先进制造工艺技术概述

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1、先进制造技术全全生生命命周周期期设设计计现代设现代设计技术计技术先进制造先进制造工艺技术工艺技术制造自动制造自动化技术化技术可可靠靠性性设设计计智智能能设设计计工工业业机机器器人人数数控控技技术术企企业业资资源源 计计划划E ER RP P柔柔性性制制造造技技术术集集成成制制造造系系统统C CI IM MS S精精密密洁洁净净铸铸造造精确精确高效高效金属金属塑性塑性成形成形工艺工艺超超精精密密加加工工技技术术现代管现代管理技术理技术并并行行工工程程第一节：概述：先进制造工艺技术n精密、超精密加工技术l精密加工：精度为30.3m Ra0.30.03 ml超精密加工：精度为0.30.03m Ra0

2、.30.005 ml纳米加工：精度高于0.03m Ra小于0.30.005 mn精密成型制造技术l从制造工件的毛坯、接近零件形状向直接制成工件的方向发展n特种加工技术l高能束流加工（电子束、离子束、激光束）l电加工（电解和电火花)l超声波加工l高压水加工l多种能源的组合加工先进制造工艺技术先进制造工艺技术零件为什么比毛坯值钱？零件为什么比毛坯值钱？制制造造过过程程是是原原材材料料或或毛毛坯坯所所包包含含知知识识量量或或信信息息量量的的增值过程。增值过程。构成制造系统的三大要素 能量能量信息信息物质物质制造行为的“三域” 活动物流域活动物流域活动 信息域活动信息域活动加工域活动加工域活动 一、加

3、工域活动一、加工域活动n直接改变零件形状、尺寸、性能的行直接改变零件形状、尺寸、性能的行为活动，是制造行为的基础域活动。为活动，是制造行为的基础域活动。1、机械加工技术的发展经历n18世纪前，是一种手工业生产方式，工匠使用手锤制世纪前，是一种手工业生产方式，工匠使用手锤制造产品。造产品。n19世纪发明了蒸汽机，形成制造机械化。世纪发明了蒸汽机，形成制造机械化。n20世纪世纪CAD、CAPP、CAM等技术出现，工厂自动化等技术出现，工厂自动化程度增加。程度增加。n21世纪，制造系统网络化、信息化，智能控制，虚拟世纪，制造系统网络化、信息化，智能控制，虚拟制造公司的出现。制造公司的出现。n加工方法

4、的进步历程：加工方法的进步历程：n机械加工机械加工 物理与电物理加工物理与电物理加工 化学与电化学加工化学与电化学加工 生物或仿生加工。生物或仿生加工。n完全符合科学认识过程从简单到复杂、从粗糙到细致完全符合科学认识过程从简单到复杂、从粗糙到细致的发展方向。的发展方向。定义定义工艺就是使各种原材料、半成品制造成为产品的方法和过程。机械制造工艺是将各种原材料、半成品加工成机械产品的方法和过程、是机械工业的基础技术之一。2 2、机械制造工艺的定义及内涵、机械制造工艺的定义及内涵工艺技术是核心n1） 工艺是制造技术的关键工艺是制造技术的关键n 工艺是设计和制造的桥梁，设计的可行性往往会受到工艺的制约

5、，工艺和检测往往是“瓶颈”。n “设计”、“工艺”二者均重要。n2） 工艺是生产中最活跃的因素工艺是生产中最活跃的因素n 同样的设计可以用不同的工艺方法来实现，工艺不同，使用的加工设备、工艺装备不同，其质量、生产率和技术经济性亦有差别。n 加工技术的发展多数是从工艺突破的加工技术的发展多数是从工艺突破的。有了新的工艺方法才又有相应的工具和设备出现，从而形成或带动一个产业。如电加工方法；激光、超声波在加工中的应用等例子。n3） 工艺技术已形成科学工艺技术已形成科学n 长期以来，工艺未受重视，认为工艺是手艺，是工匠、技师的工作，未上升到理论高度。20世纪初，德国非常重视工艺，出版了不少专著和工作手

6、册。20世纪50年代，原苏联出版了机械制造工艺学、机械制造工艺原理等著作，在大学开设了机械制造专业，将工艺作为一门学问对待，上升为理论。70年代又形成机械制造系统，使工艺逐步走向科学。n 世界制造技术强国德国、日本、美国、英国和意大利都十分重视工艺；他们的制造工艺比较发达，产品质量上乘。应该说产品质量是个综合因素与工艺技术、管理和人员素质等多个因素有关，但与工艺技术的关系最密切。3、20世纪制造理论和技术上的发展n1）工艺理论）工艺理论n（1） 加工成形机理加工成形机理n 含：分离（去除）加工；结合（堆积、分层）加工；变形（流动）加工。n （2） 精度原理精度原理 n 精度是工艺的关键问题之一

