3-1-先進(jìn)制造工藝技術(shù)(概述)

第三章先進(jìn)制造工藝技術(shù)精密潔凈鑄造成形工藝精確高效塑性成形技術(shù)優(yōu)質(zhì)、高效焊接與切割技術(shù)優(yōu)質(zhì)低耗潔凈熱處理技術(shù)超高速加工、超精密加工技術(shù)微型機(jī)械加工技術(shù)現(xiàn)代特種加工工藝新型材料成形與加工工藝優(yōu)質(zhì)清潔表面工程新技術(shù)快速原型制造技術(shù)擬實(shí)制造成形加工技術(shù)3.1概述

制造工藝技術(shù)是指將原材料轉(zhuǎn)化成具有一定幾何形狀、一定材料性能和精度要求可用零件的一切過程和方法的總稱。

機(jī)械制造工藝三階段：

①零件毛坯的成形準(zhǔn)備階段②機(jī)械切削加工階段③表面改性處理階段上述階段劃分逐漸模糊、交叉，甚至合而為一機(jī)械制造工藝定義與內(nèi)涵原材料成品半成品機(jī)械制造工藝定義改變形狀,尺寸,性能,位置機(jī)床、工具機(jī)械制造工藝流程制造加工精度

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

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)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展切削速度隨刀具材料的變更而提高毛坯成形技術(shù)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?cái)D壓等新工藝。表面工程技術(shù)的形成和發(fā)展表面工程：通過表面涂覆、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。先進(jìn)制造工藝技術(shù)就是機(jī)械制造工業(yè)不斷變化和發(fā)展后所形成的制造工藝技術(shù).

先進(jìn)制造工藝技術(shù)主要由以下方面構(gòu)成：

1）精密與超精密加工技術(shù)；2）傳統(tǒng)制造方法的不斷改進(jìn)；3）非傳統(tǒng)制造方法的產(chǎn)生與發(fā)展。3.2先進(jìn)加工工藝技術(shù)（１）超精密加工方法和設(shè)備超精密加工技術(shù)是一門集機(jī)械、光學(xué)、電子、計(jì)算機(jī)、測(cè)量和材料科學(xué)等先進(jìn)技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)。目前，超精密加工技術(shù)通常是指被加工零件的尺寸精度低于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm的加工技術(shù)。目前超精密加工的零件精度已達(dá)到亞微米級(jí)，正在向納米級(jí)工藝發(fā)展。應(yīng)用超精密加工適用于精密元件、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)元件、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的制造，在國(guó)防工業(yè)、航空航天工業(yè)、電子工業(yè)、儀器儀表工業(yè)、計(jì)算機(jī)制造、微型機(jī)械等領(lǐng)域都有著廣闊的市場(chǎng)前景。超精密加工分類按照加工方式的不同，超精密加工可分為

超精密切削、超精密磨料（固結(jié)磨料和游離磨料）加工、超精密特種加工復(fù)合加工。超精密加工技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位的國(guó)家有美國(guó)、英國(guó)和日本。美國(guó)LLL國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以發(fā)展國(guó)防尖端技術(shù)為主要目標(biāo)，于1983年研究開發(fā)的大型金剛石超精密車床DTM－3的加工精度可達(dá)到形狀誤差為28nm（半徑），圓度和平面度為12.5nm，加工表面粗糙度Ra4.2nm。該機(jī)床與LODTM是現(xiàn)在世界上公認(rèn)的技術(shù)水平最高、精度最高的大型超精密金剛石車床（圖1）。(a)單晶金剛石飛銑加工的激光系統(tǒng)用KDP晶體（長(zhǎng)寬42cm,厚1cm,粗糙度2nm）b)LODTM加工的美國(guó)宇航局用的拋物面鏡（最終形狀誤差１５０nm）圖1LLL的LODTM大直徑光學(xué)超精密車床圖1LLL的LODTM大直徑光學(xué)超精密車床英國(guó)CUPE公司以其精加工技術(shù)著稱，該公司1991年研制的用于加工X射線天體望遠(yuǎn)鏡用2.5mx2.5m反射鏡的大型超精密機(jī)床可用于精密磨削和坐標(biāo)測(cè)量。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，其優(yōu)勢(shì)超過美國(guó)。我國(guó)的超精密加工技術(shù)在70年代末期有了長(zhǎng)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。但我國(guó)在超精密加工的效率、精度、可靠性，特別是規(guī)格（大尺寸）和技術(shù)配套性方面與國(guó)外比，與生產(chǎn)實(shí)際要求比，還有相當(dāng)大的差距。未來超精密加工技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)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(cè)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。（２）硅片加工硅片是集成電路IC芯片的主要材料，IC業(yè)的發(fā)展離不開晶體完整、高純度、高精度、高表面質(zhì)量的硅晶片，全球90％以上的IC都要采用硅片。因此實(shí)現(xiàn)大尺寸硅片的高精度、高質(zhì)量和高效率的工業(yè)化生產(chǎn)是目前IC行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。硅片制造的傳統(tǒng)工藝流程為：拉單晶→磨外圓→切割→倒角→研磨→腐蝕→清洗→拋光（如圖2所示）。下一代集成電路制造對(duì)硅片加工精度、表面粗糙度、表面缺陷、表面潔凈度和硅片強(qiáng)度等提出了很高的要求。此外，硅片需求量的劇增，還要求硅片加工具有較高的生產(chǎn)效率。這些要求使硅片的加工面臨新的挑戰(zhàn)。Figure2:Schematicofwiresaw

