第四章-精密加工与特种加工简介

1、第四章 精密加工和特种加工简介第一节 精整和光整加工一、研磨一、研磨1 1、加工原理、加工原理 研磨是在研具与工件之间置以研磨剂，对工件表面进行精整加工的方法。 研磨方法分手工研磨和机械研磨两种。 手工研磨是人手持研具或工件进行研磨。机械研磨在研磨机上进行。 二、珩磨二、珩磨 珩磨是利用带有油石的珩磨头对孔进行精整加工的方法。珩磨时，珩磨头上的油石以一定的压力压在被加工表面上，由机床主轴带动珩磨头旋转并沿轴向作往复运动（工件固定不动）。 三、超级光磨三、超级光磨 1 1、加工原理、加工原理 超级光磨是用装有细磨粒、低硬度油石的磨头，在一定压力下对工件表面进行光整加工的方法。加工时，工件旋转，油

2、石以恒力轻压于工件表面，作轴向进给的同时作轴向微小振动，从而对工件微观不平的表面进行光磨。 四、抛光四、抛光 1 1、加工原理、加工原理 抛光是在高速旋转的抛光轮上涂以磨膏，对工件表面进行光整加工的方法。抛光轮一般是用毛毡、橡胶、皮革、布或压制纸板做成的，磨膏由磨料（氧化铬、氧化铁等）和油酸、软脂等配制而成。 第二节 特种加工 直接利用电能、化学能、声能、光能、直接利用电能、化学能、声能、光能、热能或其与机械能组合等形式将坯料或工热能或其与机械能组合等形式将坯料或工件上多余的材料去除，以获得所要求的几件上多余的材料去除，以获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的加工方法。何形状、尺寸精度和表

3、面质量的加工方法。 它可以加工难于切削加工的各种材料，它可以加工难于切削加工的各种材料，如高硬度、高强度、高脆性、高韧性的金如高硬度、高强度、高脆性、高韧性的金属或非金属材料属或非金属材料 一、电火花加工一、电火花加工 1、加工的基本原理 电火花加工是基于脉冲放电蚀除原理产生的，所以也有称放电加工或电蚀加工的。CA20数控精密电火花成型机数控精密电火花成型机2 2、电火花加工机、电火花加工机床床脉冲电源脉冲电源间隙自动调节器间隙自动调节器机床机体机床机体工作液工作液 3、电火花加工具有如下特点：、电火花加工具有如下特点：（1）主要用于加工硬、脆、韧、软、高熔点的导电材料。（2）加工时“无切削力

4、”，有利于小孔、窄槽以及各种复杂截面的型孔、曲线孔、型腔等的加工，以及薄壁工件的加工，也适合于精密微细加工。（3）当脉冲宽度不大时，对整个工件而言热影响小，可以提高加工质量，适于加工热敏性强的材料。 电火花线切割加工电火花线切割加工电火花线切割加工是用线状电极（钼丝或铜电火花线切割加工是用线状电极（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件进行切割，故称为电丝）靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，有时简称线切割。其应用广泛，火花线切割，有时简称线切割。其应用广泛，占电加工机床的占电加工机床的60%60%以上。以上。 二、电解加工二、电解加工 1、加工的基本原理、加工的基本原理 电解加工（电化学加工

5、）是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学反应原理，对金属材料进行成形加工的一种方法。 2 2、电解加工机床简介、电解加工机床简介（1）机床本体：机床主轴必须在高压电解液作用下稳定进给，以获得良好的加工精度。具有足够的刚度、可靠的进给平稳性和良好的防腐蚀性。另外，机床还应具有良好的密封性能、供电及绝缘性能和排风装置等。（2）直流稳压电源：它应该有合适的容量、良好的稳压精度和可靠的短路保护。（3）电解液系统：电解液系统的作用在于连续而平稳地向加工区供给足够流量和合适温度的干净电解液。 3 3、电解加工的特点及应用、电解加工的特点及应用（1）能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面或型腔，如锻模

