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精密和超精密加工現狀（上）
閱讀：698 發布時間：2012-2-28
核心提示：當前精密和超精密加工精度從微米到亞微米，乃至納米，在汽車、家電、IT電子信息高技術領域和軍用、民用工業有廣泛應用。同時，精密和超精密加工技術的發展也促進了機械、模具、液壓、電子、半導體、光學、傳感器和測量技術及金屬加工工業的發展。
一、精密和超精密加工的概念與范疇
通常，按加工精度劃分，機械加工可分為一般加工、精密加工、超精密加工三個階段。目前，精密加工是指加工精度為1~0.1?;m，表面粗糙度為Ra0.1~0.01?;m的加工技術，但這個界限是隨著加工技術的進步不斷變化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。精密加工所要解決的問題，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面狀況；二是加工效率，有些加工可以取得較好的加工精度，卻難以取得高的加工效率。精密加工包括微細加工和超微細加工、光整加工等加工技術。傳統的精密加工方法有砂帶磨削、精密切削、珩磨、精密研磨與拋光等。
超精密加工就是在超精密機床設備上，利用零件與刀具之間產生的具有嚴格約束的相對運動 ，對材料進行微量切削，以獲得*形狀精度和表面光潔度的加工過程。當前的超精密加工是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm，以及所用機床定位精度的分辨率和重復性高于0.01μm的加工技術，亦稱之為亞微米級加工技術，且正在向納米級加工技術發展。
超精密加工包括微細加工、超微細加工、光整加工、精整加工等加工技術。微細加工技術是指制造微小尺寸零件的加工技術；超微細加工技術是指制造超微小尺寸零件的加工技術，它們是針對集成電路的制造要求而提出的，由于尺寸微小，其精度是用切除尺寸的值來表示，而不是用所加工尺寸與尺寸誤差的比值來表示。光整加工一般是指降低表面粗糙度和提高表面層力學機械性質的加工方法，不著重于提高加工精度，其典型加工方法有珩磨、研磨、超精加工及無屑加工等。實際上，這些加工方法不僅能提高表面質量，而且可以提高加工精度。精整加工是近年來提出的一個新的名詞術語，它與光整加工是對應的，是指既要降低表面粗糙度和提高表面層力學機械性質，又要提高加工精度（包括尺寸、形狀、位置精度）的加工方法。
二、精密加工的發展現狀與應用
1.精密成型加工的發展現狀與應用
精密鑄造成形、精密模壓成形、塑性加工、薄板精密成形技術在工業發達國家受到高度重視，并投入大量資金優先發展。70年代美國*主持制訂“鍛造工藝現代化計劃”，目的是使鍛造這一重要工藝實現現代化，更多地使用CAD／CAM，使新鍛件的制造周期減少75%。1992年，美國*提出了“軍用關鍵技術清單”，其中包含了等壓成型工藝、數控計算機控制旋壓、塑變和剪切成形機械、超塑成型／擴散連接工藝、液壓延伸成型工藝等精密塑性成型工藝。國外近年來還發展了以航空航天產品為應用對象的“大型模鍛件的鍛造及葉片精鍛工藝”、“快速凝固粉末層壓工藝”、“大型復雜結構件強力旋壓成型工藝”、“難變形材料超塑成形工藝”、“*材料（如金屬基復合材料、陶瓷基復合材料等）成形工藝”等。我國的超塑成形技術在航天航空及機械行業也有應用，如航天工業中的衛星部件、導彈和火箭氣瓶等，采用超塑成形法制造偵察衛星的欽合金回收艙。與此同時，還基本上掌握了鋅、銅、鋁、欽合金的超塑成形工藝，zui小成形厚度可達0．3mm，形狀也較復雜。此外，國外已廣泛應用精密模壓成形技術制造武器。常用的精密模壓成形技術，如閉塞式鍛造、采用分流原理的精密成形及等溫成形等國外已用于*。目前，精密模壓技術在我國應用還較少，精度也較差，國外精度為±0.05—0.10mm，我國為±0.1—0.25mm。
2.孔加工技術的發展現狀及應用
