在電火花穿孔加工中發(fā)展了高速小孔加工，取得良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。典型機(jī)床有D7125,D7140等電火花穿孔成形機(jī)床。

1.3.2電火花線切割加工

該方法是利用移動(dòng)的細(xì)金屬絲作工具電極，按預(yù)定的軌跡進(jìn)行脈沖放電切割。按金屬絲電極移動(dòng)的速度大小分為高速走絲和低速走絲線切割。我國普通采用高速走絲線切割，近年來正在發(fā)展低速走絲線切割，高速走絲時(shí)，金屬絲電極是直徑為φ0.02～φ0.3mm的高強(qiáng)度鉬絲，往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度為8～10m/s。低速走絲時(shí)，多采用銅絲，線電極以小于0.2m/s的速度作單方向低速運(yùn)動(dòng)。線切割時(shí)，電極絲不斷移動(dòng)，其損耗很小，因而加工精度較高。其平均加工精度可達(dá) 0.0lmm，大大高于電火花成形加工。表面粗糙度Ra值可達(dá)1.6 或更小。

目前電火花線切割廣泛用于加工各種沖裁模（沖孔和落料用）、樣板以及各種形狀復(fù)雜型孔、型面和窄縫、凸輪、成形刀具、精密細(xì)小零件和特殊材料，試制電機(jī)、電器等產(chǎn)品等。典型機(jī)床有DK7725,DK7740數(shù)控電火花線切割機(jī)床。

1.3.3其他電火花加工方式

剩下的電火花加工方式應(yīng)用較少，不是主流。包括：

電火花內(nèi)孔、外圓和成形磨削：用于加工高精度、表面粗糙度值小的小孔，如拉絲模、擠壓模、微型軸承內(nèi)環(huán)、鉆套等和加工外圓、小模數(shù)滾刀等。典型機(jī)床有D6310電火花小孔內(nèi)圓磨床等。

（2）電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工：用于加工各種復(fù)雜型面的零件，如高精度的異形齒輪，精密螺紋環(huán)規(guī)，高精度、高對(duì)稱度、表面粗糙度值小的內(nèi)、外回轉(zhuǎn)體表面等。典型機(jī)床有JN-2,JN-8內(nèi)外螺紋加工機(jī)床。

（3）電火花高速小孔加工：用于加工線切割穿絲預(yù)孔，深徑比很大的小孔，如噴嘴等。典型機(jī)床有D703G電火花高速小孔加工機(jī)床。

（4）電火花表面強(qiáng)化、刻字：用于電火花刻字、打印記。典型設(shè)備有D9105電火花強(qiáng)化機(jī)等。

1.4電火花加工用途

目前電火花加工已廣泛應(yīng)用于模具制造、航天航空、電子、電機(jī)電器、精密機(jī)械、儀器儀表、汽車、輕工業(yè)等行業(yè)，以解決難加工材料及復(fù)雜形狀零件的加工問題，加工范圍已達(dá)到小到幾微米的小孔、軸、縫，大到幾米的超大型模具和零件。電火花加工的主要用途可以概括為以下幾項(xiàng)：

（1）用于模具生產(chǎn)中的型孔、型腔加工，已成為模具制造業(yè)的主導(dǎo)加工方法，推動(dòng)了模具行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步?？梢杂糜谥圃鞗_模、塑料模、鍛模和壓鑄模。（2）加工小孔、畸形孔以及在硬質(zhì)合金上加工螺紋螺孔。（3）在金屬板材上切割出零件。（4）加工窄縫。

（5）磨削平面和圓面。

（6）其它（如強(qiáng)化金屬表面，取出折斷的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面復(fù)雜的零件等）。

2.發(fā)展歷程及技術(shù)成果

2,1電火花加工發(fā)展歷程

早在十九世紀(jì)，人們就發(fā)現(xiàn)了電器開關(guān)的觸點(diǎn)開閉時(shí)，因?yàn)榉烹?，使接觸部位燒蝕，造成接觸面的損壞。這種放電引起的電極燒蝕現(xiàn)象叫做電腐蝕。

電火花加工現(xiàn)狀與發(fā)展

二十世紀(jì)四十年代初，人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，在液體介質(zhì)中進(jìn)行重復(fù)性脈沖放電時(shí)，能夠?qū)?dǎo)電材料進(jìn)行尺寸加工，因此，創(chuàng)立了“電火花加工法”。

五十年代，改進(jìn)為電阻-電感-電容等回路。同時(shí)，還采用脈沖發(fā)電機(jī)之類的所謂長(zhǎng)脈沖電源，使蝕除效率提高，工具電極相對(duì)損耗降低，隨后又出現(xiàn)了大功率電子管、閘流管等高頻脈沖電源，使在同樣表面粗糙度條件下的生產(chǎn)率得以提高。

六十年代出現(xiàn)了晶體管和可控硅脈沖電源，提高了能源利用效率和降低了工具電極損耗，并擴(kuò)大了粗精加工的可調(diào)范圍。

七十年代出現(xiàn)了高低壓復(fù)合脈沖、多回路脈沖、等幅脈沖和可調(diào)波形脈沖等電源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具電極損耗等方面又有了新的進(jìn)展。在控制系統(tǒng)方面，從最初簡(jiǎn)單地保持放電間隙，控制工具電極的進(jìn)退，逐步發(fā)展到利用微型計(jì)算機(jī)，對(duì)電參數(shù)和非電參數(shù)等各種因素進(jìn)行適時(shí)控制。

電火花加工技術(shù)經(jīng)歷了手動(dòng)電火花加工、液壓伺服、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)等一系列過程?？刂葡到y(tǒng)也越來越復(fù)雜，從單軸數(shù)控到3軸數(shù)控、再到多軸聯(lián)動(dòng)。20世紀(jì)90年代初期，3軸電火花機(jī)在國內(nèi)還是空白，主要是從日本和瑞士引進(jìn)。直到90年代中期，我國才開始步入國內(nèi)電火花加工機(jī)的真正快速發(fā)展軌道，后來在此基礎(chǔ)上又生產(chǎn)研發(fā)了4軸4聯(lián)動(dòng)電火花加工機(jī)。

2,2電火花加工技術(shù)成果

2.2.1對(duì)電火花加工優(yōu)缺點(diǎn)的總結(jié)

電火花加工屬于電脈沖放電腐蝕類，被加工的工件是好的導(dǎo)電材料，而且最好是優(yōu)良的導(dǎo)電材料且不含雜質(zhì)。

電火花加工的優(yōu)點(diǎn)：

（1）電火花加工，最擅長(zhǎng)對(duì)付那些高硬度的（一般的機(jī)械加工難以實(shí)現(xiàn)的）金屬的加工（2）電火花加工尤其適合細(xì)、窄縫類（普通機(jī)械加工難以做到的）、清角位等的加工。

電化花加工的缺點(diǎn)：

（1）不能加工不導(dǎo)電的材料；

（2）加工過程中，有因?yàn)槭褂每刂撇涣?，引起火?zāi)的安全隱患；（3）加工效率較低（相對(duì)機(jī)械加工來講）；

（4）加工過程造成被加工件的內(nèi)應(yīng)力增加而變形，加工尺寸精度不高。

2.2.2影響其加工精度的因素的總結(jié)

與傳統(tǒng)的機(jī)械加工一樣，機(jī)床本身的各種誤差，工件和工具電極的定位、安裝誤差都會(huì)影響到電火花加工的精度。另外，與電火花加工工藝有關(guān)的主要因素是放電間隙的大小及其一致性、工具電極的損耗及其穩(wěn)定等。概括為以下幾個(gè)方面：（1）表面粗糙度

電火花加工表面的粗糙度取決于放電蝕坑的深度及其分布的均勻程度，只有在加工表面產(chǎn)生淺而分布均勻的放電蝕坑，才能保證加工表面有較小的粗糙度值。（2）加工間隙(側(cè)面間隙)的影響

加工間隙的大小及其一致性直接影響電火花成形加工的加工精度。只有掌握每個(gè)規(guī)準(zhǔn)的加工間隙和表面粗糙度的數(shù)值，才能正確設(shè)計(jì)電極的尺寸，決定收縮量，確定加工過程中的規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。

（3）加工斜度的影響

在加工中，不論型孔還是型腔，側(cè)壁都有斜度，形成斜度的原因，除電極側(cè)壁本身在技術(shù)要求或制造中原有的斜度外，一般都是由電極的損耗不均勻，以及“二次放電”等因素造成的。這些因素包括電極損耗、工作液臟污程度、沖油或抽油、加工深度等。（4）楞角倒圓的原因及規(guī)律

電火花加工現(xiàn)狀與發(fā)展

電極尖角和楞邊的損耗，比端面和側(cè)面的損耗嚴(yán)重，所以隨著電極楞角的損耗導(dǎo)致楞角倒圓，加工出的工件不可能得到清楞。而且，隨著加工深度的增加，電極楞角倒圓的半徑增大。但超過一定加工深度，其增大的趨勢(shì)逐漸緩慢，最后停留在某一最大值上。楞角倒圓的原因除電極的損耗外，還有放電間隙的等距離性。

2.2.3影響其加工后表面粗糙度的因素的總結(jié)

（1）脈沖能量越大，加工速度越高，Ra值越大。（2）工件材料越硬、熔點(diǎn)越高，Ra值越小。

（3）工件電極的表面粗糙度越大，工件的Ra值越大。

3.電火花加工的國內(nèi)外研究基本現(xiàn)狀

近年來電火花線切割加工無論在加工過程控制,還是改進(jìn)加工工藝方面都取得了許多新的進(jìn)展。主要表現(xiàn)在突破了許多傳統(tǒng)觀念的束縛,產(chǎn)生了一些新的加工方法,以及一些新的控制和檢測(cè)方式。

