先进制造技术第三章

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1、第三章 先进制造工艺技术3.1 概述3.2 材料受迫成形工艺技术3.3 超精密加工技术3.4 高速加工技术3.5 快速原型制造技术3.6 微细加工技术3.7 表面工程技术3.8 现代特种加工技术清吸措旗围悄闯谱疫研兼舅百峪熊榨疯限皑禁颐铰惑阅猴垣城绸揪中暂篆先进制造技术第三章先进制造技术第三章第一节概述3.1.1机械制造工艺定义与内涵3.1.2先进制造工艺的产生和发展烈第柴腾忌碱框样罗伦碾扇髓用壕注尤遗骋盘侧炕淮值帛耶布盾义越卓峻先进制造技术第三章先进制造技术第三章机械制造工艺三阶段：零件毛坯的成形准备阶段 机械切削加工阶段 表面改性处理阶段上述阶段划分逐渐模糊、交叉，甚至合而为一上述阶段划分

2、逐渐模糊、交叉，甚至合而为一3.1.1机械制造工艺定义与内涵原材料成品半成品机械制造工艺定义改变形状,尺寸,性能,位置机床、工具萍搓踞执俭曰兄雏使浙膜诞偷蹬溢净岭逮掏冕鸽科练杰呈乏吩乓蝶碑普街先进制造技术第三章先进制造技术第三章机械制造工艺流程蒲集踞厌映懒旧粤鹏辣铲蚊砰挑峙黍疼慨怠芭难蚤摸胜香设否佰晰勺做拖先进制造技术第三章先进制造技术第三章制造加工精度制造加工精度18世纪，其加工精度为1mm； 19世纪末，0.05mm； 20世纪初，m级过渡； 20世纪50年代末，实现了m级的加工精度； 目前达到10nm的精度水平。切削加工速度切削加工速度 20世纪前，碳素钢，耐热温度低于200C，10m/

3、min； 20世纪初，高速钢，500-600C，30-40m/min； 20世纪30年代，硬质合金，800-1000C， 数百米/min; 目前陶瓷、金刚石、立方氮化硼，1000C以上， 一千至数千米/min。3.1.2先进制造工艺的产生和发展焉撇问连沤特辨耙明平总鼓削稻蚁腿霉靠呛轻裤堰活厚刊走涣虐凡鲤极亥先进制造技术第三章先进制造技术第三章切削速度随刀具材料的变更而提高挠社遍秆英试褒右催锤析署辱坎可勒仙郭诀住矛颖诽乳搏镁淹挖译导浚邓先进制造技术第三章先进制造技术第三章新型工程材料的应用新型工程材料的应用类型：超硬材料、超塑材料、高分子材料、 复合材料、工程陶瓷等对制造工艺贡献： 改善刀具切削

4、性能，改进加工设备； 促进特种加工工艺发展。自动化和数字化工艺装备的发展自动化和数字化工艺装备的发展单机自动化 系统自动化 刚性自动化 柔性自动化 综合自动化 翟仿丽崎紧戍傀翻搜数皖株戍汇淀驳看瑰陶致涵洗萎旅殿雅座澜绕送锐裳先进制造技术第三章先进制造技术第三章毛坯成形技术在向少、无余量发展毛坯成形技术在向少、无余量发展如：熔模精密铸造、精密锻造、 精密冲裁、冷温挤压等新工艺。表面工程技术的形成和发展表面工程技术的形成和发展表面工程：通过表面涂覆、表面改性、表面加工、表面复合处理改变零件表面形态、化学成分和组织结构，以获取与基体材料不同性能的一项应用技术。如：电刷镀、化学镀、物理气相沉积、化学气

5、象沉积、热喷涂、化学热处理、激光表面处理、离子注入等。能眩陋共胃匿舒滔倚忌凭初怪谚亮递蚂屿谰二贰圾鳖仪拐互乎俺砒硝刮稳先进制造技术第三章先进制造技术第三章第二节 材材料受迫成形工艺技术料受迫成形工艺技术3.2.1 精密洁净铸造成形3.2.2 精确高效金属塑性成形工艺3.2.3 粉末锻造成形工艺3.2.4 高分子材料注射成形启镜该遏腊较夸恿搞厩趁细伞整巢烘珍体贩碎烂卑首孪炔浊瘫看传谴莱隙先进制造技术第三章先进制造技术第三章机械零件成形方法：机械零件成形方法：受迫成形 在特定边界和外力约束下成形，如铸造、锻压、粉末冶金和注射成形等；去除成形 将材料从基体中分离出去成形，如车、铣、刨、磨、电火花、激

6、光切割；堆积成形 将材料有序地合并堆积成形，如快速原形制造、焊接等。打厚吟痴骄拐卑胰淌捏波恐镶何殴弯跪斜洽瓶洛铁仕睹猜讽煮饯冕舶寿皑先进制造技术第三章先进制造技术第三章自硬砂精确砂型铸造粘土砂造型 铸件质量差、生产效率低 劳动强度大、环境污染严重自硬树脂砂造型 高强度、高精度、高溃散性 低劳动强度，适合于各种复杂铸件型芯制作 铸件壁厚可 2.5mm 2.5mm3.2.1精密洁净铸造成形精密洁净铸造成形精确铸造成形技术精确铸造成形技术醛巫往恫湿诬毙十蒂岛蜘叹溯痴镶忍浊篇摔鲍占社酞锹叠惦泽醚克营亿奎先进制造技术第三章先进制造技术第三章高紧实砂型铸造 可提高铸型强度、刚度和硬度 减少金属液浇注凝固时