Figure3:Rolling-IndentingModelofwiresawmanufacturingprocess

（３）LIGA技術(shù)LIGA(光刻電鑄)是德語Lithographie

GalvanoformungundAbforming

的縮寫。LIGA技術(shù)是20世紀(jì)80年代初在德國(guó)原子能研究中心為提出鈾-235研制微型噴嘴結(jié)構(gòu)的過程中產(chǎn)生的。LIGA工藝是基于X射線光刻技術(shù)的三維微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)，在原理上LIGA技術(shù)與全息記錄的大規(guī)模復(fù)制（例如，激光唱片生產(chǎn)）有點(diǎn)相仿，如圖4所示。第一步是用光刻的方法在光刻膠上刻出微機(jī)械或微器件的三維結(jié)構(gòu)；第二步是通過電鑄從光刻膠三維結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生金屬母模；第三步是用母模通過電鑄或塑鑄方法復(fù)制許多生產(chǎn)用模；最后一步是用生產(chǎn)用模作大規(guī)模復(fù)制。LIGA技術(shù)，可以得到高深寬比的精細(xì)結(jié)構(gòu)，它的加工深度可以達(dá)到幾百微米，刻線寬度小于十分之幾微米，是一種高深寬比的三維加工技術(shù)，可以加工各種金屬、塑料和陶瓷等材料。LIGA技術(shù)在微機(jī)械加工領(lǐng)域中完全打破了硅平面工藝的框架，已成為最有前途的三維構(gòu)件的工藝手段之一。利用該技術(shù)已經(jīng)開發(fā)和制造出了微齒輪、微馬達(dá)、微加速度計(jì)、微射流計(jì)等。我國(guó)利用LIGA技術(shù)成功制作出小衛(wèi)星姿態(tài)控制微推進(jìn)器關(guān)鍵部件，間隙16微米，長(zhǎng)200微米，深200微米。還制作了解決航天器進(jìn)出大氣層的高熱負(fù)荷問題的微換熱器部件，線寬30微米，長(zhǎng)6毫米，深200毫米；制作了在工程控制中具有重要作用的微型密碼鎖齒輪，其結(jié)構(gòu)厚度700微米。（4）微機(jī)械MEMS微機(jī)械也常稱為:微型機(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanicalsystem，MEMS)、微機(jī)器(micro-machine)、微系統(tǒng)(micro-system)。微機(jī)械按其尺寸特征可分為

1～10mm的微小型機(jī)械；

1μm～1mm的微機(jī)械；

1nm～1μm的納米機(jī)械。微機(jī)械涉及電子、機(jī)械、材料、制造、信息與自動(dòng)控制、物理、化學(xué)和生物等多種學(xué)科，并集約了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的許多尖端成果。用微機(jī)械加工技術(shù)能制作微傳感器、微能源、微致動(dòng)器（亦稱微執(zhí)行器）等微機(jī)械基本部分以及高性能的電子集成線路組成的微機(jī)電器件與裝置。表1不同方法加工的微型電機(jī)比較主要加工方法光刻加工①微細(xì)電火花加工②制作的微型電機(jī)外觀轉(zhuǎn)子直徑/mm

定子長(zhǎng)度/mm

外形直徑/mm0.1

0.002

-0.5

5

1.6微機(jī)電系統(tǒng)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①器件微型化、集成化、尺寸達(dá)到納米數(shù)量級(jí)，在一個(gè)幾毫米見方的硅芯片上完成線與面的集成、信號(hào)處理單元的集成、功能集成甚至能夠完成整個(gè)微型計(jì)算機(jī)的集成。②功能多樣化、智能化，例如，把硅基材料微型傳感器（如圖6所示）和信號(hào)處理器與轉(zhuǎn)換電路做在一起，極大提高了MEMS的信噪比，同時(shí)大大提高了MEMS的靈敏度、測(cè)量精度和響應(yīng)速度。③功能特殊性，由于MEMS微型化、集成化智能化程度大大加強(qiáng)，使得它在許多場(chǎng)合發(fā)揮特殊功能。如以微機(jī)械生物化學(xué)傳感器為基礎(chǔ)的血液手持型測(cè)試儀，可以快速測(cè)試血液中的CO2、K+、Na+、C1-、葡萄糖、尿素、pH值等多種指標(biāo)。這種血液分析儀的開發(fā)成功預(yù)示著化學(xué)分析儀進(jìn)入一個(gè)嶄新天地。④能耗低、靈敏度高、工作效率高，微機(jī)電系統(tǒng)所消耗的能量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)，卻能以10倍以上的速度完成同樣的工作，如圖6所示一只小甲蟲就可以帶動(dòng)一個(gè)微軸承。常用的制作MEMS器件的技術(shù)主要有三種：第一種是以日本為代表的利用傳統(tǒng)機(jī)械加工手段，即利用大機(jī)器制造小機(jī)器，再利用小機(jī)器制造微機(jī)器的方法。這種方法可以用于加工一些在特殊場(chǎng)合應(yīng)用的微機(jī)械裝置，如微型機(jī)器人、微型手術(shù)臺(tái)等。第二種是以美國(guó)為代表的利用化學(xué)腐蝕或集成電路工藝技術(shù)對(duì)硅材料進(jìn)行加工，形成硅基MEMS器件，它與傳統(tǒng)IC工藝兼容，可以實(shí)現(xiàn)微機(jī)械和微電子的系統(tǒng)集成，而且該方法適合于批量生產(chǎn)，已經(jīng)成為目前MEMS的主流技術(shù)。第三種是以德國(guó)為代表的LIGA技術(shù)，利用該技術(shù)已經(jīng)開發(fā)和制造出了微齒輪、微馬達(dá)、微加速度計(jì)、微射流計(jì)等。MEMS的加工技術(shù)具體可包括硅表面加工和體加工的硅微細(xì)加工、LIGA加工和利用紫外光刻的準(zhǔn)LIGA加工、微細(xì)電火花加工（EDM）、超聲波加工、等離子體加工、激光加工、離子束加工、電子束加工、立體光刻成形等。常用的有圖7所示一些方法。微機(jī)械可以完成大尺寸機(jī)電系統(tǒng)所不能完成的任務(wù)，也可嵌入大尺寸系統(tǒng)中，把自動(dòng)化、智能化和可靠性水平提高到一個(gè)新的水平。微型機(jī)械研究可能導(dǎo)致基礎(chǔ)技術(shù)的巨大進(jìn)步，開辟新的產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)，其應(yīng)用將波及：醫(yī)療領(lǐng)域中的非侵入性治療、顯微手術(shù)、小器官檢測(cè)；生命科學(xué)領(lǐng)域中的小生理器官處理、基因操作系統(tǒng)、蛋白質(zhì)追蹤；信息領(lǐng)域中的高密度磁盤存儲(chǔ)、信息輸入/輸出、信息傳遞；航天領(lǐng)域中的小衛(wèi)星和微米衛(wèi)星、制導(dǎo)導(dǎo)航與控制用的微型傳感器和微型儀表、應(yīng)用于航空中的微型光學(xué)設(shè)備；半導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域中的微模型修理、微領(lǐng)域評(píng)估、微構(gòu)造等等。二十一世紀(jì)微機(jī)械將逐步從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱没瑢?duì)工農(nóng)業(yè)、信息、環(huán)境、生物工程、醫(yī)療、空間技術(shù)、國(guó)防和科學(xué)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。（5）微細(xì)電加工微細(xì)電加工（MEDM）的原理與普通電火花加工并無本質(zhì)區(qū)別，但材料去除是以微團(tuán)形式發(fā)生的，每一次脈沖放電導(dǎo)致材料微團(tuán)的去除和放電坑的產(chǎn)生，無數(shù)相繼產(chǎn)生的微小放電坑最后導(dǎo)致了所需要的最終形狀和表面狀態(tài)。微細(xì)電加工與微細(xì)機(jī)械加工相比雖材料切除率較低，但加工尺寸能更細(xì)小，孔的長(zhǎng)徑比更大，可達(dá)5～10倍，尤其對(duì)于微細(xì)的復(fù)雜凹形內(nèi)腔加工更有其優(yōu)越性。實(shí)現(xiàn)微細(xì)電火花加工的關(guān)鍵在于：①微小軸（工具電極）的制作目前以簡(jiǎn)單形狀電極、微型軸和異形截面桿的加工可采用線放電磨削法（WEDG）加工。如需獲得更為光滑的表面，則可以在WEDG加工后，再采用線電化磨削法（WECG）。它是用去離子水在低電流下去除極薄的表面層。②微小能量放電電源，微小單脈沖放電能量微細(xì)放電加工的都是細(xì)微結(jié)構(gòu)零件，加工面積多為1mm平方以下。在這樣小的面積上放電，放電點(diǎn)范圍有限，因此要減小單脈沖放電能量，減小放電溶池中熔融金屬拋出量，從而形成較淺放電蝕坑。③工具電極的微量伺服進(jìn)給、加工狀態(tài)檢測(cè)、系統(tǒng)控制及加工工藝方法等。利用微線切割加工還可切割加工細(xì)小零件（如圖a所示）。(a)微線切割（絲直徑25微米）目前已可加工出2.5μｍ的微細(xì)軸和5μｍ的微細(xì)孔可制作出長(zhǎng)0.5ｍｍ、寬0.2ｍｍ、深0.2ｍｍ的微型汽車模具，并用其制作出了微型汽車模型；直徑為0.3ｍｍ、模數(shù)為0.1ｍｍ的微型齒輪(6)STM加工1982年發(fā)明了掃描隧道顯微鏡（STM），其水平分辨率達(dá)到0.01nm，高度分辨率在0.01nm以下，可以直接用它觀測(cè)到原子和分子，進(jìn)行原子、分子的搬遷、去除和添加，實(shí)現(xiàn)納米量級(jí)甚至原子量級(jí)的超微細(xì)加工。該發(fā)明使得人類可以直觀地、感性地認(rèn)識(shí)原子世界，發(fā)明人也因此而獲得了諾貝爾物理學(xué)。在壓電材料棒制成的支架上，裝上極細(xì)的金屬探針，電壓控制探針作高精度的移動(dòng)，當(dāng)探針靠近待觀察材料的表面時(shí)，在針尖和材料之間施加一小電壓，便會(huì)引起電子在針尖和材料之間流動(dòng)的隧道效應(yīng)。由于隧道電流隨距離劇烈變化，讓針尖在同一高度掃描材料表面，表面那些“凹凸不平”的原子所造成的電流變化，通過計(jì)算機(jī)處理，便能在顯示屏上看到材料表面三維的原子結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)STM在恒流狀態(tài)下工作時(shí)，突然縮短針尖與樣品的距離或在針尖與樣品的偏置電壓上加一脈沖，針尖下的樣品表面微區(qū)將會(huì)出現(xiàn)納米級(jí)的坑、丘等結(jié)構(gòu)上的變化，這是STM所能產(chǎn)生的最普通的納米級(jí)的結(jié)構(gòu)。1986年Binnig

