大学精品课件：汽车制造工艺学第八章.pptx

1、特种加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法，它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。 从广义上来定义特种加工，即将电、磁、声、光、化学等能量或其组合施加在工件的被加工部位上，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等的非传统加工方法。,概述,特种加工技术的主要应用领域： 难加工材料，如钛合金、耐热不锈钢、高强钢、复合材料、工程陶瓷、金刚石、红宝石、硬化玻璃等高硬度、高韧性、高强度、高熔点材料；难加工零件，如复杂零件三维型腔、型孔、群孔和窄缝等的加工；低刚度零件，如薄壁零件、弹性元件等零件的加工；以高能量密度束流实现焊接、切割、制孔、喷涂、表面改性、刻蚀和精细加

2、工。,概述,特种加工的发展方向主要是： 提高加工精度和表面质量 提高生产率和自动化程度 发展几种方法联合使用的复合加工 发展纳米级的超精密加工等,概述,与传统机械加工方法相比具有许多独到之处： （1）加工范围不受材料物理、力学性能的限制，能加工任何硬的、软的、脆的、耐热或高熔点金属以及非金属材料。 （2）非接触加工，不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使刚度极低元件及弹性元件得以加工。,概述,（3）微细加工，工件表面质量高，有些特种加工，如超声、电化学、水喷射、磨料流等，加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，还能

3、获得高精度、极小表面粗糙度值的加工表面。 （4）不存在加工中的机械应变或大面积的热应变，可获得较小的表面粗糙度值，其热应力、残余应力、冷作硬化等均比较小，尺寸稳定性好。,概述,（5）两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工，其综合加工效果明显，且便于推广使用。 （6）特种加工对简化加工工艺、变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积极的影响，各种加工方法易复合形成新工艺方法。,概述,. 电火花加工 1）电火花加工的基本原理 电火花加工是在液体介质中进行的，机床的自动进给调节装置使工件和工具电极之间保持适当的放电间隙，当工具电极和工件之间施加很强的脉冲电压（达到间隙中介质的击穿电压

4、）时，会击穿介质绝缘强度最低处，如图8-1所示。,常见的特种加工方法,电火花加工是不断放电蚀除金属的过程，一次脉冲放电的过程可分为以下几个阶段： （1）极间介质的电离、击穿及放电通道的形成。 （2）介质热分解、电极材料熔化、汽化热膨胀。 （3）电极材料的抛出。 （4）极间介质的消电离。,常见的特种加工方法,电火花加工工艺主要受以下几个参数影响： （1）极性效应 （2）工作液 （3）电极材料,常见的特种加工方法,2）电火花加工的特点 （1）脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。 不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。 （2）脉冲放电持续时

5、间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小。 （3）加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。 工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。 （4）可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。,常见的特种加工方法,3）电火花加工的主要应用 按工艺过程中工具与工件相对运动的特点和用途不同，电火花加工可大体分为： 电火花成形加工 电火花线切割加工 电火花磨削加工 电火花展成加工 非金属电火花加工 电火花表面强化等,常见的特种加工方法,其中电火花线切割加工原理如下图,常见的特种加工方法,. 电解加工 电解加工是利用金属在电解液中产生阳

6、极溶解的电化学原理对工件进行成形加工的一种方法。,常见的特种加工方法,1）电解加工的基本原理 在工件（阳极）与工具（阴极）之间接上直流电源，如图8-3所示，使工具阴极与工件阳极间保持较小的加工间隙（0.10.8mm），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。,常见的特种加工方法,常见的特种加工方法,

7、2）电解加工的特点 （1）加工范围广，不受材料本身强度、硬度和韧性的限制，可加工高强度、高硬度和高韧性等难切削的金属材料， （2）能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面和型腔，进给速度可快达0.315mm/min。 （）表面质量好，加工中无切削力和切削热的作用，所以不产生由此引起的变形和残余应力、加工硬化、毛刺、飞边、刀痕等，可以达到较小的表面粗糙度值（Ra1.250.2m）和0.1mm左右的平均加工精度。,常见的特种加工方法,（4）加工过程中工具电极理论上无损耗，可长期使用。 （5）加工生产率高，约为电火花加工的510倍，在某些情况下比切削加工的生产率还高。 且加工生产率不直接受加工质量