6、、叶片等。（2）可加工高硬度、高强度和高韧性等难切削的金属材料。（3）加工中无机械切削力或切削热，适合于易变形或薄壁零件的加工。（4）加工后零件表面无剩余应力和毛刺。（5）工具阴极不损耗。（6）由于影响电解加工的因素较多难于实现高精度的稳定加工。（7）电解液对机床有腐蚀作用，电解产物的处理和回收困难。 选用电解加工工艺的三原则：选用电解加工工艺的三原则：l用于难加工材料用于难加工材料l用于相对复杂形状的零件用于相对复杂形状的零件l用于批量大的零件用于批量大的零件 电解加工主要用于加工型孔、型腔、复杂型电解加工主要用于加工型孔、型腔、复杂型面、小而深的孔，以及套料、去毛刺、刻印等方面、小而深的孔

7、，以及套料、去毛刺、刻印等方面。面。 4 4、电解磨削简介、电解磨削简介 电解磨削是由电解作用和机械磨削作用相结合而进行加工的。比电解加工的加工精度和表面粗糙度要好；比机械磨削的生产率高。 电解磨削适合于磨削高强度、高硬度、热敏性和磁性材料，也可用于内孔、外圆、成形面等各种磨削加工中。 三、超声加工三、超声加工 1 1、加工的基本原理、加工的基本原理 超声加工是利用工具的高频振动，通过磨料对工件进行加工的。 加工时，工具以一定的压力作用在工件上，加工区送入磨料液，高频振动的工具端面捶击工件表面上的磨料，通过磨料将加工区的材料粉碎。磨料液的循环流动，带走被粉碎下来的材料微粒，并使磨料不断更新。工

8、具逐渐深入到材料中，工具形状便复现在工件上。 2 2、超声加工机床简介、超声加工机床简介（1）超声发生器（2）超声振动系统（3）机床本体 3 3、超声加工的特点及应用、超声加工的特点及应用（1）主要适用于加工各种不导电的硬脆材料。对于导电的硬质金属材料，也能进行加工，但生产率低些。（2）由于工具通常不需要旋转，因此易于加工出各种复杂形状的内表面和成形表面等，采用中空形状工具，还可以实现各种形状的套料。（3）加工过程中，工具对加工材料的宏观作用力小，热影响小，特别对于加工某些不能承受较大机械力的零件比较有利。（4）因为材料的碎除是靠磨料的直接作用，磨料硬度一般应比加工材料高，而工具材料的硬度可以

9、低于加工材料的硬度。通常可用中碳钢及各种成型管材和线材作工具。 超声波加工的应用超声波加工的应用 超声加工的生产率比电火花、电解加工低，但加工精度和表面粗糙度要好，而且能加工半导体、非导体的脆硬材料如玻璃、石英、宝石甚至金刚石等；即使电火花加工后的一些淬火钢、硬质合金冲模、拉丝模、塑料模具等，最后还常用超声抛磨进行光整加工 主要用于对脆主要用于对脆硬材料加工圆硬材料加工圆孔、型孔、型孔、型孔、型腔、套料、微腔、套料、微细孔等细孔等型孔、型腔加工型孔、型腔加工加工异形孔、套料加工、加工微细加工异形孔、套料加工、加工微细 四、高能束加工简介四、高能束加工简介 高能束加工是利用被聚焦到加工部位上的高

10、能量密度射束，去除工件上多余材料的特种加工方法，通常包括激光加工、电子束加工和离子束加工等。 1 1、激光加工的基本原理、特点及应用、激光加工的基本原理、特点及应用 激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工各种材料的。 激光加工的特点：激光加工的特点：l功率密度高达功率密度高达10108 810101010W/cmW/cm2 2，几乎可加工任何材，几乎可加工任何材料料l激光光斑可聚焦到微米级，输出功率可调节，可激光光斑可聚焦到微米级，输出功率可调节，可用于精密微细加工用于精密微细加工l所用工具为激光束，是非接触加工，所经没有明所用工具为激光束，是非接触加

11、工，所经没有明显的机械力，没有工具损耗；加工速度快，热影显的机械力，没有工具损耗；加工速度快，热影响区小响区小l打孔和切割的激光深度受限打孔和切割的激光深度受限l加工装置简单，不需抽真空加工装置简单，不需抽真空l是一种瞬时的、局部熔化的、气化的热加工，是一种瞬时的、局部熔化的、气化的热加工，影响因素很多，因此精度和粗糙度难以保证影响因素很多，因此精度和粗糙度难以保证l加工时有金属飞溅物，操作时应戴防护镜加工时有金属飞溅物，操作时应戴防护镜激光加工的应用激光加工的应用l激光打孔激光打孔几乎可在任何材料上打微型孔；几乎可在任何材料上打微型孔；激光打孔的直径可以小到激光打孔的直径可以小到0.01mm

