第3章先進(jìn)制造工藝本章要點(diǎn)超精密加工技術(shù)特種加工技術(shù)的特點(diǎn)快速原型制造技術(shù)

高速加工關(guān)鍵技術(shù)綠色加工技術(shù)及其應(yīng)用1第3章

先進(jìn)制造工藝AdvancedManufacturingProcess3.5現(xiàn)代特種加工技術(shù)ModernNontraditionalmachiningTechnology23.5.1特種加工技術(shù)概述3.5.2幾種代表性特種加工方法3

非傳統(tǒng)加工又稱(chēng)特種加工，通常被理解為別于傳統(tǒng)切削與磨削加工方法的總稱(chēng)。非傳統(tǒng)加工方法產(chǎn)生于二次大戰(zhàn)后。兩方面問(wèn)題傳統(tǒng)機(jī)械加工方法難于解決：1）難加工材料的加工問(wèn)題。宇航工業(yè)等對(duì)材料高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、耐高溫、耐高壓、耐低溫等的要求，使新材料不斷涌現(xiàn)。2）復(fù)雜形面、薄壁、小孔、窄縫等特殊工件加工問(wèn)題。為解決上面兩方面問(wèn)題，出現(xiàn)了非傳統(tǒng)加工方法。

非傳統(tǒng)加工方法將電、磁、聲、光等物理量及化學(xué)能量或其組合直接施加在工件被加工的部位上，從而使材料被去除、累加、變形或改變性能等。3.5.1特種加工技術(shù)概述4非傳統(tǒng)加工方法主要不是依靠機(jī)械能，而是用其它能量（如電能、光能、聲能、熱能、化學(xué)能等）去除材料。非傳統(tǒng)加工方法由于工具不受顯著切削力的作用，對(duì)工具和工件的強(qiáng)度、硬度和剛度均沒(méi)有嚴(yán)格要求。一般不會(huì)產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。且工件加工部位變形小，發(fā)熱少，或發(fā)熱僅局限于工件表層加工部位很小區(qū)域內(nèi)，工件熱變形小，加工應(yīng)力也小，易于獲得好的加工質(zhì)量。加工中能量易于轉(zhuǎn)換和控制，有利于保證加工精度和提高加工效率。非傳統(tǒng)加工方法的材料去除速度，一般低于常規(guī)加工方法，這也是目前常規(guī)加工方法仍占主導(dǎo)地位的主要原因。非傳統(tǒng)加工方法特點(diǎn)5

機(jī)械過(guò)程利用機(jī)械力，使材料產(chǎn)生剪切、斷裂，以去除材料。如超聲波加工、水噴射加工、磨料流加工等。非傳統(tǒng)加工方法分類(lèi)（按加工機(jī)理和采用的能源劃分）

熱學(xué)過(guò)程通過(guò)電、光、化學(xué)能等產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，熔化并去除材料，如電火花加工、高能束加工、熱力去毛刺等。

電化學(xué)過(guò)程利用電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能對(duì)材料進(jìn)行加工，如電解加工、電鑄加工（金屬離子沉積）等。

化學(xué)過(guò)程利用化學(xué)溶劑對(duì)材料的腐蝕、溶解，去除材料，如化學(xué)蝕刻、化學(xué)銑削等。6

復(fù)合過(guò)程利用機(jī)械、熱、化學(xué)、電化學(xué)的復(fù)合作用，去除材料。常見(jiàn)的復(fù)合形式有：◎機(jī)械化學(xué)復(fù)合——如機(jī)械化學(xué)拋光、電解磨削、電鍍珩磨等。◎機(jī)械熱能復(fù)合——如加熱切削、低溫切削等。◎熱能化學(xué)能復(fù)合——如電解電火花加工等。◎其它復(fù)合過(guò)程——如超聲切削、超聲電解磨削、磁力拋光（圖7-61）等。工件（陶瓷滾柱）磁性材料磁極振動(dòng)運(yùn)動(dòng)圖7-61磁力拋光示意圖NS7拓寬現(xiàn)有非傳統(tǒng)加工方法的應(yīng)用領(lǐng)域。探索新的加工方法，研究和開(kāi)發(fā)新的元器件。優(yōu)化工藝參數(shù)，完善現(xiàn)有的加工工藝。向微型化、精密化發(fā)展。采用數(shù)控、自適應(yīng)控制、CAD/CAM、專(zhuān)家系統(tǒng)等技術(shù)，提高加工過(guò)程自動(dòng)化、柔性化程度。發(fā)展趨勢(shì)圖7-62EI收錄文章數(shù)比較70年代80年代90年代20841104232142244424214441321252353316激光加工電火花加工超聲加工電化學(xué)加工★

圖7-62反映了學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)幾種非傳統(tǒng)加工方法的關(guān)注程度。8工作原理：利用工具電極與工件電極之間脈沖性火花放電，產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，工件材料被熔化和氣化。同時(shí)，該處絕緣液體也被局部加熱，急速氣化，體積發(fā)生膨脹，隨之產(chǎn)生很高的壓力。在這種高壓作用下，已經(jīng)熔化、氣化的材料就從工件的表面迅速被除去（圖7-63）。

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4個(gè)階段：1）介質(zhì)電離、擊穿，形成放電通道；2）火花放電產(chǎn)生熔化、氣化、熱膨脹；3）拋出蝕除物；4）間隙介質(zhì)消電離（恢復(fù)絕緣狀態(tài)）。