8、的限制，故一般适宜于大批量零件的加工。,常见的特种加工方法,电解加工存在的缺点： （1）电解加工影响因素多，技术难度高，不易实现稳定加工和保证较高的加工精度。 （2）工具电极的设计、制造和修正较麻烦，因而很难适用于单件生产。 （3）电解加工设备投资较高，占地面积较大。 （4）电解液对设备、工装有腐蚀作用，电解产物的处理和回收困难。,常见的特种加工方法,3）电解加工的基本规律及影响因素 电解加工工艺需考虑生产率、加工精度和表面质量三个方面。 其中： （1）电解加工的生产率以单位时间去除的金属体积或质量衡量，金属阳极溶解时，其溶解量与通过的电量符合法拉第定律；法拉第定律可用于根据电量计算任何被溶解

9、物质的数量，理论上不受电解液成分、浓度、温度、压力以及电极材料、形状等因素的影响。,常见的特种加工方法,（2） 脉冲电流电解加工可明显提高加工精度。 （3）工具阴极粗糙，其表面条纹和刻痕等都会“复印”在工件表面，工件材料合金成分多，引起溶解速度不均匀，影响表面粗糙度。 （4）加工间隙是电解加工的核心工艺要素，它直接影响加工精度、表面质量和生产率，也是设计工具阴极和选择加工参数的主要依据。,常见的特种加工方法,（5）电解液是电解池的基本组成部分，是产生电解加工阳极溶解的载体。 （6）电解加工设备的组成：包括机床本体、整流电源、电解液系统三个主要实体以及相应的控制系统。 （7）电解加工时利用单方向

10、的电流对阳极工件进行溶解的，必须是直流电源。 间隙小，电压在824，要稳定。 但需要几千至几万安培的电流。,常见的特种加工方法,（8）电解液系统的作用是向加工区供应一定压力、足够流量和适宜温度的干净电解液。它主要由泵、电解液槽、过滤器、管道、阀、流量计、热交换器等组成。 （9）电解加工控制系统必须包括参数控制、循环控制、保护和连锁三个组成部分。,常见的特种加工方法,4）电解加工的主要应用 电解加工的主要应用于深孔扩孔加工、深孔型腔加工、电解倒棱去毛刺、电解抛光等。 如： （1）模具型腔加工 （2）叶片型面加工 （3）型孔及小孔加工 （4）脉冲电化学机械加工,常见的特种加工方法,. 超声波加工

11、利用超声振动的工具，带动工件和工具间的磨料悬浮液，冲击和抛磨工件的被加工部位，使其局部材料被蚀除而成粉末，以进行穿孔、切割和研磨等，以及利用超声波振动使工件相互结合的加工方法，英文简称为USM。 超声加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和抛光。,常见的特种加工方法,1）超声波加工的基本原理,常见的特种加工方法,2）超声波加工的装置 （1）超声波发生器 （2）换能器 （3）振幅扩大棒（变幅杆） （4）工具 （5）磨料悬浮液（磨料液）,常见的特种加工方法,3）超声波加工的特点 （1）适宜加工各种硬脆材料，特别是某些非金属，如玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石和金刚石等。 （2）易于制造复杂形状的工具以加

12、工复杂的型孔，但效率比电火花加工低。 （3）切削力小，切削热少，且可加工薄壁、窄缝及低刚度工件。,常见的特种加工方法,. 激光加工 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，靠光热效应来加工的。 激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料。 用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。 包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工、光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。,常见的特种加工方法,1）激光加工的基本原理 由于激光发散角小、方向性好和单色性好及是相干光，理论上可通过一系列装置把激光聚焦成直径与光的波长相近的极小光斑，

13、加上亮度高，其焦点处的功率密度可达1071011W/cm2，温度高达万摄氏度左右，在此高温下，任何坚硬的或难加工的材料都将瞬时急剧熔化和汽化，并产生强烈的冲击波，使熔化的物质爆炸式地喷射出去，这就是激光加工的工作原理，如图8-5。,常见的特种加工方法,常见的特种加工方法,具体加工阶段为： （1）激光束照射工件材料 （2）工件材料吸收光能 （3）光能转变成热能使工件材料无损加热 （4）工件材料被熔化、蒸发、汽化并溅出去除或破坏。 （5）作用结束与加工区冷凝,常见的特种加工方法,2）激光加工的特点 （1）激光功率密度大，工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化，即使熔点高、硬度大和质脆的材料（如陶瓷

