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成形工艺基础成形工艺基础切削41第1页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削421 1 精整和光整加工精整和光整加工 近年来随着科技的进步和生产的发展近年来随着科技的进步和生产的发展,出现出现的许多由的许多由坚硬而又难加工坚硬而又难加工材料制成的，具有精密材料制成的，具有精密公差尺寸和低表面粗糙度的复杂零件的加工，许公差尺寸和低表面粗糙度的复杂零件的加工，许多新的加工方法应运而生。这些方法本章指精密多新的加工方法应运而生。这些方法本章指精密加工和加工和“现代加工方法现代加工方法”或或“特种加工工艺特种加工工艺”。精整加工精整加工是生产中常用的精密加工，它是指是生产中常用的精密加工，它是指在精在精加工之后从工件上切除很薄的材料层加工之后从工件上切除很薄的材料层,以以提高提高第2页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削43 工件精度和减少表面粗糙度值为目的的加工方法工件精度和减少表面粗糙度值为目的的加工方法,如研磨、珩磨等。如研磨、珩磨等。光整加工光整加工是指是指不切除或从工件上切除极薄材不切除或从工件上切除极薄材料层料层，以降低表面粗糙度为目的的加工方法，如，以降低表面粗糙度为目的的加工方法，如超精加工、抛光等。超精加工、抛光等。一、研磨一、研磨 1.1.加工原理加工原理 研磨是用研磨工具和研磨剂，从工件上研去研磨是用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极薄表面层的精加工方法。一层极薄表面层的精加工方法。第3页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削44 采采用用不不同同的的研研磨磨工工具具(如如研研磨磨心心棒棒、研研磨磨套套、研研磨平板等磨平板等)可对内圆、外圆和平面等进行研磨。可对内圆、外圆和平面等进行研磨。图图示示为为研研磨磨外外圆圆的的工工具具。研研磨磨套套2 2由由夹夹套套1 1夹夹持持，它它的的孔孔内内有有螺螺旋旋槽槽可可贮贮藏藏研研磨磨剂剂。其其上上还还有有一条内外相通的直槽，使其有一定胀缩性。一条内外相通的直槽，使其有一定胀缩性。为了磨料能嵌入研磨套的内表面，研磨套的为了磨料能嵌入研磨套的内表面，研磨套的材应软些，常用的是材应软些，常用的是铸铁铸铁。研磨时先在工具表面涂上一层均匀的研磨剂研磨时先在工具表面涂上一层均匀的研磨剂,将该工具套在工件上将该工具套在工件上,并调节好配合的松紧程度并调节好配合的松紧程度,第4页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削45 然后让工件旋转，手持研磨工具在轴向来回移然后让工件旋转，手持研磨工具在轴向来回移 动，直至达到研磨的要求为止动，直至达到研磨的要求为止 。研研磨磨剂剂是是很很细细的的磨磨料料(粒粒度度为为W14W14W15)W15)、研磨液和辅助材料的混合剂。研磨液和辅助材料的混合剂。常常用用的的有有液液态态研研磨磨剂剂、研研磨磨膏膏和和固固体体研研磨磨剂剂（研磨皂）（研磨皂）三种。三种。主要起主要起研磨、吸附、冷却和润滑研磨、吸附、冷却和润滑等作用。等作用。2.2.研磨的特点与应用研磨的特点与应用 1)1)精度高质量好精度高质量好第5页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削46 经研磨后的工件表面经研磨后的工件表面,尺寸精度可达尺寸精度可达IT4IT4IT1IT1级级;表表面面粗粗糙糙度度值值可可减减小小到到0.10.006m0.10.006m。形形状状精精度度 亦可相应提高。亦可相应提高。2)2)生产效率低，加工余量小生产效率低，加工余量小。3)3)研磨剂易飞溅，污染环境研磨剂易飞溅，污染环境。在现代制造业中研磨应用很广，许多在现代制造业中研磨应用很广，许多精密量精密量块、量规、齿轮、钢球、喷油嘴、石英晶体、陶块、量规、齿轮、钢球、喷油嘴、石英晶体、陶瓷元件、光学镜头及棱镜瓷元件、光学镜头及棱镜等零件均需研磨。等零件均需研磨。第6页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削47 二、珩磨二、珩磨 1.1.加工原理加工原理 利用珩磨工具对工件表面施加一定压力，珩利用珩磨工具对工件表面施加一定压力，珩磨工具同时作往复振动、相对旋转和直线往复运磨工具同时作往复振动、相对旋转和直线往复运动动，切除工件上极小余量的工件精加工方法。