電火花加工3.5.2幾種代表性特種加工方法圖7-63電火花加工原理圖進(jìn)給系統(tǒng)放電間隙工具電極工件電極直流脈沖電源工作液Real9圖7-64電火花加工機(jī)床10電極極材材料料————要要求求導(dǎo)導(dǎo)電電，，損損耗耗小小，，易易加加工工；；常常用用材材料料：：紫紫銅銅、、石石墨墨、、鑄鑄鐵鐵、、鋼鋼、、黃黃銅銅等等，，其其中中石石墨墨最最常常用用。。工作作液液————主主要要功功能能壓壓縮縮放放電電通通道道區(qū)區(qū)域域，，提提高高放放電電能能量量密密度度，，加加速速蝕蝕物物排排出出；；常常用用工工作作液液有有煤煤油油、、機(jī)機(jī)油油、、去去離離子子水水、、乳乳化化液液等等。。放電電間間隙隙————合合理理的的間間隙隙是是保保證證火火花花放放電電的的必必要要條條件件。。為為保保持持適適當(dāng)當(dāng)?shù)牡姆欧烹婋婇g間隙隙，，在在加加工工過(guò)過(guò)程程中中，，需需采采用用自自動(dòng)動(dòng)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器控控制制機(jī)機(jī)床床進(jìn)進(jìn)給給系系統(tǒng)統(tǒng)，，并并帶帶動(dòng)動(dòng)工工具具電電極極緩緩慢慢向向工工件件進(jìn)進(jìn)給給。。工作作要要素素脈沖沖寬寬度度與與間間隔隔————影響響加加工工速速度度、、表表面面粗粗糙糙度度、、電電極極消消耗耗和和表表面面組組織織等等。。脈沖沖頻頻率率高高、、持持續(xù)續(xù)時(shí)時(shí)間間短短，，則則每每個(gè)個(gè)脈脈沖沖去去除除金金屬屬量量少少，，表表面面粗粗糙糙度度值值小小，，但但加加工工速速度度低低。。通常常放電電持持續(xù)續(xù)時(shí)時(shí)間間在在2μμs至至2ms范范圍圍內(nèi)內(nèi)，，各各個(gè)個(gè)脈脈沖沖的的能能量量2mJ到到20J（（電電流流為為400A時(shí)時(shí)））之之間間。。11電火火花花線線切切割割加加工工：：用用連連續(xù)續(xù)移移動(dòng)動(dòng)的的鉬鉬絲絲（（或或銅銅絲絲））作作工工具具陰陰極極，，工工件件為為陽(yáng)陽(yáng)極極。。機(jī)機(jī)床床工工作作臺(tái)臺(tái)帶帶動(dòng)動(dòng)工工件件在在水水平平面面內(nèi)內(nèi)作作兩兩個(gè)個(gè)方方向向移移動(dòng)動(dòng)，，可可切切割割出出二二維維圖圖形形（（圖圖7-65））。。同同時(shí)時(shí)，，絲絲架架可可作作小小角角度度擺擺動(dòng)動(dòng)，，可可切切割割出出斜斜面面。。電火火花花加加工工類(lèi)類(lèi)型型圖7-65電火花線切割原理圖XY儲(chǔ)絲筒導(dǎo)輪電極絲工件Real電火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等RealReal12電火花線切割機(jī)床圖7-66電火花線切割加工加工過(guò)程顯示13不受受加加工工材材料料硬硬度度限限制制，，可可加加工工任任何何硬硬、、脆脆、、韌韌、、軟軟的的導(dǎo)導(dǎo)電電材材料料。。加工工時(shí)時(shí)無(wú)無(wú)顯顯著著切切削削力力，，發(fā)發(fā)熱熱小小，，適適于于加加工工小小孔孔、、薄薄壁壁、、窄窄槽槽、、形形面面、、型型腔腔及及曲曲線線孔孔等等，，且且加加工工質(zhì)質(zhì)量量較較好好。。脈沖沖參參數(shù)數(shù)調(diào)調(diào)整整方方便便，，可可一一次次裝裝夾夾完完成成粗粗、、精精加加工工。。易于于實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)數(shù)數(shù)控控加加工工。。電火火花花加加工工特特點(diǎn)點(diǎn)電火火花花加加工工應(yīng)應(yīng)用用電火火花花成成形形加加工工：：電電火火花花打打孔孔常常用用于于加加工工冷冷沖沖模模、、拉拉絲絲模模、、噴噴嘴嘴、、噴噴絲絲孔孔等等。。型型腔腔加加工工包包括括鍛鍛模模、、壓壓鑄鑄模模、、擠擠壓壓模模、、塑塑料料模模等等型型腔腔加加工工，，以以及及葉葉輪輪、、葉葉片片等等曲曲面面加加工工。。電火火花花線線切切割割：：廣廣泛泛用用于于加加工工各各種種硬硬質(zhì)質(zhì)合合金金和和淬淬硬硬鋼鋼的的沖沖模模、、樣樣板板、、各各種種形形狀狀復(fù)復(fù)雜雜的的板板類(lèi)類(lèi)零零件件、、窄窄縫縫、、柵柵網(wǎng)網(wǎng)等等。。14工作作原原理理：：工件件接接陽(yáng)陽(yáng)極極，，工工具具（（銅銅或或不不銹銹鋼鋼））接接陰陰極極，，兩兩極極間間加加直直流流電電壓壓6～～24V，，極極間間保保持持0.1～～1mm間間隙隙。。在在間間隙隙處處通通以以6～～60m/S高高速速流流動(dòng)動(dòng)電電解解液液，，形形成成極極間間導(dǎo)導(dǎo)電電通通路路，，工工件件表表面面材材料料不不斷斷溶溶解解，，溶溶解解物物及及時(shí)時(shí)被被電電解解液液沖沖走走。。工工具具陰陰極極不不斷斷進(jìn)進(jìn)給給，，保保持持極極間間間間隙隙。。圖7-67電解加工原理圖電解液直流電源泵工件陽(yáng)極陰極進(jìn)給工具陰極電解加工15不受受材材料料硬硬度度的的限限制制，，能能加加工工任任何何高高硬硬度度、、高高韌韌性性的的導(dǎo)導(dǎo)電電材材料料，，并并能能以以簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的的進(jìn)進(jìn)給給運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)一一次次加加工工出出形形狀狀復(fù)復(fù)雜雜的的形形面面和和型型腔腔。。加工工形形面面、、型型腔腔生生產(chǎn)產(chǎn)率率高高（（與與電電火火花花加加工工比比高高5～～10倍倍））。。采采用用振振動(dòng)動(dòng)進(jìn)進(jìn)給給和和脈脈沖沖電電流流等等新新技技術(shù)術(shù)，，可可進(jìn)進(jìn)一一步步提提高高生生產(chǎn)產(chǎn)效效率率和和加加工工精精度度。。陰極極在在加加工工中中損損耗耗小小。。加工工表表面面質(zhì)質(zhì)量量好好，，無(wú)無(wú)毛毛刺刺、、殘殘余余應(yīng)應(yīng)力力和和變變形形層層。。設(shè)備備投投資資大大，，有有污污染染，，需需防防護(hù)護(hù)。。模具具型型腔腔、、槍槍炮炮膛膛線線、、發(fā)發(fā)電電機(jī)機(jī)葉葉片片、、花花鍵鍵孔孔、、內(nèi)內(nèi)齒齒輪輪、、小小而而深深的的孔孔加加工工，，電電解解拋拋光光、、倒倒棱棱、、去去毛毛刺刺等等。。電解解加加工工特特點(diǎn)點(diǎn)電解解加加工工應(yīng)應(yīng)用用16工件件與與磨磨輪輪保保持持一一定定接接觸觸壓壓力力，，突突出出的的磨磨料料使使磨磨輪輪導(dǎo)導(dǎo)電電基基體體與與工工件件之之間間形形成成一一定定間間隙隙。。電電解解液液從從中中流流過(guò)過(guò)時(shí)時(shí)，，工工件件產(chǎn)產(chǎn)生生陽(yáng)陽(yáng)極極溶溶解解，，表表面面生生成成一一層層氧氧化化膜膜，，其其硬硬度度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比比金金屬屬本本身身低低，，易易被被刮刮除除，，露露出出新新金金屬屬表表面面，，繼繼續(xù)續(xù)進(jìn)進(jìn)行行電電解解。。電電解解作作用用與與磨磨削削作作用用交交替替進(jìn)進(jìn)行行，，實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)加加工工。。電解解磨磨削削效效率率比比機(jī)機(jī)械械磨磨削削高高，，且且磨磨輪輪損損耗耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)比比機(jī)機(jī)械械磨磨削削小小，，特特別別是是磨磨削削硬硬質(zhì)質(zhì)合合金金時(shí)時(shí)，，效效果果更更明明顯顯。。導(dǎo)電磨輪電解液電刷工作臺(tái)工件絕緣板導(dǎo)電基體磨料陽(yáng)極膜電解解磨磨削削（圖圖7-68））17真空空條條件件下下，，利利用用電電流流加加熱熱陰陰極極發(fā)發(fā)射射電電子子束束，，經(jīng)經(jīng)控控制制柵柵極極初初步步聚聚焦焦后后，，由由加加速速陽(yáng)陽(yáng)極極加加速速，，通通過(guò)過(guò)透透鏡鏡聚聚焦焦系系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)進(jìn)一一步步聚聚焦焦，，使使能能量量密密度度集集中中在在直直徑徑5～～10μμm斑點(diǎn)點(diǎn)內(nèi)內(nèi)。。高速速而而能能量量密密集集的的電電子子束束沖沖擊擊到到工工件件上上，，被被沖沖擊擊點(diǎn)點(diǎn)處處形形成成瞬瞬時(shí)時(shí)高高溫溫（（幾幾分分之之一一微微秒秒時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)升升高高至至幾幾千千攝攝氏氏度度）），，工工件件表表面面局局部部熔熔化化、、氣氣化化直直至至被被蒸蒸發(fā)發(fā)去去除除。。圖7-69電子束加工原理圖控制柵極加速陽(yáng)極電子束斑點(diǎn)旁熱陰極聚焦系統(tǒng)工件工作臺(tái)電子束加工工作作原原理理（（圖圖7-69））18電子子束束束束徑徑小小（（最最小小直直徑徑可可達(dá)達(dá)0.01～～0.05mm）），，而而電電子子束束長(zhǎng)長(zhǎng)度度可可達(dá)達(dá)束束徑徑幾幾十十倍倍，，故故可可加加工工微微細(xì)細(xì)深深孔孔、、窄窄縫縫。。材料料適適應(yīng)應(yīng)性性廣廣（（原原則則上上各各種種材材料料均均能能加加工工）），，特特別別適適用用于于加加工工特特硬硬、、難難熔熔金金屬屬和和非非金金屬屬材材料料。。非接接觸觸加加工工，，無(wú)無(wú)工工具具損損耗耗；；無(wú)無(wú)切切削削力力，，加加工工時(shí)時(shí)間間極極短短，，工工件件無(wú)無(wú)變變形形。。加工工速速度度高高，，切切割割1mm厚厚鋼鋼板板，，速速度度可可達(dá)達(dá)240mm/min。。在真真空空中中加加工工，，無(wú)無(wú)氧氧化化，，特特別別適適于于加加工工高高純純度度半半導(dǎo)導(dǎo)體體材材料料和和易易氧氧化化的的金金屬屬及及合合金金。。加工工設(shè)設(shè)備備較較復(fù)復(fù)雜雜，，投投資資較較大大。。多多用用于于微微細(xì)細(xì)加加工工。。特點(diǎn)點(diǎn)及及應(yīng)應(yīng)用用19激光光是是一一種種受受激激輻輻射射而而得得到到的的加加強(qiáng)強(qiáng)光光。。其其基基本本特特征征：：◎強(qiáng)度度高高，，亮亮度度大大◎波長(zhǎng)長(zhǎng)頻頻率率確確定定，，單單色色性性好好◎相干干性性好好，，相相干干長(zhǎng)長(zhǎng)度度長(zhǎng)長(zhǎng)◎方向向性性好好，，幾幾乎乎是是一一束束平平行行光光工作作原原理理（圖圖7-70））激光光加加工工當(dāng)激光束照射到工件表面時(shí)，光能被吸收，轉(zhuǎn)化成熱能，使照射斑點(diǎn)處溫度迅速升高、熔化、氣化而形成小坑，由于熱擴(kuò)散，使斑點(diǎn)周?chē)饘偃刍】觾?nèi)金屬蒸氣迅速膨脹，產(chǎn)生微型爆炸，將熔融物高速?lài)姵霾a(chǎn)生一個(gè)方向性很強(qiáng)的反沖擊波，于是在被加工表面上打出一個(gè)上大下小的孔。激光器工件工作臺(tái)圖7-70激光加工原理圖光闌反射鏡聚焦鏡電源Real20固體體激激光光器器◎YAG（結(jié)結(jié)晶晶母母材材由由釔釔、、鋁鋁和和石石榴榴石石構(gòu)構(gòu)成成））激激光光器器◎紅寶寶石石激激光光器器◎混合合氣氣體體：：氦氦約約80%，，氮氮約約15%，，CO2約5%◎通過(guò)過(guò)高高壓壓直直流流放放電電進(jìn)進(jìn)行行激激勵(lì)勵(lì)◎波長(zhǎng)長(zhǎng)10.6μμm，，為為不不可可見(jiàn)見(jiàn)光光◎能量量效效率率5%～～15%反射凹鏡反射平鏡電極放電管CO2氣體冷卻水進(jìn)口冷卻水出口激光高壓直流電源圖7-71CO2激光器示意圖氣體體激激光光器器————CO2激光光器器（（圖圖7-71））激光器21加工材料料范圍廣廣，適用用于加工工各種金金屬材料料和非金金屬材料料，特別別適用于于加工高高熔點(diǎn)材材料，耐耐熱合金金及陶瓷瓷、寶石石、金剛剛石等硬硬脆材料料。加工性能能好，工工件可離離開(kāi)加工工機(jī)進(jìn)行行加工，，可透過(guò)過(guò)透明材材料加工工，可在在其他加加工方法法不易達(dá)達(dá)到的狹狹小空間間進(jìn)行加加工。非接觸加加工方式式，熱變變形小，，加工精精度較高高。可進(jìn)行微微細(xì)加工工。激光光聚焦后后焦點(diǎn)直直徑理論論上可小小至1μμ以下，，實(shí)際上上可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)φ0.01mm的小小孔加工工和窄縫縫切割。。加工速度度快，效效率高。。激光加工工不僅可可以進(jìn)行行打孔和和切割，，也可進(jìn)進(jìn)行焊接接、熱處處理等工工作。激光加工工可控性性好，易易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)自動(dòng)控控制。加加工設(shè)備備昂貴。。激光加工工特點(diǎn)22激光打孔孔◎廣泛應(yīng)用用于金剛剛石拉絲絲模、鐘鐘表寶石石軸承、、陶瓷、、玻璃等等非金屬屬材料，，和硬質(zhì)質(zhì)合金、、不銹鋼鋼等金屬屬材料的的小孔加加工。◎激光打孔孔具有高高效率、、低成本本的特點(diǎn)點(diǎn)，特別別適合微微小群孔孔加工。。◎焦點(diǎn)位置置對(duì)孔的的質(zhì)量影影響：若若焦點(diǎn)與與加工表表面之間間距離很很大，則則激光能能量密度度顯著減減小，不不能進(jìn)行行加工。。如果焦焦點(diǎn)位置置偏離加加工表面面1mm，可以以進(jìn)行加加工，此此時(shí)加工工出孔的的斷面形形狀隨焦焦點(diǎn)位置置不同而而發(fā)生變變化（圖圖7-72）。激光加工工應(yīng)用圖7-72焦點(diǎn)位置對(duì)孔形狀影響Real23激光熱處處理◎原理：照照射到金金屬表面面上的激激光使表表面原子子迅速蒸蒸發(fā)，由由此產(chǎn)生生微沖擊擊波會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致大量量晶格缺缺陷形成成，達(dá)到到硬化。。◎優(yōu)點(diǎn)：快快速、不不需淬火火介質(zhì)、、硬化均均勻、變變形小、、硬化深深度可精精確控制制。激光焊接

