机械制造基础13.ppt

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1、第第1313章章 现代制造新工艺现代制造新工艺一、设计目的一、设计目的 通过减速器某些主要零部件制造新工艺的制定及其制造过程的设计，能够了通过减速器某些主要零部件制造新工艺的制定及其制造过程的设计，能够了解部分的现代制造新工艺方法，熟悉现代制造新工艺的使用范围和加工过程。解部分的现代制造新工艺方法，熟悉现代制造新工艺的使用范围和加工过程。二、设计条件二、设计条件 给出减速器零件图及该零件的性能要求，选择某种零件进行工艺的制定及其给出减速器零件图及该零件的性能要求，选择某种零件进行工艺的制定及其制造过程设计。制造过程设计。13.1 13.1 减速器制造新工艺方法选定说明减速器制造新工艺方法选定说

2、明 2021/9/231 第第1313章章 现代制造新工艺现代制造新工艺 13.1 13.1 减速器制造新工艺方法选定说明减速器制造新工艺方法选定说明 三、设计内容及要求三、设计内容及要求（1）根据减速器零部件图及性能要求，分析）根据减速器零部件图及性能要求，分析零件，确定成形工艺方法，选择加工手段。零件，确定成形工艺方法，选择加工手段。（2）选定某种现代工艺方法，进行工艺设计。）选定某种现代工艺方法，进行工艺设计。（3）现代制造工艺过程的设计及主要步骤。）现代制造工艺过程的设计及主要步骤。2021/9/232第第1313章章 现代制造新工艺现代制造新工艺13.2 13.2 激光加工激光加工

3、激光包括激光钻孔、激光切割、激光焊接、激激光包括激光钻孔、激光切割、激光焊接、激光打标、表面改性和微加工等。光打标、表面改性和微加工等。13.2.1 13.2.1 激光加工的基本原理激光加工的基本原理 激光加工是利用高功率密度的激光束照射工激光加工是利用高功率密度的激光束照射工件，使材料熔化、气化而进行穿孔、切割和焊接件，使材料熔化、气化而进行穿孔、切割和焊接等的特种加工。通常用于加工的激光器主要是固等的特种加工。通常用于加工的激光器主要是固体激光器（图体激光器（图13-113-1）和气体激光器（图）和气体激光器（图13-213-2）2021/9/233第第1313章章 现代制造新工艺现代制造

4、新工艺2021/9/234第第1313章章 现代制造新工艺现代制造新工艺13.2.2 13.2.2 激光加工的工艺特点激光加工的工艺特点（1 1）能够加工各种金属、非金属材料；）能够加工各种金属、非金属材料；（2 2）无接触加工，且激光束能量及其移动速度可）无接触加工，且激光束能量及其移动速度可调，能实现多种加工；调，能实现多种加工；（3 3）加工过程无）加工过程无“刀具刀具”磨损，无磨损，无“切削力切削力”作作用于工件。用于工件。（4 4）加工速度快，对非激光照射部位没有影响或）加工速度快，对非激光照射部位没有影响或影响较小，其热影响区小，工件热变形小，易于影响较小，其热影响区小，工件热变形

5、小，易于实现自动化和流水作业。实现自动化和流水作业。2021/9/235第第1313章章 现代制造新工艺现代制造新工艺13.2.2 13.2.2 激光加工的工艺特点激光加工的工艺特点（5 5）可穿越介质进行加工，如通过空气、透明介）可穿越介质进行加工，如通过空气、透明介质对工件进行加工。质对工件进行加工。（6 6）激光加工具有节能环保的优越性。）激光加工具有节能环保的优越性。（7 7）激光加工，效率高，质量可靠，经济效益好。）激光加工，效率高，质量可靠，经济效益好。13.2.3 13.2.3 激光加工的应用激光加工的应用1 1、激光打孔、激光打孔 2 2、激光切割、激光切割3 3、激光焊接、激

6、光焊接 4 4、激光打标、激光打标5 5、激光热处理、激光热处理 6 6、激光的其他应用、激光的其他应用2021/9/23613.3 13.3 电子束加工和离子束加工电子束加工和离子束加工13.3.1 13.3.1 电子束加工电子束加工一、电子束加工的原理（如图一、电子束加工的原理（如图13-313-3所示）所示）真空条件下，电子枪中产生的电子，经加速、真空条件下，电子枪中产生的电子，经加速、聚焦，形成高速度、高能量密度的极细束流，冲聚焦，形成高速度、高能量密度的极细束流，冲击工件表面极小的面积，电子动能大部分转换为击工件表面极小的面积，电子动能大部分转换为热能，令这一极小面积的材料在极短时间

