《先進制造技術(shù)概論》第三章課件

1、先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)秦訓鵬武漢理工大學汽車工程學院第三章第三章 先進制造工藝技術(shù)先進制造工藝技術(shù)第三章第三章先進制造工藝技術(shù)先進制造工藝技術(shù)先進制造技術(shù)概論先進制造技術(shù)概論先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)主要內(nèi)容3.1 概述3.2 材料受迫成形工藝技術(shù)3.3 超精密加工技術(shù)3.4 高速加工技術(shù)3.5 快速原型制造技術(shù)3.6 微細加工技術(shù)3.7 表面工程技術(shù)3.8 現(xiàn)代特種加工技術(shù)先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技

2、術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)第一節(jié) 概述 3.1.1 機械制造工藝定義與內(nèi)涵 3.1.2 先進制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)機械制造工藝三階段機械制造工藝三階段： 零件毛坯的成形準備階段 機械切削加工階段 表面改性處理階段上述階段劃分逐漸模糊、交叉，甚至合而為一3.1.1 機械制造工藝定義與內(nèi)涵原材料成品半成品機械制造工藝定義改變形狀,尺寸,性能,位置機床、工具先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)機械制造工藝流

3、程先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)制造加工精度制造加工精度 18世紀，其加工精度為1mm 19世紀末，0.05mm 20世紀初，m級過渡 20世紀50年代末，實現(xiàn)了m級的加工精度 目前達到10nm的精度水平切削加工速度切削加工速度 20世紀前，碳素鋼，耐熱溫度低于200C，10m/min 20世紀初，高速鋼，500-600C，30-40m/min 20世紀30年代，硬質(zhì)合金，800-1000C，數(shù)百米/min 目前陶瓷、金剛石、立方氮化硼，1000C以上，切削速度在一千至數(shù)千米/min3.1.2 先進制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展

4、先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)切削速度隨刀具材料的變更而提高先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)新型工程材料的應用新型工程材料的應用 類型：超硬材料、超塑材料、高分子材料、 復合材料、工程陶瓷等對制造工藝貢獻： 改善刀具切削性能，改進加工設備； 促進特種加工工藝發(fā)展。自動化自動化和數(shù)字化工藝裝備的發(fā)展和數(shù)字化工藝裝備的發(fā)展 單機自動化 系統(tǒng)自動化 剛性自動化 柔性自動化 綜合自動化先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點

5、實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)毛坯成形技術(shù)在向少、無余量發(fā)展毛坯成形技術(shù)在向少、無余量發(fā)展 如：熔模精密鑄造、精密鍛造、 精密沖裁、冷溫擠壓等新工藝。表面工程技術(shù)的形成和發(fā)展表面工程技術(shù)的形成和發(fā)展表面工程：通過表面涂覆、表面改性、表面加工、表面復合處理改變零件表面形態(tài)、化學成分和組織結(jié)構(gòu)，以獲取與基體材料不同性能的一項應用技術(shù)。如：電刷鍍、化學鍍、物理氣相沉積、化學氣象沉積、熱噴涂、化學熱處理、激光表面處理、離子注入等。先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)第二節(jié) 材料受迫成形工藝技術(shù)材料受迫成形工藝技術(shù)3.2.1 精

6、密潔凈鑄造成形3.2.2 精確高效金屬塑性成形工藝3.2.3 粉末鍛造成形工藝3.2.4 高分子材料注射成形先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)機械零件成形方法：機械零件成形方法：受迫成形 在特定邊界和外力約束下成形，如鑄造、鍛壓、粉末冶金和注射成形等；去除成形 將材料從基體中分離出去成形，如車、銑、刨、磨、電火花、激光切割；堆積成形 將材料有序地合并堆積成形，如快速原形制造、焊接等。先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)1）自硬砂精確砂型鑄造粘土砂造型 鑄

7、件質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低 勞動強度大、環(huán)境污染嚴重自硬樹脂砂造型 高強度、高精度、高潰散性 低勞動強度，適合于各種復雜鑄件型芯制作 鑄件壁厚可 2.5mm 2.5mm3.2.1 精密潔凈鑄造成形（1 1）精確）精確鑄造成形技術(shù)鑄造成形技術(shù)先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)2）高緊實砂型鑄造可提高鑄型強度、剛度和硬度、減少金屬液澆注凝固時型壁移動降低金屬消耗、減少缺陷、提高精度、粗糙度提高2-3級 氣沖造型先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù) 3 3）消失）消