12、0.01mm以下，深径以下，深径比可达比可达5050：1 1目前应用于目前应用于：火箭发动机和柴油机的燃料喷嘴加：火箭发动机和柴油机的燃料喷嘴加工；化学纤维喷丝板打孔；钟表及仪表中的宝石工；化学纤维喷丝板打孔；钟表及仪表中的宝石轴承打孔；金刚石拉丝模加工等。轴承打孔；金刚石拉丝模加工等。l激光切割激光切割原理与激光打孔相同，只是工件与激光束有相对原理与激光打孔相同，只是工件与激光束有相对移动移动可用于各种材料，加工可用于各种材料，加工Y形、十字形等型孔及切形、十字形等型孔及切割窄缝与划线以及雕刻；还能切割无法进行机械割窄缝与划线以及雕刻；还能切割无法进行机械接触的工件接触的工件适宜于切割玻璃、

13、陶瓷和半导体等硬脆材料适宜于切割玻璃、陶瓷和半导体等硬脆材料适宜对细小部件作精密切割适宜对细小部件作精密切割l激光焊接激光焊接激光照射时间短，焊接过程极为迅速，它激光照射时间短，焊接过程极为迅速，它不仅有利于提高生产率、而且被焊材料不不仅有利于提高生产率、而且被焊材料不易氧化，热影响区极小，适合于对热敏感易氧化，热影响区极小，适合于对热敏感很强的晶体管组件焊接很强的晶体管组件焊接没有焊渣，不需去除工件的氧化膜，甚至没有焊渣，不需去除工件的氧化膜，甚至可以透过玻璃进行焊接，适用于微型精密可以透过玻璃进行焊接，适用于微型精密仪表中的焊接仪表中的焊接不仅能焊接同种材料，还可焊接不同的材不仅能焊接同种

14、材料，还可焊接不同的材料，甚至可焊接金属与非金属材料料，甚至可焊接金属与非金属材料l激光热处理激光热处理激光热处理的过程是将激光束扫射零件表激光热处理的过程是将激光束扫射零件表面，光能量被零件表面吸收迅速升温，产面，光能量被零件表面吸收迅速升温，产生相变甚至熔融；激光束离开零件表面，生相变甚至熔融；激光束离开零件表面，零件表面的热量马上向内部传递以极高的零件表面的热量马上向内部传递以极高的速度冷却速度冷却加热快加热快光束传递方便，便于控制，可以对形状复光束传递方便，便于控制，可以对形状复杂的零件或局部处进行处理杂的零件或局部处进行处理加热点小，散热快，不需冷却介质加热点小，散热快，不需冷却介质

15、激光热处理的弱点是硬化层较浅激光热处理的弱点是硬化层较浅2、电子束加工的原理、特点和应用电子束加工的原理、特点和应用 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的面积上，在极短的时间内，其能量大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料局部熔化和气化，被真空系统抽走。电子束加工的特点电子束加工的特点l是精密微细加工方法，加工面积可很小是精密微细加工方法，加工面积可很小l是一种非接触式加工，工件不受机械力作用，是一种非接触式加工，工件不受机械力作用，不产生宏观应力和变形不产生宏观应力和变形l加工材料范围很广加工材料范围很广l电子

16、束能量密度高，生产率很高电子束能量密度高，生产率很高l加工过程可以自动化加工过程可以自动化l污染少，加工表面不氧化污染少，加工表面不氧化l需要一整套专用设备和真空系统，价格较贵，需要一整套专用设备和真空系统，价格较贵，应用有一定的局限性应用有一定的局限性电子束加工的应用电子束加工的应用 按其功率密度和能量注入时间的不同，可用于打按其功率密度和能量注入时间的不同，可用于打孔、切割、蚀刻、焊接、热处理和光刻加工等孔、切割、蚀刻、焊接、热处理和光刻加工等高速打孔高速打孔l最小直径可达最小直径可达0.003 mm左右左右l电子束还能加工小深孔电子束还能加工小深孔（深径比（深径比10:1）l可加工玻璃、

