先進(jìn)制造工藝技術(shù)高速切削ppt課件

1、 范子勝 2019105014先進(jìn)制造工藝技術(shù)引言 機(jī)械制造工藝是將各種原材料、半成品加工成為產(chǎn)品的方法和過程。從材料成形的角度上看，材料加工成形方法可分為以下四種： 1去除成形； 2壓迫成形； 3堆積成形； 4生成成形。 目前主要的新型加工方法有：精密加工和超精密加工、超高速加工、微細(xì)加工、特種加工及高密度能加工、快速原型制造技術(shù)、新型材料加工、大件和超大件加工、表面功能性覆層技術(shù)和復(fù)合加工技術(shù)等。 先進(jìn)制造工藝的特點(diǎn) 1.先進(jìn)性 先進(jìn)制造工藝的先進(jìn)性主要表現(xiàn)在優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、干凈、靈敏柔性五個(gè)方面。 2.實(shí)用性 先進(jìn)制造工藝的實(shí)用性主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是應(yīng)用普遍性，它是當(dāng)今或不久將來機(jī)

2、械工廠量大面廣的看家工藝；二是經(jīng)濟(jì)適用性，它一般投資不高，且有不同檔次，宜于工廠根據(jù)本身的條件通過技術(shù)改造予以采納。先進(jìn)制造工藝的特點(diǎn) 3.前沿性 先進(jìn)制造工藝的前沿性主要表現(xiàn)在：先進(jìn)制造工藝是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化或傳統(tǒng)工藝高新技術(shù)化的結(jié)果，它們是制造工藝研究最為活躍的前沿領(lǐng)域。部分先進(jìn)制造工藝可能目前應(yīng)用還不廣泛，但是它們代表著某些發(fā)展方向，而且可望會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。 一.電子束加工 定義1：利用高能量密度的電子束轟擊材料進(jìn)行的加工。 定義2：在真空條件下，利用電子槍中產(chǎn)生的電子，經(jīng)加速、聚焦形成高能量大密度的細(xì)電子束，轟擊工件被加工部位，使該部位的材料熔化和蒸發(fā)，從而進(jìn)行加工，或利用電子束

3、照射引起的化學(xué)變化而進(jìn)行加工的方法。 電子束加工原理一.電子束加工電子束加工的特點(diǎn)作為加熱工具，電子束的特點(diǎn)是功率高和功率密度大，能在瞬間把能量傳給工件，電子束的參數(shù)和位置可以精確和迅速地調(diào)節(jié)，能用計(jì)算機(jī)控制并在無污染的真空中進(jìn)行加工。根據(jù)電子束功率密度和電子束與材料作用時(shí)間的不同，可以完成各種不同的加工。電子束加工的分類 電子束焊接 原理：電子束功率密度達(dá)106-109瓦/厘米時(shí)，電子束轟擊處的材料即局部熔化；當(dāng)電子束相對(duì)工件移動(dòng),熔化的金屬即不斷固化,利用這個(gè)現(xiàn)象可以進(jìn)行材料的焊接 特點(diǎn)：焊縫的深寬比可達(dá)20:1甚至50:1 電子束焊接6原理：用聚焦方法得到很細(xì)的電子束周期地轟擊材料表面的

4、固定點(diǎn)，適當(dāng)控制電子束轟擊時(shí)間和休止時(shí)間的比例，可使被轟擊處的材料迅速蒸發(fā)而避免周圍材料的熔化，這樣就可以實(shí)現(xiàn)電子束刻蝕、鉆孔或切割特點(diǎn)：功率密度更大而作用時(shí)間較短?？稍诤穸葹?.16毫米的任何材料的薄片上鉆直徑為1至幾百微米的孔電子束刻蝕的小人，小人個(gè)個(gè)舞著小旗，高度僅有幾百納米。電子束刻蝕和電子束鉆孔電子束熔煉特點(diǎn)：在高真空環(huán)境下進(jìn)行熔煉(熔煉真空度一般在10-1至10-3Pa)，熔煉時(shí)熔池的溫度及其分布可控，熔池的維持時(shí)間可在很大的范圍內(nèi)調(diào)整；熔煉是在水冷銅坩堝(結(jié)晶器)內(nèi)進(jìn)行的，可以有效地避免金屬液被耐火材料污染。電子束特點(diǎn) 作為加熱工具，電子束的特點(diǎn)是功率高和功率密度大，能在瞬間把能

