先进制造工艺技术PPT学习教案

1、会计学1性与处理、装配与包装、质性与处理、装配与包装、质量检测与控制等多个工艺环量检测与控制等多个工艺环节组成节组成第1页/共97页n理、电镀、化学镀、热喷涂、理、电镀、化学镀、热喷涂、涂装等涂装等第2页/共97页械制造加工精度提高了械制造加工精度提高了12个个数量级，达到数量级，达到lOnm的精度水平的精度水平第3页/共97页第4页/共97页电子束加工、离子束加工和激电子束加工、离子束加工和激光加工等光加工等第5页/共97页程和工艺参数得到实时的优化，程和工艺参数得到实时的优化，大大提高了加工制造的效率和大大提高了加工制造的效率和质量质量第6页/共97页磨削后即可参与装配磨削后即可参与装配出

2、现了熔模精密铸造、精密锻出现了熔模精密铸造、精密锻造、精密冲裁、冷温挤压、精造、精密冲裁、冷温挤压、精密焊接和精密切割等新工艺密焊接和精密切割等新工艺第7页/共97页气象沉积、热喷涂、化学热处气象沉积、热喷涂、化学热处理、激光表面处理、离子注入理、激光表面处理、离子注入等一系列先进表面处理技术等一系列先进表面处理技术第8页/共97页可极大地提高可极大地提高劳动生产率，劳动生产率，大大降低了操大大降低了操作者的劳动强作者的劳动强度和生产成本度和生产成本过程不污染环过程不污染环境，符合日益境，符合日益增长的环境保增长的环境保护要求护要求第9页/共97页第10页/共97页Salomon提出的切削速度

3、与切削温度曲线提出的切削速度与切削温度曲线 超高速切削概念示意图超高速切削概念示意图 第11页/共97页技术技术第12页/共97页不同加工工艺的切削速度范围不同加工工艺的切削速度范围 各种材料的切削速度范围各种材料的切削速度范围 第13页/共97页第14页/共97页控制技术等控制技术等第15页/共97页第16页/共97页第17页/共97页第18页/共97页n减少后续加工工序减少后续加工工序n良好的技术经济效益良好的技术经济效益第19页/共97页件件高压大流量喷射的冷却系统和安高压大流量喷射的冷却系统和安全装置全装置第20页/共97页超高速电主轴结构超高速电主轴结构 第21页/共97页承、气浮轴

4、承、液体静压轴承和承、气浮轴承、液体静压轴承和磁浮轴承几种形式磁浮轴承几种形式第22页/共97页而不是逐点跟踪，少转折点、而不是逐点跟踪，少转折点、无尖转点无尖转点程序算法应保证高精度；碰到程序算法应保证高精度；碰到干扰能迅速调整，保持合理的干扰能迅速调整，保持合理的进给速度，避免刀具振动等进给速度，避免刀具振动等第23页/共97页度以及高的定位精度度以及高的定位精度第24页/共97页第25页/共97页零 部 件 加 工 ， 因 而 集零 部 件 加 工 ， 因 而 集 “ 三三高高”( (高速度、高精度、高刚度高速度、高精度、高刚度) )于一身就成为超高速加工机床于一身就成为超高速加工机床的

5、最主要特征的最主要特征第26页/共97页第27页/共97页第28页/共97页第29页/共97页m/s) ) 的高速磨削称为的高速磨削称为超高速超高速磨削磨削（Super-High Speed Grinding 或或Ultra-High Speed Grinding）第30页/共97页第31页/共97页机电动平衡系统机电动平衡系统 第32页/共97页高速砂轮的结构和形状优化高速砂轮的结构和形状优化 第33页/共97页常用的整形方法有车削法、磨削常用的整形方法有车削法、磨削法、金刚石滚轮法，电火花和激法、金刚石滚轮法，电火花和激光法等新的整形法也正在研究中光法等新的整形法也正在研究中第34页/共9

