第二節(jié) 精密成型技術課件

1、第一節(jié) 概述第二節(jié) 精密成型技術第三節(jié) 超精密加工技術第四節(jié) 超高速加工技術第三章第三章 先進制造工藝技術先進制造工藝技術( (一一) )第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n機械制造工藝的定義機械制造工藝的定義n將各種原材料通過改變其形狀、尺寸、性能或相對位置，使之成將各種原材料通過改變其形狀、尺寸、性能或相對位置，使之成為成品或半成品的方法和過程。為成品或半成品的方法和過程。n機械制造工藝一般分為三個階段機械制造工藝一般分為三個階段n(1)(1)零件毛坯的成形準備階段零件毛坯的成形準備階段n包括原材料切割、焊接、鑄造、鍛壓加工成形等；包括原材料切割、焊接、鑄造、鍛壓

2、加工成形等；n(2)(2)機械切削加工階段機械切削加工階段n包括車削、鉆削、銑削、刨削、鏜削、磨削加工等；包括車削、鉆削、銑削、刨削、鏜削、磨削加工等；n(3)(3)表面改性處理階段表面改性處理階段n包括熱處理、電鍍、化學鍍、熱噴涂、涂裝等。包括熱處理、電鍍、化學鍍、熱噴涂、涂裝等。第一節(jié)第一節(jié) 先進制造工藝概況先進制造工藝概況上述階段劃分逐漸模糊、交叉，甚至合而為一上述階段劃分逐漸模糊、交叉，甚至合而為一第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）機械制造工藝流程第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）先進制造工藝的定義先進制造工藝的定義先進制造工藝是在傳

3、統(tǒng)的機械制造工藝基礎上，先進制造工藝是在傳統(tǒng)的機械制造工藝基礎上，不斷不斷吸收吸收機械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管機械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理技術等各個方便的理技術等各個方便的技術成果技術成果，并將它們有機，并將它們有機結合結合起來，綜合起來，綜合應用于產(chǎn)品設計、制造、銷售、服務等應用于產(chǎn)品設計、制造、銷售、服務等過程過程的制造工藝技術，是先進制造技術的的制造工藝技術，是先進制造技術的核心和基核心和基礎礎第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）制造加工精度不斷提高制造加工精度不斷提高 18世紀，其加工精度為1mm； 19世紀末，0.05mm； 20世紀初，m級

4、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。切削加工速度迅速提高切削加工速度迅速提高 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， 一千至數(shù)千米/min。先進制造工藝的發(fā)展趨勢先進制造工藝的發(fā)展趨勢第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）切削速度隨刀具材料的變更而提高第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一） 新型工程材料的應用推動

5、了制造工藝的進步和變革新型工程材料的應用推動了制造工藝的進步和變革類型：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。 自動化和數(shù)字化工藝裝備的發(fā)展提高了機械加工的效自動化和數(shù)字化工藝裝備的發(fā)展提高了機械加工的效率率 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 第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）零件毛坯成型在向少、無余量發(fā)展零件毛坯成型在向少、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。優(yōu)質(zhì)清潔表面工程技術得到進一步的發(fā)展優(yōu)質(zhì)清潔表面工程技術得到

6、進一步的發(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)、化學成分和組織結構，以獲取與基體材料不同性能的一項應用技術。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。第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術的分類先進制造工藝技術的分類 精密成型技術 超精密加工技術 高速與超高速加工技術 微細加工技術 表面工程技術 快速原型制造技術14:22第二節(jié)第二節(jié) 精密成型技術精密成型技術n快速原型制造技術 1 n粉末冶金n精密鑄造n精密鍛造n精密沖裁n精密焊接精密成型技術概念精密成型技術概念 精

7、密成型技術，也稱為近凈成型技術或凈成型技術，是指零件成型后，僅需少量加工或不再加工就可以用做機械構件的一種成型技術。第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）3.2.1 3.2.1 粉末冶金粉末冶金 粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與非金粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結，制取具有所屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結，制取具有所需形狀和性能的金屬材料以及各種類型制品的工藝技術。需形狀和性能的金屬材料以及各種類型制品的工藝技術。 具有獨特的化學組具有獨特的化學組成和機械、物理性能成和機械、物理性能 ！這些性能

