現(xiàn)代機(jī)械加工新技術(shù)的課程體系研究

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現(xiàn)代機(jī)械加工新技術(shù)的課程體系研究摘要：現(xiàn)代機(jī)械加工新技術(shù)課程包括四個(gè)部分，切削，非切削加工，復(fù)合加新技術(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，非常溫度切削與分子運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，振動(dòng)切削和超聲波切削利用了共振現(xiàn)象，超聲波加工的工作原理類似于爆炸沖擊波的作用等關(guān)鍵詞：新技術(shù)，體系，加工0 引言先進(jìn)的制造技術(shù)是保障綜合國(guó)力的決定性因素。發(fā)達(dá)國(guó)家的制造業(yè)均在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中居于重要地位?，F(xiàn)代機(jī)械制造學(xué)科已成為集機(jī)械、電子、信息、材料為一體的新型交叉學(xué)科。我國(guó)的制造業(yè)面臨著巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，只有掌握先進(jìn)制造技術(shù)，才能加快國(guó)家經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)、促進(jìn)我國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)鏈提升、增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力、增強(qiáng)我國(guó)核心競(jìng)爭(zhēng)力和自主創(chuàng)新能力、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家。因此，在大學(xué)里普遍開(kāi)設(shè)制造先進(jìn)技術(shù)的課程，課程名稱為《機(jī)械加工新發(fā)展》[1]、 《現(xiàn)代加工新技術(shù)》 、 《機(jī)械加工新技術(shù)》或《現(xiàn)代加工技術(shù)訓(xùn)練》[2]、 《現(xiàn)代機(jī)械制造工藝及精密加工技術(shù)》等。從目前的研究現(xiàn)狀看，該課程主要有四部分內(nèi)容：切削加工新技術(shù)、非切削加工新技術(shù)、復(fù)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(dāng)中，應(yīng)將其總結(jié)后作為附錄內(nèi)容。根據(jù)課時(shí)不同，該課程應(yīng)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(hù)性切削新技術(shù)、射流加工新技術(shù)、磨削加工新技術(shù)等。①高速超高速切削新技術(shù)。根據(jù) 1931 年 4 月德國(guó)物理學(xué)家薩洛蒙（Carl.J.Salomon）提出的“Salomon 曲線” ，采用高轉(zhuǎn)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(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速高、功率和扭矩大，以及進(jìn)給系統(tǒng)加速度高?？捎糜诩庸び猩饘?、鑄鐵、鋼、纖維強(qiáng)化復(fù)合材料、鑄鐵和鋁合金等。②硬態(tài)切削新技術(shù)。采用立方氮化硼 CBN（Cubic Boron Nitride） 、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。③干式切削新技術(shù)。不用切削液或用少量綠色環(huán)保的潤(rùn)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(shù)應(yīng)盡可能小，要求刀具的槽型應(yīng)保證排屑流暢、易于散熱，要求刀具應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和較強(qiáng)的抗沖擊韌性?？刹捎玫蜏乩滹L(fēng)、高速、靜電冷卻和準(zhǔn)干切削工藝等。已用于鑄鐵、鋁合金、鎂等的切削。④振動(dòng)切削新技術(shù)。與超聲波切削一樣利用共振現(xiàn)象，給刀具或工件施以某種參數(shù)（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)。⑤非常溫切削新技術(shù)。溫度反映了分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。加熱高強(qiáng)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(qiáng)的難加工材料，可獲得較好的加工質(zhì)量。⑥磁化切削新技術(shù)。刀具或工件磁化后，強(qiáng)度和硬度會(huì)提高，從而保證加工質(zhì)量。⑦保護(hù)性切削新技術(shù)。在真空當(dāng)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(hù)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(jī)床絕緣，可避免因熱電流而產(chǎn)生熱電磨損。⑧射流加工新技術(shù)。水射流主要用來(lái)切割軟質(zhì)有機(jī)材料；混合磨料射流幾乎可切割一切硬質(zhì)材料。⑨磨削加工新技術(shù)。主要有重負(fù)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。①超聲波加工。利用電氣諧振獲得超聲振動(dòng)，再利用機(jī)械共振通過(guò)變幅桿獲得足夠振幅的振動(dòng)，對(duì)工件施加類似于爆炸沖擊波的作用，并通過(guò)磨料懸浮液強(qiáng)化該作用，從而使工件成型。主要應(yīng)用于型孔、型腔、切割、清洗、焊接、超聲波處理等。②電化學(xué)加工。利用金屬在電解液中陽(yáng)極溶解的原理對(duì)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(fù)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。③電火花加工。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(dá)到對(duì)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。④電火花線切割加工。采用線狀電極（鉬絲、銅絲或鍍鋅銅絲）靠火花放電對(duì)工件進(jìn)行切割，切割路線須充分考慮變形與受力的關(guān)系。⑤激光加工。