现代加工-论文.doc

我的加工技术观我国的金属铸造生产，历史悠久，成就辉煌。现存于故宫博物院、颐和园的铜狮、铜象、铜鹤等，都是有代表性的、艺术价值很高的熔模铸件。熔模铸造在古代又称为失蜡法或拨蜡法。此法是先用调好的油蜡制模，然后在外面敷上泥料制型，阴干后加热化去蜡模，入窑焙烧，烧成后即可趁热浇注。另一项我所要介绍的我国古代的加工技术，就是灌钢法。北朝魏、齐间的綦毋怀文曾用灌钢法制成十分锋利的“宿铁刀”。所谓灌钢法就是选用品位比较高的铁矿石，冶炼出优质生铁，然后把液态生铁浇注在熟铁上，经过几度熔炼，使铁渗碳成为钢。接下来我将谈谈我对融合传统与现代加工技术的认识。铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的加工方法。机床床身,井盖,工艺品铜像,铸铁铁锅都是由铸造成形的。锻造是在锻压设备及工(模)具的作用下，使坯料或铸锭产生塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。斧子,连杆、曲轴、摇臂、转向节、拨叉、不锈钢刀叉都是由锻造成形的。冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加工方法。垫片，汽车的车身、底盘、油箱，电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。轧制是将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法。轧制有热轧和冷轧两种，主要用来生产型材、板材、管材。弯板是指沿预定的加热线用氧-乙炔烘炬对板材进行局部线状加热，并用水跟踪冷却（或让其自然冷却），使板产生局部塑性变形，从而将板材弯成所要求的曲面形状的一种加工方法。弯板主要用于重工企业弯制复杂曲度板和船体内部大型构件。拉伸是将杆件或单元体的两端平面在法向均布拉力的作用下而产生沿拉力方向的伸长现象的加工方法。拉丝是在金属压力加工中，在外力作用下使金属强行通过模具，金属横截面积被压缩，并获得所要求的横截面积形状和尺寸的技术加工方法。手机外壳的光洁美观是由拉丝而成的。电弧焊是利用电弧放电（俗称电弧燃烧）所产生的热量将焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的加工方法。超声焊是通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。目前，超声焊在大功率整流管引出线连接、蓄电池电极的焊接、铝塑复合管中铝管的缝焊中得到了应用。等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。气体由电弧加热产生离解，在高速通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。氩弧焊是在普通电弧焊的原理的基础上，利用氩气对金属焊材的保护，通过高电流使焊材在被焊基材上融化成液态形成溶池，使被焊金属和焊材达到冶金结合的一种焊接技术。由于在高温熔融焊接中不断送上氩气，使焊材不能和空气中的氧气接触，防止了焊材的氧化，因此可以焊接铜、铝、合金钢等有色金属。下图所示为氩亚弧焊机图一. 氩亚弧焊机摩擦焊是在工件间相对运动产生的摩擦热能使接合面加热到锻造温度并在预锻力作用下，通过材料的塑性变形和扩散过程，形成固态连接的焊接方法。下图所示为摩擦焊工作原理图二.摩擦焊工作示意图点焊是焊件在接头处接触面的个别点上被焊接起来。点焊要求金属要有较好的塑性。车削是工件旋转作主运动，车刀作进给运动的切削加工方法。车削可以用来加工小型零件，如螺钉、螺母、管接头、轴套类等。下图为车削的零件图。图三. 车削的零件图铣是一种用圆形能旋转的多刃刀具切削金属的专用设备，称“铣床”，上有“铣刀”。 它可以加工平面、垂直面、斜面、各种沟槽或成型面，如果配一些附件（如分度头）也可以加工螺旋槽，凸轮、成型面等。刨是用于金属材料的平面加工和各种直线的成型面的加工的一种机床。镗是对铸件上的孔和冲模等内表面进行加工的一种机床，通常用来扩大工件上已有的孔，也可用来钻孔和加工端面的加工方法。磨是用磨具或磨料加工工件的加工方法。现代特种加工技术已成为机械制造中必不可少的重要加工方法。以下是我对现代特种加工技术的见解。电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法。电火花加工可用于制造冲模、塑料模、锻模和压铸模、加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔等。下图为电火花加工示意图。+图四. 电火花加工示意图线切割是在工件与电极丝之间总是保持一定的放电间隙且喷洒工作液，电极之间的火花放电蚀出一定的缝隙，连续不断的脉冲放电就切出了所需形状和尺寸的工件的加工方法。线切割的加工原理图如下：图五. 线切割的加工原理图电解是在电解槽中，直流电通过电极和电解质，在两者接触的界面上发生电化学反应，以制备所需产品的过程。电解广泛应用于冶金工业中，如从矿石或化合物提取金属(电解冶金)或提纯金属(电解提纯)，以及从溶液中沉积出金属。电解磨削是电解加工与机械磨削相结合的特种加工。用电解磨削可磨削各种硬质合金刀具、轧辊、耐磨衬套、模具平面和不锈钢注射针头等。