等人又研制成功了原子力顯微鏡（AFM）.和掃描隧道顯微鏡類似，它是靠控制探針針尖和被測(cè)表面間的原子相互作用力而檢測(cè)微觀形貌的，因此可以用于檢測(cè)非導(dǎo)體的表面形貌。原子力顯微鏡可在液體中測(cè)量，并可測(cè)軟質(zhì)材料的形貌，這對(duì)測(cè)量生物細(xì)胞特別有用，對(duì)生物學(xué)的發(fā)展研究起了很大推動(dòng)作用。1990年，IBM的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)STM顯微鏡的探頭還可以像犁一樣刮過原子團(tuán)并留下細(xì)微的溝痕.為了取樂，便很快開始對(duì)單個(gè)原子如法炮制．他們用35個(gè)氙原子拼出了IBM三個(gè)英文字母。每個(gè)字母高5nm，Xe

原子間最短距離約為1nm。35個(gè)Xe

原子排成IBM三個(gè)字母從此宣告人類進(jìn)入了操控單個(gè)原子的新時(shí)代。以后他們又實(shí)現(xiàn)了分子的搬遷排列。分子搬遷在鉑單晶的表面上，將吸附的一氧化碳分子（CO）用STM搬遷排列起來，構(gòu)成一個(gè)身高5nm的世界上最小的人的圖樣。用來構(gòu)成這圖樣的CO分子間距離僅為0.5nm，人們稱它為“一氧化碳小人”。一氧化碳小人自從掃描隧道顯微鏡誕生以來，科學(xué)家就利用其納米級(jí)局域的電場(chǎng)在不同的固體表面上進(jìn)行原子的操縱和納米加工。他們?cè)诠璞砻嫔咸崛?、放置原子和加工溝槽；或者在固體表面上沉積金等材料，形成類似小土包的單元。其目的之一，是為追求超高密度的信息存儲(chǔ)。2000年成功實(shí)現(xiàn)了超高密度信息存儲(chǔ)，將信息存儲(chǔ)點(diǎn)的直徑縮小到0.6納米，并實(shí)現(xiàn)了擦除。這意味著信息存儲(chǔ)的密度可達(dá)每平方厘米10的14次方比特(信息存儲(chǔ)基本單位)，其信息容量比現(xiàn)有光盤高100萬倍。按照這一密度，可將美國(guó)國(guó)會(huì)圖書館的所有信息存放在一塊方糖大的盤上。中國(guó)科學(xué)院北京真空物理開放實(shí)驗(yàn)室于1993年成功地實(shí)現(xiàn)了在硅表面上的原子操縱和最小尺寸的納米加工。用原子寫出了“中國(guó)”，并畫出了“中國(guó)地圖”。使用AFM同樣可以進(jìn)行常規(guī)的切削去除加工，只是加工尺寸為納米級(jí)。右圖使用探針切削硅表面獲得的深200納米,長(zhǎng)2微米的微加工區(qū)。圖（f）是切削深度為50nm時(shí)切屑形成的AFM觀察結(jié)果。由此可注意到，切削形成了良好的平整加工表面。表1、幾種常見的掃描探針顯微鏡儀器

