【正文】 ronment ) （2）面向能源的設計技術 （3）面向材料的設計技術 （4）人機工程設計技術：以人機工程學理論為基礎第三章 先進制造工藝技術一、 先進制造工藝技術定義、發(fā)展現狀與趨勢（P91） 先進制造工藝技術定義：先進制造工藝技術就是機械制造工藝不斷變化和發(fā)展后所形成的制造工藝技術，包括了常規(guī)工藝經優(yōu)化后的工藝，以及不斷出現和發(fā)展的新型加工方法。其主要技術體系由先進成形加工技術、現代表面工程技術等技術構成先進制造加工技術。 先進制造工藝技術發(fā)展現狀（P91）現狀：加工精度不斷提高、加工速度得到提高、材料科學促進制造工藝變革、重大技術裝備促進加工制造技術的發(fā)展、優(yōu)質清潔表面工程技術獲得進一步發(fā)展、精密成形技術取得較大發(fā)展、熱成形過程的計算機模擬技術研究有一定發(fā)展。 先進制造工藝技術的發(fā)展趨勢（P94）趨勢：從總體發(fā)展趨勢看，優(yōu)質、高效、低耗、靈捷、潔凈是機械制造業(yè)永恒的追求目標，也是先進制造工藝技術的發(fā)展目標。21世紀，加工制造技術的熱點和發(fā)展趨勢大致是：先進精密超精密加工技術、特種加工技術、超高速切削及超高速磨削技術、微型機械加工技術、新一代制造裝備技術及虛擬制造技術等。二、 主要的新型熱加工技術（鑄造、塑性成形、焊接、現代切割技術、熱處理、表面工程）有哪些？(P95) 精密潔凈鑄造（P95）：化學硬化砂鑄造、高效金屬型鑄造（包括壓力鑄造技術和擠壓鑄造技術）、消失模鑄造技術（氣化膜）。 精確高效金屬塑性成形（P106）：超塑性成形、等溫成型、輥鍛技術、楔橫軋技術、粉末成形等工藝。 優(yōu)質高效焊接（P119）：精密焊接（激光焊接、電子束焊接、擴散焊、焊熔近終成形）、特殊環(huán)境下焊接技術（空間焊接、水下焊接）；焊接機器人技術。 現代切割技術（P124）：激光切割、等離子弧切割、超聲切割、高壓水射流切割。 優(yōu)質低耗熱處理（P130）：真空熱處理、離子熱處理、激光表面和進化、熱處理工藝專家系統。 表面工程：(P139)1) 表面改性技術(P139)? 等離子體表面處理：離子滲氮，離子滲碳，離子碳氮共滲，離子滲金屬。? 激光表面處理：激光表面強化，激光表面涂覆，激光表面非晶態(tài)處理，激光表面合金化，激光氣相沉積。? 電子束表面處理：電子束表面相變強化處理，電子束表面重熔處理，電子束表面合金化處理，電子束表面非晶化處理等。? 高密度太陽能表面處理：太陽能相變硬化，太陽合金化處理，太陽能表面重熔處理。? 離子注入表面改性2）表面覆層技術（P147）? 熱噴涂技術：火焰噴涂，電弧噴涂，等離子噴涂，爆炸噴涂等。? 電火花表面涂敷、 ? 塑料涂敷、 ? 真空蒸鍍、? 濺射鍍膜、? 離子鍍、? 化學氣相沉積、? 分子束外延? 離子束合成薄膜技術3）復合表面技術（P152）? 復合表面化學熱處理：多元素共滲。? 表面熱處理與表面化學熱處理的復合強化處理。? 熱處理與表面形變強化的復合處理工藝。? 鍍覆層與熱處理的復合處理工藝。? 覆蓋層與表面冶金化的復合處理工藝。? 離子輔助涂覆。? 激光、電子束復合氣相沉積和復合涂鍍層。? 離子注入與氣相沉積復合表面改性。三、 超高速加工技術（P155）超高速加工技術是指采用超硬刀具磨具和能可靠地實現高速運動的高精度、高自動化、高柔性的制造設備，以極大地提高切削速度來達到提高材料切除率、加工精度和加工質量的現代制造加工技術，它是提高切削和磨削效果以及提高加工質量、加工精度和降低加工成本的重要手段。