7、，围绕精度、质量和优化出现了许多理论。n A 提出了机械加工精度原则：继承性原则和创造性原则；nB 提出了定位与基准的概念和六点定位规律；nC 提出了尺寸链原理和计算方法；nD 提出了质量统计分析原理和方法。n（3） 相似性原理相似性原理n 相似性是成组技术的理论基础，成组工艺是成组技术的核心，零件的分类成组方法是成组技术的关键。n（4）工艺决策原理）工艺决策原理n 提出了数学模型决策、逻辑推理决策、智能思维决策等方法n（5）优化技术在工艺问题上的应用）优化技术在工艺问题上的应用 20世纪制造理论和技术上的发展n先进制造工艺是在不断变化和发展的传先进制造工艺是在不断变化和发展的传统机械制造工艺

8、基础上逐步形成的一种统机械制造工艺基础上逐步形成的一种制造工艺技术，是高新技术产业化和传制造工艺技术，是高新技术产业化和传统工艺高新技术化的结果。统工艺高新技术化的结果。n先进制造工艺是先进制造技术的核心和基础，一个国家的制造工艺技术水平的高低，在很大程度上决定了其制造业在国际市场的竞争实力。4、先进制造工艺的定义及地位、先进制造工艺的定义及地位n制造加工精度不断提高；0.25nmn切削加工速度迅速提高；1000m/minn新型工程材料的应用推动了制造工艺的进步和变革；n自动化和数字化工艺装备的发展提高了机械加工的效率；n零件毛坯成形在向少无余量发展；n优质清洁表面工程技术的形成和发展。1）先

9、进制造工艺的发展）先进制造工艺的发展2 2）制造工艺流程）制造工艺流程5、机械制造工艺方法与分类JB/T5992-92按大、中、小和细分类四个层次划分 大类中类代码代码名称0123456789中类名称0铸造砂型铸造特种铸造1压力加工锻造轧制冲压挤压旋压拉拔其他2焊接电弧焊电阻焊气焊压焊特种焊接钎焊3切削加工刃具 加工磨削钳加工4特种加工电物理加工电化学加工 化学加工复合加工其他5热处理整体热处理表面热处理化学热处理6覆盖层电镀化学镀真空 沉积 热侵镀 转化膜 热喷涂涂装其他7装配包装装配试验与检验包装8其他粉末冶金冷作非金属成形表面 处理防锈缠绕编织其他机械制造工艺方法类别划分及代码（JB/T

10、5992-92）6 6、机械制造工艺的分类、机械制造工艺的分类n受迫成形n去除成形n添加（堆积）成形n生长成形汽车模具系列汽车模具系列Moulding Die For AutomotiveMoulding Die For Automotive保险杠注射模保险杠注射模轮毂压铸模轮毂压铸模轮胎橡胶模轮胎橡胶模密封圈挤出模密封圈挤出模大型覆盖件模大型覆盖件模反光镜玻璃模反光镜玻璃模绝缘陶瓷模绝缘陶瓷模受迫成形激光快速成形 7、机械加工技术的发展特点n1)、从传统加工到特种加工；n2)、从狭义加工到广义加工； n3)、从减材加工到增材加工；n4)、从制造死物到制造活物；n5)、从它成形到自成形。1）从

11、传统加工到特种加工n制造技术是古老而又不断刷新的生产技术。从18世纪起，在欧美就形成了近代机械制造业；第一次工业革命，到了19世纪又实现了制造机械化；这时，已经形成了一整套传统加工技术，即机械加工技术。随着机械寿命和材料强度的提高，使难切削材料愈来愈多，产品集成化使零件愈来愈复杂，产品小型化又提出了微细加工的需要，以及加工过程要求易於自动化等，使传统加工很难满足社会对机械制造业日益提高的要求。从20世纪30年代到80年代，随着制造技术与电力技术和电子技术结合，爆发了第一次制造革命。在这些年代，一个接一个的发明并在机械制造业应用了一系列与传统加工完全不同的新加工方法，这些方法统称为特种加工，其中

12、包括物理和化学加工，简称理化加工；电物理和电化学加工，简称电加工及其复合加工。 2）从狭义加工到广义加工n无论是传统加工还是特种加工，都有广义加工和狭义无论是传统加工还是特种加工，都有广义加工和狭义加工之分。加工之分。广义加工包括：变形加工、接合加工、减广义加工包括：变形加工、接合加工、减材加工和改性加工等。材加工和改性加工等。 变形加工简称成形变形加工简称成形，是由一定体积的材料使其变形成，是由一定体积的材料使其变形成为所需形状、尺寸和性状的毛坯、半成品或零件的工为所需形状、尺寸和性状的毛坯、半成品或零件的工艺方法。在传统加工中变形加工有冷固态变形，主要艺方法。在传统加工中变形加工有冷固态变

13、形，主要靠超过材料弹性界限的机械力作用，例如冷锻、冷压、靠超过材料弹性界限的机械力作用，例如冷锻、冷压、冷拔、冷轧和冷挤等；也有热固态变形，主要靠热能冷拔、冷轧和冷挤等；也有热固态变形，主要靠热能和机械力的作用，例如热锻、热压、热拔、热轧和热和机械力的作用，例如热锻、热压、热拔、热轧和热挤等；此外还有液态变形或半液态变形，主要靠热能，挤等；此外还有液态变形或半液态变形，主要靠热能，有时还加机械力的作用，例如铸造、压铸和注射成形有时还加机械力的作用，例如铸造、压铸和注射成形等。在特种加工中变形加工有放电成形、电磁成形和等。在特种加工中变形加工有放电成形、电磁成形和激光三维成形等。激光三维成形等。

