sqy精密成形技術課程學習報告

1、精密成形技術課程學習報告班級：模具一班姓名：孫泥煤學號： 指導老師：王雷雷 超精密切削加工技術1.加工機理要實現(xiàn)精密、超精密切削加工，就要應用“創(chuàng)造性”加工原則來完成加工，即使用精度低于被加工零件精度要求的“工作母機”，再借助于工藝手段和特殊工具、計算機技術、傳感器技術等,直接或間接加工出所需工件來。這樣就可以使“工作母機”的精度降低一些。但是，即使如此，對“工作母機”的高質量要求仍然是獲得工件高質量加工的關鍵。要對工件精密、超精密切削加工，就要求對工件作微量切削，而要保證微量切削的穩(wěn)定進行，符合工件的加工要求，就需要有完備的、高質量的工藝系統(tǒng)，如機床主軸有極高的回轉精度，機床導軌具有高的直線

2、度與平行度，機床應有高精度的微量進給機構；切削用的刀具切削刃口半徑極小等等。除此之外，整個工藝系統(tǒng)要考慮將熱、力、振動等干擾因素減至最低，穩(wěn)定、凈化的加工環(huán)境，包括溫度、濕度、除塵、隔振等應與加工精度水平相適應。2.主要設備1）精化的加工機床：機床是整個切削加工過程中極為重要、關鍵的一環(huán)，而機床中最重要、最關鍵的又是主軸軸系的靜態(tài)、動態(tài)回轉精度問題。要獲得極高的回轉精度，主軸軸系的結構必須簡單又便于加工。 2）合適的切削刀具：超精密加工的零件尺寸公差、形位公差都十分小，表面粗糙度值僅有百分之幾微米，加工時必須在工件十分穩(wěn)定的條件下作微量切削。金剛石刀具超精密切削是20世紀60年代出現(xiàn)的超精密加

3、工技術，是最典型也是最有成效的超精密加工方法之一。3）超精密的對刀及微量進給機構： 要獲得高精度的尺寸，必須在加工前作好高精度的對刀工作，也就是必須要將刀具首先調整到與零件表面接觸但又沒有切削到金屬層的臨界狀態(tài)，利用傳感器來對刀是比較快和穩(wěn)定的辦法，如LVDT傳感器等。另外還需要微量進給裝置，以保證微量進給。3.加工特點 1）超精密切削加工如金剛石刀具的超精密切削，可加工各種鏡面。它已成功地解決了用于激光核聚變系統(tǒng)和天體望遠鏡的大型拋物面鏡的加工。  2）超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盤的涂層表面加工和大規(guī)模集成電路基片的加工。  3）超精密特種加工如

4、大規(guī)模集成電路芯片上的圖形是用電子束、離子束刻蝕的方法加工，線寬可達0.1m。如用掃描隧道電子顯微鏡(STM)加工，線寬可達25nm。4. 加工精度超精密切削，在符合條件的機床和環(huán)境條件下，可以得到超光滑表面，表面粗糙度Ra可達0.020.005m，精度<0.1m。5. 加工范圍塑性材料，如有色金屬（銅、鋁合金等）、金、銀、無電鎳、有機玻璃、各種塑料制品（照相機的塑料鏡片、隱形眼鏡鏡片）等；脆性材料，如硅、鍺、紅外光學晶體（碲鎘汞、銻化鎘、多晶硅、硫化鋅、硒化鋅、氯化鈉、氯化鉀、氯化鍶、氟化鎂、氟化鈣、鈮酸鋰、KDP晶體等）。精密與超精密磨料加工技術1. 概述金剛石超精密切削加工主要是對

5、鋁、銅及其合金等材料進行超精密切削，而對于黑色金屬、硬脆材料的精密與超精密加工，則主要是應用精密和超精密磨料加工。所謂精密和超精密磨料加工，就是利用細粒度的磨粒和微粉對黑色金屬、硬脆材料等進行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。精密與超精密磨料加工的磨具按其形狀和特征又可以分為固結磨具、涂覆磨具和研磨劑三類。將一定粒度的磨?；蛭⒎叟c結合劑黏結在一起，形成一定形狀并具有一定強度，再采用燒結、黏結、涂敷等方法即形成砂輪、砂條、油石、砂帶等磨具。其中用燒結方法形成砂輪、砂條、油石等稱為固結磨具，其性能評價指標主要有磨粒、粒度、結合劑、組織與濃度、硬度、強度等方面。用涂敷方法形成砂帶，稱為涂覆磨具

