精密加工和特种加工简介

1、精密加工和特种加工简介精密加工和特种加工简介2 近年来随着科技的进步和生产的发展近年来随着科技的进步和生产的发展,出现的出现的许多由坚硬而又难加工材料制成的，具有精密公差尺寸许多由坚硬而又难加工材料制成的，具有精密公差尺寸和低表面粗糙度的复杂零件的加工，许多新的加工方法和低表面粗糙度的复杂零件的加工，许多新的加工方法应运而生。这些方法本章指精密加工和应运而生。这些方法本章指精密加工和“现代加工方法现代加工方法”或或“特种加工工艺特种加工工艺”。 精整加工是生产中常用的精密加工，它是指精整加工是生产中常用的精密加工，它是指在精加工之后从工件上切除很薄的材料层在精加工之后从工件上切除很薄的材料层,

2、 ,以以提高提高精密加工和特种加工简介3 工件精度和减少表面粗糙度值为目的的加工方法工件精度和减少表面粗糙度值为目的的加工方法, ,如研磨、如研磨、珩磨等。珩磨等。 光整加工是指不切除或从工件上切除极薄材料层，光整加工是指不切除或从工件上切除极薄材料层，以降低表面粗糙度为目的的加工方法，如超精加工、抛以降低表面粗糙度为目的的加工方法，如超精加工、抛光等。光等。 研磨是用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极研磨是用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极薄表面层的精加工方法。薄表面层的精加工方法。 精密加工和特种加工简介4 采用不同的研磨工具采用不同的研磨工具( (如研磨心棒、研磨套、研磨平板如研磨

3、心棒、研磨套、研磨平板等等) )可对内圆、外圆和平面等进行研磨。可对内圆、外圆和平面等进行研磨。 图示图示为研磨外圆的工具。研磨套为研磨外圆的工具。研磨套2 2由夹套由夹套1 1夹持，它夹持，它的孔内有螺旋槽可贮藏研磨剂。其上还有一条内外相通的孔内有螺旋槽可贮藏研磨剂。其上还有一条内外相通的直槽，使其有一定胀缩性。的直槽，使其有一定胀缩性。 为了磨料能嵌入研磨套的内表面，研磨套的材应软为了磨料能嵌入研磨套的内表面，研磨套的材应软些，常用的是铸铁。些，常用的是铸铁。 研磨时先在工具表面涂上一层均匀的研磨剂研磨时先在工具表面涂上一层均匀的研磨剂, ,将该工将该工具套在工件上具套在工件上, ,并调节

4、好配合的松紧程度并调节好配合的松紧程度, ,精密加工和特种加工简介5 然后让工件旋转，手持研磨工具在轴向来回移然后让工件旋转，手持研磨工具在轴向来回移 动，直动，直至达到研磨的要求为止至达到研磨的要求为止 。 研磨剂是很细的磨料研磨剂是很细的磨料( (粒度为粒度为W14W14W15)W15)、研磨液、研磨液和辅助材料的混合剂。和辅助材料的混合剂。 常用的有液态研磨剂、研磨膏和固体研磨剂（研磨常用的有液态研磨剂、研磨膏和固体研磨剂（研磨皂）三种。皂）三种。 主要起研磨、吸附、冷却和润滑等作用。主要起研磨、吸附、冷却和润滑等作用。 1)1)精度高质量好精度高质量好精密加工和特种加工简介6 经研磨后

5、的工件表面经研磨后的工件表面, ,尺寸精度可达尺寸精度可达IT4IT4IT1IT1级级; ; 表面粗糙度值可减小到。形状精度表面粗糙度值可减小到。形状精度 亦可相应提高。亦可相应提高。 2)2)生产效率低，加工余量小。生产效率低，加工余量小。 3) 3) 研磨剂易飞溅，污染环境。研磨剂易飞溅，污染环境。 在现代制造业中研磨应用很广，许多精密量块、在现代制造业中研磨应用很广，许多精密量块、量规、齿轮、钢球、喷油嘴、石英晶体、陶瓷元件、光量规、齿轮、钢球、喷油嘴、石英晶体、陶瓷元件、光学镜头及棱镜等零件均需研磨。学镜头及棱镜等零件均需研磨。精密加工和特种加工简介7二、珩磨二、珩磨 利用珩磨工具对工