14、 n接合加工简称连接接合加工简称连接，是将两种或两种以上的材料或半成，是将两种或两种以上的材料或半成品连接在一起，使之成为半成品或零件的工艺方法。在品连接在一起，使之成为半成品或零件的工艺方法。在传统加工中接合加工有压接、铆接、焊接和胶接等。在传统加工中接合加工有压接、铆接、焊接和胶接等。在特种加工中接合加工有放电冲击焊接、电子束焊接、激特种加工中接合加工有放电冲击焊接、电子束焊接、激光焊接和等离子焊接等。光焊接和等离子焊接等。n减材加工简称去除减材加工简称去除，是由大块原材料或有余量的，是由大块原材料或有余量的毛坯逐步去除多余的材料，而得到所需形状、尺毛坯逐步去除多余的材料，而得到所需形状、

15、尺寸和性状零件的工艺方法。在传统加工中，减材寸和性状零件的工艺方法。在传统加工中，减材加工主要利用机械力的作用去除原材料或毛坯的加工主要利用机械力的作用去除原材料或毛坯的多余部分，即用高硬度的刀具切削原材料或毛坯多余部分，即用高硬度的刀具切削原材料或毛坯使之变成零件，例如车、刨、剃、锯、钻、镗、使之变成零件，例如车、刨、剃、锯、钻、镗、铣、拉、铰、攻丝等切削加工和磨削加工。特种铣、拉、铰、攻丝等切削加工和磨削加工。特种加工中减材加工有放电加工、电解加工、激光加加工中减材加工有放电加工、电解加工、激光加工、超声加工、电子束加工、化学加工、等离子工、超声加工、电子束加工、化学加工、等离子加工和离子

16、束加工等。加工和离子束加工等。 n改性加工简称处理改性加工简称处理，是用冷、热和化学处理以及，是用冷、热和化学处理以及腐蚀、抛光、包涂、合金化和喷丸等来改变材料、腐蚀、抛光、包涂、合金化和喷丸等来改变材料、毛坯、半成品或零件内部、表层或表面的物理、毛坯、半成品或零件内部、表层或表面的物理、化学或几何等特性的工艺方法。化学或几何等特性的工艺方法。 狭义加工单指减材加工狭义加工单指减材加工。虽然传统加工和特种加。虽然传统加工和特种加工都包含着广义加工，但它们都以减材加工为主工都包含着广义加工，但它们都以减材加工为主要加工手段。随着精密变形加工和精密接合加工要加工手段。随着精密变形加工和精密接合加工

17、技术的进步，机械制造业以减材加工为主要精加技术的进步，机械制造业以减材加工为主要精加工手段的局面被打破，代之以各种广义加工方法工手段的局面被打破，代之以各种广义加工方法并用的局面。并用的局面。 3）从减材加工到增材加工n在进入在进入20世纪世纪90年代年代以来，面临动态多变市场以来，面临动态多变市场的机械制造业，产品周期缩短、产品更新加快、的机械制造业，产品周期缩短、产品更新加快、品种增多、批量减少；产品的质量、价格和交品种增多、批量减少；产品的质量、价格和交货期已成为增加企业竞争力的三个决定性因素。货期已成为增加企业竞争力的三个决定性因素。以减材加工为主要手段的制造业，难以满足如以减材加工为

18、主要手段的制造业，难以满足如上的要求。为此，随着制造技术与材料技术、上的要求。为此，随着制造技术与材料技术、能源技术、微电子技术和信息技术的结合，以能源技术、微电子技术和信息技术的结合，以增材加工为主要内容的第二次制造革命增材加工为主要内容的第二次制造革命应运而应运而生。生。 n增材加工简称生长增材加工简称生长，是用类似生长的方法逐渐增加材料，是用类似生长的方法逐渐增加材料，直到生成所需形状、尺寸和性状的样件或零件。在传统直到生成所需形状、尺寸和性状的样件或零件。在传统加工的基础上，虽然有人试图用形状熔化或焊接，以及加工的基础上，虽然有人试图用形状熔化或焊接，以及三维焊接来发展增材加工，但没有

19、取得实用性进展。后三维焊接来发展增材加工，但没有取得实用性进展。后来又来又在特种加工的基础上开发了增材加工。它是采用粘在特种加工的基础上开发了增材加工。它是采用粘结、熔结和聚合作用或化学反应等手段，选择性地固化结、熔结和聚合作用或化学反应等手段，选择性地固化液体材料或粘结固体材料等，以此制造所需形状、尺寸液体材料或粘结固体材料等，以此制造所需形状、尺寸和性状的零件。和性状的零件。这种制造技术是一种多学科的综合技术，这种制造技术是一种多学科的综合技术，包括：包括：CAD技术、技术、CNC技术、能源技术和材料技术等。技术、能源技术和材料技术等。采用这种制造技术可以在短短两天给顾客制造新型样件，采用

