先进制造工艺技术高速切削.ppt

范子胜2010105014 先进制造工艺技术 引言 机械制造工艺是将各种原材料 半成品加工成为产品的方法和过程 从材料成形的角度上看 材料加工成形方法可分为以下四种 1 去除成形 2 压迫成形 3 堆积成形 4 生成成形 目前主要的新型加工方法有 精密加工和超精密加工 超高速加工 微细加工 特种加工及高密度能加工 快速原型制造技术 新型材料加工 大件和超大件加工 表面功能性覆层技术和复合加工技术等 先进制造工艺的特点 1 先进性先进制造工艺的先进性主要表现在优质 高效 低耗 洁净 灵活 柔性 五个方面 2 实用性先进制造工艺的实用性主要表现在两个方面 一是应用普遍性 它是当今或不久将来机械工厂量大面广的看家工艺 二是经济适用性 它一般投资不高 且有不同档次 宜于工厂根据本身的条件通过技术改造予以采纳 先进制造工艺的特点 3 前沿性先进制造工艺的前沿性主要表现在 先进制造工艺是高新技术产业化或传统工艺高新技术化的结果 它们是制造工艺研究最为活跃的前沿领域 部分先进制造工艺可能目前应用还不广泛 但是它们代表着某些发展方向 而且可望会得到越来越广泛的应用 一 电子束加工 定义1 利用高能量密度的电子束轰击材料进行的加工 定义2 在真空条件下 利用电子枪中产生的电子 经加速 聚焦形成高能量大密度的细电子束 轰击工件被加工部位 使该部位的材料熔化和蒸发 从而进行加工 或利用电子束照射引起的化学变化而进行加工的方法 电子束加工原理 一 电子束加工 电子束加工的特点 作为加热工具 电子束的特点是功率高和功率密度大 能在瞬间把能量传给工件 电子束的参数和位置可以精确和迅速地调节 能用计算机控制并在无污染的真空中进行加工 根据电子束功率密度和电子束与材料作用时间的不同 可以完成各种不同的加工 电子束加工的分类 电子束焊接原理 电子束功率密度达10 6 10 9瓦 厘米时 电子束轰击处的材料即局部熔化 当电子束相对工件移动 熔化的金属即不断固化 利用这个现象可以进行材料的焊接特点 焊缝的深宽比可达20 1甚至50 1 电子束焊接 原理 用聚焦方法得到很细的电子束周期地轰击材料表面的固定点 适当控制电子束轰击时间和休止时间的比例 可使被轰击处的材料迅速蒸发而避免周围材料的熔化 这样就可以实现电子束刻蚀 钻孔或切割特点 功率密度更大而作用时间较短 可在厚度为0 1 6毫米的任何材料的薄片上钻直径为1至几百微米的孔 电子束刻蚀的小人 小人个个舞着小旗 高度仅有几百纳米 电子束刻蚀和电子束钻孔 电子束熔炼 特点 在高真空环境下进行熔炼 熔炼真空度一般在10 1至10 3Pa 熔炼时熔池的温度及其分布可控 熔池的维持时间可在很大的范围内调整 熔炼是在水冷铜坩埚 结晶器 内进行的 可以有效地避免金属液被耐火材料污染 电子束特点 作为加热工具 电子束的特点是功率高和功率密度大 能在瞬间把能量传给工件 电子束的参数和位置可以精确和迅速地调节 能用计算机控制并在无污染的真空中进行加工 根据电子束功率密度和电子束与材料作用时间的不同 可以完成各种不同的加工 电子束加工的应用 电子束加工广泛用于焊接 其次是薄材料的穿孔和切割 穿孔直径一般为0 03 1 0毫米 最小孔径可达0 002毫米 切割0 2毫米厚的硅片 切缝仅为0 04毫米 因而可节省材料 1 高速打孔 2 加工型孔及特殊表面 3 刻蚀 4 焊接 5 热处理 6 电子束光刻 二 超声波加工 超声波加工 电火花加工和电解加工都只能加工金属导电材料 无法加工不导电的非金属材料 而超声波加工不仅能加工硬质合金 淬火钢等脆硬金属材料 而且更适合加工玻璃 