往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床的走絲速度為6～12 m/s，是我國獨(dú)創(chuàng)的機(jī)種。自1970年9月由

電火花加工現(xiàn)狀與發(fā)展

微電子、數(shù)控、電力半導(dǎo)體、機(jī)械技術(shù)、電氣技術(shù)等，是多方面、多學(xué)科集成的產(chǎn)品，是比較復(fù)雜的高科技產(chǎn)品。國內(nèi)現(xiàn)在顯然還沒有一個(gè)能夠獨(dú)立進(jìn)行原始創(chuàng)新的團(tuán)隊(duì)，因此注定要經(jīng)歷一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間痛苦的積淀過程，電火花加工技術(shù)正不斷向精密化、自動(dòng)化、智能化、高效化等方向發(fā)展。我國務(wù)必要緊跟電火花加工技術(shù)發(fā)展步伐，才能立足世界。如今新型數(shù)控電火花機(jī)床層出不窮，如瑞士阿奇、瑞士夏米爾、日本沙迪克、日本牧野、日本三菱等機(jī)床在這方面技術(shù)都有了全面的提高。（1）電火花加工的精密化核心主要體現(xiàn)在對(duì)尺寸精度、仿形精度、表面質(zhì)量的要求。時(shí)下數(shù)控電火花機(jī)床加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可達(dá)±2-3μm、底面拐角R值可小于0.03mm，最佳加工表面粗糙度可低于Ra0.3μm。

（2）自動(dòng)化指目前最先進(jìn)的數(shù)控電火花機(jī)床在配有電極庫和標(biāo)準(zhǔn)電極夾具的情況下，只要在加工前將電極裝入刀庫，編制好加工程序，整個(gè)電火花加工過程便能日以赴繼地自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，幾乎無需人工操作。機(jī)床的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率。但自動(dòng)裝置配件的價(jià)格比較昂貴，大多模具企業(yè)的數(shù)控電火花機(jī)床的配置并不齊全。數(shù)控電火花機(jī)床具備的自動(dòng)測(cè)量找正、自動(dòng)定位、多工件的連續(xù)加工等功能已較好地發(fā)揮了它的自動(dòng)化性能。自動(dòng)操作過程不需人工干預(yù)，可以提高加工精度、效率。

（3）智能化：智能控制技術(shù)的出現(xiàn)把數(shù)控電火花加工推向了新的發(fā)展高度。新型數(shù)控電火花機(jī)床采用了智能控制技術(shù)。專家系統(tǒng)是數(shù)控電火花機(jī)床智能化的重要體現(xiàn)，它的智能性體現(xiàn)在精確的檢測(cè)技術(shù)和模糊控制技術(shù)兩方面。專家系統(tǒng)采用人機(jī)對(duì)話方式，根據(jù)加工的條件、要求，合理輸入設(shè)定值后便能自動(dòng)創(chuàng)建加工程序，選用最佳加工條件組合來進(jìn)行加工。在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)、調(diào)整加工過程，實(shí)現(xiàn)加工過程的最優(yōu)化控制。目前智能化技術(shù)不斷地升級(jí)，使得智能控制技術(shù)的應(yīng)用范圍更加的廣泛。隨著市場(chǎng)對(duì)電加工要求的提升，智能化技術(shù)將獲得更為廣闊的發(fā)展空間。

（4）高效化：現(xiàn)代加工的要求為數(shù)控電火花加工技術(shù)提供了最佳的加工模式，即要求在保證加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如這不但縮短了加工時(shí)間且省卻后處理的麻煩，同時(shí)提升了模具品質(zhì)，使用粉末加工設(shè)備可達(dá)到要求。另外減少輔助時(shí)間(如編程時(shí)間、電極與工件定位時(shí)間等)，這就需要增強(qiáng)機(jī)床的自動(dòng)編程功能，配置電極與工件定位的夾具、裝置。若在大工件的粗加工中選用石墨電極材料也是提高加工效率的好方法。

4.未來發(fā)展方向

先進(jìn)制造技術(shù)的快速發(fā)展和制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇對(duì)電火花成形加工技術(shù)提出了更高要求，同時(shí)也為電火花成形加工技術(shù)加工理論的研究和工藝開發(fā)、設(shè)備更新提供了新的動(dòng)力。

今后電火花成形加工的加工對(duì)象應(yīng)主要面向傳統(tǒng)切削加工不易實(shí)現(xiàn)的難加工材料、復(fù)雜型面等加工，其中精細(xì)加工、精密加工、窄槽加工、深腔加工等將成為發(fā)展重點(diǎn)。同時(shí)，還應(yīng)注意與其它特種加工技術(shù)或傳統(tǒng)切削加工技術(shù)的復(fù)合應(yīng)用，充分發(fā)揮各種加工方法在難加工材料加工中的優(yōu)勢(shì)，取得聯(lián)合增值效應(yīng)。相對(duì)于切削加工技術(shù)而言，電火花成形加工技術(shù)仍是一門較年輕的技術(shù)，因此在今后的發(fā)展中，應(yīng)借鑒切削加工技術(shù)發(fā)展過程中取得的經(jīng)驗(yàn)與成果，根據(jù)電火花成形加工自身的技術(shù)特點(diǎn)，選用適當(dāng)?shù)募庸だ碚摗⒖刂圃砗凸に嚪椒?，并在己有成果的基礎(chǔ)上不斷完善、創(chuàng)新。電火花成形加工機(jī)床向數(shù)控化方向發(fā)展的趨勢(shì)已不可逆轉(zhuǎn)，但應(yīng)注意不可盲目追求“大而全”，應(yīng)以市場(chǎng)為導(dǎo)向，建立具有開放性的數(shù)控體系?？傮w而言，電火花成形加工技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)是高效率、高精度、低損耗、微細(xì)化、自動(dòng)化、安全、環(huán)保等。

對(duì)電火花加工而言，電火花成形機(jī)下一步的發(fā)展空間在精密微細(xì)和特殊材料兩個(gè)方面。特殊材料（如航空航天領(lǐng)域用的材料）專機(jī)，窄槽窄縫、異型腔的加工，精密模具等領(lǐng)域都是發(fā)展重點(diǎn)。在精加工方面，曾經(jīng)有過高速銑要代替電火花的傳言，現(xiàn)在證明這是不現(xiàn)實(shí)的。

電火花加工現(xiàn)狀與發(fā)展

現(xiàn)在粗加工、大電流的火花機(jī)又有回頭的趨勢(shì)，在家電、汽車很多行業(yè)中應(yīng)用。人類新開發(fā)出來的導(dǎo)電的特殊材料都可進(jìn)行放電加工，而高速銑通常很難實(shí)現(xiàn)。精密微細(xì)加工比如噴絲板等微小型零件都離不開電火花加工；航空航天領(lǐng)域中很多零部件需要多軸聯(lián)動(dòng)電火花加工。我們國家在專用機(jī)型上有創(chuàng)新的能力，有很大的空間。

5.需要進(jìn)一步研究的問題

電火花加工雖然發(fā)展迅速，但仍然存在一些問題，經(jīng)過對(duì)一些資料的查閱，這些問題可以總結(jié)為以下幾條：

（1）一般加工速度較慢，生產(chǎn)率低于切削加工 安排工藝時(shí)可采用機(jī)械加工去除大部分余量，然后再進(jìn)行電火花加工以求提高生產(chǎn)率。最近新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液進(jìn)行電火花加工，其生產(chǎn)率甚至高于切削加工。

（2）存在電極損耗和二次放電 電極損耗多集中在尖角或底面，最近的機(jī)床產(chǎn)品已能將電極相對(duì)損耗比降至0.1％，甚至更小；電蝕產(chǎn)物在排除過程中與工具電極距離太小時(shí)會(huì)引起二次放電，形成加工斜度，影響成型精度，（3）工作液的凈化和加工中產(chǎn)生的煙霧污染處理比較麻煩。

（4）由于電級(jí)絲是往復(fù)使用，所以會(huì)造成電極絲損耗，加工精度和表面質(zhì)量降低。（5）放電過程有部分能量消耗在工具電極上，導(dǎo)致電極損耗，影響成形精度。（6）電極之間需要始終保持確定的距離。（7）電火花需要達(dá)到足夠高的電流密度。（8）脈沖性放電是一個(gè)難題。

（9)如何及時(shí)有效的排除電蝕產(chǎn)物值得進(jìn)一步的研究。

近年來隨著特種加工技術(shù)在現(xiàn)代制造技術(shù)中的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，國家很重視特種加工行業(yè)發(fā)展，我國的特種加工機(jī)床擁有量較高，也具有很大的生產(chǎn)規(guī)模，但在高端機(jī)床裝備方面，與發(fā)達(dá)國家還有明顯的差距，在加工精度、加工質(zhì)量以及自動(dòng)化程度等方面都有很大的提升空間。電火花加工技術(shù)中遇到的難題也將在這一趨勢(shì)中不斷被解決。我們相信，電火花加工技術(shù)將會(huì)不斷成熟，并為我們帶來巨大的價(jià)值。

參考資料：盧秉恒．機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)．北京．機(jī)械工業(yè)出版社，２００７． 王貴成，張銀喜．精密與特種加工．武漢．武漢理工大學(xué)出版社，２００９．