實現超高速加工技術的的核心關鍵技術主要有：超高速切削、磨削機理，超高速主軸單元制造技術，超高速進給單元制造技術，超高速刀具、磨具，超高速機床支承及輔助單元制造技術，以及超高速加工測試技術等。 簡述高速切削的特點和技術關鍵。（）優(yōu)點：加工時間可縮短35倍；提高生產效率；表面粗糙度降低；輪廓精度提高；減少拋光時間；減少輔助時間；在同一工序上即可完成粗、精加工；可直接加工淬硬材料，實現“以切代磨”；可加工很薄的薄壁；降低加工成本。不利因素：舊的加工習慣必須拋棄；更多的設備投資；更多的刀具成本；必須格外加強操作人員的保護；培訓較復雜。技術關鍵：? 滾珠軸承高速主軸:106r/min，? 液體靜壓軸承高速主軸:轉速特征值可達1106，軸徑為30mm的主軸，其最高轉速可達30000r/min以上? 空氣靜壓軸承高速主軸:106r/min，回轉誤差在50nm以下，最高轉速可達100000r/min。采用金剛石刀具可以進行鏡面銑削，加工各種復雜的高精度形面。? 磁浮軸承高速主軸:轉速特征值達4106r/min，是滾珠軸承主軸的兩倍，如主軸最高轉速相同，則磁浮主軸可采用較大軸徑，有較高剛性（約為滾珠軸承主軸的10倍）和較大承載能力。? 驅動電機高速化 分析超高速切削時切削力和切削溫度的變化特點。（P159）薩洛蒙指出：在常規(guī)的的切削速度范圍內，切削溫度隨切削速度的增大而提高，但是，當切削速度達到某一數值Ve之后，切削速度再增加，切削溫度反而降低；Ve之值與工件材料有關，對每種工件材料，存在一個速度范圍，在這個速度范圍內，由于切削溫度太高，任何刀具都無法承受，切削加工不可能進行，這個范圍被稱之為“死谷”。如果切削速度能越過“死谷”在高速區(qū)工作，則有可能用現有刀具進行超高速切削，切削溫度與常規(guī)切削基本相同，從而大大減少切削工時，大幅度提高機床生產效率。隨著切削速度的提高，切屑形式依次為：弧形切屑、墊圈型螺旋切屑、條狀切屑、短條切屑、碎斷切屑。 簡述超高速主軸單元制造技術的關鍵技術（P161）超高速主軸單元制造技術的關鍵技術有：超高速主軸材料、結構、軸承的研究與開發(fā)，超高速主軸系統動態(tài)特性及熱態(tài)特性研究，柔性制造主軸及其軸承的彈性支承技術的研究，超高速主軸系統的潤滑與冷卻技術研究，以及超高速主軸系統的多目標優(yōu)化設計、虛擬設計技術研究。 高速切削對機床的要求1） 主軸轉速高、功率大。一般都大于10，000r/m，有的高達60，000—100，000 r/m，為常規(guī)機床的10左右；主電機功率為15—80Kw。2） 進給量和快速行程速度高。高達60100m/s以上，是常規(guī)值的10倍左右。3） 主軸和工作臺運動都要有極高的加速度。4） 機床要有優(yōu)良的靜、動態(tài)特性和熱特性。5） 要有其他配合高速度的部件，如快速刀具交換、快速工件交換以及快速排屑等裝置以及高速下的安全保護、監(jiān)測措施等。 超高速加工用刀具（P163）1）、高速切削對刀具材料的要求：高硬度、高強度和耐磨性；高熱硬性、良好化學穩(wěn)定性；高韌度、良好耐熱沖擊性。2）、目前，高速切削加工常用刀具材料有：聚晶金剛石（PCD）材料、立方氮化硼（CBN）材料、陶瓷刀具（Al2OSi3N4）、金屬陶瓷、涂層刀具、超細晶粒硬質合金、粉末冶金高速鋼等。