◎與打孔相比，激光焊接所需能量密度較低，因不需將材料氣化蝕除，而只要將工件的加工區(qū)燒熔使其粘合在一起。

◎優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有焊渣，不需去除工件氧化膜，可實(shí)現(xiàn)不同材料之間的焊接，特別適宜微型機(jī)械和精密焊接。Real激光切割

◎激光切割具有切縫窄、速度快、熱影響區(qū)小、省材料、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并可以在任何方向上切割，包括內(nèi)尖角。

◎可以切割鋼板、不銹鋼、鈦、鉭、鎳等金屬材料，以及布匹、木材、紙張、塑料等非金屬材料。Real24圖7-74激光焊接車(chē)身圖7-73激光切割25利用工具具端面作作超聲（（16～～25kHz））振動(dòng)，，使工作作液中的的懸浮磨磨粒對(duì)工工件表面面撞擊拋拋磨來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)加工工。超聲波發(fā)發(fā)生器將將工頻交交流電能能轉(zhuǎn)變?yōu)闉橛幸欢ǘüβ瘦斴敵龅某曨l電電振蕩，，通過(guò)換換能器將將超聲頻頻電振蕩蕩轉(zhuǎn)變?yōu)闉槌暀C(jī)機(jī)械振動(dòng)動(dòng)，此時(shí)時(shí)振幅一一般很小小，再通通過(guò)振幅幅擴(kuò)大棒棒（變幅幅桿）使使固定在在變幅桿桿端部的的工具振振幅增大大到0.01～～0.15mm。工作原理理（圖7-75）變幅桿超聲波發(fā)生器圖7-75超聲波加工原理圖振動(dòng)方向工具換能器工作液噴嘴工件Real超聲波加工26圖7-76超超聲波加加工機(jī)床床圖7-77超聲波加加工樣件件27適用于加加工各種種脆性金金屬材料料和非金金屬材料料，如玻玻璃、陶陶瓷、半半導(dǎo)體、、寶石、、金剛石石等。。可加工各各種復(fù)雜雜形狀的的型孔、、型腔、、形面。。工具與工工件不需需作復(fù)雜雜的相對(duì)對(duì)運(yùn)動(dòng)，，機(jī)床結(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單。被加工表表面無(wú)殘殘余應(yīng)力力，無(wú)破破壞層，，加工精精度較高高，尺寸寸精度可可達(dá)0.01～～0.05mm。加工過(guò)程程受力小小，熱影影響小，，可加工工薄壁、、薄片等等易變形形零件。。生產(chǎn)效率率較低。。采用超超聲復(fù)合合加工（（如超聲聲車(chē)削，，超聲磨磨削，超超聲電解解加工，，超聲線線切割等等）可提提高加工工效率。。超聲波加加工特點(diǎn)點(diǎn)及應(yīng)用用28工作原理理：加工裝置置（圖7-78）噴嘴材料料及工作作條件（表7-11）項(xiàng)目材料孔徑/mm至工件距離/mm噴射角度/°參數(shù)金剛石，藍(lán)寶石，淬火鋼0.075～0.42.5～500～30表7-11噴嘴材料及工作條件圖7-78水噴射加工裝置示意圖噴嘴閥控制器蓄能器供水器過(guò)濾器泵增壓器液壓裝置排水器工件射流d水噴射加工利用超高高壓水（（或水與與磨料的的混合液液）對(duì)工工件進(jìn)行行切割（（或打孔孔），又又稱(chēng)高壓壓水切割割，或“水刀”。29工藝參數(shù)數(shù)（表7-12，表7-13）

