李吉吉jjj
相关范文：超硬材料薄膜涂层研究进展及应用摘要：CVD和PVD TiN，TiC，TiCN，TiAlN等硬质薄膜涂层材料已经在工具、模具、装饰等行业得到日益广泛的应用，但仍然不能满足许多难加工材料，如高硅铝合金，各种有色金属及其合金，工程塑料，非金属材料，陶瓷，复合材料(特别是金属基和陶瓷基复合材料)等加工要求。正是这种客观需求导致了诸如金刚石膜、立方氮化硼(c-BN)和碳氮膜(CNx)以及纳米复合膜等新型超硬薄膜材料的研究进展。本文对这些超硬材料薄膜的研究现状及工业化应用前景进行了简要的介绍和评述。关键词：超硬材料薄膜；研究进展；工业化应用1 超硬薄膜超硬薄膜是指维氏硬度在40GPa以上的硬质薄膜。不久以前还只有金刚石膜和立方氮化硼(c-BN)薄膜能够达到这个标准，前者的硬度为50-100GPa(与晶体取向有关)，后者的硬度为50～80GPa。类金刚石膜(DLC)的硬度范围视制备方法和工艺不同可在10GPa～60GPa的宽广范围内变动。因此一些硬度很高的类金刚石膜(如采用真空磁过滤电弧离子镀技术制备的类金刚石膜(也叫Ta：C))也可归人超硬薄膜行列。近年来出现的碳氮膜(CNx)虽然没有像Cohen等预测的晶态β-C3N4那样超过金刚石的硬度，但已有的研究结果表明其硬度可达10GPa～50GPa，因此也归人超硬薄膜一类。上述几种超硬薄膜材料具有一个相同的特征，他们的禁带宽度都很大，都具有优秀的半导体性质，因此也叫做宽禁带半导体薄膜。SiC和GaN薄膜也是优秀的宽禁带半导体材料，但它们的硬度都低于40GPa，因此不属于超硬薄膜。最近出现的一类超硬薄膜材料与上述宽禁带半导体薄膜完全不同，他们是由纳米厚度的普通的硬质薄膜组成的多层膜材料。尽管每一层薄膜的硬度都没有达到超硬的标准，但由它们组成的纳米复合多层膜却显示了超硬的特性。此外，由纳米晶粒复合的TiN／SiNx薄膜的硬度竟然高达105GPa，创纪录地达到了金刚石的硬度。本文将就上述几种超硬薄膜材料一一进行简略介绍，并对其工业化应用前景进行评述。2 金刚石膜2．1金刚石膜的性质金刚石膜从20世纪80年代初开始，一直受到世界各国的广泛重视，并曾于20世纪80年代中叶至90年代末形成了一个全球范围的研究热潮(Diamond fever)。这是因为金刚石除具有无与伦比的高硬度和高弹性模量之外，还具有极其优异的电学(电子学)、光学、热学、声学、电化学性能(见表1)和极佳的化学稳定性。大颗粒天然金刚石单晶(钻石)在自然界中十分稀少，价格极其昂贵。而采用高温高压方法人工合成的工业金刚石大都是粒度较小的粉末状的产品，只能用作磨料和工具(包括金刚石烧结体和聚晶金刚石(PCD)制品)。而采用化学气相沉积(CVD)方法制备的金刚石膜则提供了利用金刚石所有优异物理化学性能的可能性。经过20余年的努力，化学气相沉积金刚石膜已经在几乎所有的物理化学性质方面和最高质量的IIa型天然金刚石晶体(宝石级)相比美(见表1)。化学气相沉积金刚石膜的研究已经进人工业化应用阶段。表 1 金刚石膜的性质Table 1 Properties of chamond filmCVD 金刚石膜天然金刚石点阵常数 (Å)密度 (g/cm3)比热 Cp(J/mol,(at 300K))弹性模量 (GPa)910-12501220*硬度 (GPa)50-10057-100*纵波声速 (m/s)18200摩擦系数热膨胀系数 (×10 -6 ℃ -1)***热导率 (W/)2122*禁带宽度 (eV)电阻率 (Ω.cm)1012-10161016饱和电子速度 (×107cms-1)*载流子迁移率 (cm2/Vs)电子1350-15002200**空隙4801600*击穿场强 (×105V/cm)100介电常数光学吸收边 (□ m)折射率 ( □ m)光学透过范围从紫外直至远红外 ( 雷达波 )从紫外直至远红外 ( 雷达波 )微波介电损耗 (tan □)＜ 注:*在所有已知物质中占第一,**在所有物质中占第二,***与茵瓦(Invar)合金相当。2．2金刚石膜的制备方法化学气相沉积金刚石所依据的化学反应基于碳氢化合物(如甲烷)的裂解，如：热高温、等离子体CH4(g)一C(diamond)+2H2(g) (1)实际的沉积过程非常复杂，至今尚未完全明了。但金刚石膜沉积至少需要两个必要的条件：(1)含碳气源的活化；(2)在沉积气氛中存在足够数量的原子氢。除甲烷外，还可采用大量其它含碳物质作为沉积金刚石膜的前驱体，如脂肪族和芳香族碳氢化合物，乙醇，酮，以及固态聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)，以及卤素等等。