6、或涂敷磨具，常用的涂覆磨有砂紙、砂布、砂帶、砂盤和砂布套等。涂覆磨具的制造方法有重力落砂法、涂敷法和靜電植砂法等2.加工機理1）精密磨削加工機理精密磨削主要是靠砂輪的具有微刃性和等高性的磨粒實現(xiàn)的，精密磨削多用于機床主軸、軸承、液壓閥件、滾動導軌、量規(guī)等的精密加工。2）超精密磨削加工機理密磨削是近年來發(fā)展起來的有最高加工精度、最小表面粗糙度的砂輪磨削方法，一般是指加工精度達到或高于0.1m，表面粗糙度小于Ra0.025um，是一種亞微米級的加工方法，并正向納米級發(fā)展。3.主要設備我國對精密磨削的研究尚處于初級階段，主要集中在高校。哈爾濱工業(yè)大學以袁哲俊教授為首的ELID課題組研制成功ELID磨

7、削專用的脈沖電源、磨削液和砂輪，在國產(chǎn)機床上開發(fā)出平面、外圓和內圓ELID磨削裝置，實現(xiàn)了多種難加工材料的精密鏡面磨削。目前正積極推廣普及該技術，實現(xiàn)產(chǎn)品化。 上海的東華大學機械學院研究者用固結磨粒低頻振動（頻率為0.5Hz20Hz，振幅為0.5mm3mm）壓力進給的精整加工研究了適宜的經(jīng)濟加工條件及有關參數(shù)，并驗證了經(jīng)過磨削加工后的陶瓷工件，再經(jīng)過超精加工可以進一步降低其表面粗糙度，可降低24個等級。清華大學在集成電路超精密加工設備、磁盤加工及超精密砂帶磨削和研拋、金剛石微粉砂輪超精密磨削等方面進行了深入研究，并有相應產(chǎn)品問世。4.加工精度目前，精密加工是指加工精度為10.1m，表

8、面粗糙度為Ra0.10.01m的加工技術，但這個界限是隨著加工技術的進步不斷變化的，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機床設備上，利用零件與刀具之間產(chǎn)生的具有嚴格約束的相對運動，對材料進行微量切削，以獲得極高形狀精度和表面光潔度的加工過程。當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，以及所用機床定位精度的分辨率和重復性高于0.01m的加工技術，亦稱之為亞微米級加工技術，且正在向納米級加工技術發(fā)展。5.特點  精密和超精密磨床是超精密磨削的關鍵 精密和超精密磨削是在精密和超精密磨床上進行，其加工精度主要決定于

9、機床。由于超精密磨削的精度要求越來越高，已經(jīng)進入0.01m，甚至納米級。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種極薄切削，其去除的余量可能與工件所要求的精度數(shù)量級相當，甚至于小于公差要求，因此在加工機理上與一般磨削加工是不同的。精密和超精密磨削是一個系統(tǒng)工程 影響精密和超精密磨削的因素很多，各因素之間相互關聯(lián)，所以超精密磨削是一個系統(tǒng)工程。超精密磨削需要一個穩(wěn)定的工藝系統(tǒng)，對力、熱、振動、材料組織、工作環(huán)境的溫度和凈化等都有穩(wěn)定性要求，并有較強的抗擊來自系統(tǒng)內外的各種干擾能力，有了高穩(wěn)定性，才能保證加工質量的要求。6. 主要應用普通磨削一般是指加工表面粗糙度為Ra

10、0.041.25m，加工精度大于1m的磨削方法；精密磨削當前可以達到的表面粗糙度一般為Ra0.160.16m，加工精度為0.51m。超精密磨削是當代能達到最低磨削表面粗糙度值和最高加工精度的磨削方法，表面粗糙度可達到Ra0.01m，精度0.01m 甚至進入納米級。熱作用特種加工技術一、電火花加工1. 基本原理 電火花加工是在一定介質（煤油或水）中，利用兩極（工具電極與工件電極）之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象（高溫熔化、氣化金屬材料）對材料進行加工，以使零件的尺寸、形狀和表面質量達到預定要求的加工方法?；陔娀鸹ǜg原理，是在工具電極與工件電極相互靠近時，極間形成脈沖性火花放電，在電

