機械加工新技術(shù)的課程體系研究的論文

機械加工新技術(shù)的課程體系研究的論文

　　摘要：現代機械加工新技術(shù)課程包括四部分內容：切削、非切削加工、復合加工新技術(shù)、難加工材料的加工新技術(shù)。明確了各加工技術(shù)的核心概念，比如：非常溫切削與分子運動(dòng)密切相關(guān)；振動(dòng)切削和超聲波切削利用了共振現象；超聲波加工的工作原理類(lèi)似于爆炸沖擊波的作用等。

　　關(guān)鍵詞：制造業(yè)；機械加工新技術(shù)；課程體系

　　0引言

　　先進(jìn)的制造技術(shù)是保障綜合國力的決定性因素。發(fā)達國家的制造業(yè)均在國民經(jīng)濟中居于重要地位�，F代機械制造學(xué)科已成為集機械、電子、信息、材料為一體的新型交叉學(xué)科。我國的制造業(yè)面臨著(zhù)巨大的機遇和挑戰，只有掌握先進(jìn)制造技術(shù)，才能加快國家經(jīng)濟的持續增長(cháng)、促進(jìn)我國產(chǎn)業(yè)升級和產(chǎn)業(yè)鏈提升、增強產(chǎn)品的競爭能力、增強我國核心競爭力和自主創(chuàng )新能力、建設創(chuàng )新型國家。因此，在大學(xué)里普遍開(kāi)設制造先進(jìn)技術(shù)的課程，課程名稱(chēng)為《機械加工新發(fā)展》[1]、《現代加工新技術(shù)》、《機械加工新技術(shù)》或《現代加工技術(shù)訓練》[2]、《現代機械制造工藝及精密加工技術(shù)》等。從目前的研究現狀看，該課程主要有四部分內容：切削加工新技術(shù)、非切削加工新技術(shù)、復合加工新技術(shù)、難加工材料的切削加工新技術(shù)。精密加工分散在課程體系當中，應將其總結后作為附錄內容。根據課時(shí)不同，該課程應有所取舍。

　　1切削加工新技術(shù)

　　主要包括高速與超高速切削新技術(shù)、硬態(tài)切削新技術(shù)、干式切削新技術(shù)、振動(dòng)切削新技術(shù)、非常溫切削新技術(shù)、磁化切削新技術(shù)、保護性切削新技術(shù)、射流加工新技術(shù)、磨削加工新技術(shù)等。

　�、俑咚俪�高速切削新技術(shù)。根據1931年4月德國物理學(xué)家薩洛蒙（Carl.J.Salomon）提出的“Salomon曲線(xiàn)”，采用高轉速、快進(jìn)給、小背吃刀量和小進(jìn)給量來(lái)去除余量，完成零件加工。要求機床的主軸轉速高、功率和扭矩大，以及進(jìn)給系統加速度高�？捎糜诩庸び猩�金屬、鑄鐵、鋼、纖維強化復合材料、鑄鐵和鋁合金等。

　�、谟矐B(tài)切削新技術(shù)。采用立方氮化硼CBN（CubicBoronNitride）、陶瓷和新型硬質(zhì)合金及涂層硬質(zhì)合金作為刀具材料，將淬硬鋼的車(chē)削作為最終加工工序。

　�、鄹墒角邢餍录夹g(shù)。不用切削液或用少量綠色環(huán)保的潤滑劑。要求刀具材料具有良好的耐熱性和耐磨性，要求切屑與刀具之間的摩擦系數應盡可能小，要求刀具的槽型應保證排屑流暢、易于散熱，要求刀具應具有較高的強度和較強的抗沖擊韌性�？刹捎玫蜏乩滹L(fēng)、高速、靜電冷卻和準干切削工藝等。已用于鑄鐵、鋁合金、鎂等的切削。

　�、苷駝�(dòng)切削新技術(shù)。與超聲波切削一樣利用共振現象，給刀具或工件施以某種參數（頻率、幅值）的可控制量，使刀具與工件周期性地接觸與離開(kāi)。

　�、莘浅�溫切削新技術(shù)。溫度反映了分子運動(dòng)的劇烈程度。加熱高強度、高硬度和耐高溫的新材料可使其可以加工。冷卻鈦合金、低合金鋼、低碳鋼和一些塑性與韌性特別強的難加工材料，可獲得較好的加工質(zhì)量。

　�、薮呕�切削新技術(shù)。刀具或工件磁化后，強度和硬度會(huì )提高，從而保證加工質(zhì)量。

　�、弑Ｗo性切削新技術(shù)。在真空當中切削可避免生成硬脆層，但是刀-屑界面處也不能生成減摩的氧化膜。在惰性氣體保護下切削，不適用于有色金屬，如鋁及其合金。絕緣切削將工件與機床絕緣，可避免因熱電流而產(chǎn)生熱電磨損。

