先進(jìn)制造技術(shù) 課件 第3、4章 先進(jìn)成形技術(shù)、先進(jìn)加工技術(shù)與工藝

第三章先進(jìn)成形技術(shù)Advancedmanufacturingtechnology先進(jìn)制造技術(shù)Contents3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述3.3精密塑性成形技術(shù)3.5增材制造技術(shù)3.2精密鑄造技術(shù)3.4先進(jìn)連接技術(shù)3.6本章小結(jié)3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述-3-狹義的制造過程，只針對材料的加工過程，根據(jù)加工材料的形態(tài)變化，生產(chǎn)中一般將加工工藝分為兩類：即機(jī)械加工工藝和材料成形工藝。其中的材料成形工藝，主要是指利用材料的塑性變形、流變特征進(jìn)行的加工工藝過程和針對板狀材料進(jìn)行的切割、連接工藝過程,是制造過程的基本形式之一。因此廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航空、航天等各個領(lǐng)域。為適應(yīng)制造業(yè)市場、產(chǎn)品、技術(shù)及企業(yè)特征發(fā)展的需要，材料成形技術(shù)將向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、數(shù)字化、智能化、清潔化和集成化等方向發(fā)展。-4-先進(jìn)成形技術(shù)3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述成形技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)-5-模具制造傳統(tǒng)模具制造技術(shù)主要是根據(jù)設(shè)計(jì)圖樣用仿形機(jī)床加工成形，經(jīng)磨削以及電火花加工等方法來制造模具。而現(xiàn)代模具的制造不僅形狀與結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而且技術(shù)要求更高，用傳統(tǒng)的模具制造方法顯然難于制造，必須借助于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展采用先進(jìn)制造技術(shù)才能達(dá)到它的技術(shù)要求。3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述發(fā)展趨勢愈來愈高的模具精度日趨大型化模具擴(kuò)大應(yīng)用熱流道技術(shù)發(fā)展多功能復(fù)合模具模具先進(jìn)制造技術(shù)-6-鑄造鑄造是將液態(tài)金屬充填到與欲形成零件的形狀和尺寸相適應(yīng)的鑄型空腔中，待其冷卻凝固，以獲得所需形狀的零件或毛坯的一種材料成形方法。3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述砂型鑄件能夠獲得形狀非常復(fù)雜的鑄件零件成本低，投資少生產(chǎn)準(zhǔn)備簡單，靈活性高優(yōu)勢:表面粗糙度值較高、尺寸精度差工藝過程復(fù)雜、鑄件質(zhì)量不易控制生產(chǎn)率低、勞動強(qiáng)度大工作環(huán)境惡劣劣勢:目前已發(fā)展出熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、陶瓷型鑄造、特種砂型鑄造、電磁鑄造、半固態(tài)鑄造等。先進(jìn)制造技術(shù)-7-鍛壓鍛造是利用鍛壓機(jī)械和模具對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得具有一定力學(xué)性能、一定形狀和尺寸的鍛件的加工方法。鍛壓能消除金屬的鑄態(tài)疏松、焊合孔洞。鍛壓分為冷鍛和熱鍛。3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)冷鍛與熱鍛對比鍛壓與鍛壓機(jī)-8-焊接焊接技術(shù)作為一種連接金屬材料的常用方法，通過加熱、高溫或高壓的方式將金屬或其他熱塑性材料接合起來。我國已基本掌握精密切焊、氣體保護(hù)焊、接埋弧、自動焊等先進(jìn)技術(shù)，焊接成套設(shè)備、焊接機(jī)器人、焊接生產(chǎn)線和柔性制造系統(tǒng)也得到實(shí)際應(yīng)用。3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)焊接機(jī)器人天然氣管道焊接工藝技術(shù)-9-板料成形板料成形是一類典型的金屬加工工藝，它是利用模具通過壓力機(jī)的作用使金屬板料（主要是板材、帶材、管材和型材等）因塑性變形而改變形狀和尺寸，獲得所需產(chǎn)品的加工方法。由于板料成形過程中材料的變形，在宏觀上表現(xiàn)為模具的沖、壓作用，所以板料成形工藝一般又簡稱為沖壓工藝。3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述沖壓流程沖壓工藝沖壓在汽車、機(jī)械、家用電器、電機(jī)、儀表、航空航天、兵器等領(lǐng)域中具有十分重要的地位。先進(jìn)制造技術(shù)-10-綠色成形技術(shù)綠色成形技術(shù)是面向材料、設(shè)計(jì)、制造等考慮環(huán)境影響與資源效率的先進(jìn)制造技術(shù)。為了改善人類生存環(huán)境，綠色成形技術(shù)以及再制造技術(shù)也在不斷發(fā)展。綠色成形與改性技術(shù)是采用無機(jī)、無害的原材料和輔助材料，清潔的能源以及高效、節(jié)能的先進(jìn)工藝與設(shè)備，使得材料成形與改性過程資源消耗極小，環(huán)境負(fù)面影響極小，職業(yè)健康危害最小。3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)綠色成形技術(shù)研究方向光固化技術(shù)-11-管理信息化成形數(shù)字化控制智能化環(huán)境友好化產(chǎn)品精密化未來發(fā)展原則3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述金屬注射技術(shù)金屬先進(jìn)構(gòu)件空心冷卻技術(shù)塑性成型技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)3.2精密鑄造技術(shù)-12--13-鑄造技術(shù)發(fā)展鑄造工藝激冷系統(tǒng)鑄造系統(tǒng)出氣孔補(bǔ)縮系統(tǒng)特種鑄造工藝3.2精密鑄造技術(shù)傳統(tǒng)的鑄造工藝，主要是指將一定性能的原砂作為主要造型材料，并用原砂進(jìn)行鑄造的工藝方法。精密鑄造指的是獲得精準(zhǔn)尺寸鑄件工藝的總稱?？梢陨a(chǎn)形狀復(fù)雜的零件毛坯或零件；鑄件的應(yīng)用范圍廣泛，不受形狀限制；鑄造生產(chǎn)成本較低；鑄件切削加工量較少，可減少加工成本。優(yōu)勢:鑄件組織不夠致密，存在縮孔、氣孔、渣、裂紋等缺陷，晶粒粗細(xì)不均，鑄件力學(xué)性能較低，耐沖擊能力較低；鑄造生產(chǎn)工序較多，工藝過程控制較繁瑣，易于產(chǎn)生廢品。劣勢:金屬注射技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)-14-熔模鑄造3.2精密鑄造技術(shù)熔模鑄造，也稱失蠟鑄造。包括壓蠟、修蠟、組樹、沾漿、熔蠟、澆注金屬液及后處理等工序。失蠟鑄造是用蠟制作所要鑄成零件的模樣，然后在蠟?zāi)Ｉ贤恳阅酀{，形成型殼，硬化后，放入熱水中將內(nèi)部蠟?zāi)Ｈ刍?。將熔化完蠟?zāi)５哪嗄Ｐ蜌と〕鲈龠M(jìn)行焙燒。