成形工藝基礎(chǔ)

成形工藝基礎(chǔ)成形工藝基礎(chǔ)－切削41第1頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削42§1精整和光整加工

近年來隨著科技的進步和生產(chǎn)的發(fā)展,出現(xiàn)的許多由堅硬而又難加工材料制成的，具有精密公差尺寸和低表面粗糙度的復(fù)雜零件的加工，許多新的加工方法應(yīng)運而生。這些方法本章指精密加工和“現(xiàn)代加工方法”或“特種加工工藝”。

精整加工是生產(chǎn)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,以提高第2頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削43

工件精度和減少表面粗糙度值為目的的加工方法,如研磨、珩磨等。

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、拋光等。一、研磨

1.加工原理

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。

第3頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削44

采用不同的研磨工具(如研磨心棒、研磨套、研磨平板等)可對內(nèi)圓、外圓和平面等進行研磨。圖示為研磨外圓的工具。研磨套2由夾套1夾持，它的孔內(nèi)有螺旋槽可貯藏研磨劑。其上還有一條內(nèi)外相通的直槽，使其有一定脹縮性。

為了磨料能嵌入研磨套的內(nèi)表面，研磨套的材應(yīng)軟些，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,將該工具套在工件上,并調(diào)節(jié)好配合的松緊程度,第4頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削45

然后讓工件旋轉(zhuǎn)，手持研磨工具在軸向來回移動，直至達到研磨的要求為止。

研磨劑是很細的磨料(粒度為W14～W15)、研磨液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（研磨皂）三種。主要起研磨、吸附、冷卻和潤滑等作用。

2.研磨的特點與應(yīng)用

1)精度高質(zhì)量好第5頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削46

經(jīng)研磨后的工件表面,尺寸精度可達IT4～IT1級;

表面粗糙度值可減小到0.1~0.006μm。形狀精度亦可相應(yīng)提高。

2)生產(chǎn)效率低，加工余量小。

3)研磨劑易飛濺，污染環(huán)境。

在現(xiàn)代制造業(yè)中研磨應(yīng)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、光學(xué)鏡頭及棱鏡等零件均需研磨。第6頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削47

二、珩磨

1.加工原理

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(fù)振動、相對旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運動，切除工件上極小余量的工件精加工方法。

2.特點與應(yīng)用

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Ra值可達0.2～0.025μm。珩磨加工的工件表面質(zhì)量特性好、加工精度和第7頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削48

加工效率高，加工應(yīng)用范圍廣、經(jīng)濟性好。

三、超精加工GB

（又名：超級光磨）

1.加工原理

用細粒度的磨具對工件施加一定壓力，并作往復(fù)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工方法。磨具與工件之間的運動如下：

1)工件作低速旋轉(zhuǎn)運動,ν工＝3～20m/min;

2)油石磨具作往復(fù)振動,每分鐘振動3001200次,

第8頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削49

振幅為3～5mm；

3)磨具作縱向進給運動,進給量f縱為0.1～0.15mm/r。

2.特點與應(yīng)用

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,可以加工外圓、平面、內(nèi)孔和各種曲面。尤其適用加工內(nèi)燃機曲軸、凸輪軸、活塞、活塞銷等的光整加工。

第9頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削410

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(chǎn)則宜在專用機床上進行。工作時應(yīng)充分地加潤滑油，以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Ra值約在0.1~0.006μm之間。

四、拋光

拋光是利用機械、化學(xué)或電化學(xué)地作用，使工件獲的光亮、平整表面的加工方法

第10頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削411

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。

磨膏由磨料和油脂(包括硬脂酸、煤油、石蠟等）配置而成。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化硅粉；有色合金拋光宜選用氧化鉻及金剛砂。第11頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削412§2現(xiàn)代加工（又名：特種加工）

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Ra值可達0.1～0.012μm,并能明顯增加光亮度，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。

現(xiàn)代加工方法是不僅用機械能而且更多的應(yīng)用電能、化學(xué)能、聲能、光能、磁能等進行加工。這些加工方法,在某種意義上說,即不使用普通第12頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削413

刀具來切削工件材料,而是直接利用能量進行加工,與傳統(tǒng)的切屑加工相比較,具有以下特點：

⑴切除材料的能量不主要靠機械能，主要為其他形式的能量；⑵“以柔克剛”

