《机械制造基础》课程教学课件（PPT讲稿）先进加工工艺及设备

第10章光进加工工艺和工艺装备本章要点先进加工工艺可调夹具、组合夹具数控机床夹具

第10章 先进加工工艺和工艺装备 本章要点 先进加工工艺 可调夹具、组合夹具 数控机床夹具

第10章先进加工工艺和工艺装备10.1.1先进加工工艺概述先进加工工艺技术是指将原材料转化成具有一定几何形状，一定材料性能和精度要求的可用零件的一切过程和方法的总称。现代社会，机器和仪器在结构上所表现出的多样性是机械制造中采用多种工艺的产物。当代机械制造中采用儿车种工艺规程从简单的毛坏车削到电子焊接、零件表面层注入新材料、自动化装配等。机械制造工艺可以归结为两大类电子工艺和通用机械制造工艺

先进加工工艺技术是指将原材料转化成 具有一定几何形状、一定材料性能和精度要求的 可用零件的一切过程和方法的总称。现代社会， 机器和仪器在结构上所表现出的多样性 是机械制造中采用多种工艺的产物。 当代机械制造中采用几千种工艺规程， 从简单的毛坯车削到电子焊接、零件表面层 注入新材料、自动化装配等。 机械制造工艺可以归结为两大类： 电子工艺和通用机械制造工艺。 第10章 先进加工工艺和工艺装备 10.1.1 先进加工工艺概述

第10章光进加工工艺和工艺装备10.1.1先进加工工艺概述成形工艺主要指将不定形的原材料（块状、颗粒状、液态或固态）转化成所需要形状的工艺成形工艺变形工艺主要包括使工件的原始几何形状从一种状态改变为另一种状态变形工艺如锻造、冲压、轧制、挤压、拉拔等。切削和磨削是传统的机械加工方法切削工艺材料的切削是制造过程的主要内容几乎占全部工艺劳动量的1/3以上。联接工艺主要指将单个工件联接成组件或最终产品，如机械联接、焊接、粘接和装配等工艺。材料改性工艺及表面处理工艺是指不改变几何形状、仅改变工件材料性能，从而获得所希望指标的工艺，福如材料热处理工艺等

第10章 先进加工工艺和工艺装备 10.1.1 先进加工工艺概述 材料改性工艺及表面处理工艺 联接工艺 成形工艺 变形工艺 切削工艺 成形工艺主要指将不定形的原材料 （块状、颗粒状、液态或固态）转化 成所需要形状的工艺 变形工艺主要包括使工件的原始几何形状 从一种状态改变为另一种状态， 如锻造、冲压、轧制、挤压、拉拔等。 切削和磨削是传统的机械加工方法， 材料的切削是制造过程的主要内容， 几乎占全部工艺劳动量的1/3以上。 主要指将单个工件联接成组件或最终产品， 如机械联接、焊接、粘接和装配等工艺。 是指不改变几何形状、仅改变工件材料性能， 从而获得所希望指标的工艺， 如材料热处理工艺等

第10章光进加工工艺和工艺装备聚合及橡胶材料成形陶瓷材料成形非金属材料成形复合材料成形熔模铸造普通型砂铸金属型铸造成形工艺铸造特种铸造压力铸造离心铸造陶瓷型铸造粉末冶金图10.1成形工艺的分类

非金属材料 成形 聚合及橡胶材料 成形 陶瓷材料成形 铸 造 复合材料成形 普通型砂铸 造 特种铸造 压力铸造 金属型铸造 熔模铸造 离心铸造 粉末冶金 陶瓷型铸造 成形工艺 图10.1 成形工艺的分类 第10章 先进加工工艺和工艺装备

第10章光进加工工艺和工艺装备重结晶退火（完全退火、扩散退火、球化退火）退火低温退火（再结晶退火、去应力退火）热处正火、淬火和理回火表面火（感应加热、火焰材料改性加热）工艺化学热处理（渗碳、氮化、表面处理碳氮共渗等）工艺研磨、清洗、腐蚀、电镀、化学其他镀层、热渗透真空镀膜、气相沈表积、阳极氧化、化学沈积、生成面处处理、着色、喷涂、涂覆、涂层理等图10.2常用材料改性工艺及表面处理工艺方法J

退 火 重结晶退火（完全退火、扩散退 火、球化退火） 低温退火（再结晶退火、去应力 退火） 正火、淬火和 回火 表面淬火（感应加热、火焰 加热） 化学热处理（渗碳、氮化、 碳氮共渗等） 热 处 理 研磨、清洗、腐蚀、电镀、化学 镀层、热渗透真空镀膜、气相沉 积、阳极氧化、化学沉积、生成 处理、着色、喷涂、涂覆、涂层 等 其 他 表 面 处 理 材 料 改 性 工艺 表 面 处 理 工艺 图10.2 常用材料改性工艺及表面处理工艺方 法 第10章 先进加工工艺和工艺装备

