先進(jìn)的裝配連接技術(shù)

1、先進(jìn)的裝配連接技術(shù)英文名稱： Advanced assembly & join technology相關(guān)技術(shù)：總體設(shè)計(jì)技術(shù)；自動(dòng)化技術(shù)；計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)；熱處理技術(shù)分類：制造；機(jī)械連接；裝配連接；定義與概念：先進(jìn)的裝配連接技術(shù)指的是采用先進(jìn)的機(jī)械方法、膠粘劑及熱能或壓力使工件及部件按要求準(zhǔn)確定位并結(jié)合在一起的方法。國外概況：在飛機(jī)制造中，裝配連接質(zhì)量直接影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)抗疲勞性能與可* 性，高性能航空器連接結(jié)構(gòu)必須采用先進(jìn)的連接技術(shù)，如先進(jìn)焊接技術(shù)、膠接技術(shù)、 擴(kuò)散連接技術(shù)以及先進(jìn)的機(jī)械連接技術(shù)。 目前國外在裝配連接技術(shù)上使用了激光輔助定位、計(jì)算機(jī)輔助光學(xué)經(jīng)緯儀系統(tǒng)進(jìn)行裝配對接、 應(yīng)用計(jì)算機(jī)

2、輔助鉆削系統(tǒng)并采用機(jī)器人化的裝配單元大大提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)抗疲勞性能， 減少了操作人員數(shù)目，延長飛機(jī)的使用壽命。其主要的連接技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1 、自動(dòng)鉆鉚技術(shù)自動(dòng)鉆鉚技術(shù)并不是一項(xiàng)新技術(shù)，但其發(fā)展一直未曾間斷。國外目前現(xiàn)役軍、民用飛機(jī)的自動(dòng)鉆鉚系數(shù)分別達(dá)到17% 和 75% 以上，大量采用無頭鉚釘干涉配合技術(shù)，新型緊固件有無頭和冠頭鉚釘、鈦環(huán)槽釘、 高鎖螺栓、 錐形螺栓以及各種單面抽釘?shù)龋?0% 鉚接和 100%的不可卸傳剪螺栓連接均采用干涉配合，而且孔壁還要進(jìn)行強(qiáng)化。自動(dòng)鉆鉚技術(shù)從70 年代起就在國外普遍采用， 如波音民機(jī)的壁板機(jī)鉚系統(tǒng)已達(dá)60%-75%，麥道軍機(jī)也已達(dá)17.5%

3、，但是真正的全自動(dòng)鉆鉚還需要解決工件定位和校平問題。近年來， 鉚接正向機(jī)器人和包含機(jī)器人視覺系統(tǒng)、 大型龍門式機(jī)器人、 專用柔性工藝裝備、全自動(dòng)鉆鉚機(jī)和坐標(biāo)測量機(jī)組成的柔性自動(dòng)化裝配系統(tǒng)發(fā)展。如B767 、 B777 采用了翼梁自動(dòng)裝配系統(tǒng)，提高效率14 倍，費(fèi)用降低 90% ，廢品率降低 50% 。而且由于進(jìn)一步的改進(jìn)使鉆鉚工具能夠到達(dá)以前難以達(dá)到的部位。如通過采用特制的緊固件，只在部件的單邊需要工具，與通常的C 型機(jī)在部件兩邊進(jìn)行連接有所不同， 克服了工具難以到達(dá)部位所產(chǎn)生的問題。另外，軍用飛機(jī)和民用飛機(jī)在自動(dòng)連接方面有所不同，民用飛機(jī)由于部件大、 緊固件種類少較易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而軍用飛機(jī)由

4、于部件尺寸小且復(fù)雜、緊固件種類多而較難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配，如麥道軍用飛機(jī)公司的緊固件自動(dòng)化裝配程度只有大約 17.5% ，他們的努力的目標(biāo)是達(dá)到 20% 。以 F-18 為例，把一縱梁連接到四分之一板上需要三種鉚釘， 每一種鉚釘都需要重新安裝工具， 這樣在安裝工具上要花費(fèi)很多時(shí)間， 而且大多數(shù)自動(dòng)化裝配設(shè)備都是固定在車間內(nèi)的， 不僅大且不具備柔性，鑒于這種原因， 促進(jìn)了手動(dòng)鉆孔、 手動(dòng)鉚接機(jī)等工具的使用范圍。 進(jìn)一步發(fā)展的全自動(dòng)化設(shè)備（ CNC）不僅能進(jìn)行定位而且還能完成鉆孔 -安裝 -鐓粗工序，操作人員只需進(jìn)行設(shè)備管理及工藝過程監(jiān)控。一些更先進(jìn)的 CNC 設(shè)備還可編程，根據(jù)裝配件安裝區(qū)域選擇適當(dāng)