常用的沉积方法有四种：(1)热丝CVD；(2)微波等离子体CVD；(3)直流电弧等离子体喷射(DC Arc Plasma Jet)；(4)燃烧火焰沉积。在这几种沉积方法中，改进的热丝CVD(EACVD)设备和工艺比较简单，稳定性较好，易于放大，比较适合于金刚石自支撑膜的工业化生产。但由于易受灯丝污染和气体活化温度较低的原因，不适合于极高质量金刚石膜(如光学级金刚石膜)的制备。微波等离子体CVD是一种无电极放电的等离子体增强化学气相沉积工艺，等离子体与沉积腔体没有接触，放电非常稳定，因此特别适合于高质量金刚石薄膜(涂层)的制备。微波等离子体CVD的缺点是沉积速率较低，设备昂贵，制备成本较高。采用高功率微波等离子体CVD系统(目前国外设备最高功率为75千瓦，国内为5千瓦)，也可实现金刚石膜大面积、高质量、高速沉积。但高功率设备价格极其昂贵(超过100万美元)，即使在国外愿意出此天价购买这种设备的人也不多。直流电弧等离子体喷射(DC Arc P1asma Jet)是一种金刚石膜高速沉积方法。由于电弧等离子体能够达到非常高的温度(4000K-6000K)。因此可提供比其它任何沉积方法都要高的原子氢浓度，使其成为一种金刚石膜高质量高速沉积工艺。特殊设计的高功率JET可以实现大面积极高质量(光学级)金刚石自支撑膜的高速沉积。我国在863计划"75”和"95”重大关键技术项目的支持下已经建立具有我国特色和独立知识产权的高功率De Are Plasma Jet金刚石膜沉积系统，并于1997年底在大面积光学级金刚石膜的制备技术方面取得了突破性进展。目前已接近国外先进水平。2．3金刚石膜研究现状和工业化应用20余年来，CVD金刚石膜研究已经取得了非常大的进展。金刚石膜的内在质量已经全面达到最高质量的天然IIa型金刚石单晶的水平(见表1)。在金刚石膜工具应用和热学应用(热沉)方面已经实现了，产业化，一些新型的金刚石膜高技术企业已经在国内外开始出现。光学(主要是军事光学)应用已经接近产业化应用水平。金刚石膜场发射和真空微电子器件、声表面波器件(SAW)、抗辐射电子器件(如SOD器件)、一些基于金刚石膜的探侧器和传感器和金刚石膜的电化学应用等已经接近实用化。由于大面积单晶异质外延一直没有取得实质性进展，n一型掺杂也依然不够理想，金刚石膜的高温半导体器件的研发受到严重障碍。但是，近年来采用大尺寸高温高压合成金刚石单晶衬底的金刚石同质外延技术取得了显著进展，已经达到了研制芯片级尺寸衬底的要求。金刚石高温半导体芯片即将问世。鉴于篇幅限制，及本文关于超硬薄膜介绍的宗旨，下面将仅对金刚石膜的工具(摩擦磨损)应用进行简要介绍。2．4金刚石膜工具和摩擦磨损应用金刚石膜所具有的最高硬度、最高热导率、极低摩擦系数、很高的机械强度和良好化学稳定性的异性能组合(见表1)使其成为最理想的工具和工具涂层材料。金刚石膜工具可分为金刚石厚膜工具和金刚石薄膜涂层工具。2．4．1金刚石厚膜工具金刚石厚膜工具采用无衬底金刚石白支撑膜(厚度一般为0．5mm～2mm)作为原材料。目前已经上市的产品有：金刚石厚膜焊接工具、金刚石膜拉丝模芯、金刚石膜砂轮修整条、高精度金刚石膜轴承支架等等。金刚石厚膜焊接工具的制作工艺为：金刚石自支撑膜沉积→激光切割→真空钎焊→高频焊接→精整。金刚石厚膜钎焊工具的使用性能远远优于PCD，可用于各种难加工材料，包括高硅铝合金和各种有色金属及合金、复合材料、陶瓷、工程塑料、玻璃和其它非金属材料等的高效、精密加工。采用金刚石厚膜工具车削加工的高硅铝合金表面光洁度可达V12以上，可代替昂贵的天然金刚石刀具进行“镜面加工"。金刚石膜拉丝模芯可用于拉制各种有色金属和不锈钢丝，由于金刚石膜是准各向同性的，因此在拉丝时模孔的磨损基本上是均匀的，不像天然金刚石拉丝模芯那样模孔的形状会由于非均匀磨损(各向异性所致)而发生畸变。金刚石膜修整条则广泛用于机械制造行业，用作精密磨削砂轮的修整，代替价格昂贵的天然金刚石修整条。这些产品已经在国内外市场上出现，但目前的规模还不大。其原因是：(1)还没有为广大用户所熟悉、了解；(2)面临其它产品(主要是PCD)的竞争；(3)虽然比天然金刚石产品便宜，但成本(包括金刚石自支撑膜的制备和加工成本)仍然较高，在和PCD竞争时的优势受到一定的限制。高热导率(≥10W／em．K)金刚石自支撑膜可作为诸如高功率激光二极管阵列、高功率微波器件、MCMs(多芯片三维集成)技术的散热片(热沉)和功率半导体器件(Power ICs)的封装。在国外已有一定市场规模。在国内，南京天地集团公司和北京人工晶体研究所合作在1997年前后率先成立了北京天地金刚石公司，生产和销售金刚石膜拉丝模芯、金刚石膜修整条和金刚石厚膜焊接工具及其它一些金刚石膜产品。