先進(jìn)制造工藝與裝備培訓(xùn)課件(共110張PPT)

1、第三章 先進(jìn)制造工藝與裝備3.1先進(jìn)成型技術(shù)3.1.1精密鑄造成型技術(shù)優(yōu)點：1）鑄件尺寸精確，少切削或無切削。2）鑄件內(nèi)部質(zhì)量好，力學(xué)性能高。3）降低金屬消耗與廢品率4）簡化工序，實現(xiàn)機械化、自動化。5）改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率。1.熔模鑄造熔模鑄造又稱失蠟法精密鑄造，是一種少切削或無切削的精密鑄造工藝，是精密鑄造行業(yè)中的一項優(yōu)異的工藝技術(shù)，其應(yīng)用非常廣泛。 所謂熔模精密鑄造工藝，簡單說就是用易熔材料（例如蠟料或塑料）制成可熔性模型（簡稱熔模或模型），在其上涂覆若干層特制的耐火涂料，經(jīng)過干燥和硬化形成一個整體型殼后，再用蒸汽或熱水從型殼中熔掉模型，然后把型殼置于砂箱中，在其四周填充干砂造型

2、，最后將鑄型放入焙燒爐中經(jīng)過高溫焙燒（如采用高強度型殼時，可不必造型而將脫模后的型殼直接焙燒），鑄型或型殼經(jīng)焙燒后，于其中澆注熔融金屬而得到鑄件。 主要特點：鑄件尺寸精度較高 鑄造復(fù)雜的鑄件。如噴氣式發(fā)動機的葉片，其流線型外廓與冷卻用內(nèi)腔，用機械加工工藝幾乎無法形成。合金不受限制，特別可以精密鑄造高溫合金鑄件。2.壓力鑄造壓力鑄造（簡稱壓鑄）的實質(zhì)是在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填壓鑄型型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。高壓、高速是壓力鑄造的重要特征。壓鑄有以下三方面優(yōu)點：1. 產(chǎn)品質(zhì)量好鑄件尺寸精度高；表面光潔度好；強度和硬度較高，強度一般比砂型鑄造提高2530，但

3、延伸率降低約70；尺寸穩(wěn)定，互換性好；可壓鑄薄壁復(fù)雜的鑄件。例如，當(dāng)前鋅合金壓鑄件最小壁厚可達(dá)0.3mm；鋁合金鑄件可達(dá)0.5mm；最小鑄出孔徑為0.7mm；最小螺距為0.75mm。2.生產(chǎn)效率高機器生產(chǎn)率高，例如國產(chǎn)J3型臥式冷空壓鑄機平均八小時可壓鑄600700次；壓鑄型壽命長，一付壓鑄型，壽命可達(dá)幾十萬次，甚至上百萬次；易實現(xiàn)機械化和自動化。3.經(jīng)濟效果優(yōu)良由于壓鑄件尺寸精確，表面光潔等優(yōu)點。一般不再進(jìn)行機械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金屬利用率，又減少了大量的加工設(shè)備和工時；鑄件價格便宜；可以采用組合壓鑄以其他金屬或非金屬材料。既節(jié)省裝配工時又節(jié)省金屬。 缺點 1. 壓鑄

4、時由于液態(tài)金屬充填型腔速度高，流態(tài)不穩(wěn)定，故采用一般壓鑄法，鑄件易產(chǎn)生氣孔，不能進(jìn)行熱處理；2. 對內(nèi)凹復(fù)雜的鑄件，壓鑄較為困難；3. 高熔點合金（如銅，黑色金屬），壓鑄型壽命較低；4. 不宜小批量生產(chǎn)，其主要原因是壓鑄型制造成本高，壓鑄機生產(chǎn)效率高，小批量生產(chǎn)不經(jīng)濟。（P90轎車缸體例子） 3.消失模鑄造最普遍實用的方法是把涂有耐火材料涂層的模型放入砂箱，模型四周用干砂充填緊實，澆注液態(tài)金屬，取代泡沫塑料模型，這種鑄造工藝被稱為：消失模鑄造（EPC） 圖1 消失模工藝的砂箱和澆注示意圖 消失模鑄工藝的優(yōu)點 技術(shù)方面 1）模型設(shè)計的自由度增大 新工藝有可能進(jìn)行造型設(shè)計，并完全可以從第一階段就能