切除工件上极小余量的工件精加工方法。2.2.特点与应用特点与应用 一一般般珩珩磨磨后后可可将将工工件件的的形形状状和和尺尺寸寸精精度度提提高高一一级级，表表面面粗粗糙糙度度R Ra a值值可可达达0.20.20.025m0.025m。珩珩磨加工的工件表面质量特性好、加工精度和磨加工的工件表面质量特性好、加工精度和第7页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削48 加工效率高，加工应用范围广、经济性好。加工效率高，加工应用范围广、经济性好。三、超精加工三、超精加工GBGB （又名又名：超级光磨）：超级光磨）1.1.加工原理加工原理 用细粒度的磨具对工件施加一定压力，并作用细粒度的磨具对工件施加一定压力，并作往复振动和慢速纵向进给运动，以实现微量磨削往复振动和慢速纵向进给运动，以实现微量磨削的一种光整加工方法。的一种光整加工方法。磨具与工件之间的运动如下：磨具与工件之间的运动如下：1)1)工件作低速旋转运动工件作低速旋转运动,工工3 320m/min;20m/min;2)2)油石磨具作往复振动油石磨具作往复振动,每分钟振动每分钟振动30012003001200次次,第8页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削49 振幅为振幅为3 35mm5mm；3)3)磨具作纵向进给运动磨具作纵向进给运动,进给量进给量f f纵纵为为0.10.10.15 mm/r0.15 mm/r。2.2.特点与应用特点与应用 超精加工能加工钢、铸铁、铜合金、铝合金、超精加工能加工钢、铸铁、铜合金、铝合金、陶瓷陶瓷 、玻璃、硅和锗等各种金属与非金属、玻璃、硅和锗等各种金属与非金属,可以可以加工外圆、平面、内孔和各种曲面。加工外圆、平面、内孔和各种曲面。尤其适用加工内燃机曲轴、凸轮轴、活塞、尤其适用加工内燃机曲轴、凸轮轴、活塞、活塞销等的光整加工。活塞销等的光整加工。第9页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削410 超超精精加加工工可可在在普普通通车车床床、外外圆圆磨磨床床上上进进行行，对对于于批批量量较较大大的的生生产产则则宜宜在在专专用用机机床床上上进进行行。工工作作时时应应充充分分地地加加润润滑滑油油，以以便便形形成成油油膜膜和和清清洗洗极极细地磨屑细地磨屑。超超精精加加工工后后地地工工件件表表面面粗粗糙糙度度R Ra a值值约约在在0.10.006m0.10.006m之间。之间。四、抛光四、抛光 抛光是利用机械、化学或电化学地作用，使抛光是利用机械、化学或电化学地作用，使工件获的光亮、平整表面的加工方法工件获的光亮、平整表面的加工方法 第10页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削411 抛光的主要工具用品有抛光的主要工具用品有软轮软轮和和磨膏磨膏等。等。软软轮轮用用皮皮革革、毛毛毡毡、帆帆布布等等材材料料叠叠制制而而成成，具具有有一一定定的的弹弹性性，以以便便抛抛光光时时能能按按工工件件形形状状而而变变形，增加抛光面积或加工曲面。形，增加抛光面积或加工曲面。磨磨膏膏由由磨磨料料和和油油脂脂(包包括括硬硬脂脂酸酸、煤煤油油、石石蜡等）配置而成。蜡等）配置而成。磨磨料料的的种种类类取取决决于于工工件件材材料料，如如：钢钢制制零零件件抛抛光光可可选选用用氧氧化化铁铁粉粉及及刚刚玉玉；铸铸铁铁件件抛抛光光可可选选用用氧氧化化铁铁粉粉及及碳碳化化硅硅粉粉；有有色色合合金金抛抛光光宜宜选选用用氧氧化化铬及金刚砂。铬及金刚砂。第11页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削4122 2 现代加工现代加工（又名又名：特种加工）：特种加工）抛抛光光是是安安排排在在工工件件精精加加工工之之后后进进行行，抛抛光光之之后后的的工工件件，粗粗糙糙度度R Ra a值值可可达达0.10.10.012m,0.012m,并并能能明明显显增增加加光光亮亮度度，但但不不能能甚甚至至不不能能保保持持原原有有的的精精度。度。抛光可在抛光机或砂带磨床上进行。抛光可在抛光机或砂带磨床上进行。现现代代加加工工方方法法是是不不仅仅用用机机械械能能而而且且更更多多的的应应 用用电电能能、化化学学能能、声声能能、光光能能、磁磁能能等等进进行行加加工工。