机械制造基础13

第13章现代制造新工艺一、设计目的通过减速器某些主要零部件制造新工艺的制定及其制造过程的设计，能够了解部分的现代制造新工艺方法，熟悉现代制造新工艺的使用范围和加工过程。二、设计条件给出减速器零件图及该零件的性能要求，选择某种零件进行工艺的制定及其制造过程设计。13.1减速器制造新工艺方法选定说明第13章现代制造新工艺13.1减速器制造新工艺方法选定说明三、设计内容及要求（1）根据减速器零部件图及性能要求，分析零件，确定成形工艺方法，选择加工手段。（2）选定某种现代工艺方法，进行工艺设计。（3）现代制造工艺过程的设计及主要步骤。第13章现代制造新工艺13.2激光加工激光包括激光钻孔、激光切割、激光焊接、激光打标、表面改性和微加工等。13.2.1激光加工的基本原理激光加工是利用高功率密度的激光束照射工件，使材料熔化、气化而进行穿孔、切割和焊接等的特种加工。通常用于加工的激光器主要是固体激光器（图13-1）和气体激光器（图13-2）第13章现代制造新工艺第13章现代制造新工艺13.2.2激光加工的工艺特点（1）能够加工各种金属、非金属材料；（2）无接触加工，且激光束能量及其移动速度可调，能实现多种加工；（3）加工过程无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。（4）加工速度快，对非激光照射部位没有影响或影响较小，其热影响区小，工件热变形小，易于实现自动化和流水作业。第13章现代制造新工艺13.2.2激光加工的工艺特点（5）可穿越介质进行加工，如通过空气、透明介质对工件进行加工。（6）激光加工具有节能环保的优越性。（7）激光加工，效率高，质量可靠，经济效益好。13.2.3激光加工的应用1、激光打孔2、激光切割3、激光焊接4、激光打标5、激光热处理6、激光的其他应用13.3电子束加工和离子束加工13.3.1电子束加工一、电子束加工的原理（如图13-3所示）真空条件下，电子枪中产生的电子，经加速、聚焦，形成高速度、高能量密度的极细束流，冲击工件表面极小的面积，电子动能大部分转换为热能，令这一极小面积的材料在极短时间内达到几千摄氏度以上，利用电子束轰击高分子材料，使它的分子链切断或重新聚合等改变。13.3电子束加工和离子束加工13.3.1电子束加工13.3电子束加工和离子束加工13.3.1电子束加工二、电子束加工的特点（1）电子束的能量密度大，功率密度高；（2）工件变形小；（3）电子束强度、位置、聚焦可精确控制，加工过程能够实现自动化控制；（4）真空环境下加工，产生污染很少；（5）电子束加工需专用设备，设备价格昂贵，加工成本高。13.3电子束加工和离子束加工13.3.1电子束加工三、电子束加工的应用电子束加工一方面可利用电子束的热效应进行热性加工，另一方面也利用电子束的化学效应进行非热性加工。例如：电子束打孔、电子束光刻、电子束热处理。13.3电子束加工和离子束加工13.3.2离子束加工一、离子束加工的基本原理离子束加工是利用离子束对材料进行成形或表面改性加工的一种工艺方法。其原理与电子束、加工原理基本类同。二、离子束加工的特点（1）加工精度高，易于精确控制。（2）加工的应力和变形小。（3）产生的污染少，（4）设备费用昂贵，投资较大，成本高。13.4超声波加工13.4.1超声波加工的基本原理超声波加工的原理图13-4所示。超声波发生器7将工频交流电能转化为一定功率输出的超声频电振荡，通过超声换能器6将电振荡转换为同一频率、垂直于工件表面的超声机械振荡，再经过变幅棒5，使其前端振幅放大，以驱动工具1的端面作超声振动。在工具1的超声振动和一定压力下，磨料悬浮液不断高速冲击工件2的加工区，促使磨料高速抛磨工件表面。13.4超声波加工13.4.1超声波加工的基本原理13.4超声波加工13.4.2超声波加工的特点（1）加工范围广。（2）切削力小，功率消耗低。（3）工件加工精度高、表面粗糙度低，被加工表面无残余应力、烧伤等现象，也适合加工薄壁、窄缝和低刚度零件。（4）工具可用较软的材料、做成较复杂的形状；（5）超声波加工的精度高，加工表面质量好。（6）超声波加工面积不够大，而且工具头磨损较大，故生产率较低。