5、在模型上增加一些附加功能。例如：柴油預(yù)熱器有一個特殊功能部件，它可采用消失模鑄造工藝進(jìn)行制造，而不能采用傳統(tǒng)鑄造方法生產(chǎn)。 2）免除了鑄件生產(chǎn)中使用的砂芯 3）很多鑄件可以不要冒口補縮 4）提高鑄件精度 可獲得形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可100重復(fù)生產(chǎn)高精度鑄件，可使鑄件壁厚偏差控制在-0.15 0.15mm之間。 5）在模型接合面不產(chǎn)生飛邊 6）具有減輕鑄件重量約1/3的優(yōu)勢 7）減少加工余量 可以減小機加工余量，對某些零件甚至可以不加工。這就大大減少了機加工和機床投資。 8）與傳統(tǒng)空腔鑄造相比，模具投資下降。 9）完全消除了傳統(tǒng)的落砂和出芯工序 圖2 消失模模型和鑄件 經(jīng)濟方面 1）可整體生產(chǎn)復(fù)雜鑄件

6、 采用新工藝設(shè)計，分塊模型可膠合組成整體模型，鑄成復(fù)雜整體部件，對比原先多個鑄件組合裝配部件（如柴油預(yù)熱器）而言，可獲益1到10倍。 2）減少車間人員 建立消失模鑄造工廠，所雇員工數(shù)量少于傳統(tǒng)鑄造工廠，因此應(yīng)當(dāng)考慮這一因素。 3）鑄造工藝靈活 鑄造工藝的靈活性非常重要，因為新工藝有可能同時生產(chǎn)在砂箱中變化放置大量類似的或不同的鑄件，澆注系統(tǒng)也因此十分靈活。同時還改善了工作條件。 圖3 消失模鑄造車間 3.1.2精密塑性成形技術(shù)1.零件軋制成形 零件軋制技術(shù)是冶金軋制技術(shù)與機械鍛壓加工技術(shù)交叉、延伸與發(fā)展的產(chǎn)物。由于零件軋制技術(shù)具有高效、低耗、清潔等優(yōu)點，因此其應(yīng)用受到國內(nèi)外的廣泛重視。 。與機

7、械制造中的切削(其成形特征為連續(xù)、局部、去除成形)、鍛造(其成特征為斷續(xù)、整體、塑性成形)方法比較，軋制方法成形特征是連續(xù)、局部、塑性成形。零件軋制較之鍛造也有其不足之處，即模具復(fù)雜、尺寸大、設(shè)備通用性差、工藝調(diào)整難度大等。因此，軋制技術(shù)適合于批量大的零件生產(chǎn)和專業(yè)化工廠的生產(chǎn)。2. 零件軋制成形的優(yōu)缺點(1)零件軋制的基本類型 零件軋制又稱回轉(zhuǎn)成形，其特征是工具或工件回轉(zhuǎn)，或工具與工件都回轉(zhuǎn)。零件形狀不同，軋制方式不同，零件軋機形式也不同見P101圖3-102.汽車覆蓋件成形汽車覆蓋件大多是大型薄板沖壓件（1）汽車覆蓋件的結(jié)構(gòu)特點1）總體尺寸大2）相對厚度小3）形式復(fù)雜4）輪廓內(nèi)部帶有局部形

8、狀把汽車覆蓋件的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行分解，可以先確定各基本形狀的變形特點，再把各基本形狀之間的相互影響考慮進(jìn)去，就能夠分析出汽車覆蓋件的主要變形特點，判斷出各部位的成形難點，預(yù)先制定相點策?；拘螤钪饕兄北谳S對稱形狀(包括變異的直壁橢圓形狀)、曲面軸對稱形狀、圓錐體形狀以及盒形形狀等每種基本形狀都可分解成由法蘭形狀、輪廓形狀、側(cè)壁形狀、底部形狀組成。（2）汽車覆蓋件的沖壓成形特點1）一次拉伸成形2）拉脹復(fù)合成形3）局部成形4）變形路徑變化（3）汽車覆蓋件設(shè)計的生產(chǎn)流程制件設(shè)計-工藝分析-計算機模擬-模具設(shè)計-制造-調(diào)試-返修。計算機模擬1）使用軟件：美國的DynaForm；日本的AutoForm2）

9、特點：a）縮短模具制造時間 b）節(jié)省費用 c）提高零件的質(zhì)量和使用性能 d）降低零件的廢品率 f）減少原材料浪費3.1.3快速原型制造快速原型制造 Rapid Prototype Manufacturing 簡稱 RPM九十年代發(fā)展起來的一項高新技術(shù)。RPM技術(shù)是在現(xiàn)代 CAD/CAM 技術(shù)、激光技術(shù)、計算機數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動技術(shù)以及新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來的RPM技術(shù)在不需要任何刀具、模具及工裝卡具的情況下，可將任意復(fù)雜形狀的設(shè)計方案快速轉(zhuǎn)換為三維的實體模型或樣件，這就是 RPM技術(shù)所具有的潛在的革命意義。1.RPM技術(shù)的基本原理 將計算機內(nèi)的三維實體模型進(jìn)行分層切片得到各層截面的

