先进制造工艺技术课件.ppt
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1、模块四模块四 先进制造工艺技术先进制造工艺技术学习提纲学习提纲4.1 先进制造工艺技术概述先进制造工艺技术概述4.2 超高速加工技术超高速加工技术4.3 超精密加工技术超精密加工技术4.4 微细加工技术微细加工技术4.5 快速原型制造技术快速原型制造技术 4.1先进制造工艺技术概述先进制造工艺技术概述4.1.1 制造工艺的基本概念制造工艺的基本概念4.1.2 先进制造工艺的产生与发展先进制造工艺的产生与发展 4.1.3 先进制造工艺的特点先进制造工艺的特点 4.1.1制造工艺的基本概念制造工艺的基本概念 机械制造工艺机械制造工艺是将各种原材料通过改变其形状尺寸,性能或相对位置,使之成为成品或半
2、成品的方法和过程。机械制造工艺流程机械制造工艺流程是由原材料和能源的提供,毛坯和零件成形,机械加工,材料改性与处理,装配与包装,质量检测与控制等多个工艺环节组成。按照功能不同,将机械制造工艺分为三个阶段:1)零件毛坯的成形准备零件毛坯的成形准备阶段,包括原材料切割、焊接、铸造、锻压加工成形等2)机械切削加工机械切削加工阶段,包括车削、钻削、铣削、刨削、镗削、磨削加工等3)表面改性处理表面改性处理阶段,包括热处理、电镀、化学镀、热喷涂、涂装等 4.1.2先进制造工艺的产生与发展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,很大程度决定了其制造业在国际市场的竞争实力。其
3、发展体现在以下几方面:制造加工精度不断提高切削加工速度迅速提高新型工程材料的应用推动了制造工艺的进步和变革自动化和数字化工艺装备的发展提高了机械加工的效率零件毛坯成形在向少无余量发展优质清洁表面工程技术的形成和发展 高效低耗洁净灵活优质先进制造先进制造工艺的特点工艺的特点4.2超高速加工技术 4.2.1 超高速加工概述 4.2.2 超高速加工定义与特征4.2.3 超高速加工相关技术4.2.4 超高速加工的应用4.2.1超高速加工概述20世纪80年代,计算机控制的自动化技术的高速发展成为生产工程的突出特点,发达国家的数控率已达7080。随着数控技术发展,切削工时占去总工时主要部分,成为生产率的主
4、要部分。提高切削速度和进给速度,才能提高生产率,提高切削速度和进给速度,才能提高生产率,产生了超高速加工产生了超高速加工4.2.1超高速加工概述泰勒是最早研究金属切削的学者,30年代,德国物理学家Salonmon提出了著名的萨洛蒙曲线,提出了超高速切削理论。50年代,美国工程师Robert使用了具有极高切削速度的独特方法弹道切削。70年代美国海军和空军与Lockheed飞机制造公司进行合作,研究超高速铣削。另外Salonmon的超高速切削理论对超高速磨削理论也有重要启示。4.2.2超高速加工定义与特征n超高速加工技术超高速加工技术是指采用超硬材料刀具和磨具,利用能可靠实现高速运动的高精度,高自
5、动化和高柔性的制造设备,以提高切削速度来达到提高材料切除率,加工精度和加工质量的先进加工技术。n优越性:提高了加工效率和设备利用率,缩短了生产周期减少工件的热变形和内应力,提高工件的加工精度提高加工表面质量省去传统的放电加工或磨削加工切削切削的优的优越性越性高精度减少工序材料切除率高切削力低热变形小4.2.3超高速加工相关技术1.超高速切削的相关技术超高速切削的相关技术n超高速切削机床五项基本要求:适宜超高速的主轴部件快速响应的数控系统快速的进给部件动静热刚度好的机床支承部件高压大流量喷射的冷却系统和安全装置n超高速切削的刀具系统超高速切削的刀具系统n超高速切削刀具系统的特点:n刀片在刀体的定
6、位要求加紧牢固、安全,刀具与机床的联接可靠;n超高速切削加工的切削力随着切削速度的提高而降低约30%;n切削温度随着切削速度的提高而缓慢提高;n道具的磨损主要由切削温度、刀具-切屑之间和刀具-工件的相对速度决定的。n超高速切削的刀具材料n超高速切削加工要求刀具材料与被加工材料的化学亲和力要小,并且具有优异的机械性优异的机械性能能、热稳定性热稳定性、抗冲击性抗冲击性和和耐磨性耐磨性。n目前适合于超高速切削的刀具材料主要有:涂层刀具材料、技术陶瓷刀具材料、陶瓷刀具材料、立方氮化硼(CBN)刀具材料、聚晶金刚石(PCD)刀具材料等。n特点:大幅度提高磨削效率、减少设备使用台数;磨削力小,零件加工精度
