機械加工新技術的課程體系研究的論文

摘要：現代機械加工新技術課程包括四部分內容：切削、非切削加工、複合加工新技術、難加工材料的加工新技術。明確了各加工技術的核心概念，比如：非常溫切削與分子運動密切相關；振動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似於爆炸衝擊波的作用等。

關鍵詞：製造業；機械加工新技術；課程體系

0引言

先進的製造技術是保障綜合國力的決定性因素。發達國家的製造業均在國民經濟中居於重要地位。現代機械製造學科已成爲集機械、電子、信息、材料爲一體的新型交叉學科。我國的製造業面臨着巨大的機遇和挑戰，只有掌握先進製造技術，才能加快國家經濟的持續增長、促進我國產業升級和產業鏈提升、增強產品的競爭能力、增強我國核心競爭力和自主創新能力、建設創新型國家。因此，在大學裏普遍開設製造先進技術的課程，課程名稱爲《機械加工新發展》[1]、《現代加工新技術》、《機械加工新技術》或《現代加工技術訓練》[2]、《現代機械製造工藝及精密加工技術》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、非切削加工新技術、複合加工新技術、難加工材料的切削加工新技術。精密加工分散在課程體系當中，應將其總結後作爲附錄內容。根據課時不同，該課程應有所取捨。

1切削加工新技術

主要包括高速與超高速切削新技術、硬態切削新技術、乾式切削新技術、振動切削新技術、非常溫切削新技術、磁化切削新技術、保護性切削新技術、射流加工新技術、磨削加工新技術等。

①高速超高速切削新技術。根據1931年4月德國物理學家薩洛蒙（mon）提出的“Salomon曲線”，採用高轉速、快進給、小背吃刀量和小進給量來去除餘量，完成零件加工。要求機牀的主軸轉速高、功率和扭矩大，以及進給系統加速度高。可用於加工有色金屬、鑄鐵、鋼、纖維強化複合材料、鑄鐵和鋁合金等。

②硬態切削新技術。採用立方氮化硼CBN（CubicBoronNitride）、陶瓷和新型硬質合金及塗層硬質合金作爲刀具材料，將淬硬鋼的車削作爲最終加工工序。

③乾式切削新技術。不用切削液或用少量綠色環保的潤滑劑。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係數應儘可能小，要求刀具的槽型應保證排屑流暢、易於散熱，要求刀具應具有較高的強度和較強的抗衝擊韌性。可採用低溫冷風、高速、靜電冷卻和準幹切削工藝等。已用於鑄鐵、鋁合金、鎂等的切削。

④振動切削新技術。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，使刀具與工件週期性地接觸與離開。

⑤非常溫切削新技術。溫度反映了分子運動的劇烈程度。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量。

⑥磁化切削新技術。刀具或工件磁化後，強度和硬度會提高，從而保證加工質量。

⑦保護性切削新技術。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，不適用於有色金屬，如鋁及其合金。絕緣切削將工件與機牀絕緣，可避免因熱電流而產生熱電磨損。

⑧射流加工新技術。水射流主要用來切割軟質有機材料；混合磨料射流幾乎可切割一切硬質材料。

⑨磨削加工新技術。主要有重負荷荒磨、用於溝槽、成形和外圓的緩進給大切深磨削、硬脆材料延性域磨削的高速與超高速磨削、砂帶磨削、振動研磨等。

2非切削加工新技術

主要包括超聲波加工、電化學加工、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，再利用機械共振通過變幅杆獲得足夠振幅的振動，對工件施加類似於爆炸衝擊波的作用，並通過磨料懸浮液強化該作用，從而使工件成型。主要應用於型孔、型腔、切割、清洗、焊接、超聲波處理等。

②電化學加工。利用金屬在電解液中陽極溶解的原理對工件進行成形加工，陽極溶解方式有電解加工和電化學拋光，陰極沉積方式有電鍍和電鑄。主要用於批量生產條件下難切削材料、複雜型面、型腔、異型孔、薄壁零件的加工，還可以用於去毛刺、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生脈衝性的火花放電，瞬時局部高溫把金屬蝕除下來，以達到對工件尺寸、形狀以及表面質量的要求。不受工件材料的物理、力學性能限制。主要用於穿孔成形加工，如沖模、型腔模、小孔、異形小孔等。

④電火花線切割加工。採用線狀電極(鉬絲、銅絲或鍍鋅銅絲)靠火花放電對工件進行切割，切割路線須充分考慮變形與受力的關係。

⑤激光加工。把具有足夠能量的激光束聚焦後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，以及產生相當大的內應力，從而實現工件材料的去除、連接、改性或分離等。主要用於打孔、切割、焊接、金屬表面處理、信息存儲等。

