先进制造加工导论.ppt

先进制造加工技术 盛步云 2. 加工、成形制造技术 2.1 发展现状和趋势 加工精度不断提高 加工速度得到提高 材料科学的变革 重大装备促进——大型、大容量、高效率 优质清洁表面工程 热成形过程数值模拟 5um(3um) 精密加工0.3-3um 超精密0.03-0.3 纳米<0.03um 2.1 发展现状和趋势 成形技术——铸造：轻量化、精确化、强韧化、复合化、无污染 锻造：净成形 CAE相结合 焊接：高能密度焊接发展，柔性化、智能化、自动化 快速原型、激光表面处理 计算机模拟、虚拟制造 3 精密洁净铸造工艺 精密、洁净、高效 无机化学粘接剂型砂——水玻璃、水泥 有机化学粘接剂型砂——植物油 金属型铸造工艺 挤压铸造技术 消失（气化）模）铸造技术 3.1 压力铸造 高压力：几到几十 Mpa~ 5000 Mpa 短时间：0.02s~0.2s 高速度：0 .5m/s~50m/s 120m/s 3.1 压力铸造 开发新型的压射控制系统（致密薄件） 新压铸工艺（消除缺陷，提高质量） 开发和应用新的压铸合金材料（金属基复合材料MMCs、压铸镁合金、高铝锌基合金） 开发和应用快速原型制造技术 开展CAD/CAM/CAE系统研究与应用 3.2 挤压铸造技术 1937苏联问世——液态金属模压——液压模锻——液压铸造 定义：浇入金属型中的液态金属，在通过冲头传递压力作用下进行填充、成型和凝固结晶。 特点 尺寸精度高、粗糙度低 铸件在凝固过程中能得到有效补缩、无铸造缺陷 组织致密性好、晶粒细化、力学性能好 无浇冒口，减少液态金属消耗 3.3 消失模铸造（EPC） 原理： 发泡成型机制成泡末塑料模样（铸件和浇注系统模样） 粘结成实体模组、涂刷特制涂料、干燥 放入特制砂箱、填入干砂 三维振动紧实、抽真空浇铸 泡沫模型气化消耗被金属置换 特点 近无余量新型成型 工艺（无须取模、无分型面、无泥砂芯、无飞边、无拔模斜度、重量减少30-40%） 铸件精度高、缺陷少 无环境公害，易实现清洁生产 方便逐渐结构设计（通过粘结一次铸造） 简化砂处理工序、减少占地面积、降低设备费用 4 精确高效金属塑性成型工艺 传统：杂制轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压 超塑成型、等温成型、辊锻和锲横轧技术、粉末成型工艺 4.1 超塑等温成形 超塑性：材料在低载荷作用下，拉伸变形的伸长率大于100%（黑色：40%、有色：60% 已知材料200多种（锌、铝、铜、钛合金） 关键在：材料 成形特点 形状复杂的工件可一次成形 组织细小、均匀、性能好、稳定 变形抗力小---无加工硬化 流动应力对应变速率的变化敏感 制件精度高 超塑性分类 微晶组织超塑（恒温超塑性或结构超塑性） 晶粒小于10um ，变形温度大于0.5Tm（材料熔点温度）恒定，应变速率低 相变超塑性（变温超塑性或动态超塑性） 在一定的温度和负荷下，反复循环相变而获得高伸长率。普通碳钢160次循环伸长率达到500% 其它超塑性材料 超塑性工艺应用 气压成形 原理：使毛坯的外侧或内侧形成一个封闭的压力空间，在压缩空气的气压作用下，坯料产生超塑性变形，逐步向模具型面靠近，直至同模具完全贴合，形成零件 凸模法、凹模法 真空成型 4.2 粉末成形工艺 粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（混合物）作为原料，经过成形烧结，制取金属材料、复合材料的工艺技术——其生产工艺与陶瓷工艺类似——金属陶瓷法 基本工序 原料粉末制取 将金属粉末成形——坯块 烧结——使制品具有最终的物理、化学和力学性能 粉末冶金锻造工艺 原理：金属粉末经压实后烧结，在用烧结体作为锻造毛坯进行锻造 4 高效优质焊接切割技术 精密焊接 特殊环境下焊接 现代切割技术 4.1 精密焊接 激光焊接——激光加热焊接部位 电子束焊接——在真空条件下，聚焦后被加速的电子束高速冲击工件焊接部位 扩散焊接——可连接物理化学性能差别很大的异种材料，固态焊接方法（如陶瓷与金属） 焊熔近终成形——快速成形方法之一 4.2 特殊环境下焊接 空间焊接 水下焊接 4.3 现代切割技术 激光切割 等离子切割 超声切割 高压水射流切割 4.4 激光切割 利用聚焦的高功率密度光束照射工件，使被照射处的材料迅速熔化、气化、烧蚀或达到燃点，同时借助光束同轴的高速气流吹除熔融物质 4.5 等离子切割 等离子：是高度电离的气体，是由气体原子或分子电离后，离解成带正电荷的离子和负电荷的电子所组成，正负电荷相等，因此称为等离子。 原理：利用高温、高速的等离子弧及其焰流使工件材料融化、蒸化缓和气化并被吹离机体。 等离子体能量高度集中，电流密度高、等离子弧温度高（11000-28000度）普通电弧5000-8000度、速度高（800-2000m/