10、輪廓，計算機據(jù)此信息控制激光器（或噴嘴）有選擇性地切割一層又一層的片狀材料。形成一系列具有一個微小厚度的片狀實體，再采用粘接、聚合、熔結(jié)、焊接或化學(xué)反應(yīng)等手段使其逐層堆積成一體，制造出所設(shè)計的三維模型或樣件。RPM技術(shù)的基本原理圖三維CAD模型分層切片各層截面的輪廓激光器（或噴嘴）按各層截面輪廓切割、固化或燒結(jié)微小厚度的片狀實體逐層堆積三維模型或樣件2.快速原型制造工藝1.材料累加法（Material Increase Manufacturing）2.材料去除法:三維雕刻機（Material Increase Manufacturing） 成型工藝加工能量（1）Laser beam(激光束)R

11、P（2）Lamp(光照)RP（3）Heat energy(熱能)RP（4）Mechanical energy(機械能)RP1.光固化成型工藝 (SLAStereo lithography Apparatus)2.分層實體制造工藝 (LOMLaminated Object Manufacturing) 3.選擇性激光燒結(jié)工藝 (SLSSelected Laser Sintering) 4.熔融沉積造型工藝 (FDMFused Deposition Modeling)5.三維打印工藝（2DPThree-dimensional printing） 3.快速原型制造特點1.結(jié)合CAD/CAM 技術(shù)、激

12、光技術(shù)、計算機數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動技術(shù)以及新材料技術(shù)，真正意義上的數(shù)字化制造。2. 可將任意復(fù)雜形狀的設(shè)計方案快速轉(zhuǎn)換為三維的實體模型或樣件3.CAD直接驅(qū)動，快速、準(zhǔn)確、以及制造復(fù)雜模型。4.不需要任何刀具，模具及工裝卡具的情況下，直接制造，方便快捷。5. 原材料的種類繁多；提高了新產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，縮短了開發(fā)周期，降低了研發(fā)成本。4.快速原型應(yīng)用領(lǐng)域1.工業(yè)造型、模具、家電、電子儀表、輕工、塑料、玩具、航空航天、軍工、機械、汽車、摩托車、內(nèi)燃機、建筑規(guī)劃及模型、科研、醫(yī)療等。 2. 應(yīng)用體現(xiàn)： a）支持快速產(chǎn)品開發(fā) b）支持快速模具制造 c）支持醫(yī)用實體制造3.2先進(jìn)切削技術(shù)與機床3

13、.2.1超精密切削加工技術(shù) 1概述 精密和超精密加工技術(shù)的發(fā)展，直接影響到一個國家尖端技術(shù)和國防工業(yè)的發(fā)展，因此世界各國對此都極為重視，投入很大力量進(jìn)行研究開發(fā)，同時實行技術(shù)保密，控制關(guān)鍵加工技術(shù)及設(shè)備出口。 從目前機械加工的工藝水平來看，超精密加工一般指加工精度0.1m，表面粗糙度Ra值0.025m的加工。同時也包含加工尺寸在亞微米級的微細(xì)加工。 隨著航空航天、高精密儀器儀表、慣導(dǎo)平臺、光學(xué)和激光等技術(shù)的迅速發(fā)展和多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對各種高精度復(fù)雜零件、光學(xué)零件、高精度平面、曲面和復(fù)雜形狀的加工需求日益迫切。 我國目前已是一個“制造大國”，制造業(yè)規(guī)模名列世界第四位，僅次于美國、日本和德國，近

14、年來在精密加工技術(shù)和精密機床設(shè)備制造方面也取得了不小進(jìn)展。但我國還不是一個“制造強國”，與發(fā)達(dá)國外相比仍有較大差距。我國每年雖有大量機電產(chǎn)品出口，但多數(shù)是技術(shù)含量較低、價格亦較便宜的中低檔產(chǎn)品；而從國外進(jìn)口的則大多是技術(shù)含量高、價格昂貴的高檔產(chǎn)品。目前我國每年需進(jìn)口大量國內(nèi)尚不能生產(chǎn)的精密數(shù)控機床設(shè)備和儀器，例如，2003年我國進(jìn)口了價值41.6億美元的機床，而出口機床僅為3.8億美元，且主要為低精度的普通機床。2004年我國進(jìn)口機床為57.8億美元，出口機床僅為5.2億美元。2005年我國機床總產(chǎn)值約為50億美元，出口機床為8億美元，而進(jìn)口機床則達(dá)到67億美元。圖1 超精密切削加工機床示例（