8、失模鑄造模鑄造 利用泡沫塑料作為鑄造模型，并在其四周填砂，不分上下模，泡沫塑料在澆注過程中氣化。 可避免砂型潰散 可消除起模斜度，減小鑄件壁厚 能夠獲得表面光潔、尺寸精確 無飛邊、少無余量精密鑄件 泡沫塑料模 造型 澆注過程 鑄件 先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù) 4）特種鑄造技術(shù) 類型：壓力鑄造、低壓鑄造、熔模鑄造、真空鑄造、擠壓鑄造等。 壓力鑄造：金屬模，以壓力澆注取代重力澆注，鑄件精確、表面光潔、內(nèi)部致密。金屬模壓鑄機壓鑄過程 合型 壓鑄 開模先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實

9、驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)潔凈的能源 以感應電爐代替沖天爐，減輕對空氣的污染無砂和少砂鑄造 如壓力鑄造、金屬型鑄造、擠壓鑄造等清潔無毒材料 使用無毒無味變質(zhì)劑、精煉劑、粘結(jié)劑等高潰散性型砂工藝 樹脂砂、酯硬化水玻璃砂工藝廢棄物再生和綜合利用 鑄造舊砂再生回收、熔煉爐渣處理和綜合利用鑄造機器人或機械手 以代替工人在惡劣條件下工作（2 2）清潔）清潔（綠色）鑄造技術(shù)（綠色）鑄造技術(shù)先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)鑄造過程計算機仿真 在計算機上進行虛擬澆鑄，分析預測鑄液充填及凝固過程，預測不合理鑄造工藝缺陷，對不同鑄造

10、工藝方案作出最優(yōu)的選擇。鑄造過程仿真發(fā)展60年代丹麥學者開始用計算機對鑄件凝固過程進行模擬，隨后工業(yè)國家相繼開發(fā)了鑄造過程計算機模擬軟件，如： 德國 MACMAsoft 軟件 英國 Procast 軟件 清華大學 Flsoft 軟件等（3 3）鑄造）鑄造過程計算機模擬過程計算機模擬先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（1 1）精密）精密模鍛模鍛 利用模鍛設備鍛造出鍛件形狀復雜、精度高的模鍛工藝，比普通鍛件高1-2個精度等級。3.2.2 精確高效金屬塑性成形工藝 模鍛坯料 普通模鍛 去氧化皮 精密模鍛錐齒輪的精密模鍛工藝先進制

11、造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù) （2 2）超塑性成形）超塑性成形超塑性現(xiàn)象：在一定內(nèi)部條件（如晶粒形狀、相變）和外部條件（如溫度、應變速率）下，呈現(xiàn)出異常低的流變抗力、異常高的延伸率現(xiàn)象。目前已知鋅、鋁、銅等合金超塑性達1000%，有的甚至達2000%金屬超塑性類型：細晶超塑性（恒溫超塑性）內(nèi)在條件：具有均勻、穩(wěn)定等軸細晶組織（10m）外在條件：特定溫度和變形速率（10-4-10-5min-1）相變超塑性（環(huán)境超塑性）在材料相變點溫度循環(huán)變化，同時對試樣加載先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重

12、點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)超塑性成形工藝應用超塑性成形工藝應用飛機鈦合金組合件 原需幾十個零件組成，用超塑性成形后，可一次整體成形，大大減輕了構(gòu)件的質(zhì)量，提高了結(jié)構(gòu)的強度超塑性等溫模鍛 薄板加熱到超塑性溫度，在壓力作用下產(chǎn)生超塑性變形，直至同模具貼合為止超塑性氣壓成形先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（3 3）精密）精密沖裁沖裁 呈純剪切分離沖裁工藝，通過模具改進提高精度，可達IT6-9級，Ra1.6-0.4m。三種光潔沖裁凹模結(jié)構(gòu) 橢圓凹模 圓角凹模 倒角刃口先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車

