第28讲 特种加工技术与先进加工技术（教案）《金属加工与实训—基础常识与技能训练》同步精品课堂（高教版）

《金属加工与实训》学科教学设计（教案） 授课课题 特种加工技术与先进加工技术 授课教师 XXXXX 授课年级 职高二年级 授课学时 2学时 授课学期 职高二年级 第二学期 教材分析 《金属加工与实训》选自高等教育出版社，王英杰主编，为中等职业教育课程改革国家规划新教材。最新版教材使知识与技能通俗化、职业化和科普化；突出实践性，贴近生产过程，突出典型案例介绍，使学生初步建立感性认识，为后续相关课程的学习奠定基础。 学情分析 学生为职高二年级，经过一年半的学习，对本专业的基础知识已经有一定的认识，对新鲜事物的追求和学习能力很强，需要在本阶段抓住其好奇心和积极学习的心理。采用多练习、少讲授，多训练、少演示的方法提高对课程学习的兴趣。 教学目标 思政目标 1.熟悉安全生产、文明生产的有关知识，做到安全文明生产。 2.养成乐观开朗、吃苦耐劳的精神，树立环境保护与质量的意识。 3.初步建立起特种加工与先进加工技术与国民经济发展的关系。 知识目标 1.了解特种加工设备、加工方法及加工特点。 2.了解先进加工技术基础知识。 技能目标 1.观看特种加工的视频，能说出特种加工技术在现今的作用及地位。 2.能够对电火花、点解加工的工作原理进行分析。 教学重点 1.了解特种加工设备、加工方法及加工特点。 2.了解先进加工技术基础知识。 教学难点 1.观看特种加工的视频，能说出特种加工技术在现今的作用及地位。 2.能够对电火花、点解加工的工作原理进行分析。 教法 教授法+演示法+现场参观法 学法 练习法+训练法 教具（教学手段） 采用材料、多媒体教学课件 教学过程（教学活动设计） 教学环节 教学内容 设计意图 课前准备 对教材进行深入研究，提前备好课，准备好教学用课件及电子教案、图片、视频资源等。 提前知晓本次课的任务 新课导入 通过复习及简短的教学视频或图片引入本次课。 提高学习兴趣 新课教学 新课教学 新课教学 新课教学 新课教学 新课教学 新课教学 新课教学 新课教学 一、特种加工 特种加工是将电能、磁能、化学能、光能、声能、热能等或其组合施加在工件的被加工部位上，从而使材料去除、变形、改变性能或被镀盖的非传统的加工方法。 常用的特种加工方法有：电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工等。 1.电火花加工 电火花加工是指在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方法，又称为电腐蚀加工。 电火花加工机床主要由主机、脉冲电源、自动进给调节器、工作液及其循环净化系统组成。 （1）电火花加工基本原理。 加工时，工具电极和被加工的金属工件放入绝缘液体介质中，在两者之间加上100V左右的直流电压。每次放电后金属工件表面上产生微小放电痕，这些放电痕的大量积累就实现了金属工件的加工。 （2）电火花加工特点。 电火花加工具有放电间隙小、温度高、放电点电流密度大；适应性强，可以加工任何硬、脆、韧、软、高熔点的导电材料；加工时“无切削力”，工件装夹十分方便。 （3）电火花加工应用。 电火花加工适合于加工圆孔、方孔、多边形孔、异形孔等。 2.电解加工 电解加工是利用金属工件在电解液中所产生的阳极溶解作用，而进行的加工方法，又称电化学加工。 电解加工机床主要由机床主体、直流稳压电源、电解液系统组成。 （1）电解加工的基本原理 在金属工件和工具电极之间施加一定的电压时，阳极金属工件表面的金属就逐渐地按阴极工具电极型面的形状溶解，溶解的产物被高速流动的电解液不断冲走，使阳极溶解能够连续进行，于是在金属工件上留下与工具电极形状相同的型面。 图5-82 电解加工原理示意图 （2）电解加工的特点 电解加工的进给运动简单，加工速度快，且随电流密度的增大而加快，可一次加工出形状复杂的型面或型腔，可加工高硬度、高强度和高韧性的难切削材料，并且不产生加工毛刺。 （3）电解加工的应用 电解加工主要用于加工各种形状复杂的型面，如汽轮机、航空发动机的叶片；各种型腔模具，如锻模、冲压模；各种型孔、深孔，炮管膛线、枪管内的来复线等。还可用于电解抛光、去毛刺、切割、雕刻和刻印。 3.超声波加工 超声波加工是利用工具端面作超声波振动，带动工件和工具间的磨料悬浮液冲击和抛磨工件被加工部位，使工件局部材料破碎成粉末，实现穿孔、切割和研磨等加工的方法。 超声波加工机床主要由机床主体、超声波发生器、超声振动系统、工作液及其循环净化系统组成。 （1）超声波加工的基本原理。 加工时在工具和工件之间注入液体（水或煤油等）和磨料混合的悬浮液，工具对工件保持一定的进给压力，并作高频振荡，频率为16kHz～30kHz，振幅为0.01mm～0.15mm。磨料在工具的超声振荡作用下，以极高的速度不断地撞击工件表面，使工件材料在瞬时高压下产生局部破碎。 （2）超声波加工的特点。 超声波加工是靠极小的磨料作用进行加工的，其加工精度较高，质量优于电解加工和电火花加工，被加工表面无残余应力、组织改变及烧伤等现象，而且加工过程中不需要工具旋转，工具可以采用较软的材料制作。 （3）超声波加工的应用。 超声波加工适合于加工各种复杂形状的孔、型腔等，尤其更适合于加工硬而脆的材料。 4.激光加工 激光加工是利用功率密度极高的激光束照射工件被加工部位，使工件材料瞬间熔化或蒸发，并在冲击波作用下将熔融材料喷射出去，实现对工件进行穿孔、蚀刻、切割加工的方法。 （1）激光加工的基本原理。 