第8章先进制造技术..doc

第八章 先进制造技术 案例导入 随着制造业中对产品的生产效率和加工精度要求的不断提高，推动了与以往加工方式不同的先进制造技术的发展，例如目前正迅速发展的三维打印技术（即快速成型技术），它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它以往常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造。特别是一些高价值应用领域（比如髋关节或牙齿，或一些飞机零部件）已经有使用这种技术打印而成的零部件。本章中将主要介绍精密与超精密加工技术、快速成型制造技术和微细加工技术等内容。 8.1精密与超精密加工技术 8.1.1概述 当前精密和超精密加工精度从微米到亚微米，乃至纳米，在汽车、家电、IT电子信息高技术领域和军用、民用工业有广泛应用。同时，精密和超精密加工技术的发展也促进了机械、模具、液压、电子、半导体、光学、传感器和测量技术及金属加工工业的发展。 通常，按加工精度划分，精密机械加工可分为精加工、精密加工、超精密加工三个阶段。 精加工是完成各主要表面的最终加工，使零件的加工精度和加工表面质量达到图样规定的要求。精度在10μm左右，Ra0.8～0.1μm。 精密加工是指加工精度和表面质量达到较高程度的加工方法。精度在1～0.1μm左右Ra0.1～0.02μm。 超精密加工是指在机械加工领域中，某一个历史时期所能达到的最高加工精度的各种精密加工方法的总称。精度0.1～0.01μm左右，Ra0.01～0.005μm。 但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的精加工。 精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面状况；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。 8.1.2精密及超精密加工的分类 1.传统精密加工方法 传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。 （1）砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。 （2）精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。? （3）珩磨是用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1μm，最好可到Ra0.025μm，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。 （4）精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025μm加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。 （5）抛光是利用机械、化学、电化学的方法对工件表面进行的一种微细加工，主要用来降低工件表面粗糙度，常用的方法有：手工或机械抛光、超声波抛光、化学抛光、电化学抛光及电化学机械复合加工等。手工或机械抛光加工后工件表面粗糙度Ra≤0.05μm，可用于平面、柱面、曲面及模具型腔的抛光加工。超声波抛光加工精度0.01~0.02μm，表面粗糙度Ra0.1μm。化学抛光加工的表面粗糙度一般为Ra≤0.2μm。电化学抛光可提高到Ra0.1~0.08μm。? 2.现代精密加工 现代精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术。 （1）微细加工技术是指制造微小尺寸零件的加工技术； （2）超微细加工技术是指制造超微小尺寸零件的加工技术，它们是针对集成电路的制造要求而提出的，由于尺寸微小，其精度是用切除尺寸的绝对值来表示，而不是用所加工尺寸与尺寸误差的比值来表示. （3）光整加工一般是指降低表面粗糙度和提高表面层力学机械性质的加工方法，不着重于提高加工精度，其典型加工方法有珩磨、研磨、超精加工及无屑加工等。实际上，这些加工方法不仅能提高表面质量，而且可以提高加工精度。精整加工是近年来提出的一个新的名词术语，它与光整加工是对应的，是指既要降低表面粗糙度和提高表面层力学机械性质，又要提高加工精度(包括尺寸、形状、位置精度)的加工方法。 3.超精密加工 超精密加工主要包括三个领域：超精密切削加工，如金刚石刀具的超精密切削，可加工各种镜面。它已成功地解决了用于激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工；超精密磨削和研磨加工，如高密度硬磁盘的涂层表面加工和大规模集成电路基片的加工；超精