13、零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)負間隙沖裁帶齒圈壓板精沖精密沖裁先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（4 4）輥）輥軋工藝軋工藝 用軋輥對坯料連續(xù)變形加工工藝，生產(chǎn)率高、質(zhì)量好、材料消耗少輥鍛軋制輾環(huán)軋制先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)3.2.3 粉末鍛造成形工藝粉末制取粉末鍛造成形工藝粉末冶金 + 精密鍛造模壓成形型坯燒結(jié)鍛前加熱鍛 造后續(xù)處理先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第

14、三章 先進制造工藝技術(shù)粉末鍛造件優(yōu)點粉末鍛造件優(yōu)點： 能源消耗低，材料利用率高 為普通鍛造能耗49%，材料利用率達90%，普通鍛造僅40-60% 鍛件精度高，力學性能好 組織無偏析，無各向異性 疲勞壽命高 比普通鍛造提高20%，高速鋼工具壽命可提高兩倍以上 粉末鍛造模具先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)注射成形原理3.2.4 高分子材料注射成形粉狀塑料注入螺桿推進送進加熱區(qū)通過分流梭噴嘴噴出注入模腔注射成形工藝過程冷卻成形先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝

15、技術(shù)氣體輔助成形： 將惰性氣體注入，在成品較厚部分形成空腔，使成品壁厚均勻，可防止縮痕或翹曲產(chǎn)生。注射成形新技術(shù)氣體輔助注射成形原理先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)注射壓縮成形注射壓縮成形：可采用較低的注射壓力成形薄壁制品，適用于流動性較差的制品。整體壓縮注射成形先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)模具滑合成形法 適用于中空制品和不同材料復合體模具滑合成形動作原理先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章

16、先進制造工藝技術(shù)剪切場控制取向成形法：使材料纖維取向與流動方向一致，可提高熔接痕強度，消除縮孔和縮痕。剪切場控制取向成形法原理先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)直接注射成形法直接注射成形法 不需混煉造粒過程，可將填充劑均勻地分散在基體樹脂中，直接注射成制品。直接注射成形機螺桿壓縮段剖面圖先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)第三節(jié)第三節(jié) 超精密加工技術(shù)超精密加工技術(shù) 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

17、密加工的機床設備 3.3.5 超精密加工環(huán)境先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)當前精密、超精密加工內(nèi)涵 3.3.1 概述分類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先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)超精密加工技術(shù)發(fā)展起因 提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量，提高穩(wěn)定性和可靠性； 促進產(chǎn)品的小型化； 增強零件的互換性，提高裝配生產(chǎn)率。舉舉 例例：1kg陀螺其質(zhì)心偏離0.5nm，會引起10

18、0m導彈射程誤差，50m軌道誤差；民兵型洲際導彈陀螺儀精度為0.03-0.05，命中精度誤差為500m；MX戰(zhàn)略導彈陀螺儀精度提高一個數(shù)量級，命中精度誤差只有50-150m；人造衛(wèi)星軸承孔軸表面粗糙度1nm，其圓度和圓柱度均以nm為單位；飛機發(fā)動機葉片加工精度由 60m12m，粗糙度由Ra0.5m0.2m，則發(fā)動機效率 89% 94%；磁盤磁頭與磁盤間距離，目前已達到0.3m，近期內(nèi)可達到0.15m。先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)超精密加工所涉及的技術(shù)范圍超精密加工所涉及的技術(shù)范圍超精密加工機理：刀具磨損、積屑瘤生成規(guī)

19、律、磨削機理、加工參數(shù)對表面質(zhì)量的影響等有其特殊性超精密加工的刀具、磨具及其制備：刀具的刃磨、超硬砂輪的修整 超精密加工機床設備： 機床精度、剛度、抗振性、微量進給機構(gòu) 精密測量及補償技術(shù)：有相應級別的測量裝置，具有在線測量和誤差補償 嚴格的工作環(huán)境： 恒溫、凈化、防振和隔振等 先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)超精密切削對刀具的要求超精密切削對刀具的要求極高的硬度、極高的耐用度和極高的彈性模量，保證刀具壽命和尺寸耐用度刃口能磨得極其鋒銳，刃口半徑值極小，能實現(xiàn)超薄的切削厚度刀刃無缺陷，避免刃形復印在加工表面抗粘結(jié)性好、化