激光通过透镜聚焦到工件的待加工表面，由于聚焦区域小、亮度高，其焦点处的温度可达10000℃以上，在此高温下坚硬的材料瞬时急剧熔化和蒸发，并产生强烈的冲击波，使熔化物质以爆炸方式喷射出去，激光加工就是利用这种原理实现的。 图5-85 固体激光器加工原理示意图 （2）激光加工的特点 激光加工具有加工尺寸精细、速度快、效率高、热影响区小、工件几乎无变形的特点，如打一个孔仅需0.001s；可通过透明介质进行加工，或采用激光束导引装置，实现对工件各个方向的加工；不受工件材料性能和加工形状的限制，能加工所有的金属材料和非金属材料。 （3）激光加工的应用。 激光加工主要用来加工化纤喷丝头、仪表中的宝石轴承、金刚石拉丝模具、火箭发动机和柴油机的燃料喷油嘴、集成电路划片和精密零件的微型切割等。 二、先进加工技术 先进加工技术是制造业不断地吸收机械、电子、信息、材料、能源、自动化和现代管理等方面的成果，并将其综合应用于制造全过程，实现优质、高效、低耗的加工技术的总称。 先进的加工技术主要有：超精密加工技术、柔性制造单元（FMC）、超高速切削加工技术、绿色加工技术、快速成形技术等。 1.超精密加工技术 超精密加工技术是指加工精度和表面质量达到极高程度的精密加工工艺，主要指加工精度在0.1～0.01μm，表面粗糙度Ra值在0.3～0.03μm的加工技术。 例如，金刚车、金刚镗、研磨、珩磨、超精加工等，它们主要适用于加工精密机床、精密测量仪器等产品中的关键零件。 2.柔性制造单元（FMC） 柔性制造单元（FMC）可由一台或数台设备组成。它具有独立的自动加工功能，有的还具有自动传送和监控管理功能，可实现某些种类零件的多品种小批量加工，有些柔性制造单元（FMC）还可实现24小时无人运转。 柔性制造单元有两大类，一类是数控机床配上机器人，加工中心上的工件，由机器人来装卸，加工完毕的工件放在工件架上，监控器协调加工中心和机器人的动作；另一类是加工中心配上托盘交换系统，托盘上装有工件，当工件加工完毕后，托盘转位，加工另一新工件，托盘支承在圆柱环形导轨上，由内侧的环链拖动回转。 图5-88 带有机器人的柔性制造单元（FMC） 图5-89 带有托盘交换系统的柔性制造单元（FMC） 3.超高速切削加工技术 超高速切削加工技术是指采用超硬材料刀具和磨具，利用高速运动的高精度、高自动化和高柔性的制造设备，以提高切削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量的先进切削加工技术。其显著优点是在耗能、切削力、刀具磨损、加工表面质量等方面均优于传统的切削方法，特别是在加工效率方面提高非常显著。例如，采用超高速切削加工技术加工飞机或汽车上的铝合金零件，比传统的切削加工工艺方法提高工艺效率3倍以上。 4.绿色加工技术 绿色加工技术是指在不牺牲产品的质量、成本、可靠性、功能和能量利用率的前提下，充分利用资源，尽量减轻加工过程对环境的有害影响，在加工过程中实现优质、低耗、高效及清洁化。 根据绿色加工技术追求的目标，可将绿色加工技术分为：低物耗的绿色加工技术、低能耗的绿色加工技术、废弃物少的绿色加工技术和少污染的绿色加工技术。 根据采用的加工介质的不同，又分为自然绿色加工和辅助绿色加工。自然绿色加工是指在机械加工时，除自然环境冷却外，不使用任何其他附加的介质（如冷风、水、植物油等），如干式切削（或磨削）、高速干式铣削等。辅助绿色加工是指把无污染冷却介质（或润滑油）输入到切削区域，起到冷却或润滑等作用，如射流加工和喷雾加工。 5.快速成形技术（RP） 快速成形技术又称为快速原型制造技术，简称RP技术，是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。 快速成形（RP）技术的基本原理是：将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据。每个截面数据相当于医学上的一张CT像片。计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结一层又一层的粉末材料（或固化一层又一层的液态光敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的片状实体，然后再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。 快速成形（RP）技术的优点是：可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计（CAD）数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型。 图5-90 3DP样品 特种加工 电火花加工 电解加工 电解加工原理 超声波加工 激光加工 先进加工技术 柔性制造单元（FMC） 绿色加工技术 快速成形技术（RP） 课堂总结 相互交流与探讨特种加工技术及先进制造技术的作用及地位。 作业布置 1.一边复习本章的相关知识，一边完成《金属加工与实训习题集》中相关习题，并相互相互交流探讨？ 课堂考核 课堂纪律+课堂练习+课后检测 板书设计 采用多媒体课件，大大提高教学效果，在板书方面采用条款式进行板书，再例题讲解时重点板书。 教学后记（反思） 本次课主要介绍先进加工技术，学完之后：第一，要了解各种先进加工技术的概念、原理；第二，要了解先进加工技术的应用范围；第三，学习过程中，要理论联系实际（尽量体现“做中学、做中教”） ( - 28 - ) 学科网（北京）股份有限公司 $