6、7页法、空气挡板辅助截断气流法、法、空气挡板辅助截断气流法、砂轮内冷却法、利用开槽砂轮砂轮内冷却法、利用开槽砂轮法等。为提高冷却润滑效果，法等。为提高冷却润滑效果，通常将多种方法综合使用通常将多种方法综合使用第35页/共97页第36页/共97页第37页/共97页第38页/共97页第39页/共97页第40页/共97页第41页/共97页n与工件材料的抗粘结性好、化与工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦因数低学亲和性小、摩擦因数低，能，能得到极好的加工表面完整性得到极好的加工表面完整性第42页/共97页第43页/共97页n刀刃锋锐度越好，切削表面层的刀刃锋锐度越好，切削表面层的冷硬现象和组织位错

7、现象越小冷硬现象和组织位错现象越小刀刃锋锐度越好，刀刃锋锐度越好，加工表面残留加工表面残留应力越小应力越小第44页/共97页n砂带磨削，以及研磨、珩磨砂带磨削，以及研磨、珩磨和抛光等加工方法和抛光等加工方法0.1 m0.025aRm第45页/共97页第46页/共97页第47页/共97页第48页/共97页制砂轮的运动参数，使砂轮获制砂轮的运动参数，使砂轮获得精确的几何形状，达到整形得精确的几何形状，达到整形的目的的目的第49页/共97页第50页/共97页剂擦抹在抛光器上对工件进行剂擦抹在抛光器上对工件进行抛光加工抛光加工第51页/共97页固体激光器的结构示意固体激光器的结构示意图图 第52页/共

8、97页量密度较低的电子束轰击高分量密度较低的电子束轰击高分子材料，使它的分子链切断或子材料，使它的分子链切断或重新聚合，从而使高分子材料重新聚合，从而使高分子材料的化学性质和分子量产生变化，的化学性质和分子量产生变化，进行加工进行加工第53页/共97页、用注入效应的用注入效应的离子注入离子注入。前两。前两种属于成形加工，后两种属于种属于成形加工，后两种属于特殊表面层制备特殊表面层制备第54页/共97页典型液体静压轴承主轴结构原理图典型液体静压轴承主轴结构原理图 第55页/共97页于零的特点，在超精密机床中于零的特点，在超精密机床中得到广泛的使用得到广泛的使用第56页/共97页压电陶瓷式等多种结

9、构形式压电陶瓷式等多种结构形式m第57页/共97页第58页/共97页1mm的微机械；的微机械；1nm1的纳米机械的纳米机械mm第59页/共97页第60页/共97页加工、微装配与封装、集成技术、加工、微装配与封装、集成技术、微测量、微能源、微系统控制等微测量、微能源、微系统控制等第61页/共97页第62页/共97页fabrication工工( (nano-Micro- fabrication) )等等第63页/共97页第64页/共97页n设备、制造环境、材料选择设备、制造环境、材料选择与处理、测量方法和仪器等与处理、测量方法和仪器等方面都有其特殊要求方面都有其特殊要求第65页/共97页微细切削加

10、工微细切削加工适合所有金属、适合所有金属、塑料及工程陶塑料及工程陶瓷材料，切削瓷材料，切削方式有车削、方式有车削、铣削、钻削等铣削、钻削等微型超精密加工机床微型超精密加工机床结构示意图结构示意图 第66页/共97页质材料。光致抗蚀剂俗称光刻胶或感质材料。光致抗蚀剂俗称光刻胶或感光剂，是一种经光照后能发生交联、光剂，是一种经光照后能发生交联、分解或聚合等光学反应的高分子溶液分解或聚合等光学反应的高分子溶液第67页/共97页就完成了它的作用，此时要设法就完成了它的作用，此时要设法将这层无用的胶膜去除将这层无用的胶膜去除扩散扩散，即向需要杂质的部分扩散，即向需要杂质的部分扩散杂质，以完成整个光刻加工

11、过程杂质，以完成整个光刻加工过程2SiO2SiO第68页/共97页蚀技术。它是一种在特定方向上刻蚀技术。它是一种在特定方向上刻蚀速度大，其它方向上几乎不发生蚀速度大，其它方向上几乎不发生刻蚀加工方法刻蚀加工方法第69页/共97页的准的准LIGALIGA技术，它是用紫外光源代技术，它是用紫外光源代替同步辐射源，虽然不具备和替同步辐射源，虽然不具备和LIGALIGA技术相当的深度或宽深比。但是，技术相当的深度或宽深比。但是，它涉及的是常规的设备和加工技术，它涉及的是常规的设备和加工技术，这些技术更容易实现这些技术更容易实现第70页/共97页由单件向批量生产发展，加工方式从由单件向批量生产发展，加工