20、學親和性小、摩擦系數(shù)低、能得到極好的加工表面完整性3.3.2 超精密切削加工先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)天然單晶金剛石刀具的性能天然單晶金剛石刀具的性能特征特征極高的硬度： HV6000-10000,而TiC僅為HV2400，WC為HV2400；能磨出鋒銳刃口： 刃口半徑可達納米，普通刀具5-30m； 與有色金屬摩擦系數(shù)低、親和力?。?與鋁的摩擦系數(shù)僅為0.06-0.13；耐磨性好，刀刃強度高： 刀具磨損極慢，刀具耐用度極高。天然單晶金剛石被公認為不能代替的超精密切削刀具材料，但僅用于有色金屬的切削加工先進制造技術(shù)概

21、論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)超精密切削時的最小切削厚度超精密切削時的最小切削厚度 如圖：A點位置與摩擦系數(shù)（剪切角）有關(guān)： 當=0.12時，可得： hDmin=0.322 當=0.26時，可得： hDmin=0.249 若hDmin=1nm，要求刀具刃口半徑為3-4nm。 極限切削厚度與刃口半徑的關(guān)系先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)超精密磨削：是最主要黑色金屬超精密加工手段， 精度=0.1m，表面粗糙度1*106即為高速高速切削機床: 主軸轉(zhuǎn)速在20000r

22、pm以上，甚至62000rpm；快速進給40-80m/min高速切削機理研究: 包括切屑成形機理、切削力、切削熱等，鋁合金材料研究較為成熟，黑色金屬、難加工材料加工機理尚處探索階段 3.4.2 高速加工發(fā)展與應用先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)高速切削加工應用航空工業(yè)-飛機鋁合金零件、薄層腹板件等直接高速切削加工，不再鉚接汽車制造-高速加工中心將柔性生產(chǎn)線效率提高到組合機床生產(chǎn)線水平模具制造-對淬硬鋼模具型腔直接加工，省電加工和手工研磨等工序先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓

23、鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（1 1）高速）高速主軸主軸高速主軸（電主軸）精度高、振動小、噪音低、結(jié)構(gòu)緊湊3.4.3 高速切削加工關(guān)鍵技術(shù)先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)主軸軸承陶瓷混合軸承： 軸承滾珠為氮化硅陶瓷；密度低，離心力??；彈性模量高，剛度大；摩擦系數(shù)低軸承潤滑：油脂潤滑、油霧潤滑、油氣潤滑等氣浮軸承：高回轉(zhuǎn)精度、高轉(zhuǎn)速、低溫升，承載能力低液體靜壓：運動精度高，動態(tài)剛度大，有油升影響磁浮軸承：間隙一般在0.1mm左右，允許更高轉(zhuǎn)速，達4.0*106以上，控制結(jié)構(gòu)復雜先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽

24、車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（2）快速進給系統(tǒng)滾珠絲桿+伺服電機：加速度達0.6g，進給速度達40-60m/min直線電機：進給速度可達160m/min，加速度可達2.5-10g。消除了機械傳動間隙和彈性變形，幾乎沒有反向間隙，是未來機床進給傳動的基本形式先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)直線電機結(jié)構(gòu)3 基座 4磁性軌道 5直線電機 6直線導軌 7直線光柵 8平臺 9接口電纜 10防護罩先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（

25、3）高性能的CNC控制系統(tǒng) 快速響應伺服控制，32/64位，多CPU，具有加速預插補、前饋控制、鐘形加減速、精確矢量補償和最佳拐角減速控制等功能（4）先進的機床結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)特點：床身足夠剛度、強度，高阻尼特性和熱穩(wěn)定性；立柱和底座整體結(jié)構(gòu)；使用高阻尼特性材料（聚合物混凝土）；防彈玻璃觀察窗 新型機床結(jié)構(gòu)：并聯(lián)機床結(jié)構(gòu)先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)六桿并聯(lián)機床先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（5）高速切削的刀具系統(tǒng)對刀具系統(tǒng)要求：切削熱更多流向刀具，

26、要求抗磨損；必須良好的平衡，可靠定位刀具材料：硬質(zhì)合金涂層刀具、陶瓷刀具、聚晶金剛石刀具、立方氮花硼刀具雙定位刀柄結(jié)構(gòu)：當超過15000r/min時，離心力將使主軸錐孔擴張，降低刀柄連接剛度；該結(jié)構(gòu)刀柄錐部和端面同時與主軸定位，軸向重復定位精度可達0.001mm 先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)HSK型刀柄及其聯(lián)接結(jié)構(gòu)先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)高速磨削：最高磨削速度達500m/s；實際應用磨削速度在100m/s-250m/s。高速磨削特點：若