8、是用傳統(tǒng)的這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無法獲得的！熔鑄方法無法獲得的！含油軸承、含油軸承、齒輪、凸輪、導齒輪、凸輪、導桿、刀具等桿、刀具等第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）粉末冶金優(yōu)點：粉末冶金優(yōu)點：（1 1）材料利用率高。）材料利用率高?？杀瘸Ｒ?guī)加工減少50%左右的能力消耗（2 2）設計自由度高。）設計自由度高。 可根據(jù)零件的使用條件設計材料的成分，富裕制品特有的組織結構，使其具有優(yōu)異的性能。（3 3）制備某些特殊性能的結構材料和功能材料。）制備某些特殊性能的結構材料和功能材料。（4 4）節(jié)能、節(jié)材、高效省時。）節(jié)能、節(jié)材、高效省時。是一種無切削或少切削、高效省時的新

9、技術第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一） 粉末冶金材料的應用與分類，主要有粉末冶金材料的應用與分類，主要有：粉末冶金多孔材料粉末冶金多孔材料粉末冶金減摩材料粉末冶金減摩材料粉末冶金結零件粉末冶金結零件粉末冶金模具材料粉末冶金模具材料粉末冶金電磁材料粉末冶金電磁材料粉末冶金粉末冶金高溫材料粉末冶金高溫材料第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）粉末冶金工藝流程粉末冶金粉料制備與壓制成型燒結后處理第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）粉末冶金工藝流程第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）制粉方法第第3 3章章

10、先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）請看粉末冶金加工過程。第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n普通砂型鑄造3.2.2 3.2.2 精密鑄造精密鑄造消失模鑄造第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n生產(chǎn)原理n泡沫塑料模型或石蠟制作成鑄造模樣；n在模型上涂刷特制涂料，待干燥后放入砂箱；n填入不含水分及粘結劑的干砂，經(jīng)振實，抽真空后澆鑄；n泡沫或石蠟模型氣化消耗被金屬置換，復制出與模樣相同的鑄件。消失模鑄造第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n 金屬液的充型過程n消失模鑄件是由液體金屬將模樣消失掉，金屬液取代模樣原來占據(jù)

11、的空間而成形；n金屬液流動前沿消失模的熱解產(chǎn)物經(jīng)涂料及干砂排出；消失模鑄造第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n優(yōu)越性n無需取模、無分型面，無泥芯，因此無飛邊毛刺，無拔模斜度，故尺寸精度和表面粗糙度較高；同時方便了鑄件結構的設計。n因為填充砂采用干砂，型砂中無粘結劑以及其它附加物，減少了由此帶來的缺陷，鑄件廢品率顯著下降；同時簡化了砂處理工序。消失模鑄造第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n 壓力鑄造工藝壓力鑄造第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n生產(chǎn)原理n屬于金屬型鑄造，用金屬材料制作鑄型；n熔融的金屬在高的壓力(幾兆

12、帕幾十兆帕)下，在極短的時間(充填時間一般為0.010.21秒)內(nèi)，以極高的速度(充填速度一般為0.550m/s)充填模具的型腔內(nèi)；n充型完成后，持續(xù)地施以高壓使之在壓力下凝固、結晶。壓力鑄造第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n液體充型特點n壓鑄過程中，液態(tài)金屬被壓力所推動，在壓力下凝固，高壓高速填充壓鑄型是壓鑄的最大特點。液體金屬在壓鑄模型腔中的流動也與砂型鑄造有本質(zhì)不同；n弗洛梅爾理論：1925年提出的壓鑄型腔內(nèi)金屬流動理論壓力鑄造第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n鑄造特點n可以制得薄壁、形狀復雜且輪廓清晰的鑄件n鑄件壁厚范圍16mm；