5、類型的緊固件。而以前使用的半自動(dòng)化設(shè)備只能安裝一種類型的緊固件。各個(gè)公司應(yīng)用 CNC 情況和部位有所不同。波音軍用飛機(jī)的圣·路易斯工廠計(jì)劃 1999 年在F-18E/F 機(jī)翼使用第一臺(tái)CNC 機(jī)床進(jìn)行緊固件安裝以滿足精密要求。波音民用飛機(jī)公司的大多數(shù) CNC 設(shè)備用于 757飛機(jī)結(jié)構(gòu)件和蒙皮之間的連接。目前飛機(jī)裝配面臨的主要問題是鉚釘?shù)倪M(jìn)給，較小的零件需要的鉚釘更小，有些小得很難以一定的方向安裝到孔中。例如，在雷神飛機(jī)公司使用的許多鉚釘?shù)拈L度和直徑只有3/32 英寸。雷神公司目前使用 14臺(tái)通用 C型機(jī)床和 4 臺(tái) CNC 機(jī)床用于安裝工作， 由于緊固件自動(dòng)化安裝的應(yīng)用使原來每周安裝

6、5000個(gè)速度上升到每周 100,000 個(gè)。但雷神公司使用的CNC 設(shè)備主要應(yīng)用在次裝配階段，如縱梁、隔框和蒙皮的連接。在總裝階段，即機(jī)翼和機(jī)身和尾翼的連接沒有應(yīng)用自動(dòng)化連接。據(jù)公司人員講， 在總裝中只有民用機(jī)方面用了自動(dòng)化連接。但在總裝階段采用自動(dòng)化連接也是最終發(fā)展趨勢。 歐洲的空中客車公司已經(jīng)在這方面先行一步了，美國在這方面也已做了不少的工作，波音公司的威奇托工廠已在737機(jī)身的總裝上使用了自動(dòng)化連接技術(shù)。但據(jù)GEMCOR 公司權(quán)威人士講，這種自動(dòng)化的應(yīng)用有時(shí)也會(huì)得不償失，當(dāng)進(jìn)行高層次的裝配時(shí)，結(jié)構(gòu)件會(huì)更大， 使工具進(jìn)入也就更難，因此需要更加復(fù)雜和更昂貴的自動(dòng)化設(shè)備，這時(shí)就不能僅為自動(dòng)化

7、而自動(dòng)化，而應(yīng)根據(jù)成本效益分析進(jìn)行決策。GEMCOR 公司生產(chǎn)的新型 G2000就是開發(fā)出來專門用于高層次裝配的產(chǎn)品，而且其成本又低。 該機(jī)床為 9 座標(biāo)機(jī)床， 采用了高速伺服器和一臺(tái)可視再同步系統(tǒng)，能在單機(jī)裝載下裝配180°機(jī)身部件， 鉚釘進(jìn)給系統(tǒng)可 *性達(dá) 99.9% ，該技術(shù)的開發(fā)是在發(fā)展自動(dòng)化同時(shí)考慮成本效益的一個(gè)典型例子。2 、電磁鉚接技術(shù)針對鈦合金在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上應(yīng)用范圍擴(kuò)大，而鈦合金鉚接成本效益又差等原因，電磁鉚接的使用也在逐漸擴(kuò)展，其成形機(jī)理完全不同于壓鉚，它具有許多優(yōu)點(diǎn)，由于加載速率高，鉚接時(shí)鉚釘材料各方向流動(dòng)均勻且同步，可以實(shí)現(xiàn)比較理想的干涉配合連接，主要應(yīng)用于鈦合金

8、、復(fù)合材料及厚夾層結(jié)構(gòu)的鉚接。國外應(yīng)用電磁鉚接始于70 年代初，但由于涉及到高壓的安全性問題，最初沒有受到重視。目前使用的電磁鉚接技術(shù)是由Electroimpact 公司的經(jīng)理開發(fā)的一種低壓型電磁鉚接技術(shù)。Electroimpact公司是目前世界上最大的自動(dòng)化緊固機(jī)制造商之一，該公司生產(chǎn)的E4000機(jī)翼機(jī)是一臺(tái)立式鉚接/ 栓接機(jī)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是能在一個(gè)地方完成所有的機(jī)翼裝配工作，并取消了全部的手工操作。一般的鉚接過程要把所有的部件放在一塊板上固定， 然后手工鉆孔并用臨時(shí)緊固件定位，然后把這塊板移到自動(dòng)鉚接機(jī)處，這一過程通常要用到吊車并且可能會(huì)使板件變形。而該機(jī)床本身可沿五座標(biāo)方向移動(dòng)并能把鉚釘