3）、高速切削用刀具特點：（1）PCD的特點：精加工鋁合金，有色金屬及非金屬材料，可獲得優(yōu)良的表面質量高耐磨性及優(yōu)良的熱傳導性能，使刀片在高速切削時使用壽命延長不適用于加工鋼與鑄鐵（2）CBN的特點：適用于加工難切削材料，如燒結金屬，淬硬鋼及超耐熱合金，可節(jié)約加工成本，縮短工序，優(yōu)良的加工表面質量，高速切削淬硬鋼時可大大提高生產效率，適用于高速切削鑄鐵。 （3）陶瓷刀具的特點：優(yōu)良的紅硬性，適用于高速切削；適用于加工淬硬材料及其他難加工材料低的化學親和性；高耐磨性使刀具壽命更長優(yōu)良的加工表面質量(4）金屬陶瓷的特點：在高溫高硬度下可用高速切削、優(yōu)良的抗氧化性，刀具壽命更長、切削速度范圍廣. 高速磨削1）高速磨削的特點：磨削速度高、在材料切除率不變的條件下，可降低單一磨粒的切削深度，從而減小磨削力，降低表面粗糙度，提高生產效率。 高速磨削的材料切除率與車、銑削相當，既可精加工，也可粗加工，大大減少機床種類，“以磨代削”降低生產成本。2）高速磨削的技術關鍵：（1）高速主軸：滾珠軸承高速主軸，液體靜壓軸承高速主軸，空氣靜壓軸承高速主軸，磁浮軸承高速主軸，電主軸；（2）磨床結構：盡可能組合多種磨削功能，實現在一臺磨床上完成全部的磨削工序；高動態(tài)精度、高阻尼、高抗震性和熱穩(wěn)定性；高自動化和可靠的磨削過程；（3）高速磨削砂輪：砂輪基體的機械強度必須承受高速磨削時的磨削力；高速磨削時的安全可靠性；外觀鋒利，磨粒（立方氮化硼與金剛石）突出高度大，以便容納大量的長切屑；結合劑（多孔陶瓷和電鍍鎳）必須具有很高的耐磨性，以減少砂輪磨損。（4）冷卻潤滑系統：冷卻潤滑液要求：較高的熱容量和導熱率，以提高冷卻效率；能承受較高的壓力；良好的過濾性能，防腐蝕性和附著力；較高的穩(wěn)定性，不起泡，不變色；對健康無害，易于清洗；有利于保護環(huán)境，易于處理。四、超精密加工技術（P166） 精密加工：加工精度在10~，~，如金剛車、金剛鏜、研磨、超精細加工、砂帶磨削、鏡面磨削和冷壓加工等。適應于精密機床、精密測量儀器等產品的關鍵零件加工，如精密絲杠、精密齒輪、精密蝸輪、精密導軌和精密軸承等。 超精密加工：~，~，如金剛石刀具超精密切削、超精密磨料加工、超精密特種加工和復合加工等，使用于精密元件、計量標準元件、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的制造，目前超精密加工的精度正處在亞納米級工藝，正在向納米級工藝發(fā)展。 納米加工：。其加工方法大多已不是傳統的機械加工方法，而是注入原子分子單位加工等方法。 納米技術：是指納米級（~100nm）的材料、設計、制造、測量、控制和產品的技術。 納米技術的主要內容：1）納米測量技術；2）納米級加工技術；3）納米級器件；4）納米材料；5）微型機械和微型機電系統；6）納米生物學。 超精密磨削和磨料加工技術（P171175）：超精密磨削和磨料加工是利用細粒度的磨粒和微粉主要對黑色金屬、硬脆材料等進行加工，可分為固結磨料和游離磨料兩大類加工方式。其中固結磨料加工主要有：超精密砂輪磨削和超硬材料微粉砂輪磨削、超精密砂帶磨削、ELID磨削（電解在線修整超精密鏡面磨削）、雙端面精密剝削以及電泳磨削等。 簡述游離磨料的高效加工工藝。（P173）游離磨料加工是指在加工時，磨料或微粒不是固結在一起，呈游離狀態(tài)。其典型方法有超精密研磨和拋光加工。研磨是在被加工表面和磨具之間置以游離磨料和潤滑液，使被加工表面和磨具產生相對運動并加壓，磨料產生切削、擠壓作用，達到改善表面質量效果。