17、陶瓷、宝石等脆性材料可加工玻璃、陶瓷、宝石等脆性材料加工型孔及特殊表面加工型孔及特殊表面l如加工喷丝头异型孔、复杂型面、锥孔、斜孔，如加工喷丝头异型孔、复杂型面、锥孔、斜孔，甚至加工弯孔和曲面甚至加工弯孔和曲面刻蚀刻蚀l将陶瓷或半导体材料刻出许多微细沟槽和将陶瓷或半导体材料刻出许多微细沟槽和孔来，以制造多层固体组件孔来，以制造多层固体组件l还可用于制板还可用于制板加工喷丝加工喷丝头异形孔头异形孔焊接焊接l利用电子束作为热源。当高能量密度的电子利用电子束作为热源。当高能量密度的电子束连续不断地轰击焊件表面时，焊件接头处束连续不断地轰击焊件表面时，焊件接头处的金属熔融成毛细管状的熔池，焊件如果按的

18、金属熔融成毛细管状的熔池，焊件如果按一定速度移动，则接缝上的熔池重新凝固而一定速度移动，则接缝上的熔池重新凝固而形成焊缝形成焊缝l电子束焊接的焊缝深而窄，焊件热影响区小，电子束焊接的焊缝深而窄，焊件热影响区小，变形小；不用焊条，焊接过程在真空中进行，变形小；不用焊条，焊接过程在真空中进行，焊缝化学成分纯净，焊接强度往往高于母材焊缝化学成分纯净，焊接强度往往高于母材l可焊难熔金属，也可焊化学性能活泼的金可焊难熔金属，也可焊化学性能活泼的金属，能焊普通合金，还能实现异种金属的属，能焊普通合金，还能实现异种金属的焊接；可焊接很薄的工件，也可焊接几百焊接；可焊接很薄的工件，也可焊接几百毫米厚的工件毫米

19、厚的工件l可以在工件精加工后进行焊接；可以将复可以在工件精加工后进行焊接；可以将复杂工件分成几个零件单独用合适材料、合杂工件分成几个零件单独用合适材料、合适方法制造，最后用电子束焊接成一个整适方法制造，最后用电子束焊接成一个整体零部件体零部件热处理热处理l利用电子束作为热源，但适当控制电子束的功利用电子束作为热源，但适当控制电子束的功率密度，使金属表面加热而不熔化，达到热处率密度，使金属表面加热而不熔化，达到热处理的目的理的目的l电子束热处理的加热速度和冷却速度都很快，电子束热处理的加热速度和冷却速度都很快，能获得一种超细晶粒组织；还可在熔化区添加能获得一种超细晶粒组织；还可在熔化区添加元素，

20、使金属表面形成一层很薄的新的合金层，元素，使金属表面形成一层很薄的新的合金层，获得更好的物理力学性能获得更好的物理力学性能l与激光热处理比较，电子束热处理电热转换效与激光热处理比较，电子束热处理电热转换效率高，无材料氧化，功率可大率高，无材料氧化，功率可大光刻光刻l电子束光刻是先利用低功率密度的电子束电子束光刻是先利用低功率密度的电子束照射称为电致抗蚀剂的高分子材料，由入照射称为电致抗蚀剂的高分子材料，由入射电子与高分子相碰撞，使分子的链被切射电子与高分子相碰撞，使分子的链被切断或重新聚合而引起分子量的变化，这一断或重新聚合而引起分子量的变化，这一步骤称为电子束曝光；然后将它浸入适当步骤称为电

21、子束曝光；然后将它浸入适当的溶剂中显影；再将其与离子束刻蚀或蒸的溶剂中显影；再将其与离子束刻蚀或蒸镀工艺结合，就能在金属掩膜或材料表面镀工艺结合，就能在金属掩膜或材料表面上制出图形来上制出图形来 3、离子束加工的原理、特点及应用离子束加工的原理、特点及应用 和电子束加工类似，和电子束加工类似，离子束加工离子束加工是将离子源是将离子源产生的离子束经过加束聚焦，使之打到工件表面。产生的离子束经过加束聚焦，使之打到工件表面。离子带正电荷，其质量比电子大数千、数万倍，离子带正电荷，其质量比电子大数千、数万倍，一旦离子加速到较高速度时，离子束比电子束具一旦离子加速到较高速度时，离子束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，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加工的。而不是靠动能转化为热能来加工的。l离子束加工的特点离子束加工的特点离子束可以通过电子光学系统进行聚焦扫描，离离子束可以通过电子光学系统进行聚焦扫描，离子束流密度及离子能量可以精确控制，所以离子子束流密度及离子能