表7-12水噴射加工常用工藝參數(shù)

工藝參數(shù)常用值工藝參數(shù)常用值壓力/MPa70～450噴射力/N45～135流速/m/s300～900功率/kW10～40流量/L/s2.5～7.5磨料耗量/kg/min0.1～0.3工藝參數(shù)、效率、精度石材玻璃ABS塑料皮革工件厚度/mm25122.84.45噴嘴孔徑/mm0.30.30.10.1流體壓力/MPa400400258300切割速度/m/min0.10.10.850.55切縫寬度/mm0.50.50.20.2切割精度/mm±0.05±0.05——表面粗糙度/μmRa12.5Ra12.5——表7-13幾種材料高壓水切割參數(shù)30第3章先進(jìn)制造造工藝AdvancedManufacturingProcess3.6可持續(xù)制造技術(shù)Sustainable

ManufacturingTechnology313.6.1概概述述3.6.2再再制制造技術(shù)術(shù)3.6.3綠綠色色加工技技術(shù)323.6.1概概述述對(duì)工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的要求◆19世紀(jì)紀(jì)是蒸汽汽時(shí)代；；◆20世紀(jì)紀(jì)自動(dòng)化化時(shí)代；；◆21世紀(jì)紀(jì)是可持持續(xù)發(fā)展展時(shí)代。。隨人口、資資源、環(huán)環(huán)境三大世界界性問(wèn)題題的日益益尖銳，，要求人人們研究究并應(yīng)用用高效率率的可持持續(xù)發(fā)展展的生產(chǎn)產(chǎn)、制造造模式。。制造業(yè)業(yè)是國(guó)民民經(jīng)濟(jì)的的支柱產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，它它既為人人類(lèi)創(chuàng)造造新的物物質(zhì)文明明，同時(shí)時(shí)又是消耗資源源的大戶戶，是產(chǎn)生生環(huán)境污染染的源頭頭產(chǎn)業(yè)，并正在在對(duì)人類(lèi)類(lèi)的生存存與發(fā)展展造成嚴(yán)嚴(yán)重威脅脅。因此此，全球球性的產(chǎn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)構(gòu)調(diào)整呈呈現(xiàn)出一一種集資資源優(yōu)化化利用與與環(huán)境保保護(hù)治理理于一體體化的新新的制造造模式————綠綠色制造造GMGreen-Manufacture，這就就是向資源利用用合理化化，廢棄棄物生產(chǎn)產(chǎn)少量化化，對(duì)環(huán)環(huán)境無(wú)污污染、少少污染的方向發(fā)發(fā)展的綠綠色戰(zhàn)略略趨勢(shì)。。33我國(guó)制造業(yè)本身和國(guó)內(nèi)條件面臨的挑戰(zhàn)

制造業(yè)技技術(shù)及管管理水平平與發(fā)達(dá)達(dá)國(guó)家具具有較大大差距；；產(chǎn)品結(jié)結(jié)構(gòu)檔次次低，技技術(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)落后；；市場(chǎng)場(chǎng)快速反反應(yīng)能力力差；制制造業(yè)不不能滿足足國(guó)內(nèi)需需求的情情況比較較嚴(yán)重；；主導(dǎo)產(chǎn)產(chǎn)品的技技術(shù)來(lái)源源大多依依賴(lài)外國(guó)國(guó)。◆面臨綠色色挑戰(zhàn)。。我國(guó)制制造業(yè)如如果不能能實(shí)施綠色制造造，我國(guó)的的制造業(yè)業(yè)產(chǎn)品將將很難適適應(yīng)國(guó)際際環(huán)保管管理標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，很難難在國(guó)際際市場(chǎng)上上具有競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)力；；◆面臨WTO的挑挑戰(zhàn)；◆面臨未來(lái)來(lái)制造模模式的挑挑戰(zhàn)。未未來(lái)制造造模式的的特點(diǎn)是是：以技技術(shù)為中中心向以以人為中中心轉(zhuǎn)變變；多層層管理向向扁平網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變變；固定定制造組組織向動(dòng)動(dòng)態(tài)組織織轉(zhuǎn)變；；質(zhì)量符符合觀向向全面滿滿意觀轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變；集集中制造造向分散散網(wǎng)絡(luò)化化制造轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變。而而我國(guó)的的制造業(yè)業(yè)大多處處于轉(zhuǎn)變變的前一一階段。。34可持續(xù)制造的定義是一種符符合可持持續(xù)發(fā)展展策略的的制造技技術(shù)，是是基于現(xiàn)現(xiàn)代的多多學(xué)科的的先進(jìn)科科技成果果的綜合合技術(shù)，，是一種種與環(huán)境友友好的、、潔凈的的、節(jié)省省資源的先進(jìn)制制造技術(shù)術(shù)。可持續(xù)制制造技術(shù)術(shù)關(guān)鍵是是看產(chǎn)品品制造的的整個(gè)過(guò)過(guò)程是否否符合可可持續(xù)發(fā)發(fā)展策略略。如傳傳統(tǒng)的車(chē)車(chē)削和磨磨削由于于采用了了新的工工藝，整整個(gè)加工工過(guò)程都都未使用用冷卻液液，則這這種干切削就就可稱(chēng)為為可持續(xù)續(xù)制造技技術(shù)。35概述

