機械制造技術(shù)課件 機械制造技術(shù)的發(fā)展-綜合-

《機械制造技術(shù)》課件機械制造技術(shù)的發(fā)展1遼寧科技大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械系第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展2第一節(jié)

精密、超精密及納米加工技術(shù)一、概述精密加工和超精密加工的特點：1、加工方法目前精密和超精密加工方法根據(jù)加工機理可分為四大類：切削加工：精密切削、微量切削和超精密切削等；磨削加工：精密磨削、微量磨削和超精密磨削等；特種加工：電火花加工、電解加工、激光加工、電子束加工、離子束加工等；復(fù)合加工：將幾種加工方法復(fù)合在一起，如機械化學(xué)研磨、超聲磨削、電解拋光等。精密、超精密及納米加工的加工3精度第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展2、加工原則一般加工時，機床的精度總是高于這被加工零件的精度這一規(guī)律被稱為“蛻化”原則。而對于精密加工和超精

密加工時，有時可利用低于工件精度的設(shè)備、工具，通

過工藝手段和特殊的工藝裝備，加工出精度高于“母機”的工作母機或工件。這種方法稱為進化加工。3、加工設(shè)備加工設(shè)備的幾何精度向亞微米級靠近。關(guān)鍵元件，如主軸、導(dǎo)軌、絲桿等廣泛采用液體靜壓或空氣靜壓元件。定位機構(gòu)中采用電致伸縮、磁致伸縮等微位移結(jié)構(gòu)。設(shè)備廣泛采用計算機控制、適應(yīng)控制、在線檢測與誤差補償?shù)燃夹g(shù)。4第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展54、切削性能當(dāng)精密切削的切深在1um以下時，切深可能小于工件材料晶粒的尺寸，因此切削就在晶粒內(nèi)進行，這樣切削力一定要超過晶粒內(nèi)部非常大的原子結(jié)合力才能切除切屑，于是具上的剪切應(yīng)力就變得非常大，刀具的切削刃必須能夠承受這個巨大的剪切應(yīng)力和由此產(chǎn)生的很大的熱量，這對于一般的刀具或磨粒材料是無法承受的。這就需要找到滿足加工精度要求的刀具材料和結(jié)構(gòu)。第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展65、加工環(huán)境精密加工和超精密加工環(huán)境必須滿足恒溫、防振、超凈三個方面對環(huán)境提出的要求。6、工件材料用于精密加工和超精密加工的材料要特別注重其加工性。工件材料必須具有均勻性和性能的一致性，不允許存在內(nèi)部或外部的微觀缺陷。第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展7、加工與檢測一體化精密測量是進行精密加工和超精密加工的必要條件。在密和超精密加工中廣泛采用精密光柵、激光干涉儀、電磁比較儀、圓度儀等精密測量儀器。精密、超精密加工主要包括下面三個領(lǐng)域：超精密切削加工超精密磨削和研磨加工精密特種加工在超精密加工工藝中還必須遵循以下三個原則：超微量切除的原則預(yù)加工原則超級穩(wěn)定的原則7第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展二、超精密機械加工工藝2、超精密磨削和超精密研磨砂帶磨削:3）砂帶磨削的特點及應(yīng)用砂帶與工件表面是柔性接觸，磨削的工件，其表面變形強化程度和殘余應(yīng)力均大低于砂輪磨削。砂帶磨削效率高，磨削熱量少，散熱條件好，有效地減少了工件表面的燒傷。砂帶制造工藝比砂輪的簡單，價格便宜。適宜加工大，中型尺寸的外圓，內(nèi)圓很平面。砂帶磨削多在砂帶磨床上進行，亦可在臥式車床，立式車床上利用砂帶磨頭和砂帶輪磨頭進行。可加工各種金屬和非金屬。8第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展圖9.1砂帶磨削方式9第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展（2）油石拋光9.2

油石拋光工作原理10第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展（3）珩磨圖9.3

珩磨加工示意圖11第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展（4）游離磨料拋光9.4

彈性發(fā)射加工原理圖12第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展13第二節(jié)