9、固定安裝在部件上，不需要移動(dòng)組件，并能在組件上方運(yùn)動(dòng)并安裝所有的鉚釘和鎖定螺栓。它還能安裝絞接緊固件，并且取消了所有的定位緊固件。波音公司西雅圖工廠裝配機(jī)翼大梁的兩個(gè)自動(dòng)化單元床身上安裝著由美國Electroimpact公司研制的電磁鉚接頭。該公司還自行設(shè)計(jì)和制造電容器組、控制器、 有關(guān)的電子器件并編寫相應(yīng)的應(yīng)用軟件。在電磁鉚接理論方面美國的研究人員做了大量工作，如他們對材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，得到了許多常用材料的合適的變形速率。研究了電容、 電感等系統(tǒng)參數(shù)對鉚接質(zhì)量的影響，以此為根據(jù)對設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，使其電流脈沖持續(xù)時(shí)間可調(diào)，以滿足不同材料的鉚接需要，從而使電磁鉚接

10、設(shè)備的柔性增大，應(yīng)用范圍更廣。但美國對這一研究成果以及鉚接設(shè)備內(nèi)部如何調(diào)整電流脈沖持續(xù)時(shí)間嚴(yán)格保密。3 、復(fù)合材料連接技術(shù)復(fù)合材料的連接一般采用膠接和共固化，由于復(fù)合材料層壓板層間強(qiáng)度低、抗沖擊能力差等原因，早期未采用干涉配合技術(shù)，到80年代研究表明復(fù)合材料結(jié)構(gòu)采用干涉配合連接有利于提高接頭強(qiáng)度。 其解決的關(guān)鍵在于如何產(chǎn)生比較理想的干涉量而不損傷復(fù)合材料。因?yàn)楦缮媪看髸?huì)對復(fù)合材料造成損傷，而干涉量小又會(huì)造成間隙配合。解決這一問題的辦法是采用應(yīng)力波鉚接技術(shù)， 即電磁鉚接技術(shù)。 這主要是因?yàn)殡姶陪T接不僅干涉量小且均勻，不會(huì)對復(fù)合材料造成傷害，電磁鉚接屬于沖擊距離為零的脈沖加載，不會(huì)產(chǎn)生附加的安裝損

11、傷。此外，值得一提的是復(fù)合材料與金屬材料的連接。這種連接要求鉆頭同時(shí)經(jīng)過兩種材料進(jìn)行鉆孔，一般情況下兩種材料需要不同的鉆頭形狀、不同的鉆頭材料以及不同的鉆孔速度才能得到滿意的結(jié)果。 由波音公司開展的先進(jìn)的機(jī)翼研究項(xiàng)目把這種連接從原來的三步簡化到一步，節(jié)約了成本。 該項(xiàng)目中的機(jī)翼為碳纖維復(fù)合材料和鈦合金結(jié)構(gòu)，其鉆孔的路徑是通過石墨環(huán)氧樹脂蒙皮進(jìn)入鈦合金梁和肋。原來采用的三個(gè)步驟是： 第一步用多晶金剛石鉆頭以高速鉆透石墨環(huán)氧層， 采用高轉(zhuǎn)速的原因是如果鉆孔的速率相對較高的話，進(jìn)給速度也快， 就會(huì)減少熱量的產(chǎn)生， 而多晶金剛石鉆頭的采用是由于埋在環(huán)氧樹脂中的石墨纖維對刀具磨損很大， 甚至碳化的鉆頭也

12、會(huì)很快被磨損，而多晶金剛石鉆頭具有抗磨損能力強(qiáng)，一把鉆頭能鉆幾千個(gè)孔； 第二步是用滲碳的鉆頭以低速穿過石墨環(huán)氧樹脂層孔對鈦合金進(jìn)行鉆孔，而鈦合金鉆孔技術(shù)與石墨環(huán)氧樹脂復(fù)合材料正好相反，其通常用碳化的鉆頭進(jìn)行鉆孔，而且鈦合金對鉆孔速度相當(dāng)敏感， 速度稍有增加就會(huì)使鉆頭壽命大大降低。這主要是由于鈦合金散熱性差且易和其它材料產(chǎn)生粘結(jié)，尤其是碳， 而多晶金剛石材料里的碳會(huì)擴(kuò)散到鈦合金中形成碳化鈦，因此尤其不能使用多晶金剛石刀具，否則會(huì)造成鉆頭壽命降低，另外，鉆頭的幾何形狀設(shè)計(jì)也很重要， 形狀設(shè)計(jì)對鉆頭壽命的影響相當(dāng)大；最后一步是用碳化的鉸孔鉆和多晶金剛石擴(kuò)孔鉆組成的一把工具按照規(guī)定尺寸進(jìn)行擴(kuò)孔，并在石