15、圖為SHPERE-200超精密球面鏡機床）2. 超精密切削加工技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀美、英、德等國在上世紀(jì)七十年代（日本在八十年代）即開始生產(chǎn)超精密機床產(chǎn)品，并可批量供貨。在大型超精密機床方面，美國的LLL國家實驗室于1986年研制成功兩臺大型超精金剛石車床：一臺為加工直徑2.1m的臥式DTM-3金剛石車床，另一臺為加工直徑1.65m的LODTM立式大型光學(xué)金剛石車床。其中，LODTM立式大型光學(xué)金剛石車床被公認(rèn)為世界上精度最高的超精密機床。美國后來又研制出大型6軸數(shù)控精密研磨機，用于大型光學(xué)反射鏡的精密研磨加工。英國的Cranfield精密加工中心于1991年研制成功OAGM-2500多功能三坐標(biāo)聯(lián)

16、動數(shù)控磨床（工作臺面積2500mm2500mm），可加工（磨削、車削）和測量精密自由曲面。該機床采用加工件拼合方法，還可加工出天文望遠(yuǎn)鏡中直徑7.5m的大型反射鏡。日本的多功能和高效專用超精密機床發(fā)展較快，對日本微電子和家電工業(yè)的發(fā)展起到了很好的促進(jìn)作用。 我國超精密機床的發(fā)展情況 在過去相當(dāng)長一段時期，由于受到西方國家的禁運限制，我國進(jìn)口國外超精密機床嚴(yán)重受限。但當(dāng)1998年我國自己的數(shù)控超精密機床研制成功后，西方國家馬上對我國開禁，我國現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)口了多臺超精密機床。必須承認(rèn)，在超棈密機床技術(shù)方面，我們與國外先進(jìn)水平相比還有相當(dāng)大的差距，國產(chǎn)超精密機床的質(zhì)量水平尚待進(jìn)一步提高。超精密加工主要

17、影響因素（1）加工機床 要求機床高精度、高剛度、高穩(wěn)定性、自動化，并與加工 材料相結(jié)合；例如，有色金屬材料（如銅、鋁合金）宜進(jìn)行車削或銑削加工；黑色金屬材料（如鋼等）則宜選磨削與研、拋等工藝，否則得不到預(yù)期的加工效果等。（2）加工刀具 刀具材料主要又金剛石、立方氮化硼、陶瓷等。例如，有色金屬材料（如銅、鋁合金）宜用單點金剛石刀具進(jìn)行車削或銑削加工； （3）加工材料 被加工工件的材質(zhì)要密實；各向的同一性要好（最好為單晶）；表層硬度和彈性模量要恒定一致；可加工性要好；材料的化學(xué)成份與機械物理性能都應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的數(shù)量級。（4）測量 具有能實現(xiàn)納米級（1nm 10nm）增量進(jìn)給的機床和分辨力優(yōu)于0.1n

18、m的測量設(shè)備，如激光干涉儀，掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡等。 （5）加工環(huán)境 加工環(huán)境要嚴(yán)格恒溫、隔振和凈化。恒溫室（第一分隔區(qū)）中的溫度波動不得大于0.1C；加工區(qū)（第二分隔區(qū)）中則不應(yīng)超過0.01C；環(huán)境的相對濕度要保持在55%-60%以內(nèi)；大氣壓力（如用激光測量儀時）應(yīng)保持1MPa0.1%；機床地基的隔振系統(tǒng)固有頻率2Hz；加工區(qū)的凈化度應(yīng)為每立方英尺中大于0.5m的微粒含量應(yīng)不多于100-10000顆。 4發(fā)展趨勢（1）高精度與高效率（2）大型化與微型化（3）加工測量一體化（4）新材料（5）多功能、模塊化和廉價化3.2.2超高速切削加工技術(shù)超高速加工技術(shù)是指采用超硬材料的刃具，通過極大

19、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)1501000m/min，纖維增強塑料為20009000m/min。各種切削工藝的切速范圍為：車削7007000m/min，銑削3006000m/min，鉆削2001100m/min，磨削250m/s以上等等。 超高速切削加工特點1.切削速度大幅度提高，進(jìn)給速度提高5-10倍2.切削力大幅下降約在30%左右3.9

