先进制造工艺技术

第3章 先进制造工艺技术
3.1 概述 3.2 材料受迫成形工艺技术 3.3 高速加工技术 3.4 快速原型制造技术 3.5 表面工程技术
3.1 概 述
3.1.1 机械制造工艺的定义和内涵
1.机械制造工艺 机械制造工艺是将各种原材料通过改变其形状、 尺寸、性能或相对位置，便之成为成品或半成品的 方法和过程。【机械制造工艺过程，如图1所示。】
3.2 材料受迫成形工艺技术
3.2.2 精确高效金属塑性成形工艺
通过材料的塑性变形来实现制品所要求的形状、 尺寸和性能的机械加工方法。包括锻造、冲压、轧 制、挤压等工艺。
1.精密模锻工艺 在模锻设备上锻造出锻件形状复杂、精度高的 模锻工艺。中间坯料、再处理、精锻，低温模锻。 2.超塑性成形 超塑性：指材料在一定的内部组织条件和外 部环境条件下，呈现出异常低的流变抗力，异常
3.2 材料受迫成形工艺技术
3.2.3 粉末锻造成形工艺
粉末锻造成形是将传统的粉末冶金和精密锻造相 结合的一种新工艺。
1.特点
能源消耗低、材料利用率高；锻件精度高，力学 性能好，组织无偏析、无各向异性；疲劳寿命高。
2.工艺过程
粉末支取—模压成形—型坯烧结—锻前加热—锻 造—后续处理。
3.模具（图3-13）
横坐标是对数坐标，vh 的值是v1 的10倍。
几种常用材料的切削速度范围： 铝合金：1000～Байду номын сангаас000m/min； 铜： 900～5000m/min；
钢： 500～2000m/min； v
灰铸铁：800～3000m/min； 钛： 100～1000m/min。 进给速度：2～25m/min;
60～80m/min。 f
4）自动化和数字化工艺装备的发展 5）零件毛坯成形在向少无余量发展 6）优质清洁表面工程技术的形成和发展
3.1.3 先进制造工艺技术特点
1）优质 2）高效 3）低耗 4）洁净 5）灵活
3.2 材料受迫成形工艺技术
3.2.1 精密洁净铸造成形
1.精确铸造成形技术
1）自硬砂精确砂型铸造 以自硬树脂 砂造型、造芯,高强度、高精度、高溃散 性和低的造型造芯劳动强度。
先进制造工艺是在不断变化和发展的传统机械制造工 艺基础上逐步形成的一种制造工艺技术，是高新技术产业化 和传统工艺高新技术化的结果。
其发展表现在： 1）制造加工精度不断提高（1→0.05 → 0.001 →0.25nm) 2）切削加工速度迅速提高(每分钟几十米） 3）新型工程材料的推动
3.1 概 述
今天课就到这里。
3.3 高速加工技术
3.3.1 高速加工技术的概念与特征 3.3.2 超高速加工技术的发展与应用 3.3.3 高速切削加工的关键技术 3.3.4 高速磨削加工
3.3 高速加工技术
3.3.1 高速加工技术的概念与特征
1.高速加工技术
采用超硬材料刀具和磨具、利
用能可靠地实现高速运行的自动化 制造设备，极大地提高材料的切除 率，并保证加工质量的现代制造加 工技术。不同材料的超高速速度范 围不同。
3.3.2 超高速加工技术的发展与应用
1931年由德国Salomon博士提出，之后，高速 切削加工技术的发展经历了高速切削的理论探索、应 用探索、初步应用、较成熟的应用四个发展阶段。
3.2 材料受迫成形工艺技术
高的伸长率现象。超塑性成形：利用材料的超塑性 （分细晶和相变）在一定条件下实现对零件的精密 成形。
3.精密冲裁工艺
在普通冲裁工艺基础上通过模具改进来提高 制件精度。主要有光洁冲裁、负间隙冲裁、带齿 圈压板冲裁等。
4.辊轧工艺
用轧辊对坯料进行连续变形的压力加工方法。 包括辊锻轧制和辗环轧制。（图3-11，3-12）
萨洛蒙（Carl Salomon) 博士
于1929年进行了超高速模拟实验。
1931年发表了著名的超高速切削
理论，实验得到了切削速度变化和 切削温度的关系（如图3-30所
图3-30 切削速度变化和切削温度的关 系（萨洛蒙曲线）
示）。
3.3 高速加工技术
A区:是常规的切削速度范围； B区:由于切削温度太高，任何刀具都无法承受，切削加工 不可能进行，称为“死谷”区； C区:是高速度区，切削温度反而降低；同时切削力也会大 幅度下降。
2）高紧实砂型铸造 提高砂型强度、 刚度、硬度和精度。【图2所示】
3）消失模铸造 利用泡沫塑料作为铸
造模型，直接在四周填充型砂，不分上
下模。【图3所示】
图2 高紧实砂型—气冲 造型
4）特种铸造技术 包括压力铸造、低
压铸造、熔模铸造等。（图3-5）
a)气冲前 b)气冲过程
图3 消失模铸造工艺过程示意图 a)泡沫塑料模样 b)造型 c)浇注 d）铸件（无飞边、毛刺）
3.3 超高速加工技术
2.超高速加工技术的特征 1）切削力低（比常规降低30%～70%），变形小； 2）热变形小，工件温升很小； 3）材料切除率高； 4）高精度，加工过程平稳、振动小，可实现高精度、 低粗糙度加工； 5）减少工序，高速切削可使工件加工集中在一道工 序中完成，不分粗、精加工。
3.3 超高速加工技术
3.2 材料受迫成形工艺技术
3.2.4 高分子材料注射成形
高分子材料是与钢材、水泥、木材并列的现代四大 基本工程材料。其成形加工技术主要有：
注塑成形（图3-14）；挤出成形；吹塑成形；压延 成形；压制成形等。
1.气体辅助成形（图3-15） 2.注射压缩成形（图3-16） 3.模具滑合成形（图3-17） 4.剪切场控制取向成形（图3-18） 5.直接注射成形（图3-19）
2.内涵 可分为如下三个阶段：①零件毛坯的成形准备 阶段，包括原材料切割、焊接、铸造、锻压加工成 形等；②机械切削加工阶段，包括车削、钻削、铣
图1 机械制造工艺流程
3.1 概 述
削、刨削、铣削、磨削加工等；③表面改性处理阶段，包 括热处理、电镀、化学镀、热喷涂、涂装等。
3.1.2 先进制造工艺的产生和发展
3.2 材料受迫成形工艺技术
2.清洁（绿色）铸造技术
1）采用洁净的能源 2）采用无砂或少砂的特种铸造工艺 3）使用洁净无毒的工艺材料 4）采用高溃散性型砂 5）废弃物的再生和综合利用 6）铸造机器人或机械手
3.铸造过程计算机模拟
铸件凝固过程进行模拟，铸造过程计算机模拟软件。 德国MACMA-soft,英国Procast，国内清华大学Flsoft软件。