一般制蠟?zāi)r就留下了澆注口，再從澆注口灌入金屬熔液，冷卻后，所需的零件就制成了。熔模鑄造樣品熔模鑄造工藝流程先進(jìn)制造技術(shù)消失模鑄造消失模鑄造工藝流程-15-消失模鑄造3.2精密鑄造技術(shù)消失模精密鑄造（又稱實(shí)型鑄造）指的是液體金屬取代冷卻凝固后形成的一次性成形鑄造新工藝生產(chǎn)鑄件的新型鑄造方法。對于消失模鑄造有許多不同的叫法，國內(nèi)主要的叫法還有“干砂實(shí)型鑄造”、“負(fù)壓實(shí)型鑄造”、簡稱EPS鑄造。技術(shù)應(yīng)用消失模鑄造設(shè)備投資少、工藝路線短、工序簡化、占地面積小、鑄件尺寸精度和外觀精度高，一種先進(jìn)的鑄件成型方法，近年來在世界上得到了迅速的發(fā)展。先進(jìn)制造技術(shù)-16-消失模鑄造3.2精密鑄造技術(shù)與傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)相比，消失模鑄造技術(shù)具有無與倫比的優(yōu)勢，被國內(nèi)外鑄造界稱為“21世紀(jì)的鑄造技術(shù)”和“鑄造工業(yè)的綠色革命”。項(xiàng)目傳統(tǒng)砂型鑄造實(shí)型鑄造模樣工藝分模分模以便于造型無須分模拔模斜度必須有一定斜度基本沒有或者很小組成外型和芯單一模樣應(yīng)用次數(shù)多次使用一次材質(zhì)金屬或木材泡沫塑料造型工藝鑄型型腔由鑄型和型芯裝配實(shí)型涂料層砂型表面刷于模樣表面澆注工藝充型特點(diǎn)只填充空腔金屬與模型發(fā)生物理化學(xué)作用充型速度影響因子澆注系統(tǒng)及溫度主要受型內(nèi)氣體壓力狀態(tài)、澆注系統(tǒng)、澆注溫度的影響清理清理需要打磨飛邊毛刺及內(nèi)澆道只需要打磨內(nèi)澆道，無飛邊毛刺傳統(tǒng)砂型鑄造與實(shí)型鑄造的比較分析先進(jìn)制造技術(shù)-17-消失模鑄造3.2精密鑄造技術(shù)在使用消失模鑄造工藝前，通常從以下幾方面考慮是否適用。首先考慮鑄件材質(zhì)，其適用性的優(yōu)劣順序是：灰鑄鐵-非鐵合金-普通碳素鋼-球磨鑄鐵-低碳鋼和合金鋼，由于必要的準(zhǔn)備工作，因此使得實(shí)驗(yàn)工藝調(diào)試周期加長。其次，鑄件的批量越大，生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益越可觀。模樣

模樣材料通常稱為珠粒，消失模鑄造采用的珠粒一般分為三種：EPS(聚苯乙烯）、STMMA（共聚樹脂）和EPMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）。涂料可提高消失模模樣的剛度和強(qiáng)度，涂層要有良好的透氣性。涂層厚度應(yīng)根據(jù)鑄件材質(zhì)、大小，壁厚、澆注溫度和鐵水壓頭的變化進(jìn)行調(diào)整。涂料鑄造工藝消失棋鑄造工藝包括澆注口系統(tǒng)設(shè)計(jì)、澆注溫度控制、澆注操作控制等。澆注溫度應(yīng)略高于砂型鑄造，直澆道要有足夠的高度，采用開放式澆注系統(tǒng)。先進(jìn)制造技術(shù)3.3精密塑性成形技術(shù)-18-塑性成形是材料加工方法之一。它是利用材料的塑性使材料在外力作用下成形的一種加工方法。應(yīng)該說凡是具有塑性的材料都可以采用塑性成形的方法對其進(jìn)行成形加工。塑性成形技術(shù)具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗等顯著特點(diǎn)，已成為當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。-19-塑性成形3.3精密塑性成形技術(shù)沖壓（拉伸）示意圖常見的金屬材料塑性加工方法，如軋制、拉拔、鍛造、沖壓等，都是利用金屬的塑性而進(jìn)行成形加工的。目前應(yīng)用廣泛的有液壓成形、無模液壓成形、徑向軸向環(huán)件軋制等技術(shù)。高分子材料中的塑料、橡膠等也同樣可以利用其塑性進(jìn)行加工成形，如壓縮模塑，傳遞模塑，吹塑，吸塑，壓延等工藝方法。無機(jī)非金屬材料中的陶瓷、玻璃，也可以用雕塑、拉坯、旋壓、滾壓、擠制、壓制、吹制等工藝方法實(shí)現(xiàn)塑性成形。擠壓示意圖先進(jìn)制造技術(shù)-20-3.3精密塑性成形技術(shù)材料利用率高；零件產(chǎn)品性能好；零件產(chǎn)品尺寸規(guī)格的一致性好；可實(shí)現(xiàn)零件產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制；生產(chǎn)效率高。技術(shù)優(yōu)勢:技術(shù)應(yīng)用航空航天領(lǐng)域建筑領(lǐng)域能源領(lǐng)域精密塑性成形技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)液壓成形（Hydroforming）是指利用液體和模具使工件成形的一種塑形加工技術(shù)，也稱液力成形。僅需要凹模或凸模，液體介質(zhì)相應(yīng)地作為凸?；虬寄?，省去一般模具費(fèi)用和加工時間，而且液體作為凸?？梢猿尚魏芏鄤傂阅＞邿o法成形的復(fù)雜零件。-21-液壓成形3.3精密塑性成形技術(shù)典型液壓成形技術(shù)比較

所用坯料傳力介質(zhì)成形壓力殼體液壓成形殼體純水50MPa薄板液壓成形板料液壓油100MPa管材液壓成形管材乳化液400MPa板液壓成形作為一種先進(jìn)的加工工藝,具有模具成本低、模具制造周期短、成形極限高特點(diǎn)，與傳統(tǒng)工藝相比，液壓成形即節(jié)約了能源，降低了成本，又適應(yīng)了當(dāng)今產(chǎn)品的小批量、多品種的柔性發(fā)展方向，受到世界各國學(xué)者的一致關(guān)注。先進(jìn)制造技術(shù)在國內(nèi)外液壓機(jī)產(chǎn)品中，按其結(jié)構(gòu)形式可分為四柱式液壓機(jī)、框架式液壓機(jī)、單柱液壓機(jī)（C型機(jī)）。-22-液壓設(shè)備3.3精密塑性成形技術(shù)典型液壓設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)商我國制造液壓機(jī)的廠家眾多，企業(yè)知名度和設(shè)計(jì)技術(shù)、制造水平、產(chǎn)品質(zhì)最、生產(chǎn)規(guī)模、加工能力均處于國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先地位的有：合肥鍛壓機(jī)床股份有限公司、天津市鍛壓機(jī)床總廠、徐州鍛壓機(jī)床廠等。先進(jìn)制造技術(shù)薄板液壓成形原理是采用液體作為傳力介質(zhì)以代替剛性的凸?；虬寄韨鬟f載荷，使板料在液體壓力作用下貼靠凹模或凸模，從而實(shí)現(xiàn)金屬板材零件的成形。薄板液壓成形工藝分為充液拉伸成形和液體凸模拉伸成形。-23-薄板液壓成形3.3精密塑性成形技術(shù)充液拉伸成形示意圖優(yōu)越性：成形極限高尺寸精度高、表面質(zhì)量好簡化工序過程成本低先進(jìn)制造技術(shù)模液壓成形技術(shù)的基本原理是：先由平板或經(jīng)過輥彎的單曲率殼板組焊成封閉多面殼體，然后在封閉多面殼體內(nèi)加壓，在內(nèi)部壓力作用下，殼體產(chǎn)生塑性變形而逐漸趨向于球殼。該種成形工藝的主要工序?yàn)椋合铝稀獜澗怼M裝焊接——液壓脹形。-24-無模液壓成形3.3精密塑性成形技術(shù)無膜液壓脹形技術(shù)的主要工序液壓脹形前多面殼體的結(jié)構(gòu)先進(jìn)制造技術(shù)無模液壓成形技術(shù)自1985年發(fā)明以來，在實(shí)際工程應(yīng)用中先后開發(fā)三大系列產(chǎn)品：（1）球形水塔和供水罐；（2）壓力容器和液化氣罐；（3）建筑裝飾球。