11、火花通道中產(chǎn)生瞬時高溫（10000以上），使金屬局部熔化，甚至氣化，從而將金屬蝕除下來。2. 加工特點 1）主要優(yōu)勢適合于任何難切削材料的加工性。其可加工性主要取決于材料導電性及熱學特性；適合于加工特殊及復雜形狀的表面和零件。工件無宏觀作用力，適宜加工低剛度工件及進行微細加工。 2）局限性主要用于加工金屬等導電材料；一般加工速度比較慢，影響到生產(chǎn)率；存在電極損耗，影響到成形精度。3.加工精度目前電火花的加工精度一般為1m。4.主要應用由于電火花加工具有許多傳統(tǒng)切削加工所無法比擬的優(yōu)點，因此其應用領域利益擴大，目前已廣泛應用于機械（特別是模具工業(yè)）、宇航、航空、電子工業(yè)、電氣工業(yè)、精密機械、儀器

12、儀表、輕工等行業(yè)，以解決難加工材料及復雜形狀零件的加工問題。如型孔(圓孔、方孔、多邊孔、異形孔)、曲線孔(彎孔、螺旋孔)；小孔、微孔、噴嘴/噴絲孔；落料模、復合模、級進模；拉絲模；塑料模、鍛模、壓鑄模、擠壓模、膠木模，以及整體葉輪、葉片等各種曲面零件。加工范圍已達到小至幾微米的小軸、孔、縫，大到幾米的超大型模具和零件。二、電火花線切割1.基本原理被切割的工件作為工件電極，電極絲作為工具電極。電極絲接脈沖電源的負極，工件接脈沖電源的正極。當來一個電脈沖時，在電極絲和工件之間可能產(chǎn)生一次火花放電，在放電通道的中心溫度瞬時可高達5000以上，高溫使工件局部金屬熔化，甚至有少量氣化，高溫也使電極絲和工

13、件之間的工件液部分產(chǎn)生氣化，這些氣化后的工作液和金屬蒸氣迅速熱膨脹，并具有爆炸的特性?？窟@種熱膨脹和局部微爆炸，拋出熔化和氣化了的金屬材料而實現(xiàn)對工件材料進行電蝕切割加工。2.加工特點(1)與電火花成形加工相似的特點 放電電壓、電流波形相似；單個脈沖也有多種放電 狀態(tài) 加工機理、生產(chǎn)率、表面粗糙度相似； 材料的可加工性相似；(2) 與電火花成形加工不同之處 脈沖寬度、平均電流不能太大，屬中、精正極性電火花加工； 采用水基工作液，易實現(xiàn)無人運轉，但由于工作液電阻率較小，存在電解效應； 一般不存在穩(wěn)定電弧放電； 電極絲與工件之間存在“疏松接觸式”輕壓放電現(xiàn)象 省去了成形工具電極； 有利于微細加工，

14、如微細異形孔、窄縫等； 電極絲損耗對加工精度影響非常小。3.加工精度加工精度一般為±0.01±0.02毫米，最高可達±0.004毫米；表面粗糙度一般為R2.51.25微米,最高可達R0.63微米；切割厚度一般為4060毫米，最厚可達600毫米。4.應用范圍線切割加工為新產(chǎn)品試制、精密零件加工及模具制造開辟了一條新的工藝途徑，主要適用于以下幾個方面。 (1)加工模具 適用于加工各種形狀的沖模。調整不同的間隙補償量，只需一次編程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等。 (2)加工電火花成形加工用的電極 一般穿孔加工用的電極以及帶錐度型腔加工用的電極，以及銅鎢、銀鎢

15、合金之類的電極材料，用線切割加工特別經(jīng)濟，同時也適用于加工微細復雜形狀的電極。 (3)加工零件在試制新產(chǎn)品時，用線切割在坯料上直接割出零件，由于不需另行制造模具，可大大縮短制造周期、降低成本。另外修改設計、變更加工程序比較方便。在零件制造方面，可用于加工品種多、數(shù)量少的零件，特殊難加工材料的零件、材料試驗樣件、各種型孔、特殊齒輪凸輪、樣板、成型刀具。同時還可進行微細加工，異形槽和人工標準缺陷的窄縫加工等。 三、激光加工1.原理激光加工技術是利用激光束與物質相互作用的特性，對材料（包括金屬與非金屬）進行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一門加工技術。2.特點 1）高功率密度，可高達10810