这这些些加加工方法工方法,在某种意义上说在某种意义上说,即不使用普通即不使用普通第12页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削413 刀刀具具来来切切削削工工件件材材料料,而而是是直直接接利利用用能能量量进进行行加加工工,与传统的切屑加工相比较与传统的切屑加工相比较,具有以下特点：具有以下特点：切切除除材材料料的的能能量量不不主主要要靠靠机机械械能能，主主要要为为其他形式的能量；其他形式的能量；“以以柔柔克克刚刚”工工具具材材料料的的硬硬度度可可低低于于工工件材料的硬度，或者有传统意义的刀具件材料的硬度，或者有传统意义的刀具。在在加加工工过过程程中中,工工具具与与工工件件之之间间不不存存在在显显著的机械切削力著的机械切削力.相应的相应的切削物理现象不明显。切削物理现象不明显。加工能量易于控制、转换，可复合成新加工能量易于控制、转换，可复合成新第13页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削414 的工艺技术，适应加工范围广。的工艺技术，适应加工范围广。一、电火花加工一、电火花加工 1.1.基本原理基本原理 电火花加工是基于脉冲放电蚀除原理产生的电火花加工是基于脉冲放电蚀除原理产生的,故又称放电加工或电蚀加工故又称放电加工或电蚀加工。电电火火花花加加工工原原理理图图,由由脉脉冲冲电电源源、自自动动进进给给调调节装置、工作液循环系统、工具电极等组成。节装置、工作液循环系统、工具电极等组成。加加工工时时，脉脉冲冲电电源源的的一一极极接接工工具具电电极极,另另一一极极接接工工件件电电极极。两两极极均均浸浸入入具具有有一一定定绝绝缘缘度度的的液液体介质（常用煤油或矿物油）中。体介质（常用煤油或矿物油）中。第14页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削415 工工具具电电极极由由自自动动进进给给调调节节装装置置控控制制，以以保保证证工工具具与与工工件件在在正正常常加加工工时时维维持持一一很很小小的的放放电电间间隙隙（0.010.050.010.05）。）。当当脉脉冲冲电电压压(100v(100v左左右右)加加到到两两极极之之间间，由由于于工工具具电电极极和和工工件件之之间间的的表表面面不不是是完完全全平平滑滑的的，而而是是存存在在着着凹凹凸凸不不平平处处，便便将将当当时时条条件件下下极极间间最最近近点的液体介质击穿，形成放电通道。点的液体介质击穿，形成放电通道。由由于于通通道道的的截截面面积积很很小小,放放电电时时间间极极短短,致致使使能量高度集中能量高度集中(10(106 610107 7w/w/2 2),),放电区域产生瞬间放电区域产生瞬间第15页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削416 高高温温(5000)(5000)足足以以使使材材料料熔熔化化甚甚至至汽汽化化，以以致致形形成一个小凹坑。成一个小凹坑。第第一一次次脉脉冲冲放放电电结结束束之之后后，间间隔隔极极短短时时间间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如如此此周周而而复复始始高高频频率率地地循循环环下下去去，工工具具电电极极不不断断地地向向工工件件进进给给，它它的的形形状状最最终终就就复复制制在在工工件件上，形成所需要的加工表面。当然工具也有损耗。上，形成所需要的加工表面。当然工具也有损耗。2.2.电火花加工的特点电火花加工的特点 第16页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削417 可加工任何硬、脆、软、韧和高熔点的可加工任何硬、脆、软、韧和高熔点的导电材料导电材料，如硬质合金、导电陶瓷、不锈钢、钛，如硬质合金、导电陶瓷、不锈钢、钛合金、工业纯铁、人造聚晶金刚石等，还可加工合金、工业纯铁、人造聚晶金刚石等，还可加工半导体和非导体材料。半导体和非导体材料。加加工工时时，工工具具与与工工件件不不接接触触，“切切削削力力”极极小小。故故适适合合于于低低刚刚度度工工件件和和微微细细结结构构的的加加工工。特别适合加工复杂截面的形孔和形腔。特别适合加工复杂截面的形孔和形腔。由由于于脉脉冲冲放放电电持持续续时时间间极极短短，加加工工表表面面的影响极小。的影响极小。故可加工热敏感性很强的材料；故可加工热敏感性很强的材料；第17页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削418 加工的表面，由许多小的弧坑组成，加工的表面，由许多小的弧坑组成，有助有助于油膜形成，改善润滑于油膜形成，改善润滑。调调整整脉脉冲冲参参数数，可可以以在在同同一一台台机机床床上上依依次次进行粗、精加工；进行粗、精加工；易于实现自动控制易于实现自动控制。3.3.