微機械加工技術(shù)一、概況微型機電系統(tǒng)（MEMS），是指可以批量制作的，集微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，甚至外圍接口、通訊電路和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。其主要特點有：體積小，重量輕，耗能低，性能穩(wěn)定；有利于大批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本；慣性小，諧振頻率高，響應(yīng)時間短；集成高技術(shù)成果，附加值高等。第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展14二、微機械加工技術(shù)1.半導(dǎo)體加工技術(shù)半導(dǎo)體加工技術(shù)即半導(dǎo)體表面和立體的微細加工，指在以硅為主要材料的基片上進行沉積、光刻與腐蝕的工藝過程。①光刻加工技術(shù)光刻加工可分為兩個階段，第一階段為原版制作，生成工作原版或工作掩膜，為光刻時的模板，第二階段為光刻。a、涂膠把光致抗蝕劑涂敷在已鍍有氧化膜的半導(dǎo)體基片上。第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展b、曝光由光源發(fā)出的光束，經(jīng)掩膜在光致抗蝕劑涂層上成像，稱之為投影曝光。c、顯影與烘片曝光后的光致抗蝕劑在特定溶劑中把曝光圖形顯示出來，是為顯影。其后進行200～250℃的高溫處理以提高光致抗蝕劑的強度，成為烘片。d、刻蝕利用化學(xué)或物理方法，將沒有光致抗蝕劑部分的氧化膜除去，稱之為刻蝕。刻蝕的方法有化學(xué)刻蝕、離子刻蝕、電解刻蝕等。e、剝膜與檢查用剝膜液去除光致抗蝕劑的處理為剝膜，剝膜后進行外觀、線條、斷面形狀、物理性能和電子特性等檢查。15第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展16②體微機械加工技術(shù)體微機械加工是一種對硅襯底的某些部位用腐蝕技術(shù)有選擇地去除一部分以形成微型機械結(jié)構(gòu)的工藝，常用的主要有濕法腐蝕和干法腐蝕兩種。③面微機械加工技術(shù)面微機械加工技術(shù)是在硅表面根據(jù)需要生長多層薄膜，如二氧化硅、多晶硅、氮化硅、磷硅玻璃膜層，在硅平面上形成所需要的形狀，甚至是可動部件。第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展174.超微型機械加工和電火花線切割加工①電火花加工

a、加工原理電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡稱

EDM。第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展18b、特點能加工普通切削加工方法難以切削的材料和復(fù)雜形狀工件；加工時無切削力；不產(chǎn)生毛刺和刀痕溝紋等缺陷；工具電極材料無須比工件材料硬；直接使用電能加工，便于實現(xiàn)自動化；加工后表面產(chǎn)生變質(zhì)層，在某些應(yīng)用中須進一步去除；工作液的凈化和加工中產(chǎn)生的煙霧污染處理比較麻煩。c、應(yīng)用主要用于加工具有復(fù)雜形狀的型孔和型腔的模具和零件加工各種硬、脆材料，如硬質(zhì)合金和淬火鋼等；加工深細孔、異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等；加工各種成形刀具、樣板和螺紋環(huán)規(guī)等工具和量具。19第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展②線切割加工20第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展215.鍵合技術(shù)鍵合技術(shù)是一種把兩個固體部件在一定溫度與電壓下直接鍵合在一起的封裝技術(shù)，期間不用

任何粘結(jié)劑，在鍵合過程中始終處于固相狀態(tài)。第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展22第三節(jié)特種加工技術(shù)特種加工主要是利用電能、光能、聲能、熱能和化學(xué)能來去除金屬和非金屬材料的非傳統(tǒng)性加工方法。第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展一、電火化加工239.8

電火花加工原理示意圖第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展1、加工原理電火花加工是直接利用電能對零件進行加工的一種方法，其加工原理是使工件和工具之間產(chǎn)

生周期性的、瞬間的脈沖放電，依靠電火花產(chǎn)