7、内达到热能，令这一极小面积的材料在极短时间内达到几千摄氏度以上，利用电子束轰击高分子材料，几千摄氏度以上，利用电子束轰击高分子材料，使它的分子链切断或重新聚合等改变。使它的分子链切断或重新聚合等改变。2021/9/23713.3 13.3 电子束加工和离子束加工电子束加工和离子束加工13.3.1 13.3.1 电子束加工电子束加工2021/9/23813.3 13.3 电子束加工和离子束加工电子束加工和离子束加工13.3.1 13.3.1 电子束加工电子束加工二、电子束加工的特点二、电子束加工的特点（1 1）电子束的能量密度大，功率密度高；）电子束的能量密度大，功率密度高；（2 2）工件变形小

8、；）工件变形小；（3 3）电子束强度、位置、聚焦可精确控制，加工）电子束强度、位置、聚焦可精确控制，加工过程能够实现自动化控制；过程能够实现自动化控制；（4 4）真空环境下加工，产生污染很少）真空环境下加工，产生污染很少 ；（5 5）电子束加工需专用设备，设备价格昂贵，加）电子束加工需专用设备，设备价格昂贵，加工成本高。工成本高。2021/9/23913.3 13.3 电子束加工和离子束加工电子束加工和离子束加工13.3.1 13.3.1 电子束加工电子束加工三、电子束加工的应用三、电子束加工的应用 电子束加工一方面可利用电子束的热效应进行电子束加工一方面可利用电子束的热效应进行热性加工，另一

9、方面也利用电子束的化学效应进热性加工，另一方面也利用电子束的化学效应进行非热性加工。例如：电子束打孔行非热性加工。例如：电子束打孔 、电子束光、电子束光刻刻 、电子束热处理。、电子束热处理。2021/9/231013.3 13.3 电子束加工和离子束加工电子束加工和离子束加工13.3.2 13.3.2 离子束加工离子束加工一、离子束加工的基本原理一、离子束加工的基本原理 离子束加工是利用离子束对材料进行成形或离子束加工是利用离子束对材料进行成形或表面改性加工的一种工艺方法。其原理与电子束、表面改性加工的一种工艺方法。其原理与电子束、加工原理基本类同。加工原理基本类同。二、离子束加工的特点二、离

10、子束加工的特点（1 1）加工精度高，易于精确控制。）加工精度高，易于精确控制。（2 2）加工的应力和变形小。）加工的应力和变形小。（3 3）产生的污染少，）产生的污染少，（4 4）设备费用昂贵，投资较大，成本高。）设备费用昂贵，投资较大，成本高。2021/9/231113.4 13.4 超声波加工超声波加工13.4.1 13.4.1 超声波加工的基本原理超声波加工的基本原理 超声波加工的原理图超声波加工的原理图13-413-4所示。超声波发生器所示。超声波发生器7 7将工频交流电能转化为一定功率输出的超声频电将工频交流电能转化为一定功率输出的超声频电振荡，通过超声换能器振荡，通过超声换能器6

11、6将电振荡转换为同一频率、将电振荡转换为同一频率、垂直于工件表面的超声机械振荡，再经过变幅棒垂直于工件表面的超声机械振荡，再经过变幅棒5 5，使其前端振幅放大，以驱动工具，使其前端振幅放大，以驱动工具1 1的端面作超的端面作超声振动。在工具声振动。在工具1 1的超声振动和一定压力下，磨料的超声振动和一定压力下，磨料悬浮液不断高速冲击工件悬浮液不断高速冲击工件2 2的加工区，促使磨料高的加工区，促使磨料高速抛磨工件表面。速抛磨工件表面。2021/9/231213.4 13.4 超声波加工超声波加工13.4.1 13.4.1 超声波加工的基本原理超声波加工的基本原理2021/9/231313.4

12、13.4 超声波加工超声波加工13.4.2 13.4.2 超声波加工的特点超声波加工的特点（1 1）加工范围广。）加工范围广。（2 2）切削力小，功率消耗低。）切削力小，功率消耗低。（3 3）工件加工精度高、表面粗糙度低，被加工表）工件加工精度高、表面粗糙度低，被加工表面无残余应力、烧伤等现象，也适合加工薄壁、面无残余应力、烧伤等现象，也适合加工薄壁、窄缝和低刚度零件。窄缝和低刚度零件。（4 4）工具可用较软的材料、做成较复杂的形状；）工具可用较软的材料、做成较复杂的形状；（5 5）超声波加工的精度高，加工表面质量好。）超声波加工的精度高，加工表面质量好。（6 6）超声波加工面积不够大，而且工

