现代机械加工新技术的课程体系研究

Abstract:Thecourseofnewtechnologyofmodernmachiningincludesfourparts:cutting,non-cuttingprocessing,compositeprocessingtechnol论文网ogy,newmachiningtechnologyofdifficult-to-machinematerial。Thecoreconceptsofvouriousofmachiningtechnologyarecleared,suchastheprocessingtechnologyofthecuttingwithabnormaltemperatureiscloselyrelatedtomolecularmotion,vibrationcuttingandultrasoniccuttingusestheresonance,theworkingprincipleofultrasonicmachiningissimilartotheexplosionshockwaves。

Keywords:manufacturingindustry;newmachiningtechnology;curriculumsystem

中图分类号:G42文献标识码:A文章编号:1006-4311(2016)03-0253-02

0引言

先进的制造技术是保障综合国力的决定性因素。发达国家的制造业均在国民经济中居于重要地位。现代机械制造学科已成为集机械。电子。信息。材料为一体的新型交叉学科。的制造业面临着巨大的机遇和挑战,只有掌握先进制造技术,才能加快国家经济的持续增长。促进产业升级和产业链提升。增强产品的竞争能力。增强核心竞争力和自主创新能力。建设创新型国家。因此,在大学里普遍开设制造先进技术的课程,课程名称为机械加工新发展[1]。现代加工新技术。机械加工新技术或现代加工技术训练[2]。现代机械制造工艺及精密加工技术等。从目前的研究现状看,该课程主要有四部分内容:切削加工新技术。非切削加工新技术。复合加工新技术。难加工材料的切削加工新技术。精密加工分散在课程体系当中,应将其总结后作为附录内容。根据课时不同,该课程应有所取舍。

1切削加工新技术

主要包括高速与超高速切削新技术。硬态切削新技术。干式切削新技术。振动切削新技术。非常温切削新技术。磁化切削新技术。保护性切削新技术。射流加工新技术。磨削加工新技术等。

①高速超高速切削新技术。根据1931年4月德国物理学家萨洛蒙(Carl。J。Salomon)提出的Salomon曲线“,采用高转速。快进给。小背吃刀量和小进给量来去除余量,完成零件加工。要求机床的主轴转速高。功率和扭矩大,以及进给系统加速度高。可用于加工有色金属。铸铁。钢。纤维强化复合材料。铸铁和铝合金等。②硬态切削新技术。采用立方氮化硼CBN(CubicBoronNitride)。陶瓷和新型硬质合金及涂层硬质合金作为刀具材料,将淬硬钢的车削作为最终加工工序。③干式切削新技术。不用切削液或用少量绿色环保的润滑剂。要求刀具材料具有良好的耐热性和耐磨性,要求切屑与刀具之间的摩擦系数应尽可能小,要求刀具的槽型应保证排屑流畅。易于散热,要求刀具应具有较高的强度和较强的抗冲击韧性。可采用低温冷风。高速。静电冷却和准干切削工艺等。已用于铸铁。铝合金。镁等的切削。④振动切削新技术。与超声波切削一样利用共振现象,给刀具或工件施以某种参数(频率。幅值)的可控制量,使刀具与工件周期性地接触与离开。⑤非常温切削新技术。温度反映了分子运动的剧烈程度。加热高强度。高硬度和耐高温的新材料可使其可以加工。冷却钛合金。低合金钢。低碳钢和一些塑性与韧性特别强的难加工材料,可获得较好的加工质量。⑥磁化切削新技术。刀具或工件磁化后,强度和硬度会提高,从而保证加工质量。⑦保护性切削新技术。在真空当中切削可避免生成硬脆层,但是刀-屑界面处也不能生成减摩的氧化膜。在惰性气体保护下切削,不适用于有色金属,如铝及其合金。绝缘切削将工件与机床绝缘,可避免因热电流而产生热电磨损。⑧射流加工新技术。水射流主要用来切割软质有机材料;混合磨料射流几乎可切割一切硬质材料。⑨磨削加工新技术。主要有重负荷荒磨。用于沟槽。成形和外圆的缓进给大切深磨削。硬脆材料延性域磨削的高速与超高速磨削。砂带磨削。振动研磨等。

