sqy精密成形技术课程学习报告

1、精密成形技术课程学习报告班级：模具一班姓名：孙泥煤学号： 指导老师：王雷雷 超精密切削加工技术1.加工机理要实现精密、超精密切削加工，就要应用“创造性”加工原则来完成加工，即使用精度低于被加工零件精度要求的“工作母机”，再借助于工艺手段和特殊工具、计算机技术、传感器技术等,直接或间接加工出所需工件来。这样就可以使“工作母机”的精度降低一些。但是，即使如此，对“工作母机”的高质量要求仍然是获得工件高质量加工的关键。要对工件精密、超精密切削加工，就要求对工件作微量切削，而要保证微量切削的稳定进行，符合工件的加工要求，就需要有完备的、高质量的工艺系统，如机床主轴有极高的回转精度，机床导轨具有高的直线

2、度与平行度，机床应有高精度的微量进给机构；切削用的刀具切削刃口半径极小等等。除此之外，整个工艺系统要考虑将热、力、振动等干扰因素减至最低，稳定、净化的加工环境，包括温度、湿度、除尘、隔振等应与加工精度水平相适应。2.主要设备1）精化的加工机床：机床是整个切削加工过程中极为重要、关键的一环，而机床中最重要、最关键的又是主轴轴系的静态、动态回转精度问题。要获得极高的回转精度，主轴轴系的结构必须简单又便于加工。 2）合适的切削刀具：超精密加工的零件尺寸公差、形位公差都十分小，表面粗糙度值仅有百分之几微米，加工时必须在工件十分稳定的条件下作微量切削。金刚石刀具超精密切削是20世纪60年代出现的超精密加

3、工技术，是最典型也是最有成效的超精密加工方法之一。3）超精密的对刀及微量进给机构： 要获得高精度的尺寸，必须在加工前作好高精度的对刀工作，也就是必须要将刀具首先调整到与零件表面接触但又没有切削到金属层的临界状态，利用传感器来对刀是比较快和稳定的办法，如LVDT传感器等。另外还需要微量进给装置，以保证微量进给。3.加工特点 1）超精密切削加工如金刚石刀具的超精密切削，可加工各种镜面。它已成功地解决了用于激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工。  2）超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂层表面加工和大规模集成电路基片的加工。  3）超精密特种加工如

4、大规模集成电路芯片上的图形是用电子束、离子束刻蚀的方法加工，线宽可达0.1m。如用扫描隧道电子显微镜(STM)加工，线宽可达25nm。4. 加工精度超精密切削，在符合条件的机床和环境条件下，可以得到超光滑表面，表面粗糙度Ra可达0.020.005m，精度<0.1m。5. 加工范围塑性材料，如有色金属（铜、铝合金等）、金、银、无电镍、有机玻璃、各种塑料制品（照相机的塑料镜片、隐形眼镜镜片）等；脆性材料，如硅、锗、红外光学晶体（碲镉汞、锑化镉、多晶硅、硫化锌、硒化锌、氯化钠、氯化钾、氯化锶、氟化镁、氟化钙、铌酸锂、KDP晶体等）。精密与超精密磨料加工技术1. 概述金刚石超精密切削加工主要是对

5、铝、铜及其合金等材料进行超精密切削，而对于黑色金属、硬脆材料的精密与超精密加工，则主要是应用精密和超精密磨料加工。所谓精密和超精密磨料加工，就是利用细粒度的磨粒和微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。精密与超精密磨料加工的磨具按其形状和特征又可以分为固结磨具、涂覆磨具和研磨剂三类。将一定粒度的磨粒或微粉与结合剂黏结在一起，形成一定形状并具有一定强度，再采用烧结、黏结、涂敷等方法即形成砂轮、砂条、油石、砂带等磨具。其中用烧结方法形成砂轮、砂条、油石等称为固结磨具，其性能评价指标主要有磨粒、粒度、结合剂、组织与浓度、硬度、强度等方面。用涂敷方法形成砂带，称为涂覆磨具

6、或涂敷磨具，常用的涂覆磨有砂纸、砂布、砂带、砂盘和砂布套等。涂覆磨具的制造方法有重力落砂法、涂敷法和静电植砂法等2.加工机理1）精密磨削加工机理精密磨削主要是靠砂轮的具有微刃性和等高性的磨粒实现的，精密磨削多用于机床主轴、轴承、液压阀件、滚动导轨、量规等的精密加工。2）超精密磨削加工机理密磨削是近年来发展起来的有最高加工精度、最小表面粗糙度的砂轮磨削方法，一般是指加工精度达到或高于0.1m，表面粗糙度小于Ra0.025um，是一种亚微米级的加工方法，并正向纳米级发展。3.主要设备我国对精密磨削的研究尚处于初级阶段，主要集中在高校。哈尔滨工业大学以袁哲俊教授为首的ELID课题组研制成功ELID磨

