第十章-復(fù)合加工

1、1第10章 復(fù) 合 加 工210.1 概概 述述復(fù)合加工的方法大多是在機(jī)械加工的同時(shí)應(yīng)用流體力學(xué)、化學(xué)、光學(xué)、電力、磁力和聲波等能源進(jìn)行綜合加工。早期出現(xiàn)的復(fù)合加工都是用來解決難切削材料的加工以及提高其加工效率的，20世紀(jì)70年代后期以來的研究則大多著眼于改善加工質(zhì)量。最普遍使用的復(fù)合加工大多是在定形切削刃的切削加工、非定形切削刃的磨料加工和電火花及電解加工等常規(guī)加工方法基礎(chǔ)上，同時(shí)或反復(fù)使用其他能量的加工方法。此外，也有不用上述常規(guī)的加工方法而僅依靠化學(xué)、光學(xué)和液動力等作用的復(fù)合加工。310.2 復(fù)合切削加工復(fù)合切削加工(切削復(fù)合加工切削復(fù)合加工)(1) 加熱切削通過對工件局部瞬時(shí)加熱，改變

2、其物理力學(xué)性能和表層的個相組織以降低工件在切削區(qū)材料的強(qiáng)度，提高其塑性使切削加工性能改善。它是對鑄造高錳鋼、無磁鋼和不銹鋼等難切材料進(jìn)行高效切削的一種方法。常用的有等離子弧加熱輔助車削和激光輔助車削。 4(2) 機(jī)械超聲振動復(fù)合加工。這種復(fù)合加工是指將超聲振動附加在機(jī)械加工上。在切削過程中，刀具與工件周期性地接觸與離開，切削速度的大小和方向在不斷地變化。由于切削速度的變化和加速度的出現(xiàn)，使得振動切削具有切削力大大減小，切削溫度明顯降低，刀具壽命可以提高，加工精度和表面質(zhì)量可以提高等特點(diǎn)，特別是在難加工材料(如耐熱鋼、不銹鋼等硬韌性材料)加工中，收到了異乎尋常的效果：常見的有超聲振動車削、超聲振

3、動鉆削等。 510.3 化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工中常用的有下列兩種：(1) 機(jī)械化學(xué)拋光(CMP)。機(jī)械化學(xué)拋光(CMP)的加工原理是利用比工件材料軟的磨料(如對Si3N4陶瓷用Cr2O3，對Si晶片用SiO2)，由于運(yùn)動的磨粒本身的活性以及因磨粒與工件間在微觀接觸區(qū)的摩擦產(chǎn)生的高壓、高溫，使能在很短的接觸時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)固相反應(yīng)，隨后這種反應(yīng)生成物被運(yùn)動的磨粒的機(jī)械摩擦作用去除，其去除量約可微小至0.1nm級。因?yàn)槟チ＼浻诠ぜ?，故不是以磨削的作用來去除材料。如果把軟質(zhì)磨粒懸浮于化學(xué)溶液中進(jìn)行濕式加工，則會同時(shí)出現(xiàn)溶液和磨粒兩者生成的反應(yīng)物，但因磨粒的吸水性而使其表面活性和接

4、觸點(diǎn)溫度降低，故加工效率比單用軟磨粒與適量拋光劑的干式加工為低。(2) 化學(xué)機(jī)械拋光。化學(xué)機(jī)械拋光的工件原理是由溶液的腐蝕作用形成化學(xué)反應(yīng)薄層，然后由磨粒的機(jī)械摩擦作用去除。610.4 超聲電火花超聲電火花(電解電解)復(fù)合加工復(fù)合加工10.4.1 超聲電火花復(fù)合加工簡介1. 加工原理利用電火花對小孔、窄縫進(jìn)行精微加工時(shí)，及時(shí)排除加工區(qū)的蝕除產(chǎn)物成了保證電火花精微加工能順利進(jìn)行的關(guān)鍵所在。當(dāng)蝕除產(chǎn)物逐漸增多時(shí)，電極間隙狀態(tài)變得十分惡劣，電極間搭橋、短路屢屢發(fā)生，使進(jìn)給系統(tǒng)一直處于進(jìn)給回退的非正常振蕩狀態(tài)，使加工不能正常進(jìn)行。72. 影響超聲電火花復(fù)合加工效果的因素1) 加工面積的影響試驗(yàn)證明：超