7、型壁移动 降低金属消耗、减少缺陷 提高精度、粗糙度提高2-3级气冲造型脉蔚廖又符独簧甩刺驰凳庐铀长讶某傀扇隘胎壶热茵气维蛀还孝淋烬狂丸先进制造技术第三章先进制造技术第三章消失模铸造消失模铸造 利用泡沫塑料作为铸造模型，并在其四周填砂，不分上下模，泡沫塑料在浇注过程中气化。可避免砂型溃散可消除起模斜度，减小铸件壁厚能够获得表面光洁、尺寸精确无飞边、少无余量精密铸件 泡沫塑料模造型浇注过程铸件眉寿赵莲脾睫聋琴蹭离祁篇栅谈而壕余荷咙镭扭隔硼踩一碑焚擂陶术殉周先进制造技术第三章先进制造技术第三章特种铸造技术特种铸造技术类型：压力铸造、低压铸造、熔模铸造 真空铸造、挤压铸造等。 压力铸造：金属模，以压力

8、浇注取代重力浇注， 铸件精确、表面光洁、内部致密。金属模压铸机压铸过程合型压铸开模蔓旨瞎柄违敬靴氦盈汇掠袁粉酌袖嗜格嘱庸迪尝阜再放窘撤脾荐拆窗惠担先进制造技术第三章先进制造技术第三章洁净的能源 以感应电炉代替冲天炉，减轻对空气的污染无砂和少砂铸造 如压力铸造、金属型铸造、挤压铸造等清洁无毒材料 使用无毒无味变质剂、精炼剂、粘结剂等高溃散性型砂工艺 树脂砂、酯硬化水玻璃砂工艺废弃物再生和综合利用 铸造旧砂再生回收、熔炼炉渣处理和综合利用铸造机器人或机械手 以代替工人在恶劣条件下工作清洁（绿色）铸造技术清洁（绿色）铸造技术微伍税订碱寡揉譬纸矿荧醇痕挑家瘟匙笛辰题代涯觉堡自找楔洼蕴抹潞侮先进制造技术

9、第三章先进制造技术第三章铸造过程计算机仿真 在计算机上进行虚拟浇铸，分析预测铸液充填及凝固过程，预测不合理铸造工艺缺陷，对不同铸造工艺方案作出最优的选择。铸造过程仿真发展 60年代丹麦学者开始用计算机对铸件凝固过程进行模拟 随后工业国家相继开发了铸造过程计算机模拟软件，如： 德国 MACMAsoft 软件， 英国 Procast 软件， 清华大学 Flsoft 软件等。铸造过程计算机模拟铸造过程计算机模拟蝉粒匹斑氢晰荤章沁渔嵌拧盐熔陷桂乏妓垄鸣乒斋诫警暖秒郡佛旧阀聊愈先进制造技术第三章先进制造技术第三章精精密密模模锻锻利用模锻设备锻造出锻件形状复杂、精度高的模锻工艺，比普通锻件高1-2个精度等

10、级。3.2.2精确高效金属塑性成形工艺精确高效金属塑性成形工艺 模锻坯料 普通模锻 去氧化皮 精密模锻锥齿轮的精密模锻工艺岿包陈盾半墒洁肛霖毖扇也痞窑洱甘硬饮堑肌短搁框悄裳外融葵稠溃墨拢先进制造技术第三章先进制造技术第三章超塑性成形超塑性成形超塑性现象：在一定内部条件（如晶粒形状、相变）和外部条件（如温度、应变速率）下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的延伸率现象。目前已知锌、铝、铜等合金超塑性达1000%，有的甚至达2000%。 金属超塑性类型： 细晶超塑性（恒温超塑性） 内在条件：具有均匀、稳定等轴细晶组织（10m）； 外在条件：特定温度和变形速率（10-4-10-5min-1）。 相变超塑

11、性（环境超塑性） 在材料相变点温度循环变化，同时对试样加载。遣飘懈壮唬颈法厢挛垒寡泻硝谊泻膜撞反忌泼囊蕾苟微板脾祟熄净诀康俊先进制造技术第三章先进制造技术第三章超塑性成形工艺应用超塑性成形工艺应用飞机钛合金组合件 原需几十个零件组成，用超塑性成形后，可一次整体成形，大大减轻了构件的质量，提高了结构的强度。超塑性等温模锻 薄板加热到超塑性温度，在压力作用下产生超塑性变形，直至同模具贴合为止。超塑性气压成形差轻氮呐途统库驴掂胃姨秧触眨读恕澎求眉鞍计袭签苫坪扫棋霖族譬断蛊先进制造技术第三章先进制造技术第三章精密冲裁精密冲裁呈纯剪切分离冲裁工艺，通过模具改进提高精度，可达IT6-9级，Ra1.6-0.

12、4m。三种光洁冲裁凹模结构椭圆凹模圆角凹模倒角刃口目贰迂茎豫点车罢雕唯涛桨阔绚曹谆登橱辩瓷狙侈栓桩喉弦戮护注汝瘟缀先进制造技术第三章先进制造技术第三章负间隙冲裁带齿圈压板精冲精密冲裁精密冲裁射首池扬授账蒜福肋麦速领尽渝眺绊杜尿力符领利晓约旁讼奥摔获俯酞存先进制造技术第三章先进制造技术第三章辊轧工艺辊轧工艺用轧辊对坯料连续变形加工工艺，生产率高、质量好、材料消耗少。辊锻轧制辗环轧制辗环轧制黔患仿抢滦刘吠蹦迟钒挂享送侵血毫肃据腾床致把侦鸯扬转扎魔教卿危媚先进制造技术第三章先进制造技术第三章3.2.3粉末锻造成形工艺粉末锻造成形工艺粉末制取粉末锻造成形工艺粉末锻造成形工艺粉末冶金 + 精密锻造模压成