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。⑶在加工過程中,工具與工件之間不存在顯著的機械切削力.相應(yīng)的切削物理現(xiàn)象不明顯。⑷加工能量易于控制、轉(zhuǎn)換，可復(fù)合成新第13頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削414

的工藝技術(shù)，適應(yīng)加工范圍廣。

一、電火花加工

1.基本原理

電火花加工是基于脈沖放電蝕除原理產(chǎn)生的,故又稱放電加工或電蝕加工。電火花加工原理圖,由脈沖電源、自動進給調(diào)節(jié)裝置、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,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(zhì)（常用煤油或礦物油）中。第14頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削415

工具電極由自動進給調(diào)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（0.01~0.05㎜）。當(dāng)脈沖電壓(100v左右)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，而是存在著凹凸不平處，便將當(dāng)時條件下極間最近點的液體介質(zhì)擊穿，形成放電通道。由于通道的截面積很小,放電時間極短,致使能量高度集中(106~107w/㎜2),放電區(qū)域產(chǎn)生瞬間第15頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削416

高溫(5000℃)足以使材料熔化甚至汽化，以致形成一個小凹坑。第一次脈沖放電結(jié)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。如此周而復(fù)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(fù)制在工件上，形成所需要的加工表面。當(dāng)然工具也有損耗。

2.電火花加工的特點

第16頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削417

⑴可加工任何硬、脆、軟、韌和高熔點的導(dǎo)電材料，如硬質(zhì)合金、導(dǎo)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(dǎo)體和非導(dǎo)體材料。

⑵加工時，工具與工件不接觸，“切削力”極小。故適合于低剛度工件和微細結(jié)構(gòu)的加工。特別適合加工復(fù)雜截面的形孔和形腔。

⑶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；第17頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削418

⑷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。

⑸調(diào)整脈沖參數(shù)，可以在同一臺機床上依次進行粗、精加工；

⑹易于實現(xiàn)自動控制。

3.電火花加工的應(yīng)用

電火花加工在國防、民用和科學(xué)研究中的應(yīng)用極為廣泛，并且應(yīng)用形式也正朝著多樣化方向發(fā)展。第18頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削419

歸納起來大體有；成形穿孔加工、磨削加工、線電極加工、展成加工、非金屬電火花加工和表面強化等。

二、電解加工

1.基本原理

電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生陽極溶解的原理,將零件加工成形的一種方法。

電解加工的過程如圖。加工時,工件接直流電源的正極(陽極)，按形狀要求制成的工具接第19頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削420

負極(陰極)兩極間保持0.1~1mm的間隙，具有一定壓力（0.5~2.5Mpa）的電解液從兩極間隙中高速(5~60m/s)流過。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(nèi)消耗的電量最多。根據(jù)法拉第定律，金屬陽極的溶解量與通過的電量成正比。第20頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削421

因此工件上與工具陰極凸起部位的對應(yīng)部位比其他地方溶解迅速,并隨即被高速的電解液沖走。同時工具陰極以一定速度(0.5~3mm/min)向工件進給,達到預(yù)定的加工深度時,就獲需形狀。

2.電解加工的特點

⑴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(dǎo)電材料?？杉庸じ鞣N復(fù)雜形面。第21頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削422

⑵無機械切削力和切削熱作用

工件不會產(chǎn)生殘余應(yīng)力、變形及加工變質(zhì)層，也沒有飛邊毛剌。

⑶加工精度高可達0.1mm至0.01mm；表面粗糙度Ra值一般可達0.8μm，最小Ra值可達0.1μm。

⑷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，理論上無損耗，使用壽命長。第22頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削423

⑸生產(chǎn)率較高

為電火花加工的5~10倍，有時甚至高于機械切削。

⑹缺點也不少

電解加工的附屬設(shè)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(chǎn)物有污染，也應(yīng)引起重視。

3.電解加工的應(yīng)用近年來電解加工工藝的應(yīng)用研究有很大發(fā)展,第23頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削424