13、墨環(huán)氧樹脂表面埋孔以便和螺頭配合。 這樣采用三步的方法進(jìn)行復(fù)合材料與鈦合金的連接不僅費(fèi)時(shí)而且成本高。因此， 波音公司正在開發(fā)一種新技術(shù)來改變工藝方法，用一種新型鉆頭和一種新方法以及一道工序就可以鉆機(jī)翼上總共 8000 個(gè)孔。這種新方法要克服石墨環(huán)氧樹脂與鈦合金之間的矛盾需要大量在鉆削過程中有關(guān)鉆頭的性能。波音公司還需要描述各種鉆頭形狀、軸和進(jìn)給速率、 以及在鉆削過程中其它各種致密填料的影響的一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為此，波音公司在數(shù)據(jù)采集方面使用了 Concurrent 公司的 6450計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的16個(gè)通道，最高每秒能處理2 百萬個(gè)樣件。 運(yùn)用信號(hào)處理應(yīng)用軟件和圖形軟件包進(jìn)行

14、數(shù)據(jù)采集。圖形軟件可從 Concurrent 公司獲得。在實(shí)驗(yàn)中波音公司采用測力計(jì)測量軸向所需的能把兩種材料鉆透的推力，實(shí)驗(yàn)表明軸向推力越大，則鉆頭磨損也越嚴(yán)重。而通過收集這些設(shè)計(jì)參數(shù)，波音公司設(shè)計(jì)了一種新型鉆頭， 獲得了最大的鉆削效率， 最小的工具磨損， 并且能夠滿足軍用飛機(jī)所要求的緊公差配合。4 、膠接與焊接技術(shù)膠接結(jié)構(gòu)被廣泛地用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)，特別是用于次承力結(jié)構(gòu)，如蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的夾芯與蒙皮的膠接以及桁條、肋和加強(qiáng)件與蒙皮的膠接。金屬膠接技術(shù)被公認(rèn)為是獲得破損安全和高效結(jié)構(gòu)的低成本工藝方法，同時(shí)具有良好的密封性、抗聲振與聲疲勞特性。因此國外在軍民機(jī)上廣泛采用了金屬蜂窩膠接結(jié)構(gòu)和板-板（鋁板、

15、鈦板）膠接結(jié)構(gòu)以及層間加入芳綸、玻璃或碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合層板結(jié)構(gòu)（ARALL、GLARE、CALL 結(jié)構(gòu)）。目前正在開發(fā)鋁鋰合金板、鈦合金層間由 SIC 纖維增強(qiáng)的復(fù)合層板和高溫膠粘劑， 改進(jìn)表面制備工藝和提高結(jié)構(gòu)的耐溫和耐久性，并加緊開發(fā)研究特種功能（消音、隱形）的蜂窩膠接技術(shù)。國外所配核心設(shè)備主要是帶計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的巨形熱壓罐。國外在超塑成形/ 擴(kuò)散連接技術(shù)的適用范圍已從鈦合金、高強(qiáng)度鋁合金發(fā)展到金屬間化合物、高溫合金等難加工材料；應(yīng)用對象從次承力構(gòu)件擴(kuò)大應(yīng)用到主承力結(jié)構(gòu)件，并已實(shí)現(xiàn)專業(yè)化生產(chǎn)，構(gòu)件質(zhì)量和生產(chǎn)效率明顯提高。目前國外大鋁合金和鈦合金的SPF/DB 技術(shù)已基本成熟，目前存在的問題

16、是加工周期長、連接質(zhì)量（尤其是邊緣區(qū)域）的保證與檢測和疲勞壽命的下降（至少 10% ）。關(guān)鍵技術(shù)：先進(jìn)的裝配連接技術(shù)的難點(diǎn)在于如何正確地確定使用哪一種連接能達(dá)到效率、性能、費(fèi)用比最優(yōu)。 另外一個(gè)難點(diǎn)是如何能最大限度地控制連接過程的質(zhì)量。 針對這兩點(diǎn)進(jìn)行的前沿研究工作如下：1 、自動(dòng)鉆鉚系統(tǒng)和自動(dòng)電磁鉚接系統(tǒng)應(yīng)用研究；2 、柔性自動(dòng)裝配集成系統(tǒng)、自動(dòng)鉆鉚系統(tǒng)應(yīng)用研究；3 、計(jì)算機(jī)虛擬連接裝配技術(shù)研究；4 、超聲波焊和微波焊接技術(shù)研究；5 、精密連接技術(shù)及其自動(dòng)化、機(jī)器人柔性連接技術(shù)應(yīng)用研究；6 、膠 -鉚復(fù)合連接技術(shù)研究。應(yīng)用與影響：在航空器制造中，先進(jìn)的裝配連接技術(shù)在生產(chǎn)和質(zhì)量控制中起到關(guān)鍵的