5、量傳給工件，電子束的參數(shù)和位置可以精確和迅速地調(diào)節(jié)，能用計(jì)算機(jī)控制并在無污染的真空中進(jìn)行加工。根據(jù)電子束功率密度和電子束與材料作用時(shí)間的不同，可以完成各種不同的加工。電子束加工的應(yīng)用電子束加工廣泛用于焊接，其次是薄材料的穿孔和切割。穿孔直徑一般為0.031.0毫米，最小孔徑可達(dá)0.002毫米。切割0.2毫米厚的硅片，切縫僅為0.04毫米，因而可節(jié)省材料。 1、高速打孔 ； 2、加工型孔及特殊表面； 3、刻蝕； 4、焊接； 5、熱處理； 6、電子束光刻二.超聲波加工超聲波加工 電火花加工和電解加工都只能加工金屬導(dǎo)電材料，無電火花加工和電解加工都只能加工金屬導(dǎo)電材料，無法加工不導(dǎo)電的非金屬材料，而

6、超聲波加工不僅能加法加工不導(dǎo)電的非金屬材料，而超聲波加工不僅能加工硬質(zhì)合金、淬火鋼等脆硬金屬材料，而且更適合加工硬質(zhì)合金、淬火鋼等脆硬金屬材料，而且更適合加工玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、鍺和硅片等不導(dǎo)電的非金屬工玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、鍺和硅片等不導(dǎo)電的非金屬脆硬材料，同時(shí)還可以用于清洗、焊接和探傷等。脆硬材料，同時(shí)還可以用于清洗、焊接和探傷等。超聲波加工前超聲波加工后 超聲波加工超聲波加工ultrasonic ultrasonic machiningmachining，USMUSM是利用是利用工具端面作超聲頻振動(dòng)，工具端面作超聲頻振動(dòng)，通過磨料懸浮液加工硬脆通過磨料懸浮液加工硬脆材料的一種加工方法材料的

7、一種加工方法 超聲波加工是磨料在超聲超聲波加工是磨料在超聲波振動(dòng)作用下的機(jī)械撞擊波振動(dòng)作用下的機(jī)械撞擊和拋磨作用與超聲波空化和拋磨作用與超聲波空化作用的綜合結(jié)果，其中磨作用的綜合結(jié)果，其中磨料的連續(xù)沖擊是主要的。料的連續(xù)沖擊是主要的。 一、超聲波加工的原理一、超聲波加工的原理超聲波加工的原理超聲波加工的原理 （加工范圍廣（加工范圍廣 a a可加工淬硬鋼、不銹鋼、鈦及其合金等傳統(tǒng)切削可加工淬硬鋼、不銹鋼、鈦及其合金等傳統(tǒng)切削難加工的金屬、非金屬材料；特別是一些不導(dǎo)電的非難加工的金屬、非金屬材料；特別是一些不導(dǎo)電的非金屬材料如玻璃、陶瓷、石英、硅、瑪瑙、寶石、金金屬材料如玻璃、陶瓷、石英、硅、瑪瑙

