机械加工工艺基础

第六章 其他加工技术,6.1 直接成形技术6.2 胶接技术,下一页,6.1 直接成形技术,6.1.1 爆炸成形爆炸成形有半封闭式和封闭式两种。图6-1（a）是半封闭式爆炸成形示意图。坯料钢板用压边圈压在模具上，并用黄油密封。将模具的型腔抽成真空，炸药放入介质中，介质多用普通的水。炸药爆炸，时间极短，功率极大，1 kg的炸药的爆炸功率可达450万千瓦。 图6-1（b）是封闭式爆炸成形示意图。坯料管料放入上、下模的型腔中，炸药放入管料内。炸药爆炸后即可获得与模具型腔轮廓形状相符的异形管状零件。爆炸成形多用于单件小批生产中尺寸较大的厚板料的成形（图6-2(a)），或形状复杂的异形管子成形（图6-2(b)）。爆炸成形多在室外进行。,下一页,图6-1 爆炸成形示意图,返回,图6-2 爆炸成形应用实例,返回,6.1 直接成形技术,6.1.2 液压成形图6-3是液压成形示意图。坯料是一根通直光滑管子，油液注入管内。当上、下活塞同时推压油液时，高压油液迫使原来的直管壁向模具的空腔处塑性变形，从而获得所需要的形状。零件液压成形多用于大批大量生产中薄壁回转零件。图6-4（a）为自行车中接头零件，原来采用5 mm厚的低碳钢钢板冲压、焊接而成，需要经过落料、冲4个孔、4个孔口翻边、卷管、焊缝等15道工序。,下一页,上一页,图6-3 液压成形示意,返回,图6-4 液压成形的应用,返回,6.1 直接成形技术,6.1.3 旋压成形 图6-5（a）所示为卧式车床上旋压成形示意图。旋压模型安装在三爪卡盘上，板料坯料顶压在模型端部，旋压工具形似圆头车刀（无刀刃），安装在方刀架上。模型和工具的材料均比工件材料软，多用木料或软金属制成。坯料旋转，工具从右端开始，沿模型母线方向缓慢向左移动，即可旋压出与模型外轮廓相符的壳状零件。旋压成形要求工件材料具有很好的塑性，否则成形会很困难。旋压成形适用于壳状回转零件或管状零件，如日常生活中的铝锅、铝盆、金属头盔以及各种弹头、航空薄管等（图6-6）。,下一页,上一页,图6-5 旋压成形示意,返回,图6-6 旋压成形的应用,返回,6.1 直接成形技术,6.1.4 喷丸成形喷丸本来是一种表面强化工艺。这里的喷丸成形是指利用高速金属弹丸流撞击金属板料的表面，使受喷表面的表层材料产生塑性变形，逐步使零件的外形曲率达到要求的一种成形方法，如图6-7所示。6.1.5 快速原型制造快速原型制造（Rapid Prototype Manufacturing）技术问世于20世纪80年代中期，并在90年代末期得到了很大发展，是近二十年来制造技术领域的一次重大突破。,下一页,上一页,图6-7 喷丸成形示意图,返回,6.1 直接成形技术,一、 立体打印法立体打印法（Stereolithgraphy apparatus，SLA）也称光固化法、立体刻或称光造型法，是目前世界上研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的快速成形制造方法。它是使用液态光敏树脂作为成型材料。如图6-9所示，成形过程中，液槽中盛满液态光固化树脂，工作台在液面下，计算机控制紫外激光束聚集后的光点按零件的各分层截面信息在树脂表面进行逐步扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而硬化，形成零件的一个薄层。,下一页,上一页,图6-9 立体打印法成形原理,返回,6.1 直接成形技术,立体打印的主要优点是： (1） 制造精度高（0.1 mm）、表面质量好、原材料利用率接近100%。 （2）能制造形状特别复杂及特别精细的零件，尤其适合壳体形零件制造。 （3）适合用成形材料较脆（特别是加工零件时必须制作支撑）、材料固化中伴随一定的收缩（甚至可能导致零件变形）的材料制造所需零件。立体打印的主要缺点是光固化树脂有一定的毒性，不符合发展绿色制造的要求。,下一页,上一页,6.1 直接成形技术,二、 叠层法叠层法（Laminated Object Manufacturing，LOM）也称实体制造法，如图610，在成形过程中首先在基板上铺上一层箔材（如箔纸等），再用一定功率的CO2激光器在计算机控制下按分层信息切出轮廓，同时将非零件的多余部分按一定网格形状切成碎片去除掉。 叠层法的主要特点有： (1) 不需要制作支撑；激光只作轮廓扫描，而不需填充扫描，成形效率高；运行成本低；成形过程中无相变且残余应力小，适合于加工较大尺寸的零件。 (2) 材料利用率较低，表面质量较差。,下一页,上一页,图6-10 叠层法,返回,6.1 直接成形技术,三、 激光选区烧结法激光选区烧结法（SelectiVe Laser Sintering，SLS）采用CO2激光器作为能源，成形材料常选用粉末材料（如蜡粉、塑料粉、金属粉和陶瓷粉等）。 成形过程中，先将粉末材料预热到稍低于其熔点的温度，再在刮平辊子的作用下将粉末铺平，CO2激光器在计算机控制下按分层截面信息有选择地烧结，上一层完成后再作下一层烧结，直到整个零件成形完毕，最后去掉多余粉末材料。如图6-11所示。,下一页,上一页,6.1 直接成形技术,激光选区烧结法的主要特点有： (1) 不需要制支撑；成形零件的机械性能好，强度高。 (2) 粉末较松散，烧结后精度不高，Z轴精度难以控制。四、 熔融沉积法熔融沉积法（Fused Deposition Modeling，FDM）在成形过程中喷头喷出的熔融材料在X-Y工作台的带动下，按截面形状铺在底版上，逐层加工，最后制作出所需零件。 这种方法的主要特点有： (1) 成形零件的机械性能好、强度高；成形材料的来源广、成本低、无异味；为提高加工效率，可采用多个喷头同时工作。 (2) 成形精度不高，不适合制作复杂精细结构的零件。,下一页,上一页,图6-11 激光选区烧结法,返回,6.1 直接成形技术,五、 掩膜固化法 该法在成形过程中先由电子成像系统在一块特殊的玻璃板上通过曝光和高压充电，产生与截面形状一致的静电潜像，并吸附上碳粉，再以此为“底片”，采用紫外光束对涂敷有一个薄层光敏树脂的基面进行曝光，形成与截面形状一致的薄化层；再将多余的液态树脂吸走，用石蜡填充截面中的空缺部分，再用铣刀将截面铣削平整。该法的主要特点有： (1) 成形效率高，不需要制作支撑就能加工大尺寸的零件，每一层均经过铣削，加工过程中树脂的收缩变形不会影响零件的最终尺寸精度。 (2) 树脂和石蜡的浪费较大、工序较复杂。,返回,上一页,6.2 胶接技术,6.2.1 胶接原理及特点一、 胶接原理胶接技术在机械制造中应用很广。它可以在一定条件下，用胶粘剂将两个零件牢固地连接在一起，并使其接合处具有足够强度。胶粘剂能够将两个零件牢固地连接起来的原因在于胶粘剂和被黏物表面间发生了机械、物理及化学作用。1 机械作用 2 扩散作用 3 吸附作用 4 化学作用 ,下一页,6.2 胶接技术,二、 胶接的特点1 胶接的优点 (1) 可连接金属、木材、工程塑料、复合材料及陶瓷等材料，甚至于各种不同材料之间也可相互连接。 (2) 接头为面际连接，应力分布均匀，减少了薄板结构由于焊、铆、螺栓连接引起的应力集中和局部翘曲，可大幅地提高疲劳寿命。 (3) 接头密封性好。采用胶-焊、胶-铆、胶-螺等复合连接可以提高接头承载能力和密封性.,下一页,上一页,6.2 胶接技术,(4) 在大批量生产中可节省工时，降低成本（约20%）。 (5) 工艺过程易实现机械化和自动化。2 胶接的缺点 (1) 耐老化性、耐高温性和耐溶剂性比较差 (2) 胶接质量比较难于检查 (3) 胶接强度的分散性比较大 (4) 胶接工艺的控制要求比较严。,下一页,上一页,6.2 胶接技术,6.2胶粘剂的组成与分类一、 合成胶粘剂的组成在采用合成高分子化合物作为胶粘剂之前，人们多用水溶剂的天然胶粘剂，如动物性鱼胶和骨胶、植物性的糊精和淀粉等，其组分较简单。而人工合成的胶粘剂则由下列组分按一定的比例配制而成。1 粘料胶粘剂的基本组分之一，对胶粘剂的性能如胶接强度、耐热性等起着决定性作用。 2 增韧剂用于增加胶粘剂的韧性和提高胶接接头的抗剥离和抗冲击能力。,下一页,上一页,6.2 胶接技术,3 稀释剂用于降低胶粘剂的粘度，增加对被粘物表面的浸润能力并便于施工。 4 填料用于提高胶粘剂的强度、硬度和耐热性，降低热膨胀系数和收缩率以及降低成本等。 5 固化剂又称为硬化剂，是普通环氧树脂胶粘剂中不可缺少的成分。,下一页,上一页,6.2 胶接技术,二、 胶粘剂的分类胶粘剂按用途可以进行如下分类。1 结构胶能承受较大载荷，常用于受力零部件的胶接。常用的结构胶有环氧-丁腈胶和酚醛-丁腈胶等。2 修补胶主要用于汽车、拖拉机零部件以及其他机电设备的维修。这类胶的使用工艺简单，但工作温度一般不高于100 。常用的修补胶有环氧树脂胶等。