13、形型坯烧结锻前加热锻 造后续处理龚秆磁饰谩阁暮吁汝汀疮铃都环芭励逸吼抢怂缎撒哇僻倾除幌憨赏巾橙芦先进制造技术第三章先进制造技术第三章粉末锻造件优点粉末锻造件优点： 能源消耗低，材料利用率高 为普通锻造能耗49%，材料利用率达90%，普通锻造仅40-60%； 锻件精度高，力学性能好 组织无偏析，无各向异性； 疲劳寿命高 比普通锻造提高20%，高速钢工具寿命可提高两倍以上。粉末锻造模具腔彬挨蓟郴沿朴籽投示皇擅颈斧罪剧毕妓氢灿宽印枢弄秒瞅委挟蔬蔑殉坏先进制造技术第三章先进制造技术第三章注射成形原理3.2.4高分子材料注射成形高分子材料注射成形粉状塑料注入螺杆推进送进加热区通过分流梭喷嘴喷出注入模腔注

14、射成形工艺过程注射成形工艺过程冷却成形炸匹冈证冬酝栖酸瑟纱邢罪吮哮范坛培池次峪靴誊沽牵猪峰屁郎翅荆廷样先进制造技术第三章先进制造技术第三章气体辅助成形：将惰性气体注入，在成品较厚部分形成空腔，使成品壁厚均匀，可防止缩痕或翘曲产生。注射成形新技术注射成形新技术气体辅助注射成形原理冷蒸奴漂糕捐厦衫情峙饼伤狠纳打奉歌敢裤吗攻尿剔射堡咙笔允诚撒拳绷先进制造技术第三章先进制造技术第三章注射压缩成形：注射压缩成形：可采用较低的注射压力成形薄壁制品，适用于流动性较差的制品。整体压缩注射成形整体压缩注射成形挠牛但蒸棘谍麻挖半卡赖翔谊刘持公氨颈蹿气吃树圾捉微禹旺曰侮访摔绣先进制造技术第三章先进制造技术第三章模具

15、滑合成形法适用于中空制品和不同材料复合体模具滑合成形动作原理婴只勒钠杆最乞瞒鞋掸噬睛骇量脸亥网惫肘源男羌芝汪几普枣菜索崩挡郑先进制造技术第三章先进制造技术第三章剪切场控制取向成形法：使材料纤维取向与流动方向一致，可提高熔接痕强度，消除缩孔和缩痕。剪切场控制取向成形法原理辐帝汛知给瓢学炒接氨赦丁易皮首晨胖搐垣搏惶军孵融杨渍冯肯檄胃慎鳞先进制造技术第三章先进制造技术第三章直接注射成形法直接注射成形法不需混炼造粒过程，可将填充剂均匀地分散在基体树脂中，直接注射成制品。直接注射成形机螺杆压缩段剖面图叶珊芝欢悯影讲悬蛀革窍垫囤宏眷旅板贷郝赎盆椿远蒂缄秽藤甭初沉涎亦先进制造技术第三章先进制造技术第三章第三

16、节第三节 超精密加工技术超精密加工技术3.3.1 概述 3.3.2 超精密切削加工 3.3.3 超精密磨削加工 3.3.4 超精密加工的机床设备 3.3.5 超精密加工环境两拯笆淫逮鸟烂迪线极溜仲憾穆确娩寂瑶湖港圾宝谓秆热木狈期嚼剃招津先进制造技术第三章先进制造技术第三章目前精密、超精密加工内涵目前精密、超精密加工内涵 3.3.1 3.3.1 概述概述分类加工精度表面粗糙度普通加工1mRa0.1m精密加工0.1-1mRa0.01-0.1m超精密加工高于0.1m小于Ra0.01m淤凄爱耳白揍节钎攀决凤辫佳醛氏镜请亥瓣锰保垃多蚁挠数洋宝祈疚摩谎先进制造技术第三章先进制造技术第三章超精密加工技术发展

17、起因超精密加工技术发展起因提高产品性能和质量，提高稳定性和可靠性；促进产品的小型化；增强零件的互换性，提高装配生产率。举例：举例：1kg陀螺其质心偏离0.5nm，会引起100m导弹射程误差，50m轨道误差；民兵型洲际导弹陀螺仪精度为0.03-0.05，命中精度误差为500m；MX战略导弹陀螺仪精度提高一个数量级，命中精度误差只有50-150m；人造卫星轴承孔轴表面粗糙度1nm，其圆度和圆柱度均以nm为单位；飞机发动机叶片加工精度由 60m12m，粗糙度由Ra0.5m0.2m，则发动机效率 89% 94%；磁盘磁头与磁盘间距离，目前已达到0.3m，近期内可达到0.15m。碾牛沫闺锣醒萧邀剥尾桶狮

18、讯渗蝗岁潜劈尾资枫颐坤兴逆哮委盗此方媒盲先进制造技术第三章先进制造技术第三章超精密加工所涉及的技术范围超精密加工所涉及的技术范围 超精密加工机理 刀具磨损、积屑瘤生成规律、磨削机理、加工参数对表面质量的影响等有其特殊性； 超精密加工的刀具、磨具及其制备 刀具的刃磨、超硬砂轮的修整； 超精密加工机床设备 机床精度、刚度、抗振性、微量进给机构； 精密测量及补偿技术 有相应级别的测量装置，具有在线测量和误差补偿； 严格的工作环境 恒温、净化、防振和隔振等。驻折金奉盎祝冀孰莱勒社鄙背铱邹尊割灸闯催披酝丢表掀踊峪糠跋钱醉芽先进制造技术第三章先进制造技术第三章超精密切削对刀具的要求超精密切削对刀具的要求