近幾百年年的工藝藝發(fā)展，，資源消消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了了三千年年的總和和，超過(guò)過(guò)了大自自然的恢恢復(fù)能力力，打破破了農(nóng)耕耕時(shí)代““收支支平衡””的循環(huán)環(huán)狀態(tài)。。資源過(guò)過(guò)快開(kāi)采采和過(guò)量量消耗，，造成資資源短缺缺和面臨臨衰竭，，環(huán)境污污染和自自然生態(tài)態(tài)破壞已已嚴(yán)重威威脅到人人類(lèi)的生生存條件件。到2020年，，我國(guó)絕絕大多數(shù)數(shù)礦產(chǎn)資資源將出出現(xiàn)缺口口、能源源短缺，，這將嚴(yán)嚴(yán)重制約約國(guó)民經(jīng)經(jīng)濟(jì)的可可持續(xù)發(fā)發(fā)展并危危及國(guó)家家安全。。此外，，在機(jī)械械裝備的的全壽命命周期費(fèi)費(fèi)用中，，機(jī)械裝裝備的后后半生（（使用、、維修、、報(bào)廢））費(fèi)用占占到50%~70%。。從產(chǎn)品品全壽命命出發(fā)，，加強(qiáng)產(chǎn)產(chǎn)品后半半生的基基礎(chǔ)理論論研究，，將“線線性結(jié)構(gòu)構(gòu)”制造造模式發(fā)發(fā)展為閉閉環(huán)的““循環(huán)型型結(jié)構(gòu)””制造模模式，大大力發(fā)展展資源節(jié)節(jié)約型和和環(huán)境友友好型制制造，即即資源循循環(huán)型制制造和再再制造是是實(shí)現(xiàn)國(guó)國(guó)家可持持續(xù)發(fā)展展目標(biāo)的的很重要要方向之之一。3.6.2再再制制造技術(shù)術(shù)36再制造是是以產(chǎn)品品全壽命命周期理理論為指指導(dǎo)，以以?xún)?yōu)質(zhì)、、高效、、節(jié)能、、節(jié)材、、環(huán)保為為準(zhǔn)則，，以先進(jìn)進(jìn)技術(shù)和和產(chǎn)業(yè)化化為手段段，用以以修復(fù)、、改造廢廢舊產(chǎn)品品的一系系列技術(shù)術(shù)措施或或工程活活動(dòng)的總總稱(chēng)。圖圖3-所所示為為機(jī)電產(chǎn)產(chǎn)品的物物流示意意圖。原材料②③初級(jí)生產(chǎn)商制造商再制造商用戶（維修）再制造再循環(huán)再利用①②③圖3-機(jī)機(jī)電電產(chǎn)品的的物流示示意圖37◆再利用主主要是指指對(duì)經(jīng)檢檢驗(yàn)合格格的廢舊舊產(chǎn)品零零部件的的直接利利用。◆再循環(huán)是是指回收收廢舊產(chǎn)產(chǎn)品中的的材料或或者能源源的過(guò)程程，主要要包括：：①原態(tài)態(tài)再循環(huán)環(huán)；②②易態(tài)再再循環(huán)。。◆再制造則則是以報(bào)報(bào)廢或過(guò)過(guò)時(shí)機(jī)件件為對(duì)象象，采用用新技術(shù)術(shù)、新材材料、新新工藝，，以及嚴(yán)嚴(yán)格的質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)和管理理手段組組織生產(chǎn)產(chǎn)，使再再制造產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)質(zhì)量、性性能等同同或高于于原產(chǎn)品品，價(jià)格格上更具具優(yōu)勢(shì)。。圖3-所所示為為發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)再制造造工藝流流程圖。。由圖看看出，一一個(gè)完整整的再制制造過(guò)程程可以劃劃分為三三個(gè)階段段：①拆拆卸階段段；②將將已拆卸卸的零部部件進(jìn)行行檢查，，再制造造維修；；③將維維修好的的零部件件進(jìn)行重重新組裝裝。38退役發(fā)動(dòng)機(jī)拆解清洗檢測(cè)再制造加工檢測(cè)裝配包裝整機(jī)測(cè)試再制造發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢原廠新配件報(bào)廢易損件可再制造件完好件合格件不合格件不可再制造件發(fā)動(dòng)機(jī)再再制造擬擬采用的的工藝流流程圖易損件：：主軸瓦、、橡膠管管、汽缸缸墊、油油封完好件：：進(jìn)氣管總總成、前前后排氣氣歧管、、油底殼殼、齒輪輪室可再制造造件：缸體總成成、連桿桿總成、、曲軸總總成、噴噴油泵總總成、缸缸蓋總成成39廢舊發(fā)動(dòng)機(jī)回收進(jìn)廠在拆解車(chē)間分解拆卸對(duì)零部件進(jìn)行高溫化學(xué)清洗利用熱噴涂技術(shù)修復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)座利用納米電刷鍍技術(shù)修復(fù)曲面利用粘涂技術(shù)修復(fù)汽缸結(jié)合面絎磨缸套使其達(dá)到新品標(biāo)準(zhǔn)連桿加工設(shè)備使其達(dá)到新品標(biāo)準(zhǔn)再制造零部件檢測(cè)后進(jìn)行裝配再制造發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行試車(chē)考核噴漆裝箱，發(fā)動(dòng)機(jī)再制造完成◆汽車(chē)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)的再再制造生生產(chǎn)流程程40功能資源循環(huán)型制造和再制造◆此項(xiàng)研究究是以機(jī)機(jī)電產(chǎn)品品全壽命命周期和和多壽命命周期設(shè)設(shè)計(jì)與管管理為核核心，以以循環(huán)經(jīng)經(jīng)濟(jì)的要要求為準(zhǔn)準(zhǔn)則，緊緊密?chē)@繞4R，，即減量量化(reduce)，再利利用(reuse)，，再制造造(remanufacture)和再循循環(huán)(recycle)所涉涉及的基基礎(chǔ)理論論和技術(shù)術(shù)而開(kāi)展展的前瞻瞻性科學(xué)學(xué)研究。。41設(shè)計(jì)制造使用維修報(bào)廢減量化再利用再制造再循環(huán)機(jī)電產(chǎn)品全壽命周期基礎(chǔ)理論與共性技術(shù)機(jī)電產(chǎn)品全壽命周期評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與方法廢舊機(jī)電產(chǎn)品循環(huán)利用決策理論及方法機(jī)電產(chǎn)品再循環(huán)回收和使用技術(shù)廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造中的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題循環(huán)型型制造造和再再制造造———基于于4R的基基礎(chǔ)理理論和和共性性技術(shù)術(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)體系系42◆再制造造毛坯坯快速速成形形技術(shù)術(shù)；◆先進(jìn)表表面技技術(shù)；；◆納米復(fù)復(fù)合及及原位位自愈愈合生生產(chǎn)技技術(shù)；；◆修復(fù)熱熱處理理技術(shù)術(shù)；；◆再制造造加工工（含含特種種加工工）技技術(shù)；；再制造的主要關(guān)鍵技術(shù)