20、这种制造技术可以在短短两天给顾客制造新型样件，它不是显示在计算机屏幕上的画面，而是一个实际物体。它不是显示在计算机屏幕上的画面，而是一个实际物体。如顾客不满意，可以立即在如顾客不满意，可以立即在CAD系统中进行修改，再制系统中进行修改，再制造出一个新样件，直到顾客满意为止。专家预言，这种造出一个新样件，直到顾客满意为止。专家预言，这种新型制造技术给制造业带来的影响，可以同数控技术相新型制造技术给制造业带来的影响，可以同数控技术相媲美。最初人们把它叫做媲美。最初人们把它叫做快速原型制造或快速成形快速原型制造或快速成形，至，至今还广泛使用这个名称。今还广泛使用这个名称。 n目前已有多种增材加工方法

21、，其中目前已有多种增材加工方法，其中应用较好的如化学法应用较好的如化学法中的液态光敏树脂选择性固化、复合法中的纸基材料选中的液态光敏树脂选择性固化、复合法中的纸基材料选择性切割、热物理法中的丝状材料选择性熔覆和粉末材择性切割、热物理法中的丝状材料选择性熔覆和粉末材料选择性烧结，以及喷射法中的粉末材料选择性粘结和料选择性烧结，以及喷射法中的粉末材料选择性粘结和基于创新的数字化喷射基于创新的数字化喷射RP技术等。技术等。 “快速原型制造快速原型制造”或或“快速成形快速成形”这个名称不是最合理，这个名称不是最合理，因为因为“快速快速”并非指加工速度快，而是指全部加工时间并非指加工速度快，而是指全部加

22、工时间短；另外，现有的众多方法早已超出短；另外，现有的众多方法早已超出“原型制造原型制造”的范的范围。因此，采用围。因此，采用“增材加工增材加工”这个名称，足以概括全部这个名称，足以概括全部方法和应用，清楚地指出了加工原理，并能用其英文缩方法和应用，清楚地指出了加工原理，并能用其英文缩写写MAM清楚地与减材加工的英文缩写清楚地与减材加工的英文缩写MRM相对应。相对应。 4）从制造死物到制造活物n自古以来，制造业一直制造死物，无法制造活自古以来，制造业一直制造死物，无法制造活物，因为它是人类的制造过程。自地球上有生物，因为它是人类的制造过程。自地球上有生命以来，生物界一直繁衍活物，不会繁衍死物，

23、命以来，生物界一直繁衍活物，不会繁衍死物，因为它是自然界的生命过程。但是，在制造业因为它是自然界的生命过程。但是，在制造业日趋信息化和生命科学走向工程化的今天，如日趋信息化和生命科学走向工程化的今天，如果果把制造工程、生命科学、计算机技术、信息把制造工程、生命科学、计算机技术、信息技术、材料工程各领域的最新成果组合起来，技术、材料工程各领域的最新成果组合起来，使其彼此沟通，那麽制造业不仅能制造出无生使其彼此沟通，那麽制造业不仅能制造出无生命的复杂智能机器，而且还可利用基因工程的命的复杂智能机器，而且还可利用基因工程的成就，制造出有生命、可供移植的器官和可供成就，制造出有生命、可供移植的器官和可

24、供利用的仿生部件。利用的仿生部件。 n脑与认知科学的成就将使部分地模拟脑功脑与认知科学的成就将使部分地模拟脑功能和行为成为可能，人类进而在能和行为成为可能，人类进而在21世纪制世纪制造出可部分地模拟人类智慧的人造脑和机造出可部分地模拟人类智慧的人造脑和机器人。这就形成了一种特殊的制造工程，器人。这就形成了一种特殊的制造工程，即生物制造工程。即生物制造工程。生物制造工程不仅包括生物制造工程不仅包括制造类生物或生物体，而且还包括利用生制造类生物或生物体，而且还包括利用生物的机能进行制造（基因复制、生物去除物的机能进行制造（基因复制、生物去除或生物生长）即自成形。或生物生长）即自成形。 5）从它成形

25、到自成形n在此以前不管是变形加工的塑性成形，还是接合加工在此以前不管是变形加工的塑性成形，还是接合加工的连接成形，也不管是减材加工的去除成形，还是增的连接成形，也不管是减材加工的去除成形，还是增材加工的生长成形，它们都属于它成形。材加工的生长成形，它们都属于它成形。所谓它成形，所谓它成形，就是在外界强制作用下的成形。就是在外界强制作用下的成形。这种外界的强制作用这种外界的强制作用如：热熔金属在模具中的浇铸、靠热和机械力作用下如：热熔金属在模具中的浇铸、靠热和机械力作用下的模锻、在超过材料弹性界限机械力作用下的模压以的模锻、在超过材料弹性界限机械力作用下的模压以及轮廓控制下的去除和生长等。随着生