陶瓷 半导体 锗和硅片等不导电的非金属脆硬材料 同时还可以用于清洗 焊接和探伤等 超声波加工前 超声波加工后 超声波加工 ultrasonicmachining USM 是利用工具端面作超声频振动 通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法超声波加工是磨料在超声波振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波空化作用的综合结果 其中磨料的连续冲击是主要的 超声波加工的原理 加工范围广 a 可加工淬硬钢 不锈钢 钛及其合金等传统切削难加工的金属 非金属材料 特别是一些不导电的非金属材料如玻璃 陶瓷 石英 硅 玛瑙 宝石 金刚石及各种半导体等 对导电的硬质金属材料如淬火钢 硬质合金也能加工 但生产率低 b 适合深小孔 薄壁件 细长杆 低刚度和形状复杂 要求较高零件的加工 c 适合高精度 低表面粗糙度等精密零件的精密加工 切削力小 切削功率消耗低由于超声波加工主要靠瞬时的局部冲击作用 故工件表面的宏观切削力很小 切削应力 切削热更小 3 工件加工精度高 表面粗糙度低可获得较高的加工精度 尺寸精度可达0 005 0 02mm 和较低的表面粗糙度 Ra值为0 05 0 2 被加工表面无残余应力 烧伤等现象 也适合加工薄壁 窄缝和低刚度零件 4 易于加工各种复杂形状的型孔 型腔和成型表面等 5 工具可用较软的材料做成较复杂的形状 6 超声波加工设备结构一般比较简单 操作维修方便 超声波加工的生产率虽然比电火花加工和电解加工低 但其加工精度和表面质量都优于它们 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材料如玻璃 陶瓷 石英 硅 玛瑙 宝石 金刚石等 而且对于电火花加工后的一些淬火钢 硬质合金冲模 拉丝模 塑料模等 最后还经常用超声波抛磨 光整加工 使表面粗糙度进一步降低 型孔和型腔的加工 超声波目前主要应用在脆硬材料的圆孔 型孔 型腔 套料 微细孔等的加工 超声波加工的型孔 腔孔类型 切割加工 对于难以用普通加工方法切割的脆硬材料如陶瓷 石英 硅 宝石等用超声波加工具有切片薄 切口窄 精度高 生产率高 经济性好等优点 切割刀模 超声波清洗 其原理主要是基于清洗液在超声波作用下产生空化效应的结果 空化效应产生的强烈冲击液直接作用到被清洗的部位 使污物遭到破坏 并从被清洗表面脱落下来 超声波清洗装置 4 超声波焊接 超声波焊接就是利用超声振动作用去除工件表面的氧化膜 使工件露出本体表面 使两个被焊工件表面在高速振动撞击下摩擦发热并亲和粘在一起它可以焊接尼龙 塑料及表面易生成氧化膜的铝制品 还可以在陶瓷等非金属表面挂锡 挂银 从而改善这些材料的可焊性 5 复合加工 在超声波加工硬质合金 耐热合金等硬质金属材料时加工速度低 工具损耗大 为了提高加工速度和降低工具损耗 采用超声波 电解加工或电火花加工相结合来加工喷油嘴 喷丝板上的孔或窄缝 这样可大大提高生产率和质量 在切削加工中引入超声波振动即超声振动切削 例如对耐热钢 不锈钢等硬韧材料进行车削 钻孔 攻螺纹时 经过几十年的发展 已经日趋成熟 作为一种精密加工和难切削材料加工中的新技术 可以降低切削力 降低表面粗糙度值 延长刀具使用寿命及提高生产率等 目前 在国内应用较多的主要有 超声振动车削 超声振动磨削 超声振动加工深孔 小孔和攻丝 铰孔等 先进制造工艺发展趋势 1 采用模拟技术 优化工艺设计 2 成形精度向近无余量方向发展 3 成形质量向近无 缺陷 方向发展 4 机械加