下面介介紹兩兩種再再制造造技術(shù)術(shù)◆誤差補(bǔ)補(bǔ)償技技術(shù)誤差補(bǔ)補(bǔ)償?shù)牡膶?shí)現(xiàn)現(xiàn)，需需綜合合應(yīng)用用傳感感技術(shù)術(shù)、信信號(hào)處處理技技術(shù)、、多傳傳感器器信息息融合合策略略、運(yùn)運(yùn)動(dòng)合合成機(jī)機(jī)構(gòu)/系統(tǒng)統(tǒng)等多多學(xué)科科基礎(chǔ)礎(chǔ)。誤誤差補(bǔ)補(bǔ)償系系統(tǒng)至至少具具備3個(gè)功功能裝裝置，，如圖圖3-所所示。。43◆誤差信信號(hào)發(fā)發(fā)生裝裝置產(chǎn)產(chǎn)生出出被補(bǔ)補(bǔ)償對(duì)對(duì)象固固有誤誤差的的誤差差圖，，作為為補(bǔ)償償系統(tǒng)統(tǒng)中附附加誤誤差的的依據(jù)據(jù)；◆信號(hào)同同步反反向裝裝置保保證附附加的的誤差差輸入入與補(bǔ)補(bǔ)償對(duì)對(duì)象的的固有有誤差差同步步反向向，即即在任任一時(shí)時(shí)刻，，這兩兩個(gè)誤誤差在在理論論上大大小相相等而而相位位相差差180度度。◆運(yùn)動(dòng)合成裝裝置實(shí)現(xiàn)附附加誤差運(yùn)運(yùn)動(dòng)與系統(tǒng)統(tǒng)固有誤差差運(yùn)動(dòng)的合合成，而輸輸出為兩個(gè)個(gè)誤差抵消消后的結(jié)果果。44誤差源e1e2...en現(xiàn)有系統(tǒng)被補(bǔ)償對(duì)象運(yùn)動(dòng)合成誤差信號(hào)發(fā)生同步反向輸出誤差預(yù)防誤差補(bǔ)償(靜態(tài)&動(dòng)態(tài))加工精度誤差源加工過(guò)程加工誤差檢測(cè)誤差信號(hào)建模與預(yù)報(bào)補(bǔ)償+_45◆熱噴涂技術(shù)術(shù)所謂熱噴涂涂技術(shù)，就就是利用某某種熱源將將粉狀或絲絲狀之類(lèi)的的工程材料料加熱大溶溶融或軟化化狀態(tài)，以以高速?lài)娚渖涞焦ぜ肀砻嬉锥逊e積成形的方方法。熱噴噴涂原理如如圖3-所所示。當(dāng)當(dāng)被噴涂的的材料經(jīng)噴噴嘴以粒子子流形式高高速?lài)娚涞降交w表面面而涂敷到到表面上，，顆粒間的的結(jié)合大部部分是機(jī)械械結(jié)合，存存在一定數(shù)數(shù)量的孔隙隙。圖3-熱熱噴涂原原理46改善熱噴涂涂涂層質(zhì)量量的途徑：：◆熱源不用氧氧—乙炔火火焰，而用用電熱。一一般氧—乙乙炔火焰噴噴涂(亞音音速)，熱熱源溫度最最高達(dá)3100℃；；改用電弧弧噴涂，熱熱源為電弧弧，溫度可可達(dá)5000℃；而而等離子噴噴涂，由于于利用了壓壓縮電弧，，形成等離離子體，進(jìn)進(jìn)一步發(fā)展展高能等離離子體，熱熱源溫度最最高可達(dá)18000℃。◆熱源仍用氧氧—乙炔火火焰，但采采用爆炸或或超音速技技術(shù)(拉閥閥爾管、爆爆震)。爆爆炸波令粒粒子飛行速速度最高達(dá)達(dá)1500m/s，超音速速?lài)娡靠墒故沽Ｗ语w行行速度最高高達(dá)1770m/s，涂層層致密度及及結(jié)合力可可大大提高高。影響涂層與與基體結(jié)合合強(qiáng)度的因因素很多，，最主要的的是基體前前處理的質(zhì)質(zhì)量和適宜宜噴涂工藝藝參數(shù)的選選擇。47熱噴涂技術(shù)術(shù)的應(yīng)用◆防腐蝕；應(yīng)應(yīng)用火焰金金屬線材噴噴涂鋁或鋅鋅，在涂層層保護(hù)作用用下，工件件可保證19年不損損壞。◆防磨損；通通過(guò)火焰金金屬線材噴噴涂、火焰焰粉末噴涂涂或噴熔，，等離子噴噴涂，使已已磨損零件件得以修復(fù)復(fù)，修復(fù)后后的零件遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)新新產(chǎn)品壽命命。如高爐爐熱風(fēng)支管管、汽車(chē)曲曲軸、柴油油機(jī)缸套。。◆特殊功能層層；航空航航天、原子子能等領(lǐng)域域，對(duì)耐高高溫、隔熱熱、導(dǎo)電絕絕緣、防輻輻射等有特特殊要求，，整體制造造這些材料料成本極高高也不必要要，而熱噴噴涂技術(shù)可可以達(dá)到此此項(xiàng)要求。。◆其他應(yīng)用；如鈦合金金表面等離離子噴涂制制造生物相相容性良好好的人造骨骨骼及關(guān)節(jié)節(jié)；火焰噴噴射成形復(fù)復(fù)制復(fù)雜零零件；金屬屬線材噴涂涂制造塑料料模具等。。48綠色加工是是指在不犧犧牲產(chǎn)品的的質(zhì)量、成成本、可靠靠性、功能能和能量利利用率的前前提下，充充分利用資資源，盡量量減輕加工工過(guò)程對(duì)環(huán)環(huán)境產(chǎn)生有有害影響的的加工過(guò)程程，其內(nèi)涵涵是指在加加工過(guò)程中中實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)質(zhì)、低耗、、高效及清清潔化。綠綠色加工可可分為節(jié)約約資源（含含能源）的的加工技術(shù)術(shù)和環(huán)保型型加工技術(shù)術(shù)。綠色加工概述

3.6.3綠色色加工技術(shù)術(shù)◆環(huán)境意識(shí)制制造(EnvironmentallyConsciousManufacturing)；；◆面向環(huán)境的的制造(ManufacturingForEnvironment)；；◆綠色制造(GreenManufacturing)。49綠色制造的的體系結(jié)構(gòu)構(gòu)50綠色加工工工藝技術(shù)51綠色加工技技術(shù)主要從從選材、生生產(chǎn)加工方方法、加工工設(shè)備三個(gè)個(gè)方面來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)，綠色色加工的關(guān)關(guān)鍵技術(shù)如如圖3-26所示。。綠色加工的關(guān)鍵技術(shù)

