【正文】 的應(yīng)用 ◆◆ 實(shí)例實(shí)例 1：手機(jī)外殼橡膠模：手機(jī)外殼橡膠模 75 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 ◆◆ 實(shí)例實(shí)例 2：拐頭樹脂型復(fù)合模：拐頭樹脂型復(fù)合模76 RPM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 ◆◆ 實(shí)例實(shí)例 3：電子產(chǎn)品注射模：電子產(chǎn)品注射模7778216。間接模具制造間接模具制造 IRT方法有：方法有：73216。裝和工具，直接根據(jù)原型可把復(fù)雜的工具和型腔制造出來。RPM不受復(fù)雜形狀的任何限制，迅速地將示于計(jì)算機(jī)屏幕不受復(fù)雜形狀的任何限制，迅速地將示于計(jì)算機(jī)屏幕上的設(shè)計(jì)變?yōu)榭蛇M(jìn)一步評(píng)估的實(shí)物。其后工作臺(tái)下降一所噴出的半流動(dòng)材料沉積固化為一個(gè)薄層。是成形速度較慢，成形精度和表面質(zhì)量較差。工作原理工作原理 ：采用：采用 CO2激光束對(duì)粉末狀的成形材料進(jìn)行激光束對(duì)粉末狀的成形材料進(jìn)行 分層分層掃描掃描 ，受到激光束照射的粉末被燒結(jié)，而未掃描的區(qū)域仍，受到激光束照射的粉末被燒結(jié)，而未掃描的區(qū)域仍是可對(duì)后一層進(jìn)行支撐的松散粉末。缺點(diǎn)是層間結(jié)合緊密性差。制造過程完成后，通常還要進(jìn)行后處理。目前基于 LOM的制造工藝已達(dá)的制造工藝已達(dá) 30余余種之多。成型的制件。一層固化完畢后，工作臺(tái)合反應(yīng)形成一薄層的固態(tài)實(shí)體。? (3)卷繞分層。RPM技術(shù)是由技術(shù)是由 CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體和技術(shù)總稱?？焖僭陌l(fā)展與普及為新的制造技術(shù)的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。這種工藝巧妙地把鑄造和軋制兩種工藝結(jié)合起來，相比于傳統(tǒng)的先鑄造出鋼坯后經(jīng) 加熱爐 加熱再進(jìn)行軋制的工藝具有 簡化工藝、改善勞動(dòng)條件、增加金屬收得率、節(jié)約能源、提高連鑄坯質(zhì)量、便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)。橫軋與軋件的典型橫截面示意圖34216。31 冷軋冷軋 是在室溫下對(duì)材料進(jìn)行軋制。? 金屬液在高壓下以高速充填壓鑄型，是壓鑄區(qū)別于其它鑄造工藝方法的重要特征。⑵ 原材料價(jià)格高，鑄件成本高。 先進(jìn)成形先進(jìn)成形 技術(shù)技術(shù) 89第第 3章章 先進(jìn)制造工藝先進(jìn)制造工藝Advanced Manufacturing Process課程課程 “先進(jìn)制造技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù) ” 先進(jìn)成形先進(jìn)成形 技術(shù)技術(shù)Advanced Forminging Technology特種鑄造特種鑄造金屬型鑄造離心鑄造壓力鑄造熔模鑄造低壓鑄造擠壓鑄造陶瓷型鑄造104－ 3 壓力鑄造 壓力鑄造是在專用設(shè)備 — 壓鑄機(jī)上進(jìn)行的一種鑄造。種能源的組合加工。它正在從近凈成形工藝形工藝 (Near Net Shape Process)向凈成形工藝向凈成形工藝 (Net Shape Process)的方向發(fā)展。所示。它是指對(duì)工件表面材料進(jìn)行去精密、超精密加工技術(shù)。 ? 潔凈：生產(chǎn)過程不污染環(huán)境，零排放或少排放。第第 3章章 先進(jìn)制造工藝先進(jìn)制造工藝u精密潔凈鑄造技術(shù)u精確高效金屬塑性成型工藝u高效焊接與切割技術(shù)u優(yōu)質(zhì)表面改性技術(shù)u超高速加工技術(shù)u超精密加工技術(shù)u非傳統(tǒng)加工技術(shù)u快速原形制造技術(shù)u虛擬成型與加工技術(shù)1 概述概述◆◆ 定義定義 :先進(jìn)制造工藝就是機(jī)械工廠普遍能夠采用，具有直接推廣價(jià)值或廣闊應(yīng)用前景的一系列優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、潔凈、靈活工藝的總稱 .