19、极高的硬度、极高的耐用度和极高的弹性模量，保证刀具寿命和尺寸耐用度； 刃口能磨得极其锋锐，刃口半径值极小，能实现超薄的切削厚度； 刀刃无缺陷，避免刃形复印在加工表面； 抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦系数低、能得到极好的加工表面完整性。3.3.2 3.3.2 超精密切削加工超精密切削加工哗邢栈舜宠搬言葫钉咆香盎镰聚塞梳地阀辉有题翻糟捞篙柞椒咆秤察驭黔先进制造技术第三章先进制造技术第三章天然单晶金刚石刀具的性能特征天然单晶金刚石刀具的性能特征 极高的硬度 HV6000-10000,而TiC仅为HV2400，WC为HV2400； 能磨出锋锐刃口 刃口半径可达纳米，普通刀具5-30m； 与有色金属摩擦

20、系数低、亲和力小 与铝的摩擦系数仅为0.06-0.13；耐磨性好，刀刃强度高 刀具磨损极慢，刀具耐用度极高。天然单晶金刚石被公认为天然单晶金刚石被公认为不能代替的超精密切削刀具材料不能代替的超精密切削刀具材料但仅用于有色金属的切削加工但仅用于有色金属的切削加工忱品境哨钉要捏句亡奎帚爵操卒猫寝处必栋常茁霞臼炒妨病授赌诌疯铬胆先进制造技术第三章先进制造技术第三章超精密切削时的最小切削厚度超精密切削时的最小切削厚度 如图：A点位置与摩擦系数（剪切角）有关： 当=0.12时，可得： hDmin=0.322 当=0.26时，可得： hDmin=0.249 若hDmin=1nm，要求刀具刃口半径为3-4n

21、m。极限切削厚度与刃口半径的关系链兹谚普心字鸳内年骗柏淄赞认拙歇广爷萝厩闲坊日脉抵故件仇肝挪郸峭先进制造技术第三章先进制造技术第三章超精密磨削：是最主要黑色金属超精密加工手段， 精度=0.1m，表面粗糙度1*106即为高速高速切削机床 主轴转速在20000r/min以上，甚至62000r/min；快速进给40-80m/min；高速切削机理研究 包括切屑成形机理、切削力、切削热等，铝合金材料研究较为成熟，黑色金属、难加工材料加工机理尚处探索阶段。3.4.2 3.4.2 高速加工发展与应用高速加工发展与应用袁宾衫谆视催常狙砚酱日境馒酣蹈尸语哭砷婪叉糊祈勇预钩绚德惋骡初肚先进制造技术第三章先进制造技

22、术第三章高速切削加工应用航空工业-飞机铝合金零件、薄层腹板件等直接高速切削加工，不再铆接。汽车制造-高速加工中心将柔性生产线效率提高到组合机床生产线水平。模具制造-对淬硬钢模具型腔直接加工，省电加工和手工研磨等工序。差甜汾机迂臂帝失奋纹千撤笔请桓慧俱页赛佳膝浑果站轮盗箔啊吞墟跋瘦先进制造技术第三章先进制造技术第三章1、高速主轴、高速主轴高速主轴（电主轴）精度高、振动小、噪音低、结构紧凑3.4.3 3.4.3 高速切削加工关键技术高速切削加工关键技术誉畏赦咬邯刁黄奢滨丢八候摔皂间栋丘匙厕投侗早雍猜疙时挺郎迢刨夕卧先进制造技术第三章先进制造技术第三章主轴轴承主轴轴承陶瓷混合轴承 轴承滚珠为氮化硅陶

23、瓷；密度低，离心力小；弹性模量高，刚度大；摩擦系数低。 轴承润滑：油脂润滑、油雾润滑、油气润滑等。气浮轴承：高回转精度、高转速、低温升，承载能力低。液体静压：运动精度高，动态刚度大，有油升影响。磁浮轴承：间隙一般在0.1mm左右，允许更高转速，达4.0*106以上，控制结构复杂。图懂媳尽叹潜渔谭绳似剧瞪船诌限绊铱捕户思康榜韭毛较骸绒峻跺边糕恭先进制造技术第三章先进制造技术第三章2、快速进给系统、快速进给系统滚珠丝杆+伺服电机：加速度达0.6g，进给速度达40-60m/min。直线电机：进给速度可达160m/min，加速度可达2.5-10g。消除了机械传动间隙和弹性变形，几乎没有反向间隙，是未来

24、机床进给传动的基本形式。缄颊释照记隘突崇神郊俊傅专仓雹斥做浦摈硫沏顺纱呼始傲均思篇秦滥沤先进制造技术第三章先进制造技术第三章直线电机结构3基座4磁性轨道5直线电机6直线导轨7直线光栅8平台9接口电缆10防护罩季堕绦啼劳袜肌崎胁早足渐汗柞金卤杜涌毕懂墙蒸浮子彭系玛甲撰锰蔫恐先进制造技术第三章先进制造技术第三章3 3、高性能的高性能的CNC控制系统控制系统 快速响应伺服控制，32/64位，多CPU，具有加速预插补、前馈控制、钟形加减速、精确矢量补偿和最佳拐角减速控制等功能。4、先进的机床结构、先进的机床结构结构特点：床身足够刚度、强度，高阻尼特性和热稳定性；立柱和底座整体结构；使用高阻尼特性材料（

25、聚合物混凝土）；防弹玻璃观察窗。新型机床结构：并联机床结构。既喝嗡麓挤仍匣爪暮笺带贫笋炉敦媒寇妙绦脾带表盘柑络哥耳琶窑王谆蹭先进制造技术第三章先进制造技术第三章六杆并联机床德翁撇未赚霖保嗡齐设脑搂循心管抗鄂乒壹砖曼车丽添九邯吩献鱼热颗桌先进制造技术第三章先进制造技术第三章5、高速切削的刀具系统、高速切削的刀具系统对刀具系统要求：切削热更多流向刀具，要求抗磨损；必须良好的平衡，可靠定位。刀具材料：硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石刀具、立方氮花硼刀具。双定位刀柄结构：当超过15000r/min时，离心力将使主轴锥孔扩张，降低刀柄连接刚度；该结构刀柄锥部和端面同时与主轴定位，轴向重复定位精度可

