精細和超精細加工論文

精細和超精細加工論文精細和超精細加工論文一、精細和超精細加工的概念與范疇通常，按加工精度劃分，機械加工可分為一般加工、精細加工、超精細加工三個階段。目前，精細加工是指加工精度為1~0.1?;m，外表粗糙度為Ra0.1~0.01?;m的加工技術(shù)，但這個界線是隨著加工技術(shù)的進步不斷變化的，今天的精細加工可能就是明天的一般加工。精細加工所要解決的問題，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及外表狀況；二是加工效率，有些加工能夠獲得較好的加工精度，卻難以獲得高的加工效率。精細加工包括微細加工和超微細加工、光整加工等加工技術(shù)。傳統(tǒng)的精細加工方法有砂帶磨削、精細切削、珩磨、精細研磨與拋光等。a.砂帶磨削是用粘有磨料的混紡布為磨具對工件進行加工，屬于涂附磨具磨削加工的范疇，有生產(chǎn)率高、外表質(zhì)量好、使用范圍廣等特點。b.精細切削，也稱金剛石刀具切削(SPDT)，用高精細的機床和單晶金剛石刀具進行切削加工，主要用于銅、鋁等不宜磨削加工的軟金屬的精細加工，如計算機用的磁鼓、磁盤及大功率激光用的金屬反光鏡等，比一般切削加工精度要高1~2個等級。c.珩磨,用油石砂條組成的珩磨頭，在一定壓力下沿工件外表往復運動，加工后的外表粗糙度可達Ra0.4~0.1?;m，最好可到Ra0.025?;m，主要用來加工鑄鐵及鋼，不宜用來加工硬度小、韌性好的有色金屬。d.精細研磨與拋光通過介于工件和工具間的磨料及加工液，工件及研具作互相機械摩擦，使工件到達所要求的尺寸與精度的加工方法。精細研磨與拋光對于金屬和非金屬工件都能夠到達其他加工方法所不能到達的精度和外表粗糙度，被研磨外表的粗糙度Ra≤0.025?;m加工變質(zhì)層很小，外表質(zhì)量高，精細研磨的設備簡單，主要用于平面、圓柱面、齒輪齒面及有密封要求的配偶件的加工，可以用于量規(guī)、量塊、噴油嘴、閥體與閥芯的光整加工。e.拋光是利用機械、化學、電化學的方法對工件外表進行的一種微細加工，主要用來降低工件外表粗糙度，常用的方法有：手工或機械拋光、超聲波拋光、化學拋光、電化學拋光及電化學機械復合加工等。手工或機械拋光加工后工件外表粗糙度Ra≤0.05?;m，可用于平面、柱面、曲面及模具型腔的拋光加工。超聲波拋光加工精度0.01~0.02?;m，外表粗糙度Ra0.1?;m?；瘜W拋光加工的外表粗糙度一般為Ra≤0.2?;m。電化學拋光可提高到Ra0.1~0.08?m。超精細加工就是在超精細機床設備上，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外表光潔度的加工經(jīng)過。當前的超精細加工是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm，外表粗糙度Ra小于0.025μm，以及所用機床定位精度的分辨率和重復性高于0.01μm的加工技術(shù)，亦稱之為亞微米級加工技術(shù)，且正在向納米級加工技術(shù)發(fā)展。超精細加工包括微細加工、超微細加工、光整加工、精整加工等加工技術(shù)。微細加工技術(shù)是指制造微小尺寸零件的加工技術(shù)；超微細加工技術(shù)是指制造超微小尺寸零件的加工技術(shù)，它們是針對集成電路的制造要求而提出的，由于尺寸微小，其精度是用切除尺寸的絕對值來表示，而不是用所加工尺寸與尺寸誤差的比值來表示。光整加工一般是指降低外表粗糙度和提高外表層力學機械性質(zhì)的加工方法，不著重于提高加工精度，其典型加工方法有珩磨、研磨、超精加工及無屑加工等。實際上，這些加工方法不僅能提高外表質(zhì)量，而且能夠提高加工精度。精整加工是近年來提出的一個新的名詞術(shù)語，它與光整加工是對應的，是指既要降低外表粗糙度和提高外表層力學機械性質(zhì)，又要提高加工精度(包括尺寸、形狀、位置精度)的加工方法。二、精細加工的發(fā)展現(xiàn)狀與應用1.精細成型加工的發(fā)展現(xiàn)狀與應用精細鑄造成形、精細模壓成形、塑性加工、薄板精細成形技術(shù)在工業(yè)發(fā)達國家遭到高度重視，并投入大量資金優(yōu)先發(fā)展。