下图为电解磨削原理：图六. 电解磨削原理图超声波加工是利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工。超声加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和抛光。超声波加工示意图如下：图七.超声波加工示意图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。用激光束可以对材料进行打孔、划片、激光雕刻等。下图为激光雕刻产品示意图：图八. 光雕刻产品示意图电子束加工是在真空条件下，利用电子枪中产生的电子，经加速、聚焦形成高能量大密度的细电子束，轰击工件被加工部位，使该部位的材料熔化和蒸发，从而进行加工，或利用电子束照射引起的化学变化而进行加工的方法。利用电子束加工可以对材料进行表面热处理或直接使材料升华等。水射流加工是利用具有很高动能的高速射流进行的(有时又称为高速水射流加工)高能束加工范畴。水射流加工可用于陶瓷、硬质合金、高速钢、模具钢、淬火钢等的加工。电/磁流变是使材料的应力、应变随电磁变化而变化的加工方法。爆炸成形加工利用炸药爆炸时所产生的高能冲击波，通过中间介质使坯料产生塑性变形的方法。烧结是粉末或压坯在低于主要组分熔点温度下加热，使颗粒间产生连接，以提高制品性能的方法。烧结可用于加工地面砖，烧结地面砖的示意图如下：图九. 烧结地面砖化学抛光是靠化学试剂对样品表面凹凸不平区域的选择性溶解作用消除磨痕、浸蚀整平的一种加工方法。激光焊接是通过激发电子或分子使其在转换成能量的过程中产生集中且相位相同的光束将工件的加工区烧熔，使其粘合在一起的加工方法。激光焊接广泛应用于汽车车身的制造。激光切割是利用聚焦后的激光束作为主要热源的热切割方法，该技术采用激光束照射到钢板表面时释放的能量来使不锈钢熔化并蒸发。激光切割可用于切割工程图：图十. 激光切割工程图激光表面改性是指利用激光对金属工件表面进行扫描，从而引起工件表面金相组织发生变化进而对工件表面进行表面淬火、粉末粘合等。激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等。光刻是通过一系列生产步骤将晶圆表面薄膜的特定部分除去的工艺在此之后，晶圆表面会留下带有微图形结构的薄膜。激光刻蚀是激光利用高能量，极短脉冲的激光，使物质瞬间被汽化，不伤及周围物质，并可精确的控制作用深度的一种加工方法。电铸是利用金属的电解沉积原理来精确复制某些复杂或特殊形状工件的特种加工方法。电铸可用于金属艺术品复制件的加工。随着现代工业的不断发展，超精密加工在很机械、电子、国防等域占有重要地位。下面谈谈我对超精密加工的认识。超精密车削是在超精密车床上用经过精细研磨的单晶金刚石车刀进行微量车削,切削厚度仅1微米左右的加工工艺。常用于加工有色金属材料的球面、非球面和平面的反射镜等高精度、表面高度光洁的零件。镜面磨削是能达到最小表面粗糙度的磨削方法。磨削后的工件，表面粗糙度Ra不大于0.01微米,光如镜面,可以清晰成像，故称镜面磨削。镜面磨削主要用于加工精密轧辊、精密线纹尺等需要特别光洁的精密零件的外圆或平面。珩磨是用镶嵌在珩磨头上的油石对工件表面施加一定压力，珩磨工具或工件同时作相对旋转和轴向直线往复运动，切除工件上极小余量的精加工方法。珩磨广泛用于大批大量生产中加工汽缸孔、油缸筒、阀孔以及多种炮筒等。下图所示为珩磨头：图十一. 珩磨头研磨是用研磨工具和研磨剂，从工件上去掉一层极薄表面层的精加工方法。研磨可加工各种钢、淬硬钢、铸铁、铜铝及其合金、硬质合金、陶瓷、玻璃及某些塑料制品等。下图所示为研磨机：图十二. 研磨机砂带抛光是一种弹性抛光，是一种具有磨削、研磨、抛光多种作用的复合加工工艺。这种抛光方法可以加工内、外表面。单点金刚石切削采用圆弧刃单点金刚石刀具进行超精密撤销加工时，在工件加工表面形成轮廓峰和轮廓谷。对于铜、铝等有色金属以及塑料可以采用单点金刚石车削的方法。单点金刚石切削原理如下：图十三. 单点金刚石切削原理机械化学抛光是靠化学试剂对样品表面凹凸不平区域的选择性溶解作用消除磨痕、浸蚀整平的一种方法。水合抛光是一种积极利用在工件临界面上生成水合化反应的研磨抛光方法。其主要特点是不使用磨粒和加工液，只是在水蒸气环境下进行加工。水合抛光适用于表面平滑性好、表面度要求高的蓝宝石的精密加工。浮动抛光利用流体力学原理使抛光器与工件浮离，在抛光器的表面做出了若干楔槽，当抛光器高速旋转时，由于油楔的动压作用使工件或抛光器浮起，其间的磨粒就对工件表面进行抛光。离子溅射是在真空容器内，在高压1500V的作用下，残留的气体分子被电离，形成等离子体，阳离子在电场加速下轰击金属钯，使金属原子溅射到样品的表面，形成导电膜。离子注入是用离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。离子注入广泛用于半导体掺杂。电子束曝射是用低功率密度的电子束照射电致抗蚀剂，经显影后在抗蚀剂中产生图形的一种微细加工技术。激光束加工是利用能量密度很高的激光束使工件材料熔化、汽化和蒸发而予以去除的高能束加工。蒸镀是将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在工件或基片表面析出的过程。化学镀是在经活化处理的基体表面上，镀液中金属离子液催化还原形成金属镀层的加工方法。. 