第3章先进制造工艺_先进制造技术.ppt

国外金刚石刀具刃口半径可达纳米级水平。日本大阪大学与美国LLL实验室合作研究的超精密切削的最小极限，在刀具极锋锐和机床工作状态最佳情况下，可以实现切削厚度纳米级的连续稳定切削。 在工具和模具制造中，磨削是保证产品的精度和质量的最后一道工作序。技术关键除磨床外、磨削工艺也起决定性作用。在磨削脆性材料时，由于材料本身的物理特性，切屑形成多为脆性断裂，磨削后的表面比较粗糙。在80年代末日本和欧美的众多公司和研究机构研发了两种新的磨削工艺：塑性磨削（Ductile Grinding)和镜面磨削（Mirror Grinding) 尖端直径为5微米的微型镊子可以夹起一个红血球。日本研制的数厘米见方的微型车床加工精度呆达1.5微米。美国大批量生产的硅加速度计把微型传感器和集成电路一起集成在硅片上3mmx3mm的范围内。 目前已有0.06mm的轴与轴承和投入生产的0.5mm的齿轮。 日本FANUC和电气通信合作研制出车床型的超精密铣床，首例用切削的方法实现了自由曲面微细加工。 的截面后，工作台带动已成形的工件下降一个片材厚度，与带状片材分离；送料机构转动收料辊和送料辊，带动料带移动，使新层移到加工区域，热压辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚；再在新层上进行激光切割。如此反复直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分层制造的实体零件。制造过程完成后，通常还要进行后处理。 优点：材料适应性强；只需切割零件轮廓线，成形厚壁零件的速度较快，易于制造大型零件；不需要支撑；工艺过程中不存在材料相变，成形后的成形无内应力，因此不易引起翅曲变形。缺点是层间结合紧密型差。 3.6.2 典型的RPM工艺方法 3.6.2 典型的RPM工艺方法 选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS） 此方法是由美国得克萨斯大学奥斯汀分校的C. R. Dechard于1989年首先研制出来的，同年获美国专利。DTM公司1992年首先推出了SLS商品化产品“烧结站2000系统”。 工作原理：采用CO2激光束对粉末状的成形材料进行分层扫描，受到激光束照射的粉末被烧结，而未扫描的区域仍是可对后一层进行支撑的松散粉末。当一层烧结完毕后，工作台下移一个片层厚度，而供粉活塞则相应上移，铺粉滚筒再次将加工平面上的粉末铺平，激光束再烧结出新的一层并粘结于前一层上，如此反复便堆积出三维实体制件。 优点是可以采用金属、陶瓷、塑料、复合材料等多种材料，且材料利用率高；不需要支撑，故可制作形状复杂的零件。缺点是成形速度较慢，成形精度和表面质量较差。 3.6.2 典型的RPM工艺方法 3.6.2 典型的RPM工艺方法 SLS工艺原理图 1-CO2激光束；2-扫描镜；3- CO2激光器；4-粉末；5-平整滚筒 熔融沉积成形(Fused Deposition Modeling，FDM) FDM工艺由美国学者Scott Crump博士于1988年研制成功，并于1991年由美国的Stratasys公司率先推出商品化设备FDM-1000。 FDM系统主要由喷头、供丝机构、运动机构、加热成形室和工作台等五个部分组成，而喷头是结构最复杂的部分。工作原理：将热熔性丝材由供丝机构送至喷头，并在喷头中被加热至临界半流动状态，喷头底部有一喷嘴供熔融的材料以一定的压力挤出，喷头按零件截面轮廓信息移动，在移动过程中所喷出的半流动材料沉积固化为一个薄层。其后工作台下降一个切片厚度再沉积固化出另一新的薄层，如此一层层成形且相互粘结便堆积出三维实体制件。 3.6.2 典型的RPM工艺方法 3.6.2 典型的RPM工艺方法 特点：FDM可加工材料范围广，如ABS工程塑料、蜡、聚乙烯、聚丙烯、陶瓷和尼龙等；因不用激光器件，故成本较低；成形速度快；当采用水溶性支撑材料时，支撑去除方便快捷；整个成形过程在60～300℃，并且不会产生粉尘，也不存在前几种工艺方法出现的有毒化学气体、激光和液态聚合物的泄漏。缺点是精度较低。 RPM不受复杂形状的任何限制，迅速地将示于计算机屏幕上的设计变为可进一步评估的实物。 根据原型，可对设计的正确性、造型合理性、可装配和干涉等进行具体的检验。 快速产品开发(Rapid Product Development，RPD) 3.6.3 RPM技术的应用 观感评价 销售模型 功能测试 CAD数据检查 装配校核 可制造性检查 （一） 快 速 原 型 3.6.3 RPM技术的应用 一般来说采用RPM快速产品开发技术，可减少产品开发成本30～70%，减少开发时间50%。 RPM在RPD方面的应用 图7-64 电火花加工机床 3.5.2 几种代表性特种加工方法 电极材料——要求导电，损耗小，易加工；常用材料：紫铜、石墨、铸铁、