精密成型技術(shù)

精密成型技術(shù)第一頁(yè)，共63頁(yè)。第一節(jié)概述第二節(jié)精密成型技術(shù)第三節(jié)超精密加工技術(shù)第四節(jié)超高速加工技術(shù)第三章先進(jìn)制造工藝技術(shù)(一)第二頁(yè)，共63頁(yè)。機(jī)械制造工藝的定義將各種原材料通過(guò)改變其形狀、尺寸、性能或相對(duì)位置，使之成為成品或半成品的方法和過(guò)程。機(jī)械制造工藝一般分為三個(gè)階段(1)零件毛坯的成形準(zhǔn)備階段包括原材料切割、焊接、鑄造、鍛壓加工成形等；(2)機(jī)械切削加工階段包括車削、鉆削、銑削、刨削、鏜削、磨削加工等；(3)表面改性處理階段包括熱處理、電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂、涂裝等。第一節(jié)先進(jìn)制造工藝概況上述階段劃分逐漸模糊、交叉，甚至合而為一第三頁(yè)，共63頁(yè)。機(jī)械制造工藝流程第四頁(yè)，共63頁(yè)。先進(jìn)制造工藝的定義

先進(jìn)制造工藝是在傳統(tǒng)的機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)上，不斷吸收機(jī)械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理技術(shù)等各個(gè)方便的技術(shù)成果，并將它們有機(jī)結(jié)合起來(lái)，綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、銷售、服務(wù)等過(guò)程的制造工藝技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的核心和基礎(chǔ)。第五頁(yè)，共63頁(yè)。制造加工精度不斷提高

18世紀(jì)，其加工精度為1mm；

19世紀(jì)末，0.05mm；

20世紀(jì)初，μm級(jí)過(guò)渡；

20世紀(jì)50年代末，實(shí)現(xiàn)了μm級(jí)的加工精度；目前達(dá)到10nm的精度水平。切削加工速度迅速提高

20世紀(jì)前，碳素鋼，耐熱溫度低于200oC，10m/min；

20世紀(jì)初，高速鋼，500-600oC，30-40m/min；

20世紀(jì)30年代，硬質(zhì)合金，800-1000oC，數(shù)百米/min;

目前陶瓷、金剛石、立方氮化硼，1000oC以上，一千至數(shù)千米/min。先進(jìn)制造工藝的發(fā)展趨勢(shì)第六頁(yè)，共63頁(yè)。切削速度隨刀具材料的變更而提高第七頁(yè)，共63頁(yè)。新型工程材料的應(yīng)用推動(dòng)了制造工藝的進(jìn)步和變革類型：超硬材料、超塑材料、高分子材料、復(fù)合材料、工程陶瓷等對(duì)制造工藝貢獻(xiàn)：①改善刀具切削性能，改進(jìn)加工設(shè)備；②促進(jìn)特種加工工藝發(fā)展。自動(dòng)化和數(shù)字化工藝裝備的發(fā)展提高了機(jī)械加工的效率單機(jī)自動(dòng)化→系統(tǒng)自動(dòng)化剛性自動(dòng)化→柔性自動(dòng)化→綜合自動(dòng)化

第八頁(yè)，共63頁(yè)。零件毛坯成型在向少、無(wú)余量發(fā)展如：熔模精密鑄造、精密鍛造、精密沖裁、冷溫?cái)D壓等新工藝。優(yōu)質(zhì)清潔表面工程技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展表面工程：通過(guò)表面涂覆、表面改性、表面加工、表面復(fù)合處理改變零件表面形態(tài)、化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，以獲取與基體材料不同性能的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。如：電刷鍍、化學(xué)鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣象沉積、熱噴涂、化學(xué)熱處理、激光表面處理、離子注入等。第九頁(yè)，共63頁(yè)。先進(jìn)制造工藝技術(shù)的分類精密成型技術(shù)超精密加工技術(shù)高速與超高速加工技術(shù)微細(xì)加工技術(shù)表面工程技術(shù)快速原型制造技術(shù)第十頁(yè)，共63頁(yè)?？焖僭椭圃旒夹g(shù)

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23粉末冶金精密鑄造精密鍛造精密沖裁精密焊接4562023/4/24第十一頁(yè)，共63頁(yè)。

精密成型技術(shù)，也稱為近凈成型技術(shù)或凈成型技術(shù)，是指零件成型后，僅需少量加工或不再加工就可以用做機(jī)械構(gòu)件的一種成型技術(shù)。第十二頁(yè)，共63頁(yè)。