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(dāng)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(dāng)大的內(nèi)應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)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(chǔ)等。⑥高能粒子束加工。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(xiàn)由電能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)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，這稱為等離子體加工。⑦化學(xué)加工。利用酸、堿、鹽等化學(xué)溶液對(duì)金屬產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，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。⑧快速成型加工。在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)零件的 CAD（Computer Aided Design）模型或CT（ Computed Tomography 計(jì)算機(jī)斷層掃描）等數(shù)據(jù)，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(jié)、熔融沉積制造、三維打印等。 3 復(fù)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(fù)合的超聲振動(dòng)切削加工、電火花與切削加工復(fù)合的電熔爆加工、電化學(xué)磨削、電化學(xué)輔助在線削銳磨削、磁性磨料研磨加工、超聲電火花加工、電解復(fù)合加工、工序復(fù)合加工等。①超聲振動(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(zhuǎn)的砂輪或工作臺(tái)附加超聲頻振動(dòng)。②電熔爆加工。工件接電源正極，安裝在機(jī)床卡盤(pán)或頂尖上，刀盤(pán)接電源負(fù)極，采用電火花加工的原理去除材料，可加工一切導(dǎo)電材料，尤其是高硬、高韌、特軟、特脆等材料。③電化學(xué)磨削。以金屬結(jié)合劑的磨輪、電化學(xué)沉積金剛石磨輪或?qū)щ娔ポ喿鳛殛帢O，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(yīng)的物質(zhì)和工件表面的陽(yáng)極膜由機(jī)械磨削作用刮除?；蛘卟捎贸尚褪ポ啠c工件完全處于非接觸狀態(tài)。可磨削高硬度零件。④電化學(xué)輔助在線削銳磨削。把工件陽(yáng)極換成鑄鐵結(jié)合劑超硬砂輪，磨削時(shí)兩極間通弱電解液對(duì)砂輪進(jìn)行在線電解修整，使結(jié)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(dāng)中的鋒利狀態(tài)，可使超細(xì)超硬砂輪實(shí)現(xiàn)超精密磨削，也可使硬脆材料實(shí)現(xiàn)鏡面磨削。⑤磁性磨料研磨加工。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(zhuǎn)磁場(chǎng)或工件，使磁刷與工件發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精磨。可進(jìn)行復(fù)雜形狀零件表面的光滑加工。⑥超聲電火花加工。在電火花加工的基礎(chǔ)上輔以超聲振動(dòng)，從而提高加工速度、改善加工質(zhì)量等。⑦電解復(fù)合加工。將機(jī)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。⑧工序復(fù)合加工。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(nèi)容包括高強(qiáng)度鋼與超高強(qiáng)度鋼、不銹鋼、高溫合金、鈦合金、工程陶瓷材料、復(fù)合材料與復(fù)合構(gòu)件的切削加工等。①高強(qiáng)度鋼與超高強(qiáng)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。②不銹鋼的切削加工。刀具易產(chǎn)生黏結(jié)磨損。含 Ti 的不銹鋼應(yīng)選 K 類硬質(zhì)合金刀具，其他類可選用 M 類硬質(zhì)合金刀具，馬氏體不銹鋼 2Cr13 熱處理后選用 P 類刀具效果較好。亞微細(xì)晶粒硬質(zhì)合金刀具已投入使用。③高溫合金的切削加工。加工硬化傾向大。鉸刀材料應(yīng)采用 Co 高速鋼和 Al 高速鋼整體制造，如用細(xì)晶粒、超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金時(shí)，大于？準(zhǔn) 10mm的鉸刀做成鑲齒結(jié)構(gòu)。④鈦合金的切削加工。具有變形系數(shù) Λh 小、主切削力大、粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重等加工特點(diǎn)，刀具材料必須耐熱性好、抗彎強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性能好、抗黏結(jié)抗擴(kuò)散和抗氧化磨損性能好。⑤工程陶瓷材料的切削加工。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(jié)溫度和壓力越高，內(nèi)部存在的（龜裂）應(yīng)力集中源越少，陶瓷材料越致密，硬度越高；在高溫區(qū)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。⑥復(fù)合材料與復(fù)合構(gòu)件的切削加工。復(fù)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?；w相（連續(xù)相）起黏結(jié)作用，增強(qiáng)相（分散相）可提高強(qiáng)度和剛度。其加工特點(diǎn)是：刀具磨損嚴(yán)重、產(chǎn)生溝狀磨損和殘余應(yīng)力?？椎娜肟谔幰壮霈F(xiàn)分層和剝離現(xiàn)象。該課程具有時(shí)代特征，其內(nèi)容應(yīng)具有開(kāi)放性，不斷地吸收新內(nèi)容，沉淀舊的內(nèi)容到其他課程體系當(dāng)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(xì)加工技術(shù)、納米技術(shù)等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，更多的機(jī)械加工新技術(shù)將會(huì)充實(shí)到課程體系當(dāng)中。參考文獻(xiàn)：１.李素燕，高壓開(kāi)關(guān)機(jī)械加工新工藝工作的探討[Ｊ]２０１５