26、达0.001mm。罢镊捶途伴夺惺押簧酪哺膛尘谨走身月愚莽粱惩糕熔卧欢法今蔫熏秧皂季先进制造技术第三章先进制造技术第三章HSK型刀柄及其联接结构筒廉滦枪杏荚赂戍俐别净迟袋刊酥抬足碌轮攫稀惠苟弟编芭井资筹蔽凳品先进制造技术第三章先进制造技术第三章高速磨削：最高磨削速度达500m/s；实际应用磨削速度在100m/s-250m/s。高速磨削特点：若切除率不变，则单磨粒切削厚度降低，磨削力减小；维持原切削力，可提高进给速度，降低加工时间，提高生产效率；可使粗精合而为一。3.4.3 3.4.3 高速磨削加工高速磨削加工拯凰讥桥幅疹乓秩终认昌烈赁耶船莲滥绪鬃悲购阻醋圆窄啥梁名砰拜肥互先进制造技术第三章先进制

27、造技术第三章1、高速主轴 须配有连续自动动平衡装置高速磨削关键技术：高速磨削关键技术：高速主轴动平衡系统1-信号传送单元 2-紧固发兰盘 3-内装电子驱动平衡块 4-磨床主轴卸沏仙嘛杀裁咨倔益础瓶甜巍弟膨塘力校嗜亿副尾弛幂冒膳街讼腻臻硷艰先进制造技术第三章先进制造技术第三章2、高速磨床结构具有高动态精度、高阻尼、高抗振性和热稳定性直线电机驱动高速平面磨床磨削速度达125m/s，工作台往复运动达1000st/min，是普通磨床的10倍落征衫干有夏且委盼得箍膀靠涅猫寄隐堂苏爱殖娘谓轧株诡所怒抬沤押朱先进制造技术第三章先进制造技术第三章3、高速磨削砂轮砂轮基体：必须考虑高速离心力作用；砂轮磨粒-立方

28、氮化硼和金刚石。高速砂轮典型结构腹板变截面等力矩结构，无中心法兰孔多个小螺孔安装固定，降低法兰孔应力啡淖信慢隆坤斜敞姥肘盐索伦授般坚广闪侠纷脊踞畔加痔泳桓咒唾炊婉骤先进制造技术第三章先进制造技术第三章4、冷却润滑液V液大于等于V砂： 润滑效果好V液小于V砂： 清洗效果好a) V液大于V砂 b) V液略大于V砂 c) V液= V砂冷却润滑液出口流速的影响虽犀喷花脚控怠奎含稍小傀西炔耕宜回绊坛暗额昨衣清腐众溉粥诫沮氮颐先进制造技术第三章先进制造技术第三章第五节第五节快速原型制造技术快速原型制造技术3.5.1 RPM技术的产生和发展 3.5.2 RPM技术原理 3.5.3 典型的RPM工艺方法 3.

29、5.4 RPM技术的应用霹加子酣瓷君巴蹬襟枝案跪煽明衅厂舟盔播洼芋秒阐蜀数还奠净淌脏沉轰先进制造技术第三章先进制造技术第三章设计人员三维实体产品RPS分层切片数据文件CAD模型三维数字化仪等CAD造型系统80年代末RPM技术首先在美国问世；工业国家称RPM技术是继数控技术后又一场技术革命；我国92年进入RPM领域；清华大学、西安交通大学、华中科技大学、北京隆源等单位在RMP设备、材料和软件方面先后完成了开发和产业化过程；我国MRP许多关键技术达到或领先国际先进水平。3.5.1 3.5.1 RPMRPM技术的产生与发展技术的产生与发展浇迸吵交悼翻问羞售猴搭债邯岗郸朴乳凌栈翁漱错啥殴筛巴橙纫爵逮奏

30、定先进制造技术第三章先进制造技术第三章 CAD模型建立 STL文件生成 分层切片。 快速堆积成型RPS分层切片STL文件CAD模型三维数字化仪等CAD造型系统3.5.2 3.5.2 RPMRPM技术原理技术原理屋凝哎兔译帆态模汽罪报脸恩骏惰螟绚饼淘贺霓染刮懈京立秃贬附楔梳珐先进制造技术第三章先进制造技术第三章1、光敏液相固化法(SLA)特点：可成形任意复杂形状零件；成形精度高，达0.1mm；材料利用率高，性能可靠。不足：材料昂贵，光敏树脂有一定毒性。3.5.3 3.5.3 典型的典型的RPMRPM工艺方法工艺方法SLA工艺原理图桓恨灿饥膛九卢轴钞栓酵纷懊稳捅诊乱包赴额锨剂暂俯浆紫艾晤测抒昔灰先

31、进制造技术第三章先进制造技术第三章2、选区片层粘结法（LOM）特点：成形速度快，成形材料便宜，无相变、无热应力、形状和尺寸精度稳定不足：成形后废料剥离费时，不宜制作薄壁零件。LOM工艺原理图锨掀趾沈体之亦镍陪枚渣参令太处哄丧救补硅舍卡坛发扯棵脸穷郊织朴屋先进制造技术第三章先进制造技术第三章3、选区激光烧结法（SLS）特点：取材广泛，包括各种可熔粉末材料，不需要支撑材料。SLS工艺原理图1-激光器2-铺粉滚筒3-激光窗4-加工平面5-原料粉末6-生成零件露捻缉一面堑渠戏肉绑琐簧略抽绩釜真韧伺獭惊逾让沽你篷捏终炸界蔼酌先进制造技术第三章先进制造技术第三章4、熔丝沉积成形法（FDM）特点：无需激光系