除了在加工炮膛膛線外，在花鍵孔、深孔、內(nèi)齒輪、鏈輪、葉片、異形零件及模具等方面獲得廣泛的應(yīng)用。

⑴形腔加工電火花加工的生產(chǎn)率較低,因此對精度要求不太高的礦山機械、農(nóng)機、拖拉機零件用鍛模，正逐漸采用電解加工。

⑵電解整體葉輪葉身形面形狀復(fù)雜，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，質(zhì)量好。

第24頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削425

⑶電解磨削

是靠陽極金屬的電化學(xué)溶液（占95％～98％）和機械磨削作用（占2％～5％）相結(jié)合進行的復(fù)合加工。它集中了兩者的優(yōu)點，用于磨削各種硬質(zhì)合金、量具、渦輪葉片榫頭、蜂窩結(jié)構(gòu)件、軋輥、拉絲磨孔等復(fù)雜形面的零件。

⑷電解去毛刺

代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉗工操作,提高工效,節(jié)約費用。

第25頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削426

電解加工還應(yīng)用于深孔的擴孔加工、形孔加工以及拋光等工藝過程中。

三、超聲加工又名超聲波加工

1.基本原理

它是利用超聲振動為工具進行加工的。

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F輕輕壓在工件上。第26頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削427

超聲波發(fā)生的超聲頻振蕩，通過換能器轉(zhuǎn)換成16000Hz以上的超聲頻縱向振動，并借助于變幅桿把振幅放大到0.05~0.1mm左右。變幅桿驅(qū)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面，把工件加工區(qū)域內(nèi)的材料破碎成很細的微粒并打擊下來。

既然是基于局部的撞擊作用，可見，越是硬脆的材料，受到的破壞越大，也就越好加工。第27頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削428

反之，脆性和硬度不大的塑性材，由于有緩沖作用而難加工。

2.超聲加工的特點

⑴工具可用相對較軟的材料

如45號鋼，做成較復(fù)雜的形狀，故工具和工件間無須復(fù)雜的相對運動，因此超聲波機床的結(jié)構(gòu)簡單，操作、維修也方便。

⑵適合加工薄壁、窄縫、低剛度工件

第28頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削429

加工過程中工具對工件材料的宏觀作用力小，熱影響小，不致引起變形及燒傷，表面粗糙度也較低，Ra值可達1~0.1μm,加工精度可達0.02~0.01mm。

⑶磨粒硬度一般應(yīng)比被加工材料高，雖加工精度高，但工具磨損大，生產(chǎn)效率低。

3.超聲加工的應(yīng)用超聲加工雖生產(chǎn)率低，但其加工精度、表面粗糙度都較理想，能加工半導(dǎo)體，非導(dǎo)體的硬脆第29頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削430

材料，如石英、寶石、鎢及鎢合金、瑪瑙等。另外，如寶石軸承、拉絲模、噴絲頭，還可以用于超聲拋光、光整加工、復(fù)合加工等許多方面。

四、高能束加工簡介高能束加工是利用被聚焦到加工部位上的高能量密度射束，去除工件上多余材料的加工方法。

1.激光加工的基本原理、特點及應(yīng)用

激光是20世紀60年代初出現(xiàn)的一種光源。第30頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削431

“激光”(Laser即LightAmplificationbystimula-tedEmissionofRadiation的縮寫）,意思是利用輻射受激得到的加強光。相對于普通光，激光有強度高、單色性好，相干性好和方向性好的特性。根據(jù)這些特性將激光高度集中起來,聚焦成一個極小的光斑(直徑＜1/100mm2,從而獲得功率密度極高100,000kW/cm2)這就能提供足夠的熱量來熔化或汽化任何一種已知的高強度工程材料,故可進行非接觸加工,適合第31頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削432

各種材料的微細加工。

激光加工的特點:

⑴功率密度高可加工以往認為難加工的任何材料。

⑵接觸式加工,不污染材料加工速度快、熱影響區(qū)小，變形也小，易于實現(xiàn)自動控制.

