【正文】 歐洲等國也將超精密加工技術的發(fā)展放在重要位置， 60 年代起。在超精密切削技術發(fā)展比較成熟后，日本已將黑色金屬、陶瓷和半導體功能材料的超精密加工技術作為重要 的研究開發(fā)項目。 日本對超精密技術的發(fā)展也十分重視， 70 年代初，日本成立了超精密加工技術委員會，制定了技術發(fā)展規(guī)劃，成為此項技術發(fā)展速度最快的國家。美國至少有 30 多個廠家和研究單位研制和生產各種超精密加工機床，泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 44 國家勞倫斯 .利佛摩爾實驗室、聯合碳化物公司、摩爾公司、杜邦公司等在國際上均久負盛名。 在超精密加工技術領域起步最早和技術領先的國家 是美國，其次是日本和歐洲的一些國家。一般加工時 ,吃刀量較大，可以忽略晶粒的大小，而作為一個連續(xù)體來看待，因此可見一般加工和微細加工的機理是不同的。 微觀機理 以切削加工為例，從工件的角度來講，一般加工和微細加工的最大區(qū)別是切屑的大小。從狹義的角度來講，微細加工主要是指半導體集成電路制造技術，因為微細加工和超微細加工是在半導體集成電路制造技術的基礎上發(fā)展的，特別是大規(guī)模集成電路和計算機技術的技術基礎，是信息時代微電子時代，光電子時代的關鍵技術之一。 微細加工技術是指加工微小尺寸零件的生產加工技術。 8）穩(wěn)固的床身構件并隔絕外界的振動干擾。 6）刀具的穩(wěn)固夾持和高的重復夾持精度。 4）高的定位精度和重復定位精度。 2）高靈敏的伺服進給系統(tǒng)，它要求低摩擦的傳動系統(tǒng)和導軌主承系統(tǒng)以及高精度跟蹤性能的伺服系。所以我們有理由有必要加快這一領域的發(fā)展和開發(fā)進程。 （ 10）超精密加工工作環(huán)境條件研究。（ 9）精密測量技術及誤差補償技術研究。 泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 41 （ 8）超精密加工刀具、磨具及刃磨技術研究。 （ 7）超精密加工設備制造技術研究。 （ 6） 超精密加工 的加工機理研究。 （ 5）超高速加工測試技術研究。 （ 4）超高速加工用刀具磨具及材料研究。 泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 40 （ 3）超高速進給單元制造技術研究。 （ 2）超高 速主軸單元制造技術研究。 2．主要研究內容 （ 1）超高速切削、磨削機理研究。 近年來，我國在高速超高速加工的各關鍵領域如大功率高速主軸單元、高加減速直線進給電機、陶瓷滾動軸承等方面也進行了較多的研究，但總體水平同國外尚有較大差 距，必須急起直追。德國 Bosch 公司應用 CBN砂輪高速磨削加工齒輪齒形，采用電鍍 CBN 砂輪超高速磨削代替原須經滾齒及剃齒加工的工藝，加工 16MnCr5 材料的齒輪齒形， Vs=155m/s，其 Q 達到 811mm3/，德國 Kapp 公司應用高速深磨加工泵類零件深槽，工件材料為 100Cr6 軸承鋼，采用電鍍 CBN 砂輪， Vs 達到300m/s，其 Q`=140mm3/，磨削加工中，可將淬火后的葉片泵轉子10個一次裝夾，一次磨出轉子槽，磨削時工件進給速度為 ，泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 39 平均每個轉子加工工時只需 10 秒鐘，槽寬精度可保證在 2μm ，一個砂輪可加工 1300 個工件。德國 Guehring Automation 公司 1983 年制造出了當時世界第一臺最具威力的 60kw 強力 CBN 砂輪磨床， Vs 達到140~160m/s。采用直線電機的美國 Ingersoll 公司的 HVM800 型高速加工中心進給移動速度為60m/min。瑞士、英國、日本也相繼推出自己的超高速機床。 在超高速切削技術方面， 1976 年美國的 Vought 公司研制了一臺超高速銑床，最高轉速達到了 20xx0rpm。 90年代陶瓷或樹脂結合劑 CBN 砂輪、金剛石砂輪線速度可達 125m/s，有的可達 150m/s，而單層電鍍 CBN 砂輪可達 250m/s。切削速度亦隨著 刀具材料創(chuàng)新而從以前的 12m/min 提高到 1200m/min 以上。 在超高速加工技術中，超硬材料工具是實現超高速加工的前提和先決條件，超高速切削磨削技術是現代超高速 泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 37 加工的工藝方法，而高速數控機床和加工中心則是實現超高速加工的關鍵設備。 現狀及國內外發(fā)展趨勢 工業(yè)發(fā)達國家對超高速加工的研究起步早，水平高。目前，一般認為，超高速切削各種 材料 的切速范圍為： 鋁合金 已超過 1600m/min， 鑄鐵 為 1500m/min，超耐熱鎳合金達 300m/min， 鈦合金 達 150~1000m/min，纖維增強塑料為20xx~9000m/min。特殊條件下的成形與改性技術主要針 對上述水下、微重力 、超真空、核輻射條件下的切削、連接以及表面保護技術。新型材料成形技術是先進 制造技術的重要組成部分，是許多先進結構或元器件不可缺少的重要制造技術。 