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(guò)成形和燒結(jié)，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(shù)。具有獨(dú)特的化學(xué)組成和機(jī)械、物理性能！這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無(wú)法獲得的！含油軸承、齒輪、凸輪、導(dǎo)桿、刀具等第十三頁(yè)，共63頁(yè)。粉末冶金優(yōu)點(diǎn)：（1）材料利用率高。可比常規(guī)加工減少50%左右的能力消耗（2）設(shè)計(jì)自由度高?？筛鶕?jù)零件的使用條件設(shè)計(jì)材料的成分，富裕制品特有的組織結(jié)構(gòu)，使其具有優(yōu)異的性能。（3）制備某些特殊性能的結(jié)構(gòu)材料和功能材料。（4）節(jié)能、節(jié)材、高效省時(shí)。是一種無(wú)切削或少切削、高效省時(shí)的新技術(shù)第十四頁(yè)，共63頁(yè)。粉末冶金材料的應(yīng)用與分類，主要有：粉末冶金多孔材料粉末冶金減摩材料粉末冶金結(jié)零件粉末冶金模具材料粉末冶金電磁材料粉末冶金粉末冶金高溫材料第十五頁(yè)，共63頁(yè)。粉末冶金工藝流程粉末冶金粉料制備與壓制成型燒結(jié)后處理第十六頁(yè)，共63頁(yè)。粉末冶金工藝流程第十七頁(yè)，共63頁(yè)。制粉方法第十八頁(yè)，共63頁(yè)。請(qǐng)看粉末冶金加工過(guò)程。第十九頁(yè)，共63頁(yè)。普通砂型鑄造3.2.2精密鑄造消失模鑄造第二十頁(yè)，共63頁(yè)。生產(chǎn)原理泡沫塑料模型或石蠟制作成鑄造模樣；在模型上涂刷特制涂料，待干燥后放入砂箱；填入不含水分及粘結(jié)劑的干砂，經(jīng)振實(shí)，抽真空后澆鑄；泡沫或石蠟?zāi)Ｐ蜌饣谋唤饘僦脫Q，復(fù)制出與模樣相同的鑄件。消失模鑄造第二十一頁(yè)，共63頁(yè)。

金屬液的充型過(guò)程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(lái)占據(jù)的空間而成形；金屬液流動(dòng)前沿消失模的熱解產(chǎn)物經(jīng)涂料及干砂排出；消失模鑄造第二十二頁(yè)，共63頁(yè)。優(yōu)越性無(wú)需取模、無(wú)分型面，無(wú)泥芯，因此無(wú)飛邊毛刺，無(wú)拔模斜度，故尺寸精度和表面粗糙度較高；同時(shí)方便了鑄件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。因?yàn)樘畛渖安捎酶缮?，型砂中無(wú)粘結(jié)劑以及其它附加物，減少了由此帶來(lái)的缺陷，鑄件廢品率顯著下降；同時(shí)簡(jiǎn)化了砂處理工序。消失模鑄造第二十三頁(yè)，共63頁(yè)。