◆◆ 特點(diǎn)特點(diǎn)先進(jìn)制造工藝技術(shù)的定義與內(nèi)容先進(jìn)制造工藝技術(shù)的定義與內(nèi)容 216。 ? 靈活：能快速對(duì)市場(chǎng)變化及產(chǎn)品設(shè)計(jì)的更改作出反應(yīng)，適應(yīng)多品種柔性生產(chǎn)。它是指對(duì)工件表面材料進(jìn)行去除，使工件的尺寸、表面性能達(dá)到產(chǎn)品要求所采取的技除，使工件的尺寸、表面性能達(dá)到產(chǎn)品要求所采取的技術(shù)措施。表 31 精密加工的尺寸精度和表面粗糙度尺寸精度 /μm 表面粗糙度 /μm精密加工 3～ ～ 超精密加工（亞微米加工） ～ ～ 納米加工 ＜ ＜ 7 概述概述216。的方向發(fā)展。216。即在高速、高壓下將熔融的金屬液壓入金屬鑄型，使它在壓力下凝固獲得鑄件的方法。⑶ 鑄件不能太大、太長，否則蠟?zāi)Ｒ鬃冃?，喪失原有精度?壓力鑄造27 軋 制 軋制最早在 16世紀(jì)后期發(fā)展起來，目前約有 90％的金屬材料涉及軋制工藝。與熱軋相比，冷軋產(chǎn)品尺寸精度高，表面光潔，機(jī)械強(qiáng)度高。 斜軋斜軋 ：： 軋輥軸線與坯料軸線方向互成一定的角度軋輥軸線與坯料軸線方向互成一定的角度 。 3738第第 3章章 先進(jìn)制造工藝先進(jìn)制造工藝Advanced Manufacturing Process課程課程 “先進(jìn)制造技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù) ”. 3 快速原型制造技術(shù)快速原型制造技術(shù)Rapid Prototyping Manufacturing 39快速原型制造技術(shù)產(chǎn)生背景快速原型制造技術(shù)產(chǎn)生背景 216?？焖僭椭圃欤ㄐ椭圃欤?RPM）技術(shù)就是在這種社會(huì)背景下于）技術(shù)就是在這種社會(huì)背景下于 20世紀(jì)世紀(jì) 80年年代后期在美國問世，然后又?jǐn)U展到了日本及歐洲，并于代后期在美國問世，然后又?jǐn)U展到了日本及歐洲，并于 20世紀(jì)世紀(jì) 90年代初期引入我國。基本原理：先由狀三維實(shí)體和技術(shù)總稱。4243CONCEPTDESIGNINGDATA COLLECTIONDATAPROCESSINGPROTOTYPINGPARTCAD MODELREVERSE ENGINEERING 概述概述RPM原理圖 44 概述概述RPM原理圖 45 概述概述RP工作流程示意圖 概述概述快速原型制造技術(shù)的 基本過程47216。一層固化完畢后，工作臺(tái)下移一個(gè)切片厚度，使新一層液態(tài)樹脂覆蓋在已固化層的下移一個(gè)切片厚度，使新一層液態(tài)樹脂覆蓋在已固化層的上面，再進(jìn)行第二層固化。成型時(shí)間時(shí)間 3～～ 5h。種之多。 典型的典型的 RPM工藝方法工藝方法 典型的典型的 RPM工藝方法工藝方法? 原型制作完畢，需進(jìn)行剝離，以便去除廢料和支撐結(jié)構(gòu)，有時(shí)還需進(jìn)行后固化、修補(bǔ)、打磨、拋光、表面涂覆、表面強(qiáng)化處理等，這些工序統(tǒng)稱為 后處理 。 55 典型的典型的 RPM工藝方法工藝方法疊層實(shí)體制造工藝 —— 系統(tǒng)組成下圖所示為清華大學(xué)企業(yè)集團(tuán)下屬的高科技企業(yè)生產(chǎn)的 SSM800疊層實(shí)體制造設(shè)備。當(dāng)一層燒結(jié)完畢后，是可對(duì)后一層進(jìn)行支撐的松散粉末。 典型的典型的 RPM工藝方法工藝方法59 典型的典型的 RPM工藝方法工藝方法SLS工藝原理圖1CO2激光束； 2掃描鏡； 3 CO2激光器； 4粉末； 5平整滾筒AFS－ 300型選擇性激光燒結(jié)主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1激光室；2鋪粉機(jī)構(gòu)；3供料缸；4加熱燈；5成形料缸；6排塵裝置；7滾珠絲桿螺母機(jī)構(gòu)；8料粉回收箱該系統(tǒng)北京隆源自動(dòng)成型系統(tǒng)有限公司研制選擇性激光燒結(jié)機(jī)光路系統(tǒng)1指示器；2光束合成器； 4反射鏡；5擴(kuò)束鏡；6聚焦鏡；7掃描器62熔融沉積成形熔融沉積成形 (Fused Deposition Modeling， FDM) 216。