近年來，汽車、模具零部件、金屬加工大都采用以CNC機床為中心的生產形態，進行孔加工時，也大都采用加工中心、CNC電加工機床等*設備，高速、高精度鉆削加工已提上議事日程。無論哪個領域的孔加工，實現高精度和高速化都是取得用戶訂單的重要競爭手段。
近年來，隨著高速銑削的出現，以銑削刀具為中心的切削加工正在進入高速高精度化的加工時期。在孔加工作業中，目前仍大量使用高速鋼麻花鉆，但各企業之間在孔加工精度和加工效率方面已逐漸拉開了差距。高速切削鉆頭的材料以陶瓷涂層硬質合金為主，如MAZAK公司和森精機制作所在加工鑄鐵時，即采用了陶瓷涂層鉆頭。在加工鋁合金等有色材料時，可采用金剛石涂層硬質合金鉆頭、DLC涂層硬質合金鉆頭或帶金剛石燒結體刀齒的鉆頭。高速高精度孔加工除采用CNC切削方式對孔進行精密加工外，還可采用鏜削和鉸削等方式對孔進行高精度加工。隨著加工中心主軸的高速化，已可采用鏜削工具對孔進行高速精密加工。
隨著IT相關產業的發展，近年來，光學和電子工業所用裝置的零部件產品的需求急速增長，這種增長進而刺激了微細形狀及高精度加工技術的迅速發展。其中，微細孔加工技術的開發應用尤其引人注目。微細孔加工早已在印刷電路板等加工中加以應用，包括鋼材在內的多種被加工材料，均可用鉆頭進行小直徑加工。目前，小直徑孔加工中，利用鉆頭切削的直徑zui小可至φ50μm左右。小于φ50μm的孔則多采用電加工來完成。為了抑制毛刺的產生，許多研究者提出可采用超聲波振動切削的方式。目前，正在探索一種應用范圍廣而且工藝合理的超聲波振動切削模式，其中包括研究機床的適應特性等內容。隨著這些問題的順利解決，今后可望更好地實現直徑更小的微小深孔加工，加工精度會更高。
3.特種熱處理的發展現狀與應用
特種熱處理工藝是國防工業系統關鍵制造技術之一。真空熱處理以其*的無污梁、無氧化、工件變形小和適用范圍廣等優點，廣泛用于航空航天結構件處理，如齒輪結構件表面滲碳或滲氮，導彈和航天器各種合金或鋼件的去應力、增強或增韌處理等。典型結構如：儀表零件、傳動結構、燃料貯箱、發動機殼體等；美國熱處理爐約有50%以上為真空熱處理爐。真空熱處理爐已廣泛采用了計算機控制,目前已發展到真空化學熱處理和真空氣淬熱處理，包括高壓真空氣淬、高流率真空氣淬和高壓高流率真空氣淬技術等。另外，激光熱處理技術在國外已廣泛用于航空、航天、電子、儀表等領域，如各種復雜表面件、微型構件、需局部強化處理構件、微型電子器件、大規模集成電路的生產和修補、精密光學元件、精密測量元件等。
4.數控電火花加工新工藝的應用
a.標準化夾具
數控電火花加工為保證*的重復定位精度且不降低加工效率，采用快速裝夾的標準化夾具。標準化夾具，是一種快速精密定位的工藝方法，它的使用大大減少了數控電火花加工過程中的裝夾定位時間，有效地提升了企業的競爭力。目前有瑞士的EROWA和瑞典的3R裝置可實現快速精密定位。
b.混粉加工方法
在放電加工液內混入粉末添加劑，以高速獲得光澤面的加工方法稱之為混粉加工。該方法主要應用于復雜模具型腔，尤其是不便于進行拋光作業的復雜曲面的精密加工?？山档土慵砻娲植诙戎?，省去手工拋光工序，提高零件的使用性能（如壽命、耐磨性、耐腐蝕性、脫模性等）?；旆奂庸ぜ夹g的發展，使精密型腔模具鏡面加工成為現實。
c.搖動加工方法
電火花加工復雜型腔時，可根據被加工部位的搖動圖形、搖動量的形狀及精度的要求,選用電極不斷搖動的方法,獲得側面與底面更均勻的表面粗糙度，更容易控制加工尺寸,實現小間隙放電條件下的穩定加工。
d.多軸聯動加工方法
近年來，隨著模具工業和IT技術的發展，多軸聯動電火花加工技術取得了長足的進步。模具企業采用多軸聯動的方法來提高加工性能，如清角部位在加工可行的情況下采用X、Y、Z三軸聯動的方法，即斜向加工，避免了因加工部位面積小而發生放電不穩定的現象。模具潛伏式膠口的加工通過對電極斜度裝夾定位的設計，也可進行斜向多軸聯動加工。采用多軸回轉系統與多種直線運動協調組合成多種復合運動方式，可適應不同種類工件的加工要求，擴大數控電火花加工的加工范圍，提高其在精密加工方面的比較優勢和技術效益。