名稱檢測(cè)信號(hào)分辨率備注

掃描探針顯微鏡掃描隧道顯微鏡（STM）探針-樣品間的隧道電流

0.1nm量級(jí)(原子級(jí)分辨率)

原子力顯微鏡（AFM）探針-樣品間的原子作用力統(tǒng)稱為掃描力顯微鏡（SFM）橫向力顯微鏡（LFM）探針-樣品間相對(duì)移動(dòng)的橫向作用力磁力顯微鏡（MFM）磁性探針-磁性樣品間的磁力10nm量級(jí)靜電力顯微鏡（EFM）帶電荷探針-帶電荷樣品間的靜電力1nm量級(jí)近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（SNOM）光探針接收到樣品近場(chǎng)的光輻射10-100nm量級(jí)

（7）RPM快速成型制造

快速成型制造技術(shù)20世紀(jì)80年代起源于日本，該技術(shù)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光加工技術(shù)、新型材料技術(shù)于一體，依靠CAD軟件，在計(jì)算機(jī)中建立三維實(shí)體模型，并將其切分成一系列平面幾何信息，以此控制激光束的掃描方向和速度，采用粘結(jié)、熔結(jié)、聚合或化學(xué)反應(yīng)等手段逐層有選擇地自由添加、去除加工原材料，從而快速制作出產(chǎn)品實(shí)體模型，大大降低了新產(chǎn)品的開發(fā)成本和開發(fā)周期?？焖俪尚偷倪^程是首先生成一個(gè)產(chǎn)品的三維CAD實(shí)體模型或曲面模型文件，將其轉(zhuǎn)換成STL文件格式，再用一軟件從STL文件“切”(Slice)出設(shè)定厚度的一系列的片層，或者直接從CAD文件切出一系列的片層，這些片層按次序累積起來仍是所設(shè)計(jì)零件的形狀。快速自動(dòng)成型可定義為一種將計(jì)算機(jī)中儲(chǔ)存的任意三維型體信息通過材料逐層添加法直接制造出來，而不需要特殊的模具、工具或人工干涉的新型制造技術(shù)。它是近20年來制造技術(shù)領(lǐng)域的一次重大突破。與傳統(tǒng)的加工方法相比，快速成型可迅速制造出自由曲面和更為復(fù)雜形態(tài)的零件等。與數(shù)控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制造手段一起，快速自動(dòng)成型已成為現(xiàn)代模型、模具和零件制造的強(qiáng)有力手段，在航空航天、汽車摩托車、汽車、家電等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用?？焖俪尚图夹g(shù)與傳統(tǒng)方法相比具有獨(dú)特的優(yōu)越性和特點(diǎn):(1)

產(chǎn)品制造過程幾乎與零件的復(fù)雜性無關(guān)，可實(shí)現(xiàn)自由制造(FreeFormFabrication)，這是傳統(tǒng)方法無法比擬的。(2)

產(chǎn)品的單價(jià)幾乎與批量無關(guān)，特別適合于新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的生產(chǎn)。(3)

由于采用非接觸加工的方式，沒有工具更換和磨損之類的問題,可做到無人值守，無需機(jī)加工方面的專門知識(shí)就可操作。(4)

無切割、噪音和振動(dòng)等，有利于環(huán)保。(5)

整個(gè)生產(chǎn)過程數(shù)字化，與CAD模型具有直接的關(guān)聯(lián)，零件可大可小，所見即所得，可隨時(shí)修改，隨時(shí)制造。(6)

與傳統(tǒng)方法結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)快速鑄造，快速模具制造、小批量零件生產(chǎn)等功能，為傳統(tǒng)制造方法注入新的活力。RapidPrototypingWhatisRapidPrototyping?ACADtechniquetoallow“Automatic”creationofaphysicalmodelorprototypefroma3-Dmodel.Createa3-D‘Photocopy’ofapart.Computer

ReallifeWhyuseRapidPrototyping?DecreasesleadtimeFacilitatesconcurrentengineeringAllowsvisualizationofmoreideas激光加工快速成型在產(chǎn)品開發(fā)方面通過快速制造一項(xiàng)新設(shè)計(jì)的概念模型、功能模型和技術(shù)模型，立體直觀地進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)、裝配檢驗(yàn)、功能測(cè)試和市場(chǎng)投標(biāo)等，大大提高產(chǎn)品開發(fā)的成功率，開發(fā)成本大大降低，總體的開發(fā)時(shí)間也大大縮短。在零件制造方面在醫(yī)學(xué)上，根據(jù)CT或MRI的數(shù)據(jù)，應(yīng)用RP方法可以快速制造人體的骨路骨絡(luò)(如顱骨、牙齒)和軟組織(如腎)等，并且不同部位采用不同的顏色成形，病變組織可以用醒目顏色。這些人體的器官模型對(duì)于幫助醫(yī)生進(jìn)行病情診斷和確定治療方案極為有利。RapidPrototypinghassurgicalapplicationsMedicalModeling-Zcorp在康復(fù)工程上，人體假肢的制造采用RP技術(shù)可以大大縮短制造時(shí)間，假肢和肌體的結(jié)合部位能夠做到最大程度的吻合，減輕了假肢使用者的痛苦。建筑設(shè)計(jì)上，RP技術(shù)可以制作建筑物模型(如大樓、橋梁)，幫助設(shè)計(jì)師進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)和最終方案的確定。在古建筑的恢復(fù)上，可以根據(jù)圖片記載，用RP技術(shù)復(fù)制原建筑。RP技術(shù)還可應(yīng)用到首飾、燈飾和三維地圖的設(shè)計(jì)制作等方面。RPM技術(shù)的具體工藝有很多種，最為成熟的有以下四種。1.立體光刻工藝(SLA)SLA立體光刻工藝(Stereolithgraphy