70年代美國空軍主持制訂“鍛造工藝當代化計劃〞，目的是使鍛造這一重要工藝實現(xiàn)當代化，更多地使用CAD／CAM，使新鍛件的制造周期減少75%。1992年，美國國防部提出了“軍用關(guān)鍵技術(shù)清單〞，其中包含了等壓成型工藝、數(shù)控計算機控制旋壓、塑變和剪切成形機械、超塑成型／擴散連接工藝、液壓延伸成型工藝等精細塑性成型工藝。國外近年來還發(fā)展了以航空航天產(chǎn)品為應用對象的“大型模鍛件的鍛造及葉片精鍛工藝〞、“快速凝固粉末層壓工藝〞、“大型復雜構(gòu)造件強力旋壓成型工藝〞、“難變形材料超塑成形工藝〞、“先進材料(如金屬基復合材料、陶瓷基復合材料等)成形工藝〞等。我國的超塑成形技術(shù)在航天航空及機械行業(yè)也有應用，如航天工業(yè)中的衛(wèi)星部件、導彈和火箭氣瓶等，采用超塑成形法制造偵察衛(wèi)星的欽合金回收艙。與此同時，還基本上把握了鋅、銅、鋁、欽合金的超塑成形工藝，最小成形厚度可達0．3mm，形狀也較復雜。此外，國外已廣泛應用精細模壓成形技術(shù)制造武器。常用的精細模壓成形技術(shù)，如閉塞式鍛造、采用分流原理的精細成形及等溫成形等國外已用于軍工生產(chǎn)。目前，精細模壓技術(shù)在我國應用還較少，精度也較差，國外精度為±0.05—0.10mm，我國為±0.1—0.25mm。2.孔加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應用近年來，汽車、模具零部件、金屬加工大都采用以CNC機床為中心的生產(chǎn)形態(tài)，進行孔加工時，也大都采用加工中心、CNC電加工機床等先進設備，高速、高精度鉆削加工已提上議事日程。無論哪個領(lǐng)域的孔加工，實現(xiàn)高精度和高速化都是獲得用戶訂單的重要競爭手段。近年來，隨著高速銑削的出現(xiàn)，以銑削刀具為中心的切削加工正在進入高速高精度化的加工時期。在孔加工作業(yè)中，目前仍大量使用高速鋼麻花鉆，但各企業(yè)之間在孔加工精度和加工效率方面已逐步拉開了差距。高速切削鉆頭的材料以陶瓷涂層硬質(zhì)合金為主，如MAZAK公司和森精機制作所在加工鑄鐵時，即采用了陶瓷涂層鉆頭。在加工鋁合金等有色材料時，可采用金剛石涂層硬質(zhì)合金鉆頭、DLC涂層硬質(zhì)合金鉆頭或帶金剛石燒結(jié)體刀齒的鉆頭。高速高精度孔加工除采用CNC切削方式對孔進行精細加工外，還可采用鏜削和鉸削等方式對孔進行高精度加工。隨著加工中心主軸的高速化，已可采用鏜削工具對孔進行高速精細加工。隨著IT相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，近年來，光學和電子工業(yè)所用裝置的零部件產(chǎn)品的需求急速增長，這種增長刺激了微細形狀及高精度加工技術(shù)的迅速發(fā)展。其中，微細孔加工技術(shù)的開發(fā)應用尤其引人矚目。微細孔加工早已在印刷電路板等加工中加以應用，包括鋼材在內(nèi)的多種被加工材料，均可用鉆頭進行小直徑加工。目前，小直徑孔加工中，利用鉆頭切削的直徑最小可至φ50μm左右。小于φ50μm的孔則多采用電加工來完成。為了抑制毛刺的產(chǎn)生，很多研究者提出可采用超聲波振動切削的方式。目前，正在探索一種應用范圍廣而且工藝合理的超聲波振動切削形式，其中包括研究機床的適應特性等內(nèi)容。隨著這些問題的順利解決，今后可望更好地實現(xiàn)直徑更小的微小深孔加工，加工精度會更高。3.特種熱處理的發(fā)展現(xiàn)狀與應用特種熱處理工藝是國防工業(yè)系統(tǒng)關(guān)鍵制造技術(shù)之一。真空熱處理以其特有的無污梁、無氧化、工件變形小和適用范圍廣等優(yōu)點，廣泛用于航空航天構(gòu)造件處理，如齒輪構(gòu)造件外表滲碳或滲氮，導彈和航天器各種合金或鋼件的去應力、加強或增韌處理等。典型構(gòu)造如：儀表零件、傳動構(gòu)造、燃料貯箱、發(fā)動機殼體等；美國熱處理爐約有50%以上為真空熱處理爐。真空熱處理爐已廣泛采用了計算機控制,目前已發(fā)展到真空化學熱處理和真空氣淬熱處理，包括高壓真空氣淬、高流率真空氣淬和高壓高流率真空氣淬技術(shù)等。