其后工作臺(tái)下降一個(gè)切片厚度再沉積固化出另一新的薄層，如此一層層成形且相個(gè)切片厚度再沉積固化出另一新的薄層，如此一層層成形且相互粘結(jié)便堆積出三維實(shí)體制件。上的設(shè)計(jì)變?yōu)榭蛇M(jìn)一步評(píng)估的實(shí)物。RT技術(shù)與傳統(tǒng)模具制造技術(shù)相比，可節(jié)省技術(shù)與傳統(tǒng)模具制造技術(shù)相比，可節(jié)省 1／／ 3的時(shí)間和成的時(shí)間和成本。直接快速模具制造直接快速模具制造 DRT DRT是指利用是指利用 RPM技術(shù)直接制造技術(shù)直接制造出最終的零件或模具，然后對(duì)其進(jìn)行一些必要的后處理即可出最終的零件或模具，然后對(duì)其進(jìn)行一些必要的后處理即可得到所要求的力學(xué)性能、尺寸精度和表面質(zhì)量。人體的骨骼和內(nèi)部器官具有極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，要真實(shí)地復(fù)制人體的骨骼和內(nèi)部器官具有極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，要真實(shí)地復(fù)制人體內(nèi)部的器官構(gòu)造，反應(yīng)病變特征，快速成形幾乎是唯一人體內(nèi)部的器官構(gòu)造，反應(yīng)病變特征，快速成形幾乎是唯一的方法。? 以材料科學(xué)、有機(jī)化學(xué)等為基礎(chǔ)，研究開發(fā)性能相當(dāng)甚至超過金屬材料的復(fù)合材料、陶瓷材料，與醫(yī)學(xué)、生物學(xué)結(jié)合開發(fā)具有活性的生物材料，用快速原型技術(shù)制造人體內(nèi)臟器官或四肢以輔助醫(yī)療診斷和外科手術(shù)等都已成為 RPM發(fā)展方向。 　五、生物制造和生長成形? 生物制造是將生物技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)和制造科學(xué)相互結(jié)合從而解決人類的健康保健問題。適用，加工出所需工件?！簟? 微量切削機(jī)理◆◆ 特種加工與復(fù)合加工方法應(yīng)用越來越多傳統(tǒng)切削與磨削方法存在加工精度極限，超越極限需采用新的方法。 切削力＞原子結(jié)合力（剪切應(yīng)力達(dá)切削力＞原子結(jié)合力（剪切應(yīng)力達(dá) 13000 N/ mm2））216。性及數(shù)控功能等。2σ) / μ m主軸徑向圓跳動(dòng) / μ m滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的直線度 / μ m主軸前靜壓軸承（ φ100mm）的剛度 /（ N/μm）主軸后靜壓軸承（ φ80mm）的剛度 /（ N/μm）縱橫滑臺(tái)的靜壓支承剛度 /（ N/μm）表 75 金剛石車床主要性能指標(biāo)主軸軸向圓跳動(dòng) / μ m橫滑臺(tái)對(duì)主軸的垂直度 / μ m 金剛石超精密加工技術(shù)金剛石超精密加工技術(shù)99◆◆ 金剛石刀具216。 金剛石超精密加工技術(shù)金剛石超精密加工技術(shù)101216。使用使用 ELID磨削，冷卻液為一種特殊電解液。 磨削脆性材料時(shí)，在一定工藝條件下，切屑形成與塑性材磨削脆性材料時(shí)，在一定工藝條件下，切屑形成與塑性材料相似，即通過料相似，即通過 剪切形式剪切形式 被磨粒從基體上切除下來。 為此對(duì)機(jī)床要求：為此對(duì)機(jī)床要求： ①① 高的定位精度和運(yùn)動(dòng)精度。 （（ 2）磨粒與工件的接觸點(diǎn)的）磨粒與工件的接觸點(diǎn)的 溫度溫度 高到一定程度時(shí)，工件高到一定程度時(shí)，工件材料的局部物理特性會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致切屑形成機(jī)理的變化材料的局部物理特性會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致切屑形成機(jī)理的變化（已有試驗(yàn)作支持）。216。5）可用于內(nèi)外表面及成形表面加工。增加微切削作用。 機(jī)理：機(jī)械機(jī)理：機(jī)械 +化學(xué)作用化學(xué)作用，稱為，稱為 ““ 增壓活化增壓活化 ”” 。動(dòng)化。Δf2 。經(jīng)透鏡組成平行光束。 