该公司大约在2000年左右渡过了盈亏平衡点，但目前的规模仍然不很大。国内其它一些单位，如北京科技大学、河北省科学院(北京科技大学的合作者)、吉林大学、核工业部九院、浙江大学、湖南大学等都具有生产金刚石厚膜工具产品的能力，其中有些单位正在国内市场上小批量销售其产品。2．4．2金刚石薄膜涂层工具金刚石薄膜涂层工具一般采用硬质合金工具作为衬底，金刚石膜涂层的厚度一般小于30lxm。金刚石薄膜涂层硬质合金工具的加工材料范围和金刚石厚膜工具完全相同，在切削高硅铝合金时一般均比未涂层硬质合金工具寿命提高lO～20倍左右。在切削复合材料等极难加工材料时寿命提高幅度更大。金刚石薄膜涂层工具的性能与PCD相当或略高于PCD，但制备成本比PCD低得多，且金刚石薄膜可以在几乎任意形状的工具衬底上沉积，PCD则只能制作简单形状的工具。金刚石薄膜涂层工具的另一大优点是可以大批量生产，因此成本很低，具有非常好的市场竞争能力。金刚石薄膜涂层硬质合金工具研发的一大技术障碍是金刚石膜与硬质合金的结合力太差。这主要是由于作为硬质合金粘接剂的Co所引起。碳在Co中有很高的溶解度，因此金刚石在Co上形核孕育期很长，同时Co对于石墨的形成有明显的促进作用，因此金刚石是在表面上形成的石墨层上面形核和生长，导致金刚石膜和硬质合金衬底的结合力极差。在20世纪80年代和90年代无数研究者曾为此尝试了几乎一切可以想到的办法，今天，金刚石膜与硬质合金工具衬底结合力差的问题已经基本解决。尽管仍有继续提高的余地，但已经可以满足工业化应用的要求。在20世纪后期，国外出现了可以用于金刚石薄膜涂层工具大批量工业化生产的设备，一次可以沉积数百只硬质合金钻头或刀片，拉开了金刚石薄膜涂层工具产业化的序幕。一些专门从事金刚石膜涂层工具生产的公司在国外相继出现。目前，金刚石薄膜涂层工具主要上市产品包括：金刚石膜涂层硬质合金车刀、铣刀、麻花钻头、端铣刀等等。从目前国外市场的销售情况来看，销售量最大的是端铣刀、钻头和铣刀。大量用于加工复合材料和汽车工业中广泛应用的大型石墨模具，以及其它难加工材料的加工。可转位金刚石膜涂层车刀的销售情况目前并不理想。这是因为可转位金刚石膜涂层刀片的市场主要是现代化汽车工业的数控加工中心，用于高硅铝合金活塞和轮毂等的自动化加工。这些全自动化的数控加工中心对刀具性能重复性的要求十分严格，目前的金刚石膜涂层工具暂时还不能满足要求，需要进一步解决产品检验和生产过程质量监控的技术。目前国外金刚石膜涂层工具市场规模大约在数亿美元左右，仅仅一家只有20多人的小公司(美国SP3公司)，去年的销售额就达2千多万美元。国内目前尚无金刚石膜涂层产品上市。国内不少单位，如北京科技大学、上海交大、广东有色院、胜利油田东营迪孚公司、吉林大学、北京天地金刚石公司等都在进行金刚石膜涂层硬质合金工具的研发，目前已在金刚石膜的结合力方面取得实质性进展。北京科技大学采用渗硼预处理工艺(已申请专利)成功地解决了金刚石膜的结合力问题，所研制的金刚石膜涂层车刀和铣刀在加工Si-12％AI合金时寿命可稳定提高20-30倍。并已成功研发出“强电流直流扩展电弧等离子体CVD"金刚石膜涂层设备(已申请专利)。该设备将通常金刚石膜沉积设备的平面沉积方式改为立体(空间)沉积，沉积空间区域很大，可容许金刚石膜涂层工具的工业化生产。该设备可保证在工具轴向提供很大的金刚石膜均匀沉积范围，因此特别适合于麻花钻头、端铣刀之类细长且形状复杂工具的沉积。目前已经解决这类工具金刚石膜沉积技术问题，所制备的金刚石膜涂层硬质合金钻头在加工碳化硅增强铝金属基复合材料时寿命提高20倍以上。目前能够制备的金刚石膜涂层硬质合金钻头最小直径为lmin。目前正在和国内知名设备制造厂商(北京长城钛金公司)合作研发工业化商品设备，生产能力为每次沉积硬质合金钻头(或刀片)300只以上，预计年内可投放国内外市场。3 类金刚石膜(DLC)类金刚石膜(DLC)是一大类在性质上和金刚石类似，具有8p2和sp3杂化的碳原子空间网络结构的非晶碳膜。依据制备方法和工艺的不同，DLC的性质可以在非常大的范围内变化，既有可能非常类似于金刚石，也有可能非常类似于石墨。其硬度、弹性模量、带隙宽度、光学透过特性、电阻率等等都可以依据需要进行“剪裁”。这一特性使DLC深受研究者和应用部门的欢迎。DLC的制备方法很多，采用射频CVD、磁控溅射、激光淀积(PLD)、离子束溅射、真空磁过滤电弧离子镀、微波等离子体CVD、ECR(电子回旋共振)CVD等等都可以制备DLC。DLC的类型也很多，通常意义上的DLC含有大量的氢，因此也叫a：C—H。