5、聲電火花復(fù)合加工只適用于小面積的穿孔或窄縫加工，當(dāng)加工面積增大時(shí)，生產(chǎn)率反而不如普通電火花加工，這是由于在進(jìn)行大面積電火花加工時(shí)，高頻小振幅的超聲振動并不能使電極中心部位的加工產(chǎn)物迅速排除，容易造成搭橋、短路等非正常放電，試驗(yàn)證明，一般當(dāng)加工直徑小于0.5mm時(shí)，復(fù)合加工的效果才漸趨明顯。83. 超聲電火花復(fù)合加工的應(yīng)用舉例超聲電火花復(fù)合加工主要用于小孔或窄縫的精微加工。例如，采用超聲-RC發(fā)生器加工直徑為0.25mm的小孔時(shí)，孔深為0.4mm，加工時(shí)間僅為8s，當(dāng)加工深孔時(shí)，孔徑為0.25mm，孔深為6mm(L/D=25)，加工時(shí)間為7min，當(dāng)加工孔徑為0.1mm，孔深為7mm時(shí)(L/D=

6、70)，加工時(shí)間僅為20min。又如利用方波脈沖加工異型噴絲孔，孔深為0.5mm，原需20min，加超聲后，僅用20s即可完成。910.4.2 超聲電解復(fù)合加工 在電解加工中，一旦在工件表面形成鈍化膜，加工速度就會下降，如果在電解加工中引入超聲振動，鈍化膜就會在超聲振動的作用下遭到破壞，使電解加工能順利進(jìn)行，促進(jìn)生產(chǎn)率的提高。另外，如果在小孔、窄縫加工中引入超聲振動，則可促使電解產(chǎn)物的排放，同樣也有利于生產(chǎn)率的提高。這種用超聲振動改善電解加工過程的加工工藝，就是超聲電解復(fù)合加工。1010.4.3 超聲電解復(fù)合拋光 超聲電解復(fù)合拋光的加工原理圖 1工具；2電解電源；3電解液；4、8工件；5結(jié)合劑

7、；6磨料；7工件；8陽極薄膜；9電極間隙及電解液 超聲電解復(fù)合拋光是超聲波加工和電解加工復(fù)合而成的一種復(fù)合加工方法。它可以獲得優(yōu)于靠單一電解或單一超聲波拋光的拋光效率和表面質(zhì)量。 1110.4.4 超聲電火花復(fù)合拋光 超聲電火花復(fù)合拋光是超聲波加工和電火花加工復(fù)合而成的一種復(fù)合加工方法。這種復(fù)合拋光的加工效率比純超聲機(jī)械拋光要高出3倍以上，表面粗糙度值Ra可達(dá)0.20.1m。特別適合于小孔、窄縫以及小型精密表面的拋光。 1210.5 電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工包括電解磨削、電解珩磨、電解研磨等加工工藝，它們的材料去除機(jī)理基本相似。1310.5.1 電解磨削復(fù)合加工

8、電解磨削的工作原理圖 1導(dǎo)電砂輪；2電解液；3導(dǎo)電基體；4磨料；5陽極膜； 6絕緣板；7工作臺；8工件；9電刷 1410.5.2 電解珩磨復(fù)合加工電解珩磨的原理如右圖所示。在普通珩磨機(jī)上增設(shè)直流電源和電解液循環(huán)系統(tǒng)，加工時(shí)將工件接電源的正極，工具珩磨頭接電源的負(fù)極并作旋轉(zhuǎn)及往復(fù)運(yùn)動。1510.5.3 電解研磨復(fù)合加工 電解研磨原理圖 1弧形陰極；2工件；3研磨條 電解研磨是將電解加工與機(jī)械研磨相結(jié)合的一種復(fù)合加工方法，用來對外圓、內(nèi)孔、平面進(jìn)行表面光整加工以至鏡面加工。1610.6 復(fù)合加工的技術(shù)發(fā)展趨勢復(fù)合加工的技術(shù)發(fā)展趨勢復(fù)合加工是對傳統(tǒng)中常用的單一的機(jī)械加工、電加工和激光加工等方法的重要發(fā)展和補(bǔ)充。隨著精密機(jī)