13、n生產(chǎn)效率高n一次操作循環(huán)時間約5s3min，一般多為300件/min；n鑄件具有較好的力學性能n由于鑄件在金屬型中壓力作用下凝固，所以晶粒細小、組織致密、制件的強度較高；n由于激冷造成鑄件表面硬化，形成約0.30.5mm硬化層n鑄件精度高、表面光潔n加工余量0.20.5mm，表面粗糙度在Ra3.2m；n能直接壓鑄出螺紋、線條、文字、圖案等；壓力鑄造第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）3.2.33.2.3精密鍛造精密鍛造n精密鍛造定義n精密鍛造工藝方法第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）精密鍛造的基本概念精密鍛造的基本概念n定義：零件鍛造成型后，

14、只需少量加工或不再加工即符合零件要求的成型技術。精密鍛造的藝方法精密鍛造的藝方法n1 冷精鍛工藝；n2 熱精鍛工藝；n3 溫精鍛工藝；n4 復合精鍛工藝；n5 等溫精鍛工藝第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）平鍛機螺旋壓力機第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）模鍛水壓機第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）機械零件中很多承力件、保安件、傳動件都采用了熱鍛成型工藝。需要制造精密鍛模、無氧化或少氧化加熱和冷卻手段。通常用于齒輪、渦輪扭曲葉片、航空零件、電氣零件等。請看視頻請看視頻第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝

15、技術（一）3.2.43.2.4精密沖裁精密沖裁n精密沖裁：使板料沖裁區(qū)處于特殊應力狀態(tài)，獲得精確尺寸和光潔剪切面（可直接做工作面，不需要再切削加工）的沖裁方法。 第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）精密沖裁技術工藝過程精密沖裁技術工藝過程第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）3.2.53.2.5精密焊接精密焊接n精密焊接的定義n精密焊接的分類第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）精密焊接定義n精密焊接是根據(jù)焊接對象的不同，選擇適當?shù)暮附臃椒ê涂刂萍夹g，對焊接過程進行精確控制，獲得預期的接頭性能和焊接精度的成型制造技術。 第第3

16、 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）焊接分類第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）3.2.6 3.2.6 快速原型制造技術快速原型制造技術n快速原型技術的概述n快速原型技術的原理n快速原型技術的特點n快速原型技術的應用第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）快速原型技術的概述n快速原型制造的產(chǎn)生nRapid Prototyping Manufacturing, RPMn采用堆積成形堆積成形的方法，把材料有序地合并堆積起來，制造出產(chǎn)品的物理原型(樣機、樣件)；n20世紀80年代末在美國美國問世，很快完成數(shù)種RPM工藝技術的研究、開發(fā)與商

17、品化過程；日本、西歐等國也迅速進入這一領域n快速原型制造技術快速發(fā)展的原因n新產(chǎn)品開發(fā)中只有虛擬樣機往往不夠，需要物理樣機物理樣機；nRPM技術直接制造出產(chǎn)品樣品，一般只需傳統(tǒng)加工方法3050%3050%時間、2035%2035%成本，雖然材質(zhì)方面可能有所差異，但形狀幾乎完全一樣形狀幾乎完全一樣；nRPM技術有人稱其為：繼數(shù)控技術之后的制造領域又一場技術革命；第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）快速原型技術的概述n快速原型/零件制造（RPMRapid Prototyping/Parts Manufacturing） 技術是綜合集CAD技術、數(shù)控技術、電子技術、激光技術等

18、先進技術于一體，能夠?qū)崿F(xiàn)從零件設計到三維實體原型制造的一體化的系統(tǒng)技術。第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）快速原型技術的原理RPM技術是將計算機內(nèi)的三維實體模型進行分層切片得到各層截面的輪廓，計算機根據(jù)該數(shù)據(jù)信息控制激光器有選擇性地切割一層又一層的 片狀材料，形成一系列具有微小厚度的片狀薄層，再采用粘結、聚合、熔結、焊接或化學反應等手段使其逐層堆積成三維實體，從而制造出所設計的三維模型或樣件。構造三維模型切片處理激光燒結或噴射產(chǎn)品零件表面處理三維實體第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n采用離散/堆積的原理來制造零件；n離散離散：將三維CAD模