16、10W/cm²； 2）聚焦微小，輸出功率可調整； 3）無明顯機械作用力，無工具損耗。加工速度快，熱影響區(qū)域很??； 4）加工裝置比較簡單； 5）加工重復精度和表面粗糙度不容易保證。對光反射敏感的材料，必須在加工前另加處理； 6）加工產(chǎn)生廢氣、廢物，必須及時排除。操作人員應有一定安全防護要求。3.主要設備激光加工機的組成部分（1）激光器：將電能轉變成光能，產(chǎn)生激光束；（2）激光器電源：為激光器提供所需能量及控制功能；（3）光學系統(tǒng)：包括激光聚焦系統(tǒng)和觀察瞄準系統(tǒng)；（4）機械系統(tǒng)：包括床身、工作臺和機電控制系統(tǒng)等。4.應用范圍 激光加工作為先進制造技術已廣泛應用于汽車、電子、電器、航空、冶

17、金、機械制造等國民經(jīng)濟重要部門，對提高產(chǎn)品質量、勞動生產(chǎn)率、自動化、無污染、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。四、電子束加工1.原理電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小面積上，在極短的時間內，其能量的大部分轉變?yōu)闊崮?，使被沖擊部分的工件材料達到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起材料的局部熔化和氣化，被真空系統(tǒng)抽走。2.特點1）可微細聚焦；2）非接觸加工，工件不產(chǎn)生宏觀應力和變形，加工范圍廣泛；3）生產(chǎn)率很高；4）易實現(xiàn)加工自動化；5）加工環(huán)境為真空條件，工件表面不發(fā)生氧化；6）設備昂貴。3.主要設備(一)電子槍：包括電子發(fā)射陰極、控制柵極和加速

18、陽極等，是獲得電子束的裝置。(二)真空裝置：由機械轉泵和油擴散泵或渦輪分子泵兩級組成，保證電子束加工時維持1.33×10-2 1.33 ×10-4Pa的真空度。(三)控制系統(tǒng)和電源：包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流強度控制以及工作臺位移控制等。4.應用范圍（一）高速打孔；（二）加工型孔及特殊表面；（三）刻蝕；（四）焊接；（五）熱處理；（六）曝光。五、離子束加工1.原理等離子體具有極高的能量密度，是由以下三種效應造成的：1)機械壓縮效應等離子體切割嘴通道直徑及長度2)熱收縮效應氣流流量與壓力；冷卻水作用3)磁收縮效應由電弧電流形成磁場綜合結果： 高電流密度，高溫度，高速度

19、（高動能）熱能2. 特點 1）是一種精密微細的加工方法。  2）非接觸式加工，不會產(chǎn)生應力和變形。    3）加工速度很快，能量使用率可高達90。  4）加工過程可自動化。  5）在真空腔中進行，污染少，材料加工表面不氧化。  6）離子束加工需要一整套專用設備和真空系統(tǒng)，價格較貴。  7）由于離子束流密度及離子的能量可以精確控制，因而能控制加工效果。   8）加工應力小。變形微小，對材料適應性強。  9）加工在較高真空度中進行，故產(chǎn)生污染少，特別適于加工易氧化的材料。 3.主

20、要設備離子束加工裝置可分為離子源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)。其中離子源系統(tǒng)與電子束加工裝置不同，其余系統(tǒng)均類似。4.應用范圍 等離子弧噴涂； 等離子弧熱處理； 等離子弧切割； 等離子弧焊接。電化學作用特種加工技術一、電解加工1.原理利用金屬在電解液中的“電化學陽極溶解”來將工件成形。在工件陽極與工具陰極之間接上直流電源，使工具陰極與工件陽極間保持較小的加工間隙(0.10.8 mm)，間隙中通過高速流動的電解液。這時，工件陽極開始溶解。開始時，兩極之間的間隙大小不等，間隙小處電流密度大，陽極金屬去除速度快；而間隙大處電流密度小，去除速度慢。隨著工件表面金屬材料的不斷溶解，工具陰極不斷地向

21、工件進給，溶解的電解產(chǎn)物不斷地被電解液沖走，工件表面也就逐漸被加工成接近于工具電極的形狀，如此下去直至將工具的形狀復制到工件上。 2.特點 (1)加工范圍廣泛，不受工件材料力學性能的限制； (2)生產(chǎn)率較高，約為電火花成形加工的510倍； (3)表面質量好，Ra1.250.2； (4)加工表面無殘余應力、無毛刺； (5)陰極理論上不會損耗。3.局限性 (1)難以獲得高加工精度及高加工穩(wěn)定性；(2)陰極設計和修正比較困難； (3)設備投資較多；(4)電解產(chǎn)物可能產(chǎn)生污染，有待處理。4.電解加工設備（一）直流電源（二）機床（1）機床的剛性；（2）進給速度的穩(wěn)定性；（3）防腐及絕緣；（4）抽風防爆。

