最新先进制造技术-第3课课件ppt

3.2.1 精密洁净铸造成形
精确铸造成形技术
• 自硬砂精确砂型铸造 粘土砂造型 铸件质量差、生产效率低 劳动强度大、环境污染严重 自硬树脂砂造型 高强度、高精度、高溃散性 低劳动强度，适合于各种复杂铸件型芯制作 铸件壁厚可 < 2.5mm
高紧实砂型铸造 • 可提高铸型强度、刚度 和硬度 • 减少金属液浇注凝固时 型壁移动 • 降低金属消耗、减少缺 陷 • 提高精度、粗糙度提高 2-3级
气冲造型
消失模铸造 利用泡沫塑料作为铸造模型，并在其四 周填砂，不分上下模，泡沫塑料在浇注过程中气化。
• 可避免砂型溃散 • 可消除起模斜度，减小铸件壁厚 • 能够获得表面光洁、尺寸精确 • 无飞边、少无余量精密铸件
泡沫塑料模 造型
浇注过程
铸件
特种铸造技术 类型：压力铸造、低压铸造、熔模铸造
真空铸造、挤压铸造等。 压力铸造：金属模，以压力浇注取代重力浇注，
粉末锻造模具
3.2.4 高分子材料注射成形
注射成形工艺过程
粉状塑料注入
螺杆推进
送进加热区
冷却成形 注入模腔
喷嘴喷出 通过分流梭
注射成形原理
注射成形新技术
气体辅助成形： 将惰性气体注入，在成品较厚部分形成空腔 ，使成品壁厚均匀，可防止缩痕或翘曲产生。
气体辅助注射成形原理
注射压缩成形：可采用较低的注射压力成形薄壁制 品，适用于流动性较差的制品。
超塑性 气压成形
精密冲裁 呈纯剪切分离冲裁工艺，通过模具改进提高 精度，可达IT6-9级，Ra1.6-0.4µm。
椭圆凹模
圆角凹模
三种光洁冲裁凹模结构
倒角刃口
精密冲裁
负间隙冲裁
带齿圈压板精冲
辊轧工艺 用轧辊对坯料连续变形加工工艺，生产率 高、质量好、材料消耗少。
辊锻轧制
辗环轧制
3.2.3 粉末锻造成形工艺
粉末锻造成形工艺
粉末冶金 + 精密锻造
粉末制取
模压成形
型坯烧结
后续处理
锻造
锻前加热
粉末锻造件优点：
• 能源消耗低，材料利用率高 为普通锻造能耗49%，材料利用 率达90%，普通锻造仅40-60%；
• 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 比普通锻造提 高20%，高速钢工具寿命可提 高两倍以上。
铸造过程计算机模拟
铸造过程计算机仿真 在计算机上进行虚拟浇铸，分析预测 铸液充填及凝固过程，预测不合理铸造工艺缺陷，对不同铸 造工艺方案作出最优的选择。 铸造过程仿真发展 • 60年代丹麦学者开始用计算机对铸件凝固过程进行模拟 • 随后工业国家相继开发了铸造过程计算机模拟软件，如：
德国 MACMAsoft 软件， 英国 Procast 软件， 清华大学 Flsoft 软件等。
第二节 材料受迫成形工艺技术
3.2.1 精密洁净铸造成形 3.2.2 精确高效金属塑性成形工艺 3.2.3 粉末锻造成形工艺 3.2.4 高分子材料注射成形
机械零件成形方法：
• 受迫成形 在特定边界和外力约束下 成形，如铸造、锻压、粉末冶金和注射 成形等； • 去除成形 将材料从基体中分离出去 成形，如车、铣、刨、磨、电火花、激 光切割； • 堆积成形 将材料有序地合并堆积成 形，如快速原形制造、焊接等。
先进制造技术-第3课
第一节 概述
3.1.1 机械制造工艺定义与内涵 3.1.2 先进制造工艺的产生和发展
3.1.1 机械制造工艺定义与内涵
机械制造工艺定义
原材料
改变形状,尺寸,性能,位置
机床、工具
成品 半成品
机械制造工艺三阶段： ①零件毛坯的成形准备阶段
②机械切削加工阶段 ③表面改性处理阶段 上述阶段划分逐渐模糊、交叉，甚至合而为一
3.2.2 精确高效金属塑性成形工艺
精密模锻 利用模锻设备锻造出锻件形状复杂、精度高的 模锻工艺，比普通锻件高1-2个精度等级。
模锻坯料 普通模锻
去氧化皮 精密模锻
锥齿轮的精密模锻工艺
超塑性成形
超塑性现象：在一定内部条件（如晶粒形状、相变） 和外部条件（如温度、应变速率）下，呈现出异常低的 流变抗力、异常高的延伸率现象。目前已知锌、铝、铜 等合金超塑性达1000%，有的甚至达2000%。
整体压缩注射成形
模具滑合成形法 适用于中空制品和不同材料复合体 模具滑合成形动作原理
剪切场控制取向成形法：使材料纤维取向与流动方向一 致，可提高熔接痕强度，消除缩孔和缩痕。
剪切场控制取向成形法原理
直接注射成形法 不需混炼造粒过 程，可将填充剂 均匀地分散在基 体树脂中，直接 注射成制品。
金属超塑性类型： • 细晶超塑性（恒温超塑性）
内在条件：具有均匀、稳定等轴细晶组织（<10µm）； 外在条件：特定温度和变形速率（10-4-10-5min-1）。 • 相变超塑性（环境超塑性） 在材料相变点温度循环变化，同时对试样加载。
超塑性成形工艺应用 •飞机钛合金组合件 原需几十个零件组成，用超塑性 成形后，可一次整体成形，大大减轻了构件的质量， 提高了结构的强度。 •超塑性等温模锻 薄板加热到超塑性温度，在压力作 用下产生超塑性变形，直至同模具贴合为止。
如：熔模精密铸造、精密锻造、
精密冲裁、冷温挤压等新工艺。
•表面工程技术的形成和发展
表面工程Biblioteka Baidu通过表面涂覆、表面改性、表面加工、表面 复合处理改变零件表面形态、化学成分和组织结构，以 获取与基体材料不同性能的一项应用技术。
如：电刷镀、化学镀、物理气相沉积、化学气象沉积、 热喷涂、化学热处理、激光表面处理、离子注入等。
铸件精确、表面光洁、内部致密。
合型
压铸
开模
金属模压铸机压铸过程
清洁（绿色）铸造技术
•洁净的能源 以感应电炉代替冲天炉，减轻对空气的污染 •无砂和少砂铸造 如压力铸造、金属型铸造、挤压铸造等 •清洁无毒材料 使用无毒无味变质剂、精炼剂、粘结剂等 •高溃散性型砂工艺 树脂砂、酯硬化水玻璃砂工艺 •废弃物再生和综合利用 铸造旧砂再生回收、熔炼炉渣处 理和综合利用 •铸造机器人或机械手 以代替工人在恶劣条件下工作
• 新型工程材料的应用 类型：超硬材料、超塑材料、高分子材料、 复合材料、工程陶瓷等 对制造工艺贡献： ①改善刀具切削性能，改进加工设备； ②促进特种加工工艺发展。
• 自动化和数字化工艺装备的发展 单机自动化 → 系统自动化 刚性自动化 → 柔性自动化 → 综合自动化
•毛坯成形技术在向少、无余量发展