壓力鑄造工藝壓力鑄造第二十四頁(yè)，共63頁(yè)。生產(chǎn)原理屬于金屬型鑄造，用金屬材料制作鑄型；熔融的金屬在高的壓力(幾兆帕～幾十兆帕)下，在極短的時(shí)間(充填時(shí)間一般為0.01~0.21秒)內(nèi)，以極高的速度(充填速度一般為0.5~50m/s)充填模具的型腔內(nèi)；充型完成后，持續(xù)地施以高壓使之在壓力下凝固、結(jié)晶。壓力鑄造第二十五頁(yè)，共63頁(yè)。液體充型特點(diǎn)壓鑄過(guò)程中，液態(tài)金屬被壓力所推動(dòng)，在壓力下凝固，高壓高速填充壓鑄型是壓鑄的最大特點(diǎn)。液體金屬在壓鑄模型腔中的流動(dòng)也與砂型鑄造有本質(zhì)不同；弗洛梅爾理論：1925年提出的壓鑄型腔內(nèi)金屬流動(dòng)理論壓力鑄造第二十六頁(yè)，共63頁(yè)。鑄造特點(diǎn)可以制得薄壁、形狀復(fù)雜且輪廓清晰的鑄件鑄件壁厚范圍1~6mm；生產(chǎn)效率高一次操作循環(huán)時(shí)間約5s~3min，一般多為300件/min；鑄件具有較好的力學(xué)性能由于鑄件在金屬型中壓力作用下凝固，所以晶粒細(xì)小、組織致密、制件的強(qiáng)度較高；由于激冷造成鑄件表面硬化，形成約0.3~0.5mm硬化層鑄件精度高、表面光潔加工余量0.2~0.5mm，表面粗糙度在Ra3.2μm；能直接壓鑄出螺紋、線條、文字、圖案等；壓力鑄造第二十七頁(yè)，共63頁(yè)。精密鍛造定義精密鍛造工藝方法第二十八頁(yè)，共63頁(yè)。定義：零件鍛造成型后，只需少量加工或不再加工即符合零件要求的成型技術(shù)。精密鍛造的藝方法1冷精鍛工藝；2熱精鍛工藝；3溫精鍛工藝；4復(fù)合精鍛工藝；5等溫精鍛工藝第二十九頁(yè)，共63頁(yè)。平鍛機(jī)螺旋壓力機(jī)第三十頁(yè)，共63頁(yè)。模鍛水壓機(jī)第三十一頁(yè)，共63頁(yè)。機(jī)械零件中很多承力件、保安件、傳動(dòng)件都采用了熱鍛成型工藝。需要制造精密鍛模、無(wú)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(qǐng)看視頻第三十二頁(yè)，共63頁(yè)。精密沖裁：使板料沖裁區(qū)處于特殊應(yīng)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。第三十三頁(yè)，共63頁(yè)。第三十四頁(yè)，共63頁(yè)。精密焊接的定義精密焊接的分類第三十五頁(yè)，共63頁(yè)。精密焊接是根據(jù)焊接對(duì)象的不同，選擇適當(dāng)?shù)暮附臃椒ê涂刂萍夹g(shù)，對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行精確控制，獲得預(yù)期的接頭性能和焊接精度的成型制造技術(shù)。第三十六頁(yè)，共63頁(yè)。第三十七頁(yè)，共63頁(yè)。快速原型技術(shù)的概述快速原型技術(shù)的原理快速原型技術(shù)的特點(diǎn)快速原型技術(shù)的應(yīng)用第三十八頁(yè)，共63頁(yè)?？焖僭椭圃斓漠a(chǎn)生RapidPrototypingManufacturing,RPM采用堆積成形的方法，把材料有序地合并堆積起來(lái)，制造出產(chǎn)品的物理原型(樣機(jī)、樣件)；20世紀(jì)80年代末在美國(guó)問(wèn)世，很快完成數(shù)種RPM工藝技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)與商品化過(guò)程；日本、西歐等國(guó)也迅速進(jìn)入這一領(lǐng)域快速原型制造技術(shù)快速發(fā)展的原因新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中只有虛擬樣機(jī)往往不夠，需要物理樣機(jī)；RPM技術(shù)直接制造出產(chǎn)品樣品，一般只需傳統(tǒng)加工方法30~50%時(shí)間、20~35%成本，雖然材質(zhì)方面可能有所差異，但形狀幾乎完全一樣；RPM技術(shù)有人稱其為：繼數(shù)控技術(shù)之后的制造領(lǐng)域又一場(chǎng)技術(shù)革命；第三十九頁(yè)，共63頁(yè)?？焖僭?零件制造（RPM—RapidPrototyping/PartsManufacturing）

技術(shù)是綜合集CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、電子技術(shù)、激光技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)于一體，能夠?qū)崿F(xiàn)從零件設(shè)計(jì)到三維實(shí)體原型制造的一體化的系統(tǒng)技術(shù)。第四十頁(yè)，共63頁(yè)。RPM技術(shù)是將計(jì)算機(jī)內(nèi)的三維實(shí)體模型進(jìn)行分層切片得到各層截面的輪廓，計(jì)算機(jī)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(jié)、聚合、熔結(jié)、焊接或化學(xué)反應(yīng)等手段使其逐層堆積成三維實(shí)體，從而制造出所設(shè)計(jì)的三維模型或樣件。構(gòu)造三維模型切片處理激光燒結(jié)或噴射產(chǎn)品零件表面處理三維實(shí)體第四十一頁(yè)，共63頁(yè)。采用離散/堆積的原理來(lái)制造零件；離散：將三維CAD模型沿某一方向(常取Z向)切成許多層面，即分層；虛擬堆積：在分層信息控制下順序加工各片層并層層結(jié)合，堆積出三維零件；實(shí)物每一層之厚度可以任意指定第四十二頁(yè)，共63頁(yè)。制造快速性、高柔性和技術(shù)高集成性自由成型制造材料和應(yīng)用的廣泛性、低制造成本第四十三頁(yè)，共63頁(yè)。(1)光敏液相固化技術(shù)SLA，StereolithgraphyAPPARATUS(2)分層實(shí)體制造技術(shù)LOM，LaminatedObjectManufacturing(3)選擇性激光燒結(jié)技術(shù)SLS，SelectiveLaserSintering(4)熔融沉積成型技術(shù)