14、、金刚石等）也可用激光加工。 （2）激光头与工件不接触，不存在加工工具磨损问题。 （3）工件不受应力，不易污染。 （4）可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工。,常见的特种加工方法,（5）激光束的发散角可小于1毫弧度，光斑直径可小到微米量级，作用时间可以短到纳秒和皮秒，同时，大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级，因而激光既适于精密微细加工，又适于大型材料加工。 （6）激光束容易控制，易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合，实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度。 （7）在恶劣环境或其他人难以接近的地方，可用机器人进行激光加工。,常见的特种加工方法,）激光加工的主要应用

15、 （1）激光快速成形技术 （2）激光焊接技术 （3）激光打标技术 （4）激光打孔技术 （5）激光去重平衡技术 （6）激光蚀刻技术 （7）激光切割技术 （8）激光微细加工技术 （9）激光的其他应用,常见的特种加工方法,. 电子束加工 1）电子束加工的基本原理 在真空条件下，由电子枪射出的高速电子束经聚焦后轰击工件表面，形成局部高温，使材料瞬时熔化和汽化，以去除材料进行加工。 如图8-6所示。,常见的特种加工方法,）电子束加工的装置 （1）电子枪： 阴极：发出电子束； 控制栅极：控制电子束强弱并初步聚焦； 加速阳极：驱使电子束加速。 电子枪筒结构形式如图8-7所示。,常见的特种加工方法,（2）真空

16、系统：避免发射阴极和被加工表面在高温下氧化，只有在高真空中，电子才能高速运动。 （3）控制系统：电子束流聚焦系统：用电磁透镜靠磁场聚焦，提高束流能量密度；电子束流位置控制：用电磁线圈靠磁场偏转控制束流方向；电子束流强度控制：在阴极上加上50150kV以上的高压（即加速电压），使束流得到更大的运动速度；工作台位移控制：用伺服电动机控制工作台平面移动，保证加工面在电子束偏转范围内。,常见的特种加工方法,3）电子束加工的特点 （1）可聚焦到极细束流（10.1mm）进行微细加工。 （2）可加工具有各种力学性能的导体、半导体、非导体材料。 （3）在真空中进行，污染少，加工表面不易氧化。 （4）需要专门设

17、备和复杂的真空系统，价格昂贵。,常见的特种加工方法,4）电子束加工的主要应用 （1）高速加工微细小孔，孔径多在0.0251，最小孔径可达0.003mm，深径比可达10。 效率极高，一般3000个/s，最高可达5000个/s。 （2）加工异形孔和特殊型面，可加工异形孔、二维曲面、弯槽和弯孔。 （3）刻蚀，可在硅片上刻出宽2.5m，深0.25m的细槽。,常见的特种加工方法,常见的特种加工方法,. 离子束加工 ）离子束加工的基本原理 在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速， 使之轰击工件表面，实现加工的目的。原理如图8-9所示。,常见的特种加工方法,2）离子束加工的特点 （1）离子束是目前特种加

18、工中最精密、最微细的加工。 离子刻蚀可达毫微米（0.001mm）级精度，离子镀膜可控制到亚微米级精度，离子注入的深度和浓度也能精确控制。 （2）离子束加工在高真空中进行，污染少，尤其适宜对易氧化的金属、合金和半导体材料进行加工。 （3）加工应力和变形极小，可用于各种材料和低刚度零件的加工。,常见的特种加工方法,3）离子束加工的主要应用 （1）离子刻蚀 （2）离子溅射沉积 （3）离子镀膜 （4）离子注入,常见的特种加工方法,常见的特种加工方法,. 水射流加工 1）水射流加工的基本原理 水射流加工是靠高速水流束冲击到工件表面上，动能转化为压力能，使压力超过被切除材料的流动压力而实现加工。 如高压切