26、物制造的需要，及轮廓控制下的去除和生长等。随着生物制造的需要，将有非常精巧、复杂的结构等待制造。它成形的加工将有非常精巧、复杂的结构等待制造。它成形的加工方法已不能满足生物制造日益提高的要求。因此，方法已不能满足生物制造日益提高的要求。因此，一一种按生物生长、发育，在其内在基因控制下，通过细种按生物生长、发育，在其内在基因控制下，通过细胞并行分裂而进行的自成形，又称自组织成形或自生胞并行分裂而进行的自成形，又称自组织成形或自生长成形的加工新方法即将诞生。这种方法是仿生制造长成形的加工新方法即将诞生。这种方法是仿生制造中最核心的问题。中最核心的问题。 仿生制造技术属于制造科学和生命科学的仿生制造

27、技术属于制造科学和生命科学的“远缘杂交远缘杂交”，是模仿生物的组织结构和运行模式的制造系统和，是模仿生物的组织结构和运行模式的制造系统和制造过程的总称。制造过程的总称。 二、物流域活动二、物流域活动n物流是物料的流动过程。n分为：n工件流n工具流n配套流n物流域活动是指工件流、工具流和配套流的移动和存储，主要完成物料的存储、输送、装卸等功能。物流域活动物流域活动n21世纪是一个消耗多样化、生产少量化、流通高效化的时代。n物流服务的优质化是今后发展的趋势。把好的产品（The right product），在规定的时间（At the right time） ，规定的地点（In the right

28、place） ，以需要的数量（In the right quantity） ，合适的价格（ At the right price）提供给客户将成为物流优质服务的目的。1、物流域活动的主要装备、物流域活动的主要装备n1）、夹具n2）、连续输送装置n3）、吊车和卷扬机n4）、运货车n5）、自动导引小车（AGV，Automated guided Vehicles）n6）、物流系统中的自动化仓库可分为钻床夹具、铣床夹具、车床夹具、磨床夹具等。按使用机床划分可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、真空夹具、电动夹具等。按夹紧力源划分1 1）夹具的分类）夹具的分类气动虎钳 液压夹具机床夹具三爪卡盘四爪卡盘万向

29、平口钳回转工作台分度头通用夹具组合夹具实例机床夹具2）机床的分类与型号编制 机床的分类机床的分类 按按机机床床的的加加工工性性质质和和所所用用刀刀具具来来分分类类，分分成成为为1212大大类类：车车床床、钻钻床床、镗镗床床、磨磨床床、齿齿轮轮加加工工机机床床、螺螺纹纹加加工工机机床床、铣铣床床、刨刨插插床床、拉拉床床、特特种种加加工工机机床床、锯锯床床和和其其它它机床。机床。 每每一一类类机机床床，又又可可按按其其结结构构、性性能能和和工工艺艺特特点点的的不不同同细分为若干组。细分为若干组。图2-35 卧式车床的基本结构及运动1主轴箱 2夹盘 3刀架 4后顶尖 5尾座 6床身7光杠 8丝杠 9

30、溜板箱 10底座 11进给箱XZn 普通车床普通车床 nXY万能卧式升降台铣床的组成 万能卧式升降台铣床1底座 2床身 3悬梁 4主轴 5支架 6工作台 7回转盘 8床鞍 9升降台立式钻床1工作台 2主轴 3主轴箱 4立柱 5底座摇臂钻床1底座 2工作台 3立柱 4摇臂 5主轴箱和进给箱 6主轴nnff 立式钻床与摇臂钻床的组成 卧式镗床1床身 2下滑座 3工作台 4主轴箱 5前立柱 6主轴 7后立柱 8后支撑XZfn卧式镗床的组成 图2-40 普通外圆磨床1床身 2床头箱 3砂轮 4砂轮主轴箱 5尾座 6导轨 7工件 8工作台fLfRnGnW普通外圆磨床的组成 立式加工中心的组成 nXYZ立

31、式加工中心1床身 2滑座 3工作台 4立柱 5数控柜 6机械手 7刀库 8主轴箱 9驱动电柜 10操纵面板三、信息域活动三、信息域活动n1)、设计过程的信息域活动n2)、加工过程的信息域活动n3)、物流过程的信息域活动n4)、管理中的信息域活动第二节：常见的先进制造工艺技术第二节：常见的先进制造工艺技术n1)、精密洁净铸造工艺、精密洁净铸造工艺n2)、精确高效金属塑性成形工艺、精确高效金属塑性成形工艺n3)、优质高效焊接及切割技术、优质高效焊接及切割技术n4)、优质低耗洁净热处理技术、优质低耗洁净热处理技术n5)、优质清洁表面工程技术、优质清洁表面工程技术n6)、超高速加工技术、超高速加工技术

32、n7)、超精密加工技术、超精密加工技术n8)、微型机械加工技术、微型机械加工技术n9)、非传统加工技术、非传统加工技术先进制造工艺先进制造工艺的特点的特点n1、优质n2、高效n3、低耗n4、洁净n5、灵活一、特种铸造一、特种铸造特种铸造特种铸造4 43 3 压力铸造压力铸造 压压力力铸铸造造是是在在专专用用设设备备压压铸铸机机上上进进行行的的一一种种铸铸造造。即即在在高高速速、高高压压下下将将熔熔融融的的金金属属液液压压入入金金属属铸铸型型，使使它它在在压压力力下下凝凝固固获获得铸件的方法。得铸件的方法。压铸工艺过程压铸工艺过程4 44 4 低压铸造低压铸造 低低压压铸铸造造是是采采用用较较压