13.4超声波加工13.4.3超声波加工的应用超声波加工精度和表面质量要好，更重要的是可以加工它们难以加工的半导体和非金属的硬脆材料。其主要于如下方面：（1）型孔和型腔的加工。（2）切割加工。（3）超声波清洗。（4）超声波焊接。（5）复合加工。13.5电解加工13.5.1电解加工原理电解加工原理是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解原理去除工件上多余材料的，如图13-5所示。13.5电解加工13.5.2电解加工的工艺特点（1）加工范围广。（2）加工质量好，生产率高，且加工生产率不受加工精度和表面粗糙度的直接限制，可获得一定的加工精度和较低的表面粗糙度。（3）可用于加工薄壁和易变形零件。（4）工具阴极无损耗。（5）加工精度和加工稳定性不高。（6）由于阴极和夹具的设计、制造及修正困难，周期较长，因而单件小批量生产的成本较高。13.5电解加工13.5.3电解加工的应用电解加工主要应用在深孔加工、叶片（型面）加工、锻模（型腔）加工、管件内孔抛光、各种型孔的倒圆和去毛刺、整体叶轮的加工、炮管内孔及膛线的加工、螺旋花键孔的加工等方面。13.6高压水射流切割13.6.1高压水射流切割的原理高压水射流切割的原理是将水增至超高压后，经节流小孔射出，使水压势能转变为水射流的动、能，借助高速高密集度水射流的冲击作用来进行、切割。13.6高压水射流切割13.6.2高压水射流切割的分类1、纯水型2、加磨料型13.6高压水射流切割13.6.3高压水射流切割的特点（1）无切割方向的限制，可作全方位的切割；（2）不会产生热变形，不需二次加工，可节省时间及制造成本。（3）加工切割速度快，效率高，加工成本低。（4）可以轻松地切割不锈钢板或坚硬的大理石、花岗岩等，对那些因其他方法难以切割的材料如芳纶、钛合金等各种复合材料更是非常理想或唯一的加工手段。（5）切割时不会产生裂痕，它可以切割间隙很窄的材料。13.6高压水射流切割13.6.4高压水射流切割的应用纯水型切割：适用于切割质地较软的材料，如橡胶、布匹、纸及玻璃纤维增强合成材料等；加磨料型水射流：不但能切割各种金属材料，以及表面堆焊有硬化层的零件、外包或内衬异种金属或非金属材料的钢制容器或管子等工件以及切割陶瓷、钢筋混凝土、花岗岩以及各种复合材料等。13.7粉末锻造成形工艺13.7.1粉末锻造成形的工艺方法粉末锻造通常是指将金属粉末压制成预成形坯，将粉末烧结的预成形坯经加热后，在闭式模中锻造成零件的成形工艺方法。13.7粉末锻造成形工艺13.7.2粉末锻造的工艺特点与应用常用的粉末锻造方法有粉末锻造、烧结锻造、锻造烧结和粉末冷锻。广泛应用于金属加工、机械制造、精密仪器、石油和钻探、家电、电机及电器制造业等领域。13.8拓展训练训练：线切割机床的编程与操作训练目的：了解线切割机床的结构和线切割加工的原理、特点、用途；训练要点：掌握YH系统的控制、绘图、编程等基本功能；学会编制简单零件的线切割程序，掌握线切割机床的基本操作能切割简单零件。13.9实践中常见问题解析（1）激光切割中有蓝色的等离子气体产生，工件不能切透，起主要原因可能是：辅助气体接错，功率太小，切割速度太高等。（2）激光切割面不规则，是由于气体压力偏高，喷嘴损坏或直径太大的原因。（3）激光切缝底部两侧有类似熔渣的毛刺，水珠形状，其原因是切割速度偏高，气压偏低，或焦点位置偏高等。13.9实践中常见问题解析（4）电解抛光后，表面会发现似未抛光的斑点或小块；主要原因：抛光前除油不彻底，表面尚附有油迹。（5）电解抛光过后表面局部常有灰黑色斑块存在；原因分析：可能氧化皮未彻底除干净。局部尚存在氧化皮。（6）电解抛光后工件棱角处及尖端过腐蚀；原因分析：棱角、尖端的部位电流过大，或电解液温度过高，抛光时间过长，导致过度溶解。13.9实践中常见问题解析（7）工件电解抛光后不光亮并呈灰暗色，其主要原因：可能电化学抛光溶液已不起作用，或作用不明显。（8）高压水射流切割质量不良（切割面上缘塌肩（即呈圆角）；切割面倾斜；切口宽度大；切口呈不对称形状；切割面粗糙等）。其主要在于喷嘴是否良好，