12、方式从手工操作向自动化发展手工操作向自动化发展加快微细加工的机理研究。加快微细加工的机理研究。建立微观建立微观世界的数学模型、力学模型和分析方世界的数学模型、力学模型和分析方法，奠定微机械的基础理论法，奠定微机械的基础理论第71页/共97页第72页/共97页美国、日本及欧洲发达国家已将快速成形技术应用于航空、宇航、汽车、通讯、医疗、电子、家电、玩具、军事装备、工业造型(雕刻)、建筑模型、机械行业等。第73页/共97页采用在原始材料上通过不同的方法去除一部分多余的材料，从而达到设计所要求的形状、尺寸和公差。这种成形方法称为去除成形（Dislodge Forming）方法第74页/共97页冶金、挤

13、压、注塑、吹塑等。第75页/共97页率高，在制造过程中不产生力，能量消耗较低。该工艺方法经不断发展和完善，形成了目前各式各样的快速制造方法。快速成形（Rapid Prototyping , RP）技术是当今世界上飞速发展的制造技术之一，它是用材料逐层逐点堆积出零件的一种快速制造方法。第76页/共97页第77页/共97页据每个层片的轮廓据每个层片的轮廓信息，进行工艺规信息，进行工艺规划，选择合适成形划，选择合适成形参数，自动生成数参数，自动生成数控代码。控代码。n快速堆积成形快速堆积成形快快速成形系统根据切速成形系统根据切片的轮廓和厚度要片的轮廓和厚度要求，用片材、丝材、求，用片材、丝材、液体或

14、粉末材料制液体或粉末材料制成所要求的薄片，成所要求的薄片，通过一片片的堆积，通过一片片的堆积，最终完成三维形体最终完成三维形体原型的制备。原型的制备。CAD模型数据文件分层切片后续处理所有层片均处理完毕层片信息处理层片制造与连接离散过程在计算机中进行离散处理堆积过程在成形机中进行层片堆积图3-23 RPM的工艺流程第78页/共97页第79页/共97页风险,无需预测几年后市场的动态第80页/共97页生长成形(Growth Forming) 第81页/共97页第82页/共97页，熔融沉积造型（Fused Deposition Modeling ,FDM）三维打印制造（Three Dimension

15、al Printing,3DP）焊接成形（Welding Forming）其他技术第83页/共97页图3-24 LOM工艺原理图 第84页/共97页部分。SLS的优点有：材料丰富，理论上可采用任何加热时粘度降低的粉末材料；工艺简单；制造精度高；制造成本低可制作复杂形状零件。缺点是成形速度较慢，由于粉末铺层密度低会导致精度较低和强度较低。图3-25 SLS工艺原理图 第85页/共97页描，使盛于容器内的液态光敏树脂逐层固化并粘结在一起。SLA特点：可成形任意复杂形状的零件；成形精度高；材料利用率高，性能可靠。SLA法工艺适用于产品外形评估、功能试验、快速制造电极和各种快速经济模具；不足之处是所需

16、设备及材料价格昂贵，光敏树脂有一定毒性，不符合绿色制造趋势。图3-26 SLA工艺原理图第86页/共97页过喷嘴挤出, 挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动, 挤出半流动的热塑材料沉积固化成精确的实际部件薄层, 覆盖于已建造的零件之上, 并迅速凝固, 形成一层材料。FDM的特点：FDM工艺无需激光系统，因而设备简单，运行费用便宜，尺寸精度高，表面光洁度好，特别适合薄壁零件；但需要支撑，这是其不足之处。图3-27 FDM工艺原理图 第87页/共97页型和样件。这样就可进行设计评定，迅速地取得用户对设计的反馈意见。同时也有利于产品制造者加深对产品的理解，合理地确定生产方式、工艺流程。与传统模型制造相比，快速成型方法速度快，能够随时通过CAD进行修改与再验证，使设计走向尽善尽美。采用RPM快速产品开发技术可减少产品开发成本3070，缩短开发周期50。如德国一公司开发光学照相机机体，采用RPM技术从CAD建模到原型制作仅需35天时间，耗费5000马克；而用传统的方法则至少需一个月，耗费3万马克。第88页/共97页第89页/共97页第90页/共97页