33、压力力铸铸造造低低的的压压力力（一一般般为为0.030.07Mpa），将将金金属属液液从从铸铸型型的的底底部部压压入入，并并在压力下凝固获得铸件的方法在压力下凝固获得铸件的方法带保温炉不带保温炉1-坩埚；坩埚；2-升液管；升液管；3-金属液；金属液；4-进气管；进气管；5-密封盖；密封盖；6-浇道；浇道；7-型腔；型腔；8-铸型铸型4 45 5 熔模铸造熔模铸造 熔模铸造又名熔模铸造又名“失蜡法铸造失蜡法铸造”，是采，是采用易熔的蜡质材料制成模型，然后用造型用易熔的蜡质材料制成模型，然后用造型材料将其包覆若干层，待其干燥硬化后将材料将其包覆若干层，待其干燥硬化后将蜡模熔化获得无分型面的壳型，经

34、烘干后蜡模熔化获得无分型面的壳型，经烘干后浇注金属液而获得铸件的铸造方法。浇注金属液而获得铸件的铸造方法。 蜡模铸造工艺流程：蜡模铸造工艺流程：蜡模制造结壳浇注焙烧脱模脱蜡和造型脱蜡和造型4 46 6 离心铸造离心铸造 离离心心铸铸造造是是将将金金属属液液浇浇入入高高速速旋旋转转（2501500r/min）的的铸铸型型中中，并并在在离离心心力力作作用用下下充充型型和和凝凝固固的的铸铸造造方方法法。其其铸铸型型可可以以是是金金属属型型，也也可可以以是是砂砂型型。既既适适合合制制造造中中空空铸铸件件，也也能能用用来来生生产产成形铸件。成形铸件。 n精密工程与纳米技术是衡量现在制造技术水平的重要指标

35、之一，是现代制造技术中最活跃的因素。n精密工程包括精密加工技术和超精密加工技术；纳米技术通常是指纳米级制造技术，实际上它是超精密加工技术的一部分，代表了超精密加工的最高水平，受到了世界各个工业发达国家的重视。二、精密工程和纳米技术二、精密工程和纳米技术n 目前，大多数学者都将精密和超精密加工技术分为机械和非机械两大类，同时以加工半导体和制作集成电路为背景，提出了微细加工技术，以后又出现了反映当前最高精度的纳米加工技术。n (1)机械精密和超精密加工技术n主要指金刚石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮超精密磨削、精密研磨和抛光等传统加工方法及其微型化。n(2)非机械精密和超精密加工技术。主要指微电子

36、束加工及离子束加工、激光束加工等非传统加工及其微型化。可以很明显地看出,所谓非机械超精密加工技术实际上就是超精密特种加工。n(3)微细加工技术。微细加工技术是指制造微小尺寸零件的加工技术。它是在半导体集成电路制造技术的基础上形成并发展的,是大规模集成电路和计算机技术的基础,是信息时代、微电子时代、光电子时代的关键制造技术之一。n在微细加工时,由于加工尺寸很小,精度是用去除材料大小的绝对值来表示,引入了加工单位尺寸的概念。加工单位尺寸i简称加工单位,它表示去除材料的大小,例如:原子加工单位表示能去除一个原子。下图示意表示了常用的非机械微细加工n微细加工的发展出现了超微细加工,它们都以电子束、离子

37、束和激光束三束加工为基础，采用沉积、刻蚀、溅射和蒸镀等加工手段进行各种处理。n（4）纳米技术n 纳米技术是当前先进制造技术发展的热点和重点，通常指0.1100nm的材料、产品设计、加工、检测及控制等一系列技术。它是科技发展的一个新兴领域，它不是简单的“精度提高”和“尺寸缩小”，而是从物理的宏观领域进入到微观领域，一些宏观的几何学、力学、热力学和电磁学等都不能正常描述纳米级的工程现象与规律。n纳米技术主要包括:纳米材料、纳米级精度制造技术、纳米级精度和表面质量检测、纳米级微传感器和控制技术、微型机电系统和纳米生物学等。n微型机电系统(Micro electro mechanical system

38、s,nMEMS)是指集微型机构、微型传感器、微型执行器、信号处理、控制电路、接口、通信和电源等于一体的微型机电器件或综合体，它是美国的惯用词，日本习惯地称为微型机械(Micro machine)，欧洲称之为微型系统(Microsystems)，现在大多称为微型机电系统，它可以认为是一个产品，如图2所示。n目前,微型机电系统的发展前沿主要有：微型机械学研究、微型结构加工技术(高深宽比多层微结构的表面加工和体加工技术)、微装配、微键合、微封装技术、微测试技术、典型微器件及微机械的设计制造技术等。n三、计算机集成制造系统三、计算机集成制造系统CIMSn制造科学和工程技术专家总结了制造系统的发展，将其