27、切除率不變，則單磨粒切削厚度降低，磨削力減?。痪S持原切削力，可提高進給速度，降低加工時間，提高生產(chǎn)效率；可使粗精合而為一。3.4.3 高速磨削加工先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)高速磨削關(guān)鍵技術(shù)高速主軸動平衡系統(tǒng)1-信號傳送單元 2-緊固發(fā)蘭盤 3-內(nèi)裝電子驅(qū)動平衡塊 4-磨床主軸 （1）高速主軸 ：須配有連續(xù)自動動平衡裝置先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（2）高速磨床結(jié)構(gòu)：具有高動態(tài)精度、高阻尼、高抗振性和熱穩(wěn)定性直線電機驅(qū)動高速平面磨床磨削速度

28、達125m/s，工作臺往復運動達1000st/min，是普通磨床的10倍先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（3）高速磨削砂輪：砂輪基體：必須考慮高速離心力作用；砂輪磨粒-立方氮化硼和金剛石。高速砂輪典型結(jié)構(gòu)腹板變截面等力矩結(jié)構(gòu)，無中心法蘭孔，多個小螺孔安裝固定，降低法蘭孔應力先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（4）冷卻潤滑液：V液大于等于V砂： 潤滑效果好；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砂冷卻潤滑液

29、出口流速的影響先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)第五節(jié)第五節(jié) 快速原型制造技術(shù)快速原型制造技術(shù) 3.5.1 RPM技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展 3.5.2 RPM技術(shù)原理 3.5.3 典型的RPM工藝方法 3.5.4 RPM技術(shù)的應用先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù) 1980年代末RPM技術(shù)首先在美國問世；工業(yè)國家稱RPM技術(shù)是繼數(shù)控技術(shù)后又一場技術(shù)革命；我國1992年進入RPM領(lǐng)域；清華大學、西安交通大學、華中科技大學、北京隆源等單位在RMP設備、材料和軟件方

30、面先后完成了開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化過程；我國RPM許多關(guān)鍵技術(shù)達到或領(lǐng)先國際先進水平3.5.1 RPM技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù) CAD模型建立 STL文件生成 分層切片 快速堆積成型 RPS分層切片STL文件CAD模型三維數(shù)字化儀等CAD造型系統(tǒng)3.5.2 RPM技術(shù)原理先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（1）光敏液相固化法(SLA)特點：可成形任意復雜形狀零件；成形精度高，達0.1mm；材料利用率高，性能可靠不足：材料昂貴，光敏樹脂有

31、一定毒性3.5.3 典型的RPM工藝方法 SLA工藝原理圖 先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（2）選區(qū)片層粘結(jié)法（LOM） 特點：成形速度快，成形材料便宜，無相變、無熱應力、形狀和尺寸精度穩(wěn)定不足：成形后廢料剝離費時，不宜制作薄壁零件LOM工藝原理圖 先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（3）選區(qū)激光燒結(jié)法（SLS）特點：取材廣泛，包括各種可熔粉末材料，不需要支撐材料SLS工藝原理圖1-激光器 2-鋪粉滾筒 3-激光窗 4-加工平面 5-原料粉末 6-

32、生成零件 先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（4）熔絲沉積成形法（FDM）特點：無需激光系統(tǒng)，設備簡單，運行費用便宜，尺寸精度高，表面光潔度好，適合薄壁零件。不足：需要支撐材料。FDM工藝原理圖 先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)3.5.4 RPM技術(shù)的應用RPM的應用 先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)快速模具制造工藝方法 先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件

33、技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)第六節(jié) 微細加工技術(shù) 3.6.1 微機械及其特征 3.6.2 微細加工工藝方法 3.6.3 微細加工技術(shù)的發(fā)展與趨勢先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)微機械分類：微小機械 1-10mm；微機械 1m-1mm； 納米機械 1nm-1m特點：體積小、精度高、重量輕 如直徑如發(fā)絲的齒輪、開動3mm大小的汽車、花生米大的飛機、在5mm2內(nèi)放置1000臺的微型發(fā)動機性能穩(wěn)定、可靠性高 微機械體積小，熱膨脹、噪聲、撓曲等影響小，具有抗干擾性，可在較差環(huán)境下穩(wěn)定的工作能耗低、靈敏度、工作