Apparatus)，它是最早出現(xiàn)的一種快速成形工藝，它采用激光一點(diǎn)點(diǎn)照射感光樹脂的方法成形原型。目前精度可達(dá)±0.1mm，主要用來為產(chǎn)品提供樣品和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。SLA工藝又叫立體光刻，于1984年獲美國(guó)專利。1988年美國(guó)3DSystems公司推出商品化樣機(jī)SLA一1，這是世界上第一臺(tái)快速原型成形機(jī)。SLA系列成形機(jī)占據(jù)著快速成形設(shè)備市場(chǎng)的較大份額。Stereolithography3DSystemsSLA3500StereolithographyOverviewLaserisfocused/shapedthroughoptics.Acomputercontrolledmirrordirectslasertoappropriatespotonphotopolymersurface.Polymersolidifieswhereverlaserhitsit.Whencrosssectioniscomplete,elevatorindexestopreparefornextlayer.示范單位：西安秦川汽車股份有限公司名稱：新款?yuàn)W托車前大燈傳統(tǒng)開發(fā)周期：4個(gè)月現(xiàn)開發(fā)周期：15天2.分層實(shí)體制造(LOM)(LaminatedObjectManufacturing)分層實(shí)體制造,其原理圖見圖。根據(jù)零件連續(xù)的分層幾何信息，采用激光切割箔材，一層層疊加制造原型。箔材可以是涂覆紙（涂有粘接劑覆層的紙），涂覆陶瓷箔、金屬箔或其他材質(zhì)基的箔材。LOMProcessLOMExample

LOM的優(yōu)點(diǎn):1）成形厚壁零件的速度較快，易于制造大型零件。（LOM工藝只需在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個(gè)截面。）

2）零件的精度較高(<0.15mm)

（工藝過程中不存在材料相變，因此不易引起翹曲變形）

3）LOM工藝無需加支撐（工件外框與截面輪廓之間的多余材料在加工中起到了支撐作用）4)LOM可制作一些光造型法難以制作的大型零件和厚壁樣件，且制作成本低廉（約為光造型法的1/2）。3.選擇性激光燒結(jié)選擇性激光燒結(jié)

(SelectiveLaserSintering)——SLS工藝。它采用激光一點(diǎn)點(diǎn)燒結(jié)粉末材料的方法成形原型。SLS工藝，由美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校于1989年研制成功。該方法已被美國(guó)DTM公司商品化。原理

SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；用高強(qiáng)度的C02激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；材料粉末在高強(qiáng)度的激光照射下被燒結(jié)在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；當(dāng)一層截面燒結(jié)完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地?zé)Y(jié)新一層截面。

SLSProcessSLS的特點(diǎn)

1）材料適應(yīng)面廣不僅能制造塑料零件，還能制造陶瓷、蠟等材料的零件。2）可以直接制造金屬零件。這使SLS工藝頗具吸引力。3）無需加支撐因?yàn)闆]有燒結(jié)的粉末起到了支撐的作用。示范單位：西安東方機(jī)械廠名稱：導(dǎo)彈引信葉輪傳統(tǒng)開發(fā)周期：6個(gè)月?，F(xiàn)開發(fā)周期：12天

4.熔化沉積制造

(FusedDepositionModeling，F(xiàn)DM)（1）產(chǎn)生

FDM工藝由美國(guó)1988年研制成功。并由美國(guó)Stratasys公司實(shí)現(xiàn)商品化。（2）原理

FDM的材料一般是熱塑性材料，如蠟、尼龍等，以絲狀供料。材料在噴頭內(nèi)被加熱熔化。噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將熔化的材料擠出，材料迅速固化，并與周圍的材料粘結(jié)。

FDMLayerFormationFDMgeneratedcrosssectionNoticethattheFDMfilamentcannotcrossitself,asthiswouldcauseahighspotinthegivenlayer它是一種不使用激光的加工方法，技術(shù)關(guān)鍵在于噴頭。FDM技術(shù)的最大特點(diǎn)是速度快（一般模型僅需幾小時(shí)即可成型）、無污染，在原型開發(fā)和精鑄蠟?zāi)５确矫娴玫綇V泛應(yīng)用。FDM工藝特點(diǎn)1）不用激光，使用、維護(hù)簡(jiǎn)單，成本較低。2）用蠟成形的零件原型，可以直接用于失蠟鑄造。3）用某些材料制造的原型因具有較高強(qiáng)度而在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測(cè)試與評(píng)估等方面得到廣泛應(yīng)用。

由于以FDM工藝為代表的熔融材料堆積成形具有一些顯著優(yōu)點(diǎn)，該工藝發(fā)展極為迅速。

國(guó)內(nèi)RP研究起步在1991年左右，北京隆源自動(dòng)成形系統(tǒng)有限公司、清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、華中理工大學(xué)、上海交通大學(xué)等在成型理論、工藝方法、設(shè)備、材料、軟件等方面做了大量的研究、開發(fā)工作。此外，國(guó)內(nèi)的家電行業(yè)如廣東的美的、華寶、科龍，江蘇的春蘭、小天鵝，青島的海爾等，都先后采用快速成形系統(tǒng)來開發(fā)新產(chǎn)品，收到了很好的效果。各地的大學(xué)、生產(chǎn)力中心添置了許多RP有關(guān)設(shè)備，開展技術(shù)服務(wù)工作。（8）激光加工激光加工技術(shù)是涉及光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)和材料等多個(gè)學(xué)科的綜合性高新技術(shù)。激光加工是利用能量密度很高的激光束使工件材料熔化、汽化和蒸發(fā)而予以去除的高能束加工。目前加工用的激光器主要有：CO2、CO、YAG激光器以及KrF