17、作用。由于連接種類繁多， 根據(jù)裝配要求不同選擇哪一種連接方法、 其先進(jìn)程度如何直接影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)抗疲勞性能與可 * 性。具體影響體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1 、通過采用先進(jìn)的連接技術(shù)可提高航空器使用壽命，如采用干涉配合鉚接、電磁鉚接、新型緊固件、孔擠壓強(qiáng)化技術(shù)等來提高連接結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能與可 * 性，從而達(dá)到延長使用壽命的目的。2 、先進(jìn)的裝配連接技術(shù)可縮短航空武器裝配的生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。如前所述采用自動(dòng)化和半自動(dòng)化連接技術(shù)可提高工作效率十幾倍， 甚至二十幾倍， 大大減少操作人數(shù)和工作量， 而且連接質(zhì)量也有所提高， 這對大型航空器的制造商來說， 要想在激烈的市場競爭中生存必須采用的技術(shù)。3 、采

18、用先進(jìn)的連接技術(shù)可降低航空武器裝備的成本并減輕重量。采用擴(kuò)散連接、蜂窩膠接及共固化連接、高能束焊接技術(shù)不僅可節(jié)省緊固件研制生產(chǎn)費(fèi)用，而且大大減輕了重量。先進(jìn)制造領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)（ 35） 精密制造技術(shù)一、技術(shù)概述精密制造技術(shù)是指零件毛坯成形后余量小或無余量、零件毛坯加工后精度達(dá)亞微米級(jí)的生產(chǎn)技術(shù)總稱。 它是近凈成形與近無缺陷成形技術(shù)、 超精密加工技術(shù)與超高速加工技術(shù)的綜合集成。近凈成形與近無缺陷成形技術(shù)改造了傳統(tǒng)的毛坯成形技術(shù)，使機(jī)械產(chǎn)品毛坯成形實(shí)現(xiàn)由粗放到精化的轉(zhuǎn)變， 使外部質(zhì)量作到無余量或接近無余量， 內(nèi)部質(zhì)量作到無缺陷或接近無缺陷，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、輕量化、低成本的成形。該項(xiàng)技術(shù)涉及到鑄造成形

19、、塑性成形、精確連接、熱處理改性、表面改性、高精度模具等專業(yè)領(lǐng)域。超精密加工技術(shù)是指被加工零件的尺寸精度高于01 m，表面粗糙度Ra 小于 0 025 m，以及所用機(jī)床定位精度的分辨率和重復(fù)性高于 0 01m 的加工技術(shù)，亦稱之為亞微米級(jí)加工技術(shù)，且正在向納米級(jí)加工技術(shù)發(fā)展。超精密加工技術(shù)主要包括：超精密加工的機(jī)理，超精密加工的設(shè)備制造技術(shù)，超精密加工工具及刃磨技術(shù)，超精密測量技術(shù)和誤差補(bǔ)償技術(shù)，超精密加工工作環(huán)境條件。超高速加工技術(shù)是指采用超硬材料的刀具，通過極大地提高切削速度和進(jìn)給速度來提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代加工技術(shù)。超高速加工的切削速度范圍因不同的工件材料、不同的切削方

20、式而異。目前，一般認(rèn)為，超高速切削各種材料的切速范圍為：鋁合金已超過1600m/min ，鑄鐵為1500m/min ，超耐熱鎳合金達(dá)300m/min ，鈦合金達(dá)150 1000m/min ，纖維增強(qiáng)塑料為2000 9000m/min 。各種切削工藝的切削速度范圍為：車削700 7000m/min ，銑削300 6000m/min ，鉆削200 1100m/min ，磨削 250m/s 以上等等。超高速加工技術(shù)主要包括：超高速切削與磨削機(jī)理，超高速主軸單元制造技術(shù)，超高速進(jìn)給單元制造技術(shù)，超高速加工用刀具與磨具制造技術(shù)，超高速加工在線自動(dòng)檢測與控制技術(shù)等。二、現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢1 技術(shù)發(fā)展趨勢