FDM，F(xiàn)usedDepositionModeling（5）三維打印機(jī)技術(shù)3DP，ThreeDimensionalPrinting典型的RPM工藝方法第四十四頁(yè)，共63頁(yè)。(1)光敏液相固化技術(shù)又稱為立體印刷和立體光刻；原理液槽中盛滿液態(tài)光固化樹(shù)脂，在紫外光照射下產(chǎn)生固化；聚焦后的激光束或紫外光光點(diǎn)按計(jì)算機(jī)的指令逐點(diǎn)掃描，被照射的地方固化，未被照射的地方仍然是液態(tài)樹(shù)脂；升降臺(tái)下降一個(gè)層片厚度，進(jìn)行第二層掃描；重復(fù)上述過(guò)程，直到三維零件制作完成。特點(diǎn)可成形任意復(fù)雜形狀的零件，成形精度高可達(dá)±0.01mm光敏樹(shù)脂有一定毒性，不符合綠色制造趨勢(shì)。(1)光敏液相固化技術(shù)第四十五頁(yè)，共63頁(yè)。(1)光敏液相固化法設(shè)備視頻第四十六頁(yè)，共63頁(yè)。原理：利用背面帶有粘膠的箔材或紙材通過(guò)相互粘結(jié)成形；單面涂有熱熔膠的紙卷套在紙輥上，并由伺服電機(jī)帶動(dòng)；工作臺(tái)上升至與紙面接觸，熱壓輥沿紙面滾壓并加熱，粘接；用CO2激光切割該層輪廓，并將輪廓外的余料切碎；重復(fù)上述過(guò)程，直到加工完畢，最后剝離切碎部分。(2)分層實(shí)體制造技術(shù)第四十七頁(yè)，共63頁(yè)。特點(diǎn)生成的”紙質(zhì)模樣產(chǎn)品”，性能類似硬木或塑料；適宜辦公室環(huán)境使用；廢料剝離費(fèi)時(shí)。(2)分層實(shí)體制造技術(shù)請(qǐng)看視頻第四十八頁(yè)，共63頁(yè)。原理用激光束對(duì)可熔性粉末在計(jì)算機(jī)控制下有選擇地進(jìn)行燒結(jié)，固化成實(shí)體零件；每次鋪一層很薄的可熔性粉末，用CO2激光掃描燒結(jié)；常用材料為尼龍、塑料、陶瓷和金屬粉末。特點(diǎn)取材廣泛。(3)選擇性激光燒結(jié)技術(shù)第四十九頁(yè)，共63頁(yè)。(3)選擇性激光燒結(jié)技術(shù)視頻第五十頁(yè)，共63頁(yè)。原理噴頭在計(jì)算機(jī)控制下作平面掃描及Z向運(yùn)動(dòng)；噴頭擠出一束非常細(xì)的熱熔塑料絲，由于熱熔塑料冷卻很快，形成由二維薄層輪廓堆積并粘結(jié)成的立體模型；特點(diǎn)無(wú)需激光系統(tǒng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用便宜適宜辦公室環(huán)境使用。(4)熔融沉積成型技術(shù)第五十一頁(yè)，共63頁(yè)。(4)熔融沉積成型技術(shù)第五十二頁(yè)，共63頁(yè)。原理噴頭在計(jì)算機(jī)控制下作平面掃描及Z向運(yùn)動(dòng)；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(jié)，沒(méi)有黏合劑的區(qū)域扔保持松散狀態(tài)。特點(diǎn)速度快，設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用便宜綠色環(huán)保的成型技術(shù)。（5）三維打印機(jī)技術(shù)第五十三頁(yè)，共63頁(yè)。請(qǐng)看視頻第五十四頁(yè)，共63頁(yè)。RP工藝技術(shù)比較第五十五頁(yè)，共63頁(yè)。RPM技術(shù)的應(yīng)用第五十六頁(yè)，共63頁(yè)。1.快速模具制造;鑄造模具、電解加工、電鑄加工、壓力加工.2.醫(yī)學(xué)上的仿生制造RPM技術(shù),例如進(jìn)行顱骨修復(fù)手術(shù)時(shí)，采用RP迅速、準(zhǔn)確地將病人顱骨的CT數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維實(shí)體模型，采用快速原形方法制作的修復(fù)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(shù)時(shí)間，有利于病人恢復(fù)。

第五十七頁(yè)，共63頁(yè)。(1)快速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的復(fù)雜形狀零件，制造昂貴；計(jì)算機(jī)顯示的三維模型只能進(jìn)行視覺(jué)評(píng)估，如電熨斗，握的手感；采用RPM技術(shù)生成評(píng)估用的實(shí)物原型，可減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本30