精密与特种加工技术

精密与特种加工技术,学时：38（ 34理论学时+ 4实验学时）参考教材： 精密与特种加工王贵成 武汉理工大学出版社 特种加工第5版 刘晋春 机械工业出版社考核方式：平时成绩20%+期末考试80%,课程性质：专业课程,1、使大家对现代技术条件下精细及特种加工工艺有较为系统的了解，并能够运用所学知识对各种加工机理进行分析； 2、为后续相关课程的学习及毕业设计服务。,1、认识精密加工、特种加工与复合加工过程的常见现象和基本规律，能根据零件要求合理选择加工方法和工艺参数。 2、掌握现代机械加工工艺实验研究的基本方法和技能。（从实验数据中进行总结归纳，得出结论。） 3、对当前先进制造工艺技术的发展趋势及成就有初步了解，为后续生产、研究及技术开发工作做基础。,课程主要任务：,思考：1、何为精密与超精密加工，其加工精度怎样？表面粗糙度又怎样？2、如何在淬火钢上加工一个直径为6mm、深为10mm的定位销孔？3、如何在厚为12mm的硬质合金板上加工一个四方形或者六角形的型孔？4、如何在在0.1mm厚的钨箔上加工出直径为0.050.002mm的微孔？,精密加工：精密切削、精密磨削；特种加工：电火花加工、电火花线切割加工、电 化学加工、高能束加工（激光加工、 电子束和离子束加工）、超声加工、 快速成形技术、复合加工等。,精密加工加工精度；特种加工加工方法（与传统加工相比）。,精密加工是指加工精度和表面质量达到极高精度的加工工艺，通常包括精密切削加工和精密磨削加工，在不同制造业发展时期其最高技术指标有所不同。,用于精密机床、精密测量仪器等制造业中的关键零件加工，如精密丝杠、精密齿轮、精密蜗轮、精密导轨、精密滚动轴承等，在当前制造工业中占有极重要的地位。 超精密加工是指被加工零件的尺寸公差为0.10.01m数量级，表面粗糙度Ra值为0.01m数量级的加工方法。,超精密加工基本理论：去除的切削层越薄零件精度越高。例如：金刚石车：去除1纳米厚的切削层。 超精密加工是尖端技术产品发展中不可缺少的关键加工手段。, 几种典型精密零件的加工精度, 精密加工与超精密加工的发展,当前精密和超精密加工精度从微米到亚微米，乃至纳米，在汽车、家电、IT电子信息高技术领域和军用、民用工业有广泛应用。像精密机床、精密测量仪器等制造业中的关键零件加工，如精密丝杠、精密齿轮、精密蜗轮、精密导轨、精密滚动轴承等，在当前制造工业中占有极重要的位置。,精密和超精密加工的应用场合？,精密和超精密加工已成为国际经济竞争，尤其是发展尖端技术、发展国防工业的关键技术。 如：美国MX战略导弹制造系统的陀螺仪精度比民兵型洲际导弹陀螺仪的精度提高一个数量级，其命中的圆概率误差由原来的500m减小到50150m。,精密与超精密加工地位,精密与超精密加工技术是一个国家制造业水平重要标志例：美国哈勃望远镜形状精度0.01m；超大规模集成电路最小线宽0.1m，日本金刚石刀具刃口钝圆半径达2nm。,精密加工与超精密加工技术是先进制造技术基础和关键例：美国陀螺仪球圆度0.1m，粗糙度Ra0.01m，导弹命中精度控制在50m范围内；英国飞机发电机转子叶片加工误差从60m降至12m，发电机压缩效率从89%提高到94%；齿形误差从3-4m减小1m，单位重量齿轮箱扭矩可提高一倍。,精密与超精密加工地位,精密加工与超精密加工技术是新技术的生长点 精密与超精密加工技术涉及多种基础学科和多种新兴技术，其发展无疑会带动和促进这些相关科学技术的发展。,瓦特早在18世纪70年代就发明了蒸气机，但为何到19世纪才得以应用？,因为苦于制造不出高精度的蒸气机气缸。无法推广应用。直到有人创造出和改进了气缸镗床，解决了蒸汽机主要部件的加工工艺，才使蒸汽机得到广泛应用，引起了世界性的第一次产业革命。,“东芝事件”,冷战时期，前苏联用从日本东芝公司“购买”的大型三坐标数控铣床加工出高精度潜艇用螺旋浆，噪音大大降低，使美国设在全球的侦听网失效。不得不花费大量经费与时间来研制新的侦听设备。为此美国政府对东芝公司进行制裁，不许东芝公司在相当长一段时间内进入美国市场。,新的加工方法对人类的生产和物质文明起了极大的作用！,特种加工是将电能、热能、光能、声能和磁能等物理能量及化学能量或其组合乃至与机械能组合直接施加到被加工的部位上，从而实现材料去除的加工方法，也被称为非传统加工技术。,特种加工的应用场合？,到目前为止，已经找到了多种这一类的加工方法，为区别现有的金属切削加工，将这类传统切削加工以外的新的加工方法统称为 特种加工；国外：非传统加工 ( NTM , Non-Traditional Machining ) 或非常规机械加工(NCM , Non-Conventional Machining )。