8、、寶石、金剛石及各種半導(dǎo)體等，對(duì)導(dǎo)電的硬質(zhì)金屬材料如淬火剛石及各種半導(dǎo)體等，對(duì)導(dǎo)電的硬質(zhì)金屬材料如淬火鋼、硬質(zhì)合金也能加工，但生產(chǎn)率低。鋼、硬質(zhì)合金也能加工，但生產(chǎn)率低。 b b適合深小孔、薄壁件、細(xì)長(zhǎng)桿、低剛度和形狀復(fù)適合深小孔、薄壁件、細(xì)長(zhǎng)桿、低剛度和形狀復(fù)雜、要求較高零件的加工；雜、要求較高零件的加工； c c適合高精度、低表面粗糙度等精密零件的精密加適合高精度、低表面粗糙度等精密零件的精密加工。工。二、超聲波加工的特點(diǎn)二、超聲波加工的特點(diǎn)（切削力小、切削功率消耗低（切削力小、切削功率消耗低 由于超聲波加工主要靠瞬時(shí)的局部沖擊作用，故工由于超聲波加工主要靠瞬時(shí)的局部沖擊作用，故工件表面的

9、宏觀切削件表面的宏觀切削 力很小，切削應(yīng)力、切削熱更小，力很小，切削應(yīng)力、切削熱更小，（3工件加工精度高、表面粗糙度低工件加工精度高、表面粗糙度低可獲得較高的加工精度尺寸精度可達(dá)可獲得較高的加工精度尺寸精度可達(dá)0.0050.02mm和和較低的表面粗糙度較低的表面粗糙度(Ra值為值為0.050.2)，被加工表面無殘余，被加工表面無殘余應(yīng)力、燒傷等現(xiàn)象，也適合加工薄壁、窄縫和低剛度零件應(yīng)力、燒傷等現(xiàn)象，也適合加工薄壁、窄縫和低剛度零件。（4易于加工各種復(fù)雜形狀的型孔、型腔和成型表面等易于加工各種復(fù)雜形狀的型孔、型腔和成型表面等（5工具可用較軟的材料做成較復(fù)雜的形狀。工具可用較軟的材料做成較復(fù)雜的形

10、狀。（6超聲波加工設(shè)備結(jié)構(gòu)一般比較簡(jiǎn)單，操作維修方便超聲波加工設(shè)備結(jié)構(gòu)一般比較簡(jiǎn)單，操作維修方便。 超聲波加工的生產(chǎn)率雖然比電火花加工和電解加工低超聲波加工的生產(chǎn)率雖然比電火花加工和電解加工低，但其加工精度和表面質(zhì)量都優(yōu)于它們。，但其加工精度和表面質(zhì)量都優(yōu)于它們。 更重要的是可以加工它們難以加工的半導(dǎo)體和非金屬更重要的是可以加工它們難以加工的半導(dǎo)體和非金屬的硬脆材料如玻璃、陶瓷、石英、硅、瑪瑙、寶石、的硬脆材料如玻璃、陶瓷、石英、硅、瑪瑙、寶石、金剛石等，金剛石等， 而且對(duì)于電火花加工后的一些淬火鋼、硬質(zhì)合金沖模而且對(duì)于電火花加工后的一些淬火鋼、硬質(zhì)合金沖模、拉絲模、塑料模等，最后還經(jīng)常用超聲

11、波拋磨、光、拉絲模、塑料模等，最后還經(jīng)常用超聲波拋磨、光整加工，使表面粗糙度進(jìn)一步降低。整加工，使表面粗糙度進(jìn)一步降低。四、超聲波加工的應(yīng)用四、超聲波加工的應(yīng)用.型孔和型腔的加工 超聲波目前主要應(yīng)用在脆硬材料的圓孔、型孔、超聲波目前主要應(yīng)用在脆硬材料的圓孔、型孔、型腔、套料、微細(xì)孔等的加工。型腔、套料、微細(xì)孔等的加工。(a) 加工圓孔(b) 加工型腔(c) 加工異形孔(d) 套料加工(e) 加工微細(xì)孔超聲波加工的型孔、腔孔類型超聲波加工的型孔、腔孔類型.切割加工對(duì)于難以用普通加工方法切割的脆硬材料如陶瓷、石英、對(duì)于難以用普通加工方法切割的脆硬材料如陶瓷、石英、硅、寶石等用超聲波加工具有切片薄、