7、高;降低加工工件表面的粗糙度;砂轮寿命延长;改善加工表面完整性。2.超高速磨削技术超高速磨削技术n超高速磨削的关键技术超高速磨削的关键技术n超高速主轴n超高速磨削砂轮1.结构应具有强度高强度高、抗冲击强度高抗冲击强度高、耐热性好耐热性好、微破碎性好微破碎性好、杂质含量低杂质含量低等等优点2.砂轮的修整:整形整形和修锐修锐n超高速磨削的磨削液及其注入系统1.磨削液分类:油基磨削液油基磨削液和水基磨削液水基磨削液2.常用注入方法:手工供液法、浇注法、高压喷射法、利用开槽砂轮法等4.2.4超高速加工的应用n超高速切削加工主要用于汽车工业大批生产,难加工材料,超精密微细切削,复杂曲面加工等领域。n航空
8、工业的应用,飞机制造直接采用毛坯高速切削加工,从而降低飞机重量。n在汽车制造业为了满足市场个性化需求而由大批量生产逐步转向为多品种变批量生产,由柔性生成线代替了组合机床刚性生产线,高速的加工中心将柔性生产的效率提高到组合机床生产线的水平。n模具制造业是高速加工技术的主要受益者。高速加工技术在模具行业的应用,无论是在减少加工准备时间,缩短工艺流程,还是缩短切削加工时间方面都具有极大的优势。4.3.1 超精密加工概述 4.3.2 超精密加工定义与特征4.3.3 超精密加工相关技术4.3.4 超精密加工的应用194.3 超精密加工技术 精密加工指在一定的发展时期,加工精度和表面质量达到较高程度的加工
9、工艺。超精密加工指的是在一定的发展时期,加工精度和表面质量达到最高程度的加工工艺。204.3.1超精密加工概述n几种典型精密零件的加工精度n超精密加工涉及的技术领域包括:超精密加工机理超精密加工的刀具,磨具及其制备技术超精密加工机床设备超精密测量及补偿技术严格的工作环境n超精密加工的发展4.3.2超精密加工定义与特征n超精密加工,加工精度高于0.1um,表面粗糙度小于Ra 0.01um的加工方法,主要包括超精密超精密切削切削(车、铣)、(车、铣)、超精密磨削超精密磨削、超精密研磨超精密研磨以及超精密特种加工超精密特种加工。n超精密加工方法分类:根据加工过程材料重量的增减分为:去除加工去除加工、
10、结合加工结合加工、变型加工变型加工 根据机理和能力性质分为力学加工力学加工、物理加工物理加工、化学与电化学加工化学与电化学加工和和负荷加工负荷加工超精密加工方法分类:超精密加工方法分类:n超精密加工特点净化加工原则;微量切削机理;形成综合制造工艺;与自动化技术联系密切;加工与检测一体化;特种加工与复合加工方法应用越来越多。4.3.3超精密加工相关技术n1超精密切削加工超精密切削加工p刀具的性能:极高的硬度、耐用度和弹性模量,刃口锋锐,刀刃无缺陷,与工件抗黏结性好、化学亲和性低、摩擦系数低p金刚石刀具的特性:硬度高,锋锐刃口无缺陷,热化学性能优越导热性好,耐磨性好刀刃强度高p刀刃形状对加工质量的
11、影响p刀刃半径对加工质量的影响2超精密磨削加工超精密磨削加工p超精密磨削砂轮p砂轮的修整p磨削速度和磨削液n3超精密研磨、抛光加工超精密研磨、抛光加工n4超精密特种加工超精密特种加工n激光束加工原理,特点,基本设备n电子束加工原理,特点,基本设备n离子束加工原理,特点,基本设备n5机床设备机床设备n特征:特征:高精度高精度、高刚度高刚度、高稳定性高稳定性、高自动化高自动化n精密主轴部件n精密导轨n微量进给装置n6.加工环境加工环境n净化的空气环境n恒定的温度环境n较好的抗振动干扰环境4.3.4超精密加工的应用更高效率,更高精度大型化,微型化加工检测一体化机床向多功能模块化方向发展新原理、新方法
12、、新材料的不断发展4.4微细加工技术4.4.1微机械概述 4.4.2微细加工概述4.4.3微细加工相关技术4.4.4微细加工的发展与趋势4.4.1 微机械概述n微型机械的概念由Richard PF于1959年提出,第一个硅微型压力传感器于1962年问世。n1994年美国国防部将MEMS列为关键技术。德国首创的LIGA为MEMS的发展提供了新的技术手段。微机械按照尺寸特征分为:110mm的微小机械;1um1mm的微机械;1nm1um的纳米机械。n制造微机械常用的微细加工,又可以分为:微米级微细加工,亚微米级微细加工和纳米级微细加工等微机械微机械的基本的基本特征特征体积小,体积小,精度高,精度高,
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