6、件表面施加一定压力，珩磨工具利用珩磨工具对工件表面施加一定压力，珩磨工具同时作往复振动、相对旋转和直线往复运动，切除工件同时作往复振动、相对旋转和直线往复运动，切除工件上极小余量的工件精加工上极小余量的工件精加工方法方法。 一般珩磨后可将工件的形状和尺寸精度提高一级，一般珩磨后可将工件的形状和尺寸精度提高一级，表面粗糙度表面粗糙度R Ra a值可达。珩磨加工的工件表面质量特性值可达。珩磨加工的工件表面质量特性好、加工精度和好、加工精度和精密加工和特种加工简介8 加工效率高，加工应用范围广、经济性好。加工效率高，加工应用范围广、经济性好。（又名：超级光磨）（又名：超级光磨） 用细粒度的磨具对工件

7、施加一定压力，并作往复振用细粒度的磨具对工件施加一定压力，并作往复振动和慢速纵向进给运动，以实现微量磨削的一种光整加动和慢速纵向进给运动，以实现微量磨削的一种光整加工工方法方法。 磨具与工件之间的运动如下：磨具与工件之间的运动如下： 1)1)工件作低速旋转运动工件作低速旋转运动,工工3 320m/min; 20m/min; 2) 2)油石磨具作往复振动油石磨具作往复振动, ,每分钟振动次每分钟振动次, , 精密加工和特种加工简介9 振幅为振幅为3 35mm5mm； 3)3)磨具作纵向进给运动磨具作纵向进给运动, ,进给量进给量f f纵纵为为0.15 mm/r0.15 mm/r。 超精加工能加工

8、钢、铸铁、铜合金、铝合金、陶瓷超精加工能加工钢、铸铁、铜合金、铝合金、陶瓷 、玻璃、硅和锗等各种金属与非金属玻璃、硅和锗等各种金属与非金属, ,可以加工外圆、平可以加工外圆、平面、内孔和各种曲面。面、内孔和各种曲面。 尤其适用加工内燃机曲轴、凸轮轴、活塞、活塞销尤其适用加工内燃机曲轴、凸轮轴、活塞、活塞销等的光整加工。等的光整加工。 精密加工和特种加工简介10 超精加工可在普通车床、外圆磨床上进行，对于批超精加工可在普通车床、外圆磨床上进行，对于批量较大的生产则宜在专用机床上进行。工作时应充分地量较大的生产则宜在专用机床上进行。工作时应充分地加润滑油，以便形成油膜和清洗极细地磨屑。加润滑油，以

9、便形成油膜和清洗极细地磨屑。 超精加工后地工件表面粗糙度超精加工后地工件表面粗糙度R Ra a值约在之间。值约在之间。 抛光是利用机械、化学或电化学地作用，使工件获抛光是利用机械、化学或电化学地作用，使工件获的光亮、平整表面的加工方法的光亮、平整表面的加工方法 精密加工和特种加工简介11 抛光的主要工具用品有软轮和磨膏等。抛光的主要工具用品有软轮和磨膏等。 软轮用皮革、毛毡、帆布等材料叠制而成，具有一软轮用皮革、毛毡、帆布等材料叠制而成，具有一定的弹性，以便抛光时能按工件形状而变形，增加抛光定的弹性，以便抛光时能按工件形状而变形，增加抛光面积或加工曲面。面积或加工曲面。 磨膏由磨料和油脂磨膏由

10、磨料和油脂( (包括硬脂酸、煤油、石蜡等）包括硬脂酸、煤油、石蜡等）配置而成。配置而成。 磨料的种类取决于工件材料，如：钢制零件抛光可磨料的种类取决于工件材料，如：钢制零件抛光可选用氧化铁粉及刚玉；铸铁件抛光可选用氧化铁粉及碳选用氧化铁粉及刚玉；铸铁件抛光可选用氧化铁粉及碳化硅粉；有色合金抛光宜选用氧化铬及金刚砂。化硅粉；有色合金抛光宜选用氧化铬及金刚砂。精密加工和特种加工简介12 抛光是安排在工件精加工之后进行，抛光之后的工抛光是安排在工件精加工之后进行，抛光之后的工件，粗糙度件，粗糙度R Ra a值可达值可达0.012m,0.012m,并能明显增加光亮度，并能明显增加光亮度，但不能甚至不能

11、保持原有的精度。但不能甚至不能保持原有的精度。 抛光可在抛光机或砂带磨床上进行。抛光可在抛光机或砂带磨床上进行。 现代加工方法是不仅用机械能而且更多的应现代加工方法是不仅用机械能而且更多的应 用电能、化学能、声能、光能、磁能等进行加工。用电能、化学能、声能、光能、磁能等进行加工。这些加工方法这些加工方法, ,在某种意义上说在某种意义上说, ,即不使用普通即不使用普通精密加工和特种加工简介13 刀具来切削工件材料刀具来切削工件材料,而是直接利用能量进行加工而是直接利用能量进行加工,与与传统的切屑加工相比较传统的切屑加工相比较,具有以下特点：具有以下特点： 切除材料的能量不主要靠机械能，主要为其切