準(zhǔn)分子激光器。與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比，激光加熱速度快，熱影響區(qū)小，工作變形量小，加工質(zhì)量高，是機(jī)械制造業(yè)的一次技術(shù)革命。激光可對(duì)多種金屬、非金屬、以及高硬度、高脆性及高熔點(diǎn)的材料進(jìn)行加工。例如,在激光輔助切削高性能陶瓷、鈦合金和鎳基合金時(shí)，激光加熱切削點(diǎn)，可使切削力降低，切削部分的延性提高，實(shí)現(xiàn)以車代磨（Ra<0.5微米)，斷裂性能提高64%。激光切割、激光打標(biāo)、激光打孔、激光焊接、激光表面熱處理（包括激光相變硬化、激光涂層、激光合金化、激光沖擊強(qiáng)化等技術(shù)）、激光快速成型、激光清洗、激光冗余修正、激光退火、激光光刻與存儲(chǔ)、激光微調(diào)、激光劃線、激光毛化、激光制版、激光刻蝕、激光雕刻、激光強(qiáng)化電鍍等激光加工工藝。已在包括機(jī)械制造、紡機(jī)、醫(yī)療器械、汽車、航天航空、電子電器、電站電機(jī)、量具刃具、冶金、化工、包裝和工藝裝飾等工業(yè)領(lǐng)域，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。（9）高壓水射流加工高壓水射流加工(WaterjetMachining,WJM)，是以水為介質(zhì)，通過高壓發(fā)生設(shè)備，其壓力可達(dá)70~400Mpa，再經(jīng)過貯液能器使高壓流體平穩(wěn)，最后由噴嘴（直徑0.15－0.4mm）形成300－900m/s的高速流體束流，噴射到工件表面，從而達(dá)到去除材料的加工目的。在普通射流中加入磨料磨粒則形成磨料水射流(AbrasiveWaterjetMachining,AWJM)，此時(shí)，水射流作為載體使磨料粒子加速，由于磨料質(zhì)量大，硬度高，所以，磨料射流較之水射流動(dòng)能更大，切割效果更強(qiáng)。高壓水射流加工裝置基本上由液壓系統(tǒng)（供水系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、高壓水路系統(tǒng)、磨料供給系統(tǒng)）、切割系統(tǒng)（WJ/AWJ噴嘴切割裝置）、數(shù)控運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和外圍設(shè)備（CAD/CAM系統(tǒng)和全封閉防護(hù)罩等）組成。噴嘴的直徑為0.05～0.5mm，噴嘴直徑取決于所加工材料的厚度及其物理和機(jī)械性能，噴嘴的材料應(yīng)具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和承受高壓的性能。常用的材料有硬質(zhì)合金、藍(lán)寶石、紅寶石和金剛石。特點(diǎn)與激光等其他加工方法相比，高壓水射流加工有如下特點(diǎn)：①能夠切割任何材料，可切割加工很薄、很軟的金屬和非金屬材料，包括各種非金屬、各種硬、脆、韌性材料，鋁、鉛、銅、鈦合金板、纖維復(fù)合材料、石棉、石墨、混凝土、巖石、玻璃、紙、不銹鋼、塑料等80多種材料。②加工精度高。一般可達(dá)±0.075－0.1mm；切邊質(zhì)量較好；切面平整光滑；沒有熱影響區(qū)和分層現(xiàn)象，一般不需后續(xù)精加工工序。③生產(chǎn)效率高。例如，用AWJ切割石墨環(huán)氧樹脂，生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)工藝提高40倍。④可控制性好。切割可以從工件上任意點(diǎn)開始，在任意方向上進(jìn)行。可以加工常規(guī)工藝難以加工的部位。⑤易于實(shí)現(xiàn)CNC控制。⑥切割無塵、無味、無毒、無火花、振動(dòng)小，尤其適合惡劣的工作環(huán)境和有防暴要求的危險(xiǎn)環(huán)境。WJ/AWJ結(jié)合傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制方式，進(jìn)行車削或銑削加工，與激光結(jié)合，構(gòu)成激光/WJ復(fù)合加工機(jī)，或與CNC五軸銑床結(jié)合，組成銑削/水切割復(fù)合加工機(jī)，進(jìn)行適宜的復(fù)合加工。目前，世界范圍內(nèi)使用的WJ/AWJ切割機(jī)已達(dá)1800余種，在幾十個(gè)國(guó)家的許多部門中得到應(yīng)用，如宇航工業(yè)、汽車工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、電子工業(yè)、建材工業(yè)、造紙工業(yè)和服裝工業(yè)等部門，鑄件的清砂、鋼板的除銹、除垢等，除去機(jī)械加工毛刺。醫(yī)學(xué)上利用細(xì)水射流切割人體的彈性組織－水射流手術(shù)刀。（10）高速加工高速加工是近十多年迅速崛起的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，是切削技術(shù)發(fā)展的主流。通常采用的切削速度和進(jìn)給速度比常規(guī)加工高5～10倍的加工方式就是高速加工。但它并非普通意義上的采用大的切削用量來提高加工效率的一種加工方式，而是采用高轉(zhuǎn)速、快進(jìn)給、小切深和小步距來去除余量，完成零件加工的過程。與常規(guī)切削加工相比，高速切削具有以下優(yōu)越性：①單位時(shí)間內(nèi)的材料切除率可增加3～6倍，縮短零件的切削加工工時(shí)，提高生產(chǎn)效率；②切削力至少降低30％，徑向切削力小，有利于加工薄壁、細(xì)長(zhǎng)等剛性差的零件；③95％以上的切削熱被切屑帶走，工件保持冷態(tài)，適合于加工易熱變形工件；④激振頻率高，工作平穩(wěn)振動(dòng)小，可加工非常緊密、光潔的零件，表面殘余應(yīng)力小，可省去銑削后的精加工工序。因此，高速加工不僅可獲得極高的生產(chǎn)效率，而且可以顯著提高工件的加工精度和表面質(zhì)量。高速加工技術(shù)主要用于加工鋼、鑄鐵及其合金、鋁、鎂合金、超級(jí)合金（鎳基、鉻基、鐵基和鈦基合金）及碳素纖維增強(qiáng)塑料等復(fù)合材料，其中加工鑄鐵和鋁合金最為普遍。①有色金屬，如鋁、鋁合金，特別是鋁的薄壁加工。目前已經(jīng)可以加工出厚度為0.1mm、高為幾十毫米的成形曲面。②石墨加工。在模具的型腔制造中，由于采用電火花腐蝕加工，因而石墨電極被廣泛使用。但石墨很脆，因此必須采用高速切削才能較好地進(jìn)行成形加工。③模具，特別是淬硬模具的加工。采用高速切削加工淬硬材料不僅可達(dá)到很高的表面質(zhì)量(Ra≤0.4μm)，還可省去電加工后面的磨削和拋光的工序。④硬的、難切削的材料加工，如耐熱不銹鋼等。高速加工是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及機(jī)床、刀具、工件、加工工藝過程參數(shù)及切削機(jī)理等諸多方面。高速切削包括高速硬切削、高速干切削、高進(jìn)給速度切削和高切除率切削。高速切削技術(shù)的推廣應(yīng)用將大幅度提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量,并降低成本。掌握正確的高速切削工藝是高速加工成功實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。高速切削的工藝技術(shù)包括切削方法和切削參數(shù)的選擇優(yōu)化，對(duì)各種不同材料的切削方法、刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇等。目前，高速加工技術(shù)已在國(guó)內(nèi)外汽車、飛機(jī)、模具、輕工和信息等產(chǎn)業(yè)部門得到了非常廣泛的應(yīng)用，并取得了巨大的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益。高速加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。（11）干切削加工干切削是指在加工過程中不用冷卻潤(rùn)滑液的一種加工工藝，是目前在機(jī)械加工中為保護(hù)環(huán)境和降低成本而有意識(shí)地減少或完全停止使用切削液的加工方法。