19、割的过程是高压切割液从水喷射嘴流进混合腔，由于水流喷射速度很高，因此会在混合腔内形成真空，磨料被吸入混合腔，与高压水束混合形成混合束喷出，实现对工件的切割，工作原理如图8-11所示。,常见的特种加工方法,常见的特种加工方法,2）水射流加工的工艺参数 影响水射流加工性能的参数很多。 主要有： 系统参数：水射流系统压力；喷嘴结构参数：喷嘴直径、倒角半径和混合管长度，混合管直径； 磨料参数：磨料材料、颗粒直径、磨料流量、颗粒形状； 混合方式：压力驱动或负压吸入； 磨料混合状态：干粉或浆液；切割参数：进给速度、靶距、走刀次数、射流角度； 工件材料参数：强度、硬度、致密度等。,常见的特种加工方法,3）水

20、射流加工的特点 优点：加工效率高；没有热反应区；加工精度较高；不会改变被加工材料的力学性能；几乎可以加工所有的材料等。 缺点：设备功率大；喷嘴磨损快；加工表面质量较差；不适合于大型零件及去除超大的毛刺加工；对软材料及弹性材料加工不理想。,常见的特种加工方法,4）水射流加工的主要应用 目前高压水射流用于切割、清洗方面的研究已渐于成熟，其用途和优势主要体现在难加工材料方面。 除切割外，稍降低压力或增大靶距和流量还可以用于破碎、表面毛化和强化处理。 目前已在以下行业获得成功应用：汽车制造与修理、航空航天、机械加工、国防、军工、电子电力、石油、采矿、轻工、建筑建材、核工业、化工、船舶、食品、医疗、农业

21、、市政工程等方面。,常见的特种加工方法,快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成形机，将一层层的材料堆积成实体原型。 特点： （1）制造原型所用的材料不限，各种金属和非金属材料均可使用。 （2）原型的复制性、互换性高。 （3）制造工艺与制造原型的几何形状无关，在加工复杂曲面时更显优越。 （4）加工周期短，成本低，成本与产品复杂程度无关，一般制造费用降低50 ，加工周期节约70以上。 （5）高度技术集成，可实现了设计制造一体化。,概述,快速成形技术是在计算机控制下，基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料，最终完成零件的成形与制造的技术，如图8-12所示。 （1）从成形角度看，零件可视为

22、“点”或“面”的叠加。 （2）从制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制多维系统，通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。,快速成形技术基本原理,常见的特种加工方法,快速成形的过程：构造三维模型分层切片截面轮廓各截面叠加堆积。 （1）激光束选择性切割一层层的纸 （2）固化一层层的固化树脂 （3）烧结一层层的粉末材料 （4）选择性喷射一层层的热熔材料,常见的特种加工方法,主要工艺有四种基本类型： 光固化成形法 分层实体制造法 选择性激光烧结法 熔融沉积制造法 除了上述4种最为熟悉的技术外，还有许多技术也已经实用化，如三维打印技术、光屏蔽工艺、直接壳法、直接烧结技术、全息

23、干涉制造等。,快速成形技术类型,. 光固化成形 SLA（Stereo lithography Apparatus）工艺也称光造型、立体光刻及立体印刷，其工艺过程是以液态光敏树脂为材料充满液槽，由计算机控制激光束跟踪层状截面轨迹，并照射到液槽中的液体树脂，而使这一层树脂固化，之后升降台下降一层高度，已成形的层面上又布满一层树脂，然后再进行新一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕，得到1个三维实体模型。,快速成形技术类型,. 分层实体制造 LOM（Laminated Object Manufacturing） 工艺或称为叠层实体制造， 工艺原理是：根据零件分层几何

24、信息切割箔材和纸等，将所获得的层片黏结成三维实体。 工艺过程是：首先铺上一层箔材，然后用CO，激光在计算机控制下切出本层轮廓，非零件部分全部切碎以便于去除。 当本层完成后，再铺上一层箔材，用滚子碾压并加热，以固化黏结剂，使新铺上的一层牢固地黏结在已成形体上，再切割该层的轮廓，如此反复直到加工完毕，最后去除切碎部分以得到完整的零件。,快速成形技术类型,特点：工作可靠，模型支撑性好，成本低，效率高。 缺点是前、后处理费时费力，且不能制造中空结构件。,快速成形技术类型,. 选择性激光烧结 SLS（Selective Laser Sintering）工艺，常采用的材料有金属、陶瓷、ABS 塑料等材料的