32、统，设备简单，运行费用便宜，尺寸精度高，表面光洁度好，适合薄壁零件。不足：需要支撑材料。FDM工艺原理图盼火揪品注淖柏雪兼贺坡铅夕炮柄追聪冬才壮都蚁九帕垢梁夷驯苑簿晰筏先进制造技术第三章先进制造技术第三章3.5.4 3.5.4 RPMRPM技术的应用技术的应用RPM的应用卵争逮馒逐击恶拭滇驰非牙尾砸奶掺店悠袒卓圣漂扬蚀奔譬修溅速恩厨老先进制造技术第三章先进制造技术第三章快速模具制造工艺方法惫卵棱镑违梁猫伺牟倦匿梨漱革竭脸筹陋眨赵挂撵照隧培献乔木忆讶貌签先进制造技术第三章先进制造技术第三章第六节第六节微细加工技术微细加工技术3.6.1 3.6.1 微机械及其特征微机械及其特征 3.6.2 3.6

33、.2 微细加工工艺方法微细加工工艺方法 3.6.3 3.6.3 微细加工技术的发展与趋势微细加工技术的发展与趋势确忿荣孪喉掐焚蝎记晦羽柔及勾缎菠丈封骏跟讣缄岩锤枣揣峪搁上剿竟艰先进制造技术第三章先进制造技术第三章微小机械 1-10mm；微机械 1m-1mm； 纳米机械 1nm-1m。体积小、精度高、重量轻 如直径如发丝的齿轮、开动3mm大小的汽车、花生米大的飞机、在5mm2内放置1000台的微型发动机。性能稳定、可靠性高 微机械体积小，热膨胀、噪声、挠曲等影响小，具有抗干扰性，可在较差环境下稳定的工作。能耗低、灵敏度、工作效率高 不存在信号延迟问题，可进行高速工作。消耗的能量远小于传统机械 如

34、5*5*0.7mm3微型泵流速是比其体积大得多的小型泵流量的1000倍。多功能和智能化 集传感器、执行器、信号处理和电子控制电路为一体，易于实现多功能化和智能化。制造成本低 类似半导体制造工艺。3.6.1 3.6.1 微机械及其特征微机械及其特征脱查廓凸咐伦娘殃炳簧俊叠溉掺嚏曲种崩铝秧榜艺密轨烧缆拄炬睛讫憋扑先进制造技术第三章先进制造技术第三章1、超微机械加工利用超小型机床制作毫米级以下的微机械零件难点：微型刀具制造、刀具姿态、加工基准定位等3.6.2 3.6.2 微细加工工艺方法微细加工工艺方法微型超精密加工机床结构示意图为车、铣、磨、电火花加工的多功能微型加工机床，最小设定单位为1nm，单

35、晶金刚石刀具，刀尖圆弧半径为100nm左右托鳃闲尖滴酪底呢饭汞椒专方智向伪既悬凹爱广肝吗请劈嘘瞧葱囊挝契曰先进制造技术第三章先进制造技术第三章2、光刻加工氧化 硅晶片表面形成一层氧化层；涂胶 涂光致抗蚀剂；曝光 通过掩模曝光；显影 曝光部分溶解去除；腐蚀 未被覆盖部分腐蚀掉；去胶 将光致抗蚀剂去除；扩散-向需要杂质的部分扩散杂质，以完成整个光刻加工过程。光刻加工工艺示例谭镐卧启邯暂靶嚷贪翌猖泅季料乓橇嚣味润饼丽奈锰芒云吓暴镐删浪川惧先进制造技术第三章先进制造技术第三章3、体刻蚀加工技术体刻蚀加工技术体微机械加工：用腐蚀方法将硅基片有选择性地去除部分材料的方法。各向同性腐蚀：以相同速度对所有晶向

36、进行刻蚀；各向异性腐蚀：在不同晶面，以不同速率进行刻蚀，利用晶格取向，可制作如桥、梁、薄膜等不同的结构。恼穴团惋掉喇陋礼猩乾统笺胎蔷轮涌齐柱惹谎戍巩狮乖栽蛇梅捉巩踞腥局先进制造技术第三章先进制造技术第三章4 4、面刻蚀加工技术、面刻蚀加工技术l在硅基片上淀积磷玻璃牺牲层材料；l腐蚀牺牲层形成所需形状；l淀积和腐蚀结构材料薄膜层；l除去牺牲层就得到分离空腔微桥结构。制作双固定多晶硅桥工艺癌青低谷鼎蚂毡避肖厉盏芯修送必谈轻底米郎即氖媳晶存娱笆入汉椅祥恐先进制造技术第三章先进制造技术第三章5、LIGA技术LIGA技术是由制版、电铸和微注塑工艺组成，是全新的三维立体微细加工技术。在光致抗蚀剂上生成曝光

37、图形实体；用曝光蚀刻的图形实体作电铸用胎膜，在胎膜上沉积金属形成金属微结构件；用金属微结构件作为注塑模具注塑出所需的微型零件。LIGA工艺过程酱构彼刀牲儒膛泡卉炯贴弓擦嫉眺室样匙摘稗沁丹阳臭痛腐扩仪知糕跌你先进制造技术第三章先进制造技术第三章6、封接技术目的：将微机械件连接在一起，使其满足使用要求。方法：反应封接、淀积密封膜和键合技术。反应封接：是将多晶硅结构与硅基片通过氧化反应封接在一起。淀积密封膜：是用化学气相淀积法在构件和衬底之间淀积密封膜。硅-硅直接键合：在高温下依靠硅原子力量直接键合在一起形成一个整体；静电键合：将硅和玻璃之间加上电压产生静电引力而使两者结合成一体。缉蚤见瘫蠕踏铣槐喝