劉志東，高長(zhǎng)水．電火花加工工藝及應(yīng)用．北京．國防工業(yè)出版社，２０１１．

湯傳建．液中噴氣電火花加工試驗(yàn)及機(jī)理研究．上海．上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，２００８． 徐安陽，劉志東等．功能電極電火花誘導(dǎo)燒蝕加工模具鋼Ｃｒ１２實(shí)驗(yàn)研究．南京．南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，２０１２．

第四篇：特種加工技術(shù)的發(fā)展和展望

《特種加工》課程論文

題 目：特種加工技術(shù)的發(fā)展和展望

姓 名：郭健朗

學(xué) 號(hào)：1 3 4 1 1 0 1 0 8 6

院 系： 機(jī) 械 與 能 源 工 程 系

專 業(yè)：機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其自 動(dòng) 化

指導(dǎo)老師：雷先明

特種加工技術(shù)的發(fā)展和展望

摘 要: 全面介紹了特種加工技術(shù)的類型及發(fā)展現(xiàn)狀, 指出了其優(yōu)勢(shì)和存在的問題;闡述了電火花加工、電解加工、電子束加工、超聲波加工、激光加工、化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工、水噴射加工等加工方法;探討了各種加工方法的工作要素、加工特點(diǎn)及應(yīng)用;最后, 指出了特種加工的發(fā)展趨勢(shì)。

Abstract: the author introduces the types and current situation of the development of special processing technology, points out its advantages and problems;describes the electrical discharge machining, electrochemical machining, electron beam machining, ultrasonic machining, laser processing, chemical mechanical processing, water jet machining processing method;discusses the processing characteristics and application of work elements, all kinds of processing methods;finally, points out the development trend of special machining 關(guān)鍵詞: 特種加工;電火花加工;電解加工;電子束加工;超聲波加工

Key words: special machining;EDM;electrochemical machining;electron beam machining;ultrasonic machining 1.引言

特種加工(又稱非傳統(tǒng)加工)是二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展起來的一類有別于傳統(tǒng)切削與磨削加工方法的總稱。特種加工方法將電、磁、聲、光等物理量及化學(xué)能量或其組合直接施加在工件被加工的部位上,從而使材料被去除、累加、變形或改變性能等;特種加工 方法可以完成傳統(tǒng)加工方法難以實(shí)現(xiàn)的加工, 如高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高脆性、耐高溫材料和工程陶瓷、磁性材料等難加工材料的加工以及精密、微細(xì)、復(fù)雜形狀零件的加工等。

特種加工技術(shù)有以下幾個(gè)特點(diǎn):⑴加工方法主要不是依靠機(jī)械能, 而是用其他能量(如電能、光能、聲能、熱能、化學(xué)能等)去除材料。⑵傳統(tǒng)加工方法要求刀具的硬度必須大于工件的硬度, 即“以硬切軟;而對(duì)于特種加工,由于工具不受顯著切削力的作用,特種加工對(duì)工具和工件的強(qiáng)度、硬度和剛度均沒有嚴(yán)格要求。⑶加工沒有明顯的切削力作用,一般不會(huì)產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象, 又由于工件加工部位變形小,發(fā)熱少,或發(fā)熱僅局限于工件表層加工部位,工件熱變形小,由加工產(chǎn)生的應(yīng)力也小,易于獲得好的加工質(zhì)量,且可在一次安裝中完成工件的粗、精加工。⑷特種加工中能量易于轉(zhuǎn)換和控制,有利于保證加工精度和提高效率。⑸特種加工方法的材料去除速度一般低于常規(guī)加工方法,這也是目前常規(guī)加工方法在機(jī)械加工中仍占主導(dǎo)地位的主要原因。

2.特種加工技術(shù)

特種加工有多種分類方法:如按加工過程材料增減可分為去除加工、結(jié)合加工和變形加工等;按作用能源可分為機(jī)械能、熱能、化學(xué)能、復(fù)合能等。

2.1 電火花加工

電火花加工的工作原理;是利用工具電極與工件電極之間的火花放電:產(chǎn)生瞬時(shí)高溫將金屬熔化,電火花加工過程可分為四個(gè)階段: ①介質(zhì)電離、被擊穿, 形成放電通路;②形成火花放電,工件電極產(chǎn)生熔化、氣化;熱膨脹;③拋出蝕除物;④間隙介質(zhì)消電離(恢復(fù)絕緣狀態(tài))。電火花加工的工作要素包括電極材料、工作液、放電間隙、脈沖寬度與間隔等。對(duì)工具電極的基本要求是導(dǎo)電、損耗小、易加工。常用的工具電極材料有紫銅、石墨、鑄鐵、鋼、黃銅等,其中又以紫銅和石墨最為常用。工作液是電火花加工中必不可少的介質(zhì),其主要功用是壓縮放電通道區(qū)域,提高放電能量密度和加速蝕除物的排出。常用的工作液有煤油、機(jī)油、去離子水、乳化液等。合理的放電間隙是保證火花放電的必要條件。為保持適當(dāng)?shù)姆烹婇g隙, 在加工過程中, 需采用自動(dòng)調(diào)節(jié)器控制機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng),并帶動(dòng)工具電極緩慢向工件進(jìn)給。

電火花加工特點(diǎn)是:① 電火花加工不受加工材料硬度限制,可加工任何硬、脆、韌、軟的導(dǎo)電材料。②加工時(shí)無顯著作用力,發(fā)熱小(發(fā)熱僅局限于放電區(qū)極小范圍內(nèi)),適于加工小孔、薄壁、窄槽、形面、型腔及曲線孔等,且加工質(zhì)量好。精加工時(shí),加工尺寸

精度可達(dá)0.005～0.01mm, 表面粗糙度可達(dá)Ra 為0.1～0.05um。③脈沖參數(shù)調(diào)整方便,可一次安裝完成粗、精加工。④易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。目前,實(shí)際應(yīng)用的電火花加工主要有兩種類型,即電火花成形加工和電火花線切割。2.1.1電火花成形加工

主要指孔加工和型腔加工。電火花打孔常用于加工冷沖模、拉絲模、噴嘴、噴絲孔等。型腔加工包括鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模等型腔加工,以及葉輪、葉片等曲面加工。

2.1.2 電火花線切割

用連續(xù)移動(dòng)的鉬絲(或銅絲)做工具陰極,工件為陽極。機(jī)床工作臺(tái)帶動(dòng)工件在水平面內(nèi)做互相垂直方向的移動(dòng),可切割出二維圖形。絲架也可做小角度擺動(dòng),可切割出斜 面。電火花線切割廣泛用于加工各種硬質(zhì)合金和淬硬鋼的沖模、樣板、各種形狀復(fù)雜的板類零件、窄縫、柵網(wǎng)等。電火花線切割加工按走絲速度可分為快走絲和慢走絲兩類?？熳呓z速度一般為l0m/s, 電極絲可往復(fù)移動(dòng),并可以循環(huán)反復(fù)使用(使用一段時(shí)問后需進(jìn)行更換).慢走絲速度為2～8m/min,單向運(yùn)動(dòng),電極絲一次性使用。慢走絲線切割走絲平穩(wěn),無振動(dòng),電極絲損耗小,加工精度高。

2.2 電解加工

電解加工的工作原理 是工件接陽極,工具(銅或不銹鋼)接陰極,兩極間加6～24V 的直流電壓,極間保持0.1～1mm的間隙。在間隙處通以6～60m/s高速流動(dòng)的電解液,形成極間導(dǎo)電通路,工件表面材料不斷溶解,其溶解物及時(shí)被電解液沖走。工具電極不斷進(jìn)給,以保持極間間隙。

電解加工的特點(diǎn)是:①不受材料硬度的限制,能加工出任何高硬度、高韌性的導(dǎo)電材料, 并能以簡(jiǎn)單的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一次加工出形狀復(fù)雜的形面和型腔。②電解加工比電火花加工的形面和型腔效率高5～10倍。③加工過程中陰極損耗小。加工表面質(zhì)量好,無毛刺、無殘余應(yīng)力和變形層。④加工設(shè)備投資較大, 有污染, 需防護(hù)。

電解加工廣泛應(yīng)用于模具的型腔加工,槍炮的膛線加工,發(fā)電機(jī)的葉片加工,花鍵孔、內(nèi)齒輪、深孔加工,以及電解拋光、倒棱、去毛刺等。

電解磨削是利用電解作用與機(jī)械磨削相結(jié)合的一種復(fù)合加工方法。工件接直流電源正極, 高速回轉(zhuǎn)的導(dǎo)電磨輪接負(fù)極,兩者保持一定的接觸壓力,導(dǎo)電磨輪表面突出的磨料使磨輪導(dǎo)電基體與工件之間有一定的間隙。當(dāng)電解液從問隙中流過并接通電源后,工件產(chǎn)生陽極溶解, 工件表面上生成一層稱為陽極膜的氧化膜, 其硬度遠(yuǎn)比金屬本身低, 極易被高速回轉(zhuǎn)的磨輪刮除,使新的金屬表面露出,繼續(xù)進(jìn)行電解。電解作用與磨削作用交替進(jìn)行,電解產(chǎn)物被流動(dòng)的電解液帶走,使加工繼續(xù)進(jìn)行,直至達(dá)到加工要求。