电火花加工的应用电火花加工的应用 电电火火花花加加工工在在国国防防、民民用用和和科科学学研研究究中中的的应应用用极极为为广广泛泛，并并且且应应用用形形式式也也正正朝朝着着多多样样化化方方向向发展。发展。第18页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削419 归归纳纳起起来来大大体体有有；成成形形穿穿孔孔加加工工、磨磨削削加加工工、线线电电极极加加工工、展展成成加加工工、非非金金属属电电火火花花加加工工和和表表面强化等面强化等。二、电解加工二、电解加工 1.1.基本原理基本原理 电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解的原理解的原理,将零件加工成形的一种将零件加工成形的一种方法方法 。电解加工的过程如图。加工时电解加工的过程如图。加工时,工件接直流电工件接直流电源的正极源的正极(阳极阳极)，按形状要求制成的工具接，按形状要求制成的工具接第19页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削420 负极负极(阴极阴极)两极间保持两极间保持0.11mm0.11mm的间隙，具有一的间隙，具有一定压力（定压力（0.52.5Mpa0.52.5Mpa）的电解液从两极间隙中高）的电解液从两极间隙中高速速(560m/s)(560m/s)流过。流过。接接通通直直流流电电源源后后，工工具具阴阴极极的的凸凸出出部部分分与与工工件件阳阳极极的的电电极极间间隙隙最最小小，此此处处的的电电流流密密度度最最大大，单位时间内消耗单位时间内消耗的电量最多。的电量最多。根根据据法法拉拉第第定定律律，金金属属阳阳极极的的溶溶解解量量与与通通过过的电量成正比。的电量成正比。第20页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削421 因因此此工工件件上上与与工工具具阴阴极极凸凸起起部部位位的的对对应应部部位位比比其其他他地地方方溶溶解解迅迅速速,并并随随即即被被高高速速的的电电解解液液冲冲走。走。同同时时工工具具阴阴极极以以一一定定速速度度(0.53mm/min)(0.53mm/min)向向工件进给工件进给,达到预定的加工深度时达到预定的加工深度时,就获需形状。就获需形状。2.2.电解加工的特点电解加工的特点 加工范围广加工范围广，不受材料本身硬度、强度的，不受材料本身硬度、强度的限制，高硬、高强度及韧性的导电材料。可加工限制，高硬、高强度及韧性的导电材料。可加工各种复杂形面。各种复杂形面。第21页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削422 无机械切削力和切削热作用无机械切削力和切削热作用 工件不会产生残余应力、变形及加工变质层，工件不会产生残余应力、变形及加工变质层，也没有飞边毛剌。也没有飞边毛剌。加工精度高加工精度高 可达可达0.1mm0.1mm至至0.01mm0.01mm；表面粗糙度；表面粗糙度RaRa值一般值一般可达可达0.8m0.8m，最小，最小RaRa值可达值可达0.1m0.1m。工具无损耗寿命常工具无损耗寿命常 在加工中，工具只发生氢气和沉淀而无溶解在加工中，工具只发生氢气和沉淀而无溶解作用，理论上无损耗，使用寿命长。作用，理论上无损耗，使用寿命长。第22页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削423 生产率较高生产率较高 为为电电火火花花加加工工的的510510倍倍，有有时时甚甚至至高高于于机机械械切削。切削。缺点也不少缺点也不少 电电解解加加工工的的附附属属设设备备多多，造造价价高高，占占地地面面积积大大，加加工工稳稳定定性性不不高高。电电解解液液有有腐腐蚀蚀性性，电电解解产产物有污染，也应引起重视。物有污染，也应引起重视。3.3.电解加工的应用电解加工的应用 近年来电解加工工艺的应用研究有很大发展近年来电解加工工艺的应用研究有很大发展,第23页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削424 除了在加工炮膛膛线外，在花键孔、深孔、除了在加工炮膛膛线外，在花键孔、深孔、内齿轮、链轮、叶片、异形零件及模具等方面获内齿轮、链轮、叶片、异形零件及模具等方面获得广泛的应用。得广泛的应用。形腔加工形腔加工 电火花加工的生产率较低电火花加工的生产率较低,因因此对精度要求不太高的矿山机械、农机、拖拉机此对精度要求不太高的矿山机械、农机、拖拉机零件用锻模，正逐渐采用电解加工。零件用锻模，正逐渐采用电解加工。电解整体叶轮电解整体叶轮 叶身形面形状复杂，精度叶身形面形状复杂，精度要求高，加工量大，用电解加工，比机械加工工要求高，加工量大，用电解加工，比机械加工工期短、效率高，期短、效率高，质量好。