圖3-26綠綠色加工的的關(guān)鍵技術(shù)術(shù)52◆刀具技術(shù)；；干式加加工對(duì)刀具具材料要求求很高，刀刀具的幾何何參數(shù)和結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要要滿足干切切削對(duì)斷屑屑和排屑的的要求。加加工韌性材材料時(shí)尤其其要解決好好斷屑問(wèn)題題。◆機(jī)床技術(shù)；；機(jī)床應(yīng)配配置循環(huán)冷冷卻系統(tǒng)，，帶走切削削熱量，并并在結(jié)構(gòu)上上有良好的的隔熱措施施。實(shí)驗(yàn)表表明，干式式切削理想想的條件應(yīng)應(yīng)該是在高高速切削條條件下進(jìn)行行，這樣可可以減少傳傳到工件刀刀具和機(jī)床床上的熱量量。干切削削時(shí)產(chǎn)生的的切屑是干干燥的，這這樣可以盡盡可能的將將干切削機(jī)機(jī)床設(shè)計(jì)成成立軸和傾傾斜式床身身。工作臺(tái)臺(tái)上的傾斜斜蓋板用絕絕熱材料制制成，在機(jī)機(jī)床上配置置過(guò)濾系統(tǒng)統(tǒng)排出灰塵塵，對(duì)機(jī)床床主要部位位進(jìn)行隔離離。◆輔助設(shè)備技技術(shù)；輔輔助設(shè)備包包括夾具、、量具等，，其綠色技技術(shù)主要體體現(xiàn)在選用用時(shí)盡量滿滿足低成本本、低能耗耗、少污染染、可回收收原則。53在不使用切切削液的干干切削條件件下，切削削液在加工工中的冷卻卻、潤(rùn)滑、、沖洗、防防銹等作用用將不復(fù)存存在。如何何在沒(méi)有切切削液的條條件下創(chuàng)造造與濕切削削相同或近近似的切削削條件，這這就要求人人們?nèi)パ芯烤扛墒角邢飨鳈C(jī)理，從從刀具技術(shù)術(shù)、機(jī)床結(jié)結(jié)構(gòu)、工件件材料和工工藝過(guò)程等等各方面采采取一系列列的措施。。干式切削與磨削干切削技術(shù)術(shù)在切削(含含磨削)加加工過(guò)程中中，不使用用冷卻潤(rùn)滑滑液或使用用少量的冷冷卻潤(rùn)滑MQL(小小于50ml／加加工小時(shí))，且加工工質(zhì)量和加加工時(shí)間與與濕式切削削相當(dāng)或更更好的切削削技術(shù)稱(chēng)為為干式切削削。只有當(dāng)當(dāng)所有工序序都實(shí)現(xiàn)干干式切削后后，才稱(chēng)為為實(shí)用化的的干式切削削，在實(shí)用用化干式切切削條件下下，工件是是干燥的。。54干切削刀具具干式切削刀刀具必須滿滿足以下條條件：刀具具材料應(yīng)具具有極高的的紅硬性和和熱韌性，，而且還必必須有良好好的耐磨性性、耐熱沖沖擊和抗粘粘接性；切切屑與刀具具之間的摩摩擦系數(shù)應(yīng)應(yīng)盡可能小小；刀具的的槽型應(yīng)保保證排屑流流暢、易于于散熱等。。◆采用新型刀刀具材料；；主要有有：超細(xì)硬硬質(zhì)合金、、陶瓷、立立方氮化硼硼和聚晶金金剛石等超超硬度材料料。◆采用刀具涂涂層技術(shù)；；涂層刀具具分兩大類(lèi)類(lèi)：一類(lèi)是是“硬”涂涂層刀具，，如TiN、TIC和Al203等涂涂層刀具。。這類(lèi)刀具具表面硬度度高，耐磨磨性好。另另一類(lèi)是““軟”涂層層刀具，如如：MoS2、WS等涂層刀刀具。這類(lèi)類(lèi)涂層刀具具也稱(chēng)為““自潤(rùn)滑刀刀具”，它它與工件材材料的摩擦擦系數(shù)很低低，只有0.01mm左右，，能有效減減少切削力力和降低切切削溫度。。◆刀具幾何形形狀設(shè)計(jì)；；應(yīng)使使刀具有較較大的前角角和刃傾角角，配以適適宜的負(fù)倒倒棱或前刀刀面加強(qiáng)單單元。55干切削機(jī)床床最好采用立立式布局，，至少床身身應(yīng)是傾斜斜的。理想想的加工布布局是工件件在上、刀刀具在下，，并在一些些滑動(dòng)導(dǎo)軌軌副上方設(shè)設(shè)置可伸縮縮角形蓋板板，工作臺(tái)臺(tái)上的傾斜斜蓋板可用用絕熱材料料制成，并并盡可能依依靠重力排排屑。干切切削時(shí)易出出現(xiàn)金屬懸懸浮顆粒，，故機(jī)床應(yīng)應(yīng)配置真空空吸塵裝置置并對(duì)機(jī)床床的關(guān)鍵部部位進(jìn)行密密封。干切切削機(jī)床的的基礎(chǔ)大件件要采用熱熱對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)構(gòu)并盡量由由熱膨脹系系數(shù)小的材材料制成，，必要時(shí)還還應(yīng)進(jìn)一步步采取熱平平衡和熱補(bǔ)補(bǔ)償?shù)却胧┦└汕邢骷庸すすに嚫汕邢魍ǔ３Ｊ窃诖髿鈿夥諊羞M(jìn)進(jìn)行，但在在特殊氣體體氛圍中（（如氮?dú)狻ⅰ⒗滹L(fēng)或采采用干式靜靜電冷卻技技術(shù)）而不不使用切削削液進(jìn)行的的切削也取取得了良好好的效果。。56◆在氮?dú)夥諊鷩羞M(jìn)行干干切削———吹氮加工工。日本企企業(yè)界曾作作過(guò)吹氮加加工和其它它方式端銑銑碳鋼的對(duì)對(duì)比試驗(yàn)，，發(fā)現(xiàn)吹氮氮加工的刀刀具磨損，，特別是后后刀面磨損損比吹空氣氣干切削時(shí)時(shí)低得多。。◆干式靜電冷冷卻技術(shù)。。其基本原原理是通過(guò)過(guò)電離器將將壓縮空氣氣離子化、、臭氧化（（所消耗的的功率不超超過(guò)25W），然后后經(jīng)由噴嘴嘴送至切削削區(qū)，在切切削點(diǎn)周?chē)鷩纬商厥馐鈿怏w氛圍圍。俄羅斯斯羅士技術(shù)術(shù)公司曾對(duì)對(duì)此作大量量試驗(yàn)，發(fā)發(fā)現(xiàn)在多數(shù)數(shù)情況下，，采用干式式靜電冷卻卻技術(shù)的刀刀具壽命與與濕切削時(shí)時(shí)相當(dāng)。◆冷風(fēng)干切削削。其工作作原理是：：讓低溫冷冷風(fēng)射流機(jī)機(jī)生成的干干燥低溫冷冷風(fēng)（-30℃～-50℃，，有時(shí)也混混入極微量量的植物油油）噴射到到切削點(diǎn)，，對(duì)刀具的的前、后刀刀面實(shí)施冷冷卻、潤(rùn)滑滑和排屑以以降低切削削溫度，同同時(shí)引發(fā)被被加工材料料的低溫脆脆性，使切切削過(guò)程較較為容易，，并相應(yīng)改改善刀具磨磨損狀況。。57高速干切削削技術(shù)它是在高速速切削技術(shù)術(shù)的基礎(chǔ)上上，結(jié)合干干切削技術(shù)術(shù)或微量切切削液的準(zhǔn)準(zhǔn)干切削技技術(shù)，將高高速切削與與干切削技技術(shù)有機(jī)地地融合，結(jié)結(jié)合兩者的的優(yōu)點(diǎn)，并并對(duì)它們的的不足進(jìn)行行了有效補(bǔ)補(bǔ)償?shù)囊豁?xiàng)項(xiàng)新興先進(jìn)進(jìn)制造技術(shù)術(shù)。切削技技術(shù)、刀具具材料和刀刀具設(shè)計(jì)技技術(shù)的發(fā)展展，使高速速干切削的的實(shí)施成為為可能。干式切削加加工的應(yīng)用用◆汽車(chē)后橋的的螺旋錐齒齒輪，在6軸5聯(lián)動(dòng)動(dòng)的CNC銑齒機(jī)上上，采用干干式銑齒，，從毛坯一一次成形錐錐齒輪，不不僅效率高高，而且加加工出的螺螺旋錐齒輪輪工件溫度度卻很低，，熱量被切切屑帶走。◆CBN刀具具比陶瓷刀刀具更適合合鑄鐵材料料的高速切切削。◆加工中心在在鋼件上干干式鉆孔，，解決排屑屑與斷鉆頭頭等問(wèn)題的的措施有：：加大排屑屑槽，加大大鉆頭的背背錐以增大大容屑空間間，采用TiN涂層層刀具可鉆鉆φ65mm的孔孔。又如對(duì)對(duì)淬硬鋼孔孔的精加工工，可采用用單刃鉸刀刀進(jìn)行鉸削削以取代傳傳統(tǒng)的磨削削與珩磨。。◆加拿大McMaster大學(xué)學(xué)采用立銑銑刀以v=1000～2000m/min、、f=0.2mm/z干銑銑高溫合金金（Inconel718））時(shí)，可獲獲得Ra=0.7μμm的表面面粗糙度。。58干式磨削的的優(yōu)點(diǎn)：形形成的磨屑屑易回收處處理，且可可節(jié)省涉及及到磨削液液保存、回回收處理等等方面的的的裝備及費(fèi)費(fèi)用，還不不會(huì)造成環(huán)環(huán)境污染。。但具體實(shí)現(xiàn)現(xiàn)起來(lái)比較較困難。關(guān)鍵問(wèn)題題是如何降降低磨削熱熱的產(chǎn)生或或使產(chǎn)生的的磨削熱很很快地散發(fā)發(fā)出去。為為此可采取取以下措施施：◆選擇導(dǎo)熱性性好或能承承受較高磨磨削溫度的的砂輪；◆減少同時(shí)參參加磨削的的磨粒數(shù)量量，以降低低磨削熱的的產(chǎn)生，如如采用圖3-所所示的點(diǎn)式式磨削。點(diǎn)點(diǎn)式磨削是是一種形式式的干式磨磨削，由德德國(guó)容克公公司首先發(fā)發(fā)展起來(lái)的的一種超硬硬磨料高效效磨削新工工藝，目前前在我國(guó)汽汽車(chē)工業(yè)中中已得到應(yīng)應(yīng)用。