13、具头磨损较）超声波加工面积不够大，而且工具头磨损较大，故生产率较低。大，故生产率较低。2021/9/2314 13.4 13.4 超声波加工超声波加工 13.4.3 13.4.3 超声波加工的应用超声波加工的应用 超声波加工精度和表面质量要好，更重要的是超声波加工精度和表面质量要好，更重要的是可以加工它们难以加工的半导体和非金属的硬脆可以加工它们难以加工的半导体和非金属的硬脆材料。其主要于如下方面：材料。其主要于如下方面：（1 1）型孔和型腔的加工。）型孔和型腔的加工。（2 2）切割加工。）切割加工。（3 3）超声波清洗。）超声波清洗。（4 4）超声波焊接。）超声波焊接。（5 5）复合加工。）

14、复合加工。2021/9/231513.5 13.5 电解加工电解加工13.5.1 13.5.1 电解加工原理电解加工原理 电解加工原理是利用金属电解加工原理是利用金属在电解液中的电化学阳极溶在电解液中的电化学阳极溶解原理去除工件上多余材料解原理去除工件上多余材料的，如图的，如图13-513-5所示。所示。2021/9/231613.5 13.5 电解加工电解加工13.5.2 13.5.2 电解加工的工艺特点电解加工的工艺特点（1 1）加工范围广。）加工范围广。（2 2）加工质量好，生产率高，且加工生产率不受）加工质量好，生产率高，且加工生产率不受加工精度和表面粗糙度的直接限制，可获得一定加工精

15、度和表面粗糙度的直接限制，可获得一定的加工精度和较低的表面粗糙度。的加工精度和较低的表面粗糙度。（3 3）可用于加工薄壁和易变形零件。）可用于加工薄壁和易变形零件。（4 4）工具阴极无损耗。）工具阴极无损耗。（5 5）加工精度和加工稳定性不高。）加工精度和加工稳定性不高。（6 6）由于阴极和夹具的设计、制造及修正困难，）由于阴极和夹具的设计、制造及修正困难，周期较长，因而单件小批量生产的成本较高。周期较长，因而单件小批量生产的成本较高。2021/9/231713.5 13.5 电解加工电解加工13.5.3 13.5.3 电解加工的应用电解加工的应用 电解加工主要应用在深孔加工、叶片（型面）电解

16、加工主要应用在深孔加工、叶片（型面）加工、锻模（型腔）加工、管件内孔抛光、各种加工、锻模（型腔）加工、管件内孔抛光、各种型孔的倒圆和去毛刺、整体叶轮的加工、炮管内型孔的倒圆和去毛刺、整体叶轮的加工、炮管内孔及膛线的加工、螺旋花键孔的加工等方面。孔及膛线的加工、螺旋花键孔的加工等方面。2021/9/231813.6 13.6 高压水射流切割高压水射流切割13.6.1 13.6.1 高压水射流切割的原理高压水射流切割的原理 高压水射流切割的原理是将水增至超高压后，高压水射流切割的原理是将水增至超高压后，经节流小孔射出，使水压势能转变为水射流的动、经节流小孔射出，使水压势能转变为水射流的动、能，借助

17、高速高密集度水射流的冲击作用来进行、能，借助高速高密集度水射流的冲击作用来进行、切割。切割。2021/9/231913.6 13.6 高压水射流切割高压水射流切割13.6.2 13.6.2 高压水射流切割的分类高压水射流切割的分类1 1、纯水型、纯水型2 2、加磨料型、加磨料型2021/9/232013.6 13.6 高压水射流切割高压水射流切割13.6.3 13.6.3 高压水射流切割的特点高压水射流切割的特点（1 1）无切割方向的限制，可作全方位的切割；）无切割方向的限制，可作全方位的切割；（2 2）不会产生热变形，不需二次加工，可节省时）不会产生热变形，不需二次加工，可节省时间及制造成本

18、。间及制造成本。（3 3）加工切割速度快，效率高，加工成本低。）加工切割速度快，效率高，加工成本低。（4 4）可以轻松地切割不锈钢板或坚硬的大理石、）可以轻松地切割不锈钢板或坚硬的大理石、花岗岩等，对那些因其他方法难以切割的材料如花岗岩等，对那些因其他方法难以切割的材料如芳纶、钛合金等各种复合材料更是非常理想或唯芳纶、钛合金等各种复合材料更是非常理想或唯一的加工手段。一的加工手段。（5 5）切割时不会产生裂痕，它可以切割间隙很窄）切割时不会产生裂痕，它可以切割间隙很窄的材料。的材料。2021/9/232113.6 13.6 高压水射流切割高压水射流切割13.6.4 13.6.4 高压水射流切割

19、的应用高压水射流切割的应用 纯水型切割：适用于切割质地较软的材料，如纯水型切割：适用于切割质地较软的材料，如橡胶、布匹、纸及玻璃纤维增强合成材料等橡胶、布匹、纸及玻璃纤维增强合成材料等 ；加磨料型水射流：不但能切割各种金属材料，加磨料型水射流：不但能切割各种金属材料，以及表面堆焊有硬化层的零件、外包或内衬以及表面堆焊有硬化层的零件、外包或内衬异种金属或非金属材料的钢制容器或管子等工件异种金属或非金属材料的钢制容器或管子等工件以及切割陶瓷、钢筋混凝土、花岗岩以及各种复以及切割陶瓷、钢筋混凝土、花岗岩以及各种复合材料等。合材料等。2021/9/232213.7 13.7 粉末锻造成形工艺粉末锻造成