20、5%-98%的切削熱被飛屑帶走，工件保持冷態(tài)4.高速切削，頻率較高，避開機床系統(tǒng)的固有頻率，系統(tǒng)工作平穩(wěn)。5.加工許多難以加工的材料。關(guān)鍵技術(shù)超高速切削刀具技術(shù)超高速切削機床技術(shù)超高速切削工藝技術(shù)超高速切削加工測試技術(shù)發(fā)展趨勢擴大材料加工范圍實現(xiàn)綠色超高速加工提高切削負(fù)載改善驅(qū)動與控制技術(shù)實現(xiàn)安全防護與遠(yuǎn)程監(jiān)控拓展加工方法種類改善研究與試驗條件3.2.3虛擬軸機床機床結(jié)構(gòu)技術(shù)上的突破性進(jìn)展當(dāng)屬90年代中期問世的并聯(lián)機床(Parallel Machine Tool)，又稱虛(擬)軸機床(Virtual Axis Machine Tool)或并聯(lián)運動學(xué)機器(Parallel Kinematics

21、Machine)。并聯(lián)機床實質(zhì)上是機器人技術(shù)與機床結(jié)構(gòu)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，其原型是并聯(lián)機器人操作機。 DCB510并聯(lián)機床 并聯(lián)機床具有如下優(yōu)點： 1) 剛度重量比大：因采用并聯(lián)閉環(huán)靜定或非靜定桿系結(jié)構(gòu)，且在準(zhǔn)靜態(tài)情況下，傳動構(gòu)件理論上為僅受拉壓載荷的二力桿，故傳動機構(gòu)的單位重量具有很高的承載能力。 2) 響應(yīng)速度快：運動部件慣性的大幅度降低有效地改善了伺服控制器的動態(tài)品質(zhì)，允許動平臺獲得很高的進(jìn)給速度和加速度，因而特別適于各種高速數(shù)控作業(yè)。 3) 環(huán)境適應(yīng)性強：便于可重組和模塊化設(shè)計，且可構(gòu)成形式多樣的布局和自由度組合。在動平臺上安裝刀具可進(jìn)行多坐標(biāo)銑、鉆、磨、拋光，以及異型刀具刃磨等加工。裝備

22、機械手腕、高能束源或CCD攝像機等末端執(zhí)行器，還可完成精密裝配、特種加工與測量等作業(yè)。 4) 技術(shù)附加值高：并聯(lián)機床具有“硬件”簡單，“軟件”復(fù)雜的特點，是一種技術(shù)附加值很高的機電一體化產(chǎn)品，因此可望獲得高額的經(jīng)濟回報。 并聯(lián)機床發(fā)展趨勢1.結(jié)構(gòu)多樣化2.小型化與簡單化3.混聯(lián)化4.群組化一、加工理論基礎(chǔ) 1、原理：電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡稱EDM.3.3.1電火花加工技術(shù)3.3現(xiàn)代特種加工技術(shù) 1工件 2脈沖電源 3自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng) 4工具 5工作液 6過濾器 7工作液泵 電火花加工原理示意圖2.電

23、火花加工的機理：電火花加工基于電火花腐蝕原理, 在電火花通道中產(chǎn)生瞬時高溫,使局部金屬融化,甚至汽化,從而將金屬蝕除下來。分為以下幾個階段：(1)極間介質(zhì)的電離、擊穿,形成放電通道放電通道是有大量帶正電和負(fù)電的粒子以及中型粒子組成,帶電粒子高速運動,相互碰撞,產(chǎn)生大量熱能,使通道溫度升高,通道中心溫度可達(dá)到10000攝氏度以上。在放電的同時還伴隨著光效應(yīng)和聲效應(yīng),這就形成了肉眼所能看到的電火花。液體介質(zhì)被電離、擊穿,形成放電通道,產(chǎn)生大量的熱能, 使工作液汽化,進(jìn)而氣化,然后高溫向四周擴散,使兩電極表面的金屬材料開始融化直至沸騰氣化。(3)電極材料的拋出正負(fù)電極間產(chǎn)生的電火花使放電通道產(chǎn)生高溫

24、高壓。工作液和金屬汽化后不斷向外膨脹, 熔融金屬液體和蒸汽被拋拋入到工作液中。加工中看到的桔紅色火花就是被拋出的高溫金屬熔滴和碎屑。(2)電極表面材料的融化,汽化熱膨脹(4)極間介質(zhì)的消電離為了保證電火花加工過程的正常進(jìn)行,在兩次放電之間必須有足夠的時間間隔讓電蝕產(chǎn)物充分排除,恢復(fù)放電通道的絕緣性,使工作液介質(zhì)消電離。實際上,電火花加工是電力、磁力、熱力、流體動力、電化學(xué)和膠體化學(xué)等綜合作用的過程。到目前為止,人們對電火花加工過程的了解還有限,需要進(jìn)一步研究。 （1）加工難以用金屬切削方法加工的零件,不受材料硬度影響。 （2）由于工具電極與工件電極不直接接觸,沒有機械切削力。所以在制作工具電極