12、除材料的能量不主要靠机械能，主要为其他形式的能量；他形式的能量； “以柔克刚以柔克刚” 工具材料的硬度可低于工件材料工具材料的硬度可低于工件材料的硬度，或者有传统意义的刀具。的硬度，或者有传统意义的刀具。 在加工过程中在加工过程中, ,工具与工件之间不存在显著的机工具与工件之间不存在显著的机械切削力械切削力. .相应的切削物理现象不明显。相应的切削物理现象不明显。 加工能量易于控制、转换，可复合成新加工能量易于控制、转换，可复合成新精密加工和特种加工简介14 的工艺技术，适应加工范围广。的工艺技术，适应加工范围广。 电火花加工是基于脉冲放电蚀除原理产生的电火花加工是基于脉冲放电蚀除原理产生的,

13、 ,故又称故又称放电加工或电蚀加工。放电加工或电蚀加工。 电火花加工电火花加工原理图原理图, ,由脉冲电源、自动进给调节装置、由脉冲电源、自动进给调节装置、工作液循环系统、工具电极等组成。工作液循环系统、工具电极等组成。 加工时，脉冲电源的一极接工具电极加工时，脉冲电源的一极接工具电极, ,另一极接工另一极接工件电极。两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用件电极。两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油）中。煤油或矿物油）中。精密加工和特种加工简介15 工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（工

14、件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.010.050.010.05）。）。 当脉冲电压当脉冲电压(100v(100v左右左右) )加到两极之间，由于工具电加到两极之间，由于工具电极和工件之间的表面不是完全平滑的，而是存在着凹凸极和工件之间的表面不是完全平滑的，而是存在着凹凸不平处，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，不平处，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。形成放电通道。 由于通道的截面积很小由于通道的截面积很小, ,放电时间极短放电时间极短, ,致使能量高致使能量高度集中度集中(10(106 610107 7w/w/2 2), ),放电区域产生瞬间放电区域产生瞬间精

15、密加工和特种加工简介16 高温高温(5000)(5000)足以使材料熔化甚至汽化，以致形成一个足以使材料熔化甚至汽化，以致形成一个小凹坑。小凹坑。 第一次脉冲放电结束之后，间隔极短时间，第二个第一次脉冲放电结束之后，间隔极短时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。脉冲又在另一极间最近点击穿放电。 如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。当然工具也有损耗。要的加工表面。当然工具也有损耗。 精密加工和特种加工简介17 可加工任何硬、脆、软

16、、韧和高熔点的导电材可加工任何硬、脆、软、韧和高熔点的导电材料，如硬质合金、导电陶瓷、不锈钢、钛合金、工业纯料，如硬质合金、导电陶瓷、不锈钢、钛合金、工业纯铁、人造聚晶金刚石等，还可加工半导体和非导体材料。铁、人造聚晶金刚石等，还可加工半导体和非导体材料。 加工时，工具与工件不接触，加工时，工具与工件不接触，“切削力切削力”极小。极小。故适合于低刚度工件和微细结构的加工。特别适合加工故适合于低刚度工件和微细结构的加工。特别适合加工复杂截面的形孔和形腔。复杂截面的形孔和形腔。 由于脉冲放电持续时间极短，加工表面的影响由于脉冲放电持续时间极短，加工表面的影响极小。故可加工热敏感性很强的材料；极小。

17、故可加工热敏感性很强的材料；精密加工和特种加工简介18 加工的表面，由许多小的弧坑组成，有助于油膜加工的表面，由许多小的弧坑组成，有助于油膜形成，改善润滑。形成，改善润滑。 调整脉冲参数，可以在同一台机床上依次进行粗、调整脉冲参数，可以在同一台机床上依次进行粗、精加工；精加工； 易于实现自动控制。易于实现自动控制。精密加工和特种加工简介19 电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解的原电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解的原理理, ,将零件加工成形的一种方法将零件加工成形的一种方法 。 电解加工的过程如电解加工的过程如图图。加工时。加工时, ,工件接直流电源的正工件接直流电源的正极极( (