22、（三）電解液系統(tǒng) 供液泵、貯液槽、過濾裝置、加熱及降溫裝置等（四）控制系統(tǒng)5.應用范圍1孔加工固定陰極擴孔；移動陰極擴孔。2型孔加工3型腔加工鍛模型腔成形。4套料加工5葉片型面成形6電解去除毛刺（倒角）7電解刻字、電解拋光8.數(shù)控展成電解加工二、電鑄加工1.電鑄的基本原理把預先按所需形狀制成的電鑄模作為陰極，用電鑄材料作為陽極，一同放入與陽極材料相同的金屬鹽溶液中，通以直流電。在電解作用下，電鑄模表面逐漸沉積出金屬電鑄層，達到所需的厚度后從溶液中取出，將電鑄層與原模分離，便獲得與原模形狀相對應的金屬復制件。2.特點是一種“加材”加工方法，以原子為單位實現(xiàn)材料的疊加與堆砌；具有制備納米金屬材料的

23、理論基礎。能準確、精密地復制復雜型面和細微紋路，唱片模、工藝品模、紙幣、證券、郵票等制版模。能獲得尺寸精度高、表面粗糙度小于Ra0.1微米的復制品，且同一原模生產(chǎn)的電鑄件一致性極好。適用材料多，單金屬、合金、復合等材料，60多種。應用范圍廣，手機、家電、電腦、汽車、五金、玩具、工藝品、航空航天、武器裝備、模具、微機械等行業(yè)。加工速度較慢；原模準備周期長。3.電鑄的應用主要用來是精確復制微細、復雜和某些難于用其他方法加工的特殊形狀的工件。廣泛應用于手機，電話，電腦，照相機等電子產(chǎn)品上。在手機上的應用主要在，Logo、攝像頭裝飾件，功能鍵、小的裝飾片等4.優(yōu)缺點電鑄法的優(yōu)點1、能進行超精密加工（復

24、制精度好）。電鑄最重要的特征是它具有高度“逼真性”。電鑄甚至可復制0.5微米以下的金屬線。例如1英寸的寬度內，有2500根3.5微米的超細線的電視攝像機用的高精度金屬網(wǎng)(超細金屬網(wǎng)) ，就使用了電鑄法進行生產(chǎn)的。而香煙過濾嘴的纖維，也是使用纖維素通過超細金屬網(wǎng)制成的，這是用其他金屬加工法所不能達到的。電鑄復制的精度是非常高的。高精度金屬網(wǎng)的制造法，是在底板上用照相制板技術按需要涂上絕緣層（保護層），然后以此作為模板進行電鑄。2、能調節(jié)沉積金屬的物理性質?？梢酝ㄟ^改變電鍍條件，鍍液的組分的方法來調節(jié)沉積金屬的硬度、韌性和拉伸強度等。還可以采用多層電鍍、合金電鍍、復合電度鍍方法得到其他加工方法不能

25、得到的物理性質。3、不受制品大小的限制。只要能夠放入電鍍槽就行。4、容易制出復雜形狀的零件。電鑄法的缺點1、操作時間長。例如用3A/dmm的陰極電流密度沉積3mm厚的鎳層，需要25h20min。即使用是小薄零件要鍍厚層時，成本很高，但是電鍍過程中可以無人管理。2、要有經(jīng)驗和熟練技能的人員操作。電鑄裝置是簡單的，但在復制復雜形狀的模型中要制造母模、導電層處理、剝離處理等，這些工序都要求有經(jīng)驗和熟練技能的人員才能操作。3、必須有很大的作業(yè)面積。即使是小制品，也需要有鍍槽、水洗槽等平面布置，廢水處理裝置必須有相當大的 作業(yè)面積。4、除了要有電鍍操作技術外，還必須有機械加工和金屬加工知識。電鑄法并不是單用電鍍操作而制出制品，還要進行襯底加工、研磨等機械操作，所以必須具備這些方面的知識和技巧?；瘜W作用特種加工技術一、化學洗切加工1.原理化學銑切加工，實質上是較大面積和較深尺寸的化學蝕刻。其原理是：先把工件非加工表面用耐腐蝕性涂層保護起來，需要加工的表面露出來，浸入到化學溶液中進行腐蝕，使金屬按特定的部位溶解取出，達到加工目的。2.特點優(yōu)