25、時不必考慮其受力特性。二、電火花加工的優(yōu)點：（3）電火花加工是通過脈沖放電來蝕除金屬材料的,而脈沖電源的參數(shù)隨時可調(diào),因此在同一情況下,只需調(diào)整電參數(shù)即可切換粗、半精、精、超精加工。(6)線切割加工有厚度極限。三、電火花加工的局限性：(1)電火花加工生產(chǎn)效率低。(2)被加工的工件只能是導(dǎo)體.(3)存在電極損耗,這就影響了成型精度。(4)加工表面有變質(zhì)層。(5)加工過程必須在工作液中進(jìn)行。電火花加工時放電部位必須在工作液中,否則將引起異常放電。采用成型工具電極進(jìn)行仿形電火花加工的方法四、電火花加工的分類與發(fā)展概況： 根據(jù)目前電火花設(shè)備使用情況來分,可分為3大類:1電火花成型加工2電火花線切割加工

26、3其他類型電火花加工利用金屬線作為電極對工件進(jìn)行切割的方法如電火花磨削加工、電火花回轉(zhuǎn)加工、電火花研磨、珩磨以及金屬電火花表面強化、刻字等.3.3.2高能束加工技術(shù)1.激光束加工技術(shù) 激光是20世紀(jì)的重大發(fā)明之一，它具有高亮度、良好的單色性和相干性及方向性這四大特性。 當(dāng)激光光子攜帶的高能與物質(zhì)相互作用并為改物質(zhì)所吸收時，物質(zhì)就具備了相應(yīng)的高能量，產(chǎn)生加熱、熔融、氣化、等離子等過程。應(yīng)用上述現(xiàn)象對材料進(jìn)行加工，稱為激光束加工技術(shù)。 （1）激光束加工理論基礎(chǔ)光的波粒二象性亞穩(wěn)態(tài)能級的工作物質(zhì)、激勵源、光學(xué)諧振腔是形成激光束的三大要素。高功率的激光束作用在固體表面時，固體表面吸收大量的激光能量后，

27、導(dǎo)致溫度升高、融化、氣化、噴濺等現(xiàn)象達(dá)到加工的目的。（2）激光加工的裝備1用于制造業(yè)中的激光系統(tǒng)即激光制造系統(tǒng)，一般由激光器、激光電源、光學(xué)系統(tǒng)、機械系統(tǒng)等組成，其核心為激光器。激光器常見的有固體激光器、氣體激光器、液體激光器、半導(dǎo)體激光器、化學(xué)激光器以及準(zhǔn)分子激光器等。常用的是紅寶石激光器（3）激光加工工藝1）激光打孔 孔的直徑、深度、圓度、錐度、材料的硬脆性。2）激光切割 切割速度、切割厚度、切縫的寬度。2.離子束加工技術(shù)在真空條件下，將由離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)過電場加速，獲得具有一定速度的離子束投射到材料表面，產(chǎn)生濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)，這就是離子束加工的物理基礎(chǔ) 。分子發(fā)生能量交換。離子失去的

28、部分能量傳給工件表面的原子、分子。能量足夠大時，使它們從基體材料中分離出來，由此產(chǎn)生工件材料的濺射。其余能量則轉(zhuǎn)化為材料晶格的振動。入射粒子與原子，分子碰撞進(jìn)行能量交換，可以產(chǎn)生一次碰撞或多次碰撞。 （2）離子束的加工裝備離子束的加工設(shè)備包括離子源（離子槍），真空系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)。對于不同類的用途，離子束加工設(shè)備各不相同，但離子源是各種設(shè)備所共有的關(guān)鍵部分。（3）離子束加工工藝主要有離子束注入、離子束沉積、以及離子束刻蝕等。離子注入離子注入是將工件放在離子注入機的真空靶中，在幾十至幾百千伏的電壓下，把所需要元素的離子注入工件表面。3.電子束加工利用能量密度極高的高速電子細(xì)束，在高真空腔

29、體中沖擊工件，使材料熔化、蒸發(fā)、汽化，而達(dá)到加工目的。電子束的加工裝置主要由電子槍真空系統(tǒng)控制系統(tǒng)電源系統(tǒng)等四部分所組成。3.3.3超聲波加工電火花加工和電解加工都只能加工金屬導(dǎo)電材料，無法加工不導(dǎo)電的非金屬材料，而超聲波加工不僅能加工硬質(zhì)合金、淬火鋼等脆硬金屬材料，而且更適合加工玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、鍺和硅片等不導(dǎo)電的非金屬脆硬材料，同時還可以用于清洗、焊接和探傷等。超聲波加工（ultrasonic machining，USM）是利用工具端面作超聲頻振動，通過磨料懸浮液加工硬脆材料的一種加工方法超聲波加工是磨料在超聲波振動作用下的機械撞擊和拋磨作用與超聲波空化作用的綜合結(jié)果，其中磨料的連續(xù)沖擊