25、粉末作为成形材料。 工艺过程：先在工作台上铺上一层粉末，在计算机控制下用激光束有选择地进行烧结（零件的空心部分不烧结，仍为粉末材料），被烧结部分便固化在一起构成零件的实心部分。 一层完成后再进行下一层，新一层与其上一层被牢牢地烧结在一起。 全部烧结完成后，去除多余的粉末，便得到烧结成的零件。,快速成形技术类型,特点：材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、金属、蜡等材料的零件。 造型精度高，原型强度高，所以可用样件进行功能试验或装配模拟。,快速成形技术类型,. 熔融沉积成形 FDM（Fused Deposition Manufacturing）工艺又称为熔丝沉积制造， 工艺过程：以热塑

26、性成形材料丝为材料，材料丝通过加热器的挤压头熔化成液体，由计算机控制挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动，使熔化的热塑材料丝通过喷嘴挤出，覆盖于已建造的零件之上，并在极短的时间内迅速凝固，形成一层材料。 之后，挤压头沿轴向向上运动一微小距离进行下一层材料的建造。 这样逐层由底到顶地堆积成一个实体模型或零件。,快速成形技术类型,特点：使用、维护简单，成本较低，速度快，一般复杂程度原型仅需要几小时即可成形，且无污染。,快速成形技术类型,目前，快速成形技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。 并且随着这一技术本身的发

27、展，其应用领域将不断拓展。,快速成形技术应用,RP 技术的实际应用主要集中在以下几个方面： （1）新产品造型设计过程 （2）机械制造领域 （3）快速模具制造 （4）医学领域 （5）文化艺术领域 （6）航空航天技术领域 （7）家电行业,快速成形技术应用,（1）开发性能好的快速成形材料， （2）提高RP系统的加工速度和开拓并行制造的工艺方法。 （3）改善快速成形系统的可靠性，提高其生产率和制作大件能力，优化设备结构，尤其是提高成形件的精度、表面质量、力学和物理性能，为进一步进行模具加工和功能实验提供基础。 （4）开发快速成形的高性能RPM 软件。 提高数据处理速度和精度，研究开发利用CAD原始数据

28、直接切片的方法，减少由STL 格式转换和切片处理过程所产生精度损失。,快速成形技术的发展,（5）开发新的成形能源。 （6）快速成形方法和工艺的改进和创新。 （7）进行快速成形技术与CAD、CAE、RT、CAPP、CAM 以及高精度自动测量、逆向工程的集成研究。 （8）提高网络化服务的研究力度，实现远程控制。,快速成形技术的发展,高速加工技术是指采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠地实现高速运动的自动化制造设备，极大地提高材料的切除率，并保证加工精度和加工质量的现代制造加工技术。,概述,. 高速加工切削速度的范围 通常，考虑到切削刀具直径和转速等因素。 我们用切削加工的线速度来描述切削速度，单位是m

29、/min。 由于机床主轴是提供高转速的关键部件。 用主轴转速来划定高速切削的范围。,概述,）按切削速度划分 （1）按不同加工工艺划定：车削7007000m/min，铣削3006000m/min，钻削2001100 m/min，磨削150 m/s以上。 这种划分比常规切削速度提高了一个数量级、而且还有继续提高的趋势。 （2）按加工不同的工件材料划分：铝合金：10007000 m/min，铜：9005000 m/min，钢：5002000 m/min，灰铸铁：8003000 m/min，钛：1001000 m/min。,概述,2）根据机床主轴转速划分 按主轴的n 值区分。n值是指用主轴轴径（或主铀