,下一页,上一页,6.2 胶接技术,3 密封胶主要用于密封机械连接接头，以代替橡胶、石棉等固体垫片。常用的密封胶有尼龙密封胶和厌氧密封胶等。4 软质材料用胶主要用于橡胶、塑料和纤维织物等软质材料的胶接。常用的有有机玻璃胶、氯丁橡胶和聚氨酯胶等。5 特种胶主要用于导电、导磁、耐高温和耐超低温等特殊场合。常用的特种胶有酚醛树脂导电胶、聚酰亚胺高温胶和聚氨酯超低温胶等。,下一页,上一页,6.2 胶接技术,6.2.3 胶接工艺 一、 表面清理为了保证胶接强度，胶接件的待胶接表面必须去除油污和锈蚀等并保持清洁。常用的表面清理方法有以下几种：1 表面清洗对于大批量的小型胶接件，可在三氯乙烯蒸槽内放置半分钟左右，就能有效地去除油污。 2 机械处理采用机械处理，一方面是为了去除锈蚀与油污，另一方面为了使胶接表面具有合适的表面粗糙度，以利于胶接。,下一页,上一页,6.2 胶接技术,3 化学及电化学处理金属材料的等胶接表面采用化学及电化学处理后，可形成一层均匀、坚实和有适当表面粗糙度的活性表面层，能大大提高胶接强度。尤其像聚乙烯和聚四氟乙烯等材料，如果不进行表面化学处理，几乎不可能进行胶接。二、 涂胶待胶接表面经处理后最好立即涂胶，以免表面再次污染。涂胶的原则是在保证两贴合面不缺胶的情况下越薄越好。,下一页,上一页,6.2 胶接技术,三、 合拢合拢工序取决于胶粘剂的类型。对于无溶剂胶，涂胶均匀后即可合拢；对于有溶剂胶，涂胶后一般在室温条件下，保持环境清洁，等溶剂全部挥发后再进行合拢。四、 固化固化指的是胶接界面间胶粘剂的硬化并达到所期望的连接强度。 1 压力胶粘剂固化时，应依据其种类的不同施加一定压力。施加压力有如下作用： (1) 有利于排除胶液中残留的溶剂并限制低分子挥发物及溶剂逸出时由于鼓泡而形成气孔；,下一页,上一页,(2) 可使涂胶表面紧密接触，对于流动性较差的胶粘剂尤其有利； (3) 有利于控制胶层厚度，形成均匀胶层。2 温度和时间每种胶粘剂都有一定的固化温度与固化时间。在一定范围内固化温度与时间是两个相互制约的工艺参数。6.2.4 胶接接头设计 一、 接头受力形式在实际工作中，胶接接头的受力情况相当复杂。但归纳起来，大体有以下四种基本形式（图6-14）。 ,下一页,上一页,图6-14 胶接接头的基本形式,返回,6.2 胶接技术,二、 接头设计原则在一般情况下，胶粘剂承受拉伸和剪切作用的能力要比承受剥离和劈裂作用的能力大得多，因此在设计接头时，应遵循下列基本原则：1 尽可能使接头承受拉伸和剪切作用力2 增加接头胶接面积为了提高接头的承载能力，应尽量增大胶接面积（图6-16）。 3 采用复合连接形式为了使胶接接头能承受较大的作用力，常采用胶-焊、胶-铆、胶-螺等多种复合连接方式（图6-17）。,下一页,上一页,图6-16 增大胶接面积,返回,图6-17 胶接的复合连接,返回,6.2 胶接技术,三、 常见接头形式常见的胶接接头形式有三种：平板接头、平板与型材接头以及管材、棒材接头三种形式。1 平板接头形式平板的接头形式很多，常用的有单面搭接、斜面搭接、V形嵌接和盖板对接等（图6-18）。2 平板与型材接头形式平板与型材接头有T型、L型和型三种形式（图6-19）。3 管材、棒材接头形式常见的管材、棒材接头形式如图6-20所示。,下一页,上一页,图6-18 平板接头形式,返回,图6-19 平板与型材接头形式,返回,图6-20 管材与棒材接头形式,返回,6.2 胶接技术,6.2.5 胶接件质量的检验一、 用肉眼或放大镜检查胶缝中挤出的胶液用肉眼或放大镜检查胶缝中挤出的胶液，如沿整个胶缝形成均匀胶瘤，表明固化压力均匀，涂胶量适当；如胶液仅局部挤出或全部没有挤出，表明胶层薄或压力不均匀；如挤出的胶液有气泡，表明涂胶后晾置时间短，或室温低，溶剂挥发不彻底。二、 用木制或尼龙小锤敲击胶合处用木制或尼龙小锤敲击胶合处，清脆的音响回声表明胶接质量良好，沉闷的回声则表明胶层有缺陷。上述两种方法只能作定性判断，不能确定具体的脱胶范围和程度。,下一页,上一页,6.2 胶接技术,三、 超声波探伤法、声阻法、激光全息照相、液晶法用超声波探伤法、声阻法、激光全息照相和液晶法检验胶接件的质量，只可定量判断。在要求胶接质量极高的情况下，还要做部件性抽验，或随产品在同样条件下做随炉试验件，然后对试验作各种破坏性试验。6.2.6 胶接应用一、 机械连接密封机械连接的密