39、分为四个阶段。n(1)刚性自动线。现在仍然是单一品种大批量生产自动化的主要形式。n(2)柔性制造系统。它是在数控机床和加工中心的基础上发展起来的。它由数控机床和加工中心(一般为2至8台)、物流、检测和清洗等装备构成，具有工件的自动加工、运输、存储、上下料和检测等功能，实现了高度的自动化和高柔性。n(3)集成制造系统。集成制造系统。n它是在计算机系统、网络和数据库的支撑环境下，由以计算机辅助设计为核心的工程信息分系统、计算机辅助制造为中心的柔性制造分系统、计算机管理信息分系统和计算机质量管理分系统所组成，体现了功能集成、信息集成、过程集成、人机集成和学科集成，实现了车间、工厂的综合自动化。计算机

40、集成制造系统很快就发展为并行工程，它是在集成的基础上并行有序地设计和开发产品全生命周期的各个过程的系统方法，它要求产品开发人员在设计一开始就能考虑产品从概念形成到报废处理的所有因素，从而能够缩短产品开发周期，提高质量，降低成本，增强企业竞争能力。n(4)智能制造系统。智能制造系统。它是发挥人的创造能力和具有人的智能的制造系统，制造工作者认为它是当前制造系统发展的最高阶段，展现了与人类智能行为相关的特性，如理解语言、学习能力、逻辑推理和解决问题等能力，能够深入了解人脑活动机理，取代人的部分脑力劳动，强调企业的自组织能力。n智能制造技术的内容大体包括专家系统、模糊推理、人工神经网络和遗传因子等方面

41、，其表现形式有智能制造单元和系统，如智能数控机床、智能机器人、制造过程的智能控制、智能监测与诊断系统等。n四、四、 特种加工技术特种加工技术n 特种加工由于具有工具的强度和硬度可以低于工件的强度和硬度的特点，因此适于加工高硬度材料、脆性材料等难加工材料：由于它不是靠力来进行加工，所以适于加工微细零件、薄壁零件、弹性零件：又由于工具损耗很少，因此适于舶工复杂成形表面和型腔等模具零件。n（1）电加工 主要有电火花线切割和电火花成形两种加工形式。n （2）电化学加工。主要有电解加工、电镀、电铸、刷镀及一些复合加工方法n（3）高能束流加工。这是20世纪的重大科技成果，主要是指电子束、离子束和激光束三束

42、加工又称高能束流加工，现己成为微细加工方法的主流。n（4）超声波加工。主要有超声波成形加工、旋转加工、振动切削、探测(如探伤、测距等)和焊接等加工，已经发展为一种不可缺少的特种加工方法，其中的超声波旋转加工已成功的运用在硬脆材料的孔加工上。n特种加工特种加工的发展一方面在能源上己从机械能向声能、光能、电能、磁能、热能、分子运动能、化学能及电化学能等方向发展,甚至向量子能加工方向迈进,寻求新的能源:另一方面特种加工和精密加工又是密切结合的,形成了精密特种加工,许多特种加工方法同时又是精密加工方法,相辅相成,相互促进,特别是在纳米加工中,正是采用了许多特种加工手段才得以解决。n（5）、快速成形制造

43、）、快速成形制造n它是一种堆积(分层)加工方法，属于结合加工的一种，目前多归在特种加工范畴内。n现在，平面分层方法多称之为快速原型制造，并已发展为快速成形制造快速成形制造，即可以直接形成零件，不必要经过原型阶段，不仅可以制造塑料、纸、蜡等材料的模具和制品，而且可以直接形成金属零件，特别是可以利用抽壳技术直接成形如人的骨筋等中空零件间，在生物工程上有颇多应用，成为成为20世纪具有突世纪具有突破性的重要制造科技成果之一。破性的重要制造科技成果之一。n（6）、表面工程）、表面工程n零件表面进行的镀层、涂敷、注入和氧化等表面处理，可统称为表面工程。它是近年来发展起来的新学科。表面工程学是由材料学、表面

44、工程学是由材料学、冶金学、机械学、物理学、化学和电子学等冶金学、机械学、物理学、化学和电子学等多个学科交叉、融合发展起来的，以研究多个学科交叉、融合发展起来的，以研究“表面表面”为主线为主线,主要有表面层失效分析理论、主要有表面层失效分析理论、表面摩擦与磨损理论、表面腐蚀与防护理论、表面摩擦与磨损理论、表面腐蚀与防护理论、表面结合与复合理论，以及表面处理技术等表面结合与复合理论，以及表面处理技术等方面。方面。表面处理技术基本上属于结合加工，其主要的加工方法有：原子分子沉积(如镀、气相沉积等)、颗粒沉积(如热喷涂等)、涂敷覆盖(如喷塑、刷镀等)、n表面改性处理（如离子溅射注入、激光表面处理等）涂