但也可制备基本上不含氢的DLC，叫做a：c。采用高能激光束烧蚀石墨靶的方法获得的DLC具有很高的sp3含量，具有很高的硬度和较大的带隙宽度，曾被称为“非晶金刚石”(Amorphorie Diamond)膜。采用真空磁过滤电弧离子镀方法制备的DLC中sp3含量也很高，叫做Ta：C(Tetragonally Bonded Amorphous Carbon)。DLC具有类似于金刚石的高硬度(10GPa-50GPa)、低摩擦系数(0．1一0．3)、可调的带隙宽度(1_2eV～3eV)、可调的电阻率和折射率、良好光学透过性(在厚度很小的情况下)、良好的化学惰性和生物相容性。且沉积温度很低(可在室温沉积)，可在许多金刚石膜难以沉积的衬底材料(包括钢铁)上沉积。因此应用范围相当广泛。典型的应用包括：高速钢、硬质合金等工具的硬质涂层、硬磁盘保护膜、磁头保护膜、高速精密零部件耐磨减摩涂层、红外光学元器件(透镜和窗口)的抗划伤、耐磨损保护膜、Ge透镜和窗口的增透膜、眼镜和手表表壳的抗擦伤、耐磨掼保护膜、人体植入材料的保护膜等等。DLC在技术上已经成熟，在国外已经达到半工业化水平，形成具有一定规模的产业。深圳雷地公司在DLC的产业化应用方面走在国内前列。不少单位，如北京师范大学、中科院上海冶金所、北京科技大学、清华大学、广州有色院、四川大学等都正在进行或曾经进行过DLC的研究和应用开发工作。DLC的主要缺点是：(1)内应力很大，因此厚度受到限制，一般只能达到lum～21um以下；(2)热稳定性较差，含氢的a：C-H薄膜中的氢在400℃左右就会逐渐逸出，sp2成分增加，sp3成分降低，在大约500℃以上就会转变为石墨。5 碳氮膜自从Cohen等人在20世纪90年代初预言在C-N体系中可能存在硬度可能超过金刚石的β-C>3N4相以后，立即就在全球范围内掀起了一股合成β-C3N4的研究狂潮。国内外的研究者争先恐后，企图第一个合成出纯相的β-C3N4晶体或晶态薄膜。但是，经过了十余年的努力，至今并无任何人达到上述目标。在绝大多数情况下，得到的都是一种非晶态的CNx薄膜，膜中N／C比与薄膜制备的方法和具体工艺有关。尽管没有得到Cohen等人所预测超过金刚石硬度的β-C3N4晶体，但已有的研究表明CNx薄膜的硬度可达15GPa-50GPa，可与DLC相比拟。同时CNx薄膜具有十分奇特的摩擦磨损特性。在空气中，cNx薄膜的摩擦因数为，但在N2，CO2和真空中的摩擦因数为。在N2气氛中的摩擦因数最小，为O．01，即使在大气环境中向实验区域吹氮气，也可将摩擦因数降至。因此，CNx薄膜有望在摩擦磨损领域获得实际应用。除此之外。CNx薄膜在光学、热学和电子学方面也可能有很好的应用前景。采用反应磁控溅射、离子束淀积、双离子束溅射、激光束淀积(PLD)、等离子体辅助CVD和离子注人等方法都可以制备出CNx薄膜。在绝大多数情况下，所制备薄膜都是非晶态的，N／C比最大为45％，也即CNx总是富碳的。与C-BN的情况类似，CNx薄膜的制备需要离子的轰击，薄膜中存在很大的内应力，需要进一步降低薄膜内应力，提高薄膜的结合力才能获得实际应用。至于是否真正能够获得硬度超过金刚石的B-C3N4，现在还不能作任何结论。6 纳米复合膜和纳米复合多层膜以纳米厚度薄膜交替沉积获得的纳米复合膜的硬度与每层薄膜的厚度(调制周期)有关，有可能高于每一种组成薄膜的硬度。例如，TiN的硬度为2l GPa，NbN的硬度仅为14GPa，但TiN／NbN纳米复合多层膜的硬度却为5lGPa。而TiYN／VN纳米复合多层膜的硬度竞高达78GPa，接近了金刚石的硬度。最近，纳米晶粒复合的TiN／SiNx薄膜材料的硬度达到了创记录的105GPa，可以说完全达到了金刚石的硬度。这一令人惊异的结果曾经过同一研究组的不同研究者和不同研究组的反复重复验证，证明无误。这可能是第一次获得硬度可与金刚石相比拟的超硬薄膜材料。其意义是显而易见的。关于为何能够获得金刚石硬度的解释并无完全令人信服的定论。有人认为在纳米多层复合膜的情况下，纳米多层膜的界面有效地阻止了位错的滑移，使裂纹难以扩展，从而引起硬度的反常升高。而在纳米晶粒复合膜的情况下则可能是在TiN薄膜的纳米晶粒晶界和高度弥散分布的纳米共格SiNx粒子周围的应变场所引起的强化效应导致硬度的急剧升高。无论上述的理论解释是否完全合理，这种纳米复合多层膜和纳米晶粒复合膜应用前景是十分明朗的。纳米复合多层膜不仅硬度很高，摩擦系数也较小，因此是理想的工具(模具)涂层材料。它们的出现向金刚石作为最硬的材料的地位提出了严峻的挑战。同时在经济性上也有十分明显的优势，因此具有非常好的市场前景。但是，由于还有一些技术问题没有得到解决，目前暂时还未在工业上得到广泛应用。可以想见随着技术上的进一步成熟，这类材料可能迅速获得工业化应用。虽然钠米多层膜和钠米晶粒复合膜已经对金刚石硬度最高的地位提出了严峻的挑战，但就我所见，我认为它们不可能完全代替金刚石。金刚石膜是一种用途十分广泛的多功能材料，应用并不局限于超硬材料。且金刚石膜可以做成厚度很大(超过2mm)的自支撑膜，对于纳米复合多层膜和纳米复合膜来说，是无论如何也不可能的。仅供参考，请自借鉴希望对您有帮助