30、轴承内径尺寸）（mm）和主轴能达到的最高转速n（r/ min）的乘积。 高速主轴的n值为（15） 106。,概述,. 高速切削基础理论研究 泰勒提出了传统的切削速度和刀具寿命的关系为线性，即刀具的速度越高，刀具的磨损越快。 萨洛蒙博土在19241931年间，进行了一系列的高速切削实验。宣称切削温度随着切削速度的提高而升高，直到看起来像一个山顶的临界峰值出现在一个给定的速度值上，这个速度称为临界速度。 超过这个速度，沿着山峰往下走，切削温度理论上开始下降，刀具的寿命也得到改善。,概述,研究指出，在高速切削的条件下，切屑的形成过程和普通切削不同。 随着切削速度的提高，塑性材料的切屑形态将从带状、片

31、状到碎屑不断演变，单位切削力初期呈上升趋势，尔后急剧下降。 说明，在高速切削条件下，材料的切削机理将发生变化，切削过程变得比常规切削轻松和容易。 德国的切削物理学家萨洛蒙博士于1929 年进行了高速模拟切削实验。 1931年4月发表了著名的高速切削理论，并在德国申请了专利。 他提出了一个不可切削区域的概念。,概述,萨洛蒙对铝和铸铜等有色金属进行了高速实验，所得结果如图8-13中的实线所示。,概述,概述,萨洛蒙曲线,萨洛蒙曲线指出： 区（常规切削区），切削速度v 随切削温度t 的提高而升高； 在区（不可用切削区） ，当速度v增大到某一数值v0后（v0的大小同工件材料的种类有关） ， v再增大，t

32、 反而下降了。 由于在这个区域， t太高，任何刀具材料都无法接受，切削加 工不可能进行，因此，这个区域被称之为“死谷”。 区，高速切削区。,概述,. 超高速加工的特点 （1）加工效率高 （2）切削力小 （3）切削热小 （4）加工精度高 （5）减少工序,概述,美国于1960年前后开始进行高速切削试验。 1977年美国在一台带有高频电主轴的加工中心上进行高速切削试验。 1976年，美国的Vought公司的超高速铣床，采用了内装式电动机主轴，转速达20000r/min，功率15kW。 1983年德国Guerhing Automation 公司格林自动化公司，超高速磨床，转速10000r/min，功率

33、60kW。 日本于20世纪60年代就着手高速切削机理的研究。 进入20世纪90年代以来。 陆续向市场推出不少高速加工中心和数控铣床，日本厂商现已成为世界上高速机床的主要提供者。,高速加工技术的发展与应用,1994年，中国机床工具工业协会组织考察工作组，赴美国、日本考察高速切削机床的发展和应用情况。 20世纪90年代初期，北京理工大学开始研究高速切削的基本方法和理论，由于缺乏研究设备，实质性的研究还无法深入进行。 广东工业大学以张伯霖教授为首的高速加工与机床研究室，逐渐对高速切削技术的各个方面以及高速加工机床的主要部件进行了更深入的理论研究和实验研究，取得了一定的成果，对我国发展应用高速切削技术

34、起到很大的推动作用。,高速加工技术的发展与应用,高速加工技术的应用领域 （1）航空航天领域 （2）汽车工业领域 （3）模具工具工业领域 （4）难加工材料领域,高速加工技术的发展与应用,（）汽车工业领域。 大批生产领域中铸铁和钢的高速切削。 采用高速数控机床和高速加工中心组成高速柔性生产线，实现多品种、中小批量的高效生产。 （）模具工具工业领域。 简化加工手段，缩短加工周期，提高加工效率，降低成本。 可以直接在淬硬材料加工。 可以达到高表面质量。 省去了电加工、研磨和抛光的工序。 锻模和铸模经超高速切削即可。 超高速铣削代替传统的电火花成形加工，效率提高 倍。,高速加工技术的发展与应用,. 高速

35、主轴 高速主轴是最关键部件。 超高速化指标：Dn 值，至少达到1106。 目前，转速为1000025000r/min，进给速度达到10m/min以上。 电主轴：交流伺服电动机内置式集成化结构。 转子套装在机床的主轴上，定子安装在主轴单元的壳体中，采用水冷或油冷。 具有精度高、振动小、噪声低、结构紧凑的特点。 采用的轴承有：滚动轴承、气体静压轴承、液体静压轴承、磁浮轴承。,高速切削加工的关键技术,. 快速进给系统 机床工作台要有很高进给速度，为60m/min以上，特殊情况可达120m/min，甚至更高；高加速度，一般要求12g，特殊可达到210g；高精度；高可靠性和高安全性；合理的成本。,高速切