18、阳极阳极) )，按形状要求制成的工具接，按形状要求制成的工具接精密加工和特种加工简介20 负极负极( (阴极阴极) ) 两极间保持两极间保持0.11mm0.11mm的间隙，具有一定压力的间隙，具有一定压力（）的电解液从两极间隙中高速（）的电解液从两极间隙中高速(560m/s)(560m/s)流过。流过。 接通直流电源后，工具阴极的凸出部分与工件阳极接通直流电源后，工具阴极的凸出部分与工件阳极的电极间隙最小，此处的电流密度最大，单位时间内消的电极间隙最小，此处的电流密度最大，单位时间内消耗的电量最多。耗的电量最多。 根据法拉第定律，金属阳极的溶解量与通过的电量根据法拉第定律，金属阳极的溶解量与通

19、过的电量成正比。成正比。精密加工和特种加工简介21 因此工件上与工具阴极凸起部位的对应部位比其他因此工件上与工具阴极凸起部位的对应部位比其他地方溶解迅速地方溶解迅速, ,并随即被高速的电解液冲走。并随即被高速的电解液冲走。 同时工具阴极以一定速度同时工具阴极以一定速度(0.53mm/min)(0.53mm/min)向工件进向工件进给给, ,达到预定的加工深度时达到预定的加工深度时, ,就获需形状。就获需形状。 加工范围广，不受材料本身硬度、强度的限制，加工范围广，不受材料本身硬度、强度的限制，高硬、高强度及韧性的导电材料。可加工各种复杂形面。高硬、高强度及韧性的导电材料。可加工各种复杂形面。精

20、密加工和特种加工简介22 无机械切削力和切削热作用无机械切削力和切削热作用 工件不会产生残余应力、变形及加工变质层，也没工件不会产生残余应力、变形及加工变质层，也没有飞边毛剌。有飞边毛剌。 加工精度高加工精度高 可达至；表面粗糙度可达至；表面粗糙度RaRa值一般可达，最小值一般可达，最小RaRa值可达。值可达。 工具无损耗寿命常工具无损耗寿命常 在加工中，工具只发生氢气和沉淀而无溶解作用，在加工中，工具只发生氢气和沉淀而无溶解作用，理论上无损耗，使用寿命长。理论上无损耗，使用寿命长。精密加工和特种加工简介23 生产率较高生产率较高 为电火花加工的为电火花加工的510510倍，有时甚至高于机械切

21、削。倍，有时甚至高于机械切削。 缺点也不少缺点也不少 电解加工的附属设备多，造价高，占地面积大，加电解加工的附属设备多，造价高，占地面积大，加工稳定性不高。电解液有腐蚀性，电解产物有污染，也工稳定性不高。电解液有腐蚀性，电解产物有污染，也应引起重视。应引起重视。 近年来电解加工工艺的应用研究有很大发展近年来电解加工工艺的应用研究有很大发展, ,精密加工和特种加工简介24 除了在加工炮膛膛线外，在花键孔、深孔、内除了在加工炮膛膛线外，在花键孔、深孔、内齿轮、链轮、叶片、异形零件及模具等方面获得广泛的齿轮、链轮、叶片、异形零件及模具等方面获得广泛的应用。应用。 电火花加工的生产率较低电火花加工的生

22、产率较低, ,因此对精因此对精度要求不太高的矿山机械、农机、拖拉机零件用锻模，度要求不太高的矿山机械、农机、拖拉机零件用锻模，正逐渐采用电解加工。正逐渐采用电解加工。 叶身形面形状叶身形面形状复杂复杂，精度要求高，精度要求高，加工量大，用电解加工，比机械加工工期短、效率高，加工量大，用电解加工，比机械加工工期短、效率高，质量好。质量好。 精密加工和特种加工简介25 是靠阳极金属的电化学溶液（占是靠阳极金属的电化学溶液（占95959898）和机）和机械磨削作用（占械磨削作用（占 2 25 5）相结合进行的复合加工。）相结合进行的复合加工。 它集中了两者的优点，用于磨削各种硬质合金、量它集中了两者

23、的优点，用于磨削各种硬质合金、量具、涡轮叶片榫头、蜂窝结构件、轧辊、拉丝磨孔等复具、涡轮叶片榫头、蜂窝结构件、轧辊、拉丝磨孔等复杂形面的零件。杂形面的零件。 代替传统的钳工操作代替传统的钳工操作, ,提高工效提高工效, ,节约费用。节约费用。 精密加工和特种加工简介26 电解加工还应用于电解加工还应用于等工艺过程中。等工艺过程中。 三、超声加工三、超声加工 又名又名超声波加工超声波加工 加工时，在工件和工具之间加入液体（水或煤油）加工时，在工件和工具之间加入液体（水或煤油）和磨料混合的悬浮液，并使工具以很小的力和磨料混合的悬浮液，并使工具以很小的力F F轻轻压在轻轻压在工件上。工件上。精密加工