點(diǎn)磨磨削是利用用超高線速速度（120～250m/s）的單層層CBN薄薄砂輪（寬寬度僅幾毫毫米）來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)的。干磨削技術(shù)術(shù)59快速點(diǎn)磨外外圓磨床多多工序復(fù)合合磨削60◆減少砂輪圓圓周速度vs與工件圓周周速度vw間的比值，，這樣可使使磨削熱源源快速地在在工件表面面移動(dòng)，熱熱量不易進(jìn)進(jìn)入工件內(nèi)內(nèi)部；◆提高砂輪的的圓周速度度，以減少少砂輪與工工件的接觸觸時(shí)間；◆采用強(qiáng)冷風(fēng)風(fēng)磨削。這這是日本最最近開(kāi)發(fā)成成功的一項(xiàng)項(xiàng)新技術(shù)。。實(shí)施強(qiáng)冷冷風(fēng)磨削時(shí)時(shí)最好采用用CBN砂砂輪，這是是因?yàn)镃BN磨粒的的導(dǎo)熱率是是傳統(tǒng)砂輪輪磨粒Al2O3、SiC及及鋼鐵材料料的15倍倍。如果用用傳統(tǒng)砂輪輪磨削，加加工點(diǎn)上產(chǎn)產(chǎn)生的熱量量不易從工工件上散出出，工件的的溫度會(huì)上上升到1000℃左左右；如果果用CBN砂輪磨削削，加工點(diǎn)點(diǎn)上產(chǎn)生的的熱量可經(jīng)經(jīng)導(dǎo)熱率大大的CBN磨粒傳遞遞出去，工工件溫度約約有300℃左右。。這時(shí)再對(duì)對(duì)磨削點(diǎn)實(shí)實(shí)行強(qiáng)冷風(fēng)風(fēng)吹冷，可可得到良好好的效果。。強(qiáng)冷風(fēng)磨削削也為被加加工材料的的再生利用用開(kāi)辟了道道路，設(shè)置置在磨削點(diǎn)點(diǎn)下方的真真空泵吸走走磨削產(chǎn)生生的磨屑，，這些磨屑屑粉末純度度很高，幾幾乎沒(méi)有混混入磨料和和粘結(jié)劑顆顆粒。61采用MQL潤(rùn)滑的準(zhǔn)準(zhǔn)干式切削削與磨削技術(shù)對(duì)于某些加加工方式和和工件材料料組合，純純粹的干式式切削目前前尚難于在在實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)中使用，，故又產(chǎn)生生了極微量量潤(rùn)滑（MinimalQuantityLubrication，，MQL））技術(shù)。MQL是將將極微量的的切削油與與具有一定定壓力的壓壓縮空氣混混合并油霧霧化，然后后一起噴向向切削區(qū)，，對(duì)刀具與與切屑、刀刀具與工件件的接觸界界面進(jìn)行潤(rùn)潤(rùn)滑，以減減少摩擦和和防止切屑屑粘到刀具具上，同時(shí)時(shí)也冷卻了了切削區(qū)并并有利于排排屑，從而而顯著地改改善切削加加工條件。。◆案例1使用涂有TiAlN+MoS2涂層的的鉆頭在鋁鋁合金材料料工件上進(jìn)進(jìn)行鉆孔試試驗(yàn)。采用用純粹的干干切削鉆16個(gè)孔后后，切屑就就粘連在鉆鉆頭的容屑屑槽，使鉆鉆頭不能繼繼續(xù)使用；；當(dāng)采用MQL潤(rùn)滑滑后，鉆出出320個(gè)個(gè)合格孔后后，鉆頭還還沒(méi)有明顯顯的磨損和和粘連。62◆案例2日本稻崎一一郎等人曾曾用直徑10mm的的硬質(zhì)合金金端銑刀，，以60m/min的切削速速度銑削碳碳鋼，比較較干切削、、吹高壓空空氣、濕切切削（250L/h切削液））和準(zhǔn)干式式切削（20mL/h切削油油）四種加加工方式的的刀具磨損損。盡管準(zhǔn)準(zhǔn)干式切削削所使用的的切削液不不及濕切削削的萬(wàn)分之之一，但其其銑刀后刀刀面的磨損損不僅大大大低于干切切削，且與與濕切削相相近甚至略略低。準(zhǔn)干干式式磨磨削削就就是是在在磨磨削削過(guò)過(guò)程程中中施施加加微微量量磨磨削削液液，，并并采采取取一一定定的的措措施施，，使使這這些些磨磨削削液液全全部部消消耗耗在在磨磨削削區(qū)區(qū)并并大大部部分分被被蒸蒸發(fā)發(fā)掉掉，，沒(méi)沒(méi)有有多多余余磨磨削削液液污污染染環(huán)環(huán)境境。。射射流流冷冷卻卻磨磨削削就就是是一一種種準(zhǔn)準(zhǔn)干干式式磨磨削削。。它它把把冷冷卻卻介介質(zhì)質(zhì)直直接接強(qiáng)強(qiáng)行行送送入入磨磨削削區(qū)區(qū)，，用用較較少少的的冷冷卻卻介介質(zhì)質(zhì)達(dá)達(dá)到到大大量量澆澆注注的的效效果果。。射射流流冷冷卻卻著著重重針針對(duì)對(duì)磨磨削削區(qū)區(qū)，，射射流流的的沖沖刷刷作作用用使使磨磨削削時(shí)時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生生的的磨磨屑屑粉粉末末不不易易粘粘附附在在砂砂輪輪上上，，有有利利于于加加工工質(zhì)質(zhì)量量的的提提高高。。63IPT在在德德國(guó)國(guó)亞亞琛琛對(duì)對(duì)銑銑削削傳傳統(tǒng)統(tǒng)鑄鑄造造材材料料時(shí)時(shí)所所產(chǎn)產(chǎn)生生的的粉粉塵塵進(jìn)進(jìn)行行了了測(cè)測(cè)量量，，結(jié)結(jié)果果表表明明每每加加工工1kg材材料料將將產(chǎn)產(chǎn)生生4.5g極極其其細(xì)細(xì)小小的的粉粉塵塵。。最最大大允允許許值值是是MAK閾閾值值6mg/m3。雖雖然然可可以以把把機(jī)機(jī)床床設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)成成大大部部分分采采用用垂垂直直表表面面，，并并用用刷刷子子清清潔潔水水平平表表面面，，但但是是加加工工粉粉塵塵會(huì)會(huì)堆堆積積在在導(dǎo)導(dǎo)軌軌面面上上，，進(jìn)進(jìn)入入縫縫隙隙中中，，附附著著在在傳傳感感器器和和窗窗戶戶上上，，使使得得機(jī)機(jī)床床的的運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變得得很很困困難難。。用用壓壓縮縮空空氣氣或或干干冰冰鼓鼓風(fēng)風(fēng)這這種種做做法法不不切切實(shí)實(shí)際際，，成成本本高高昂昂，，而而且且會(huì)會(huì)加加劇劇金金屬屬粉粉塵塵的的問(wèn)問(wèn)題題。。金金屬屬粉粉塵塵的的附附著著也也是是導(dǎo)導(dǎo)致致切切削削刀刀具具使使用用壽壽命命縮縮短短的的一一個(gè)個(gè)重重要要原原因因。。干式和MQL切削系統(tǒng)引出的問(wèn)題——金屬粉塵64◆例例1一德德國(guó)國(guó)汽汽車(chē)車(chē)制制造造商商在在一一條條生生產(chǎn)產(chǎn)輪輪轂轂的的生生產(chǎn)產(chǎn)線線上上使使用用機(jī)機(jī)械械手手來(lái)來(lái)裝裝卸卸零零件件，，并并采采用用MQL技技術(shù)術(shù)。。據(jù)據(jù)稱(chēng)稱(chēng)從從一一組組輪輪轂轂到到下下一一組組輪輪轂轂的的總總制制造造時(shí)時(shí)間間為為43秒秒。。通通過(guò)過(guò)使使用用MQL系系統(tǒng)統(tǒng)，，乳乳化化劑劑以以每每小小時(shí)時(shí)80ml的的速速率率被被輸輸送送貫貫穿穿至至整整個(gè)個(gè)軸軸，，而而傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的切切削削加加工工每每分分鐘鐘需需要要300升升乳乳化化劑劑。。機(jī)機(jī)床床經(jīng)經(jīng)專(zhuān)專(zhuān)門(mén)門(mén)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)和和建建造造來(lái)來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)““懸懸掛掛加加工工””，，因因此此，，切切屑屑可可以以直直接接落落下下，，而而不不會(huì)會(huì)粘粘在在機(jī)機(jī)床床上上。。◆例例2在大大眾眾汽汽車(chē)車(chē)公公司司的的扎扎耳耳茨茨吉吉特特工工廠廠，，采采用用干干式式切切入入磨磨削削技技術(shù)術(shù)來(lái)來(lái)制制造造他他們們的的新新型型““泵泵/噴噴嘴嘴””柴柴油油機(jī)機(jī)的的鍛鍛壓壓凸凸輪輪軸軸。。凸凸輪輪軸軸的的材材料料為為16MnCr5，，所所達(dá)達(dá)到到的的公公差差必必須須小小于于5/100mm。。已已經(jīng)經(jīng)開(kāi)開(kāi)發(fā)發(fā)出出了了專(zhuān)專(zhuān)門(mén)門(mén)的的刀刀具具來(lái)來(lái)從從事事該該磨磨削削加加工工。。應(yīng)用實(shí)例應(yīng)注注意意：：為了了利利用用干干切切削削或或MQL切切