⑶能通過透明體進行加工如對真空管內(nèi)部進行焊接等。第32頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削433

⑷可精細加工因為輸出功率可調(diào)，所以可用于精密微細加工，加工速度極高，打一個孔只需0.001s;加工精度可達0.001mm;表面粗糙度Ra值0.4~0.1μm。

⑸工具不損不換作為非接觸性加工,不需要工具,所以不存在工具損耗和更換等到問題。

⑹裝置簡單,工作可靠

第33頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削434

與電子束加工機相比，不需要真空，也不需要X射線進行防護。因此裝置簡單，工作可靠。

激光加工的應(yīng)用如打孔、金剛石模具、鐘表軸承、陶瓷、橡膠、塑料等非金屬以及硬質(zhì)合金、不銹鋼等金屬材料，如硬質(zhì)合金的噴絲頭，一般要在Φ100mm的部位打出12000多個直徑為60μm的小孔。

切割金屬、木材、紙、布料、皮革、陶瓷、塑料等第34頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削435

激光還在焊接、熱處理、劃線、調(diào)動平衡、微調(diào)等。多方面有廣泛的用途。

2.電子束加工的基本原理、特點及應(yīng)用

電子束加工的特點

⑴加工材料范圍廣,且與材料強度無關(guān)。

⑵加工速度快，效率非常高。每分鐘可在0.1mm厚的鋼板上加工出3000個直徑為0.2mm的孔。

⑶屬精密微細加工方法

第35頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削436

電子束可實現(xiàn)極其微細的聚焦(可達0.1μm).能加工微孔、窄縫、半導(dǎo)體集成電路等。

⑷加工工件不變形非接觸加工，不存在工具磨耗問題，無機械切削力作用，工件不易產(chǎn)生宏觀應(yīng)力和變形。

⑸適宜加工純潔高的要求

污染少,不易氧化,特適用加工易氧化的金屬及合金材料,及純度要求極高的半導(dǎo)體材料。

⑹可控制性能好

第36頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削437

亦可采用計算機進行控制。

電子束加工設(shè)備價格高,又由于有一定局限性,因此除了特定需要,一般為激光加工所代替。

電子束加工的應(yīng)用

⑴高速打孔電子束打孔的孔徑范圍為0.02~0.003mm。

⑵加工形孔

人造纖維的噴絲頭形孔往往設(shè)計成各種異形截面，適合電子束加工。第37頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削438

⑶加工彎孔和曲面

可以加工出彎孔和曲面。此外，還可進行焊接、切割、刻蝕和表面熱處理

3.離子束加工

的基本原理、特點及應(yīng)用基本原理:

和電子束加工基本類似，在真空條件下，將離子源產(chǎn)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(zhì)量比電子大數(shù)第38頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削439

千、數(shù)萬倍，如氬離子的質(zhì)量是電子的7.2萬倍，故離子加速到較高速度時，比電子束具有更大的撞擊動能，它是靠微觀的機械撞擊能量而不是靠動能轉(zhuǎn)化為熱能來加工的。

離子束加工的特點

⑴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。

⑵高真空加工，污染少第39頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削440

尤其適宜對易氧化的金屬、合金材料和高純度半導(dǎo)體材料的加工。

⑶壓力小,變形小加工中產(chǎn)生應(yīng)力、變形也小,加工工件表面質(zhì)量高,對材料適應(yīng)性強。

⑷設(shè)備成本高,加工效率低,應(yīng)用范圍受限。

離子束加工的應(yīng)用可以實現(xiàn)精密、微細及光整加工，尤其是亞微米至納米級精度的加工，可將材料的原子一

第40頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削441

層層地銑削下來，使工件加工的精度、表面粗糙度的控制近乎極限。

可以較好地實現(xiàn)材料的表面改性處理，使用離子束還可以向工件表面進行離子濺射沉積和離子鍍膜加工。一臺設(shè)備離子束加工，既可用于加工，又可用于蝕刻、熔化、熱處理、焊接等。第41頁，共53頁，2023年，2月20日，星期一成形工藝基礎(chǔ)－切削442小結(jié)與作業(yè)

1.通過學(xué)習(xí)本章內(nèi)容，如遇有一工件用傳統(tǒng)工藝能加工，也可使用現(xiàn)代加工工藝去完成，請問你如何抉擇？

2.讀完本章內(nèi)容，你有什么體會？能否將你平時關(guān)于加工方面的一些“奇異”之想和同學(xué)們交流一下？第42頁，共53頁，2023年，2月20日，星