機(jī)械制造企業(yè)逐步取消切削液，選用干切削加工，主要是處于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境兩方面的考慮：①切削液的大量使用造成了零件生產(chǎn)成本的大幅度提高：據(jù)德國(guó)許多公司的計(jì)算資料表明，使用切削液的費(fèi)用占總制造成本的16％，而切削刀具消耗的費(fèi)用僅占制造成本的3％-4％。②嚴(yán)重污染環(huán)境：切消液的使用，會(huì)使長(zhǎng)期暴露在空氣中的磨削液、合成切削液，尤其是霧狀切削液對(duì)操作者的健康造成損害，同時(shí)還會(huì)造成工作場(chǎng)地、局部環(huán)境的土地、水源和空氣污染，破壞生態(tài)環(huán)境。干切削技術(shù)起源于歐洲，目前在西歐各國(guó)也最為盛行：據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)在德國(guó)制造業(yè)將有20％以上采用干切削技術(shù)。干切削技術(shù)在車削和銑削上的應(yīng)用已日益廣泛，在鉆削、拉削、螺紋加工和齒輪加工方面也有重大突破。干切削技術(shù)在加工有色金屬（如鋁、銅等及其合金）及鑄鐵等方面已比較成熟。但在鋼材尤其是高強(qiáng)度鋼材方面問題較多，刀具磨損嚴(yán)重，使用壽命低，對(duì)刀具的材料和結(jié)構(gòu)要求較高，成本太高。干切削并不是簡(jiǎn)單地停止使用原有工藝中的切削液，也不是僅靠降低切削參數(shù)來保證刀具使用壽命，而是采用新的耐熱性更好的刀具材料及涂層，設(shè)計(jì)合理的刀具結(jié)構(gòu)與幾何參數(shù)，選擇最佳的切削速度，形成新的工藝條件。干切削的難點(diǎn)在于如何提高刀具在干切削中的性能，同時(shí)也對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)、工件材料及工藝過程等提出了新的要求。各種超硬、耐高溫刀具材料及其涂層技術(shù)的發(fā)展，為干切削技術(shù)創(chuàng)造了有利的條件；最小量冷卻液（MQL）裝置的有效應(yīng)用和各種中心小孔的孔加工標(biāo)準(zhǔn)刀具的出現(xiàn)，使準(zhǔn)干切削在鋁合金和各種難加工材料的孔加工中獲得了越來越多的應(yīng)用。干切削加工是對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的一個(gè)重大創(chuàng)新，是一種嶄新的清潔制造技術(shù)。隨著環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)的嚴(yán)格實(shí)施，干切削——這項(xiàng)綠色制造工藝日益受到人們高度的重視。3.3材料受迫成形工藝技術(shù)

材料受迫成形工藝技術(shù)3.3.1精密潔凈鑄造成形3.3.2精確高效金屬塑性成形工藝3.3.3粉末鍛造成形工藝3.3.4高分子材料注射成形機(jī)械零件成形方法：受迫成形在特定邊界和外力約束下成形，如鑄造、鍛壓、粉末冶金和注射成形等；去除成形將材料從基體中分離出去成形，如車、銑、刨、磨、電火花、激光切割；堆積成形將材料有序地合并堆積成形，如快速原形制造、焊接等。

自硬砂精確砂型鑄造粘土砂造型

鑄件質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境污染嚴(yán)重自硬樹脂砂造型

高強(qiáng)度、高精度、高潰散性低勞動(dòng)強(qiáng)度，適合于各種復(fù)雜鑄件型芯制作鑄件壁厚可<2.5mm3.3.1精密潔凈鑄造成形精確鑄造成形技術(shù)高緊實(shí)砂型鑄造可提高鑄型強(qiáng)度、剛度和硬度減少金屬液澆注凝固時(shí)型壁移動(dòng)降低金屬消耗、減少缺陷提高精度、粗糙度提高2-3級(jí)

氣沖造型消失模鑄造利用泡沫塑料作為鑄造模型，并在其四周填砂，不分上下模，泡沫塑料在澆注過程中氣化?？杀苊馍靶蜐⑸⒖上鹉Ｐ倍?，減小鑄件壁厚能夠獲得表面光潔、尺寸精確無飛邊、少無余量精密鑄件泡沫塑料模

造型

澆注過程

鑄件

特種鑄造技術(shù):

類型：壓力鑄造、低壓鑄造、熔模鑄造真空鑄造、擠壓鑄造等。

壓力鑄造：金屬模，以壓力澆注取代重力澆注，鑄件精確、表面光潔、內(nèi)部致密。金屬模壓鑄機(jī)壓鑄過程合型壓鑄開模潔凈的能源以感應(yīng)電爐代替沖天爐，減輕對(duì)空氣的污染無砂和少砂鑄造如壓力鑄造、金屬型鑄造、擠壓鑄造等清潔無毒材料使用無毒無味變質(zhì)劑、精煉劑、粘結(jié)劑等高潰散性型砂工藝樹脂砂、酯硬化水玻璃砂工藝廢棄物再生和綜合利用鑄造舊砂再生回收、熔煉爐渣處理和綜合利用鑄造機(jī)器人或機(jī)械手以代替工人在惡劣條件下工作清潔（綠色）鑄造技術(shù)鑄造過程計(jì)算機(jī)仿真在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行虛擬澆鑄，分析預(yù)測(cè)鑄液充填及凝固過程，預(yù)測(cè)不合理鑄造工藝缺陷，對(duì)不同鑄造工藝方案作出最優(yōu)的選擇。鑄造過程仿真發(fā)展

60年代丹麥學(xué)者開始用計(jì)算機(jī)對(duì)鑄件凝固過程進(jìn)行模擬隨后工業(yè)國(guó)家相繼開發(fā)了鑄造過程計(jì)算機(jī)模擬軟件，如：德國(guó)MACMAsoft

軟件，英國(guó)Procast

軟件，清華大學(xué)Flsoft

軟件等。鑄造過程計(jì)算機(jī)模擬精密模鍛利用模鍛設(shè)備鍛造出鍛件形狀復(fù)雜、精度高的模鍛工藝，比普通鍛件高1-2個(gè)精度等級(jí)。3.2.2精確高效金屬塑性成形工藝

模鍛坯料普通模鍛去氧化皮精密模鍛錐齒輪的精密模鍛工藝

超塑性成形

超塑性現(xiàn)象：在一定內(nèi)部條件（如晶粒形狀、相變）和外部條件（如溫度、應(yīng)變速率）下，呈現(xiàn)出異常低的流變抗力、異常高的延伸率現(xiàn)象。目前已知鋅、鋁、銅等合金超塑性達(dá)1000%，有的甚至達(dá)2000%。