质量好。第24页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削425 电解磨削电解磨削 是靠阳极金属的电化学溶液（占是靠阳极金属的电化学溶液（占95959898）和机械磨削作用（占和机械磨削作用（占 2 25 5）相结合进行的）相结合进行的复合加工。复合加工。它集中了两者的优点，用于磨削各种硬质合它集中了两者的优点，用于磨削各种硬质合金、量具、涡轮叶片榫头、蜂窝结构件、轧辊、金、量具、涡轮叶片榫头、蜂窝结构件、轧辊、拉丝磨孔等复杂形面的零件。拉丝磨孔等复杂形面的零件。电解去毛刺电解去毛刺 代替传统的钳工操作代替传统的钳工操作,提高工效提高工效,节约费用。节约费用。第25页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削426 电电解解加加工工还还应应用用于于深深孔孔的的扩扩孔孔加加工工、形形孔孔加加工以及抛光工以及抛光等工艺过程中。等工艺过程中。三、超声加工三、超声加工 又名超声波加工又名超声波加工 1.1.基本原理基本原理 它是利用超声振动为工具进行加工的。它是利用超声振动为工具进行加工的。加加工工时时，在在工工件件和和工工具具之之间间加加入入液液体体（水水或或煤煤油油）和和磨磨料料混混合合的的悬悬浮浮液液，并并使使工工具具以以很很小小的的力力F F轻轻压在工件上。轻轻压在工件上。第26页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削427 超超声声波波发发生生的的超超声声频频振振荡荡，通通过过换换能能器器转转换换成成16000H16000Hz z以以上上的的超超声声频频纵纵向向振振动动，并并借借助助于于变变幅杆把振幅放大到幅杆把振幅放大到0.050.1mm0.050.1mm左右。左右。变变幅幅杆杆驱驱动动工工具具作作超超声声振振动动，并并以以工工具具端端面面迫迫使使工工作作液液中中悬悬浮浮的的磨磨粒粒以以很很大大的的速速度度不不断断撞撞击击和和研研磨磨工工件件表表面面，把把工工件件加加工工区区域域内内的的材材料料破破碎碎成很细的微粒并打击下来。成很细的微粒并打击下来。既既然然是是基基于于局局部部的的撞撞击击作作用用，可可见见，越越是是硬脆的材料，受到的破坏越大，也就越好加工硬脆的材料，受到的破坏越大，也就越好加工。第27页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削428 反之，脆性和硬度不大的塑性材，由于有缓反之，脆性和硬度不大的塑性材，由于有缓冲作用而难加工。冲作用而难加工。2.2.超声加工的特点超声加工的特点 工具可用相对较软的材料工具可用相对较软的材料 如如4545号钢，做成较复杂的形状，故工具和工号钢，做成较复杂的形状，故工具和工件间无须复杂的相对运动，因此超声波机床的结件间无须复杂的相对运动，因此超声波机床的结构简单，操作、维修也方便。构简单，操作、维修也方便。适合加工薄壁、窄缝、低刚度工件适合加工薄壁、窄缝、低刚度工件 第28页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削429 加加工工过过程程中中工工具具对对工工件件材材料料的的宏宏观观作作用用力力小小，热热影影响响小小，不不致致引引起起变变形形及及烧烧伤伤，表表面面粗粗糙糙度度也也较较 低低，RaRa值值 可可 达达 10.1m,10.1m,加加 工工 精精 度度 可可 达达0.020.01 mm 0.020.01 mm。磨磨粒粒硬硬度度一一般般应应比比被被加加工工材材料料高高，虽虽加加工工精度高，但工具磨损大，生产效率低。精度高，但工具磨损大，生产效率低。3.3.超声加工的应用超声加工的应用 超超声声加加工工虽虽生生产产率率低低，但但其其加加工工精精度度、表表面面粗糙度都较理想，能加工半导体，非导体的硬脆粗糙度都较理想，能加工半导体，非导体的硬脆第29页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削430 材材料料，如如石石英英、宝宝石石、钨钨及及钨钨合合金金、玛玛瑙瑙等等。另另外外，如如宝宝石石轴轴承承、拉拉丝丝模模、喷喷丝丝头头，还还可可以以用用于于超声抛光、光整加工、复合加工等许多方面。超声抛光、光整加工、复合加工等许多方面。四、高能束加工简介四、高能束加工简介 高能束加工是利用被聚焦到加工部位上的高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。能量密度射束，去除工件上多余材料的加工方法。