其中最大直徑達(dá)到9.4m，最大壁厚達(dá)到24mm，最高使用壓力1.77MPa。應(yīng)用材料包括低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鋁合金、銅合金等等。-25-無模液壓成形3.3精密塑性成形技術(shù)球形水塔不需要大型的模具和壓力機(jī)，產(chǎn)品初期投資少，大大降低生產(chǎn)成本；生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品變更容易，下料組裝簡單快捷；經(jīng)過超載脹形，有效降低了焊接殘余應(yīng)力，安全性高。技術(shù)優(yōu)勢:先進(jìn)制造技術(shù)徑向軸向環(huán)件軋制是利用環(huán)件軋制設(shè)備——扎環(huán)機(jī)（碾環(huán)機(jī)）使環(huán)件壁厚減小，直徑增大的塑性成形工藝，通過徑向和軸向兩個孔型同時對環(huán)件徑向壁厚和軸向高度兩個方向進(jìn)行軋制，它是一種多向軋制工藝，主要用于軋制大型環(huán)件。徑向軸向軋制不需要模具，在一定程度上節(jié)約了生產(chǎn)加工成本，提高效益。其次，環(huán)監(jiān)精度高、余量少，材料利用率高。環(huán)件內(nèi)部質(zhì)量較好，內(nèi)部晶粒小、組織致密，纖維沿圓周方向排列。徑向軸向軋制還具備生產(chǎn)率高、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，比起自由鍛環(huán)，材料消耗降低40~50%，生產(chǎn)成本降低75%。-26-徑向軸向環(huán)件軋制3.3精密塑性成形技術(shù)環(huán)件軋制典型產(chǎn)品形狀徑向軋制的基本原理先進(jìn)制造技術(shù)3.4先進(jìn)連接技術(shù)-27-連接技術(shù)包括焊接技術(shù)、機(jī)械連接技術(shù)和粘接技術(shù)，它是制造技術(shù)的重要組成部分，也是航空飛機(jī)、發(fā)動機(jī)制造中不可缺少的技術(shù)。-28-連接技術(shù)3.4先進(jìn)連接技術(shù)先進(jìn)焊接技術(shù)焊接是兩種或兩種以上同種或異種材料通過原子或分子之間的結(jié)合和擴(kuò)散連接成一體的工藝過程。促使原子和分子之間產(chǎn)生結(jié)合和擴(kuò)散的方法是加熱或加壓，或同時加熱又加壓?，F(xiàn)代焊接的能量來源有很多種，包括氣體焰、電弧、激光、電子束、摩擦和超聲波等。除了在工廠中使用外，焊接還可以在多種環(huán)境下進(jìn)行，如野外、水下和太空。先進(jìn)制造技術(shù)激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法，主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。-29-激光焊接技術(shù)3.4先進(jìn)連接技術(shù)屬于熔融焊接，以激光束為能源。激光束可由平面光學(xué)元件（如鏡子）導(dǎo)引，再以反射在焊縫上。激光焊接屬非接觸式焊接。激光焊可以與MIG焊組成激光MIG復(fù)合焊，實(shí)現(xiàn)大熔深焊接，同時熱輸入量比MIG焊大為減小。特性:激光焊接示意圖先進(jìn)制造技術(shù)-30-工藝對比3.4先進(jìn)連接技術(shù)傳感器密封焊接采用的方法有：電阻焊、氬弧焊、電子束焊、等離子焊等不同焊接工藝與激光焊的對比對比項(xiàng)目激光焊接電子束焊接鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊熔化極氣體保護(hù)焊電阻焊焊接效率00--+大深度比++---小熱影響區(qū)++--0高焊接速率++-+-焊縫斷面形貌++000大氣壓下施焊+-+++-++++使用填充材料0-++-自動加工+-+0+成本--+++操作成本00+++可靠性+-+++組裝+----“+”表示優(yōu)勢；“-”表示劣勢；“0”表示適中。焊接高反射率材料先進(jìn)制造技術(shù)-31-3.4先進(jìn)連接技術(shù)可將入熱量降到最低的需要量，熱影響區(qū)金相變化范圍??；激光束易于聚焦、對準(zhǔn)及用受光學(xué)儀器導(dǎo)引；工件可放置在封閉的空間；激光束可聚焦在很小的區(qū)域，可焊接小型且間隔相近的部件；可焊材質(zhì)種類范圍大，亦可相互接合各種異質(zhì)材料。優(yōu)勢:焊件位置需非常精確，務(wù)必在激光束的聚焦范圍內(nèi)；焊件需使用夾治具時，須確保焊件的最終位置與激光束將沖擊的焊點(diǎn)對準(zhǔn)；最大可焊厚度受到限制滲透厚度遠(yuǎn)超過19mm的工件；高反射性及高導(dǎo)熱性材料如鋁、銅及其合金等，焊接性會因激光而改變；當(dāng)進(jìn)行中能量至高能量的激光束焊接時，需使用等離子控制器將熔池周圍的離子化氣體驅(qū)除，以確保焊道的再現(xiàn)。劣勢:應(yīng)用領(lǐng)域激光焊接的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要包括制造業(yè)、粉末冶金、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)。先進(jìn)制造技術(shù)-32-激光復(fù)合焊接技術(shù)激光復(fù)合焊接是將激光束焊接與電弧焊接技術(shù)相結(jié)合，獲得更佳焊接效果，快速且具有焊縫搭橋能力，是當(dāng)前非常先進(jìn)的一種焊接方法。3.4先進(jìn)連接技術(shù)焊接表面光滑平整，沒有發(fā)黑發(fā)黃現(xiàn)象；相對于傳統(tǒng)焊接，復(fù)合焊接速度可以提升2~3倍；復(fù)合焊接良率明顯提升；焊接過程中要注意保護(hù)氣的使用。優(yōu)勢:價格太貴；對焊件加工、組裝、定位要求高；光能轉(zhuǎn)換率低（10～20%）。劣勢:激光-電弧復(fù)合焊接示意圖激光復(fù)合焊接具有焊接變形小、電弧焊熔深大、焊縫成形好、焊接速度快、熱輸入小、焊接強(qiáng)度損失小等多重優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、軌道交通、船舶、建筑、汽車、能源等領(lǐng)域有著良好的發(fā)展前景。先進(jìn)制造技術(shù)-33-超聲波金屬焊接超聲波金屬焊接是利用超聲頻率的機(jī)械振動能量，連接同種金屬或異種金屬的一種特殊方法。3.4先進(jìn)連接技術(shù)超聲波焊接示意圖超聲金屬焊機(jī)能對銅、銀、鋁、鎳等有色金屬的細(xì)絲或薄片材料進(jìn)行單點(diǎn)焊接、多點(diǎn)焊接和短條狀焊接。超聲波金屬焊接有焊接材料不熔融，不減弱金屬特性；焊接后導(dǎo)電性好，電阻率極低或近乎零。可廣泛應(yīng)用于晶閘管引線、熔斷器片、電器引線、鋰電池極片、極耳的焊接。振幅頻率節(jié)點(diǎn)網(wǎng)紋換能器影響因素電源先進(jìn)制造技術(shù)-34-3.4先進(jìn)連接技術(shù)超聲波金屬焊接壓力小，能耗低；金屬超聲波焊機(jī)可進(jìn)行定位焊、連續(xù)焊；超聲波金屬焊接焊點(diǎn)強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、具有高度抗疲勞性能；焊接過程無需采用水冷和氣體保護(hù)；不需要添加焊劑。優(yōu)勢:穩(wěn)定性、可操作性、可靠性等方面還存在問題；對金屬超聲波焊接機(jī)理的認(rèn)識不足；大功率超聲波焊機(jī)的制造困難，且成本很高；超聲波焊機(jī)的模具比較小；焊點(diǎn)表面容易出高頻機(jī)械振動而引起邊緣的疲勞破壞。劣勢:應(yīng)用領(lǐng)域超聲波焊接的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要包括新能源汽車行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、電子及計(jì)算機(jī)工業(yè)、航天工業(yè)、制冷行業(yè)。