　�、嗌淞骷庸ば录夹g(shù)。水射流主要用來(lái)切割軟質(zhì)有機材料；混合磨料射流幾乎可切割一切硬質(zhì)材料。

　�、崮ハ骷庸ば录夹g(shù)。主要有重負荷荒磨、用于溝槽、成形和外圓的緩進(jìn)給大切深磨削、硬脆材料延性域磨削的高速與超高速磨削、砂帶磨削、振動(dòng)研磨等。

　　2非切削加工新技術(shù)

　　主要包括超聲波加工、電化學(xué)加工、電火花加工、電火花線(xiàn)切割加工、激光加工、高能粒子束加工、化學(xué)加工、快速成型加工等。

　�、俪�聲波加工。利用電氣諧振獲得超聲振動(dòng)，再利用機械共振通過(guò)變幅桿獲得足夠振幅的振動(dòng)，對工件施加類(lèi)似于爆炸沖擊波的作用，并通過(guò)磨料懸浮液強化該作用，從而使工件成型。主要應用于型孔、型腔、切割、清洗、焊接、超聲波處理等。

　�、陔娀瘜W(xué)加工。利用金屬在電解液中陽(yáng)極溶解的原理對工件進(jìn)行成形加工，陽(yáng)極溶解方式有電解加工和電化學(xué)拋光，陰極沉積方式有電鍍和電鑄。主要用于批量生產(chǎn)條件下難切削材料、復雜型面、型腔、異型孔、薄壁零件的加工，還可以用于去毛刺、刻印、磨削、表面光整加工等方面。

　�、垭娀鸹�加工。使工具和工件之間不斷產(chǎn)生脈沖性的火花放電，瞬時(shí)局部高溫把金屬蝕除下來(lái)，以達到對工件尺寸、形狀以及表面質(zhì)量的要求。不受工件材料的物理、力學(xué)性能限制。主要用于穿孔成形加工，如沖模、型腔模、小孔、異形小孔等。

　�、茈娀鸹ň�(xiàn)切割加工。采用線(xiàn)狀電極(鉬絲、銅絲或鍍鋅銅絲)靠火花放電對工件進(jìn)行切割，切割路線(xiàn)須充分考慮變形與受力的關(guān)系。

　�、菁す饧庸�。把具有足夠能量的激光束聚焦后照射到所加工材料的適當部位，使其迅速升溫、氣化、熔化、金相組織變化，以及產(chǎn)生相當大的內應力，從而實(shí)現工件材料的去除、連接、改性或分離等。主要用于打孔、切割、焊接、金屬表面處理、信息存儲等。

　�、薷吣芰Ｗ邮�加工。電子槍中產(chǎn)生的電子經(jīng)加速、聚焦后形成大能量密度的電子束，射向材料進(jìn)行工藝處理，稱(chēng)為電子束加工。離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)加速聚焦，實(shí)現由電能向動(dòng)能的轉化，然后打到工件表面的離子束加工。電弧放電使氣體電離成過(guò)熱的等離子體流束，噴向工件使其發(fā)生局部熔化及氣化，從而去除材料，這稱(chēng)為等離子體加工。

　�、呋瘜W(xué)加工。利用酸、堿、鹽等化學(xué)溶液對金屬產(chǎn)生化學(xué)反應，使金屬溶解，從而改變工件尺寸和形狀（或表面性能），如化學(xué)蝕刻、光化學(xué)腐蝕、化學(xué)拋光、化學(xué)鍍膜等。

　�、嗫焖俪尚图庸�。在計算機的控制下，根據零件的CAD（ComputerAidedDesign）模型或CT（ComputedTomography計算機斷層掃描）等數據，將材料精確堆積，制造原形或零件，主要有立體光刻、分層實(shí)體制造、選擇性激光燒結、熔融沉積制造、三維打印等。

　　3復合加工新技術(shù)

　　主要包括超聲波加工與振動(dòng)切削加工復合的超聲振動(dòng)切削加工、電火花與切削加工復合的電熔爆加工、電化學(xué)磨削、電化學(xué)輔助在線(xiàn)削銳磨削、磁性磨料研磨加工、超聲電火花加工、電解復合加工、工序復合加工等。

　�、俪�聲振動(dòng)切削加工。以超聲波加工裝置代替振動(dòng)切削的激振裝置。給高速回轉的砂輪或工作臺附加超聲頻振動(dòng)。

　�、陔娙郾�加工。工件接電源正極，安裝在機床卡盤(pán)或頂尖上，刀盤(pán)接電源負極，采用電火花加工的原理去除材料，可加工一切導電材料，尤其是高硬、高韌、特軟、特脆等材料。