生的高溫將金屬熔蝕，并在工件上形成與工具

電極截面形狀相同的精確形狀，而工具電極的

形狀保持原有的形狀。電火花加工是基于脈沖

放電的腐蝕原理，故也稱放電加工或電蝕加工。24第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展2、電火花加工的工藝特點（1）電火花可加工任何硬、脆、韌、軟和高熔點的導(dǎo)電材料，在一定條件下，還可加工半導(dǎo)體材料和非導(dǎo)電材料。加工時無切削力，有利于小孔、薄壁、空槽以及各種復(fù)雜截面的型孔、曲線孔和型腔等零件的加工。當(dāng)脈沖寬度不大時，對整個工件而言，幾乎不受熱影響，可提高加工質(zhì)量，適于加工熱敏感性強的材料。脈沖參數(shù)可任意調(diào)節(jié)，能在同一臺機床上連續(xù)進行粗半精、精加工。精加工時精度為0.005mm,Ra值為

1.6~0.8μm，精微加工時精度可達0.002mm~0.001mm，Ra值為0.05~0.01μm。直接使用電能加工，易于實現(xiàn)自動化。25第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展263、電火花加工的應(yīng)用目前電火花加工主要有兩種類型，即電火花成形加工和電火花線切割。穿孔加工加工型孔（圓孔、方孔、多邊形孔和異形孔）、曲線孔（彎孔、螺紋孔）、小孔、微孔，例如落料模、復(fù)合模、拉絲模、噴嘴、噴絲孔等。型腔加工鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模，以及整體葉輪、葉片等各種典型零件的加工。線切割加工進行線電極切割，例如切斷、切割各類復(fù)雜型孔（例如沖裁模）。電火花切割加工按走絲速度可分為快走絲和慢走絲兩種類型。第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展27二、電解加工1、電解加工基本原理電解加工就是利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的電化學(xué)腐蝕原理對工件進行成形加工的一種方法（也稱電化學(xué)加工）。圖99為電解加工原理圖。工件接陽極，工具（銅或不銹鋼）接陰極，兩極間加（6~24v）的直流電壓工具陰極連續(xù)緩慢均勻向工件進給，極間保持0.1~1mm間隙。具有一定壓力0.5~2MPa)的電解液（10~20%的食鹽水）從兩極間隙中高速（5~60

m/s）流過。陽極工件表面的金屬逐漸按陰極型面的形狀溶解．電解產(chǎn)物被高速電解液帶走，于是在工件表面上加工出與陽極型面基本相似的形狀。第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展圖9.9

電解加工原理示意圖28第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展2、電解加工的特點和應(yīng)用電解加工能以簡單的進給運動，一次加工出形狀復(fù)雜的型面和型腔（如鍛模、葉片等）；可加工高硬度、高強度和高韌性等難切削的金屬材料，如淬火鋼、高溫合金等；加工型面和型腔的效率比電火花加工高5—10倍；加工中無機械切削力或切削熱，加工面質(zhì)量好、無殘余應(yīng)力和毛刺；加工中陰極損耗小，一般可加工上千個零件；因影響電解加工的因素很多，故難于實現(xiàn)高精度的穩(wěn)定加工。尺寸精度低于電火花加工，且不易控制，一般型孔加工為：

0.03~0.05mm，型腔加工為0.05~0.2mm；電解液對機床有腐蝕作用，設(shè)備費用高，電解產(chǎn)物的處理和回收較困難，污染較嚴(yán)重。29第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展三、激光加工1、加工原理激光是一種亮度高、方向性好、單色性好的相干光。由于激光發(fā)散角小和單色性好，理論上可通過一系列裝置把激光聚焦成直徑與光的波長相近的極小光斑，加上亮度高，其焦點處的功率密度可達107~1011w／cm2，溫度高達萬度左右，在此高溫下，任何堅硬的或難加工的材料都將瞬時急劇熔化和氣化，并產(chǎn)生強烈的沖擊波，使熔化的物質(zhì)爆炸式地噴射出去，這就是激光加工的工作原理。30第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展9.10