1.1.激光加工的基本原理、特点及应用激光加工的基本原理、特点及应用 激光是激光是2020世纪世纪6060年代初出现的一种光源。年代初出现的一种光源。第30页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削431 “激光激光”(LaserLaser即即Light Amplification by stimula-Light Amplification by stimula-ted Emission of Radiationted Emission of Radiation的缩写的缩写）,意思是利用辐意思是利用辐射受激得到的加强光。射受激得到的加强光。相相对对于于普普通通光光，激激光光有有强强度度高高、单单色色性性好好，相相干干性性好好和和方方向向性性好好的的特特性性。根根据据这这些些特特性性将将激激光光高高度度集集中中起起来来,聚聚焦焦成成一一个个极极小小的的光光斑斑(直直径径1/100mm1/100mm2 2,从从而而获获得得功功率率密密度度极极高高100,000kW/cm100,000kW/cm2 2)这这就就能能提提供供足足够够的的热热量量来来熔熔化化或或汽汽化化任任何何一一种种已已知的高强度工程材料知的高强度工程材料,故可进行非接触加工故可进行非接触加工,适合适合第31页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削432 各种材料的微细加工。各种材料的微细加工。激光加工的特点激光加工的特点:功率密度高功率密度高 可加工以往认为难加工的任何材料。可加工以往认为难加工的任何材料。接触式加工接触式加工,不污染材料不污染材料 加工速度快、热影响区小，变形也小，易于加工速度快、热影响区小，变形也小，易于实现自动控制实现自动控制.能通过透明体进行加工能通过透明体进行加工 如对真空管内部进行焊接等。如对真空管内部进行焊接等。第32页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削433 可精细加工可精细加工 因为输出功率可调，所以可用于精密微细加因为输出功率可调，所以可用于精密微细加工，加工速度极高，打一个孔只需工，加工速度极高，打一个孔只需0.001s;0.001s;加工精加工精度可达度可达0.001mm;0.001mm;表面粗糙度表面粗糙度RaRa值值0.40.1m0.40.1m。工具不损不换工具不损不换 作作为为非非接接触触性性加加工工,不不需需要要工工具具,所所以以不不存存在在工具损耗和更换等到问题。工具损耗和更换等到问题。装置简单装置简单,工作可靠工作可靠 第33页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削434 与与电电子子束束加加工工机机相相比比，不不需需要要真真空空，也也不不需需要要X X射线进行防护。因此装置简单，工作可靠。射线进行防护。因此装置简单，工作可靠。激光加工的应用激光加工的应用 如如打打孔孔、金金刚刚石石模模具具、钟钟表表轴轴承承、陶陶瓷瓷、橡橡胶胶、塑塑料料等等非非金金属属以以及及硬硬质质合合金金、不不锈锈钢钢等等金金属属材材料料，如如硬硬质质合合金金的的喷喷丝丝头头，一一般般要要在在100mm 100mm 的部位打出的部位打出1200012000多个直径为多个直径为60m60m的小孔的小孔。切割切割 金属、木材、纸、布料、皮革、陶瓷、金属、木材、纸、布料、皮革、陶瓷、塑料塑料等等第34页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削435 激光还在焊接、热处理、划线、调动平衡、激光还在焊接、热处理、划线、调动平衡、微调等。微调等。多方面有广泛的用途。多方面有广泛的用途。2.2.电子束加工的基本原理、特点及应用电子束加工的基本原理、特点及应用 电子束加工的特点电子束加工的特点 加工材料范围广加工材料范围广,且与材料强度无关。且与材料强度无关。加工速度快，效率非常高加工速度快，效率非常高。每每分分钟钟可可在在0.1mm0.1mm厚厚的的钢钢板板上上加加工工出出30003000个个直径为直径为0.2mm0.2mm的孔。的孔。属精密微细加工方法属精密微细加工方法 第35页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削436 电电子子束束可可实实现现极极其其微微细细的的聚聚焦焦(可可达达0.1m).0.1m).能加工微孔、窄缝、半导体集成电路等。能加工微孔、窄缝、半导体集成电路等。加工工件不变形加工工件不变形 非接触加工，不存在工具磨耗问题，无机械非接触加工，不存在工具磨耗问题，无机械切削力作用，工件不易产生宏观应力和变形。