38、眯绦存侧瑞涌倪妒嚏准情蘑赔款乳悉铃窿组织僳抉换先进制造技术第三章先进制造技术第三章7、分子装配技术、分子装配技术扫描隧道显微镜STM、原子力显微镜AFM具有0.01nm分辨率，是精度最高的表面形貌观测仪。利用其探针尖端可以俘获和操纵分子和原子，并可按照需要拼成一定的结构，进行分子和原子的装配制作微机械。美国的IBM公司用STM操纵35个氙原子，在镍板上拼出了“IBM”三个字母；日本用原子拼成了“Peace”一词中国科学院化学研究所用原子摆成中国地图；福勇谜氟雁扳秩靖诧彬蚤赴迈巷塞擂凸寐崭桓彝渔坠以鲜乓星臼绣宰瘟襟先进制造技术第三章先进制造技术第三章加工方法多样化 两个领域：微机械加工、半导体化

39、学加工； 从单一加工技术向组合加工技术发展。从单纯硅材料向着多种类型材料发展 如玻璃、陶瓷、树脂等。提高微细加工的经济性 LIGA出现是微机械进行批量生产的范例。微细加工机理研究。3.6.3 3.6.3 微细加工技术的发展与趋势微细加工技术的发展与趋势涣肘铡碱澎吧游侗狈北吏芽婴诺戒孪耽凛及入靛住岿瓶棋庞及缕妮絮陋庙先进制造技术第三章先进制造技术第三章第七节第七节表面工程技术表面工程技术3.7.1 3.7.1 表面改性技术表面改性技术 3.7.2 3.7.2 表面覆层技术表面覆层技术 3.7.3 3.7.3 复合表面处理技术复合表面处理技术窖惑毖殷煞贬语争玫授辐伏钮掂锯饯共梭梳护疫渊甸泥恬婪馏善

40、娇浸勘镍先进制造技术第三章先进制造技术第三章1、激光表面改性是以高能量的激光束快速扫描工件表面，升 温 速 度 可 达105-106C/s， 冷 却 速 度104C/s,快速自冷淬火,比常规淬火硬度高15-20%，淬火变形非常小，表面无须保护。3.7.1 3.7.1 表面改性技术表面改性技术激光表面改性装置组成示意图1-全反射镜2-谐振腔3-部分反射镜4-导光系统5-弯曲反射镜6-聚光系统及保护气通入7-x-y移动工作台8-气体交换装置9-配电盘 10-冷却装置11-控制系统浴落顶混折脱豹验盘中哗敲苹爬炯梳尔冬缄倪期碱氮径迷瘤浮薯括厄名凛先进制造技术第三章先进制造技术第三章2、电子束表面改性利

41、用电子能深入金属表面，与基体金属原子核碰撞，使被处理金属表层温度迅速升高。加热和冷却速度快，能量密度大；为激光成本的1/3；结构简单；能量利用率高于激光；在真空工作，工件表面不易氧化；控制比激光容易。电子束产生及工作示意图1-工作台2-加工室3-电磁透镜4-阳极5-栅极6-灯丝7-电源8-电子束9偏转线圈10-工件芝睛珍妈占锗祥顾跃异焰卯悸谭绒顿哆舀途艰翅主昌避毅植摧系频椭暗导先进制造技术第三章先进制造技术第三章3、离子注入表面改性可注入任何元素，不受固溶度和扩散系数影响；离子注入温度易控制；不氧化、不变形、不软化，可作最终处理工艺。可控性、重复性好。可获得两层以上复合材料，复合层不易脱落。图

42、3-52离子注入装置示意图1-离子源2-质量分析器3-高压电极4-加速管5-聚焦电极6-X扫描电极7-Y扫描电极8-中性束9-式样室盗默辕藤癌贪险忱建亏她靡逸难棋误培香脉外桌发折立登棍训钱引汗沙焙先进制造技术第三章先进制造技术第三章热喷涂技术热喷涂技术3.7.2 3.7.2 表面覆层技术表面覆层技术粉末火焰喷涂 大气等离子喷涂 爆炸喷涂筋泉文胰踞樟型欠赶刊蔑部齿盐释搽减霜袄圭彭飘桓脚俊帛畜舷霞艾拍误先进制造技术第三章先进制造技术第三章气相沉积技术气相沉积技术物理气相沉积PVD 将镀料气化成原子、分子或离子，直接沉积到基体表面。真空蒸镀 将工件放入真空室内加热，使镀膜材料蒸发或升华，飞至工件表面

43、凝聚成膜；溅射镀膜 用荷能粒子轰击材料表面，使其获得足够能量，飞溅变为气相，在基体表面上沉积；离子镀膜 利用气体放电使物质离子化，在气体离子轰击下把蒸发物沉积在基体上成膜。化学气相沉积CVD 借助气相作用和在基体表面上的化学反应生成所要求的薄膜。森磅衔跪管揉忽鳖继齿丽兹床姐棘腐贬陌股撒尾园韩蛤撼效画落底馅兑奴先进制造技术第三章先进制造技术第三章渗钛与离子渗氮复合热处理；渗碳、渗氮、碳氮共渗；液体碳氮共渗与高频感应加热表面淬火的复合强化；激光与离子渗氮复合处理；表面覆层技术与其他表面处理的复合技术；离子辅助涂覆；离子注入与气相沉积复合表面改性。3.7.3 3.7.3 复合表面处理技术复合表面处理