金屬超塑性類型：細(xì)晶超塑性（恒溫超塑性）內(nèi)在條件：具有均勻、穩(wěn)定等軸細(xì)晶組織（<10μm）；

外在條件：特定溫度和變形速率（10-4-10-5min-1）。相變超塑性（環(huán)境超塑性）在材料相變點(diǎn)溫度循環(huán)變化，同時(shí)對(duì)試樣加載。超塑性成形工藝應(yīng)用飛機(jī)鈦合金組合件

原需幾十個(gè)零件組成，用超塑性成形后，可一次整體成形，大大減輕了構(gòu)件的質(zhì)量，提高了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。超塑性等溫模鍛

薄板加熱到超塑性溫度，在壓力作用下產(chǎn)生超塑性變形，直至同模具貼合為止。超塑性氣壓成形精密沖裁

呈純剪切分離沖裁工藝，通過模具改進(jìn)提高精度，可達(dá)IT6-9級(jí)，Ra1.6-0.4μm。三種光潔沖裁凹模結(jié)構(gòu)橢圓凹模圓角凹模倒角刃口負(fù)間隙沖裁帶齒圈壓板精沖精密沖裁輥軋工藝用軋輥對(duì)坯料連續(xù)變形加工工藝，生產(chǎn)率高、質(zhì)量好、材料消耗少。輥鍛軋制輾環(huán)軋制3.2.3粉末鍛造成形工藝粉末制取粉末鍛造成形工藝粉末冶金

+精密鍛造模壓成形型坯燒結(jié)鍛前加熱鍛造后續(xù)處理粉末鍛造件優(yōu)點(diǎn)：

能源消耗低，材料利用率高

為普通鍛造能耗49%，材料利用率達(dá)90%，普通鍛造僅40-60%；

鍛件精度高，力學(xué)性能好

組織無偏析，無各向異性；

疲勞壽命高

比普通鍛造提高20%，高速鋼工具壽命可提高兩倍以上。

粉末鍛造模具注射成形原理3.2.4高分子材料注射成形粉狀塑料注入螺桿推進(jìn)送進(jìn)加熱區(qū)通過分流梭噴嘴噴出注入模腔注射成形工藝過程冷卻成形氣體輔助成形：將惰性氣體注入，在成品較厚部分形成空腔，使成品壁厚均勻，可防止縮痕或翹曲產(chǎn)生。注射成形新技術(shù)氣體輔助注射成形原理注射壓縮成形：可采用較低的注射壓力成形薄壁制品，適用于流動(dòng)性較差的制品。整體壓縮注射成形模具滑合成形法

適用于中空制品和不同材料復(fù)合體模具滑合成形動(dòng)作原理剪切場(chǎng)控制取向成形法：使材料纖維取向與流動(dòng)方向一致，可提高熔接痕強(qiáng)度，消除縮孔和縮痕。剪切場(chǎng)控制取向成形法原理直接注射成形法

不需混煉造粒過程，可將填充劑均勻地分散在基體樹脂中，直接注射成制品。直接注射成形機(jī)螺桿壓縮段剖面圖3.2材料受迫成形工藝技術(shù)

精密潔凈鑄造工藝

精密高效金屬塑性成型工藝精密潔凈鑄造工藝

金屬型鑄造是指用金屬材料制作鑄型生產(chǎn)鑄件的特種鑄造方法。

精密潔凈鑄造工藝金屬型高壓鑄造金屬型離心鑄造金屬型低壓鑄造金屬型重力鑄造擠壓鑄造壓力鑄造技術(shù)機(jī)械化程度和生產(chǎn)效率都很高。具有高壓和高速兩大特點(diǎn)，也是區(qū)別其他鑄造方法的顯著標(biāo)志。可獲得內(nèi)部組織致密，輪廓清晰的精密鑄件。壓鑄過程原理圖壓鑄機(jī)消失模鑄造工藝播放消失模鑄造的特點(diǎn)鑄件的內(nèi)部質(zhì)量提高；對(duì)環(huán)境無公害；方便鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；簡(jiǎn)化砂處理工序，減少設(shè)備占地面積，從而降低設(shè)備費(fèi)用；它是一種近無余量的新型成型工藝消失模成型產(chǎn)品２）精確高效金屬塑性成型工藝

利用金屬產(chǎn)生塑性變形的能力，使金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，成為具有所要求的形狀、尺寸和性能的制品的加工方法。超塑性成型：

一般是指材料在低載荷的作用下，其拉伸變形的伸長(zhǎng)率超過100%的現(xiàn)象。超塑性合金有一種奇怪的特性，在適當(dāng)?shù)臏囟拳h(huán)境下它能夠像泡泡糖一樣伸長(zhǎng)10倍、20倍、幾十倍甚至上百倍，最高的可達(dá)5000%以上，既不會(huì)出現(xiàn)縮頸，也不會(huì)斷裂。本來是硬而脆的合金，人們利用它的“超塑性”，就能夠把它吹制成像氣球一樣的薄殼。下圖為一種超塑材料Bi-44%Sn在拉伸前后的試樣長(zhǎng)度對(duì)比。而它的變形抗力卻異乎尋常的低，只有常規(guī)金屬的幾十分之一到百分之一。例如Zn-22%A1的變形抗力僅為2Mpa或更低，用很小的力量就可擠壓或吹制成各種復(fù)雜形狀的制品，使壓力加工設(shè)備的噸位大大減小，甚至可像吹糖人似的在模子中吹出各種中空制件。

圖1-1

Bi-44Sn擠壓材料在慢速拉伸下出現(xiàn)異常大的延伸

率現(xiàn)象（δ=1950%），左為拉伸前的試樣。金屬蜂窩封環(huán)

慣性摩擦焊焊接試件

鈦合金在飛機(jī)、導(dǎo)彈及航天飛機(jī)上都用得很多。為了解決零件加工困難的問題，現(xiàn)在除了可以采用“超塑性成型”的辦法以外，還可以采取“超塑性擴(kuò)散連接”的辦法。超塑性分類：其他超塑性微晶組織超塑性相變超塑性超塑性３.3優(yōu)質(zhì)高效焊接及切割技術(shù)金屬焊接是指通過適當(dāng)?shù)氖侄?，使兩個(gè)分離的金屬物體（同種金屬或異種金屬）產(chǎn)生原子（分子）間結(jié)合而連接成一體的連接方法。

精密焊接是指可以達(dá)到精確成型目的的焊接工藝。主要包括：電子束焊、激光焊、超聲波焊。