,主要用于： 1、难加工材料的加工（淬火钢、硬质合金、陶瓷、金刚石等）； 2、模具及复杂型面加工（型腔、型孔、微小异型孔等）；,特种加工就是当传统切削加工方法对产品（或材料）无法实施或保证不了规定的精度要求时而应用物理的（力、热、声、光、电）或化学的方法进行加工的手段。,特种加工的产生及发展,从第一次产业革命 第二次世界大战前，是传统的机械加工（切削加工和磨削），其本质和特点：,靠刀具材料比工件硬 靠机械能切除工件上多余材料,切削这么硬的材料，车刀很快就蹦刃。,传统切削加工方法很难甚至无法承担上述加工任务。 人们开始探索新的加工方法。,不仅用机械能，而且还采用：.,1943年，前苏联拉扎林柯夫妇在研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，逆向思维，用细铜丝在淬火钢上加工出小孔，开创和发明了电火花加工特种加工中的先驱。 首次摆脱了传统的切削加工方法，获得了“以柔克刚”的效果。,二次世界大战以后，随着生产发展和科学实验的需要，尖端科学技术产品要求机械制造部门解决各种难切削材料的加工问题、各种特殊复杂表面的加工问题、各种超精光整或具有特殊要求的零件的加工问题。 要解决上述一系列工艺问题，依靠传统的切削加工很难实现，甚至根本无法实现，人们相继探索研究新的加工方法，特种加工应运而生得到发展。,1）用机械能以外的其他能量(电、光、声、热、化学)等去除工件上多余的材料，以达到图样上全部技术要求。2）打破传统的硬刀具加工软材料的规律，刀具硬度可低于被加工材料的硬度，可谓“以柔克刚”。3）加工过程中工具和工件间不存在显著的切削力。 4 ）从原理上来说特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属或非金属材料。,特种加工已经成为当前机械制造领域不可缺少的加工方法，为新产品设计与开发提供了许多加工手段，为新材料的研制提供了应用基础。,1）电能与热能作用方式有：电火花成形与穿孔加工、电火花线切割加工、电子束加工和等离子束加工。2）电能与化学能作用方式有：电解加工、电铸加工和刷镀加工。3）化学能与机械能作用方式有：电解磨削、电解珩磨。4）声能与机械能作用方式有：超声波加工5）光能与热能作用方式有：激光加工。6）电能与机械能作用方式有：离子束加工。7）液流能与机械能作用方式有：挤压珩磨和水射流切割。,特种加工方法的特点,对机械制造技术提出了新的要求,第一，解决各种难加工材料的问题,第二，解决各种复杂表面的加工问题,第三，解决各种超精或具有特殊要求的零件的加工问题。,如对表面质量和精度要求很高，以及低刚度零件的加工。,高强度、高硬度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工,如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、注射模的立体成型表面等,特种加工对机械制造工艺技术的影响 1）提高了材料的可加工性； 2）改变了零件的工艺路线； 3）缩短了新产品的试制周期； 4）对产品和零件的结构设计产生较大影响； 5）需重新评估传统结构工艺性。,1）解决各种难切削材料的加工问题,硬质合金、钛合金、耐热钢、金刚石、宝石；石英、玻璃、陶瓷。,提高了材料的加工性,材料的加工性不再与硬度、强度、韧性、塑性等成直接、正比关系。,2）解决各种特殊复杂表面的加工问题,如喷气涡轮机叶片、巡航导弹整体涡轮、各种模具、特殊断面的型孔、喷丝头等。,3）解决具有特殊要求零件的加工问题,如薄壁、细长轴等低刚度零件。,4) 改变了零件的典型工艺路线,成形加工,淬 火,淬 火,成形加工（NTM）,5) 对产品零件的结构设计带来很大影响,镶拼结构,整体结构,例如：方孔、小孔、弯孔、窄缝等。,6) 对传统的结构工艺性好坏，需要重新衡量,快速成形技术： 光固化成形、激光快速原型制造、熔融沉积成形、层叠实体制造等。,7) 试制新产品,1）充分融合现代电子技术、计算机技术、信息技术和精密制造技术等高新技术，使加工设备向自动化和柔性化方向发展。 2）大力开发新的特种加工方法，包括微细加工和复合加工。,特种加工的发展趋势,结束语,就总体而言，特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金