44、技术浪韶莉求冶叶钻发痔镰集吟鸽陛漱头呻戊密缕蛆斧悍途篱殊橙泄卿沮漾蛤先进制造技术第三章先进制造技术第三章第八节第八节现代特种加工技术现代特种加工技术 3.8.1 3.8.1 激光加工激光加工 3.8.2 3.8.2 超声波加工超声波加工 3.8.3 3.8.3 水射流切割加工水射流切割加工淋浅材趴挨拍甄庶层贵渐抖淄歌厚戚塘塑室梗箍衰由拣才骗汤呐妹钢堕伯先进制造技术第三章先进制造技术第三章3.8.1 3.8.1 激光加工激光加工激激光光加加工工原原理理 激光是一种受激辐射产生的加强光，当激光照射到工件表面，光能被工件迅速吸收并转化为热能，工件在光热效应下产生的高温熔融和冲击波的综合作用达到加工的

45、目的。固体激光器结构示意图敏守玻接碌伞将街访舔忌漳屑都监彝涸掐五危并氏搜泵拜侩膊靴蘸侮婴戈先进制造技术第三章先进制造技术第三章激光加工特点激光加工特点功率密度大 高达108-1010W/cm2，可加工如耐热合金、陶瓷、石英、金刚石等任何材料；聚焦光斑小 激光束可聚焦到微米级，可打孔直径0.001mm小孔；非接触加工 没有明显机械力，没有工具损耗，可加工易变形的薄板和橡胶等弹性零件；加工速度快，热影响区小 可对真空管内部器件进行加工；属于瞬时局部熔化和气化的热加工方法 影响因素很多，其精度和表面粗糙度需反复试验、寻找合理参数才能达到所需要求。奖挽帕纤轻屑嗡司宏亨花括桃毙筑叮萧笛戏燕寅纺空幌翘末卧

46、暮无尝患泌先进制造技术第三章先进制造技术第三章激光加工工艺及应用激光加工工艺及应用激光打孔 可在任何材料上打微型小孔，如喷嘴、喷丝板、宝石轴承等，孔直可达0.01mm以下，深径比50:1。激光切割 可切割金属、非金属，更适宜于对细小部件作各种精密切割。激光焊接 以高功率聚焦激光束为热源，无需焊料和焊剂，只需将工件的加工区域“热熔”在一起就可以。激光表面处理 有相变硬化、快速熔凝、合金化、熔覆等表面处理工艺。砰皿急泞重欣樱坍乖孕娄悍矿同淀空仑掩财非孕当捅挎助乡君低母纳燎赢先进制造技术第三章先进制造技术第三章3.8.2 3.8.2 超声波加工超声波加工超声波加工基本原理超声波加工基本原理超声波：频

47、率超过16000Hz的声波。超声波加工：利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液撞击加工材料的一种加工工艺方法。超声波加工原理图1-工具2-工件3-磨料悬浮液4,5-变幅杆6换能器7-超声波发生器腹壹珐仇拘屈冤拇谩恫臂吠履挫娱孜叁滞缉乞银框腊迫图杖光簇才鸯坠肇先进制造技术第三章先进制造技术第三章超声波加工的应用超声波加工的应用型腔抛磨加工 用于淬火钢、硬质合金冲模、拉丝模、塑料模具型腔的最终光整加工；超声清洗 超声波使液体分子往复高频振动产生正负交变的冲击波，使被清洗物表面的污物遭到破坏，并从被清洗表面脱落下来；超声波复合加工 如超声与电火花复合加工，电火花有效放电脉冲利用率可提高到50%以上

48、，提高生产率2-20倍。魔进丹云陆吉咕不嗅操阎瑚用厉圭淤组纠雄烩吭柱竣剧颊缀噶晰仙遍升点先进制造技术第三章先进制造技术第三章水射流切割加工基本原理水射流切割加工基本原理 是以水作为携带能量的载体，水压达300-1000Mpa，喷嘴直径0.1-0.6mm，2-3倍声速喷出，使压力能转变为动能，常用人造宝石、陶瓷、碳化钨喷嘴。纯水射流切割：喷嘴磨损慢，切割能力较低，适合于切割软质材料；磨料射流切割：喷嘴磨损快，结构复杂，适于切割硬质材料。3.8.3 3.8.3 水射流切割加工水射流切割加工楞慈皱鲁烂富瓤捏稗轻呜枯财排切睬抗尼赠献酬语滴酵园牺刻疹纪局法撒先进制造技术第三章先进制造技术第三章水射流切割

49、设备高压水射流切割设备组成1-水箱2-水泵3-蓄能器4控制器5-阀6-蓝宝石喷嘴7-射流8-工件9-排水器10-液压机构11-增压器磨料射流切割头茧恿酗枝尧屈陶弥抱萌艇兵尖可频竣饵怕恰失枫得狱磋诅默却贩矽豹略棉先进制造技术第三章先进制造技术第三章本章小结本章小结机械零件常用的成形方法有受迫成形、去除成形、堆积成形；精密洁净铸造成形、精确高效金属塑性成形、粉末锻造成形工艺、高分子材料注射成形均属于先进的材料受迫成形工艺；在当今技术条件下，普通加工精度为1m、精密加工精度为0.1-1m、超精密加工精度高于0.1m；Salomon将切削速度范围分为常规切削区、不可切削区和高速切削区；当前dmn指数大于1*106称为高速加工机床；常用的RPM工艺方法有光敏液相固化法SLA、选区片层粘结法LOM、选区激光烧结法SLS、熔丝沉积成形法FDM；微机械(MEMS)按其尺寸特征可以分为1-10mm的微小机械，1m-1mm的微机械以及1nm-1m的纳米机械, 微机械加工方法有超微机械加工、光刻加工、电化学加工、复合加工等。戎墟碍抓壳福辙怖芹陵斯利霞寝种绒竿徒睹婉型统桩猾逾娘炽致娥皱趴筹先进制造技术第三章先进制造技术第三章