30、是主要的。 超聲波加工的原理超聲波加工的生產(chǎn)率雖然比電火花加工和電解加工低，但其加工精度和表面質(zhì)量都優(yōu)于它們。更重要的是可以加工它們難以加工的半導(dǎo)體和非金屬的硬脆材料如玻璃、陶瓷、石英、硅、瑪瑙、寶石、金剛石等，而且對于電火花加工后的一些淬火鋼、硬質(zhì)合金沖模、拉絲模、塑料模等，最后還經(jīng)常用超聲波拋磨、光整加工，使表面粗糙度進(jìn)一步降低。超聲波加工的應(yīng)用3.4 現(xiàn)代表面工程表面工程是一門多學(xué)科交叉，各學(xué)科相互滲透、相互聯(lián)系的新學(xué)科，也是一門發(fā)展中的學(xué)科。表面工程的基礎(chǔ)理論是表面科學(xué)，包括表面分析技術(shù)、表面物理以及表面化學(xué)三個分支。表面技術(shù)是表面工程的核心3.4.1特種電鍍技術(shù)電鍍已有200年左右的

31、發(fā)展歷史，特種電鍍的產(chǎn)生，從典型的電刷鍍技術(shù)問世有半個多世紀(jì)?？v觀特種電鍍的發(fā)展歷程大至分以下幾個階段：1)從傳統(tǒng)機械制造業(yè)向電子、信息工業(yè)的滲透。2)從普通電鍍到功能電鍍再到現(xiàn)代成形工藝的發(fā)展。 3)從國有企業(yè)向民營企業(yè)的擴張。 4)從環(huán)境污染到清潔作業(yè)再到綠色電鍍的過渡。電鍍?nèi)龔U指電鍍廢水、廢氣及粉塵、廢渣。5)從手工操作到機械化、自動化與數(shù)控、柔性電鍍與智能電鍍。以流鍍機為特征的流鍍技術(shù)被譽為機械化或自動化的電鍍技術(shù)，在批量化和變品種生產(chǎn)之間謀求均衡，其宗旨是實現(xiàn)電鍍作業(yè)自動化。1.電刷鍍技術(shù)電刷鍍工藝雛形約產(chǎn)生于1899年，法國人采用蘸槽鍍液的棉團在槽外修電鍍廢件，而稱之為棉團電鍍。1

32、937年，巴黎機械工程師Charles DALLOZ化學(xué)工程師Georges ICXI發(fā)明了電刷鍍，取得專利，成立了達(dá)立克公司。電刷鍍工藝2.流鍍技術(shù)流鍍是一種采用強制對流手段，使電解液高速流過陽極與陰極構(gòu)成的窄空間，當(dāng)流速達(dá)到一定臨界數(shù)值，界面流體將處于湍流狀態(tài)，加大了電化學(xué)極化傾向，極限電流密度提高，從而可在高電流密度下獲得細(xì)晶鍍層的快速電沉積技術(shù)。流鍍技術(shù)特點1)面向工業(yè)2)面向環(huán)境3)面向資源4)面向材料技術(shù)被譽為“機械化的或自動化的電鍍”。典型的流鍍工藝(1)摩擦電噴鍍 摩擦電噴鍍是在高速噴射鍍液中的金屬離子在電場與加壓摩擦作用的陰極表面上快速電沉積的過程。 摩擦電噴鍍設(shè)備主要由刷鍍

33、電源、摩擦電噴鍍鍍筆、鍍液槽、輸液泵等部分組成。摩擦電噴鍍的核心技術(shù)是采用了改進(jìn)的專用鍍筆，上面組合仿形陽極，該仿形陽極設(shè)計成平面、外圓和內(nèi)圓3種類型，以適應(yīng)不同幾何形狀的工件。(2)以流鍍機為特征的流鍍以流鍍機為特征的流鍍，是以機械方式實現(xiàn)待鍍工件的裝夾、運轉(zhuǎn)和陽極 的進(jìn)給運動，以保證電沉積過程中陰極和陽極的切向相對運動、電解液在沉積表面的流動和陽極沿工件軸向的往復(fù)運動。 一臺流鍍機相當(dāng)于一個電鍍車間，一次裝夾下可依次實現(xiàn)工件待鍍表面從脫脂、活化、沖水、預(yù)鍍到流鍍工作層，甚至包括后續(xù)處理(如鈍化、沖洗）的整個工藝過程。3.4.2熱噴涂技術(shù)熱噴涂技術(shù)就是這種表面防護和強化的技術(shù)之一, 是表面工