7、削专用的脉冲电源、磨削液和砂轮，在国产机床上开发出平面、外圆和内圆ELID磨削装置，实现了多种难加工材料的精密镜面磨削。目前正积极推广普及该技术，实现产品化。 上海的东华大学机械学院研究者用固结磨粒低频振动（频率为0.5Hz20Hz，振幅为0.5mm3mm）压力进给的精整加工研究了适宜的经济加工条件及有关参数，并验证了经过磨削加工后的陶瓷工件，再经过超精加工可以进一步降低其表面粗糙度，可降低24个等级。清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及超精密砂带磨削和研抛、金刚石微粉砂轮超精密磨削等方面进行了深入研究，并有相应产品问世。4.加工精度目前，精密加工是指加工精度为10.1m，表

8、面粗糙度为Ra0.10.01m的加工技术，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。超精密加工就是在超精密机床设备上，利用零件与刀具之间产生的具有严格约束的相对运动，对材料进行微量切削，以获得极高形状精度和表面光洁度的加工过程。当前的超精密加工是指被加工零件的尺寸精度高于0.1m，表面粗糙度Ra小于0.025m，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01m的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展。5.特点  精密和超精密磨床是超精密磨削的关键 精密和超精密磨削是在精密和超精密磨床上进行，其加工精度主要决定于

9、机床。由于超精密磨削的精度要求越来越高，已经进入0.01m，甚至纳米级。精密和超精密磨削是微量、超微量切除加工精密和超精密磨削是一种极薄切削，其去除的余量可能与工件所要求的精度数量级相当，甚至于小于公差要求，因此在加工机理上与一般磨削加工是不同的。精密和超精密磨削是一个系统工程 影响精密和超精密磨削的因素很多，各因素之间相互关联，所以超精密磨削是一个系统工程。超精密磨削需要一个稳定的工艺系统，对力、热、振动、材料组织、工作环境的温度和净化等都有稳定性要求，并有较强的抗击来自系统内外的各种干扰能力，有了高稳定性，才能保证加工质量的要求。6. 主要应用普通磨削一般是指加工表面粗糙度为Ra

10、0.041.25m，加工精度大于1m的磨削方法；精密磨削当前可以达到的表面粗糙度一般为Ra0.160.16m，加工精度为0.51m。超精密磨削是当代能达到最低磨削表面粗糙度值和最高加工精度的磨削方法，表面粗糙度可达到Ra0.01m，精度0.01m 甚至进入纳米级。热作用特种加工技术一、电火花加工1. 基本原理 电火花加工是在一定介质（煤油或水）中，利用两极（工具电极与工件电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象（高温熔化、气化金属材料）对材料进行加工，以使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定要求的加工方法。基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电

11、火花通道中产生瞬时高温（10000以上），使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属蚀除下来。2. 加工特点 1）主要优势适合于任何难切削材料的加工性。其可加工性主要取决于材料导电性及热学特性；适合于加工特殊及复杂形状的表面和零件。工件无宏观作用力，适宜加工低刚度工件及进行微细加工。 2）局限性主要用于加工金属等导电材料；一般加工速度比较慢，影响到生产率；存在电极损耗，影响到成形精度。3.加工精度目前电火花的加工精度一般为1m。4.主要应用由于电火花加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优点，因此其应用领域利益扩大，目前已广泛应用于机械（特别是模具工业）、宇航、航空、电子工业、电气工业、精密机械、仪器

12、仪表、轻工等行业，以解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题。如型孔(圆孔、方孔、多边孔、异形孔)、曲线孔(弯孔、螺旋孔)；小孔、微孔、喷嘴/喷丝孔；落料模、复合模、级进模；拉丝模；塑料模、锻模、压铸模、挤压模、胶木模，以及整体叶轮、叶片等各种曲面零件。加工范围已达到小至几微米的小轴、孔、缝，大到几米的超大型模具和零件。二、电火花线切割1.基本原理被切割的工件作为工件电极，电极丝作为工具电极。电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。当来一个电脉冲时，在电极丝和工件之间可能产生一次火花放电，在放电通道的中心温度瞬时可高达5000以上，高温使工件局部金属熔化，甚至有少量气化，高温也使电极丝和工

13、件之间的工件液部分产生气化，这些气化后的工作液和金属蒸气迅速热膨胀，并具有爆炸的特性。靠这种热膨胀和局部微爆炸，抛出熔化和气化了的金属材料而实现对工件材料进行电蚀切割加工。2.加工特点(1)与电火花成形加工相似的特点 放电电压、电流波形相似；单个脉冲也有多种放电 状态 加工机理、生产率、表面粗糙度相似； 材料的可加工性相似；(2) 与电火花成形加工不同之处 脉冲宽度、平均电流不能太大，属中、精正极性电火花加工； 采用水基工作液，易实现无人运转，但由于工作液电阻率较小，存在电解效应； 一般不存在稳定电弧放电； 电极丝与工件之间存在“疏松接触式”轻压放电现象 省去了成形工具电极； 有利于微细加工，