34、效率高 不存在信號延遲問題，可進行高速工作；消耗的能量遠小于傳統(tǒng)機械，如5*5*0.7mm3微型泵流速是比其體積大得多的小型泵流量的1000倍多功能和智能化 集傳感器、執(zhí)行器、信號處理和電子控制電路為一體，易于實現(xiàn)多功能化和智能化制造成本低 類似半導體制造工藝3.6.1 微機械及其特征先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（1）超微機械加工利用超小型機床制作毫米級以下的微機械零件難點：微型刀具制造、刀具姿態(tài)、加工基準定位等3.6.2 微細加工工藝方法微型超精密加工機床結(jié)構(gòu)示意圖 為車、銑、磨、電火花加工的多功能微型加工機床，最

35、小設定單位為1nm，單晶金剛石刀具，刀尖圓弧半徑為100nm左右先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（2）光刻加工氧化 硅晶片表面形成一層氧化層涂膠 涂光致抗蝕劑曝光 通過掩模曝光顯影 曝光部分溶解去除腐蝕 未被覆蓋部分腐蝕掉去膠 將光致抗蝕劑去除擴散-向需要雜質(zhì)的部分擴散雜質(zhì)，以完成整個光刻加工過程光刻加工工藝示例 先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（3 3）體）體刻蝕加工技術(shù)刻蝕加工技術(shù)體微機械加工：用腐蝕方法將硅基片有選擇性地去除部分材料的方法各向

36、同性腐蝕：以相同速度對所有晶向進行刻蝕各向異性腐蝕：在不同晶面，以不同速率進行刻蝕，利用晶格取向，可制作如橋、梁、薄膜等不同的結(jié)構(gòu)先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（4 4）面）面刻蝕加工技術(shù)刻蝕加工技術(shù)在硅基片上淀積磷玻璃犧牲層材料腐蝕犧牲層形成所需形狀淀積和腐蝕結(jié)構(gòu)材料薄膜層除去犧牲層就得到分離空腔微橋結(jié)構(gòu)制作雙固定多晶硅橋工藝先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（5）LIGA技術(shù)LIGA技術(shù)是由制版、電鑄和微注塑工藝組成，是全新的三維立體微細加工技

37、術(shù)在光致抗蝕劑上生成曝光圖形實體用曝光蝕刻的圖形實體作電鑄用胎膜，在胎膜上沉積金屬形成金屬微結(jié)構(gòu)件 用金屬微結(jié)構(gòu)件作為注塑模具注塑出所需的微型零件LIGA工藝過程先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（6）封接技術(shù)目的：將微機械件連接在一起，使其滿足使用要求。方法：反應封接、淀積密封膜和鍵合技術(shù)。反應封接：是將多晶硅結(jié)構(gòu)與硅基片通過氧化反應封接在一起淀積密封膜：是用化學氣相淀積法在構(gòu)件和襯底之間淀積密封膜硅-硅直接鍵合：在高溫下依靠硅原子力量直接鍵合在一起形成一個整體靜電鍵合：將硅和玻璃之間加上電壓產(chǎn)生靜電引力而使兩者結(jié)合成一

38、體先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（7 7）分子）分子裝配技術(shù)裝配技術(shù)掃描隧道顯微鏡STM、原子力顯微鏡AFM具有0.01nm分辨率，是精度最高的表面形貌觀測儀。利用其探針尖端可以俘獲和操縱分子和原子，并可按照需要拼成一定的結(jié)構(gòu)，進行分子和原子的裝配制作微機械美國的IBM公司用STM操縱35個氙原子，在鎳板上拼出了“IBM”三個字母日本用原子拼成了“Peace”一詞中國科學院化學研究所用原子擺成中國地圖先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)加工方法多樣化

39、 兩個領(lǐng)域：微機械加工、半導體化學加工 從單一加工技術(shù)向組合加工技術(shù)發(fā)展從單純硅材料向著多種類型材料發(fā)展 如玻璃、陶瓷、樹脂等提高微細加工的經(jīng)濟性 LIGA出現(xiàn)是微機械進行批量生產(chǎn)的范例微細加工機理研究3.6.3 微細加工技術(shù)的發(fā)展與趨勢先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)第七節(jié)第七節(jié) 表面工程技術(shù)表面工程技術(shù) 3.7.1 3.7.1 表面改性技術(shù)表面改性技術(shù) 3.7.2 3.7.2 表面覆層技術(shù)表面覆層技術(shù) 3.7.3 3.7.3 復合表面處理技術(shù)復合表面處理技術(shù)先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)