先進(jìn)制造技術(shù)-35-攪拌摩擦焊技術(shù)拌摩擦焊是指利用高速旋轉(zhuǎn)的焊具與工件摩擦產(chǎn)生的熱量使被焊材料局部塑性化，當(dāng)焊具沿著焊接界面向前移動時，被塑性化的材料在焊具的轉(zhuǎn)動摩擦力作用下由焊具的前部流向后部，并在焊具的擠壓下形成致密的固相焊縫。3.4先進(jìn)連接技術(shù)攪拌摩擦焊示意圖焊縫經(jīng)由塑性變形和動態(tài)再結(jié)晶形成，其微觀組織細(xì)密、晶粒細(xì)小、不含熔焊的樹枝晶，沒有飛濺和煙塵，沒有合金元素?zé)龘p、裂紋和氣孔等缺陷，不需要添加焊絲和保護(hù)氣體。前進(jìn)側(cè)焊具或攪拌頭焊核區(qū)熱力影響區(qū)熱影響區(qū)常用術(shù)語后退側(cè)先進(jìn)制造技術(shù)-36-電子束焊接技術(shù)電子束焊是指利用加速和聚焦的電子束轟擊置于真空或非真空中的焊接面，使被焊工件熔化實(shí)現(xiàn)焊接。真空電子束焊是應(yīng)用最廣的電子束焊。3.4先進(jìn)連接技術(shù)電子束焊接示意圖高壓電源的系統(tǒng)電子束焊控制電路原理:特點(diǎn)：功率密度高。精確、快速的可控性。先進(jìn)制造技術(shù)-37-3.4先進(jìn)連接技術(shù)電子束穿透能力強(qiáng)，焊縫深寬比大；焊接速度快，熱影響區(qū)小，焊接變形??；特別適于活潑金屬的焊接；可以焊接難以接近部位的接縫；可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜接縫的自動焊接。優(yōu)勢:設(shè)備比較復(fù)雜、費(fèi)用比較昂貴；焊接前對接頭加工、裝配要求嚴(yán)格；真空電子束焊接時，被焊工件尺寸和形狀常常受到工作室的限制；電子束易受雜散電磁場的干擾，影響焊接質(zhì)量；電子束焊接時產(chǎn)生的X射線需要嚴(yán)加防護(hù)以保證操作人員的健康和安全。劣勢:應(yīng)用領(lǐng)域電子束焊接在汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、能源、重工業(yè)、修復(fù)領(lǐng)域、空間結(jié)構(gòu)焊接等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。先進(jìn)制造技術(shù)-38-3.4先進(jìn)連接技術(shù)發(fā)展趨勢提高焊接生產(chǎn)率是推動焊接技術(shù)發(fā)展的重要驅(qū)動力。提高準(zhǔn)備車間的機(jī)械化，自動化水平是當(dāng)前世界先進(jìn)工業(yè)國家的重點(diǎn)發(fā)展方向。新興工業(yè)的發(fā)展不斷推動焊接技術(shù)的前進(jìn)。熱源的研究與開發(fā)是推動焊接工藝發(fā)展的根本動力。節(jié)能技術(shù)是普遍關(guān)注的問題。先進(jìn)制造技術(shù)金屬構(gòu)筑成形技術(shù)是將多塊均質(zhì)化板坯通過表面處理、堆垛成形和真空封裝后，在高溫下鍛造使界面愈合，實(shí)現(xiàn)多塊板坯之間的“無痕”連接，進(jìn)而制備均質(zhì)化大鍛件的技術(shù)。-39-構(gòu)筑成形技術(shù)3.4先進(jìn)連接技術(shù)“華龍一號”轉(zhuǎn)子大型鑄件的偏析先進(jìn)制造技術(shù)金屬構(gòu)筑成形技術(shù)以“基材構(gòu)筑、以小制大”為理念，以小型均質(zhì)化鑄坯作為基元，通過表面加工、清潔組坯、真空封裝、高溫形變等手段，獲得超厚尺度均質(zhì)化大鍛坯，通過后續(xù)鍛造與熱處理，制造高質(zhì)量大鍛件。-40-3.4先進(jìn)連接技術(shù)金屬構(gòu)筑成形技術(shù)流程金屬構(gòu)筑成形的工程構(gòu)件覆蓋了鍛造領(lǐng)域的軸類、管類、環(huán)筒類、盤類等典型鍛件；材料涉及合金鋼、不銹鋼、鈦合金、高溫合金、銅合金等，實(shí)踐結(jié)果證實(shí)了金屬構(gòu)筑成形技術(shù)的通用性和可靠性。先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)-41-增材制造(AdditiveManufacturing,AM)技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的高新技術(shù)。美國材料試驗(yàn)協(xié)會(AmericanSocietyforTestingMaterials,ASTM)將其定義為“利用三維模型數(shù)據(jù)從連續(xù)的材料中獲得實(shí)體的過程”，該三維模型數(shù)據(jù)通常層疊在一起。其有別于去除材料的制造方法和工藝。-42-增材制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)可以快速制造出復(fù)雜形狀的產(chǎn)品；可以減少浪費(fèi)；可以制造出輕量化的產(chǎn)品；可以實(shí)現(xiàn)個性化定制；可以實(shí)現(xiàn)多材料混合。優(yōu)點(diǎn):增材制造先進(jìn)制造技術(shù)立體光固化成型工藝是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的，液態(tài)光敏樹脂會在一定波長和強(qiáng)度的紫外光照射下發(fā)生光聚合反應(yīng)，分子量急劇增大，材料從液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。-43-立體光固化成型工藝（SLA）光固化成型原理圖先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)系統(tǒng)工作穩(wěn)定；分辨率高；尺寸精度較高；表面質(zhì)量較好。優(yōu)點(diǎn):選擇性激光燒結(jié)(SelectiveLaserSintering,SLS)工藝采用CO2激光器對粉末材料進(jìn)行選擇性燒結(jié)，是一種由離散點(diǎn)逐層堆積成三維實(shí)體的工藝方法-44-選擇性激光燒結(jié)工藝(SLS)選擇性激光燒結(jié)工藝原理圖先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)高精度；可燒結(jié)的材料比較廣泛；無須設(shè)計(jì)和構(gòu)造支撐；環(huán)?？沙掷m(xù)；快速制造；精準(zhǔn)控制。優(yōu)點(diǎn):分層實(shí)體制造(LaminatedObjectManufacturing，LOM)工藝是一種薄片材料熱熔疊加工藝。分層實(shí)體制造工藝是根據(jù)三維CAD模型每個截面的輪廓線，在計(jì)算機(jī)控制下，發(fā)出控制激光切割系統(tǒng)的指令，使切割頭沿x和y方向移動.-45-分層實(shí)體制造工藝(LOM)分層實(shí)體制造工藝原理圖先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)成型效率高，可制作大型零件；加工后的零件具有耐高溫，高硬度和好的力學(xué)性能；無須設(shè)計(jì)和構(gòu)造支撐；運(yùn)行成本低且材料價格便宜。優(yōu)點(diǎn):融沉積成型(FusedDepositionModeling，F(xiàn)DM)工藝是將各種絲材加熱熔化，使其高于固化溫度，而噴出成型時稍低于固化溫度，逐層沉積熔接而形成實(shí)體造型的成型方法。熔融沉積成型不是將激光作為成型能源，而是通過加熱噴頭將熱塑性材料熔化。