14、如微细异形孔、窄缝等； 电极丝损耗对加工精度影响非常小。3.加工精度加工精度一般为±0.01±0.02毫米，最高可达±0.004毫米；表面粗糙度一般为R2.51.25微米,最高可达R0.63微米；切割厚度一般为4060毫米，最厚可达600毫米。4.应用范围线切割加工为新产品试制、精密零件加工及模具制造开辟了一条新的工艺途径，主要适用于以下几个方面。 (1)加工模具 适用于加工各种形状的冲模。调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等。 (2)加工电火花成形加工用的电极 一般穿孔加工用的电极以及带锥度型腔加工用的电极，以及铜钨、银钨

15、合金之类的电极材料，用线切割加工特别经济，同时也适用于加工微细复杂形状的电极。 (3)加工零件在试制新产品时，用线切割在坯料上直接割出零件，由于不需另行制造模具，可大大缩短制造周期、降低成本。另外修改设计、变更加工程序比较方便。在零件制造方面，可用于加工品种多、数量少的零件，特殊难加工材料的零件、材料试验样件、各种型孔、特殊齿轮凸轮、样板、成型刀具。同时还可进行微细加工，异形槽和人工标准缺陷的窄缝加工等。 三、激光加工1.原理激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性，对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。2.特点 1）高功率密度，可高达10810

16、10W/cm²； 2）聚焦微小，输出功率可调整； 3）无明显机械作用力，无工具损耗。加工速度快，热影响区域很小； 4）加工装置比较简单； 5）加工重复精度和表面粗糙度不容易保证。对光反射敏感的材料，必须在加工前另加处理； 6）加工产生废气、废物，必须及时排除。操作人员应有一定安全防护要求。3.主要设备激光加工机的组成部分（1）激光器：将电能转变成光能，产生激光束；（2）激光器电源：为激光器提供所需能量及控制功能；（3）光学系统：包括激光聚焦系统和观察瞄准系统；（4）机械系统：包括床身、工作台和机电控制系统等。4.应用范围 激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶

17、金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。四、电子束加工1.原理电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化和气化，被真空系统抽走。2.特点1）可微细聚焦；2）非接触加工，工件不产生宏观应力和变形，加工范围广泛；3）生产率很高；4）易实现加工自动化；5）加工环境为真空条件，工件表面不发生氧化；6）设备昂贵。3.主要设备(一)电子枪：包括电子发射阴极、控制栅极和加速

18、阳极等，是获得电子束的装置。(二)真空装置：由机械转泵和油扩散泵或涡轮分子泵两级组成，保证电子束加工时维持1.33×10-2 1.33 ×10-4Pa的真空度。(三)控制系统和电源：包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流强度控制以及工作台位移控制等。4.应用范围（一）高速打孔；（二）加工型孔及特殊表面；（三）刻蚀；（四）焊接；（五）热处理；（六）曝光。五、离子束加工1.原理等离子体具有极高的能量密度，是由以下三种效应造成的：1)机械压缩效应等离子体切割嘴通道直径及长度2)热收缩效应气流流量与压力；冷却水作用3)磁收缩效应由电弧电流形成磁场综合结果： 高电流密度，高温度，高速度

19、（高动能）热能2. 特点 1）是一种精密微细的加工方法。  2）非接触式加工，不会产生应力和变形。    3）加工速度很快，能量使用率可高达90。  4）加工过程可自动化。  5）在真空腔中进行，污染少，材料加工表面不氧化。  6）离子束加工需要一整套专用设备和真空系统，价格较贵。  7）由于离子束流密度及离子的能量可以精确控制，因而能控制加工效果。   8）加工应力小。变形微小，对材料适应性强。  9）加工在较高真空度中进行，故产生污染少，特别适于加工易氧化的材料。 3.主

20、要设备离子束加工装置可分为离子源系统、真空系统、控制系统和电源系统。其中离子源系统与电子束加工装置不同，其余系统均类似。4.应用范围 等离子弧喷涂； 等离子弧热处理； 等离子弧切割； 等离子弧焊接。电化学作用特种加工技术一、电解加工1.原理利用金属在电解液中的“电化学阳极溶解”来将工件成形。在工件阳极与工具阴极之间接上直流电源，使工具阴极与工件阳极间保持较小的加工间隙(0.10.8 mm)，间隙中通过高速流动的电解液。这时，工件阳极开始溶解。开始时，两极之间的间隙大小不等，间隙小处电流密度大，阳极金属去除速度快；而间隙大处电流密度小，去除速度慢。随着工件表面金属材料的不断溶解，工具阴极不断地向