切削力作用，工件不易产生宏观应力和变形。适宜加工纯洁高的要求适宜加工纯洁高的要求 污染少污染少,不易氧化不易氧化,特适用加工易氧化的金属特适用加工易氧化的金属及合金材料及合金材料,及纯度要求极高的半导体材料。及纯度要求极高的半导体材料。可控制性能好可控制性能好 第36页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削437 亦可采用计算机进行控制。亦可采用计算机进行控制。电子束加工设备价格高电子束加工设备价格高,又由于有一定局限性又由于有一定局限性,因此除了特定需要因此除了特定需要,一般为激光加工所代替。一般为激光加工所代替。电子束加工的应用电子束加工的应用 高速打孔高速打孔 电子束打孔的孔径范围为电子束打孔的孔径范围为0.020.003mm0.020.003mm。加工形孔加工形孔 人人造造纤纤维维的的喷喷丝丝头头形形孔孔往往往往设设计计成成各各种种异异形形截面，适合电子束加工。截面，适合电子束加工。第37页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削438 加工弯孔和曲面加工弯孔和曲面 可以加工出弯孔和曲面。可以加工出弯孔和曲面。此此外外，还还可可进进行行焊焊接接、切切割割、刻刻蚀蚀和和表表面面热热处理处理 3.3.离子束加工离子束加工 的基本原理、特点及应用的基本原理、特点及应用 基本原理基本原理:和和电电子子束束加加工工基基本本类类似似，在在真真空空条条件件下下，将将离离子子源源产产生生的的离离子子束束经经过过加加速速聚聚焦焦，打打到到工工件件表表面。不同的是离子带正电荷，其质量比电子大数面。不同的是离子带正电荷，其质量比电子大数第38页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削439 千千、数数万万倍倍，如如氩氩离离子子的的质质量量是是电电子子的的7.27.2万万倍倍，故故离离子子加加速速到到较较高高速速度度时时，比比电电子子束束具具有有更更大大的的撞撞击击动动能能，它它是是靠靠微微观观的的机机械械撞撞击击能能量量而而不不是靠动能转化为热能来加工的。是靠动能转化为热能来加工的。离子束加工的特点离子束加工的特点 精细加工，可控性好精细加工，可控性好 是是所所有有现现代代加加工工中中最最精精密密、最最微微细细的的加加工工方方法。法。高真空加工，污染少高真空加工，污染少 第39页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削440 尤尤其其适适宜宜对对易易氧氧化化的的金金属属、合合金金材材料料和和高高纯纯度半导体材料的加工。度半导体材料的加工。压力小压力小,变形小变形小 加加工工中中产产生生应应力力、变变形形也也小小,加加工工工工件件表表面面质质量高量高,对材料适应性强。对材料适应性强。设备成本高设备成本高,加工效率低加工效率低,应用范围受限应用范围受限。离子束加工的应用离子束加工的应用 可以实现精密、微细及光整加工，尤其是亚可以实现精密、微细及光整加工，尤其是亚微米至纳米级精度的加工，可将材料的原子一微米至纳米级精度的加工，可将材料的原子一 第40页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削441 层层地铣削下来，使工件加工的精度、表面粗糙层层地铣削下来，使工件加工的精度、表面粗糙度的控制近乎极限。度的控制近乎极限。可可以以较较好好地地实实现现材材料料的的表表面面改改性性处处理理，使使用用离离子子束束还还可可以以向向工工件件表表面面进进行行离离子子溅溅射射沉沉积积和和离离子镀膜加工。子镀膜加工。一一台台设设备备离离子子束束加加工工，既既可可用用于于加加工工，又又可可用于蚀刻、熔化、热处理、焊接等。用于蚀刻、熔化、热处理、焊接等。第41页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削442小结与作业 1.1.通过学习本章内容，如遇有一工件用传统通过学习本章内容，如遇有一工件用传统工艺能加工，也可使用现代加工工艺去完成，请工艺能加工，也可使用现代加工工艺去完成，请问你如何抉择？问你如何抉择？2.2.读完本章内容，你有什么体会？能否将你读完本章内容，你有什么体会？能否将你平时关于加工方面的一些平时关于加工方面的一些“奇异奇异”之想和同学们之想和同学们交流一下？交流一下？第42页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削443 3.3.