40、湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（1）激光表面改性是以高能量的激光束快速掃描工件表面，升溫速度可達105-106C/s，冷卻速度104C/s,快速自冷淬火,比常規(guī)淬火硬度高15-20%，淬火變形非常小，表面無須保護3.7.1 表面改性技術(shù)激光表面改性裝置組成示意圖1-全反射鏡 2-諧振腔 3-部分反射鏡 4-導光系統(tǒng) 5-彎曲反射鏡 6-聚光系統(tǒng)及保護氣通入 7-x-y移動工作臺 8-氣體交換裝置 9-配電盤 10-冷卻裝置 11-控制系統(tǒng)先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（2）電子束表面改性利用電子能深入金

41、屬表面，與基體金屬原子核碰撞，使被處理金屬表層溫度迅速升高加熱和冷卻速度快，能量密度大為激光成本的1/3結(jié)構(gòu)簡單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電子束產(chǎn)生及工作示意圖1-工作臺 2-加工室 3-電磁透鏡 4-陽極 5-柵極 6-燈絲 7-電源 8-電子束 9 偏轉(zhuǎn)線圈 10-工件 先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（3）離子注入表面改性可注入任何元素，不受固溶度和擴散系數(shù)影響離子注入溫度易控制不氧化、不變形、不軟化，可作最終處理工藝可控性、重復性好可獲得兩層以上復合材料，復合層不易脫落離子注入裝

42、置示意圖1-離子源 2-質(zhì)量分析器 3-高壓電極 4-加速管 5-聚焦電極 6-X掃描電極 7-Y掃描電極 8-中性束 9-式樣室先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（1 1）熱）熱噴涂技術(shù)噴涂技術(shù) 3.7.2 表面覆層技術(shù)粉末火焰噴涂 大氣等離子噴涂 爆炸噴涂先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)（2）氣相沉積技術(shù)物理氣相沉積PVD 將鍍料氣化成原子、分子或離子，直接沉積到基體表面真空蒸鍍 將工件放入真空室內(nèi)加熱，使鍍膜材料蒸發(fā)或升華，飛至工件表面凝聚成膜

43、濺射鍍膜 用荷能粒子轟擊材料表面，使其獲得足夠能量，飛濺變?yōu)闅庀?，在基體表面上沉積離子鍍膜 利用氣體放電使物質(zhì)離子化，在氣體離子轟擊下把蒸發(fā)物沉積在基體上成膜化學氣相沉積CVD 借助氣相作用和在基體表面上的化學反應生成所要求的薄膜先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)滲鈦與離子滲氮復合熱處理滲碳、滲氮、碳氮共滲液體碳氮共滲與高頻感應加熱表面淬火的復合強化激光與離子滲氮復合處理表面覆層技術(shù)與其他表面處理的復合技術(shù)離子輔助涂覆離子注入與氣相沉積復合表面改性3.7.3 復合表面處理技術(shù)先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽

44、車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)第八節(jié)第八節(jié) 現(xiàn)代特種加工技術(shù)現(xiàn)代特種加工技術(shù) 3.8.1 3.8.1 激光加工激光加工 3.8.2 3.8.2 超聲波加工超聲波加工 3.8.3 3.8.3 水射流切割加工水射流切割加工先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)3.8.1 激光加工激光加工原理激光加工原理 激光是一種受激輻射產(chǎn)生的加強光，當激光照射到工件表面，光能被工件迅速吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，工件在光熱效應下產(chǎn)生的高溫熔融和沖擊波的綜合作用達到加工的目的。固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖 先進制造技術(shù)概論武漢理工大學汽車工程學院/現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室秦訓鵬第三章 先進制造工藝技術(shù)激光加工特點激光加工特點功率密度大 高達108-1010W/cm2，可加工如耐熱合金、陶瓷、石英、金剛石等任何材料聚焦光斑小 激光束可聚焦到微米級，可打孔直徑0.001mm小孔非接觸加工 沒有明顯機械力，沒有工具損耗，可加工易