21、工件进给，溶解的电解产物不断地被电解液冲走，工件表面也就逐渐被加工成接近于工具电极的形状，如此下去直至将工具的形状复制到工件上。 2.特点 (1)加工范围广泛，不受工件材料力学性能的限制； (2)生产率较高，约为电火花成形加工的510倍； (3)表面质量好，Ra1.250.2； (4)加工表面无残余应力、无毛刺； (5)阴极理论上不会损耗。3.局限性 (1)难以获得高加工精度及高加工稳定性；(2)阴极设计和修正比较困难； (3)设备投资较多；(4)电解产物可能产生污染，有待处理。4.电解加工设备（一）直流电源（二）机床（1）机床的刚性；（2）进给速度的稳定性；（3）防腐及绝缘；（4）抽风防爆。

22、（三）电解液系统 供液泵、贮液槽、过滤装置、加热及降温装置等（四）控制系统5.应用范围1孔加工固定阴极扩孔；移动阴极扩孔。2型孔加工3型腔加工锻模型腔成形。4套料加工5叶片型面成形6电解去除毛刺（倒角）7电解刻字、电解抛光8.数控展成电解加工二、电铸加工1.电铸的基本原理把预先按所需形状制成的电铸模作为阴极，用电铸材料作为阳极，一同放入与阳极材料相同的金属盐溶液中，通以直流电。在电解作用下，电铸模表面逐渐沉积出金属电铸层，达到所需的厚度后从溶液中取出，将电铸层与原模分离，便获得与原模形状相对应的金属复制件。2.特点是一种“加材”加工方法，以原子为单位实现材料的叠加与堆砌；具有制备纳米金属材料的

23、理论基础。能准确、精密地复制复杂型面和细微纹路，唱片模、工艺品模、纸币、证券、邮票等制版模。能获得尺寸精度高、表面粗糙度小于Ra0.1微米的复制品，且同一原模生产的电铸件一致性极好。适用材料多，单金属、合金、复合等材料，60多种。应用范围广，手机、家电、电脑、汽车、五金、玩具、工艺品、航空航天、武器装备、模具、微机械等行业。加工速度较慢；原模准备周期长。3.电铸的应用主要用来是精确复制微细、复杂和某些难于用其他方法加工的特殊形状的工件。广泛应用于手机，电话，电脑，照相机等电子产品上。在手机上的应用主要在，Logo、摄像头装饰件，功能键、小的装饰片等4.优缺点电铸法的优点1、能进行超精密加工（复

24、制精度好）。电铸最重要的特征是它具有高度“逼真性”。电铸甚至可复制0.5微米以下的金属线。例如1英寸的宽度内，有2500根3.5微米的超细线的电视摄像机用的高精度金属网(超细金属网) ，就使用了电铸法进行生产的。而香烟过滤嘴的纤维，也是使用纤维素通过超细金属网制成的，这是用其他金属加工法所不能达到的。电铸复制的精度是非常高的。高精度金属网的制造法，是在底板上用照相制板技术按需要涂上绝缘层（保护层），然后以此作为模板进行电铸。2、能调节沉积金属的物理性质。可以通过改变电镀条件，镀液的组分的方法来调节沉积金属的硬度、韧性和拉伸强度等。还可以采用多层电镀、合金电镀、复合电度镀方法得到其他加工方法不能

25、得到的物理性质。3、不受制品大小的限制。只要能够放入电镀槽就行。4、容易制出复杂形状的零件。电铸法的缺点1、操作时间长。例如用3A/dmm的阴极电流密度沉积3mm厚的镍层，需要25h20min。即使用是小薄零件要镀厚层时，成本很高，但是电镀过程中可以无人管理。2、要有经验和熟练技能的人员操作。电铸装置是简单的，但在复制复杂形状的模型中要制造母模、导电层处理、剥离处理等，这些工序都要求有经验和熟练技能的人员才能操作。3、必须有很大的作业面积。即使是小制品，也需要有镀槽、水洗槽等平面布置，废水处理装置必须有相当大的 作业面积。4、除了要有电镀操作技术外，还必须有机械加工和金属加工知识。电铸法并不是单用电镀操作而制出制品，还要进行衬底加工、研磨等机械操作，所以必须具备这些方面的知识和技巧。化学作用特种加工技术一、化学洗切加工1.原理化学铣切加工，实质上是较大面积和较深尺寸的化学蚀刻。其原理是：先把工件非加工表面用耐腐蚀性涂层保护起来，需要加工的表面露出来，浸入到化学溶液中进行腐蚀，使金属按特定的部位溶解取出，达到加工目的。2.特点优