NO9特种加工与现代制造技术电子教案 机械制造基础.doc

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1、NO9特种加工与现代制造技术电子教案 机械制造基础教学目标知识目标：熟悉常见的特种加工方法及其工作原理；了解现代制造技术的发展趋势。能力目标：根据零件的要求及结构特点，选择合适的特种加工方法。素质目标： 教学重点常见的特种加工方法及其工作原理教学难点常见的特种加工方法及其工作原理教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时2教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计注 释模块九 特种加工与现代制造技术任务描述传统的切削加工方法都是“以硬克软”，即由“硬”的刀具对“软”的被加工材料施以外力，使被加工材料变形和分离以达到加工的目的。但随着科学技术的发展，出现了许多传统加工方法难以加工的材料和结构

2、。这些材料具有高硬度、高强度、高脆性、高熔点或高黏性等，如硬质合金、钛合金、淬火工具钢、陶瓷、玻璃等。难以加工的结构有复杂曲面，如涡轮机的叶片、成形模具的模腔；极小的尺寸如栅网、喷丝嘴、喷油嘴；低刚度构件如薄壁件、细长轴、弹性元件等。任务分析为完成上述制造任务，特种加工方法渐渐发展起来。相关知识学习情境一 激光加工一、激光加工的原理激光加工的原理如图9-1所示。激光器1吸收的特定波长的光通过光阑2和反射镜3后输出激光束，并通过透镜4将激光束聚焦到工件5的加工表面上，即可对工件进行加工。图9-1 激光加工的原理二、激光加工的特点激光加工的特点如下。（1）激光加工加工范围广。激光加工的功率密度是各

3、种加工方法中最高的一种，几乎能加工任何金属和非金属材料，如高熔点材料、耐热合金、硬质合金、有机玻璃及陶瓷、宝石、金刚石等硬脆材料。（2）激光加工操作简便。激光加工不需要真空条件，可在各种环境中进行。（3）激光加工加工质量好。由于激光具有能量密度高、瞬态性和非接触性等特点，工件热变形极小，且无机械变形，对精密小零件的加工非常有利。（4）激光加工无工具损耗。激光加工不需要加工工具，是非接触加工，工件不受明显的切削力，可对刚度差的薄壁零件进行加工。（5）激光加工加工速度快、效率高，可减小热扩散带来的热变形。（6）激光加工可控性好，易于实现加工自动化。（7）激光加工装置小巧简单，维修方便。（8）激光加

4、工能实现一机多能。在同一台激光加工装置上可分别进行切割、打孔、焊接、表面处理等多种加工，既可分步加工，又可在几个工位同时加工。（9）激光加工无公害和污染。激光束不会产生射线等有害射线，无加工污染，也无需安装射线防护装置。三、激光加工的应用近年来，激光加工被越来越多地应用在汽车、仪器仪表、模具制造等领域。目前，激光加工的应用主要有以下几个方面。1.激光打孔2.激光切割3.激光焊接4.激光雕刻5.激光热处理学习情境二 电子束加工一、电子束加工的原理电子束加工是在真空条件下，利用电流加热阴极发射电子束，带负电荷的电子束高速飞向阳极，途中经加速极加速，并通过电磁透镜聚集，使能量高度集中，从而使材料被冲

5、击部分的温度，在瞬间升高到摄氏几千度，热量还来不及向周围扩散，就已把局部材料瞬时熔化甚至汽化去除。二、电子束加工的特点（1）电子束能量密度高，聚集点范围小，适合加工精微深孔和窄缝等，加工速度快，效率高。（2）电子束加工的工件变形小。电子束加工是一种热加工，主要靠瞬时蒸发去除多余金属，工件很少产生应力和变形，而且不存在工具损耗等，适合于加工脆性、韧性导体、半导体、非导体以及热敏性材料。（3）电子束加工控制容易。在电子束加工过程中，可以通过电场或磁场对电子束的强度、位置、聚焦等直接进行控制，整个加工系统易实现自动化。（4）电子束加工在真空室中进行，故无杂质渗入，表面高温时也不易氧化，特别适于加工易