34、程中一門重要的學(xué)科. 所謂熱噴涂, 就是利用某種熱源, 如電弧、等離子弧、燃燒火焰等將粉末狀或絲狀的金屬和非金 屬涂層材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài), 然后借助焰流本身的動力或外加的高速氣流霧化并以一定的速度噴射到經(jīng)過預(yù)處理的基體材料表面, 與基體材料結(jié)合而形成具有各種功能的表面覆蓋涂層的一種技術(shù)。按照熱源的不同，熱噴涂技術(shù)可分為火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂、爆炸噴涂等。按照噴涂材料的形狀，又可將其分為粉末噴涂、絲材噴涂、棒材噴涂等。根據(jù)熱噴涂的工藝特點，可以分為噴涂和噴焊兩種工藝。1噴涂1)電弧噴涂 電弧噴涂采用絲材，兩根分別連接電源兩極的金屬絲，借助送絲機構(gòu)輸送到電弧噴槍的噴嘴處短路而形成電

35、弧，電弧高溫將材迅速熔化。熔化液滴被自噴嘴吹出的壓縮氣流所霧化，并高速噴射向工件面形成連續(xù)的涂層。(2)等離子噴涂等離子噴涂是利用等離子弧將粉末類材料加熱到熔融狀態(tài)，高速噴射到工件表面，由于等離子弧中心溫度通常高達(dá)10 000 0C以上，可以將噴涂材料的范圍從金屬擴大到陶瓷材料。（3）火焰噴涂火焰噴涂是利用燃?xì)?如乙炔、丙烷、氫氣等)和作為助燃?xì)怏w的氧氣燃燒作熱源，既可以噴涂粉末，也可以噴涂絲材。噴涂粉末從料斗送人，被輸送進(jìn)來的乙炔氣體吹向噴嘴，經(jīng)噴嘴出口處的火焰焰流加熱熔化，噴射到工件表面迅速冷凝沉積。3.4.3等離子沉積技術(shù)等離子沉積技術(shù)指濺射技術(shù)、離子鍍技術(shù)與等離子增強化學(xué)氣相沉積技術(shù)。

36、它是利用等離子與固體表面的相互作用所產(chǎn)生的一系列物理和化學(xué)現(xiàn)象，達(dá)到成形或功能薄膜制備的目的。 當(dāng)荷能粒子轟擊固體表面時，可產(chǎn)生復(fù)雜的物理化學(xué)現(xiàn)象，包括濺射、沉積、注人等過程。 1濺射技術(shù) 濺射指靶材表面原子被荷能粒子(如離子)轟擊時，從靶材表面飛逸出來的現(xiàn)象。2.離子鍍離子鍍是真空蒸發(fā)技術(shù)與低壓氣體放電技術(shù)的結(jié)合，是在真空條件下，利用低壓氣體放電使氣體或蒸發(fā)物質(zhì)部分電離形成等離子以對基片進(jìn)行轟擊，將蒸發(fā)物質(zhì)或其反應(yīng)產(chǎn)物沉積在基片上。3.5微機電系統(tǒng)與微制造技術(shù)微機電系統(tǒng)（Micro Electro-Mechanical System，MEMS），是專指那種外形輪廓尺寸在毫米級以下，構(gòu)成它的機

37、械零件和半導(dǎo)體元器件尺寸在微米-納米級(10-6米-10-9米)的機電裝置。 微機電系統(tǒng)及其應(yīng)用1.微傳感器件：微傳感器種類很多，所測量的參數(shù)包括：加速度、壓力、力、觸覺、流量、磁場、溫度、氣體成分、濕度、pH值、離子濃度和生物濃度等等。典型的微機械傳感器件包括壓力傳感器、加速度計和陀螺等。2.微執(zhí)行器微執(zhí)行器是當(dāng)今MEMS發(fā)展的一個重要方面，常用的有微電機、微噴、微開關(guān)、繼電器、微揚聲器、微諧振器等。微光學(xué)器件美國TI公司利用硅表面微加工工藝開發(fā)了數(shù)字微鏡（DMDDigitalMicromirrorDevice）。其顯示效果超過液晶投影顯示，可用于高清晰度電視等領(lǐng)域；在OpticalMEMS中，光開關(guān)和光通訊具有廣泛的發(fā)展前景。微飛行器3.5