21、近凈成形與近無缺陷成形技術(shù)在下世紀(jì)初有以下發(fā)展趨勢：（ 1）近凈成形技術(shù)生產(chǎn)的成形件精度會(huì)進(jìn)一步提高，可以做出形狀更加復(fù)雜的成形件，更加接近于凈成形。（ 2）近凈成形技術(shù)會(huì)不斷有新發(fā)展，一方面原來的工藝方法會(huì)得到不斷改進(jìn)提高，另一方面綜合利用各種成形手段會(huì)出現(xiàn)新的復(fù)合成形新工藝。（ 3）隨著新材料的出現(xiàn)，不少材料用傳統(tǒng)加工方法很難加工，從而推動(dòng)了新材料近凈成形技術(shù)的發(fā)展。（ 4）計(jì)算機(jī)的發(fā)展、非線性問題計(jì)算方法的發(fā)展，推動(dòng)了非線性有限元等技術(shù)發(fā)展，使數(shù)值模擬技術(shù)由學(xué)校、 研究單位走向工廠， 將廣泛用于成形工藝分析， 并且將由宏觀模擬進(jìn)一步向微觀的組織模擬和質(zhì)量預(yù)測方向發(fā)展。（ 5）解決自動(dòng)化大

22、批量生產(chǎn)與用戶對產(chǎn)品個(gè)性化要求的矛盾，生產(chǎn)過程的柔性化將會(huì)得到發(fā)展。（ 6）由于高效、節(jié)能、節(jié)材帶來的材料和資源的節(jié)約和有效利用、成形技術(shù)和裝備的進(jìn)步、無污染工藝材料的采用，使成形技術(shù)由污染大戶轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵣a(chǎn)技術(shù)。超精密加工技術(shù)的發(fā)展趨勢是：向更高精度、更高效率方向發(fā)展；向大型化、微型化方向發(fā)展； 向加工檢測一體化方向發(fā)展；機(jī)床向多功能模塊化方向發(fā)展；不斷探討適合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。 21 世紀(jì)初十年將是超精密加工技術(shù)達(dá)到納米加工技術(shù)的關(guān)鍵十年。在超高速加工技術(shù)中，刀具材料已從碳素鋼和合金工具鋼，經(jīng)歷高速鋼、硬質(zhì)合金鋼、陶瓷材料， 發(fā)展到人造金剛石及聚晶金剛石（ PCD）、立

23、方氮化硼及聚晶立方氮化硼（ CBN）；切削速度亦隨著刀具材料創(chuàng)新而從以前的 12m/min 提高到 1200m/min 以上。因此有人認(rèn)為，隨著新刀具（磨具）材料的不斷發(fā)展，每隔十年切削速度要提高一倍，亞音速乃至超聲速加工的出現(xiàn)不會(huì)太遙遠(yuǎn)了。2 國內(nèi)外現(xiàn)狀工業(yè)發(fā)達(dá)國家的近凈成形技術(shù)在近20 多年來有很大發(fā)展，已經(jīng)成為機(jī)械制造業(yè)主要的制造技術(shù)，在鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和表面改性方面都已占據(jù)了總產(chǎn)量的主要地位。在我國近凈成形技術(shù)在整個(gè)成形生產(chǎn)中比重還比較低，成形件精度總體平均要比國外低12 個(gè)等級(jí)，一些先進(jìn)的近凈成形技術(shù)在我國只有少數(shù)企業(yè)采用，一些復(fù)雜難成形件我國還不能生產(chǎn)，部分先進(jìn)成形設(shè)備、機(jī)

24、械手和機(jī)器人、很大一部分高水平自動(dòng)化生產(chǎn)線建線技術(shù)，我國還不能全部立足國內(nèi)，因而總體水平上要比先進(jìn)國家落后15 25 年。每一個(gè)專業(yè)方向上，國外近 20 年來都出現(xiàn)了一批新技術(shù)，有一些我們還沒有掌握，有一些雖然做了試驗(yàn)研究，還沒有用于生產(chǎn)。過去人們往往側(cè)重于單項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用研究，今天市場競爭激烈，人們?yōu)榱烁酶?jīng)濟(jì)成形零部件， 越來越多地注意到多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的綜合運(yùn)用，可以獲得更好的效果。例如利用材料超塑特性進(jìn)行焊接在航空件成形中的應(yīng)用，利用低合金成份的非調(diào)質(zhì)鋼通過控鍛控冷可以取代調(diào)質(zhì)熱處理，把鑄造和鍛壓結(jié)合起來的半固態(tài)成形，粉未燒結(jié)的坯料再經(jīng)過鍛造獲更好性能近凈形零件，都是國外發(fā)展較快應(yīng)用

25、效果好的技術(shù)。我國專家把成形輥鍛和精鍛相結(jié)合，用于汽車前梁生產(chǎn)比國外通用技術(shù)建設(shè)生產(chǎn)線，一條線就可節(jié)約上億投資。傳統(tǒng)的成形技術(shù)是建立在經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的技術(shù)，制定一個(gè)新零件成形工藝在生產(chǎn)時(shí)還要進(jìn)行大量修改調(diào)試。計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)發(fā)展，特別是非線性有限元的發(fā)展，使得難度很大的成形過程有可能進(jìn)行模擬分析和數(shù)值計(jì)算。發(fā)達(dá)國家在這方面已經(jīng)開展了大量研究工作， 并形成一些商業(yè)軟件用于成形工藝分析。我國在這方面已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，一些單位也研制了一些軟件，但由于投入不足，形成商業(yè)軟件的很少。近凈成形與近無缺陷成形技術(shù)通常用于大批量生產(chǎn)，要求企業(yè)建設(shè)不同技術(shù)水平的生產(chǎn)線，需要有相應(yīng)的機(jī)械手和機(jī)器人。由于工