電解磨削效率比機(jī)械磨削高,且導(dǎo)電磨輪損耗遠(yuǎn)比機(jī)械磨削小,特別是磨削硬質(zhì)合金時(shí), 效果更明顯。

2.3 電子束加工

電子束加工的工作原理是在真空條件下,利用電流加熱陰極發(fā)射電子束,經(jīng)控制柵極初步聚焦后, 由加速陽極加速, 通過透鏡聚焦系統(tǒng)進(jìn)一步聚焦, 使能量密度集中在直5～10um 的斑點(diǎn)內(nèi)。高速而能量密集的電子束沖擊到工件上,被沖擊點(diǎn)處形成瞬時(shí)高溫(在幾分之一微秒時(shí)間內(nèi)升高至幾千攝氏度),工件表面局部熔化、氣化直至被蒸發(fā)去除。電子束加工的特點(diǎn)及應(yīng)用是: ①電子束束徑最小可達(dá)0.01～0.005 mm,長(zhǎng)度可達(dá)束徑的幾十倍,故可加工微細(xì)深孔和窄縫。②材料適應(yīng)性廣,原則上各種材料均可加工,特別適用于加工特硬、難熔金屬和非金屬材料。③加工速度較高,切割1mm 厚的鋼板, 切割速度可達(dá)240mm/min。④在真空中加工,無氧化,特別適于加工高純度半導(dǎo)體材料和易氧化的金屬及合金。⑤加工設(shè)備較復(fù)雜,投資較大,多用于微細(xì)加工。

2.4 超聲波加工

超聲波加工的工作原理;是利用超聲波發(fā)生器將工頻交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩, 通過換能器將超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)槌暀C(jī)械振動(dòng)。此時(shí)振幅一般較小,再通過振幅擴(kuò)大棒(變幅桿),使固定在變幅桿端部的工具振幅增大到0.01～0.15mm。利用工具端面的超聲(16～25kHz)振動(dòng),使工作液(普通水)中的懸浮磨粒(碳化硅、氧化鋁、碳化硼或金剛石粉)對(duì)工件表面產(chǎn)生撞擊拋磨,實(shí)現(xiàn)加工。超聲波加工的特點(diǎn)及應(yīng)用:①適用于加工各種脆性金屬材料和非金屬材料, 如玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、寶石、金剛石等。②可加工各種復(fù)雜形狀的型孔、型腔、形面。③被加工表面無殘余應(yīng)力, 無破壞層, 加工精度較高, 尺寸精度可達(dá)0.01～0.05 mm。④加工過程受力小, 熱影響小,可加工薄壁、薄片等易變形零件。⑤單純的超聲波加工,加工效率較低。采用超聲復(fù)合加工(如超聲車削、超聲磨削、超聲電解加工、超聲線切割等),可顯著提高加工效率。

2.5 激光加工

激光是一種受激輻射而得到的加強(qiáng)光。其基本特征是: 強(qiáng)度高,亮度大;波長(zhǎng)頻率確定, 單色性好,相于性好, 相干長(zhǎng)度長(zhǎng), 方向性好,幾乎是一束平行光。由激光器發(fā)出的激光, 經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦后,照射到工件表面上,光能被吸收,轉(zhuǎn)化為熱能,使照射斑點(diǎn)處局部區(qū)域溫度迅速升高,此處材料被熔化、氣化而形成小坑。由于熱擴(kuò)散,使斑點(diǎn)周圍材料熔化,小坑內(nèi)材料蒸氣迅速膨脹, 產(chǎn)生微型爆炸,將熔融物高速噴出并產(chǎn)生一個(gè)方向性很強(qiáng)的反沖擊波,于是在加工表面上打出一個(gè)上大下小的孔。

激光加工的特點(diǎn)及應(yīng)用:①加工材料范圍廣,可加工各種金屬和非金屬材料,特別適用于加工高熔點(diǎn)材料、耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆材料。②激光可透過透明材料進(jìn)行加工。③激光加工為非接觸加工,工件無受力變形,受熱區(qū)域小,工件熱變形小,加工精度高。④可進(jìn)行微細(xì)加工。激光聚焦后焦點(diǎn)直徑理論上可小至0.001mm 以下,實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)0.01mm 的小孔加工和窄縫切割。激光切割廣泛用于切割復(fù)雜形狀的零件、柵網(wǎng)等。在大規(guī)模集成電路的制作中, 可用激光進(jìn)行切片。⑤ 加工速度快。例如在寶石上打孔,加工時(shí)間僅為機(jī)械方法的1%。⑥激光加工不僅可以打孔和切割,也可進(jìn)行焊 接、熱處理等工作。⑦激光加工可控性好,易于實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化,但加工設(shè)備昂貴。

2.6 化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工

化學(xué)加工是利用酸、堿和鹽等化學(xué)溶液對(duì)金屬或某些非金屬工件表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng), 腐蝕溶解而改變工件尺寸和形狀的加工方法。如果僅進(jìn)行局部有選擇性的加工,則需對(duì)工件上的非加工表面用耐腐蝕性涂層覆蓋保護(hù)起來,而僅露出需加工的部位?；瘜W(xué)機(jī)械復(fù)合加工是指化學(xué)加工和機(jī)械加工的復(fù)合。化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工是一種超精密的精整加工方法, 可有效地加工陶瓷、單晶藍(lán)寶石和半導(dǎo)體晶片,化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工可防止通常機(jī)械加工用硬磨料引

起的表面脆性裂紋和凹痕,避免磨粒的耕犁引起的隆起以及擦劃引起的劃痕,可獲得光滑無缺陷的表面。

化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工中常用的方法有機(jī)械化學(xué)拋光和化學(xué)機(jī)械拋光。機(jī)械化學(xué)拋光使用比工件材料軟的磨料(如對(duì)Si3N4 陶瓷用Cr2O3 ,對(duì)Si 片用SiO2),靠運(yùn)動(dòng)磨粒本身的活性以及因磨粒與工件間的摩擦, 在微觀接觸區(qū)產(chǎn)生的高壓、高溫, 使很短的接觸時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)固

相反應(yīng)。隨后這種反應(yīng)生成物被運(yùn)動(dòng)的磨粒的機(jī)械摩擦作用去除,其去除量可小至0.1nm 級(jí)?；瘜W(xué)機(jī)械拋光的工作原理是由溶液的腐蝕作用形成化學(xué)反應(yīng)薄層,然后由磨粒的機(jī)械摩擦作用去除。

2.7水噴射加工

水噴射加工(Water Jet Machining)又稱水射流加工或水刀加工,它是利用超高壓水射流及混合于其中的磨料對(duì)材料進(jìn)行切割、穿孔和表面材料去除等加工。其加工機(jī)理綜 合了由超高速液流沖擊產(chǎn)生的穿透割裂作用和由懸浮于液流中磨料的游離磨削作用。

水噴射加工具有如下特點(diǎn): ①可加工各種金屬和非金屬材料;②切口平整,無毛邊和飛刺,可用于去除閥體、孔緣、溝槽、螺紋、交叉孔上的毛刺;③切削時(shí)無火花,無熱效應(yīng)產(chǎn)生, 也不會(huì)引起工件材料組織變化, 適于易燃易爆物件加工;④加工潔凈,不產(chǎn)生煙塵或有毒氣體。

水刀加工基本可對(duì)各種材料進(jìn)行處理及切割,非金屬物質(zhì),如木材、紙類、塑料、纖維、海綿等;對(duì)切割金屬或較硬的材質(zhì)時(shí),如各種石材、玻璃、陶瓷、磚等材質(zhì)時(shí),可以將80 目左右, 較細(xì)顆粒的石英砂料與水箭混流在一起, 以增強(qiáng)其切割能力,此種高速加砂的水刀幾乎可以切割任何材質(zhì),為此在家具制造過程中,可以用來對(duì)原木的分割和實(shí)木成型材料的分切, 使得在用料方面取得更為精確。為節(jié)約用材提供很好的途徑。

水刀加工在下料開片的切割加工中,比起與它擁有同樣功能的“ 前輩”--電鋸、電弧切割和激光切割來它有著許多優(yōu)越性, 它無塵、無煙、沒有火光,在作業(yè)時(shí),切割面上的溫度能保持不變(電弧、激光切割和鋼鋸則辦不到這一點(diǎn)),它不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)光而灼傷人眼;更不用擔(dān)心因高溫而引發(fā)火災(zāi),十分安全。然而它具有強(qiáng)大的“威力”,可以隨心所欲地切割加工各種工件和不同口徑的管材。對(duì)于機(jī)械制造加工,由于水刀的加入,也使得在消防防火方面得到更好的保證。

水刀自動(dòng)化系統(tǒng)已應(yīng)用于汽車內(nèi)飾件加工甚至對(duì)空中客車A380 大型航空件、飛機(jī)外殼等, 高強(qiáng)度的碳素纖維的復(fù)雜零件表面上進(jìn)行的切割、修邊、開孔等加工任務(wù)。為制造領(lǐng)域開辟了新的天地,而且它可以在幾乎完全自然的條件下加工, 因此對(duì)已完成的上道工序, 基本不會(huì)產(chǎn)生任何影響。更沒有任何粉塵的危害,也不會(huì)有刀刃磨損的缺點(diǎn)。水刀還可以做水下作業(yè),對(duì)沉船的切割、修理可以得到絕無僅有的效果?？赡茉谖磥韺?duì)潛水艇的自救也能開辟一種新的可能。