-46-熔覆沉積成型工藝(FDM)熔覆沉積成型工藝原理圖先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)原材料成本低且選擇范圍大；工藝過程干凈簡單易于操作；支撐材料可去除；可快速構(gòu)建瓶狀或中空零件、成型過程無化學(xué)變化；零件彎曲變形較小。優(yōu)點(diǎn):三維印刷(ThreeDimensionalPrinting,3DP)工藝與選擇性激光燒結(jié)工藝(SLS)有些相似，都是采用粉狀的材料，不同之處在于成型機(jī)理。3DP的成型方法是將黏結(jié)劑由打印頭噴出，而不是用激光對粉末材料加以燒結(jié)，在成型過程中沒有能量的直接介入。-47-三維印刷工藝(3DP)三維印刷工藝原理圖先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)成型速度快；成型材料成本較低；在黏結(jié)劑中添加顏料，制作彩色原型。優(yōu)點(diǎn):-48-生產(chǎn)率的局限；制造精度的局限；材料范圍的局限。劣勢:應(yīng)用領(lǐng)域增材制造技術(shù)在汽車工業(yè)、航空航天、醫(yī)療、工藝設(shè)備、產(chǎn)品原型、文物保護(hù)、建筑業(yè)、工藝飾品等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。先進(jìn)制造技術(shù)目前較為常用的增材制造材料，根據(jù)材料的化學(xué)成分分類，可分為:塑料材料、金屬材料、陶瓷材料、復(fù)合材料、生物醫(yī)用高分子材料等;根據(jù)材料的物理形狀分類，可分為：絲狀材料、粉體材料、液體材料、薄片材料等。3.5增材制造技術(shù)-49-4D打印技術(shù)4D打印技術(shù)是一種新型的增材制造技術(shù)，它是在3D打印的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)性材料和程序化設(shè)計(jì)的原理，實(shí)現(xiàn)了打印成品在外部條件（例如溫度、濕度、光線等）變化的影響下，自主地產(chǎn)生形狀、結(jié)構(gòu)、功能的變化，通過直接將材料與結(jié)構(gòu)的變形設(shè)計(jì)內(nèi)置到物料當(dāng)中，簡化了從設(shè)計(jì)理念到實(shí)物的造物過程，讓物體能自動組裝構(gòu)型,實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和裝配的一體化融合。這種自主變化的時間維度，就被稱為“第四維”，因此稱為4D打印技術(shù)。4D打印產(chǎn)品4D打印工藝產(chǎn)品先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)-50-5D打印技術(shù)5D打印仍采用3D打印技術(shù)設(shè)備，但是其打印材料是具有活性功能的細(xì)胞和生物因子等具有生命活力的材料，這些生物材料在后續(xù)發(fā)展中還要發(fā)生功能的變化。5D打印的核心是制造具有生命功能的組織，為人類提供可定制化制造的功能器官組織。當(dāng)只需要一個干細(xì)胞就能打印并成功分化成功能性的骨組織、血管結(jié)構(gòu)、皮膚等含細(xì)胞異質(zhì)結(jié)構(gòu)。先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)5D打印-51-太空增材制造技術(shù)太空增材制造技術(shù)是指在太空環(huán)境下進(jìn)行的增材制造工藝，其目的是利用太空環(huán)境的特殊性質(zhì)，如微重力、真空和輻射等，來實(shí)現(xiàn)材料和結(jié)構(gòu)的特殊制備。這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展旨在解決長期以來困擾太空探索和開發(fā)的諸多技術(shù)難題。太空增材制造技術(shù)與地面增材制造技術(shù)的主要區(qū)別在于太空環(huán)境的特殊性質(zhì)。太空增材制造產(chǎn)品太空增材制造示意圖先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)3.6本章小結(jié)-52--53-先進(jìn)成形技術(shù)是現(xiàn)代制造領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)之一，它涵蓋了精密鑄造技術(shù)、精密塑性成形技術(shù)、先進(jìn)連接技術(shù)以及增材制造技術(shù)等。3.6本章小結(jié)精密鑄造技術(shù)通過優(yōu)化鑄造過程，采用先進(jìn)的模具設(shè)計(jì)和材料選擇，實(shí)現(xiàn)了對產(chǎn)品的高精度、高性能要求。通過精密鑄造技術(shù)，制造商能夠生產(chǎn)更輕、更強(qiáng)、更耐久的零部件，提高產(chǎn)品的整體性能和質(zhì)量。精密塑性成形技術(shù)通過在零部件制造中采用先進(jìn)的塑性變形工藝，實(shí)現(xiàn)了對材料的精細(xì)控制和優(yōu)化。精密塑性成形技術(shù)不僅可以提高產(chǎn)品的機(jī)械性能，還可以減輕零部件的重量，降低能耗，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。先進(jìn)連接技術(shù)也是一個不可忽視的方面。隨著工業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對零部件連接強(qiáng)度、耐久性和可維護(hù)性的要求不斷提高。增材制造技術(shù)通過逐層堆積材料，實(shí)現(xiàn)了對復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的靈活制造，為設(shè)計(jì)師提供了更大的創(chuàng)作空間。THANKYOU部分資料來自于網(wǎng)絡(luò)，表示感謝!第四章先進(jìn)加工技術(shù)與工藝先進(jìn)制造技術(shù)Contents4.1概述4.3高速/超高速切削技術(shù)4.5微細(xì)及微納加工技術(shù)4.2超精密加工技術(shù)4.4特種加工技術(shù)4.6綠色制造技術(shù)4.7生物制造技術(shù)4.8本章小結(jié)4.1先進(jìn)加工技術(shù)概述-57--58-4.1概述目前對先進(jìn)加工技術(shù)至今尚無統(tǒng)一的、明確的、公認(rèn)的定義，但近些年來將其定義為：先進(jìn)制造技術(shù)是制造業(yè)不斷吸收信息技術(shù)及現(xiàn)代化管理等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的制造全過程核心：優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔生產(chǎn)的基礎(chǔ)制造技術(shù)目的：滿足用戶個性化、多樣化的市場需求，提高制造業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，高得激烈的市場競爭。數(shù)字加工技術(shù)增材制造技術(shù)-59-先進(jìn)加工技術(shù)的發(fā)展歷程先進(jìn)加工技術(shù)從20世紀(jì)50年代末60年初就已開始發(fā)展先進(jìn)加工可達(dá)到的精度已從60年代初的0.1mm逐步發(fā)展到20世紀(jì)80年代初的加工精度10nm，乃至當(dāng)代的0.001μm，并將進(jìn)一步向原子級發(fā)展。