26、作的條件、環(huán)境比較惡劣，對這些機(jī)器人的需要數(shù)量相對較少、品種較多，所以需要由本專業(yè)人員參與研制。當(dāng)今，人們對產(chǎn)品需求逐步提出了一些個(gè)性化要求，所以在建設(shè)自動(dòng)生產(chǎn)線時(shí)，提出了建設(shè)柔性生產(chǎn)線的要求，國外在近凈成形生產(chǎn)方面已經(jīng)出現(xiàn)了少量柔性生產(chǎn)線，我國必須注意這一動(dòng)向， 應(yīng)該根據(jù)用戶需求和投資強(qiáng)度，建設(shè)不同自動(dòng)化程度和滿足柔性化需求的生產(chǎn)線。國外企業(yè)為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，一方面加強(qiáng)質(zhì)量管理，做好生產(chǎn)全過程的質(zhì)量控制，另一方面通過生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化和智能控制，以保證近凈成形生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，能作到無缺陷或近無缺陷。在超高速加工技術(shù)方面，1976年美國的 Vought 公司研制了一臺(tái)超高速銑床，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到了

27、20000rpm 。特別引人注目的是， 聯(lián)邦德國 Darmstadt工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)工程與機(jī)床研究所從 1978 年開始系統(tǒng)地進(jìn)行超高速切削機(jī)理研究，對各種金屬和非金屬材料進(jìn)行高速切削試驗(yàn)，聯(lián)邦德國組織了幾十家企業(yè)并提供了2000 多萬馬克支持該項(xiàng)研究工作。自80 年代中后期以來， 商品化的超高速切削機(jī)床不斷出現(xiàn)，超高速機(jī)床從單一的超高速銑床發(fā)展成為超高速車銑床、鉆銑床乃至各種高速加工中心等。瑞士、英國、日本也相繼推出自己的超高速機(jī)床。日本日立精機(jī)的HG400III 型加工中心主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)36000 40000r/min，工作臺(tái)快速移動(dòng)速度為 36 40m/min。采用直線電機(jī)的美國Ingers

28、oll 公司的 HVM800 型高速加工中心進(jìn)給移動(dòng)速度為60m/min。近年來，我國在高速超高速加工的各關(guān)鍵領(lǐng)域，如大功率高速主軸單元、 高加減速直線進(jìn)給電機(jī)、陶瓷滾動(dòng)軸承等方面也進(jìn)行了較多的研究，但總體水平同國外尚有較大差距。在超精密加工技術(shù)方面，美國是開展研究最早的國家，也是迄今處于世界領(lǐng)先地位的國家。早在 50 年代末，由于航天等尖端技術(shù)發(fā)展的需要，美國首先發(fā)展了金剛石刀具的超精密切削技術(shù)， 并發(fā)展了相應(yīng)的空氣軸承主軸的超精密機(jī)床，用于加工激光核聚變反射鏡、 戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈及載人飛船用球面非球面大型零件。如美國LLL 實(shí)驗(yàn)室和 Y12工廠在美國能源部支持下，于 1983 年 7 月研制成功大

29、型超精密金剛石車床DTM 3 型，該機(jī)床可加工最大零件 2100mm 、重量 4500kg的激光核聚變用的各種金屬反射鏡、紅外裝置用零件、大型天體望遠(yuǎn)鏡（包括X 光天體望遠(yuǎn)鏡）等。該機(jī)床的加工精度可達(dá)到形狀誤差為28nm （半徑），圓度和平面度為125nm ，加工表面粗糙度為 Ra42nm 。該機(jī)床及該實(shí)驗(yàn)室1984年研制的 LODTM 大型超精密車床一起仍是現(xiàn)在世界上公認(rèn)的技術(shù)水平最高、精度最高的大型金剛石超精密車床。日本對超精密加工技術(shù)的研究相對于美、英來說起步較晚，但是當(dāng)今世界上超精密加工技術(shù)發(fā)展最快的國家。 日本的研究重點(diǎn)不同于美國， 前者是以民品應(yīng)用為主要對象，后者則是以發(fā)展國防尖端