第10章光进加工工艺和工艺装备10.1.2特种加工技术特种加工技术是指区别于传统切削加工方法利用化学、物理（电、声光、热、磁）或电化学方法对工件材料进行加工的一系列加工方法的总称。化学加工（CHM）、电化学加工（ECM）电化学机械加工（ECMM）电火花加工（EDM）电接触加工（RHM）超声波加工（USM）激光加工（LBM）离子束加工（IBM）电子束加工（EBM）、等离子体加工（PAM）电液加工（EHM）、磨料流加工（AFM）磨料喷射加工（AJM）液体喷射加工（HDM）及各类复合加工等

第10章 先进加工工艺和工艺装备 10.1.2 特种加工技术 特种加工技术是指区 别于传统切削加工方法， 利用化学、物理（电、声、 光、热、磁）或电化学方 法对工件材料进行加工的 一系列加工方法的总称。 化学加工（CHM）、电化学加工（ECM）、 电化学机械加工（ECMM）、电火花加工（EDM）、 电接触加工（RHM）、超声波加工（USM）、 激光加工（LBM）、离子束加工（IBM）、 电子束加工（EBM）、等离子体加工（PAM）、 电液加工（EHM）、磨料流加工（AFM）、 磨料喷射加工（AJM）、 液体喷射加工（HDM）及各类复合加工等

第10章光进加工工艺和工艺装备特种加工的特点：特种加工工艺主要用于各种高硬难熔及具有特殊物理机械性能的材料和精密细小、形状复杂、难以用传统切削加工工艺加工的零件1）不用机械能，与加工对象的机械性能无关，有些加工方法，如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工等是利用热能、化学能、电化学能等，这些加工方法与工件的硬度强度等机械性能无关，故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。2）非接触加工，不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使刚性极低元件及弹性元件得以加工。3）微细加工，工件表面质量高，有些特种加工，如超声、电化学、水喷射、磨料流等，加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，还能获得高精度、极低粗度的加工表面。4）不存在加工中的机械应变或大面积的热应变，可获得较低的表面粗糙度，其热应力、残余应力、冷作硬化等均比较小，尺寸稳定性好。5两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工，其综合加工效果明显，且便于推广使用。6）特种加工对简化加工工艺、变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积极的影响

第10章 先进加工工艺和工艺装备 特种加工工艺主要用于各种高硬难 熔及具有特殊物理机械性能的材料 和精密细小、形状复杂、难以用传 统切削加工工艺加工的零件。 特种加工的特点： 1）不用机械能，与加工对象的机械性能无关，有些加工方法，如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工等， 是利用热能、化学能、电化学能等，这些加工方法与工件的硬度强度等机械性能无关， 故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。 2）非接触加工，不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触， 因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度， 故使刚性极低元件及弹性元件得以加工。 3）微细加工，工件表面质量高，有些特种加工，如超声、电化学、水喷射、磨料流等， 加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝， 还能获得高精度、极低粗糙度的加工表面。 4）不存在加工中的机械应变或大面积的热应变，可获得较低的表面粗糙度， 其热应力、残余应力、冷作硬化等均比较小，尺寸稳定性好。 5）两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工， 其综合加工效果明显，且便于推广使用。 6）特种加工对简化加工工艺、变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积极的影响

第10章光进加工工艺和工艺装备常用特种加工方法的性能与适用范围尺寸精度/mm表面粗糙度Ra/μm加工方法可加工材料主要适用范围（平均/量高）（平均/量高）从数微米的孔、槽到数米的超大型模具、工件等，如圆电火花加工0.03/0.00310/0.04孔、方孔、异形孔、微孔、弯孔、深孔及各种模具：还可以刻字、表面强化、涂覆加工任何导电的金属材料，电火花线切割各种模具及零件，各种样板等：也常用于钼、钨、5/0.320.02/0.002如硬质切割加工半导体材料或贵重金属的切割合金、不锈钢、从细小零件到上吨重的超大型工件及模具，如仪表微型火钢、电解加工0.1/0.011.25/0.16轴、蜗轮叶片、炮管膛线等钛合金电解磨削硬质合金等难加工材料的磨削以及超精光整研磨、珩磨0.02/0.0011.25/0.04加工、切割脆硬材料，如玻璃、石英、宝石、金刚石、任何脆性材料超声波加工0.03/0.0050.63/0.16半导体等精密加工小孔、窄缝及成形加工、蚀刻：还可焊接、热激光加工10/1.250.01/0.001处理在各种难加工材料上打微孔、切缝、蚀刻、焊接等，常电子束加工任何材料0.01/0.00110/1.25用于中、大规模集成电路微电子器件对零件表面进行超精密加工、超微量加工、抛光、蚀刻、子束加工/0.01/0.01镀覆等