4.1概述-60-括精密/超精密加工技術(shù)先進(jìn)加工技術(shù)高速/超高速切削技術(shù)發(fā)展趨勢高精度加工高效率生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)加工多功能性和靈活性自動化和智能化資源節(jié)約與環(huán)保特種加工技術(shù)綠色制造技術(shù)生物制造技術(shù)4.1概述4.2超精密加工技術(shù)-61--62-超精密切削加工指采用金剛石刀具等超硬材料進(jìn)行超精密切削，加工各種鏡面，典型代表為采用金剛石刀具，進(jìn)行有色金屬、合金、光學(xué)玻璃、石材和復(fù)合材料的超精密加工。金剛石刀具金剛石刀具的超精密切削加工鋒利的切削刃高強(qiáng)高硬的刀具材料切削刃應(yīng)無缺陷與普通切削加工區(qū)別：切削深度小，一般在微米級；進(jìn)給量很小，一般在微米級；刀具實(shí)際工作前角為負(fù)值。超精密切削加工技術(shù)4.2超精密加工技術(shù)-63-超精密磨削指采用細(xì)粒度或超細(xì)粒度的固結(jié)磨料砂輪，以及高性能磨床實(shí)現(xiàn)去除，加工精度可達(dá)到或者高于0.1μm，加工表面粗糙度小于0.025μm的加工方法。加工材料一般為難加工、高硬度、高脆性材料陶瓷半導(dǎo)體硅片寶石超硬磨料砂輪人造金剛石砂輪CBN砂輪剛玉砂輪銳利、耐磨顆粒大小均勻分布密度均勻加工機(jī)理極薄切削，切屑厚度極小，磨削深度小于晶粒大小不同磨削顆粒有不同的受力情況工件持續(xù)轉(zhuǎn)動，砂輪持續(xù)切入，磨削系統(tǒng)存在彈性變形超精密磨削加工技術(shù)4.2超精密加工技術(shù)-64-超精密研磨拋光技術(shù)是一種具有均勻復(fù)雜軌跡的精密加工，它同時具有研磨、拋光和超精密加工的特點(diǎn)。研磨和拋光技術(shù)示意圖加工精度高加工設(shè)備簡單、投資少加工精度不穩(wěn)定加工成本高、效率低技術(shù)特點(diǎn):彈性發(fā)射加工磁力研磨幾種納米級研磨加工方法超精密研磨拋光技術(shù)4.2超精密加工技術(shù)4.3高速/超高速切削技術(shù)-65--66-4.3高速/超高速切削技術(shù)高速加工是高速切削加工技術(shù)和高性能切削加工技術(shù)的統(tǒng)稱，指在高速機(jī)床上，使用超硬高強(qiáng)材料的刀具，采用較高的切削速度和進(jìn)給速度以達(dá)到高材料切除率、高加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代加工技術(shù)。這種加工方式具有加工效率高、表面質(zhì)量好、加工精度高、工具磨損小等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、模具、機(jī)械等領(lǐng)域的制造業(yè)中。高速加工技術(shù)67目前，不同加工方法和不同工件材料的高速/超高速切削速度范圍如表所示。加工方法切削速度范圍/(M/min)工件材料切削速度范圍/(M/min)車700-7000鋁合金2000-7500銑300-6000銅合金900-5000鉆200-1100鋼600-3000拉30-75鑄鐵800-3000鉸20-500耐熱合金500以上鋸50-500鈦合金150-1000磨5000-10000纖維增強(qiáng)塑料2000-90004.3高速/超高速切削技術(shù)切削速度范圍68薩洛蒙曲線超高速切削概念示意圖4.3高速/超高速切削技術(shù)薩洛蒙曲線描述了在切削過程中，隨著切削速度的增加，切削溫度的變化趨勢。切削速度范圍69切削速度與切削溫度的關(guān)系曲線4.3高速/超高速切削技術(shù)薩洛蒙曲線薩洛蒙曲線描述了在切削過程中，隨著切削速度的增加，切削溫度的變化趨勢。切削速度范圍70與常規(guī)切削加工相比，高速/超高速切削加工具有下列優(yōu)勢：（1）加工精度高（2）加工表面質(zhì)量好（3）加工效率高（4）可加工各種難加工材料（5）加工成本降低（6）可實(shí)現(xiàn)綠色制造高速加工是綠色制造技術(shù)4.3高速/超高速切削技術(shù)優(yōu)勢高速超高速切削優(yōu)勢71目前，高速主軸的轉(zhuǎn)速范圍為10000-25000r/min，加工進(jìn)給速度在10m/min以上。為適應(yīng)這種切削加工，高速主軸應(yīng)具有先進(jìn)的主軸結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的主軸軸承及良好的潤滑和散熱條件等。常規(guī)高速主軸包括以下幾類：電主軸靜壓軸承高速主軸磁浮軸承高速主軸4.3高速/超高速切削技術(shù)高速主軸系統(tǒng)72電主軸結(jié)構(gòu)4.3高速/超高速切削技術(shù)高速主軸系統(tǒng)電主軸是在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)。電動機(jī)的轉(zhuǎn)子直接作為機(jī)床的主軸，主軸單元的殼體就是電動機(jī)機(jī)座，并且配合其他零部件，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。電主軸實(shí)物73磁浮電主軸4.3高速/超高速切削技術(shù)高速主軸系統(tǒng)磁軸承的工作原理是在軸頸圓周方向上布置多個互為180度的電磁鐵，在軸的徑向產(chǎn)生多對均布的吸力（或斥力），從而把主軸懸浮在空氣中。磁軸承的工作原理744.3高速/超高速切削技術(shù)超高速切削進(jìn)給系統(tǒng)超高速切削進(jìn)給系統(tǒng)是超高速加工機(jī)床的重要組成部分，是維持超高速切削中刀具正常工作的必要條件。超高速切削進(jìn)給系統(tǒng)的性能是評價超高速機(jī)床性能的重要指標(biāo)之一。使用直線電動機(jī)作為進(jìn)給伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件，由電動機(jī)直接驅(qū)動機(jī)床工作臺，并且不受離心力的影響，結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，容易實(shí)現(xiàn)很高的進(jìn)給速度。直線電機(jī)高精度運(yùn)動平臺75刀具材料優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)用途陶瓷（氧化硅、晶須增強(qiáng)材料、氧化鋁、氮化硅）耐磨性好、抗（熱）沖擊性能好、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗黏結(jié)性好、干式切削韌度低，脆性強(qiáng)，容易產(chǎn)生崩刃；和鋁的高溫親和力大用于切削淬火鋼、硬鋼、鎳基高溫合金、不銹鋼CBN硬度高、熱穩(wěn)定性好、摩擦因數(shù)小、熱導(dǎo)率高、易產(chǎn)生積屑瘤強(qiáng)度和韌度低，抗彎強(qiáng)度低，易崩刃，一般只用于高硬材料的精加工用于切削淬硬鋼、高溫合金、工具鋼、高速鋼金剛石硬度極高、摩擦因數(shù)很小，熱導(dǎo)率高、耐磨性極好﹑鋒利性極好強(qiáng)度和韌度低，抗彎強(qiáng)度低，易崩刃，價格昂貴，不宜用于切削含鐵和鈦的材料用于切削單晶鋁、單晶硅、單晶鍺、鋁合金、黃銅，以及用于鎂合金的精密/超精密切削涂層表面硬度高、耐磨性好﹑抗沖擊性能好耐熱性和耐磨性比CBN和金剛石差，不宜用于切削高硬度的材料用于切削高硬鋁合金、鈦合金表4-2高速切削常用刀具材料的性能和用途4.3高速/超高速切削技術(shù)高速切削刀具76人工智能技術(shù)的應(yīng)用。未來的高速/超高速加工技術(shù)將更多地應(yīng)用人工智能技術(shù)，通過大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，提高加工效率和精度。新材料的加工技術(shù)。未來的高速/超高速加工技術(shù)將更多地應(yīng)用于新材料的加工，如復(fù)合材料等，具備更加先進(jìn)的加工技術(shù)和設(shè)備，以滿足新材料加工的要求。精度與效率的平衡。