45、敷覆盖（如喷塑、刷镀等）、表面改性处理（如离子溅射注入、激光表面处理等）和表面接合（如包金属箱、化学粘接等）。如激光表面处理就可以进行固态相变、重熔、涂敷和镀膜，是一种非常有前途的表面加工方法。 (7) 水喷射加工水喷射加工n水喷射加工系统及其应用技术na.加工装置其结构示意图如图1所示。n1）超高压水射流发生器它包括盛液箱、使脉动的液压趋于平稳的储液罐、液压泵、增压器、液压站和调节压力的控制器。n2）磨料混合和液流处理它包括磨料仓、磨料与高压水的混合器、涡旋分离式磨料过滤器、以及喷射加工后回流液中杂质和油脂的清滤装置。根据磨料与超高压水混合时的部位不同分为：n在喷嘴前已混合好的前混式。n利用

46、高速水流的负压效应在喷嘴旁路吸入磨料进行混合的后混式。两者性能对比见表1n3）喷嘴喷射的材料及工作条件如表2所示。采用金刚石喷嘴的寿命一般约200h。表 1 磨料液采用前混式和后混式的性能对比磨料混合方式喷嘴结构复杂性磨料与水的混合均匀度磨料与水的混合技术喷射液压力及密封要求功率消耗前混式较简单易达到较高均匀度较复杂较低较低后混式较复杂均匀度一般较简单较高较高表 2 喷嘴材料及其工作条件项 目材料及工作条件材料种类人造金刚石、蓝宝石、淬火钢喷口孔径/mm0.0750.4喷口至工件距离/mm2.550，常用的距离为3喷射角度（喷嘴倾角）/（）030n4）数控的三维切割机床具有三轴联动功能，一般其

47、定位精度0.2mm，重复定位精度0.05mm。5）外围设备包括成型切割加工的CAD/CAM系统和全封闭防护罩等。b工艺参数水喷射加工不同的工件材料和工件厚度时，为获得高的效率和加工精度要注意以下几个参数：1）水束直径的波动；2）喷射流的压力；3）喷射流的流速；4）磨料流速，它决定了喷射流中的磨料含量和磨料的耗量。过高或过低的磨料含量将使切割速度降低；5）磨料类型，通常在射流中加入氧化物系刚玉类磨料以改善加工性能和提高材料去除率。在切割薄的和软的金属以及非金属时，可使用甘油、长链聚合物或聚乙烯作磨料。表 3 水喷射加工的工艺参数参 数 名 称常 用 值压力/MPa70400流速/（m/s）300

48、900流量/（L/min）2.57.5喷射力/N45135磨料耗量/（kg/min）0.2功率/kW101标准大气压=760毫米汞柱 =1.033工程大气压 =1.0133 X 10的5次方帕0.10133MPan切削石材和玻璃的切缝宽度约0.5mm，切出表面的粗糙度Ra12.5m，切割精度达0.05mmn切割效率（通常以切割速度表示）与压力成正比，与板的厚度成反比，图2为切割聚苯乙烯材料时，在不同切割速度下加工深度与水喷射压力之关系。n一些典型材料的水喷射切割效率如表4所示。n水射流切一割过程时，如高速液流束中混入空气则会产生相当大的噪声，对此，可采取加入适当添加剂以减少泡沫的形成，或者采用

49、合适的操作角度均可降低噪声。表 4 水喷射加工不同材料的工艺参数和切割效率工 件 材 料工件厚度/mm喷嘴孔径/mm液流压力/MPa切割速度/(m/min)轻金属与非金属石材玻璃胶合玻璃蜂窝结构铝件251210250.300.300.38-4004004124200.100.104.251.0木材与纸制品胶合板本质胶合板粗纸板新闻纸硬木卡片纸6.42.50.4-0.1250.100.1042042017758.5248102.0255.057.3636.042.0塑料制品环氧玻璃钢石墨环氧树脂聚碳酸酯高密度聚乙烯聚丙烯密封垫ABS塑料苯乙烯3.556.953402.830.250.350.38

50、0.05-0.0750.0754124124122864202582480.151.656.00.55150.00.850.38织物与革制品棉纱尼龙织物聚丙烯玻璃纤维夹纱橡胶带皮革50层6.4-4.45-0.050.05420420296303192.025.21.40.55nc提高水喷射加工精度的控制技术水喷射加上精度主要有轮廓形状精度及切缝（或孔径）的尺寸精度。对于前者应设法减少跟踪误差，可通过采用带有前馈控制和速度变化前瞻控制的数控补偿软件以及合理的工艺参数以减少切割拐角处的喷射偏离，获得良好的轮廓和切口形状。对于后者，如有高的孔径精度要求时，需进一步应用智能化控制技术，其中神经网络技术是一个有效的措施。n例如在钢质缸体壁上加工不同直径的斜孔时，采用水喷射加工可以方便地调整空间喷射角度，且不存在钻头折断的危险，故无疑地是一种最佳的工艺方法。但是要获得0.01mm的孔径精度，就要求在穿透缸壁的瞬间关闭液流束。如靠操作者的听觉来判断不仅辛劳且易失误，而应用可编程控制器（PLC）对加工时间控制，则由于工件材料成分、液流束压力和液流中的磨料浓度在一定范围内变动也存在着困难。故需要通过孔壁穿透时的反馈信号来控制喷射过程的工作参数，才能取得稳定的效果。n作业n1、举例说明制造工艺的分类形式如何？n2、先进制造工艺技术有何特点？