19、型沿某一方向(常取Z向)切成許多層面，即分層；虛擬虛擬n堆積堆積：在分層信息控制下順序加工各片層并層層結合，堆積出三維零件；實物實物每一層之厚度可以任意指定第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）快速原型技術的特點n制造快速性、高柔性和技術高集成性n自由成型制造n材料和應用的廣泛性、低制造成本第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n(1)光敏液相固化技術nSLA，Stereolithgraphy APPARATUSn(2)分層實體制造技術nLOM，Laminated Object Manufacturingn(3)選擇性激光燒結技術nSLS，Selec

20、tive Laser Sinteringn(4)熔融沉積成型技術n FDM，F(xiàn)used Deposition Modelingn（5）三維打印機技術n3DP，Three Dimensional Printing典型的RPM工藝方法第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n(1)光敏液相固化技術n又稱為立體印刷立體印刷和立體光刻；n原理n液槽中盛滿液態(tài)光固化樹脂液態(tài)光固化樹脂， 在紫外光照射紫外光照射下產(chǎn)生固化固化；n聚焦后的激光束或紫外光光點按計算機的指令逐點掃描按計算機的指令逐點掃描，被照射的地方固化被照射的地方固化，未被照射的地方仍然是液態(tài)樹脂；n升降臺下降一個層片厚度

21、，進行第二層掃描；n重復上述過程，直到三維零件制作完成。n特點n可成形任意復雜形狀的零件，成形精度高可達0.01mmn光敏樹脂有一定毒性，不符合綠色制造趨勢。(1)光敏液相固化技術第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n(1)光敏液相固化法n設備視頻第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n原理：利用背面帶有粘膠背面帶有粘膠的箔材或紙材通過相互粘結成形；n單面涂有熱熔膠的紙卷套在紙輥上，并由伺服電機帶動；n工作臺上升至與紙面接觸，熱壓輥沿紙面滾壓并加熱，粘接；n用CO2激光切割激光切割該層輪廓，并將輪廓外的余料切碎；n重復上述過程，直到加工完畢，最后剝

22、離切碎部分。(2)分層實體制造技術第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n特點n生成的”紙質(zhì)模樣產(chǎn)品”，性能類似硬木或塑料；n適宜辦公室環(huán)境使用；n廢料剝離費時。(2)分層實體制造技術請看視頻第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n原理n用激光束激光束對可熔性粉末可熔性粉末在計算機控制下有選擇地進行燒結燒結，固化成實體零件；n每次鋪一層很薄的可熔性粉末，用CO2激光掃描燒結；n常用材料常用材料為尼龍、塑料、陶瓷和金屬粉末。n特點n取材廣泛。(3)選擇性激光燒結技術第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）(3)選擇性激光燒結技術視頻

23、第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n原理n噴頭在計算機控制下作平面掃描及Z向運動；n噴頭擠出一束非常細的熱熔塑料絲熱熔塑料絲，由于熱熔塑料冷卻很快，形成由二維薄層輪廓堆積并粘結成的立體模型；n特點n無需激光系統(tǒng)，設備簡單，運行費用便宜n適宜辦公室環(huán)境使用。(4)熔融沉積成型技術第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）(4)熔融沉積成型技術第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n原理n噴頭在計算機控制下作平面掃描及Z向運動；n噴頭有選擇性的噴射黏合劑，粉末遇到黏合劑迅速固化黏結，沒有黏合劑的區(qū)域扔保持松散狀態(tài)。n特點n速度快，設

24、備簡單， 運行費用便宜n綠色環(huán)保的成型技術。（5）三維打印機技術第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）（5）三維打印機技術請看視頻第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）nRPRP工藝技術比較工藝技術比較第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）RPM技術的應用第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）快速原型技術的應用n1.快速模具制造;鑄造模具、電解加工、電鑄加工、壓力加工 .n2.醫(yī)學上的仿生制造RPM技術 ,例如進行顱骨修復手術時，采用RP迅速、準確地將病人顱骨的CT數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維實體模型，采用快速原形方法制作的修復件成形精度高，能十分吻合病人顱骨幾何形狀，減少固定螺釘約1/2，減少手術時間，有利于病人恢復。 第第3 3章章 先進制造工藝技術（一）先進制造工藝技術（一）n(1)快速產(chǎn)品開發(fā)n新產(chǎn)品開發(fā)中的復雜形狀零件復雜形狀零件，制造昂貴；n計算機顯示的三維模型只能進行