精密与特种加工复习材料2.doc

1特种加工的含义：特种加工是指利用机、光、电、声、热、化学、磁、原子能等能源来进行加工的非传统加工方法；它与传统切削加工的不同特点主要有：1）不是主要依靠机械能；2）工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度；3）在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用（工件不承受机械力，特别适合于精密加工低刚度零件）。特种加工的优势：1）特种加工技术可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属、非金属材料或复合材料，2）特别适合于加工复杂、微细表面和低刚度的零件；3）还可以用于进行超精密加工、镜面加工、光整加工以及纳米级（原子级）的加工。2.结合加工（增材加工）的例子：电镀、电铸、快速成形加工、激光焊接等。3.天然金刚石刀具是精密与超精密加工的基本刀具。(超微量去除技术是实现超精密加工的关键)4.超精密加工的实现条件：1）超精密加工的机理与工艺方法2）超精密加工工艺装备3）超精密加工工具4）超精密加工中的工件材料5）精密测量及误差补偿技术6）超精密加工工作环境、条件等。（必须综合考虑以上因素才能取得满意效果。）5.超精密机床的主轴部件：主轴部件是保证超精密机床加工精度的核心。超精密加工对主轴的要求是极高的回转精度，转动平稳，无振动。而满足该要求的关键在于所用的精密轴承。高精度的滚动轴承主轴制造困难，因此现在多使用液体静压轴承和空气静压轴承。1）液体静压轴承主轴 优点：具有回转精度高、刚度较高、转动平稳、无振动的特点（被广泛用于超精密机床） 缺点：1.油温随转速的升高而升高，造成热变形，影响主轴精度 2.静压油回油时将空气带入油源，形成微小气泡悬浮在油中，不易排出，因而降低了液体静压轴承的刚度和运动性。2）空气静压轴承主轴优点：具有很高的回转精度，在高速转动时温升甚小，基本达到恒温状态，因此造成的热变形误差很小； 缺点：与液体静压轴承相比，空气轴承刚度低，承受载荷较小。6.主轴的驱动方式：1）柔性联轴器驱动；2）内装式同轴电动机驱动。7.常用的导轨部件：超精密机床常采用平面导轨结构的液体静压导轨和空气静压导轨，滚动导轨也有着广泛的应用。8.常见的微进给装置有：1）压电和电致伸缩微进给装置；2）摩擦驱动装置；3）机械结构弹性变形微量进给装置。9.金刚石晶体定向的三种方法：1）人工目测定向2）激光定向（结合图了解激光定向的原理）激光晶体定向的原理如上图所示：由氦氖激光管产生的激光束，通过屏幕上的小孔，照射到金刚石表面是某一晶面面网，这当转动金刚石使被测晶面与激光束相垂直时，激光被反射到屏幕上形成特征衍射光像，根据衍射光像的图形即可知道被激光照射的晶面为何种晶面。3）X射线定向。10.金刚石刀具主要是对铝、铜及其合金等材料进行超精密车削，而对于黑色金属、硬脆性材料的精密与超精密加工，这主要是应用精密和超精密磨料加工。11.精密磨削机理：精密磨削主要是靠砂轮具有微刃性和等高性的磨粒实现的，精密磨削机理如下：1）微刃的微切削作用；2）微刃的等高切削作用3）微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。12.研磨加工机理：精密研磨属于游离磨粒切削加工，是在刚性研具（如铸铁、锡、铝等软金属或硬木、塑料等）上注入磨料，在一定压力下，通过研具与工件的相对运动，借助磨粒的微切削作用，出去微量的工件材料，以达到高级几何精度和优良表面粗糙度的加工方法。包括：1）硬脆性材料的研磨；2）金属材料的研磨。13.抛光加工机理：抛光是指用低速旋转的软质弹性或粘弹性材料（塑料、沥青、石蜡、锡等）抛光盘，或高速旋转的低弹性材料（棉布、毛毡、人造革等）抛光盘，加抛光剂，具有一定研磨性质地获得光滑表面的加工方法。抛光一般不能提高工件形状精度和尺寸精度。抛光使用的磨粒是1m以下的微细磨粒。14.电火花加工的机理：电火花加工是基于正负电极间脉冲放电时的电腐蚀现象对材料进行加工的，又称为放电加工、电蚀加工、电脉冲加工等。加工机理如下：1）极间介质的击穿和放电通道的形成正负极电场强度增加，在阴极上会由场滞发射效应产生向阳极高速移动，在移动过程中电子与液体中的介质碰撞产生电离，而这种电离雪崩式地增加，在局部区域内产生高密度的等离子体，从而形成了放电通道。2）介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀，电子和阳离子分别向阳极和阴极高速移动，与电极相碰撞产生高温，在磁压效应和周围介质惯性动力压缩效应的作用，使得通道内产生强烈效应的冲击波。