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第十章 复合加工 教学提示：本章介绍了几种复合加工方法的基本原理、特点以及应用，并概括介绍了复合加工的技术发展趋势。 教学要求：本章要求学生了解几种复合加工方法的基本原理、特点以及其应用。 10.1 概述 复合加工的方法大多是在机械加工的同时应用流体力学、化学、光学、电力、磁力和声波等能源进行综合加工。早期出现的复合加工都是用来解决难切削材料的加工以及提高其加工效率的，70年代后期以来的研究则大多着眼于改善加工质量。 最普遍使用的复合加工大多是在定形刀刃的切削加工、非定形刀刃的磨料加工和电火花及电解加工等常规加工方法基础上，同时或反复使用其他能量的加工方法。此外，也有不用上述常规的加工方法而仅依靠化学、光学和液动力等作用的复合加工。 目前，复合加工由于集多种加工方法之优势，已显示出很好的综合应用效果，发展比较迅速，但并不是所有的复合加工都会取得相辅相成、互相促进的效果。因为二种加工复合在一起，会有互相促进的一面，也会有互相制约的一面。合理的、切实可行的复合加工工艺，还需要人们在不断的科学实践中创造并完善起来。 10.2 复合切削加工（切削复合加工） 它主要以改善切屑形成过程为目标，常用的有以下两种： （1）加热切削通过对工件局部瞬时加热，改变其物理机械性能和表层的个相组织以降低工件在切削区材料的强度，提高其塑性使切削加工性能改善。它是对铸造高锰钢、无磁钢和不锈钢等难切材料进行高效切削的一种方法。常用的有等离子弧加热辅助车削和激光辅助车削。下面分别加以介绍。 等离子弧加热辅助车削是用等离子弧发生器产生的等离子弧实现对工件加热。将该发生器安装于切削刀具前的合适位置，并始终与刀具同步运动，在适当电参数及切削用量等条件配合下，不断使待切削材料层预先加热至高温，达到易切削的目的。 此方法的优点是：切削速度高，效果好，用陶瓷刀具更能提高切削效果。缺点是：必须对孤光加以保护，设备复杂，费用较高。 激光辅助车削（LAT）是应用激光将金属工件局部加热，以改善其车削加工性，它是加热车削的一种新的形式。 典型的LAT装置如图10-1所示。激光束经可转动的反射镜M1的反射，沿着与车床主轴回转轴线平行方向射向床鞍上的反射镜M2，再经X向横滑鞍上的反射镜M3及邻近工件的反射镜M4，最后聚射于工件上。其聚焦点始终位于车刀切削刃上方如图中距δ处，经激光局部加热位于切屑形成区的剪切面上的材料。 图10-1 激光辅助车削装置示意图 Ml、M2、M3、M4：反射镜 激光加热的优点是可加热大部分剪切面处材料，而不会对刀刃或刀具前面上的切屑显著地加热，因而不会使刀具加热而降低耐用度。 通过激光的局部加热可获得： 1）流线的连续切屑，并可减少形成积屑瘤的可能性，从而改善被加工表面的质量包括：表面粗糙度、残余应力和微观缺陷等。 2）切削力的降低。温度的升高使材料的屈服应力明显减少导致切削力减小，这样既使工件的弹性变形减少易于保证加工精度，又能提高刀具的耐用度，并有利于对难切材料的金属切除率的提高和加工成本的降低。如加工高强度30 166钢和钨铬钴6合金用5KW，C 激光器辅助加工，切削力降低70％，刀具磨损减少90％，切削速度提高使金属切除率增加二倍。 （2）机械超声振动复合加工：这种复合加工是指将超声振动附加在机械加工上。在切削过程中，刀具与工件周期性地接触与离开，切削速度的大小和方向存不断地变化：由于切削速度的变化和加速度的出现，使得振动切削具有切削力大大减小，切削温度明显降低，刀具寿命可以提高，加工精度和表面质量可以提高等特点，特别是在难加工材料（如耐热钢、不锈钢等硬韧性材料）加工中，收到了异乎寻常的效果：常见的有超声振动车削、超声振动钻削等，如图10-2所示为超声振动车削原理图。 图10-2 超声振动车削加工 振动切削已作为精密机械加工和难加T材料加工中的一种新技术，渗透到多个领域中，形成了放电超声振动、电解超声振动等各种复合加工方法，使传统切削加工技术有了新的突破。 10.3 电解机械复合加工 它是指化学加工和机械加工的复合。所谓化学加工是利用酸、碱和盐等化学溶液对金属或某些非金属工件表面产生化学反应，腐蚀溶解而改变工件尺寸和形状的加工方法。如果仅进行局部有选择性的加工，则需对工件上的非加工表面用耐腐蚀性涂层覆盖保护起来，而仅露出需加工的部位。化学机械复合加工是一种超精密的精整加工方法，可有效地加工陶瓷、单晶蓝宝石和半导体晶片，它可防止通常机械加工用硬磨料引起的表面脆性裂纹和凹痕，避免磨粒的耕犁引起的隆起以