水刀切割加工速度極高, 尺寸精度、加工的質(zhì)量較高,不需要第二次加工。同樣也可以不用擔(dān)心水的加工影響材料的含水量,極高的速度幾乎不能讓水分留下。操作程序簡(jiǎn)單易行, 編輯程序可以隨時(shí)調(diào)用, 有記憶功能。水刀的一般零配件使用壽命較長(zhǎng),機(jī)械可使用時(shí)間長(zhǎng), 相對(duì)成本較低。水刀切割時(shí)不會(huì)產(chǎn)生灰塵及有毒氣體, 可提供一個(gè)較為清潔及安全的工作環(huán)境, 更重要的是,水刀是以水作為切割的刀具,不用像其它的切削刀具需要刃磨,它是一把永不磨損型的刀具, 因此水刀以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),在未來的各種加工制造中, 一定會(huì)有更廣泛的應(yīng)用前景。

3.特種加工技術(shù)的展望

特種加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分, 隨著難加工材料、特殊結(jié)構(gòu)零件需求的日益增加, 特種加工技術(shù)近十幾年來得到了快速發(fā)展,在世界范圍內(nèi)越來越受到人們的重視, 發(fā)揮的作用也越來越大。特種加工采用不同的能量形式加工零件,相對(duì)于傳統(tǒng)的切削加工技術(shù), 特種加工普遍具有以柔克剛、加工力影響較小等優(yōu)勢(shì)。為進(jìn)一步提高特種加工技術(shù)水平及擴(kuò)大其應(yīng)用范圍,當(dāng)前特種加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要包括以下幾點(diǎn):1)采用自動(dòng)化技術(shù)。2)趨向精密化研究。3)開發(fā)新工藝方法及復(fù)合工藝。4)污染問題是影響和限制有些特種加工應(yīng)用、發(fā)展的嚴(yán)重障礙。5)進(jìn)一步開拓特種加工技術(shù)。細(xì)微化是特種加工技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì),由于當(dāng)前的工業(yè)產(chǎn)品越來越追求小型化和微型化,微細(xì)結(jié)構(gòu)和微細(xì)零件的加工需求不斷增長(zhǎng),同時(shí)帶動(dòng)了各種制造技術(shù)向小型化、微細(xì)化發(fā)展。比如細(xì)微的電火花加工、微細(xì)電化學(xué)加工、微細(xì)的激光加工、微細(xì)離子束加工 等技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)很小尺度內(nèi)的加工, 這些技術(shù)在國內(nèi)外都發(fā)展得很快而且得到越來越廣泛的應(yīng)用。

4.結(jié)束語

特種加工技術(shù)集成了機(jī)械、電子、信息、材料技術(shù)和計(jì)算機(jī)等技術(shù)，發(fā)展異常迅速?，F(xiàn)代特種加工技術(shù)主要是伴著高硬度、高強(qiáng)度、高韌性、高脆性等難切削材料的額出現(xiàn)，以及制造精密細(xì)小 形狀復(fù)雜和結(jié)構(gòu)特殊的零件 的需要而產(chǎn)生的，具有其他常規(guī)加工技術(shù)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，已成為航空航天、汽車、儀器、儀表、微型機(jī)械、輕工、模具等行業(yè)的支撐技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù) 隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的 發(fā)展，特種加工技術(shù)必將不斷完善和迅速發(fā)展，反過來又必將推動(dòng)科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，并發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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第五篇：《精密與特種加工技術(shù)》課后答案

《精密與特種加工技術(shù)》課后答案

第一章

1.精密與特種加工技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域的作用與地位如何？

答：目前，精密和特種加工技術(shù)已經(jīng)成為機(jī)械制造領(lǐng)域不可缺少的重要手段，在難切削材料、復(fù)雜型面、精細(xì)零件、低剛度零件、模具加工、快速原形制造以及大規(guī)模集成電路等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，尤其在國防工業(yè)、尖端技術(shù)、微電子工業(yè)方面作用尤為明顯。由于精密與特種加工技術(shù)的特點(diǎn)以及逐漸被廣泛應(yīng)用，已引起了機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)的許多變革，已經(jīng)成為先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，是在國際競(jìng)爭(zhēng)中取得成功的關(guān)鍵技術(shù)。精密與特種加工技術(shù)水平是一個(gè)國家制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。

2.精密與特種加工技術(shù)的逐漸廣泛應(yīng)用引起的機(jī)械制造領(lǐng)域的那些變革？ 答：⑴ 提高了材料的可加工性。

⑵ 改變了零件的典型工藝路線。

⑶ 大大縮短新產(chǎn)品試制周期。

⑷ 對(duì)產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生很大的影響。

⑸ 對(duì)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性好與壞的衡量標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生重要影響。

3.特種加工工藝與常規(guī)加工工藝之間有何關(guān)系？應(yīng)該改如何正確處理特種加工與常規(guī)加工之間的關(guān)系？

答：常規(guī)工藝是在切削、磨削、研磨等技術(shù)進(jìn)步中形成和發(fā)展起來的行之有效的實(shí)用工藝，而且今后也始終是主流工藝。但是隨著難加工的新材料、復(fù)雜表面和有特殊要求的零件越來越多，常規(guī)傳統(tǒng)工藝必然難以適應(yīng)。所以可以認(rèn)為特種加工工藝是常規(guī)加工工藝的補(bǔ)充和發(fā)展，特種加工工藝可以在特定的條件下取代一部分常規(guī)加工工藝，但不可能取代和排斥主流的常規(guī)加工工藝。

4.特種加工對(duì)材料的可加工性以及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝性有何影響？舉例說明.答：工件材料的可加工性不再與其硬度，強(qiáng)度，韌性，脆性，等有直接的關(guān)系，對(duì)于電火花，線切割等加工技術(shù)而言，淬火鋼比未淬火鋼更容易加工。

對(duì)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性好與壞的衡量標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生重要影響，以往普遍認(rèn)為方孔，小孔，彎孔，窄縫等是工藝性差的典型，但對(duì)于電火花穿孔加工，電火花線切割加工來說，加工方孔和加工圓孔的難以程度是一樣的，相反現(xiàn)在有時(shí)為了避免淬火產(chǎn)生開裂，變形等缺陷，故意把鉆孔開槽，等工藝安排在淬火處理之后，使工藝路線安排更為靈活。

第二章

1.簡(jiǎn)述超精密加工的方法，難點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)條件? 答：超微量去除技術(shù)是實(shí)現(xiàn)超精密加工的關(guān)鍵，其難度比常規(guī)的大尺寸去除加工技術(shù)大的多，因?yàn)椋汗ぞ吆凸ぜ砻嫖⒂^的彈性變形和塑性變形是隨即的。精度難以控制，工藝系統(tǒng)的剛度和熱變形對(duì)加工精度有很大的影響，去除層越薄，被加工便面所受的切應(yīng)力越大，材料就 1 越不易去除。

超精密加工按加工方法不同可以分為切削加工，磨料加工，特種加工和復(fù)合加工四類。

2.超精密加工對(duì)刀具材料有那些要求？

答：1）極高的硬度，極高的耐磨性，和極高的彈性模量，以保證刀具有很高的尺寸耐用度。2）刃口能磨得極其鋒銳，即刃口半徑ρ值很小，以實(shí)現(xiàn)超薄切削。3）刀刃無缺陷，切削是將刃形變制在被加工表面上，從而鑄得超光滑的鏡面。

4）與工件材料的抗粘結(jié)合性很好?；瘜W(xué)親和性很小，摩擦因數(shù)低，以得到極好的加工表面完整性。

3.單晶金剛石有哪些個(gè)主要晶面？

立方晶系的金剛石《單晶金剛石》主要有三個(gè)主要晶面，：即100.111.110晶面

4試述金剛石晶體的各向異性和不同晶面研磨時(shí)的好磨難磨方向。

答：金剛石具有很高的硬度。較高的導(dǎo)熱系數(shù)，與有色金屬間的摩擦因數(shù)低，開始氧化的溫度較高等特性。這些都有利于超精密加工的進(jìn)行，而且單晶金剛石可以研磨達(dá)到極鋒利的刃口，沒有其他材料可以磨到這樣鋒銳，并且能長(zhǎng)期切削而磨損很小，因此金剛石是理想的不能替代的超精密切削的刀具材料?！?10晶面的磨削率最高，最易磨損，100晶面的磨削次之.111的磨削率最低，最不易磨損。

5試述金剛石晶體的激光定向原理和方法？

答：金剛石晶體的激光定向是利用金剛石在不同結(jié)晶方向上，因此晶體的結(jié)構(gòu)不同，而對(duì)激光反射形成不同的衍射圖像進(jìn)行的激光晶體方向的原理，由氦氖激光管產(chǎn)生的激光束通過屏幕上的小孔射到金剛石表面，若被激光照射的金剛石使被測(cè)晶面與激光束相垂直時(shí)，激光被反射的圖形即可知道被激光照射的晶面為何種晶面。

6.金剛石車刀的刀頭形式有哪幾種？各自有何特點(diǎn)？

答：刀頭形式：金剛石刀具刀頭一般采用在主切削刃和副切削刃直接加工渡刃--修光刃的形式，修光刃有小圓弧修光刃，直線修光刃和圓弧修光刃之分。

7.典型的超精密機(jī)床有那些？

答：典型的超精密機(jī)床有~1.大型光學(xué)金剛石車床—LODTM。FG-OO超精密機(jī)床《德》。OAGM500大型超精密機(jī)床《英》4.AHNTO型高效專用車削，磨削超精密機(jī)床。

8.精密主軸不見有那幾種形式？說明各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

答：空氣靜壓軸承具有很高的回轉(zhuǎn)精度，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)溫升很小，基本達(dá)到恒溫狀態(tài)，因此造成的熱變形誤差很小，缺點(diǎn)：空氣軸承剛度低，承受載荷很小，由于超精密加工的切削力很小，所以空氣軸承可以滿足相關(guān)要求。

