【正文】 比較高，但它是一種很有發(fā)展前途的磨具磨料。由于金剛石易于與鐵族元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)和親和作用，故對于硬而韌的、高溫高硬度、熱導(dǎo)率低的鋼鐵材料，則用立方氮化硼砂輪磨削較好。（1）超精密磨削砂輪在超精密磨削中所使用的砂輪，其材料多為金剛石、立方氮化硼磨料，因其硬度極高，故一般稱為超硬磨料砂輪。2．超精密磨削加工技術(shù)所謂超精密磨削加工，、。由最小切削厚度hDmin與刃口半徑r的關(guān)系式可知，若能正常切削hDmin=1nm，要求所用金剛石刀具的刃口半徑r 應(yīng)為3～4nm。圖中A為極限臨界點(diǎn)，在A點(diǎn)以上被加工材料將堆積起來形成切屑，而在A點(diǎn)以下，加工材料經(jīng)彈性變形形成加工表面。圖71 極限切削厚度與刃口半徑r因此，天然單晶金剛石雖然昂貴，但被一致公認(rèn)為是理想的、不能代替的超精密切削的刀具材料。④ 耐磨性好，刀刃強(qiáng)度高。普通切削刀具的刃口圓弧半徑只能磨到5～30mm，而天然單晶金剛石刃口圓弧半徑可小到數(shù)納米，沒有其他任何材料可以磨到如此鋒利的程度。① 具有極高的硬度，其硬度達(dá)到6000～10000HV；而TiC僅為3200HV；WC為2400HV。④ 與工件材料的抗黏結(jié)性好、化學(xué)親和性小、摩擦系數(shù)低，能得到極好的加工表面完整性。值極小，能實(shí)現(xiàn)超薄的切削厚度。① 極高的硬度、耐用度和彈性模量，以保證刀具有很長的壽命和很高的尺寸耐用度。（4）納米加工加工精度高于103mm（納米，1nm=103mm）、其加工方法大多已不是傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法，而是諸如原子、分子單位加工等方法。超精密加工適用于精密元件、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)元件、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的制造。精密加工適用于精密機(jī)床、精密測量儀器等產(chǎn)品中的關(guān)鍵零件的加工，如精密絲杠、精密齒輪、精密蝸輪、精密導(dǎo)軌、精密軸承等。一般加工適用于汽車、拖拉機(jī)和機(jī)床等產(chǎn)品的制造。目前，一般加工、精密加工、超精密加工以及納米加工可以劃分如下。雖然人們使用表面技術(shù)已有悠久的歷史，然而形成一門表面工程獨(dú)立學(xué)科只是近20年的事。因而，出現(xiàn)了熔模精密鑄造、精密鍛造、精密沖裁、冷溫?cái)D壓、精密焊接和精密切割等新工藝。（5）零件毛坯成型在向少、無余量方向發(fā)展零件毛坯成型是機(jī)械制造的第1道工序，有鑄造、鍛造、沖裁、焊接和軋制等常用工藝。 （3）新型工程材料的應(yīng)用推動了制造工藝的進(jìn)步和變革超硬材料、超塑材料、高分子材料、復(fù)合材料、工程陶瓷、非晶與微晶合金、功能材料等新型材料的發(fā)展與應(yīng)用，對制造工藝提出了新的挑戰(zhàn)：一方面迫使在通常機(jī)械加工工藝方法中要不斷改善刀具材料的切削性能，改進(jìn)機(jī)械加工制造設(shè)備，使之滿足新材料的機(jī)械加工要求；另一方面探求應(yīng)用更多的物理、化學(xué)、材料科學(xué)的現(xiàn)代知識來開發(fā)新型的制造工藝，以便更有效地適應(yīng)新型工程材料的加工。20世紀(jì)前，切削刀具是以碳素鋼作為刀具材料，由于其耐熱溫度低于200℃，所允許的切削速度不超過10m/min；20世紀(jì)初，出現(xiàn)了高速鋼，其耐熱溫度為500～600℃，可允許的切削速度為30～40m/min；到了20世紀(jì)30年代，硬質(zhì)合金開始得到使用，刀具的耐熱溫度達(dá)到800～1000℃，切削速度很快提高到每分鐘數(shù)百米。預(yù)計(jì)在不遠(yuǎn)的將來，可實(shí)現(xiàn)原子級的加工和測量。18世紀(jì)，加工第1臺蒸汽機(jī)所用的汽缸鏜床，其加工精度為1mm；19世紀(jì)末，；20世紀(jì)初，加工精度向微米級過渡，成為機(jī)械加工精度發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；到了20世紀(jì)50年代末，實(shí)現(xiàn)了微米級的加工精度；在最近的一二十年內(nèi)，機(jī)械制造加工精度提高了1～2個(gè)數(shù)量級，有了較快的發(fā)展，達(dá)到10nm的技術(shù)水平。 