30、技術(shù)為主要目標(biāo)。所以日本在用于聲、光、圖象、辦公設(shè)備中的小型、超小型電子和光學(xué)零件的超精密加工技術(shù)方面，是更加先進(jìn)和具有優(yōu)勢的，甚至超過了美國。我國的超精密加工技術(shù)在70 年代末期有了長足進(jìn)步， 80 年代中期出現(xiàn)了具有世界水平的超精密機(jī)床和部件。 北京機(jī)床研究所是國內(nèi)進(jìn)行超精密加工技術(shù)研究的主要單位之一，研制出了多種不同類型的超精密機(jī)床、部件和相關(guān)的高精度測試儀器等，如精度達(dá)0025m的精密軸承、 JCS 027 超精密車床、 JCS 031 超精密銑床、 JCS035 超精密車床、超精密車床數(shù)控系統(tǒng)、 復(fù)印機(jī)感光鼓加工機(jī)床、紅外大功率激光反射鏡、超精密振動(dòng)位移測微儀等，達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先、國際

31、先進(jìn)水平。航空航天工業(yè)部三零三所在超精密主軸、花崗巖坐標(biāo)測量機(jī)等方面進(jìn)行了深入研究及產(chǎn)品生產(chǎn)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)在金剛石超精密切削、金剛石刀具晶體定向和刃磨、 金剛石微粉砂輪電解在線修整技術(shù)等方面進(jìn)行了卓有成效的研究。清華大學(xué)在集成電路超精密加工設(shè)備、磁盤加工及檢測設(shè)備、 微位移工作臺(tái)、 超精密砂帶磨削和研拋、 金剛石微粉砂輪超精密磨削、非圓截面超精密切削等方面進(jìn)行了深入研究，并有相應(yīng)產(chǎn)品問世。此外中科院長春光學(xué)精密機(jī)械研究所、華中理工大學(xué)、沈陽第一機(jī)床廠、成都工具研究所、國防科技大學(xué)等都進(jìn)行了這一領(lǐng)域的研究，成績顯著。但總的來說，我國在超精密加工的效率、精度、可* 性，特別是規(guī)格（大尺寸）和技術(shù)

32、配套性方面與國外比，與生產(chǎn)實(shí)際要求比，還有相當(dāng)大的差距。3 國內(nèi)研究基礎(chǔ)在行業(yè)需要的關(guān)鍵技術(shù)方面我國已經(jīng)開展了較多單項(xiàng)研究，其中一部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但總的說難度高的復(fù)雜技術(shù)還未能掌握。三、 “十五 ”目標(biāo)及主要研究內(nèi)容1 目標(biāo)（ 1）通過科技攻關(guān)， 使近凈成形與近無缺陷成形技術(shù)主要方面趕上或接近國際先進(jìn)水平，并結(jié)合我國情況在部分技術(shù)上有發(fā)展創(chuàng)新；關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)做到成熟化、成套化、產(chǎn)業(yè)化，可以向企業(yè)提供成套技術(shù)，滿足企業(yè)技改和生產(chǎn)發(fā)展需要。（ 2 ）超高速加工基本實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)15000r/min，進(jìn)給速度達(dá)40 60m/min ，砂輪磨削速度達(dá)100 150m/s ；超精密加工基本

33、實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)加工。2 主要研究內(nèi)容（ 1）近凈成形技術(shù)研究近凈成形新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化技術(shù)含近凈成形無缺陷鑄造技術(shù)、精確塑性成形技術(shù)、優(yōu)質(zhì)高效精確連接技術(shù)、精確熱處理改性技術(shù)、優(yōu)質(zhì)高效表面改性及涂層技術(shù)、復(fù)雜高精度模具技術(shù)以及上述各項(xiàng)技術(shù)的綜合運(yùn)用。應(yīng)針對行業(yè)在下世紀(jì)重點(diǎn)需要的、復(fù)蓋面廣的技術(shù)開展研究，提供新工藝、新方法、積累、完善相關(guān)數(shù)據(jù)，并達(dá)到實(shí)用化。近凈成形工藝模擬分析和優(yōu)化技術(shù)研究解決成形工藝模擬的關(guān)鍵技術(shù)，使三維軟件程序完善化、成熟化、商品化。并且宏觀分析向微觀分析發(fā)展。成形生產(chǎn)線用機(jī)械手和機(jī)器人研究成形生產(chǎn)線所需典型機(jī)械手和機(jī)器人，使之達(dá)到系列化、成熟化，滿足企業(yè)技術(shù)改造的需要。近凈成形生產(chǎn)自動(dòng)線和柔性生產(chǎn)線建線技術(shù)以工藝為核心，研究掌握近凈成形與近無缺陷成形自動(dòng)生產(chǎn)線建設(shè)技術(shù)，側(cè)重研究掌握生產(chǎn)線控制和在線檢測， 達(dá)到根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)綱領(lǐng)