液體靜壓軸承的油溫隨著轉(zhuǎn)速的升高而升高，溫度升高將造成熱變形，影響主軸精度。靜壓回油時(shí)將空氣帶入油源。形成微小氣泡懸浮在油中，不易排除，因而降低了液體靜壓軸承的剛度和動(dòng)特性。優(yōu)點(diǎn)：回轉(zhuǎn)精度高《0.1微米》剛度較高，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，無震動(dòng)的特點(diǎn)。

9.超精密機(jī)床有哪幾種總體布局形式？各自有何特點(diǎn)？

答：1）雙半球空氣軸承主軸，優(yōu)點(diǎn)：球面具有自動(dòng)調(diào)心，因此可以提高前后軸承的同心度，回轉(zhuǎn)精度，缺點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子直接與主軸剛性連接。所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)精度將對(duì)主軸的回轉(zhuǎn)精度產(chǎn)生影響。

2）徑向-推力空氣靜壓軸承主軸：1.可以提高前后軸承的同心度，從而保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，即使軸承發(fā)生少量旋轉(zhuǎn)，也不會(huì)因和軸承咬住而損壞主軸。缺點(diǎn)：這種主軸要求所用的多孔石墨組織均勻，各處透氣率相同，同時(shí)制造難度大。

3）球形-徑向空氣軸承主軸：同上，自動(dòng)調(diào)心，保證同心度，回轉(zhuǎn)精度。缺點(diǎn)：主軸的剛度和承載能力不高，4）立式--空氣軸承主軸，主要用于大型超精密車床，以保證加工系統(tǒng)具有較高的剛度且便于裝夾，其圓弧面的徑向軸承起自動(dòng)調(diào)心，提高精度作用。

10.簡(jiǎn)述超精密機(jī)床導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式，并說明各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

答：1）液體靜壓導(dǎo)軌，優(yōu)點(diǎn)：剛度高，承載能力大，直線運(yùn)動(dòng)精度高，且無爬行，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。缺點(diǎn)：導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)速度低。

2）空氣靜壓導(dǎo)軌和氣浮導(dǎo)軌，優(yōu)點(diǎn)：它可以達(dá)到很高的直線運(yùn)動(dòng)精度，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無爬行，且摩擦因數(shù)接近于0，不發(fā)熱。

11.簡(jiǎn)述摩擦驅(qū)動(dòng)的工作原理。

答：摩擦驅(qū)動(dòng)裝置原理：倆個(gè)摩擦輪均由靜壓軸承支承，可以無摩擦運(yùn)動(dòng)，上摩擦輪由彈簧壓板在驅(qū)動(dòng)桿上，當(dāng)彈簧壓板壓力足夠時(shí)，摩擦輪和驅(qū)動(dòng)桿之間無相對(duì)滑動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下摩擦輪，靠摩擦力帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿做非常平穩(wěn)的直線運(yùn)動(dòng)。

12.精密加工對(duì)微進(jìn)給裝置的性能有何要求？

答：1）精微進(jìn)給和粗進(jìn)給分開，以提高微位移的精度，分辨率和穩(wěn)定性。2）運(yùn)動(dòng)部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定度以實(shí)現(xiàn)很高的重復(fù)精度。3）末級(jí)傳動(dòng)元件必須有很高的剛度，即夾持金剛石刀具必須是高剛度的。4）內(nèi)部連接必須可靠，盡量采用整體結(jié)構(gòu)或剛性連接，否則微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)，很難實(shí)現(xiàn)很高的重復(fù)精度。5）工藝性好，容易制造。6）具有好的動(dòng)特性，即既有高的頻響。7）能實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給的自動(dòng)控制。

第三章

1.精密和超精密磨料加工分為哪倆大類？各自有何特點(diǎn)

答：固結(jié)磨料加工：具有表面精度保持性好，研磨效率高的優(yōu)點(diǎn)。2.游離磨料加工：優(yōu)點(diǎn)是拋光面加工變質(zhì)層和表面粗糙度值都很小，缺點(diǎn)：不易保持平面度。

2.試述精密磨削機(jī)理。

答：微刃的微切削作用：應(yīng)用較小的修整導(dǎo)程和休整深度對(duì)砂輪實(shí)施精細(xì)休整，其效果等同于砂輪磨粒的粒度變細(xì)。2.微刃的等高切削作用3.微刃的滑擠，摩擦，拋光作用

3.分析超硬磨料砂輪修正方法的機(jī)理和特點(diǎn)。

答：超硬磨料砂輪磨削主要指用金剛石砂輪和立方氮化硼砂輪加工硬質(zhì)合金，陶瓷，剝離，半導(dǎo)體材料及石材等高硬度，高脆性材料。

特點(diǎn)：1）磨削能力強(qiáng)，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。2）削力小。，溫度低，加工質(zhì)量好，不燒傷，裂紋和組織變化。3）削率高。4）加工成本低

5.試述超精密磨削的磨削機(jī)理。

答：超精密磨削機(jī)理，理想磨削軌跡是從接觸點(diǎn)開始至接觸終點(diǎn)結(jié)束，但由于磨削系統(tǒng)存在一定的彈性，實(shí)際磨削軌跡與理想磨削軌跡發(fā)生偏離。

6.試述精密研磨與拋光的機(jī)理。

答：研磨加工機(jī)理：精密研磨屬于游離磨粒切削加工是在剛性研具上注入磨料在一定壓力下，通過研具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，借助磨粒的微切削作用，除去微量的工件材料，以達(dá)到高級(jí)幾何精度和優(yōu)良表面粗糙度2.拋光是指用低速旋轉(zhuǎn)的軟質(zhì)彈性或粘彈性材料拋光盤，或高速旋轉(zhuǎn)的低彈性材料。拋光盤加拋光劑具有一定研磨性質(zhì)的獲得光滑表面的加工方法。

7.影響精密研磨拋光的主要工藝因素有哪些？

答：研磨方法：加工方式，運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)方式。2.研具的材料，形狀，表面狀態(tài)。3.磨粒的種類，材質(zhì)，形狀，粒徑4.加工液的水質(zhì)，油質(zhì)5加工參數(shù)的研磨速度，壓力，時(shí)間，6.環(huán)境，溫度，塵埃

8.試述各種非接觸拋光的加工原理。

答：1.彈性發(fā)射加工：通過微粒子沖擊工件，以原子級(jí)的加工單位去除工件材料，從而無損傷的技工表面2.浮動(dòng)拋光：拋光液覆蓋在整個(gè)拋光盤表面上，拋光盤及工件高速回轉(zhuǎn)時(shí)，在二者之間的拋光液主動(dòng)壓流體狀態(tài)，形成一層液膜，從而使工件在浮起狀態(tài)下進(jìn)行拋光3.動(dòng)壓浮離拋光：保持環(huán)中的工件浮離圓盤表面，由浮動(dòng)間隙中的粉末顆粒對(duì)工件進(jìn)行拋光4.非接觸化學(xué)拋光：通過向拋光盤面供給化學(xué)拋光液，使其與被加工面做相對(duì)滑動(dòng)，用拋光盤面來夾持被加工件面上產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)生成物。

第四章

1.電火花加工時(shí)，間隙液體介質(zhì)的擊穿機(jī)理？

答：通常所用的工作介質(zhì)是煤油，水，皂化油水溶液及多種介質(zhì)合成的專用工作液，用分光度計(jì)觀察電火花加工過程中放電現(xiàn)象，顯示放電時(shí)產(chǎn)生氧氣，氫氣泡的電離膨脹導(dǎo)致了間隙介質(zhì)的擊穿

2.電火花加工的基本要求？

答：材料的可加工性主要取決與材料的熱學(xué)特性，如熔點(diǎn)，沸點(diǎn)，比熱容，導(dǎo)熱系數(shù)等。幾乎與其力學(xué)性能《硬度，強(qiáng)度》無關(guān)。

3.電火花加工機(jī)床的自動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)與傳統(tǒng)加工機(jī)床的自動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)有什么不同？為什么會(huì)引起這種不同？

答：電火花加工時(shí)，放電間隙很小，電蝕量放電間隙在瞬間都不是長(zhǎng)值而在一定范圍內(nèi)隨即變化，人工進(jìn)給或恒速的“機(jī)動(dòng)”進(jìn)給很難滿足要求，必須采用自動(dòng)進(jìn)給和調(diào)節(jié)裝置。自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用是維持某一穩(wěn)定的放電間隙。保證電火花加工正常而穩(wěn)定的進(jìn)行獲得較好的加工效果。

4分析伺服參考電壓對(duì)加工穩(wěn)定性的影響。

答：脈沖電源又稱為脈沖發(fā)生器，起作用是把220V或380V的50HZ工頻交流電轉(zhuǎn)換成一定形式的單向脈沖電流，供給電極放電間隙，產(chǎn)生火花所需要的能量來蝕除金屬。

5.功率VDMOS開關(guān)式脈沖電源的特點(diǎn)。

答：VDMOS技術(shù)的發(fā)展，是高頻大功率開關(guān)技術(shù)日趨成熟，為提高大功率MOS管功率晶體管脈沖電源的開關(guān)沖擊性能，采用多管分組的方法來提高輸出功率。