超精密拋光主要指磨粒的擠壓使工件表面產生塑性變形。 超精密加工裝備的特點（P176）高精度、高剛度、高穩(wěn)定性、抗振性好、控制性好。五、微型機械加工技術（P177）簡述微型機械加工技術的關鍵技術（P181） 微型機械加工技術是微型機械發(fā)展的關鍵基礎技術，其包括微型機械設計技術、微細加工技術、微型機械組裝和封裝技術、微系統的表征和測量技術及微系統集成技術。光刻技術（P181） 光刻加工是用照相復印的方法將光刻掩膜上的圖像印制在涂有光致抗蝕劑（光刻膠）的薄膜或基材表面，然后進行選擇性腐蝕，刻蝕出規(guī)定的圖形。光刻工藝的基本過程包括涂膠、曝光、顯影、堅膜、腐蝕、去膠。LIGA技術（P183） LIGA技術是一種由半導體光刻工藝派生出來的采用光刻方法一次生產三維空間微機械構件的方法。技術機理是由深層X射線光刻、電鑄成形及塑鑄成形三個工藝組成。（在用LIGA技術進行光刻過程中，一張預先制作的模板上的圖形被映射到一層光刻掩膜上，掩膜中被光照部分的性質發(fā)生變化，在隨后的沖洗過程中被熔解，剩余的掩膜即是待生成的微結構的負體，在接下來的電鍍成形過程中，從電解液中析出來的金屬填充到光刻出的空間而形成金屬微結構）。工藝過程由X光 掩膜板的制作、X光深光刻、光刻顯影、電鑄成形、塑模制作、塑模脫模成形等組成。六、簡述電火花、激光束、電子束、離子束（P195）、高壓水射流加工（P128）的原理與特點。電火花加工原理：在一定液體介質中，利用脈沖波放電對到點材料的電蝕現象來去除材料的加工方法。電火花加工的特點：1）可加工五高（高強度、高硬度、高韌性、高脆性和高純度）導電材料；2）加工時無明顯機械力，適用于低剛度工件和微細結構的加工；3）脈沖參數可調節(jié)，可在同一臺機床上進行粗加工、半精加工和精加工；4）電火花加工后的表面呈現凹坑，有利于貯油和降低噪聲；5）效率低于切削加工；6）放電過程中有部分能量消耗在工具電極上，損耗電極，影響精度。激光束加工的原理：工作介質（固體或氣體）受光泵激發(fā)后輻射產生的加強光，經光學系統聚焦至幾十至幾微米的績效光斑，獲得極高的能量密度，依靠光熱效應加工。（工件在光熱效應下產生的高溫熔融和沖擊波的綜合作用過程）激光束加工的特點：1）它屬于高能束流加工，不存在工具磨損更換問題；2）幾乎可以加工任何材料；3）屬非接觸加工，無明顯機械力；4）加工速度快，熱影響區(qū)小；5）易實現加工過程自動化；6）可通過玻璃、空氣及惰性氣體等透明介質加工；7）輸出功率大小可調，可用于精密微細加工；8）加工時不產生振動噪聲，加工效率高。電子束加工原理：由電子槍射出的告訴電子束經過電磁透鏡聚焦后轟擊工件表面，形成局部高溫，使材料瞬時熔化和汽化，從而達到材料去除、連接或改性的目的。電子束加工的特點：1）可實現極其微細的聚焦，可實現亞微米和毫微米級的精密微細加工；2）電子束加工主要靠瞬時熱效應，工件不受機械力作用，不產生宏觀應力和變形；3）加工材料范圍廣；4）加工效率高；5）真空加工無污染，加工表面不易氧化；6）成套設備價格昂貴。離子束加工原理：真空腔內，惰性氣體如氬氣在高速電子的撞擊下被電離成離子，加速后的離子束撞擊在工件表面上，引起材料變形、破壞和分離。離子束加工的特點：1）加工主要靠離子束的微觀機械撞擊，可實現納米級的加工；2）真空加工污染少，特別適宜加工易氧化的材料；3）加工應力小，熱變形小，加工表面質量高；4）設備費用高、成本高，加工效率低。 高壓水射流加工原理（P128）：利用水或水