12、切口窄、精度高、硅、寶石等用超聲波加工具有切片薄、切口窄、精度高、生產(chǎn)率高、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)率高、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。 切割刀模.超聲波清洗其原理主要是基于清洗液在超聲波作用下產(chǎn)生空化效應(yīng)的結(jié)果?？栈?yīng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊液直接作用到被清洗的部位，使污物遭到破壞，并從被清洗表面脫落下來。1234567891清洗槽；2變幅桿；3壓緊螺釘；4壓電陶瓷換能器；5鎳片()；6鎳片()；7接線螺釘；8墊圈；9鋼墊塊超聲波清洗裝置超聲波清洗裝置4超聲波焊接超聲波焊接就是利用超聲振動(dòng)作用去除工件表面的氧化膜，使工件露出本體超聲波焊接就是利用超聲振動(dòng)作用去除工件表面的氧化膜，使工件露出本體表面，使兩個(gè)被焊工件表面

13、在高速振動(dòng)撞擊下摩擦發(fā)熱并親和粘在一起表面，使兩個(gè)被焊工件表面在高速振動(dòng)撞擊下摩擦發(fā)熱并親和粘在一起它可以焊接尼龍、塑料及表面易生成氧化膜的鋁制品，還可以在陶瓷等非金它可以焊接尼龍、塑料及表面易生成氧化膜的鋁制品，還可以在陶瓷等非金屬表面掛錫、掛銀，從而改善這些材料的可焊性。屬表面掛錫、掛銀，從而改善這些材料的可焊性。5復(fù)合加工在超聲波加工硬質(zhì)合金、耐熱合金等硬質(zhì)金屬在超聲波加工硬質(zhì)合金、耐熱合金等硬質(zhì)金屬材料時(shí)加工速度低，工具損耗大，為了提高加材料時(shí)加工速度低，工具損耗大，為了提高加工速度和降低工具損耗，采用超聲波、電解加工速度和降低工具損耗，采用超聲波、電解加工或電火花加工相結(jié)合來加工噴油

14、嘴、噴絲板工或電火花加工相結(jié)合來加工噴油嘴、噴絲板上的孔或窄縫，這樣可大大提高生產(chǎn)率和質(zhì)量上的孔或窄縫，這樣可大大提高生產(chǎn)率和質(zhì)量。在切削加工中引入超聲波振動(dòng)即超聲振動(dòng)切削在切削加工中引入超聲波振動(dòng)即超聲振動(dòng)切削例如對(duì)耐熱鋼、不銹鋼等硬韌材料進(jìn)行車削例如對(duì)耐熱鋼、不銹鋼等硬韌材料進(jìn)行車削、鉆孔、攻螺紋時(shí)），經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已、鉆孔、攻螺紋時(shí)），經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)日趨成熟，作為一種精密加工和難切削材料經(jīng)日趨成熟，作為一種精密加工和難切削材料加工中的新技術(shù)，可以降低切削力，降低表面加工中的新技術(shù)，可以降低切削力，降低表面粗糙度值、延長(zhǎng)刀具使用壽命及提高生產(chǎn)率等粗糙度值、延長(zhǎng)刀具使用壽命及提高生產(chǎn)率等。目前，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的主要有：超聲振動(dòng)車目前，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的主要有：超聲振動(dòng)車削、超聲振動(dòng)磨削、超聲振動(dòng)加工深孔、小孔削、超聲振動(dòng)磨削、超聲振動(dòng)加工深孔、小孔和攻絲、鉸孔等。和攻絲、鉸孔等。 超 聲 -電 解 復(fù) 合 加 工 簡(jiǎn) 圖 1 換 能 器 ； 2 變 幅 桿 ； 3 工 具 ； 4 混 合 液