6.極間能量分配分析。

答：電源向放電通道釋放的能量分配在陽極，陰極和放電通道上，能量分配系數(shù)的大小主要取決與被加工材料的特性，通過前面分析可知，電極主要通過高速運(yùn)動(dòng)粒子的轟擊，光輻射，熱輻射，三種形式得到能量，在一定的條件下，光輻射與熱輻射起決定性的作用，電極表面局部得到高能，就能發(fā)生了融化，氣化的相變過程，電極表面出現(xiàn)了微觀相變區(qū)。

7．電火花加工時(shí)，油杯的作用？ 答：工作液循環(huán)過濾

第五章

1.電火花線切割加工的工藝和機(jī)理與電火花成形加工有那些相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？

答：電火花線切割加工與電火花成形加工的基本原理一樣都是基于電極間脈沖放電時(shí)電火花腐蝕原理，實(shí)現(xiàn)零部件的加工，所不同的是電火花切割加工不需要制造復(fù)雜的成形電極，而是利用移動(dòng)的金屬絲《鋼絲，銅絲》作為工具電極，工件接照預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，切割出所需的各種尺寸和形狀?！痘驹怼?/p>

1）需要制造復(fù)雜的成形電極。2）方便快捷的加工薄壁，宅槽，異型孔等復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件。3）一般采用精準(zhǔn)規(guī)一次加工成形，在加工過程中大都不需要轉(zhuǎn)換加工規(guī)準(zhǔn)。4）由于采用移動(dòng)的電極絲進(jìn)行加工，單位長(zhǎng)度損耗較小，從而對(duì)加工精度影響較小。5）工作液多采用水基乳化液，很少使用煤油，不易引燃起火。容易實(shí)現(xiàn)安全，無人操作。6）沒有穩(wěn)定的拉弧放 5 電狀態(tài)。7）脈沖電源的加工電流較小，脈沖寬度較窄，屬于中，精加工范疇。采用正極性加工方式。

2.線切割加工的生產(chǎn)率和脈沖電源的功率。輸出電流大小等有關(guān)。用什么方法，標(biāo)準(zhǔn)來衡量和判斷脈沖電源加工性能的好壞，《絕對(duì)性能和相對(duì)性能》？

答：受電極絲直徑的限制《一般在0.08-0.025mm》脈沖電源的脈沖峰值電流不能太大，與此相反，由于工件具有一定厚度，欲維持穩(wěn)定加工，放電峰值電流，又不能太小，否則加工將不穩(wěn)定或者根本不能加工，放電峰值，電流一般在5-25A范圍，為獲得較高的加工精度系數(shù)小的表面粗糙度值，應(yīng)控制單個(gè)脈沖能量，盡量減小脈沖寬度，一般在0.5-64ps，所以，總采用正極性加工方式。

3.電火花線切割加工的主要工藝指標(biāo)及其影響因素。

答：1.加工對(duì)象：使用與各種形式的沖裁模及擠壓模，粉末合金模，塑壓模，等帶錐度的模具2.高硬度材料零件3.特殊形狀零件4.加工電火花形成加工用的銅，鋼鎢，銀鎢合金等材料電極。

4.試論述線切割加工的主要工藝指標(biāo)及其影響因素。

答：切割速度，加工表面粗糙度，加工精度，電參數(shù)，對(duì)線切割加工工藝指標(biāo)的影響最為主要，放電脈沖寬度增加，脈沖間隔減小脈沖電壓幅值增加《電壓增加》峰值電流增大《功效管增多》都會(huì)提高切割加工速度。但加工表面粗糙度和精度則會(huì)下降，反之則可改善加工精度和粗糙度。

第六章

1.電化學(xué)加工從加工原理上共分為多少類？從原理，機(jī)理上來分析，電化學(xué)加工有無可能發(fā)展成為原子級(jí)的加工技術(shù)？

答：利用陽極金屬的溶解作用去除材料2.利用陰極金屬的沉積作用進(jìn)行鍍覆加工3.電化學(xué)加工與其他加工方法結(jié)合完成的電化學(xué)復(fù)合加工

由于加工精度一般不如電火花加工，一般不舍和與單間和小批量生產(chǎn)。不能發(fā)展成為原子級(jí)加工技術(shù)。

2.點(diǎn)解加工中的陽極和陰極與蓄電池中的正，負(fù)極有何區(qū)別？二者的電流方向相同么？ 答：以工件為陽極《接直流電源正極》，工具為陰極《接直流電源負(fù)極》

3.請(qǐng)分析陽極鈍化現(xiàn)象在點(diǎn)解加工中及在電化學(xué)機(jī)械加工中的優(yōu)缺點(diǎn)，電化學(xué)機(jī)械加工與純電化學(xué)加工及純機(jī)械加工各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

答：在點(diǎn)解加工中，鈍化膜缺點(diǎn)是阻止陽極溶解，優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)側(cè)面間隙大到一定程度后就基本保持不變，孔壁的錐度小，成形精度高。復(fù)合加工同上。

電解加工的特點(diǎn)：1）能以簡(jiǎn)單的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一次加工出復(fù)雜的型面和型腔。2）可以加工 6 高硬度，高強(qiáng)度和高韌性等難以切削加工的金屬材料3）加工過程中無切削力和切削熱，工件不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和變形。適合加工易變形和薄壁零件。4）加工后的兩件無毛刺和殘余應(yīng)力5）與其他加工方法相比生產(chǎn)率較高6）加工過程中工具電極不損耗。

缺點(diǎn)：1）加工精度不如電火花與超聲波加工2）加工復(fù)雜型腔時(shí)，費(fèi)用較高3）占地面積大，附屬設(shè)備多，投資大。4）電解溶液的處理和回收有難度，有污染。

電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工優(yōu)點(diǎn)：1）加工范圍廣，生產(chǎn)率高2）加工精度和表面質(zhì)量?jī)?yōu)良3）機(jī)械磨具磨損小4）控制條件好，通過控制點(diǎn)參量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制5）成本低6）對(duì)機(jī)床精度要求低，腐蝕性小。

缺點(diǎn)：電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工需要增加一套電化學(xué)加工系統(tǒng)。如直流電源，循環(huán)裝置等，另外，機(jī)床采取一定的防腐防銹措施。

第七章

1.試述激光加工中材料蝕除的微觀物理過程。

答：1.材料對(duì)激光的吸收和能量轉(zhuǎn)換。首先產(chǎn)生的是某些質(zhì)點(diǎn)的過量能量然后碰撞產(chǎn)生熱。2.材料的加熱熔化，汽化，吸收激光能后，并轉(zhuǎn)化為熱能后，其溫度升高，材料先氣化然后才熔化蝕除。3.蝕除產(chǎn)物的拋出，由于瞬時(shí)急劇熔化，壓力迅速增加，并產(chǎn)生爆炸沖擊波，使金屬蝕除物拋出。

2.激光與普通光相比有何特點(diǎn)？為什么激光可直接用于材料的蝕除加工，而普通光則不能？ 答：激光除具有普通光的共性，還具有單色性好，相干性好，和能量密度高等特性。擁有其他光源的光所難以達(dá)到的極高的單色性，光線的發(fā)散度小，相干性是區(qū)別激光和普通光源的重要特性

3.簡(jiǎn)述影響激光打孔質(zhì)量的因數(shù)，并舉例說明采用什么措施可以提高激光打孔的工藝質(zhì)量？ 答：1）光打孔工藝規(guī)律：若激光照射能量大，照射時(shí)間長(zhǎng)，工件表面所獲得的能量多，則所加工的孔大而深。但時(shí)間過長(zhǎng)，不僅損耗大，加工面積變大，使得能量密度降低，精度降低。

2）聚焦與發(fā)散角：發(fā)散角小的激光束，經(jīng)短焦距聚焦后可以獲得較高的功率，穿透力大，不僅深而且錐度小，要設(shè)法減小激光的發(fā)散角，并盡可能采用短焦距加工。但短焦距不適合加工深孔。

3）焦點(diǎn)的位置：當(dāng)焦點(diǎn)的位置何地時(shí)，通過工件表面的光斑面積很大，若提高焦點(diǎn)位置，由于光斑直徑變小，能量密度增加，孔的深度得到加深。

4）光斑內(nèi)能量的分布：激光束經(jīng)聚焦后光斑內(nèi)各部分的光強(qiáng)是不同的，若光強(qiáng)以焦點(diǎn)中心對(duì)稱分布。稱為基模光束。這時(shí)光強(qiáng)最大，打出的孔是圓形的。

5）激光照射次數(shù)：激光束照射一次，加工深度大約為孔徑的五倍左右，但如多次加工后，加工可以大大增加《比例接近20：1》但多次加工后加工量將逐漸減小。

6）工件材料。工件的熱學(xué)物理常數(shù)對(duì)加工有有影響。如熔點(diǎn)沸點(diǎn)，導(dǎo)熱系數(shù)高的難以加工，另工件表面粗糙度值越小，其吸收率就越低，加工出的深度狀態(tài)明顯。

4.激光切割，激光焊接和激光處理的原理有何不同？

答：激光切割：是利用經(jīng)焦距的高功率激光照射工件，在超過閥值高功率的前提下，由此引起材料熔化和汽化，形成孔洞，光束移動(dòng)僅可行切縫。

焊接過程屬于傳導(dǎo)焊接。即激光輻照加工工件表面，產(chǎn)生的熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部傳遞，通過控制在工件上形成一定深度的熔池，而表面又無明顯的氣化。

激光相變硬化的原理：激光相變硬化是利用激光束作熱源照射待強(qiáng)化的工件表面，使工件表層材料產(chǎn)生相變或熔化，隨著激光束離開工件表面，工件表面的熱量迅速向內(nèi)部傳遞，形成極高冷卻速度，使表面硬化，從而提高工件表面的耐磨性，腐蝕性，疲勞強(qiáng)度。

