第6章精密与特种加工技术讲述.ppt

第6章 精密与特种加工技术 精密加工：加工精度在1~0.1μm，加工表面粗糙度在Ra0.1~0.02μm之间的加工方法。 超精密加工：加工精度高于0.1μm，表面粗糙度小于Ra0.01μm的加工方法。 微细加工和超微细加工： 微米工艺：微细尺寸的精密加工 纳米工艺：超微细尺寸的超精密加工 加工方法：金刚石精密和超精密切削加工、精密和超精密砂轮磨削、研磨、珩磨及镜面磨等。 特种加工(NTM，Non-Traditional Machining)，也被称为非传统加工技术，其加工原理是将电、热、光、声、化学等能量或其组合施加到工件被加工的部位上，从而实现材料去除。 随着社会生产的需要和科学技术的进步，20世纪40年代，前苏联科学家拉扎连柯夫妇研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被腐蚀掉，开创和发明了电火花加工。后来，由于各种先进技术的不断应用，产生了多种有别于传统机械加工的新加工方法。如电解加工、超声波加工、激光加工、电子束加工、离子束加工等 特种加工的特点及发展 与传统的机械加工相比，特种加工的不同点是： (1) 不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量(如电、化学、光、声、热等)去除金属材料。 (2) 加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力，故加工的难易与工件硬度无关。 (3)加工能量容易控制，机床运动简单，便于实现特殊形状零件的加工和微细加工。 (4) 各种加工方法可以任意复合、扬长避短，形成新的工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。如目前的电解电火花加工(ECDM)、电解电弧加工(ECAM) 就是两种特种加工复合而形成的新加工方法。 特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属或非金属材料，且专长于加工复杂、微细表面和低刚度的零件。 6.1 精密与特种加工方法及其分类 按照加工成形的原理和特点来分类，可分为去除加工、结合加工和变形加工三大类，它们既涵盖了利用刀具进行的切削加工和磨削加工等传统加工方法，又涵盖了非传统加工方法中的利用机、光、电、声、热、化学、磁、原子能等能源来进行加工的特种加工方法，而且还包括了利用多种加工方法的复合作用形成的复合加工方法。 1）去除加工（分离加工）：从工件上除去一部分材料 2）结合加工：利用各种方法把工件结合在一起。 附着加工（沉积加工）：在工件表面覆盖一层物质改变工件表面性能 注入加工（渗入加工）：工件表层注入某些物质，使其与基材结合，改变工件表面的各种特性 连接加工：把工件通过物理和化学的方法连接在一起 3）变形加工（流动加工）：利用力、热手段是工件产生变形，改变其尺寸、形状和性能 6.2　常用精密加工技术 6.2.1　精密切削加工 精密切削加工是从金刚石切削开始的。起先人们应用天然金刚石车刀对铝、铜和其他有色金属及其合金进行切削加工，可以得到极高的加工精度和极低的表面粗糙度，从而产生了金刚石精密车削加工方法。 精密车削中，金刚石超精密车削可达到尺寸精度0.1μm,表面粗糙度Ra0.02~0.005μm。 1．金刚石刀具和精密切削加工原理 金刚石刀具的两个关键问题： 晶面的选择：晶体各向异性，不同晶面耐磨性不同 刃口半径：决定最小切削厚度。刃口钝圆半径为2nm ，极薄切削厚度可达10nm 切削机理： 金刚石刀具的精密切削加工原理与一般切削有较大的差别。因为采用金刚石刀具切削时，其背吃刀量、进给量很小，一般切削厚度在1μm以下，背吃刀量小于材料的晶粒尺寸，切削是在晶粒内进行，因此要求切削力很大，才能克服晶体内部的原子、分子结合力。同时在切削时产生大量的热，因此刀具要有高强度，高耐热性。 工件上已加工表面与待加工表面之间的垂直距离叫背吃刀量。 工件每转一转，车刀沿进给方向移动的距离叫进给量 金刚石刀具的特点： 具有高硬度、高强度、良好的耐磨性和导热性，与非铁金属的摩擦系数低，能磨出锋利的刀刃 金刚石刀具不适宜加工钢铁材料，适合铜、铝的超精密加工 价格昂贵，易脆，不适合一般加工 2．影响金刚石超精密切削的因素 1）金刚石刀具的结构和几何参数 2）机床的精度、刚度和微位移 主轴采用空气或液体静压轴承 静压轴承：滑动轴承的一种，是利用压力泵将压力润滑剂强行泵入轴承和轴之间的微小间隙的滑动轴承。特点是在任何轴的转速下具有极高的旋转精度和高的承载能力 导轨、微量进给机构、环境等 3）切削用量 （是指切削速度、进给量和切削深度三者的总称，这三者又称切削用量三要素。） 切削速度v： 在切削加工中，刀刃上选定点相对于工件的主运动速度。 ? ?????? ?v =? πdn / 1000??? ( m / min ) ?????d --