现代机械加工新技术的课程体系研究

现代机械加工新技术的课程体系研究摘要：现代机械加工新技术课程包括四个部分，切削，非切削加工，复合加新技术，难加工材料的加工新技术，明确了各加工技术的核心概念，比如，非常温度切削与分子运动密切相关，振动切削和超声波切削利用了共振现象，超声波加工的工作原理类似于爆炸冲击波的作用等关键词：新技术，体系，加工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。我国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、促进我国产业升级和产业链提升、增强产品的竞争能力、增强我国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。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。硬态切削新技术。采用立方氮化硼 CBN（Cubic Boron Nitride） 、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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。快速成型加工。在计算机的控制下，根据零件的 CAD（Computer Aided Design）模型或CT（ Computed Tomography 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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。钛合金的切削加工。具有变形系数 h 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。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。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。参考文献：.李素燕，高压开关机械加工新工艺工作的探讨