5.常用的激光器有那些？各有何特點(diǎn)？并說明其各自的應(yīng)用范圍。

答：紅寶石激光器：機(jī)械強(qiáng)度大，能夠承受高功率密度，壽命長(zhǎng)，大能量單模輸出。主要用于激光打孔。

摻釹釔鋁石榴晶體激光器：量子效率高，輻射截面大，良好的熱穩(wěn)定性，熱導(dǎo)率高，熱膨脹系數(shù)小，用于打孔，焊接，熱處理，打標(biāo)記，書寫，動(dòng)平衡。

釹玻璃激光器：高功率激光，制造的零件工作物質(zhì)形狀，尺寸有較大的自由度。氦-氖激光器：頻率穩(wěn)定性好，壽命長(zhǎng)，價(jià)格低。適用于全息照相，準(zhǔn)直測(cè)量和激光干涉測(cè)量。

第八章

1.超聲波加工設(shè)備的進(jìn)給系統(tǒng)有何特點(diǎn)？超聲波加工時(shí)，工具系統(tǒng)的振動(dòng)有何特點(diǎn)？ 答：超聲波的機(jī)械振動(dòng)經(jīng)變幅桿放大后傳遞給工具，使磨料和工作液以一定的能量沖擊工件，加工出需要的尺寸和形狀。

超聲波加工時(shí)并不是整個(gè)變幅桿和工具都在作上下高頻振動(dòng)和低頻或工頻振動(dòng)的概念完全不一樣。超聲波在金屬棒內(nèi)主要以縱波形式傳播，引起桿內(nèi)各點(diǎn)沿波的前進(jìn)方向，一般接正弦規(guī)律在原地作往復(fù)振動(dòng)，并以聲速傳導(dǎo)到工具端面，使工具端面作超聲波振動(dòng)

2為什么超聲波加工技術(shù)特別適合于加工硬脆材料？

答：空化作用：是指當(dāng)工具端面以很大的加速度離開工具表面時(shí)，加工間隙內(nèi)形成負(fù)壓和局部真空，在工作液體內(nèi)形成很多微空腔。促使工作液鉆入被加工工作表面材料的微裂紋處，當(dāng)工具端面以很大加速度接近工件表面時(shí)，空腔閉合引起極強(qiáng)沖擊波，加速了磨料對(duì)表面的破碎作用。

綜上所述：超聲波加工是磨料在超聲振動(dòng)作用下的機(jī)械撞擊和拋磨作用，其中磨粒撞擊作用是主要的，由此不難理解，超聲波加工特別適合加工硬脆材料。

3試舉例說明超聲波在工業(yè)，農(nóng)業(yè)或其他行業(yè)中的應(yīng)用情況。

答：1.超聲波加工型腔，型孔，具有精度高表面質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn).2.切割脆硬的半導(dǎo)體材料3.超聲波就清洗，精密零件中的細(xì)小孔，窄縫夾縫中的臟物。4超聲波焊接，電子電器元件和集成電路的接引線，包裝線。5.超聲波鍍錫，掛銀及涂覆熔化的金屬薄層。

第九章

1.何謂電子束加工？試說明電子束加工的分類，特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。

答：電子束加工是在真空條件下，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的極小面積上，在極短的時(shí)間內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使被沖擊部分的工件材料達(dá)到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起材料的局部熔化和氣化，從而加工目的。電子束加工分為電子束熱加工和電子束非熱加工，特點(diǎn)：1.加工面積小2.電子束能量密度高3.能量密度高，而且能量利用率可達(dá)百分之九十以上，因而生產(chǎn)率高4.可以通過磁場(chǎng)或電場(chǎng)對(duì)電子束的強(qiáng)度位置，聚焦進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化5.由于在真空中進(jìn)行，因而污染小，加工表面不氧化6.電子束加工因需要一套專用設(shè)備，所以費(fèi)用昂貴。

應(yīng)用：1.電子束打孔，在航天，電子，化纖及制革上應(yīng)用2.電子束可焊接的材料范圍廣，有利于焊接熔點(diǎn)更高的金屬和活潑金屬。3.電子束熱處理4.電子束曝光。

2.試述離子束加工的基本原理和應(yīng)用范圍，并比較它與電子束技工的優(yōu)缺點(diǎn)。

答：離子束加工是利用離子束對(duì)材料進(jìn)行成形或表面改進(jìn)的方法。在真空條件下，將由離子源產(chǎn)生的離子。經(jīng)過加速，投射到材料表面，產(chǎn)生濺射和注入效應(yīng)。它是靠微觀的機(jī)械撞擊能量束加工的。

主要應(yīng)用在：利用離子撞擊和濺射效應(yīng)的離子束刻蝕，離子濺射鍍膜和離子鍍，以及離子注入效應(yīng)的離子注入。相比較電子束加工，便宜。

第十章

1.試述超高壓水射流切割技術(shù)的原理和特點(diǎn)。

答：超高壓水射流本身具有較高的剛性，在于工件發(fā)生碰撞時(shí)會(huì)產(chǎn)生極高的沖擊動(dòng)壓和渦流。從微觀上看：相對(duì)于射流平均速度存在著超高速區(qū)與低速區(qū)。表面雖為圓柱形，而內(nèi)部實(shí)際存在著剛性高和剛性低的部分。剛性高的宏觀上起到快速碶劈作用，而低剛度部分碶吸屑，排屑作用，倆者結(jié)合，正好像鋸刀一樣，切割材料。

超高壓水射流切割具有切縫窄，切口平整，無熱變形，無邊緣毛刺，切割速度快，效率高，加工成本低，無塵，無味，無毒，無火花，振動(dòng)小，噪聲低等特點(diǎn)。尤其適合于惡劣的工作環(huán)境和防燥要求的危險(xiǎn)環(huán)境工作。

2.試述純水高壓水切割與磨料高壓水切割之間的異同及應(yīng)用。

答：純水切割噴嘴用于切割密度較小，硬度較低的非金屬軟質(zhì)材料，噴嘴內(nèi)孔的直徑范圍為0.08-0.5mm，切割噴嘴的直徑范圍為0.5-1.65mm。

3.試述往復(fù)式增壓器的工作原理。

答：增壓器交替往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不斷輸出超高壓水，直至達(dá)到切割工藝要求的水壓，即可開始加工。

4.試述影響超高壓水射流切割速度，切割精度的因素。

答：影響超高壓水射流切割深度的工藝因數(shù)較多，包括射流的工作介質(zhì)，噴射的壓力，作用面積，切割時(shí)間，工件的材質(zhì)，以及噴嘴離工件表面的距離等。

切割速度與被加工的材料性質(zhì)有關(guān)，并與射流的功率或壓力成正比，與切割速度和工件厚度成反比

第十一章

1.在等離子體加工過程中，為什么可以獲得極高的能量密度？

答：等離子體具有極高的能量密度，其原有有以下三個(gè)方面：1.機(jī)械壓縮效應(yīng)，電弧在被迫通過噴嘴噴出時(shí)，通道對(duì)電弧產(chǎn)生機(jī)械壓縮作用2.熱收縮效應(yīng)。噴嘴的內(nèi)部通入冷卻水。噴嘴內(nèi)壁受到冷卻，溫度降低，靠近內(nèi)壁的氣體電離度急劇下降，使電流的有效截面積縮小，電流密度大大增加3.磁收縮效應(yīng)。由于電弧電流周圍磁場(chǎng)的作用，迫使電弧產(chǎn)生強(qiáng)烈的收縮作用，使電弧變得更細(xì)，電弧區(qū)中心的電流密度更大，使電弧更穩(wěn)定。

以上三種壓縮效應(yīng)的綜合作用下，等離子體的能量高度集中，電流密度，等離子體電弧的溫度都很高。

2.在擠壓洐磨技術(shù)有那些特點(diǎn)？舉例說明其實(shí)際應(yīng)用情況。

答：擠壓洐磨的工藝特點(diǎn)：1.使用范圍廣，幾乎能加工所有的金屬材料，同時(shí)也能加工陶瓷，硬塑料等2.加工效果好3.加工效率高4.加工精度高

應(yīng)用與邊緣光整，倒圓角，去毛刺，拋光和少量的表面材料去除，3.說明磨料噴射加工的過程中，影響加工質(zhì)量的因數(shù)主要有那些？

答：磨料噴射加工是利用磨料與壓縮氣體混合后經(jīng)過噴嘴形成的高速束流，通過對(duì)工件的高速?zèng)_擊和拋磨作用來去除工件上多余的材料，達(dá)到加工目的。

加工的設(shè)備主要包括1.儲(chǔ)藏，混合和載運(yùn)磨料裝置2.工作室3.粉塵集收器4.干燥氣體供應(yīng)裝置。

4在磁性磨料研磨加工過程中，影響加工質(zhì)量的因素主要有哪些？ 答：1.強(qiáng)度的影響2.加工間隙的影響3.磁極形狀的影響。

5.光刻加工技術(shù)的基本過程通常包括哪些步驟？如何提高其加工精度？ 答：1.涂膠2。曝光3.顯影4.腐蝕5.去膠

6如何理解納米級(jí)加工的物理實(shí)質(zhì)？

答：欲得到1nm的加工精度，加工的最小單位必然在亞微米級(jí)。由于原子間的距離為0.1-0.3nm，納米級(jí)加工實(shí)際上以及到了加工精度的極限。