3）蚀除产物的抛出 因通道中的高温高压使电极表面的相变区也处于高温高压状态，通道崩溃后，相变区外部的高温高压消失，相变区内部的高温高压能量就要爆炸性释放，将相变区的材料喷爆抛入介质中。4）极间介质的消电离 两次脉冲放电之间，必须有一定间隔时间，使间隔介质消电离。即放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，间隙中电蚀产物排除，介质温度降低，恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度。电火花加工设备：电火花加工机床、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液及其循环过滤系统15.影响放电蚀除量的主要因素1）极性效应（单纯由于正负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应）；2）电参数（电火花加工脉冲电源的可控参数有：脉宽、脉间、峰值电流、开路电流、脉冲的前沿上升率和后沿下降率。提高电蚀量和生产率的途径在于：提高脉冲频率f，增加单个脉冲能量m,或者说增加平均放电电流ie和脉冲宽度ti，减小脉间to，设法提高系数Ka,、Ka。）3）金属材料热学常数：热学常数是指熔点、沸点（气化点）、热导率（导热系数）、比热容、熔化潜热、气化潜热等。16.电火花穿孔成形加工机床主要由主机（包括自动调节系统的执行机构）、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液净化及循环系统几部分组成。20.电火花线切割加工的基本原理：电火花线切割加工与电火花成形加工的基本原理一样，都是基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理，实现零部件的加工。所不同的是，电火花线切割加工不需要制造复杂的成形电极，而是利用移动的细金属丝（钼丝或铜丝）作为工具电极，工件按照预定的轨迹运动，“切割”出所需要的各种尺寸和形状。21.电极丝速度为7-10m/s的是高速走丝，低于0.2m/s的是低速走丝。22.电化学加工按加工原理可以分为三大类：1）利用阳极金属的溶解作用去除材料（主要有电解加工、电解抛光、电解研磨、电解倒棱、电解去毛刺等）2）利用阴极金属的沉积作用进行镀覆加工（主要有电铸、电镀、电刷镀等）3）电化学加工与其他加工方法结合完成的电化学复合加工（主要有电解磨削、电解电火花复合加工、电化学阳极机械加工等）24.电化学加工的主要特点：1）适应范围广；2）加工质量高；3）加工过程没有划分阶段4）电化学加工对环境有一定程度的污染。25结合图了解电解加工的机理： 以工件为阳极（接直流电源的正极）、工具为阴极（接直流电源的负极），两极之间加6-24V的直流电压，电解液以5-60m/s的速度从两级之间的缝隙（约0.1-1mm）冲过，使两极之间形成导电通路，两极和电解液之间就有电流通过。金属工件表面在电化学作用下，不断地溶解到电解液中，电解产生物则被高速流动的电解液带走。随着工具电极恒速向工件进给，工件材料按工具电极型面的形状不断地溶解，最终使工件与工件电极之间各处的间隙趋于一致，在工件上加工出和工具电极型面相反的形状。26.电极的极化和超电压：超电压应为一下几个方面超电压之和：1）浓度超电压；2）电阻超电压；3）化学超电压。29.电解液的分类：1）酸性溶液；2）碱性电解液；3）中性盐电解液（三种中性盐电解液 NaCL电解液，价廉易得，具有较大蚀除速度，电流效率高，适应广泛、安全、经济，是一种应用最广泛电解液。缺点：杂散腐蚀性大，复制精度低。NaNO 电解液在浓度小于30%时，有较好的非线性特性，成形精度高，对设备腐蚀性小，使用安全，价格也不高；缺点：电流效率低，生产率低，加工时阴极有氨气析出，还会导致电解损耗。NaCLO是杂散腐蚀小，成型精度到，加工工件表面粗糙度值小。缺点：电解液的弱点是安全性差，价格较贵。价格之比：NaCL：NaNO：NaCLO=1：2.6：6）。30.激光加工的原理与特点：受激辐射：处于激发态的原子，在频率为v21的外界入射信号作用下，从E 能级跃迁到E 能级上，在跃迁过程中，原子辐射出的光子能量为hv21，该光子与外界输入信号处于同一状态，这一过程称为受激辐射。受激辐射的特点：所辐射出来的光子在方向、频率、相位、偏振状态与原来“刺激”它的光子完全相同，这就是手机辐射光，简称激光。31.激光的特性：1）单色性；2）方向性；3）相干性；4）能量密度高。32.激光加工的原理：当工作物质3（如红宝石、钕玻璃等具有亚稳态能级结构的物质）受到光泵2（激励光源）的激发后，便产生受激辐射跃迁，造成光放大，并通过由两个反射镜1、4（全反射镜和部分反射镜）组成的谐振腔产生振荡，由谐振腔一端输出激光，经过透镜5将激光束聚焦到工件6的待加工表面上。33.