另外，激光熱處理技術(shù)在國外已廣泛用于航空、航天、電子、儀表等領(lǐng)域，如各種復雜外表件、微型構(gòu)件、需局部強化處理構(gòu)件、微型電子器件、大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)和修補、精細光學元件、精細測量元件等。4.數(shù)控電火花加工新工藝的應用a.標準化夾具數(shù)控電火花加工為保證極高的重復定位精度且不降低加工效率，采用快速裝夾的標準化夾具。標準化夾具，是一種快速精細定位的工藝方法，它的使用大大減少了數(shù)控電火花加工經(jīng)過中的裝夾定位時間，有效地提升了企業(yè)的競爭力。目前有瑞士的EROWA和瑞典的3R裝置可實現(xiàn)快速精細定位。b.混粉加工方法在放電加工液內(nèi)混入粉末添加劑，以高速獲得光澤面的加工方法稱之為混粉加工。該方法主要應用于復雜模具型腔，尤其是不便于進行拋光作業(yè)的復雜曲面的精細加工?？山档土慵獗泶植诙戎?，省去手工拋光工序，提高零件的使用性能〔如壽命、耐磨性、耐腐蝕性、脫模性等〕?；旆奂庸ぜ夹g(shù)的發(fā)展，使精細型腔模具鏡面加工成為現(xiàn)實。c.搖動加工方法電火花加工復雜型腔時，可根據(jù)被加工部位的搖動圖形、搖動量的形狀及精度的要求,選用電極不斷搖動的方法,獲得側(cè)面與底面更均勻的外表粗糙度，更容易控制加工尺寸,實現(xiàn)小間隙放電條件下的穩(wěn)定加工。d.多軸聯(lián)動加工方法近年來，隨著模具工業(yè)和IT技術(shù)的發(fā)展，多軸聯(lián)動電火花加工技術(shù)獲得了長足的進步。模具企業(yè)采用多軸聯(lián)動的方法來提高加工性能，如清角部位在加工可行的情況下采用X、Y、Z三軸聯(lián)動的方法，即斜向加工，避免了因加工部位面積小而發(fā)生放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象。模具潛伏式膠口的加工通過對電極斜度裝夾定位的設計，可以進行斜向多軸聯(lián)動加工。采用多軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)與多種直線運動協(xié)調(diào)組合成多種復合運動方式，可適應不同種類工件的加工要求，擴大數(shù)控電火花加工的加工范圍，提高其在精細加工方面的比擬優(yōu)勢和技術(shù)效益。5.精細加工技術(shù)的發(fā)展趨勢面向21世紀的精細加工技術(shù)的發(fā)展趨勢體如今下面幾個方面：a.精細化精細加工的核心主要體如今對尺寸精度、仿形精度、外表質(zhì)量的要求。當前精細電火花加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可達±2-3μm、底面拐角R值可小于0.03mm，最佳加工外表粗糙度可低于Ra0.3μm。通過采用一系列先進加工技術(shù)和工藝方法，可到達鏡面加工效果且能夠成功地完成微型接插件、IC塑封、手機、CD盒等高精細模具部位的電火花加工。b.智能化智能化是而向21世紀制造技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。智能制造技術(shù)(IMT)是將人工智能融入制造經(jīng)過的各個環(huán)節(jié)，通過模擬人類專家的智能活動，取代或延伸制造系統(tǒng)中的部分腦力勞動，在制造經(jīng)過中系統(tǒng)能自動監(jiān)測其運行狀態(tài)，在遭到外界干擾或內(nèi)部鼓勵能自動調(diào)整其參數(shù)，以到達最佳狀態(tài)和具備自組織能力。新型數(shù)控電火花機床采用了模糊控制技術(shù)和專家系統(tǒng)智能控制技術(shù)。模糊控制技術(shù)是由計算機監(jiān)測來斷定電火花加工間隙的狀態(tài)，在保持穩(wěn)定電弧的范圍內(nèi)自動選擇使加工效率到達最高的加工條件；自動監(jiān)控加工經(jīng)過，實現(xiàn)最穩(wěn)定的加工經(jīng)過的控制技術(shù)。采用人機對話方式的專家系統(tǒng)，根據(jù)加工的條件、要求，合理輸入設定值后便能自動創(chuàng)立加工程序，選用最佳加工條件組合來進行加工。在線自動監(jiān)測、調(diào)整加工經(jīng)過，實現(xiàn)加工經(jīng)過的最優(yōu)化控制。