⑥高能粒子束加工。電子槍中產生的電子經加速、聚焦後形成大能量密度的電子束，射向材料進行工藝處理，稱爲電子束加工。離子源產生的離子束經加速聚焦，實現由電能向動能的轉化，然後打到工件表面的離子束加工。電弧放電使氣體電離成過熱的等離子體流束，噴向工件使其發生局部熔化及氣化，從而去除材料，這稱爲等離子體加工。

⑦化學加工。利用酸、鹼、鹽等化學溶液對金屬產生化學反應，使金屬溶解，從而改變工件尺寸和形狀（或表面性能），如化學蝕刻、光化學腐蝕、化學拋光、化學鍍膜等。

⑧快速成型加工。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，製造原形或零件，主要有立體光刻、分層實體制造、選擇性激光燒結、熔融沉積製造、三維打印等。

3複合加工新技術

主要包括超聲波加工與振動切削加工複合的超聲振動切削加工、電火花與切削加工複合的電熔爆加工、電化學磨削、電化學輔助在線削銳磨削、磁性磨料研磨加工、超聲電火花加工、電解複合加工、工序複合加工等。

①超聲振動切削加工。以超聲波加工裝置代替振動切削的激振裝置。給高速回轉的砂輪或工作臺附加超聲頻振動。

②電熔爆加工。工件接電源正極，安裝在機牀卡盤或頂尖上，刀盤接電源負極，採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。

③電化學磨削。以金屬結合劑的磨輪、電化學沉積金剛石磨輪或導電磨輪作爲陰極，工件作爲陽極，使電化學液在兩者間隙流過，難以電化學反應的物質和工件表面的陽極膜由機械磨削作用刮除。或者採用成型石墨磨輪，與工件完全處於非接觸狀態。可磨削高硬度零件。

④電化學輔助在線削銳磨削。把工件陽極換成鑄鐵結合劑超硬砂輪，磨削時兩極間通弱電解液對砂輪進行在線電解修整，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程當中的鋒利狀態，可使超細超硬砂輪實現超精密磨削，也可使硬脆材料實現鏡面磨削。

⑤磁性磨料研磨加工。通過磁場的磁極將磁性磨料吸壓在工件表面，形成磁刷，旋轉磁場或工件，使磁刷與工件發生相對運動，從而實現精磨。可進行復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上輔以超聲振動，從而提高加工速度、改善加工質量等。

⑦電解複合加工。將機械加工、超聲波加工、電火花加工、激光加工、磁場輔助加工裝置置於電解液環境。

⑧工序複合加工。也就是工序集中。

4難加工材料的切削加工新技術

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

①高強度鋼與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；塗層高速鋼；硬質合金；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不鏽鋼的切削加工。刀具易產生黏結磨損。含Ti的不鏽鋼應選K類硬質合金刀具，其他類可選用M類硬質合金刀具，馬氏體不鏽鋼2Cr13熱處理後選用P類刀具效果較好。亞微細晶粒硬質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。鉸刀材料應採用Co高速鋼和Al高速鋼整體制造，如用細晶粒、超細晶粒硬質合金時，大於準10mm的鉸刀做成鑲齒結構。

④鈦合金的切削加工。具有變形係數Λh小、主切削力大、粘刀現象嚴重等加工特點，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。

⑤工程陶瓷材料的切削加工。切削加工特點：刀具切削刃附近的被切材料產生脆性破壞，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，陶瓷材料越緻密，硬度越高；在高溫區軟化呈塑性，有可能產生剪切滑移變形；無加工變質層；脆性龜裂殘留在加工表面上。須金剛石和CBN刀具。

⑥複合材料與複合構件的切削加工。複合材料是由兩種或兩種以上的物理和化學性質不同的物質、經人工製成的多相固體材料。基體相（連續相）起黏結作用，增強相（分散相）可提高強度和剛度。其加工特點是：刀具磨損嚴重、產生溝狀磨損和殘餘應力。孔的入口處易出現分層和剝離現象。該課程具有時代特徵，其內容應具有開放性，不斷地吸收新內容，沉澱舊的內容到其他課程體系當中。目前精密加工技術主要有精密切削技術、模具成型技術、超精密研磨技術、微細加工技術、納米技術等。隨着科學技術的不斷髮展，更多的機械加工新技術將會充實到課程體系當中。

參考文獻：

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