24、和特种加工简介27 超声波发生的超声频振荡，通过换能器转换成超声波发生的超声频振荡，通过换能器转换成16000H16000Hz z以上的超声频纵向振动，并借助于变幅杆把振以上的超声频纵向振动，并借助于变幅杆把振幅放大到左右。幅放大到左右。 变幅杆驱动工具作超声振动，并以工具端面迫使工变幅杆驱动工具作超声振动，并以工具端面迫使工作液中悬浮的磨粒以很大的速度不断撞击和研磨工件表作液中悬浮的磨粒以很大的速度不断撞击和研磨工件表面，把工件加工区域内的材料破碎成很细的微粒并打击面，把工件加工区域内的材料破碎成很细的微粒并打击下来。下来。 既然是基于局部的撞击作用，可见，越是硬既然是基于局部的撞击作用，可

25、见，越是硬脆的材料，受到的破坏越大，也就越好加工。脆的材料，受到的破坏越大，也就越好加工。精密加工和特种加工简介28 反之，脆性和硬度不大的塑性材，由于有缓冲反之，脆性和硬度不大的塑性材，由于有缓冲作用而难加工。作用而难加工。2. 2.超声加工的特点超声加工的特点 如如4545号钢，做成较复杂的形状，故工具和工件间无号钢，做成较复杂的形状，故工具和工件间无须复杂的相对运动，因此超声波机床的结构简单，操作、须复杂的相对运动，因此超声波机床的结构简单，操作、维修也方便。维修也方便。 精密加工和特种加工简介29 加工过程中工具对工件材料的宏观作用力小，热影加工过程中工具对工件材料的宏观作用力小，热影

26、响小，不致引起变形及烧伤，表面粗糙度也较低，响小，不致引起变形及烧伤，表面粗糙度也较低，RaRa值值可达可达10.1m, 10.1m, 加工精度可达加工精度可达0.020.01 mm 0.020.01 mm 。 磨粒硬度一般应比被加工材料高，虽加工精度高，磨粒硬度一般应比被加工材料高，虽加工精度高，但工具磨损大，生产效率低。但工具磨损大，生产效率低。 3. 3.超声加工的应用超声加工的应用 超声加工虽生产率低，但其加工精度、表面粗糙度超声加工虽生产率低，但其加工精度、表面粗糙度都较理想，能加工半导体，非导体的硬脆都较理想，能加工半导体，非导体的硬脆精密加工和特种加工简介30 材料，如石英、宝石

27、、钨及钨合金、玛瑙等。材料，如石英、宝石、钨及钨合金、玛瑙等。另外，如另外，如宝石轴承、拉丝模、喷丝头，还可以用于超声抛光、光宝石轴承、拉丝模、喷丝头，还可以用于超声抛光、光整加工、复合加工等许多方面。整加工、复合加工等许多方面。精密加工和特种加工简介31精密加工和特种加工简介32精密加工和特种加工简介33精密加工和特种加工简介34精密加工和特种加工简介35精密加工和特种加工简介36 适宜加工纯洁高的要求适宜加工纯洁高的要求 精密加工和特种加工简介37精密加工和特种加工简介38 基本原理基本原理: : 和电子束加工基本类似，在真空条件下，将离子源和电子束加工基本类似，在真空条件下，将离子源产生

28、的离子束经过加速聚焦，打到工件表面。不同的是产生的离子束经过加速聚焦，打到工件表面。不同的是离子带正电荷，其质量比电子大数离子带正电荷，其质量比电子大数精密加工和特种加工简介39 千、数万倍，如氩离子的质量是电子的万倍，故离千、数万倍，如氩离子的质量是电子的万倍，故离子加速到较高速度时，比电子束具有更大的撞击动能，子加速到较高速度时，比电子束具有更大的撞击动能，它是靠微观的机械撞击能量而不是靠动能转化为热能来它是靠微观的机械撞击能量而不是靠动能转化为热能来加工的。加工的。 精细加工，可控性好精细加工，可控性好 是所有现代加工中最精密、最微细的加工方法。是所有现代加工中最精密、最微细的加工方法。 高真空加工，污染少高真空加工，污染少 精密加工和特种加工简介40 尤其适宜对易氧化的金属、合金材料和高纯度半导尤其适宜对易氧化的金属、合金材料和高纯度半导体材料的加工。体材料的加工。 压力小压力小, ,变形小变形小 加工中产生应力、变形也小加工中产生应力、变形也小, ,加工工