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先发给你一点看看，合适的话加分，论文全文到你邮箱。这篇论文的全称是：柴油机齿轮室盖钻镗专机总体及夹具设计1前言组合机床是根据工件加工要求，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。组合机床的设计，有以下两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计。其二，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人总结自己生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业的在完成一定工艺范围的组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专能组合机床”。这种组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是可以设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。本次毕业设计课题来源于生产。ZH1105W柴油机齿轮室盖孔加工及保证相应的位置精。在组合机床设计过程中，为了降低组合机床的制造成本，应尽可能地使用通用件和标准件。目前，我国设计制造的组合机床，其通用部件和标准件约占部件总数的70～80%，其它20-30%是专用零部件。考虑到近年来，各种通用件和标准件都出台了新的标准及标注方法，为了方便以后组合机床的维修，整个组合机床的通用件和标准件配置，都采用了新标准。在对组合机床总体设计之前，需对被加工零件孔的分布情况及所要达到的要求进行分析，如各部件尺寸、材料、形状、硬度及加工精度和表面粗糙度等内容。然后还必须深入基层进行实地观察，体会组合机床的优点。接下来是总体方案的设计，总体方案设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工零件工序图，加工示意图，机床尺寸联系图，编制生产率计算卡。最后，就是技术设计和工作设计。技术设计就是根据总体设计已经确定的“三图一卡”，设计夹具等部件正式总图；工作设计即绘制各个专用部件的施工图样，编制各零部件明细表。夹具设计是组合机床设计中的重要部分，夹具设计的合理与否，直接影响到被加工零件的加工精度等参数。首先确定工件的定位方式，然后进行误差分析，确定夹紧方式，夹紧力的计算，对夹具的主要零件进行结构设计。在夹具设计中，设计的主要思路是采用“一面两销”的定位方法，和液压夹紧机构，这样设计主要是为了钻、镗孔时的准确定位和高效率的生产要求。液压夹紧方式解决了手动夹紧时夹紧力不一致、误差大、精度低、工人劳动强度大等缺点。在老师的指导下，不断地对设计中的错误进行纠正，确定最好的定位夹紧方案；同时与同组同学进行探讨计算出准确的数据选择合理的通用部件。在不断的探讨修改中历经3个月终于完成了这一课题的设计。2组合机床总体设计组合机床总体设计,就是依据产品的装配图样和零件图样,产品的生产纲领,现有生产条件和资料以及国内外同类产品的有关工艺资料等,拟订组合机床工艺方案和结构方案,并进行方案图样和有关技术文件的设计。 组合机床工艺方案的制定制订工艺方案是设计组合机床最重要的步骤.为了使工艺方案制订得合理、先进，必须认真分析被加工零件图纸开始，深入现场全面了解被加工零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求及生产率要求等，总结设计、制造、使用单位和操作者丰富的实践经验，理论与生产实际紧密结合，从而确定零件在组合机床上完成的工艺内容及方法。根据所提供ZH1105W柴油机齿轮室盖的工序图，分析被加工零件的精度，表面粗糙度，技术要求，加工部位尺寸，形状结构；特点材料硬度。工件刚性及零件的批量的大小不同，设计的组合机床必须采用不同的工艺方法和工艺过程。