第10章 先进加工工艺和工艺装备 加工方法 可加工材料 尺寸精度/mm （平均/最高） 表面粗糙度Ra/μm （平均/最高） 主要适用范围 电火花加工 任何导电的金 属材料， 如硬质 合金、 不锈钢、 淬火钢、 钛合金 0.03/0.003 10/0.04 从数微米的孔、槽到数米的超大型模具、工件等，如圆 孔、方孔、异形孔、微孔、弯孔、深孔及各种模具； 还可以刻字、表面强化、涂覆加工 电火花线 切割加工 0.02/0.002 5/0.32 切割各种模具及零件，各种样板等；也常用于钼、钨、 半导体材料或贵重金属的切割 电解加工 0.1/0.01 1.25/0.16 从细小零件到上吨重的超大型工件及模具，如仪表微型 轴、蜗轮叶片、炮管膛线等 电解磨削 0.02/0.001 1.25/0.04 硬质合金等难加工材料的磨削以及超精光整研磨、珩磨 超声波加工 任何脆性材料 0.03/0.005 0.63/0.16 加工、切割脆硬材料，如玻璃、石英、宝石、金刚石、 半导体等 激光加工 任何材料 0.01/0.001 10/1.25 精密加工小孔、窄缝及成形加工、蚀刻；还可焊接、热 处理 电子束加工 0.01/0.001 10/1.25 在各种难加工材料上打微孔、切缝、蚀刻、焊接等，常 用于中、大规模集成电路微电子器件 离子束加工 /0.01 /0.01 对零件表面进行超精密加工、超微量加工、抛光、蚀刻、 镀覆等 常用特种加工方法的性能与适用范围

第10章先进加工工艺和工艺装备10.1.3微米/纳米技术微米技术是指在微米级（0.1~100um）的材料、设计、制造、测量、控制和应用技术。从微米/纳米技术研究的技术途径亦可分为两类：一种是分子、原子组装技术的办法，即把具有特定理化性质的功能分子、原子、借助分子、原子内的作用力，精细地组成纳米尺度的分子线、膜和其他结构，再由纳米结构与功能单元进而集成为微米系统，这种方法称为由小到大的方法：另一种是用刻蚀等微细加工方法，将大的材料割小，或将现有的系统采用大规模集成电路中应用的制造技术，实现系统微型化，这种方法亦称为由大到小的方法。从目前的技术基础分析，由大到小的方法可能是我们主要应用的方法

10.1.3 微米/纳米技术 第10章 先进加工工艺和工艺装备 微米技术是指在微米级（0.1～100μm）的材料、设计、 制造、测量、控制和应用技术。 从微米/纳米技术研究的技术途径亦可分为两类：一种是 分子、原子组装技术的办法，即把具有特定理化性质的 功能分子、原子、借助分子、原子内的作用力，精细地 组成纳米尺度的分子线、膜和其他结构，再由纳米结构 与功能单元进而集成为微米系统，这种方法称为由小到 大的方法；另一种是用刻蚀等微细加工方法，将大的材 料割小，或将现有的系统采用大规模集成电路中应用的 制造技术，实现系统微型化，这种方法亦称为由大到小 的方法。从目前的技术基础分析，由大到小的方法可能 是我们主要应用的方法

第10章光进加工工艺和工艺装备0.1.4快速成形工艺是直接根据产品CAD的三维实体模型数据，经计算机处理后，将三维模型转化为许多平面模型的迭加再通过计算机控制、制造一系列平面模型并加以联结，形成复杂的三维实体零件。快速成形技术具有以下特点1）高度柔性2）技术的高度集成3设计制造一体化4）快速性5自由成形制造6）材料的广泛性

10.1.4 快速成形工艺 第10章 先进加工工艺和工艺装备 是直接根据产品CAD的三维实体模型数据，经计算机处理后， 将三维模型转化为许多平面模型的迭加， 再通过计算机控制、制造一系列平面模型并加以联结， 形成复杂的三维实体零件。 快速成形技术具有以下特点 1）高度柔性 2）技术的高度集成 3）设计制造一体化 4）快速性 5）自由成形制造 6）材料的广泛性