現(xiàn)代制造工藝技術(shù) 現(xiàn)代制造工藝現(xiàn)代制造工藝的發(fā)展主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。（5）實(shí)用性現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展是針對某一具體的制造需求而發(fā)展起來的先進(jìn)、實(shí)用的技術(shù)，有著明確的需求導(dǎo)向。（4）動態(tài)性現(xiàn)代制造技術(shù)是針對一定的應(yīng)用目標(biāo)，不斷吸收各種高新技術(shù)而逐漸形成和發(fā)展起來的新技術(shù)，因而其內(nèi)涵不是絕對的和一成不變的。（2）廣泛性傳統(tǒng)制造技術(shù)通常只是指將原材料變?yōu)槌善返母鞣N加工工藝；而現(xiàn)代制造技術(shù)則貫穿了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造到產(chǎn)品銷售及使用維護(hù)的整個(gè)過程，成為“市場—設(shè)計(jì)開發(fā)—加工制造—市場”的大系統(tǒng)。第7章 現(xiàn)代制造技術(shù)教學(xué)目標(biāo)與要求◆ 了解現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展水平與趨勢◆ 了解特種加工技術(shù)的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用◆ 了解現(xiàn)代制造生產(chǎn)模式及其發(fā)展趨勢教學(xué)重點(diǎn)◆ 現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展水平與趨勢◆ 特種加工技術(shù)的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用 現(xiàn)代制造技術(shù)概述與傳統(tǒng)制造技術(shù)比較，現(xiàn)代制造技術(shù)具有如下特征。（1）系統(tǒng)性由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)、自動化技術(shù)和先進(jìn)管理等技術(shù)的引入，并與傳統(tǒng)制造技術(shù)的結(jié)合，現(xiàn)代制造技術(shù)成為一個(gè)能夠駕馭生產(chǎn)過程中的物質(zhì)流、信息流和能量流的系統(tǒng)工程；而傳統(tǒng)制造技術(shù)一般只能駕馭生產(chǎn)過程中的物質(zhì)流和能量流。（3）集成性傳統(tǒng)制造技術(shù)的學(xué)科專業(yè)單一、獨(dú)立，相互間界限分明；而現(xiàn)代制造技術(shù)由于專業(yè)和學(xué)科間的不斷滲透、交叉、融合，其界限逐漸淡化甚至消失，技術(shù)趨于系統(tǒng)化、集成化，已發(fā)展成為集機(jī)械、電子、信息、材料和管理技術(shù)為一體的新型交叉學(xué)科—制造系統(tǒng)工程。反映在不同的時(shí)期、不同的國家和地區(qū)，現(xiàn)代制造技術(shù)有其自身不同的特點(diǎn)、重點(diǎn)、目標(biāo)和內(nèi)容?，F(xiàn)代制造技術(shù)不是以追求技術(shù)的高新度為目的，而是注重產(chǎn)生最好的實(shí)踐效果，以促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)的快速增長和提高企業(yè)的綜合競爭力。（1）制造加工精度不斷提高隨著制造工藝技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，機(jī)械制造加工精度得到不斷提高?，F(xiàn)在測量超大規(guī)模集成電路所用的電子探針。（2）切削加工速度迅速提高隨著刀具材料的發(fā)展和變革，在近一個(gè)世紀(jì)時(shí)期內(nèi)，切削加工速度提高了一百至數(shù)百倍。隨后，相繼使用了陶瓷刀具、金剛石刀具和立方氮化硼刀具，而陶瓷刀具和立方氮化硼刀具，切削速度達(dá)到每分鐘一千米至數(shù)千米。（4）自動化和數(shù)字化工藝裝備的發(fā)展提高了機(jī)械加工的效率由于微電子、計(jì)算機(jī)、自動檢測和控制技術(shù)與制造工藝裝備相結(jié)合，使工藝裝備實(shí)現(xiàn)了從單機(jī)到系統(tǒng)、從剛性到柔性、從簡單到復(fù)雜等不同檔次的多種自動化轉(zhuǎn)變，使工藝過程的檢測和控制方式和手段發(fā)生了質(zhì)的變化，可以使整個(gè)工藝過程和工藝參數(shù)得到實(shí)時(shí)的優(yōu)化，大大提高了加工制造的效率和質(zhì)量。