ISO1940標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，主軸轉(zhuǎn)速高于 8000rev/min為高速切削。考慮到目前的生產(chǎn)實(shí)際，不同工件材料切削速度范圍的劃分慮到目前的生產(chǎn)實(shí)際，不同工件材料切削速度范圍的劃分如圖如圖 31所示。圖 33中 B區(qū)在美國被稱為 “死谷 ”(Dead valley)。 和常規(guī)切削加工相比，高速切削加工切削力至少可降低 30％，這對(duì)于加工剛性較差的零件 (如細(xì)長軸、薄壁件 )來說，可減少加工變形，提高零件加工精度。加工效率高。 216。 高速加工通常采用干切削方式，使用壓縮空氣進(jìn)行冷卻，無需切削液及其設(shè)備，從而降低了成本，是綠色制造技術(shù)。高速主軸一般做成 電主軸 (數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù) )的結(jié)構(gòu)形式，其關(guān)鍵技術(shù)包括：高速主軸軸承、無外殼主軸電動(dòng)機(jī)及其控制模塊、潤滑冷卻系統(tǒng)、主軸刀柄接口、刀具夾緊方式和刀具動(dòng)平衡等?！铩?高速進(jìn)給系統(tǒng)： 高速滾珠絲杠螺母 +旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)采用大導(dǎo)程、多頭高速滾珠絲杠，并進(jìn)行預(yù)拉伸，提高絲杠的剛度；采用小直徑氮化硅陶瓷球滾珠，減少其運(yùn)動(dòng)時(shí)的離心力和陀螺力矩；絲杠采用中空結(jié)構(gòu)，并采用空心強(qiáng)冷卻技術(shù)以減少高速滾珠絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于摩擦產(chǎn)生溫升而造成的絲杠熱變形；采用傳感器對(duì)螺母的預(yù)緊力進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)螺母預(yù)加載荷的自適應(yīng)控制；絲杠和螺母副的制造難度較大，速度和加速度存在一定的非線性特征，全閉環(huán)時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定性不易得到保證。主軸轉(zhuǎn)速高，輸出功率大： 常規(guī)機(jī)床轉(zhuǎn)速一般為2023r/min，而高速切削機(jī)床則為 10000100000 r/min；主軸電動(dòng)機(jī)功率為 1580kW216。加工過程穩(wěn)定。 超高速切削加工比常規(guī)切削加工的切削速度高5～ 10倍，進(jìn)給速度隨切削速度的提高也可相應(yīng)提高 5～ 10倍，這樣，單位時(shí)間材料切除率可提高 3—6 倍，因而零件加工時(shí)間通?？煽s減到原來的 1／ 3 。216。圖 33 超高速切削概念示意圖 超高速加工的機(jī)理超高速加工的機(jī)理 128 高速加工技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)高速加工技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 彈道切削試驗(yàn) 得出結(jié)論為：隨切削速度提高，塑性材料的切屑形態(tài)將從帶狀或片狀向 碎屑 狀演變，單位切削力初期呈上升趨勢(shì)，而后急劇下降，超高速條件下刀具磨損比普通速度下減少 95% ，且?guī)缀醪皇芮邢魉俣鹊挠绊?，金屬切除效率可提?50~1000倍。 高速加工技術(shù)概述高速加工技術(shù)概述124 高速加工技術(shù)概述高速加工技術(shù)概述不同加工工藝的高速 /超高速切削速度范圍加工工藝 切削速度范圍/(m/min)車 700~7000銑 300~6000鉆 200~1100拉 30~75鉸 20~500鋸 50~500磨 5000~10000各種材料高速 /超高速切削速度范圍加工材料 切削速度范圍/(m/min)鋁合金 2023~7500銅合金 900~5000鋼 600~3000鑄鐵 800~3000耐熱合金 500以上鈦合金 150~1000纖維增強(qiáng)塑料 2023~9000125216。 德國 Darmstadt工業(yè)大學(xué)提出以高于 5~10倍普通切削速度的切削定義為高速切削。1℃ ～ 177。 Δf2 ） = Δf + Δf2 經(jīng)分光鏡，折射一小部分，經(jīng)干涉測(cè)量儀獲得拍頻 Δf（ = f1 － f2）的參考信號(hào)。 激光測(cè)量精度目前可達(dá)激光測(cè)量精度目