化学镀可用于塑料工件表面装饰镀。离子镀是在基体上施加偏压，产生离子对基体和覆盖层的持续轰击作用的真空镀膜方法。离子镀目前在镀防腐蚀材料方面应用最广。如水上飞机的壁板及其他外表零件。下图所示为离子镀机：图十四. 离子镀机沉积是用化学方法或物理方法使气体在基体材料表面发生化学反应并形成覆盖层的方法。分子束外延是在超高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直后形成的分子束或原子束，直接喷射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。阳极氧化是使金属在给定电解质中作为阳极，通过一定的电流密度，在其表面形成一层氧化物覆盖层的加工方法。从加工技术可以看出一个国家工业水平。下面具体谈谈激光焊接、等离子焊、冲压的加工方法特点、主要应用领域、设备。激光焊接的加工方法特点（1）可将入热量降到最低的需要量，热影响区金相变化范围小，且因热传导所导致的变形亦最低;（2）不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑。（3）激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当之距离，且可在工件周围的机具或障碍间再导引；（4）工件可放置在封闭的空间（经抽真空或内部气体环境在控制下）；（5）激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相近的部件;（6）不受磁场所影响（电弧焊接及电子束焊接则容易），能精确的对准焊件；（7）可焊接不同物性（如不同电阻）的两种金属；（8）不需真空，亦不需做X射线防护;（9）可以切换装置将激光束传送至多个工作站。激光焊接的应用领域有：（1）制造业应用激光焊接技术在国外轿车制造中得到广泛的应用；（2）粉末冶金领域如采用粉末冶金材料连接中常用的钎焊的方法焊接金刚石；（3）电子工业集成电路和半导体器件壳体的激光焊接封装；（4）生物医学激光焊接小血管及皮肤等激光焊接的设备由光学震荡器及放在震荡器空穴两端镜间的介质所组成。介质受到激发至高能量状态时，开始产生同相位光波且在两端镜间来回反射，形成光电的串结效应，将光波放大，并获得足够能量而开始发射出激光。等离子焊的加工方法特点是在尖头的钨电极和工件之间形成的。但是，通过在焊炬中安置电极，能将等离子弧从保护气体的气囊中分离出来，随后推动等离子通过孔型良好的铜喷管将弧压缩。通过改变孔的直径和等离子气流速度，可以实现三种操作方式： 1、微束等离子：0.115A，在很低的焊接电流下，柱状弧仍能保持稳定。2、中等电流：15200A，在较大的15200A电流下，等离子弧的过程特点与TIG弧相似，但由于等离子被压缩过，弧更加挺直。虽然可提高等离子气流速度来增加焊接熔池的度深，但会造成在紊乱的保护气流中，混入空气和保护气体的风险。 3、小孔型等离子：大于100A，通过增加焊接电流和等离子气流速度，可产生强有力的等离子束，与激光或电子束焊接一样，它能够在材料上形成充分的熔深。焊接时，随着焊接熔池的流动，金属穿过小孔被切割后在表面张力作用下形成焊道。等离子焊设备可分为手工焊和自动焊两类。手工焊设备由焊接电源、焊枪、控制电路、气路和水路等部分组成。自动焊设备则由焊接电源、焊枪、焊接小车（或转动夹具）、控制电路、气路及水路等部分组成。等离子焊接的应用领域有：（1）微束离子焊接微束离子通常用于焊接薄板材（厚度为0.1mm）、焊丝和网孔部分。（2）中等电流焊接它的优点是能产生较深的熔深，能容许包括药皮（焊炬中的焊条）在内的较大的表面污染。（3）小孔型焊接它能焊透厚度达10mm的板材，但使用单道焊接技术时，通常将板材厚度限制在6mm内。通常的方法是使用有填充物的小孔，以确保焊道断面的光滑（无齿边）。冲压的加工特点冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压可制出带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。冲压是高效的生产方法，采用复合模，尤其是多工位级进模，可在一台压力机（单工位或多工位的）上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。冲压设备除厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。冲压的应用领域：全世界的钢材中，有6070是板材，其中大部分经过冲压制成成品。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包，容器的壳体，电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中，也有大量冲压件。加工技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志,也是国际间科技竞争的重点。我国正处于经济发展的关键时期，只有跟上发展先进制造技术的世界潮流,将其放在战略优先地位,并以足够的力度予以实施，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。