20、形工艺13.7.1 13.7.1 粉末锻造成形的工艺方法粉末锻造成形的工艺方法 粉末锻造通常是指将金属粉末压制成预成形粉末锻造通常是指将金属粉末压制成预成形坯，将粉末烧结的预成形坯经加热后，在闭式模坯，将粉末烧结的预成形坯经加热后，在闭式模中锻造成零件的成形工艺方法。中锻造成零件的成形工艺方法。2021/9/232313.7 13.7 粉末锻造成形工艺粉末锻造成形工艺13.7.2 13.7.2 粉末锻造的工艺特点与应用粉末锻造的工艺特点与应用 常用的粉末锻造方法有粉末锻造、烧结锻造、常用的粉末锻造方法有粉末锻造、烧结锻造、锻造烧结和粉末冷锻。广泛应用于金属加工、机锻造烧结和粉末冷锻。广泛应用于

21、金属加工、机械制造、精密仪器、石油和钻探、家电、电机及械制造、精密仪器、石油和钻探、家电、电机及电器制造业等领域。电器制造业等领域。2021/9/232413.8 13.8 拓展训练拓展训练训练：线切割机床的编程与操作训练：线切割机床的编程与操作训练目的：了解线切割机床的结构和线切割加工训练目的：了解线切割机床的结构和线切割加工的原理、特点、用途；的原理、特点、用途；训练要点：掌握训练要点：掌握YHYH系统的控制、绘图、编程等基系统的控制、绘图、编程等基本功能；学会编制简单零件的线切割程序，掌握本功能；学会编制简单零件的线切割程序，掌握线切割机床的基本操作能切割简单零件。线切割机床的基本操作能

22、切割简单零件。2021/9/232513.9 13.9 实践中常见问题解析实践中常见问题解析（1 1）激光切割中有蓝色的等离子气体产生，工件）激光切割中有蓝色的等离子气体产生，工件不能切透，起主要原因可能是：辅助气体接错，不能切透，起主要原因可能是：辅助气体接错，功率太小，切割速度太高等功率太小，切割速度太高等。（2 2）激光切割面不规则，是由于气体压力偏高，）激光切割面不规则，是由于气体压力偏高，喷嘴损坏或直径太大的原因。喷嘴损坏或直径太大的原因。（3 3）激光切缝底部两侧有类似熔渣的毛刺，水）激光切缝底部两侧有类似熔渣的毛刺，水珠形状，珠形状，其原因是切割速度偏高，气压偏低，或其原因是切割

23、速度偏高，气压偏低，或焦点位置偏高等。焦点位置偏高等。2021/9/232613.9 13.9 实践中常见问题解析实践中常见问题解析（4 4）电解抛光后，表面会发现似未抛光的斑点或）电解抛光后，表面会发现似未抛光的斑点或小块；主要原因：抛光前除油不彻底，表面尚附小块；主要原因：抛光前除油不彻底，表面尚附有油迹。有油迹。（5 5）电解抛光过后表面局部常有灰黑色斑块存电解抛光过后表面局部常有灰黑色斑块存在；原因分析：可能氧化皮未彻底除干净。局部在；原因分析：可能氧化皮未彻底除干净。局部尚存在氧化皮。尚存在氧化皮。（6 6）电解抛光后工件棱角处及尖端过腐蚀；原因）电解抛光后工件棱角处及尖端过腐蚀；原

24、因分析：棱角、尖端的部位电流过大，或电解液温分析：棱角、尖端的部位电流过大，或电解液温度过高，抛光时间过长，导致过度溶解。度过高，抛光时间过长，导致过度溶解。2021/9/232713.9 13.9 实践中常见问题解析实践中常见问题解析（7 7）工件电解抛光后不光亮并呈灰暗色，其主）工件电解抛光后不光亮并呈灰暗色，其主要原因：可能电化学抛光溶液已不起作用，或作要原因：可能电化学抛光溶液已不起作用，或作用不明显。用不明显。（8 8）高压水射流切割质量不良（切割面上缘塌）高压水射流切割质量不良（切割面上缘塌肩（即呈圆角）；切割面倾斜；切口宽度大；切肩（即呈圆角）；切割面倾斜；切口宽度大；切口呈不对称形状；切割面粗糙等）。其主要在于口呈不对称形状；切割面粗糙等）。其主要在于喷嘴是否良好，喷嘴是否良好，2021/9/2328