　�、垭娀瘜W(xué)磨削。以金屬結合劑的磨輪、電化學(xué)沉積金剛石磨輪或導電磨輪作為陰極，工件作為陽(yáng)極，使電化學(xué)液在兩者間隙流過(guò)，難以電化學(xué)反應的物質(zhì)和工件表面的陽(yáng)極膜由機械磨削作用刮除�；蛘卟捎贸尚褪�墨磨輪，與工件完全處于非接觸狀態(tài)�？赡ハ鞲哂捕攘慵�。

　�、茈娀瘜W(xué)輔助在線(xiàn)削銳磨削。把工件陽(yáng)極換成鑄鐵結合劑超硬砂輪，磨削時(shí)兩極間通弱電解液對砂輪進(jìn)行在線(xiàn)電解修整，使結合劑被電解掉，磨粒露出砂輪表面，以保證磨粒在磨削過(guò)程當中的鋒利狀態(tài)，可使超細超硬砂輪實(shí)現超精密磨削，也可使硬脆材料實(shí)現鏡面磨削。

　�、荽判阅チ涎心ゼ庸�。通過(guò)磁場(chǎng)的磁極將磁性磨料吸壓在工件表面，形成磁刷，旋轉磁場(chǎng)或工件，使磁刷與工件發(fā)生相對運動(dòng)，從而實(shí)現精磨�？蛇M(jìn)行復雜形狀零件表面的光滑加工。

　�、蕹�聲電火花加工。在電火花加工的基礎上輔以超聲振動(dòng)，從而提高加工速度、改善加工質(zhì)量等。

　�、唠娊鈴秃霞庸�。將機械加工、超聲波加工、電火花加工、激光加工、磁場(chǎng)輔助加工裝置置于電解液環(huán)境。

　�、喙ば驈秃霞庸�。也就是工序集中。

　　4難加工材料的切削加工新技術(shù)

　　主要內容包括高強度鋼與超高強度鋼、不銹鋼、高溫合金、鈦合金、工程陶瓷材料、復合材料與復合構件的切削加工等。

　�、俑邚姸蠕撆c超高強度鋼的切削加工。其刀具材料可選用：高性能高速鋼，如501、Co5Si、M42、V3N、B201等；粉末冶金高速鋼；涂層高速鋼；硬質(zhì)合金；陶瓷，如Al2O3系；超硬刀具材料，如CBN。但是，不能選用金剛石刀具。

　�、诓讳P鋼的切削加工。刀具易產(chǎn)生黏結磨損。含Ti的不銹鋼應選K類(lèi)硬質(zhì)合金刀具，其他類(lèi)可選用M類(lèi)硬質(zhì)合金刀具，馬氏體不銹鋼2Cr13熱處理后選用P類(lèi)刀具效果較好。亞微細晶粒硬質(zhì)合金刀具已投入使用。

　�、鄹邷睾辖鸬那邢骷庸�。加工硬化傾向大。鉸刀材料應采用Co高速鋼和Al高速鋼整體制造，如用細晶粒、超細晶粒硬質(zhì)合金時(shí)，大于準10mm的鉸刀做成鑲齒結構。

　�、茆伜辖鸬那邢骷庸�。具有變形系數Λh小、主切削力大、粘刀現象嚴重等加工特點(diǎn)，刀具材料必須耐熱性好、抗彎強度高、導熱性能好、抗黏結抗擴散和抗氧化磨損性能好。

　�、莨こ烫沾刹牧系那邢骷庸�。切削加工特點(diǎn)：刀具切削刃附近的被切材料產(chǎn)生脆性破壞，而不是剪切滑移變形；燒結溫度和壓力越高，內部存在的（龜裂）應力集中源越少，陶瓷材料越致密，硬度越高；在高溫區軟化呈塑性，有可能產(chǎn)生剪切滑移變形；無(wú)加工變質(zhì)層；脆性龜裂殘留在加工表面上。須金剛石和CBN刀具。

　�、迯秃喜牧吓c復合構件的切削加工。復合材料是由兩種或兩種以上的物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)、經(jīng)人工制成的多相固體材料�；�體相（連續相）起黏結作用，增強相（分散相）可提高強度和剛度。其加工特點(diǎn)是：刀具磨損嚴重、產(chǎn)生溝狀磨損和殘余應力�？椎娜肟谔幰壮霈F分層和剝離現象。該課程具有時(shí)代特征，其內容應具有開(kāi)放性，不斷地吸收新內容，沉淀舊的內容到其他課程體系當中。目前精密加工技術(shù)主要有精密切削技術(shù)、模具成型技術(shù)、超精密研磨技術(shù)、微細加工技術(shù)、納米技術(shù)等。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，更多的機械加工新技術(shù)將會(huì )充實(shí)到課程體系當中。

　　參考文獻：

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