激光加工原理示意圖31第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展2、激光加工的工藝特點激光加工幾乎可以加工一切金屬和非金屬材料，如硬質(zhì)合金、不銹鋼、陶瓷玻璃、金剛石及寶石等。加工效率高，打一個孔只需要0.001s；易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)和流水作業(yè)。加工時不用刀具，屬于非接觸式加工。工件不產(chǎn)生機械加工變形，熱變形極小，可加工十分精微的尺寸?？赏ㄟ^空氣、惰性氣體或光學(xué)透明介質(zhì)進行加工。32第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展3、激光加工的應(yīng)用加工材料范圍廣，幾乎對所有的金屈材料和非金屬材料都可進行加工。特別適于加工高熔點材料、耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆材料。激光加工屬于非接觸加工，無受力變形；受熱區(qū)域小，工件熱變形小，加工精度高。工件可離開加工機進行加工，并可通過空氣、惰性氣體或光學(xué)透明介質(zhì)進行加工?？蛇M行微細加工。激光聚焦后可實現(xiàn)直徑0.01mm的小孔加工和窄縫切割。在集成電路的制作中，可用激光進行切片。加工速度快，效率高。如在寶石上打孔，加工時間僅為機械加工方法的1%。不僅可以進行打孔和切割，也可進行焊接、熱處理等工作。可控性好，易于實現(xiàn)自動化。33第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展34四、精密特種加工工藝1、電子束加工電子束加工是利用能量密度很高的高速電子流，在一定真空度的加工艙中使工件材料熔化、蒸發(fā)和汽化而予以去除的高能束加工電子束加工的應(yīng)用范圍幾乎和激光加工一樣，但是與激光加工相比，其能量密度高，射束直徑可以聚得更小、能使加工更精密，因此電子束加工有其獨特的應(yīng)用領(lǐng)域。第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展352、離電子束加工離子束加工被認為是最有前途的超精密加工和細微加工方法。這種方法是利用氬（Ar）離子或其它帶有10keV數(shù)量級動能的惰性氣體離子，在電場中加速，以其動能轟擊工件表面而進行加工。根據(jù)用途不用，離子束加工可以分為離子束濺射去除加工、離子束濺射鍍膜加工及離子束濺射注入加工。離子束加工是一種很有價值的超精密加工方法，它不會像電子束加工那樣產(chǎn)生熱并引起加工表面的變形。它可以達到0.01um的分辨率。離子束加工是一個能實現(xiàn)亞微米和納米、乃至原子級的超精密加工技術(shù)，目前主要用于離子刻蝕、離子磨、離子鍍以及精微打孔、刻蝕、切割、研磨、拋光等。第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展36五、超聲波加工

1、加工原理超聲波比聲波能量大得多，它對其傳播方向上的障礙物產(chǎn)生很大的壓力，能量強度可達幾十瓦到幾百瓦每平方厘米，因此用超聲波可進行機械加工。超聲波加工正是利用超聲振動

(16kHz-30kHz)的工具沖擊磨料對工件進行加工的一種方法第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展9.11

超聲波加工原理圖37第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展2、超聲波加工的工藝特點和應(yīng)用（1）超聲波加工主要適于加工各種硬脆材料，特別是不導(dǎo)電材料和半導(dǎo)體材料，如玻璃、陶瓷、寶石、金剛石等

2）易于加工各種形狀復(fù)雜的型孔、型腔和成形表面，也可進行套料、切割和雕刻等；對工件的宏觀作用力小、熱影響小，可加工某些不能承受較大切削力的薄壁、薄片等零件；工具材料的硬度可低于工件硬度；超聲波加工能獲得較好的加工質(zhì)量。尺寸精度可達

0.01~0.05mm，表面粗糙度Ra值為0.4~0.1μm。因此，

一些高精度的硬質(zhì)合金沖壓模、拉絲模等，常先用電火花粗加工和半精加工，后用超聲波精加工。38第九章

機械制造技術(shù)的發(fā)展39六、水射流加工水射流加工技術(shù)是在20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)的。開始時只是在大理石、玻璃等非金屬材料上用作切割直縫等簡單作業(yè)。經(jīng)過30多年的開發(fā)，現(xiàn)已發(fā)展成為能夠切削復(fù)雜的三維形狀的工藝方法。水射流加工特別適合于各種軟質(zhì)有