被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度是制定机床方案的主要依据。此次设计的被加工零件是柴油机齿轮室盖,其主要的加工工序如下:a. 钻6－M6－6H孔至￠5, 左侧面;b. 钻6－￠9孔（深38）, 右侧面;c. 钻3－￠9孔（深78）, 右侧面;d. 镗￠45H8孔至￠, 后侧面;e. 倒孔口角至￠, 后侧面.被加工零件材料为HT250，结构为非对称箱体，是三面加工。根据各种要求，分析其优缺点，确定设计的组合机床采用机械卧式组合机床。根据所需加工孔的尺寸精度和表面粗糙度，可以确定这些孔的加工采用麻花钻，即可满足要，为了保证孔的加工刀具的直径与加工部位尺寸相适应，需要专门设计制造。 定位基准的选择正确选择组合机床加工工件采用的基准定位，是确保加工精度的重要条件。本设计的柴油机齿轮室盖是箱体类零件，箱体类零件一般都有较高精度的孔和面需要加工，又常常要在几次安装下进行。因此，定位基准选择“一面双孔”是最常用的方法，其特点是：（a）可以简单地消除工件的6个自由度，使工件获得稳定可靠的定位。（b）有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高 各面上孔的位置精度。（c）“一面双孔”可作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件加工精度。（d）易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切屑落于定位基面上。具体定位图形见工序图采用的是“一面两销”的定位方案，以工件的右侧面为定位基准面，约束了z向的转动；x向的移动；y向的转动3个自由度。短定位销约束了z向的移动；y向的移动2个自由度。长定位销约束了x向的转动1个自由度。这样工件的6个自由度被完全约束了也就得到了完全的定位。 确定机床配置型式及结构方案根据选定的工艺方案确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。组合机床是根据工件交工需要，以大量采用通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床，工艺方案已确定该组合机床是双面钻卧式组合机床，该机床是由动力箱，主轴箱，机械滑台，立柱，中间底座，夹具，立拄底座等组成。组合机床装配图如下：图2-1 组合机床装配图 本工序的加工方法刀具的选择考虑到工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切削的排除及生产率要求等因素，所以加工15个孔的刀具均采用标准锥柄长麻花钻。 右侧面钻9-￠9A. 切削用量的选择根据参考文献[1]查表6-11高速钢钻头切削用量。加工材料为铸铁，硬度200～241HBS,可知切削速度为10～18m/min,孔径6～12mm。进给量f mm/r ～。钻孔的切削用量还与钻孔的深度有关，当加工铸铁件孔深为钻头直径的6-8倍时，在组合机床上通常都是和其他浅孔一样采取一次走刀的办法加工出来的，不过加工这种较深孔的切削用量要适当降低些。切削速度进给量转速 （2-1）可由参考文献[12]表可知圆整为470r/min。实际切削速度 （2-2）工进速度 （2-3）工进时间 其中h为3-￠9的深度。 （2-4）B. 切削功率，切削力，转矩以及刀具耐用度的选择查参考文献[1]表6-20得切削力 （2-5）切削转矩 （2-6）切削功率 （2-7）刀具耐用度 （2-8）C. 动力部件的选择由上述计算每根轴的输出功率P=，右侧共9根输出轴，且每一根轴都钻￠9直径，所以总切削功率 。则多轴箱的功率： （2-9）其中η在切削铸铁时取，相当于多轴箱的损耗功率为。所以由参考文献[1]表5-39选取动力箱得出动力箱及电动机的型号:表2-1右侧动力箱、电动机型号动力箱型号 电动机型号 电动机功率(Kw) 电动机转速(r/min) 输出轴转速(r/min)L3(mm)右主轴箱 1TD32-I Y100L1-4 1430 715 320D. 确定主轴类型，尺寸，外伸长度在右侧面，主轴用于钻孔，选用滚珠轴承主轴。又因为浮动卡头与刀具刚性连接，所以该主轴属于长主轴。故本课题中的主轴均为滚珠轴承长主轴。根据主轴转矩T= 由参考文献[1]查表3-4可知（2-10）=选取d=20mm， B取刚性主轴由表3-6查得主轴直径=20mm， 主轴外径D=32mm,内径d1=20mm, 主轴外伸尺寸L=115mm, 接杆莫氏圆锥号1，2。E. 