6、氧化的金属材料以及纯度要求极高的半导体材料。学习情境三 超声加工一、超声加工的原理超声加工的原理如图9-2所示。由超声波发生器3产生的高频电磁振荡信号（一般为1630 kHz），通过超声波换能器4转换成超声频振动。超声频振动通过变幅杆5、6放大振幅，并驱动以一定的静压力使压在工件1表面上的工具2产生相应频率的振动。工具2端部通过磨料不断地锤击工件，使加工区的工件1材料粉碎成很细的微粒被循环的磨料悬浮液7带走，工具2便逐渐进入到工件1中，从而加工出与工具相应的形状。图9-2 超声加工原理图二、超声加工的特点（1）超声加工适合加工各种硬脆材料、（2）由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬时局部的冲击作用，

7、故工件表面的宏观切削力很小，切削应力、切削热更小，不会产生变形及烧伤，加工的精度高，加工表面质量好，表面粗糙度也较小，超声加工适于加工薄壁、窄缝、低刚度零件。（3）工具可用较软的材料做成较复杂的形状，且不需要工具和工件作比较复杂的相对运动，便可加工各种复杂的型腔和型面。（4）超声加工属于无屑加工，无污染。（5）超声加工的面积不够大，而且工具头磨损较大，故生产率较低。三、超声加工的应用学习情境四 电解加工一、电解加工的原理电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解的电化学反应原理，将金属材料加工成形的一种方法。图9-3为电解加工装置示意图。图9-3 电解加工装置示意图二、电解加工的特点1.电解加工

8、的优点（1）电解加工不受材料本身强度、硬度和韧性限制，可以加工淬火钢、硬质合金、不锈钢和耐热合金等高强度、高硬度和高韧性的导电材料。（2）电解加工中不存在机械切削力，工件不会产生残余应力和变形，也没有飞边、毛刺。（3）电解加工可得到镜面加工，且加工速度越大，表面质量越好。（4）电解加工过程中，工具阴极理论上不会损耗，可长期使用。（5）电解加工的生产率较高，约为电火花加工的510倍，某些情况下甚至高于切削加工。（6）电解加工能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型腔与型面。2.电解加工的缺点（1）电解加工设备投资较大，有污染。电解液一般都具有腐蚀性，因此要采取防腐措施。（2）电解加工生成物最终形

9、成淤渣，需要进行处理。（3）制造电解加工使用的工具电极需要熟练的技术。（4）电解加工的加工精度与工件的形状有关。对简单形状及曲面零件，可以得到很高的加工精度；对于复杂、细小形状零件，加工精度低。三、电解加工的应用学习情境五 电火花加工一、电火花加工的原理电火花加工的工作原理如图9-4所示。图9-4 电火花加工原理图二、电火花加工的特点及应用（1）电火花加工的应用很广，可以加工各种硬、脆、韧、软和高熔点的导电材料，也可以加工薄壁、曲面（如叶片）、曲线孔、各种型孔（如圆孔、方孔、异形孔）和微小孔（如拉丝模和喷头小孔），也可以加工各种立体曲面型腔，如锻模、压铸模、塑料模的模腔，还可以用来进行切割、表

10、面强化、刻写、打印标记等。（2）电火花加工精度较高。（3）在同一台电火花加工机床上通过调节放电脉冲的大小可实现粗、精加工。（4）经过电火花加工的钢件表面得到强化，硬度可达6268 HRC。（5）由于电火花加工依靠放电蚀除金属，其金属去除率远低于普通切削加工，故生产效率较低，因此，电火花加工主要用于工具、模具的制造以及难加工材料的切割。学习情境六 现代制造技术一、现代制造技术概述现代制造技术是传统制造技术、信息技术、自动化技术与先进的管理科学、材料科学的结合。二、现代制造技术的特点（1）现代制造技术具有实用性。（2）现代制造技术具有综合性。（3）现代制造技术具有动态性。（4）现代制造技术具有创新性。（5）现代制造技术具有全球性。拓展训练要加工一个上下异形零件（指零件上平面和下平面为不同形状的直纹线切割零件），零件毛坯尺寸为30 mm30 mm20 mm，如图9-5所示。在毛坯上加工出穿丝工艺孔。毛坯六面磨削加工，需淬火处理。图9-5 上下异形零件明确任务，在任务的驱动下学习。掌握激光加工的特点，思考其在实际生活中的应用。讲解电子束的原理及特点。讲解超声加工原理图。根据超声加工的特点，思考超声加工在实际生活中的应用。根据电解加工的特点，思考电解加工在实际生活中的应用。5第 页