專家系統(tǒng)在檢測加工條件時，只要輸入加工形狀、電極與工件材質(zhì)、加工位置、目的粗糙度值、電極縮放量、搖動方式、錐度值等指標，就可自動推算并配置最佳加工條件。專家系統(tǒng)智能技術(shù)的應用使機床操作更容易，對操作人員的技術(shù)水平要求更低。c.自動化自動化技術(shù)的成功應用，不但提高了效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，還能夠代替人去完成危險場合的工作。對于批量較大的生產(chǎn)自動化，可通過機床自動化改裝、應用自動機床、專用組合機床、自動生產(chǎn)線來完成。小批量生產(chǎn)自動化可通過NC，MC，CAM，F(xiàn)MS，CIM，IMS等來完成。在末來的自動化技術(shù)施行經(jīng)過中，將愈加重視人在自動化系統(tǒng)中的作用。同時自動化開場面向中小型企業(yè)，以經(jīng)濟實用為出發(fā)點，知足不斷發(fā)展的產(chǎn)品多樣化和個性化需要。數(shù)控電火花機床具備的自動測量找正、自動定位、多工件的連續(xù)加工等功能已較好地發(fā)揮了它的自動化性能。自動操作經(jīng)過不需人工干涉，能夠提高加工精度、效率。目前最先進的數(shù)控電火花機床在配有電極庫和標準電極夾具的情況下，只要在加工前將電極裝入刀庫，編制好加工程序，整個電火花加工經(jīng)過便能日以赴繼地自動運轉(zhuǎn)，幾乎無需人工操作。機床的自動化運轉(zhuǎn)降低了操作人員的勞動強度、提高生產(chǎn)效率。d.高效化當代加工的要求為數(shù)控電火花加工技術(shù)提供了最佳的加工形式，即要求在保證加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如手機外殼、家電制品、電器用品、電子儀表等領(lǐng)域，都要求減少輔助時間(如編程時間、電極與工件定位時間等),同時又要降低粗糙度,從原來的Ra0.8μm改良到Ra0.25μm，使放電后不必再進行手工拋光處理。這不但縮短了加工時間且省卻后處理的費事，同時提升了模具品質(zhì)，使用粉末加工設備可到達要求。這就需要加強機床的自動編程功能，配置電極與工件定位的夾具、裝置。若在大工件的粗加工中選用石墨電極材料也是提高加工效率的好方法。e.信息化信息、物質(zhì)和能源是制造系統(tǒng)的三要素。隨著計算機、自動化與通訊網(wǎng)絡技術(shù)紅制造系統(tǒng)中的應用，信息的作用越來越重要。產(chǎn)品制造經(jīng)過中的信息投入，己成為決定產(chǎn)品成本的主要因素。制造經(jīng)過的本質(zhì)是對制造經(jīng)過中各種信息資源的收集、輸入、加工和處理經(jīng)過，最終構(gòu)成的產(chǎn)品可看作是信息的物質(zhì)表現(xiàn)，因而能夠把信息看作是一種產(chǎn)業(yè)，包括在制造之中。為此一些企業(yè)開場利用網(wǎng)絡技術(shù)、計算機聯(lián)網(wǎng)、信息高速公路、衛(wèi)星傳遞數(shù)據(jù)等實現(xiàn)異地生產(chǎn)。使生產(chǎn)分散網(wǎng)絡化，以適應21世紀高柔性生產(chǎn)的需要。f.柔性化隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展和人民生活水平不斷提高，促使產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度不斷加快，這就要求當代企業(yè)必須具備一定的生產(chǎn)柔性來知足市場多變的需要。所謂柔性，是指一個制造系統(tǒng)適應各種生產(chǎn)條件變化的能力，它與系統(tǒng)方案、人員和設備有關(guān)。系統(tǒng)方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人員柔性是指操作人員能保證加工任務，完成數(shù)量和時間要求的適應能力。設備柔性是指機床能在短期內(nèi)適應新零件的加工能力。柔性制造自動化的形式很多，如美國提出的敏捷制造(AM)其主線就是高柔性生產(chǎn)。上海同濟大學張曙教授提出的獨立