未來的高速/超高速切削加工技術(shù)將更加注重精度與效率的平衡，既要保證加工效率，也要提高加工精度，這將需要更加精密的加工設(shè)備和更高級的控制系統(tǒng)。切削液的環(huán)保性。未來的高速/超高速加工技術(shù)將更加注重環(huán)保，開發(fā)出更加環(huán)保的切削液，減少對環(huán)境的影響，同時提高加工質(zhì)量和效率。4.3高速/超高速切削技術(shù)高速切削發(fā)展方向4.4特種加工技術(shù)-77--78-4.4特種加工技術(shù)特種加工技術(shù)是指在傳統(tǒng)加工技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一系列高效、精密、復(fù)雜的先進(jìn)制造技術(shù)。這些技術(shù)在很多方面具有顯著優(yōu)勢，包括提高生產(chǎn)效率、保證制品質(zhì)量、降低成本等。應(yīng)用領(lǐng)域：航空航天、生物醫(yī)學(xué)、精密儀器制造、新能源、汽車制造等特種加工的金屬零件電鍍金屬零件特種加工技術(shù)概述-79-電火花加工電化學(xué)加工激光加工電子束加工…特種加工技術(shù)超聲波加工等離子加工化學(xué)加工根據(jù)工作原理和特點(diǎn)可以將特種加工劃分為以下幾大類別：電化學(xué)加工、電火花加工、激光加工、電子束加工、超聲波加工、等離子加工和化學(xué)加工等。電火花加工電化學(xué)加工激光加工離子束加工超聲波加工等離子加工4.4特種加工技術(shù)特種加工技術(shù)分類電火花加工具有適用范圍廣、加工精度高、表面質(zhì)量好、可加工復(fù)雜形狀、無力學(xué)應(yīng)力等優(yōu)點(diǎn)。-80-…電火花加工技術(shù)(ElectricalDischargeMachining，EDM)是一種通過瞬間放電產(chǎn)生的高溫等離子體來加工材料的非傳統(tǒng)加工技術(shù)。加工原理：在一定工作介質(zhì)中，利用工具電極和工件電極之間的脈沖性火花放電時的電腐蝕作用來蝕除多余的材料，以達(dá)到對零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量加工要求的一種工藝。電火花加工原理示意圖4.4特種加工技術(shù)電火花加工技術(shù)-81-極間介質(zhì)行成放電通道介質(zhì)熱分解、電極材料熱膨脹電極材料的拋出極間介質(zhì)的消電離加工過程原理示意圖

電火花加工過程4.4特種加工技術(shù)-82-電化學(xué)加工(ElectrochemicalMachining，ECM)是一種通過電化學(xué)反應(yīng)來去除材料的非傳統(tǒng)加工方法。加工原理：在電化學(xué)加工過程中，工具電極與被加工零件之間存在一個電解液填充的間隙。當(dāng)施加電壓后，電解液中的陽離子向陰極遷移，陰離子向陽極遷移，從而實(shí)現(xiàn)材料的去除。電化學(xué)加工回路電解成形表面過程示意圖4.4特種加工技術(shù)

電化學(xué)加工電化學(xué)加工的分類-83-電化學(xué)加工分為三大類：陽極溶解加工、陰極電沉積加工和復(fù)合加工。陽極溶解加工又因工藝方法的不同而分為電解加工、電解擴(kuò)孔、電解拋光、電解去毛刺等。陰極電沉積加工又因工藝目的的不同而分為電鍍、電鑄、電刷鍍、復(fù)合電鍍等。類型與原理加工方法主要用途陽極溶解加工電解加工零件成形加工，去毛刺電解拋光表面光整陰極電沉積加工電鑄結(jié)構(gòu)與零件成形，型材制備電鍍表面裝飾與表面功能化電刷鍍表面加工與尺寸修復(fù)復(fù)合電鍍表面加工與復(fù)合材料制備復(fù)合加工電解磨削、電解研磨零件成形、表面光整加工電化學(xué)-機(jī)械復(fù)合研磨表面光整與鏡面加工電解-電火花復(fù)合加工零件成形加工4.4特種加工技術(shù)-84-離子束加工(IonBeamMachining，IBM)是一種利用高能離子束去除材料的非傳統(tǒng)加工方法。應(yīng)用領(lǐng)域：微電子、光學(xué)元件制造、表面改性等。離子束加工原理及示意圖4.4特種加工技術(shù)離子束加工-85-離子束加工的分類離子束加工按照其所利用的物理效應(yīng)和達(dá)到目的的不同，可分為四類，即利用撞擊效應(yīng)和濺射效應(yīng)的離子刻蝕、離子濺射沉積、離子鍍膜及利用注入效應(yīng)的離子注入。不同離子束加工原理示意圖離子注入原理示意圖離子刻蝕原理示意圖離子濺射沉積原理示意圖4.4特種加工技術(shù)-86-高壓射流加工(High-PressureJetMachining，HPJM)是一種利用高速、高壓的射流去除材料的非傳統(tǒng)加工方法。分類：根據(jù)射流的介質(zhì)不同，可以分為純水射流加工、磨料水射流加工等。應(yīng)用領(lǐng)域：切割、鉆孔、清洗、表面處理等。高壓射流加工示意圖4.4特種加工技術(shù)高壓射流加工-87-產(chǎn)生高壓射流：通常采用高壓泵將工作介質(zhì)（如水或磨料水混合物）壓縮至極高壓力。通過一個特制的噴嘴將高壓工作介質(zhì)噴射出來，形成高速、高壓射流。磨料的加入：在磨料水射流加工中，磨料（如石英砂、剛玉等）被加入到高壓水中。磨料的加入可以提高射流的切削能力，使之能夠加工更硬的材料。射流切割作用：當(dāng)高壓射流噴射到被加工材料表面時，射流對材料產(chǎn)生剪切作用，使材料表面的原子或顆粒脫落。材料去除：通過控制射流的壓力、速度和噴射角度，可以實(shí)現(xiàn)對不同材料和厚度的加工。射流控制與運(yùn)動：高壓射流需要通過數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行精確控制。數(shù)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)噴嘴在被加工材料表面的定向移動，從而實(shí)現(xiàn)精確加工。高壓射流加工原理4.4特種加工技術(shù)產(chǎn)生高壓射流加入磨料射流切割作用切除材料射流控制與運(yùn)動高壓射流加工原理-88-水射流加工水射流加工(WaterjetMachining，WJM)又稱為超高壓水射流加工、液力加工、水噴射加工或液體噴射加工，俗稱“水刀”，主要靠液流能和機(jī)械能實(shí)現(xiàn)材料加工。水射流加工原理4.4特種加工技術(shù)-89-能場輔助加工技術(shù)通過在傳統(tǒng)切削、銑削、磨削、拋光等加工方式的基礎(chǔ)上引入激光、超聲振動和磁場等能場，彌補(bǔ)傳統(tǒng)制造技術(shù)在精密/超精密加工方面能力的不足，實(shí)現(xiàn)其高質(zhì)量低損傷的超精密制造。分類：以電化學(xué)作用為主體的電化學(xué)復(fù)合加工、以熱熔化、汽化作用為主體的熱作用復(fù)合加工、以化學(xué)作用為主體的化學(xué)復(fù)合加工、其他能場復(fù)合加工4.4特種加工技術(shù)能場輔助加工電化學(xué)-機(jī)械復(fù)合拋光原理示意圖化學(xué)-機(jī)械復(fù)合拋光原理示意圖激光輔助加工原理示意圖超聲輔助磨削加工原理示意圖4.5微細(xì)及微納加工技術(shù)-90--91-微細(xì)加工技術(shù)微細(xì)切削技術(shù)光刻技術(shù)刻蝕技術(shù)超薄膜形成技術(shù)離子注入技術(shù)……主要應(yīng)用于大/超大規(guī)模集成電路微細(xì)加工技術(shù)指制造微型機(jī)械和微電子器件所需的各種工藝技術(shù)的總稱。4.5微細(xì)及微納加工技術(shù)技術(shù)及特點(diǎn)-92-芯片、微傳感器微執(zhí)行器微電子元件4.5微細(xì)及微納加工技術(shù)MEMS是一個新興的、多學(xué)科交叉的高科技前沿研究領(lǐng)域。微機(jī)械：體積小、重量輕、能耗低、精度高、性能可靠和靈敏度及效率高技術(shù)及特點(diǎn)-93-