2非切削加工新技术

主要包括超声波加工。电化学加工。电火花加工。电火花线切割加工。激光加工。高能粒子束加工。化学加工。快速成型加工等。

①超声波加工。利用电气谐振获得超声振动,再利用机械共振通过变幅杆获得足够振幅的振动,对工件施加类似于爆炸冲击波的作用,并通过磨料悬浮液强化该作用,从而使工件成型。主要应用于型孔。型腔。切割。清洗。焊接。超声波处理等。②电化学加工。利用金属在电解液中阳极溶解的原理对工件进行成形加工,阳极溶解方式有电解加工和电化学抛光,阴极沉积方式有电镀和电铸。主要用于批量生产条件下难切削材料。复杂型面。型腔。异型孔。薄壁零件的加工,还可以用于去毛刺。刻印。磨削。表面光整加工等方面。③电火花加工。使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电,瞬时局部高温把金属蚀除下来,以达到对工件尺寸。形状以及表面质量的要求。不受工件材料的物理。力学性能限制。主要用于穿孔成形加工,如冲模。型腔模。小孔。异形小孔等。④电火花线切割加工。采用线状电极(钼丝。铜丝或镀锌铜丝)靠火花放电对工件进行切割,切割路线须充分考虑变形与受力的关系。⑤激光加工。把具有足够能量的激光束聚焦后照射到所加工材料的适当部位,使其迅速升温。气化。熔化。金相组织变化,以及产生相当大的内应力,从而实现工件材料的去除。连接。改性或分离等。主要用于打孔。切割。焊接。金属表面处理。信息存储等。⑥高能粒子束加工。电子枪中产生的电子经加速。聚焦后形成大能量密度的电子束,射向材料进行工艺处理,称为电子束加工。离子源产生的离子束经加速聚焦,实现由电能向动能的转化,然后打到工件表面的离子束加工。电弧放电使气体电离成过热的等离子体流束,喷向工件使其发生局部熔化及气化,从而去除材料,这称为等离子体加工。⑦化学加工。利用酸。碱。盐等化学溶液对金属产生化学反应,使金属溶解,从而改变工件尺寸和形状(或表面性能),如化学蚀刻。光化学腐蚀。化学抛光。化学镀膜等。⑧快速成型加工。在计算机的控制下,根据零件的CAD(ComputerAidedDesign)模型或CT(ComputedTomography计算机断层扫描)等数据,将材料精确堆积,制造原形或零件,主要有立体光刻。分层实体制造。选择性激光烧结。熔融沉积制造。三维打印等。3复合加工新技术

主要包括超声波加工与振动切削加工复合的超声振动切削加工。电火花与切削加工复合的电熔爆加工。电化学磨削。电化学辅助在线削锐磨削。磁性磨料研磨加工。超声电火花加工。电解复合加工。工序复合加工等。

①超声振动切削加工。以超声波加工装置代替振动切削的激振装置。给高速回转的砂轮或工作台附加超声频振动。②电熔爆加工。工件接电源正极,安装在机床卡盘或顶尖上,刀盘接电源负极,采用电火花加工的原理去除材料,可加工一切导电材料,尤其是高硬。高韧。特软。特脆等材料。③电化学磨削。以金属结合剂的磨轮。电化学沉积金刚石磨轮或导电磨轮作为阴极,工件作为阳极,使电化学液在两者间隙流过,难以电化学反应的物质和工件表面的阳极膜由机械磨削作用刮除。或者采用成型石墨磨轮,与工件完全处于非接触状态。可磨削高硬度零件。④电化学辅助在线削锐磨削。把工件阳极换成铸铁结合剂超硬砂轮,磨削时两极间通弱电解液对砂轮进行在线电解修整,使结合剂被电解掉,磨粒露出砂轮表面,以保证磨粒在磨削过程当中的锋利状态,可使超细超硬砂轮实现超精密磨削,也可使硬脆材料实现镜面磨削。⑤磁性磨料研磨加工。通过磁场的磁极将磁性磨料吸压在工件表面,形成磁刷,旋转磁场或工件,使磁刷与工件发生相对运动,从而实现精磨。可进行复杂形状零件表面的光滑加工。⑥超声电火花加工。在电火花加工的基础上辅以超声振动,从而提高加工速度。改善加工质量等。⑦电解复合加工。将机械加工。超声波加工。电火花加工。激光加工。磁场辅助加工装置置于电解液环境。⑧工序复合加工。也就是工序集中。

4难加工材料的切削加工新技术

主要内容包括高强度钢与超高强度钢。不锈钢。高温合金。钛合金。工程陶瓷材料。复合材料与复合构件的切削加工等。

①高强度钢与超高强度钢的切削加工。其刀具材料可选用:高性能高速钢,如501。Co5Si。M42。V3N。B201等;粉末冶金高速钢;涂层高速钢;硬质合金;陶瓷,如Al2O3系;超硬刀具材料,如CBN。但是,不能选用金刚石刀具。②不锈钢的切削加工。刀具易产生黏结磨损。含Ti的不锈钢应选K类硬质合金刀具,其他类可选用M类硬质合金刀具,马氏体不锈钢2Cr13热处理后选用P类刀具效果较好。亚微细晶粒硬质合金刀具已投入使用。③高温合金的切削加工。加工硬化倾向大。铰刀材料应采用Co高速钢和Al高速钢整体制造,如用细晶粒。超细晶粒硬质合金时,大于?准10mm的铰刀做成镶齿结构。④钛合金的切削加工。具有变形系数Λh小。主切削力大。粘刀现象严重等加工特点,刀具材料必须耐热性好。抗弯强度高。导热性能好。抗黏结抗扩散和抗氧化磨损性能好。⑤工程陶瓷材料的切削加工。切削加工特点:刀具切削刃附近的被切材料产生脆性破坏,而不是剪切滑移变形;烧结温度和压力越高,内部存在的(龟裂)应力集中源越少,陶瓷材料越致密,硬度越高;在高温区软化呈塑性,有可能产生剪切滑移变形;无加工变质层;脆性龟裂残留在加工表面上。须金刚石和CBN刀具。⑥复合材料与复合构件的切削加工。复合材料是由两种或两种以上的物理和化学性质不同的物质。经人工制成的多相固体材料。基体相(连续相)起黏结作用,增强相(分散相)可提高强度和刚度。其加工特点是:刀具磨损严重。产生沟状磨损和残余应力。孔的入口处易出现分层和剥离现象。

该课程具有时代特征,其内容应具有开放性,不断地吸收新内容,沉淀旧的内容到其他课程体系当中。目前精密加工技术主要有精密切削技术。模具成型技术。超精密研磨技术。微细加工技术。纳米技术等。随着科学技术的不断发展,更多的机械加工新技术将会充实到课程体系当中。

现代机械加工新技术的课程体系研究