导向装置的选择组合机床钻孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀具系统的支承刚性。由参考文献[1]查表8-4得￠9在 d>8～10范围内，查得如下D=15mm, D1=22mm, D2=26mm, D3=M6,L取16mm， 短型导套 ， ， ，选用通用导套。F. 连杆的选择在钻、扩、铰孔及倒角等加工小孔时，通常都采用接杆（刚性接杆）。因为主轴箱各主轴的外伸长度和刀具均为定值，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完成孔的要求。为了获得终了时多轴箱前端面到工件端面之间所需要的最小距离，应尽量减少接杆的长度。因为9-￠9孔的钻削面是同一面且主轴内径是20mm,由参考文献[1]表8-1查得选取A型可调接杆 d=16mm， , , L=85mm,~135mm。G. 动力部件工作循环及行程的确定切入长度一般为5-10mm， 取 =7mm; 切出长度由参考文献[1]表3-7得 mm， 取 。 （2-11）加工时加工部位长度L(多轴加工时按最长孔计算)L=78mm.为排屑要求必须钻口套与工件之间保留一点的距离，根据麻花钻直径￠9，由参考文献[3]表3-4得导套口至工件尺寸 ,（参考钻钢） 取 ，又根据钻套用导套的长度确定钻模架的厚度为16mm。附带得出底面定位元件的厚度 。快退长度的确定:一般在固定式夹具钻孔或扩孔的机床上动力头快速退回的行程只要把所有的刀具都退回至导套内,不影响工件装卸即可。故快退行程为钻套口至工进行程末端的距离：快进距离： （行程太短）故取消快进距离将 改为工进，则工进距离为： 。选择刀具：根据钻口套至工进行程末端的距离 ，及钻口套长度 ,由参考文献[12]表3-1查得选择：矩形柄麻花钻 ,(切削长度部分145mm)。H. 滑台及底座的选择，选择液压滑台，进给量实行无级调速，安全可靠，转换精度高。由于液压驱动，零件损失小，使用寿命长，但调速维修比较麻烦。由已知工进 每根输出轴的切削力F=则9根轴总的切削力又因为ITD32-Ⅰ型动力箱滑鞍长度L=630mm,由参考文献[1]表5-1选择1HY32-Ⅰ型滑台及它的侧底座选择ICC321查表5-3可得：台面宽度320mm，台面长度630mm，行程400mm， 最大进给力12500N， 工进速度20～650mm/min, 快速移动速度10m/min。I. 多轴箱轮廓尺寸的设计确定机床的装料高度，新颁国家标准装料高度为1060mm，实际设计时常在850～1060mm之间选取，选取装料高度为950mm。多轴箱的宽度与高度的大小与被加工零件的加工部位有关，可按下列关系式确定：; （2-12）b-工件在宽度方向相距最远两孔距离，b=340mm。-最边缘主轴中心距箱体外壁的距离，推荐 ，取 =100。h-工件在高度方向相距最远的两孔距离，h=277mm。-最低主轴高度。因为滑台与底座的型号都已经选择，所以侧底座的高度为已知值：650mm，滑台滑座总高：280mm；滑座与侧底座的调整垫厚度一般取5mm，多轴箱底与滑台滑座台面间的间隙取。故 mm，通常推荐 ，所以 符合通常推荐值。所以 ，。由此数据查参考文献[13]表选取多轴箱尺寸 ,
闹闹美食家
麻花钻头总类很多，材料方面以高速钢为主，但如今硬质合金也开始应用了，具体可以从百科里面搜一下，钻头的几何参数按照用途，形状可分很多种类，所以写毕业论文最好是抓住一个主要的和代表性的产品进行细分，详解，这样论文才会得高分。。资料百度里很多，自己动手，想群钻就是一个很好的典型，比普通钻头的实用性高数倍，但是手工刃磨是个难点。（个人能力有限，仅供参考）
不说客套话
1、专用不锈钢316材质麻花钻头2、HSS高速钢麻花钻头 HSS Drills3、HSCO钴高速钢麻花钻头 HSCO Drills4、TIN镀钛麻花钻头 TIN Drills还有很多。。。。。
自飘自落
浅谈钳工实习如何保证钻孔精度摘要: 钻孔加工是钳工技能基本操作训练中的重要内容之一，正确掌握钻孔要领对钻孔的加工质量关系密切。教会学生刃磨钻头、划线、找正中心、起钻、钻孔、扩孔、铰孔是保证钻孔精度的重要工艺手段。 关键词: 钳工技能 钻孔 精度 修边法 修孔法 众所周知，在机械设备上零件、构件、部件之间的连接许多是靠孔来保证的，绝大多数的孔是钳工钻孔加工出来的，也有少数是自动化机床加工的，因此，孔加工技能在钳工操作中是应用最广泛的技能之一。在一些大型企业中，钻孔加工设置分专职岗位，钻孔加工在生产实践中的地位非常重要，这也给我们职业学校的技能教学提出了一定的要求。