第十章_复合加工.ppt

1 第10章复合加工 2 10 1概述 复合加工的方法大多是在机械加工的同时应用流体力学 化学 光学 电力 磁力和声波等能源进行综合加工 早期出现的复合加工都是用来解决难切削材料的加工以及提高其加工效率的 20世纪70年代后期以来的研究则大多着眼于改善加工质量 最普遍使用的复合加工大多是在定形切削刃的切削加工 非定形切削刃的磨料加工和电火花及电解加工等常规加工方法基础上 同时或反复使用其他能量的加工方法 此外 也有不用上述常规的加工方法而仅依靠化学 光学和液动力等作用的复合加工 3 10 2复合切削加工 切削复合加工 1 加热切削通过对工件局部瞬时加热 改变其物理力学性能和表层的个相组织以降低工件在切削区材料的强度 提高其塑性使切削加工性能改善 它是对铸造高锰钢 无磁钢和不锈钢等难切材料进行高效切削的一种方法 常用的有等离子弧加热辅助车削和激光辅助车削 4 2 机械超声振动复合加工 这种复合加工是指将超声振动附加在机械加工上 在切削过程中 刀具与工件周期性地接触与离开 切削速度的大小和方向在不断地变化 由于切削速度的变化和加速度的出现 使得振动切削具有切削力大大减小 切削温度明显降低 刀具寿命可以提高 加工精度和表面质量可以提高等特点 特别是在难加工材料 如耐热钢 不锈钢等硬韧性材料 加工中 收到了异乎寻常的效果 常见的有超声振动车削 超声振动钻削等 5 10 3化学机械复合加工 化学机械复合加工中常用的有下列两种 1 机械化学抛光 CMP 机械化学抛光 CMP 的加工原理是利用比工件材料软的磨料 如对Si3N4陶瓷用Cr2O3 对Si晶片用SiO2 由于运动的磨粒本身的活性以及因磨粒与工件间在微观接触区的摩擦产生的高压 高温 使能在很短的接触时间内出现固相反应 随后这种反应生成物被运动的磨粒的机械摩擦作用去除 其去除量约可微小至0 1nm级 因为磨粒软于工件 故不是以磨削的作用来去除材料 如果把软质磨粒悬浮于化学溶液中进行湿式加工 则会同时出现溶液和磨粒两者生成的反应物 但因磨粒的吸水性而使其表面活性和接触点温度降低 故加工效率比单用软磨粒与适量抛光剂的干式加工为低 2 化学机械抛光 化学机械抛光的工件原理是由溶液的腐蚀作用形成化学反应薄层 然后由磨粒的机械摩擦作用去除 6 10 4超声电火花 电解 复合加工 10 4 1超声电火花复合加工简介1 加工原理利用电火花对小孔 窄缝进行精微加工时 及时排除加工区的蚀除产物成了保证电火花精微加工能顺利进行的关键所在 当蚀除产物逐渐增多时 电极间隙状态变得十分恶劣 电极间搭桥 短路屡屡发生 使进给系统一直处于进给 回退的非正常振荡状态 使加工不能正常进行 7 2 影响超声电火花复合加工效果的因素1 加工面积的影响试验证明 超声电火花复合加工只适用于小面积的穿孔或窄缝加工 当加工面积增大时 生产率反而不如普通电火花加工 这是由于在进行大面积电火花加工时 高频小振幅的超声振动并不能使电极中心部位的加工产物迅速排除 容易造成搭桥 短路等非正常放电 试验证明 一般当加工直径小于0 5mm时 复合加工的效果才渐趋明显 8 3 超声电火花复合加工的应用举例超声电火花复合加工主要用于小孔或窄缝的精微加工 例如 采用超声 RC发生器加工直径为0 25mm的小孔时 孔深为0 4mm 加工时间仅为8s 当加工深孔时 孔径为0 25mm 孔深为6mm L D 25 加工时间为7min 当加工孔径为0 1mm 孔深为7mm时 L D 70 加工时间仅为20min 又如利用方波脉冲加工异型喷丝孔 孔深为0 5mm 原需20min 加超声后 仅用20s即可完成 9 10 4 2超声电解复合加工 在电解加工中 一旦在工件表面形成钝化膜 加工速度就会下降 如果在电解加工中引入超声振动 钝化膜就会在超声振动的作用下遭到破坏 使电解加工能顺利进行 促进生产率的提高 另外 如果在小孔 窄缝加工中引入超声振动 则可促使电解产物的排放 同样也有利于生产率的提高 这种用超声振动改善电解加工过程的加工工艺 就是超声电解复合加工 10 10 4 3超声电解复合抛光 超声电解复合抛光是超声波加工和电解加工复合而成的一种复合加工方法 它可以获得优于靠单一电解或单一超声波抛光的抛光效率和表面质量 11 10 4 4超声电火花复合抛光 超声电火花复合抛光是超声波加工和电火花加工复合而成的一种复合加工方法 这种复合抛光的加工效率比纯超声机械抛光要高出3倍以上 表面粗糙度值Ra可达0 2 0 1 m 特别适合于小孔 窄缝以及小型精密表面的抛光 12 10 5电化学机械复合加工 电化学机械复合加工包括电解磨削 电解珩磨 电解研磨等加工工艺 它们的材料去除机理基本相似 13 10 5 1电解磨削复合加工 14 10 5 2电解珩磨复合加工 电解珩磨的原理如右图所示 在普通珩磨机上增设直流电源和电解液循环系统 加工时将工件接电源的正极 工具珩磨头接电源的负极并作旋转及往复运动 15 10 5 3电解研磨复合加工 电解研磨是将电解加工与机械研磨相结合的一种复合加工方法 用来对外圆 内孔 平面进行表面光整加工以至镜面加工 16 10 6复合加工的技术发展趋势 复合加工是对传统中常用的单一的机械加工 电加工和激光加工等方法的重要发展和补充 随着精密机械大量使用脆性材