微細(xì)加工技術(shù)隨著微機(jī)械的迫切需求和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用而快速發(fā)展，并表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，它是多學(xué)科交叉融合、互相推動的結(jié)果。發(fā)展趨勢多能場復(fù)合加工多材料擴(kuò)展性復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)適應(yīng)性從平面化二維加工過渡到復(fù)雜結(jié)構(gòu)三維立體加工從單一硅片擴(kuò)展到銅、鋁、碳鋼以及鈦等多種金屬復(fù)合加工有利于結(jié)合各技術(shù)優(yōu)勢4.5微細(xì)及微納加工技術(shù)發(fā)展趨勢介紹微細(xì)銑削-94-微細(xì)切削技術(shù)單點(diǎn)金剛石技術(shù)超精密微細(xì)切削加工精度可達(dá)300nm，表面粗糙度10nm微細(xì)切削是目前最常用的微加工技術(shù)，廣泛應(yīng)用于制造極小的高精密零件的工業(yè)。傳統(tǒng)工藝加工精度一般為微米級微細(xì)切削機(jī)床正朝著微型化和智能化發(fā)展4.5微細(xì)及微納加工技術(shù)-95-微細(xì)電加工技術(shù)線電極放電磨削(WEDG)和線電極電化磨削(WECG)就是典型的兩種微細(xì)電加工方法，WEDG與WECG的加工機(jī)床和工藝基本相似。用WEDG加工微小型刀具的簡明工藝流程4.5微細(xì)及微納加工技術(shù)-96-光刻加工技術(shù)

光刻加工是微細(xì)加工中廣泛使用的一種加工方法，用于微電子集成電路制造。光刻流程涂膠、前烘顯影、堅(jiān)膜刻蝕去膠完成4.5微細(xì)及微納加工技術(shù)-97-光刻加工技術(shù)

光刻機(jī)的研究成為了近些年重點(diǎn)方向。鏡頭光刻機(jī)EUV光刻系統(tǒng)中對鏡頭的要求

:類型：全反射鏡數(shù)值孔徑：0.33尺寸:約300mm面形精度:小于0.05nm光刻機(jī)是光刻技術(shù)的核心!4.5微細(xì)及微納加工技術(shù)-98-（準(zhǔn)）LIGA技術(shù)

LIGA技術(shù)是一種使用X射線的深度光刻、電鑄成形和注射相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)深寬比大的微細(xì)構(gòu)件的成形方法。LIGA工藝制造的精密齒輪三維立體微細(xì)加工技術(shù)克服了大深寬比微結(jié)構(gòu)的加工難題成本高（準(zhǔn)LIGA技術(shù)出現(xiàn)）4.5微細(xì)及微納加工技術(shù)-99-

微納加工技術(shù)（Nanomanufacturingtechnology）近些年廣受關(guān)注，它是從納米尺度按照自上而下或自下而上的方式制造器件。碳纖維管納米制造臺積電“1nm”半導(dǎo)體工藝IBM原子排列納米制造原子水平上的自我復(fù)制、去除與裝配納米制造即納米技術(shù)在工業(yè)的一項(xiàng)具體應(yīng)用！4.5微細(xì)及微納加工技術(shù)微納加工技術(shù)-100-

分為傳統(tǒng)加工、非傳統(tǒng)加工和復(fù)合加工，目前復(fù)合加工在納米尺度制造的應(yīng)用是最有前景的。基于FIB的納米刀具制備相較傳統(tǒng)技術(shù)，精度更高﹑刃形復(fù)雜、表面損傷更低！微納加工技術(shù)4.5微細(xì)及微納加工技術(shù)-101-微納加工技術(shù)精密機(jī)械能源化工3D/4D打印芯片微納加工技術(shù)在航空、機(jī)械、醫(yī)學(xué)和化工等領(lǐng)域均有重要應(yīng)用!生物醫(yī)藥發(fā)展與應(yīng)用4.5微細(xì)及微納加工技術(shù)4.6綠色制造技術(shù)-102--103-4.6綠色制造技術(shù)綠色制造技術(shù)是指在保證產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式。特點(diǎn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、使用到報(bào)廢整個產(chǎn)品生命周期中環(huán)境污染最小化，符合環(huán)境保護(hù)要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，節(jié)約資源和能源，使資源利用率最高，能源消耗最低。先進(jìn)制造技術(shù)制造問題環(huán)境保護(hù)問題資源優(yōu)化利用問題涉及問題綠色制造技術(shù)綠色制造技術(shù)零部件再制造是指在廢舊產(chǎn)品實(shí)施技術(shù)修復(fù)和改造中所設(shè)計(jì)的一種技術(shù)，通常以零部件的性能失效分析、壽命評估等為基礎(chǔ)，采用一系列的工程措施將損壞或失效的零部件再制造為能夠重新服役的零部件。-104-零部件再制造機(jī)電產(chǎn)品生命周期過程簡圖先進(jìn)制造技術(shù)4.6綠色制造技術(shù)激光增材再制造技術(shù)等離子熔覆成形技術(shù)鐵基合金鍍鐵再制造技術(shù)類激光高能脈沖精密冷補(bǔ)技術(shù)金屬表面強(qiáng)化減摩自修復(fù)技術(shù)常見技術(shù)金屬零部件表面粘涂修復(fù)技術(shù)激光增材再制造是以激光熔覆技術(shù)為基礎(chǔ)，對服役失效零件及誤加工零件進(jìn)行幾何形狀及力學(xué)性能恢復(fù)的技術(shù)行為。-105-激光增材再制造技術(shù)4.6綠色制造技術(shù)航空發(fā)動機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)鋼鐵冶金軍隊(duì)?wèi)?yīng)用:激光熔覆技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)拆解清洗分類檢測判別再制造修復(fù)熱處理后加工檢驗(yàn)等離子熔覆再制造技術(shù)是以等離子熔覆技術(shù)為基礎(chǔ)，對服役失效零件及誤加工零件進(jìn)行幾何形狀及力學(xué)性能恢復(fù)的技術(shù)行為。-106-等離子熔覆再制造技術(shù)等離子熔覆成形技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)4.6綠色制造技術(shù)鐵基合金鍍鐵再制造技術(shù)是一種主要用于修復(fù)各種類型零部件的再制造技術(shù),在無刻蝕鍍鐵技術(shù)的基礎(chǔ)上，在單金屬鍍鐵液中加入適量的鎳，鈷等合金元素，獲得Fe、Ni、Co合金鍍層，使其比單金屬鍍鐵層具有更好的力學(xué)性能。-107-鐵基合金鍍鐵再制造技術(shù)鐵基合金鍍鐵再制造流程圖先進(jìn)制造技術(shù)4.6綠色制造技術(shù)恢復(fù)磨損零件的形位尺寸；再制造后的產(chǎn)品機(jī)械性能不低于新品；工藝流程時間短；價格低；大量節(jié)省時間和資金成本。優(yōu)點(diǎn):類激光高能脈沖精密冷補(bǔ)技術(shù)是利用鎢電極與工件之間產(chǎn)生的高能脈沖電弧熱快速熔化母材和填充焊材,實(shí)現(xiàn)精密冷補(bǔ)的種新型焊補(bǔ)技術(shù)。-108-類激光高能脈沖精密冷補(bǔ)技術(shù)類激光高能脈沖精密冷補(bǔ)技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)4.6綠色制造技術(shù)最大功率可達(dá)40kW；冷補(bǔ)層致密，修復(fù)成形好；冷補(bǔ)層厚度大、強(qiáng)度高；不起泡、不易產(chǎn)生裂紋;冷補(bǔ)效果可與電子束焊、激光焊相媲美。優(yōu)點(diǎn):