激光加工特点：1）由于激光的功率密度高，加工的热作用时间很短，热影响区小，因此几乎可以加工任何材料，透明材料只要采取一些色化、打毛等措施，即可采用激光加工2）激光加工不需要工具，不存在工具损耗、更换和调整等问题，适于自动化连续操作3）激光束可聚焦到微米级，输出功率可以调节，且加工中没有机械力的作用，故适合于精密微细加工4）可以透过透明的物质（如空气、玻璃等），故激光可以在任意透明的环境中操作，包括空气、惰性气体、真空甚至某些液体；5）激光加工不受电磁干扰。与电子束加工相比，气其优越性就在于可以在大气中进行，且加工装置比较简单；6）激光除可用于材料的蚀除加工外，还可以进行焊接、热处理、表面强化或涂敷、引发化学反应等加工。37.超声波加工：声波是人耳能感受的一种纵波，它的频率在16-16000Hz范围内，而频率超过16000Hz就成为超声波。超声波具有波长短、能量大，传播过程中反射、折射、共振、损耗等现象显著的特点。超声波加工的机理：超声波加工是利用工具断面做超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆性材料的一种成形加工方法。超声波发生器产生1.6万Hz以上的高频交流电源，输送给超声换能器，产生超生波振动，并借助变幅杆将振幅放大到0.05-0.1mm左右，使变幅杆下端的工具产生强烈振动。含有水与磨料的悬浮液由工具带动也产生强烈振动，冲击工件表面。加工时，工具以很小的力压在工件上。为了冷却超生换能器，还需接通冷却水。工件便面受到磨料以很大速度和加速度的不断撞击，被粉碎成很细的微粒。从工件上脱落下来。38. 电子束加工的基本原理：电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高的电子束，以极高的速度（当速度电压为50V时，电子速度可达16x10 km/s）冲击到工件表面的极小面积上，在极短时间内（几分之一微妙）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化和气化，而实现加工的目的。电子束加工的特点： 1）加工面积可以很小；2）非接触式加工；3）生产效率高；4）便于实现自动化；5）污染少，加工表面不氧化，特别适用于加工易氧化的金属及合金材料，以及纯度要求极高的半导体材料；6）需要一套专用设备和真空系统，价格较贵，因此生产应用有一定的局限性。39.离子束加工的基本原理：在真空条件下，将由离子源产生的离子经过电场加速，获得具有一定速度的离子投射到材料表面，产生溅射效应和注入效应。由于离子带正电荷，其质量比点子大数千、数万倍，所以离子束比电子束具有更大的冲击动能，它是靠微观的机械撞击能量来加工的。离子束加工的特点：1）加工精度高，易精确控制；2）污染少；3）加工应力、变形极小。40.各类离子束加工：a）离子刻蚀；b）溅射沉积；c）离子镀；d）离子注入。1电解和电火花区别？（1）基本原理的不同（2）组成部分的区别：（a）进给：电火花加工自动进给调节系统是保证工具和工件保持一定的平均放电间隙,由于工件的蚀除速度和电极的损耗是随机的,变化的,所以电火花加工是不等速进给调节系统,又称为伺服系统.电解加工间隙与加工速度在一定范围内成双曲反比关系,能够相互平衡补偿,其自动进给系统是等速进给系统（b）电源：电火花是脉冲电源，电解是直流电源；（c）机床：密封性不同（d）工作液：绝缘性和腐蚀性激光打孔工艺：其特点加工能力强，效率高。采用激光可以打小至几微米的微孔。目前激光打孔技术已广泛应用于火箭发动机和柴油机的燃料喷嘴，宝石轴承，金刚石拉丝模，化纤喷丝头等微小孔的加工中例如美国通用电器公司采用激光加工气冷却通气小孔，打孔速度为（20-30）个孔/s，激光打孔与其它方法相比，使每台航空发动机仅打孔一项加工费用节省2500美元。 激光束切割：它是一种最为广泛的激光加工技术。激光切割可用于各种材料的切割，如可切割金属和玻璃陶瓷等非金属材料。激光切割的应用实例：美国麦道公司用500W的CO 激光器切割硼环氧树脂制的F-15形状复杂的尾翼壁板，与其它方法相比减少工时58%。激光焊接：已成功应用于微电子器件等小型精密零部件的焊接以及深溶焊接。激光表面处理等。实例：美国AVCO公司吧cr co w粉末涂于灰铸铁阀座内壁表面上经激光处理后得到很好效果，阀座经机加工后采用6.5千瓦的二氧化碳激光仅一次就获得0.75mm后的合金层，即大大降低了生产成本又延长了使用寿命。电铸加工的原理：用可导电的原模作阴极，电铸材料作阳极，电铸材料的金属盐溶液作电铸也，在直流电源的作用下溶液中金属离子在阴极上获得电子而沉积镀覆在阴极原模表面，阳极上的金属原子交出电子成为金属离子进入镀液，对金属离子进行补充，以保持其浓度基本不变。阳极原模上电铸层逐渐加厚，当达到预定厚度时即可取出设法与原膜分离，即可获得与原模型面凹凸相反的电铸件