你想过没有：可否将传统加工工艺与现你想过没有：可否将传统加工工艺与现代加工工艺结合起来？代加工工艺结合起来？如果有，能向你的老师、同学叙述一下吗？如果有，能向你的老师、同学叙述一下吗？也许它是一项伟大发明的萌芽！也许它是一项伟大发明的萌芽！4.4.试用一张表格形式，将各种现代加工工试用一张表格形式，将各种现代加工工艺方法的特点，适用范围作一归纳。艺方法的特点，适用范围作一归纳。第43页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削444 研磨外圆的工具研磨外圆的工具 1-1-夹套；夹套；2-2-研磨套；研磨套；3-3-调节螺钉；调节螺钉；4-4-手柄手柄。第44页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削445 珩磨头及珩磨油石的切削轨迹珩磨头及珩磨油石的切削轨迹 1-1-工件；工件；2-2-磨条；磨条；3-3-磨条座；磨条座；4-4-联轴器联轴器。第45页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削446第46页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削447第47页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削448 (a)(a)加工通孔加工通孔 (b)(b)加工模具形腔加工模具形腔 (c)(c)加工环形内腔加工环形内腔 (d)(d)加工弯孔加工弯孔 (e)(e)切割板料切割板料 (f)(f)磨拉丝模内表面磨拉丝模内表面第48页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削449第49页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削450第50页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削451第51页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削452 原理：原理：原理：原理：当激光的工作物质钇铝石榴石受到光泵的激发后，吸收具有特当激光的工作物质钇铝石榴石受到光泵的激发后，吸收具有特当激光的工作物质钇铝石榴石受到光泵的激发后，吸收具有特当激光的工作物质钇铝石榴石受到光泵的激发后，吸收具有特定波长的光，在一定条件下可导致工作物质中的亚稳态粒子数大于低能级定波长的光，在一定条件下可导致工作物质中的亚稳态粒子数大于低能级定波长的光，在一定条件下可导致工作物质中的亚稳态粒子数大于低能级定波长的光，在一定条件下可导致工作物质中的亚稳态粒子数大于低能级粒子数，这种现象称为粒子数反转。此时一旦有少量激发粒子产生受激辐粒子数，这种现象称为粒子数反转。此时一旦有少量激发粒子产生受激辐粒子数，这种现象称为粒子数反转。此时一旦有少量激发粒子产生受激辐粒子数，这种现象称为粒子数反转。此时一旦有少量激发粒子产生受激辐射跃迁，造成光放大，再通过谐振腔内的全反射镜和部分反射镜的反馈作射跃迁，造成光放大，再通过谐振腔内的全反射镜和部分反射镜的反馈作射跃迁，造成光放大，再通过谐振腔内的全反射镜和部分反射镜的反馈作射跃迁，造成光放大，再通过谐振腔内的全反射镜和部分反射镜的反馈作用产生振荡，此时由谐振腔的一端输出激光。再通过透镜聚焦形成高能光用产生振荡，此时由谐振腔的一端输出激光。再通过透镜聚焦形成高能光用产生振荡，此时由谐振腔的一端输出激光。再通过透镜聚焦形成高能光用产生振荡，此时由谐振腔的一端输出激光。再通过透镜聚焦形成高能光束，照射在工件表面上，既可进行加工。束，照射在工件表面上，既可进行加工。束，照射在工件表面上，既可进行加工。束，照射在工件表面上，既可进行加工。第52页，共53页，编辑于2022年，星期日成形工艺基础切削453原理：真空条件下，由原理：真空条件下，由电子枪旁热阴极发射的电子枪旁热阴极发射的电子，在高电压电子，在高电压（80200kV80200kV）作用下被加）作用下被加速到很高的速度（速到很高的速度（1/21/31/21/3光速），然后通过电子光速），然后通过电子透镜聚焦形成高能量密透镜聚焦形成高能量密度度(10(106 610109 9W/mmW/mm2 2)的电子的电子束。当电子束冲击到工束。当电子束冲击到工件时，在极短的时间内件时，在极短的时间内使受冲击部位的温度升使受冲击部位的温度升高到几千摄氏度以上，高到几千摄氏度以上，使材料瞬间熔化或汽化，使材料瞬间熔化或汽化，达到去除材料的目的达到去除材料的目的第53页，共53页，编辑于2022年，星期日