36、削加工的关键技术,伺副电动机大导程超高速精密滚珠丝杠副。 用于中小载荷、中小速度（1040m/min）和中小加速度（0.51.0）的场合。 直流直线电动机、交流永磁同步直线电动机、交流感应异步直线电动机的进给系统。 直线电动机：进给速度可达160m/min，加速度可达2.510。消除了机械传动间隙和弹性变形，几乎没有反向间隙，是未来机床进给传动的基本形式。 用于高档超高速加工中心。 可以消除机械传动系统的间隙和弹性变形。,高速切削加工的关键技术,. 高性能的CNC控制系统 要有很高的运算速度和精度，以及快速响应的伺服控制。 32位或64位CPU，计算机处理软件。 几何补偿软件。,高速切削加工的

37、关键技术,. 先进的机床机构 床身和工作台的要求：高的动、静刚度和抗振性；好的精度保持性；更好的抗热变形能力。 采取的措施：床身、立柱、横梁、工作台等基础件一般采用整体铸造；多应用高强度铸铁、聚合物混凝土、大理石等材料。 安全保障系统：在线监控系统，来监测刀具的破损；用足够厚钢板制作安全罩，用防弹玻 璃制作观察窗。,高速切削加工的关键技术,. 超高速加工刀具 对刀具系统要求：切削热更多流向刀具，要求抗磨损；必须良好的平衡，可靠定位。 刀具材料：硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石刀具、立方氮花硼刀具。,高速切削加工的关键技术,精密和超精密加工目前包含三个领域： （1）超精密切削，如超精密金刚

38、石刀具切削，可加工各种镜面、它成功地解决了高精度陀螺仪，激光反射镜和某些大型反射镜的加工。 （2）精密和超精密磨削研磨，例如解决了大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘等的加工。 （3）精密特种加工，如电子束、离子束加工，美国超大规模集成电路线宽达到0.1。,超精密加工技术,金属粉末注射成型技术（MIM）是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净成形技术。 其基本工艺过程是：首先将固体粉末与有机黏结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下（120150）用注射成型机注入模腔内固化成型，然后用化学或热分解的方法将成型坯中的黏结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。,金属粉末

39、注射成型技术,与传统工艺相比，MIM的特点：精度高、组织均匀、性能优异、生产成本低等， 其产品广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。 国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。,超精密加工技术,金属凝固过程中，对其施以剧烈的搅拌作用，充分破碎树枝状的初生固相，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固液混合浆料（固相组分一般为50左右），即流变浆料，利用这种流变浆料直接进行成形加工的方法称之为半固态金属的流变成形；如果将流变浆

40、料凝固成锭，按需要将此金属锭切成一定大小，然后重新加热（即坯料的二次加热）至金属的半固态温度区，这时的金属锭一般称为半固态金属坯料。 利用金属的半固态坯料进行成形加工，这种方法称之为触变成形。 半固态金属的上述两种成形方法合称为金属的半固态成形或半固态加工，目前在国际上，通常将半固态加工简称为SSM。,半固态金属加工技术,无模多点成形（MPF）是板料三维曲面数字化成形新技术，其基本原理是有一系列规则排列的基本体点阵代替整体式冲压模具（即实现无模化），通过数字化调形系统调整基本体单元高度形成所需要的成形面，实现板料的无模、快速、柔性化成形。,板料无模多点成形,注射成型（注塑）是使热塑性或热固性模

41、塑料先在加热料筒中均匀塑化，而后由柱塞或移动螺杆推挤到闭合模具的模腔中成型的一种方法。 注射成型几乎适用于所有的热塑性塑料。 近年来，注射成型也成功地用于成型某些热固性塑料。 注射成型的成型周期短（几秒到几分钟），成型制品质量可由几克到几十千克，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的模塑品。因此，该方法适应性强，生产效率高。,注射成型,注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料熔融塑化施压注射充模冷却启模取件。 取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。 注射成型包括：排气式注射成型、流动注射成型、共注射成型、无流道注射成型、反应注射成型、热固性塑料的注射成型等。,注射成型,