加工精度实质是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状、位置）与理想几何参数的符合程度，尺寸精度是指加工表面的尺寸孔径到基面的精度；几何形状精度是指加工表面的宏观几何形状的精度；相对位置精度是指加工表面孔与其他表面的相对位置（平行度、垂直度）的精度。所谓钻孔就是在实体材料上加工出孔的方法。操作起来并不是很复杂，但要保证孔的形状精度和位置精度和尺寸精度并不是那么容易，一般来说，用普通的麻花钻在普通钻床上钻孔，其钻孔精度只能达到IT10～IT11，表面粗糙度为Ra50～μm，钳工实习教学大纲的要求，中级钳工钻孔位置误差应小于±，表面粗糙度为μm；高级钳工的钻孔位置误差应小于±，表面粗糙度为μm。因此，在有关部门组织的操作竞赛时，将普通手工钻孔的位置精度提高到小于±、表面粗糙度为μm，要钻出形状精度高、位置、尺寸精度高的孔不是件容易的事。达到加工中心的加工要求。由此，钻孔加工教学这一环节的好坏，对一个钳工技术工人的培养至关重要。一、把握好手工刃磨钻头第一关 钻头是钻孔的保证，选择钻头直径要合理，熟悉钻头几何尺寸、熟练掌握钻头的手工刃磨方法是学生钻孔技能的基础。一般手工刃磨钻头要过以下四关。 钻头工艺参数认知关：俗话说：“磨刀不误砍柴工”对于标准麻花钻要磨出一支理想的钻头，就要正确理解和判断钻头上的各种几何参数。标准麻花钻上的几何参数比较复杂，也较难理解，特别是目前的职校生，空间思维概念比较差，空间立体想象是一件很难的事。针对这种情况，我在教学中的重点是先让学生了解钻头几何参数，而不是刃磨，我通过对照实物反复讲解，通过制作角度校验样板供学生观察使用，反复训练学生目测判断120°、60°、10～14°、55°等特定角度，在学生充分理解和掌握钻头几何参数和有一定判断能力的基础上，再进行刃磨练习，这就降低了学习难度，提高了学习效果。 刃磨关：刃磨的操作要领很多，教师辅导刃磨时要反复讲解和作操作示范，在学生具有感性认识和理性认识的基础上，结合练习在学生学习主切削刃刃磨时，我给学生编制了"钻刃对轮摆水平；钻刃靠在轮中心；钻轴与轮左斜60°；由刃向背转磨后；上下摆动别翘尾。"的顺口溜，在学生学修磨横刃时，我给学生编制了“钻轴与砂轮，外侧夹角15°；尾柄下压55°；钻刃与砂轮，右侧夹角20°。”，这些顺口溜，帮助学生掌握要领，起到了事半功倍的效果。二、做好钻孔准备 钻孔前，应按图纸要求划孔的位置，划出孔位置的十字中心线，要求线条清晰准确，线条越细，精度越高，并划出检查圆或检查方框，作为钻孔检查线，方便钻孔时检查和借正钻孔位置时使用，然后认真打中心冲眼，按照样冲的使用要求中心冲眼应先打一小点，然后在十字中心线的纵横方向仔细观察，中心冲眼是否对称在十字线的交叉点上，最后再把中心冲眼打正打圆打深点，以便准确落钻定心。实习训练环节很重要，一定要教育学生小心仔细，一点也不能马虎着急，这是保证钻孔位置精度的重要环节，中心冲眼打正了，就可使钻心的位置正确，钻孔一次成功；万一落钻打偏了，怎么办，不要急，要及时用借正补救措施，经确认检查孔在划线位置准确无误后方可钻孔。 另外，我们还总结了一种不用打样冲钻孔的方法：在工件上划准线后直接上钻床，用M5～M6的丝锥或具有同轴度较高的带锥体的顶针，装夹在钻床上的钻夹头上，先开动钻床，观察一下中心是否偏，然后停下来去对准需要钻孔的十字中心处，再开钻床，轻轻用力往下压，这时就会看到一个很准确的圆坑出现在十字中心处，然后换上小钻头或中心钻，预钻孔，随后用精扩钻扩孔，这样做保证了孔的精度，也保证了孔的位置度。 三、中心定位孔要保证 钻孔时，也应分步实施，不要急于求成，不要用最后成型的钻头一次钻出，先用3mm左右的钻头钻出小孔或用的中心钻钻小孔，此时的工件不用装夹，用手稳放在钻床工作台上，工件相当处于浮动装夹的状态下，钻头可自动定心，钻出的小孔位置比较精确，然后再将工件装夹，扩孔至尺寸要求。钻床的安装要稳，主轴转速选择要合理，根据钻头直径大小选择不同的转速，如果不慎将小孔钻偏了，则在装夹扩孔时要注意借正，因为麻花钻的缺点是钻心处切削性能较差，如果不先钻小孔，孔钻偏再借正时，由于钻心处切削不利，借正较困难；而先钻小孔，钻心处不再切削，只是切削刃切削，所以借正较容易。四、孔在工件上保证位置、尺寸精度的加工方法 由于以上操作中对孔本身的精度保证了，但是在工件上位置尺寸难免存在误差，实践总结还可以按照以下方法进行修正。参考文献：《钳工工艺学》‘96新版 中国劳动出版社 《钳工生产实习》 中国劳动出版社 《钳工（初级、中级、高级）》 中国劳动社会保障出版社
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