隨著人們對人類生存資源的節(jié)省和保護(hù)意識的提高，要求零件毛坯成型精度向少、無余量方向發(fā)展，使成型的毛坯接近或達(dá)到零件的最終形狀和尺寸，磨削后即可參與裝配。（6）優(yōu)質(zhì)清潔表面工程技術(shù)的形成和發(fā)展表面工程技術(shù)是通過表面涂覆、表面改性、表面加工及表面的復(fù)合處理，來改變零件表面的形態(tài)、化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，以獲取與基體材料不同性能要求的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。 超精密加工技術(shù)超精密加工是指加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到極高程度的精密加工工藝，從概念上講具有相對性，隨著加工技術(shù)的不斷發(fā)展，超精密加工的技術(shù)指標(biāo)也是不斷變化的。（1）一般加工加工精度在10mm左右、～，如車、銑、刨、磨、鏜、鉸等。（2）精密加工加工精度在10～、～，如金剛車、金剛鏜、研磨、珩磨、超精加工、砂帶磨削、鏡面磨削和冷壓加工等。（3）超精密加工～、～，如金剛石刀具超精密切削、超精密磨料加工、超精密特種加工和復(fù)合加工等。目前，超精密加工的精度正處在亞納米級工藝，正在向納米級工藝發(fā)展。1．超精密切削加工技術(shù)（1）超精密切削對刀具的要求 為實(shí)現(xiàn)超精密切削，刀具應(yīng)具有如下的性能。② 刃口能磨得極其鋒銳，刃口半徑r③ 刀刃無缺陷，因切削時(shí)刃形將復(fù)印在加工表面上，而不能得到超光滑的鏡面。（2）金剛石刀具的性能特征 目前超精密切削刀具用的金剛石為大顆粒（～，1克拉=200mg）、無雜質(zhì)、無缺陷、淺色透明的優(yōu)質(zhì)天然單晶金剛石，它具有如下的性能特征。② 能磨出極其鋒銳的刃口，且切削刃沒有缺口、崩刃等現(xiàn)象。③ 熱化學(xué)性能優(yōu)越，具有導(dǎo)熱性能好、與有色金屬間的摩擦因數(shù)低、親和力小的特征。金剛石摩擦系數(shù)小，～，如切削條件正常，刀具磨損極慢，刀具耐用度極高。（3）超精密切削時(shí)的最小切削厚度超精密切削實(shí)際能達(dá)到的最小切削厚度與金剛石刀具的鋒銳度、使用的超精密機(jī)床的性能狀態(tài)、切削時(shí)的環(huán)境條件等直接有關(guān)。的關(guān)系極限最小切削厚度hDmin與刀具刀刃鋒銳度（即刃口半徑r）關(guān)系如圖71所示。A點(diǎn)的位置可由切削變形剪切角q 確定，剪切角q 又與刀具材料的摩擦系數(shù)m有關(guān)：當(dāng)μ=，可得hDmin= ；當(dāng)μ=，可得hDmin= 。國外報(bào)道研磨質(zhì)量最好的金剛石刀具，刃口半徑可以小到數(shù)個(gè)納米的水平；而國內(nèi)生產(chǎn)中使用的金剛石刀具，刃口半徑r=～，特殊精心研磨可以達(dá)到r=。超精密磨削的關(guān)鍵在于砂輪的選擇、砂輪的修整、磨削用量和高精度的磨削機(jī)床。金剛石砂輪有較強(qiáng)的磨削能力和較高的磨削效率，在加工非金屬硬脆材料、硬質(zhì)合金、有色金屬及其合金時(shí)有較大的優(yōu)勢。立方氮化硼比金剛石有較好的熱穩(wěn)定性和較強(qiáng)的化學(xué)惰性，其熱穩(wěn)定性可達(dá)1250～1350℃，而金剛石磨料只有700～800℃。（2）超精密磨削砂輪的修整砂輪的修整是超硬磨料砂輪使用中的一個(gè)技術(shù)難題，它直接影響被磨工件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。所謂修形，是使砂輪達(dá)到一定精度要求的幾何形狀；所謂修銳，是指去除磨粒間的結(jié)合劑，使磨粒凸出結(jié)合劑一定高度，形成足夠的切削刃和容屑空間。超硬磨料砂輪修整的方法很多，可歸納為以下幾類。這種方法的修整精度和效率都比較高，但修整后的砂輪表面平滑，切削能力低，同時(shí)修整成本也高。普通砂輪磨料如碳化硅、剛玉等磨粒被破碎，對超硬磨料砂輪結(jié)合劑起到切削作用，失去結(jié)合劑后磨粒就會脫落，從而達(dá)到修整的目的。③ 噴射法將碳化硅、剛玉磨粒從高速噴嘴噴射到轉(zhuǎn)動的砂輪表面，從而去除部分結(jié)合劑，使超硬磨粒凸出，這種方法主要用于修銳。如圖72所示，將超硬磨料砂輪接電源正極，石墨電極接電源負(fù)極，在砂輪與電極之間通以電解液，通過電解腐蝕作用去除超硬磨料砂輪的結(jié)合劑，從而達(dá)到修銳效果。⑤ 電火花修整法如圖73所示，將電源的正、負(fù)極分別接于被修整超硬磨料砂輪和修整器（石墨電極），其原理是電火花放電加工。