主要包括節(jié)能節(jié)材及少無污染成形與改性技術、三廢治理及綜合利用技術、成形與改性設 備的改造及延壽技術等。清潔成形與改 性制造技術可在生產的各個環(huán)節(jié)采用無毒無害材料、清潔的能源，高效、節(jié)能、降耗、減污 的先進制造工藝與裝備。 ⑥ 在并行環(huán)境下，工藝模擬與 生產系 統(tǒng)的集成（包括數據庫、知識支持系統(tǒng)、專家系統(tǒng)）。 ④ 非牛頓流體注塑過程的動態(tài)模擬和優(yōu)化控制。③ 金 屬材料熱加工微觀尺度模擬及優(yōu)化控制。 ② 金屬材料泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 35 熱加工宏觀尺度模擬及優(yōu)化控制。 有如下主要研究內容： ① 金屬材料熱加工基礎理論及缺陷形成機理。 （ 4）熱加工工藝模擬及優(yōu)化技術 隨著試驗技術及計算機技術的發(fā)展，一門嶄新的交叉技術 材料熱加工工藝模擬及優(yōu)化設 計應運而生。它的方向是實現控制過程智能化。 它可以把廢次品消除在生產過程之中，實現 100%合格的全面質量控制，而不是最后靠技術檢 驗科檢出廢品。 （ 3）精密成形質量控制技術 精密成形的質量控制包括材料化學成分、冶金質量、加工過程、制造工藝參數、工藝與輔助 材料、產品質量性能的優(yōu)化控制，破壞性抽查， 100%的無損探傷、無損檢驗、分選等一系列 過程的人工的或自動的控制。自動化的生產過程應當是系統(tǒng)本身具有決 策和適應的能力，這往往需要裝備有能夠感知加工對象狀況和外部環(huán)境條件的傳感器，在 對各種信息的處理后自動修正系統(tǒng)輸出，以抵抗干擾并消除誤差，同時采用各種先進控制手 段，以達到預定的加工質泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 34 量并實現高效 、低成本生產的目的。將在使用中因磨損、腐蝕、疲勞等原因造成局部失效，但未造成不可恢 復損傷的重要零部件，采用先進的表面工程、修復熱處理等技術，優(yōu)質、高效、低成本、少 無污染地恢復并改善其性能的系統(tǒng)技術。為加 速產品開發(fā)，縮短開發(fā)和生產周期，需要解決的配套技術有快速成形制造技術和精密模具技 術。由于其零件尺寸大，制造 方法和性能要求有別于一般中小件，因此需要單獨進行研究開發(fā)。現代機械性能參數提高，工況復雜，要適應多種 不同工況和環(huán)境，不但要有更高的內部組織性能要求，還要求表面耐磨、耐蝕、耐輻射、耐 高溫，要求處理后做到不變形或少變形，這方面包含了兩個內容，即精確熱處理技術、優(yōu)質 高效表面改性及涂層技術。 ②毛坯 和零件的改性和涂層技術。它是提供高效、精密、泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 33 高質量毛坯的制造技術。其特點是，該項技術是由多 項 現代科學技術與傳統(tǒng)成形技術結合并改善，使制件的形狀精度和尺寸精度得到很大提高， 從而實現了接近或完全達到成品最終形狀，工件的微觀組織和性能可以進行預測和控制，以 及優(yōu)質高效、低成本。 精密成形清潔生產技術有如下主要意義： ① 高效利用原材料，對環(huán)境清潔； ② 以最小的 環(huán)境代價和最小的能源消耗，獲取最大的經濟效益； ③ 符合持續(xù)發(fā)展與生態(tài)平衡。 精密成形制造向虛擬制造和網絡制造方向發(fā)展 與制造技術向虛擬制造和網絡制造方向發(fā)展，并最終實現全球化生產的方向一樣，精密成形 制造也向虛擬制造和網絡制造方向發(fā)展，如精密模具制造目前已在國內開展 分散網絡制造的 研究及應用示范。 工藝模擬及優(yōu)化技術獲得飛速發(fā)展，工藝由 “ 技藝 ” 向 “ 工程科學 ” 方向 發(fā)展 精密成形技術的一個重要發(fā)展趨勢是工藝設計由經驗判斷走向定量分析，應用數值模擬于鑄 造、鍛壓、焊接、熱處理等 工藝設計中，并與物理模擬和專家系統(tǒng)結合，來確定工藝參數、 優(yōu)化工藝方案、預測加工過程中可能產生的缺陷及采取有效防止措施、控制和保證加工工件 的質量。 成形質量控制朝過程智能化方向發(fā)展 質量控制是為了保證優(yōu)化的工藝，提高產品質量，保證穩(wěn)定不變的工藝條件得到分散度極小 的均一的產品質量。 成形工藝向新型加工方 法以及復合工藝方向發(fā)展 激光、電子束、離子束、等離子體等多種新能源及能源載體的引入，形成多種新型成形與改 性技術，一些特殊材料 (如超硬材料、復合材料、陶瓷等 )的應用造就了一批新型復合工藝的 誕生，如超塑成形 /擴散連接技術。發(fā)展趨勢是實現凈成形，即 直接制成符合形狀要求的工件。通過該項目的實施，圍繞汽車等重大產品以及跟蹤國際精密成形技術的前沿，在 汽車薄壁球鐵件金屬型鑄泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 30 造、鋁合金金屬型精密成形、精密熱鍛件、冷精鍛和閉塞鍛造、復 雜形狀接插件、大型覆蓋件沖壓成形、大功率固體激光加工、離子束表面復合改性、金屬表 面合金化復合強化、快速原型制造及應用等方面，取得一批具有國際先進 水平的科技成果， 并且預計可研究開發(fā)成新產品 20 種、工業(yè)應用示范生產線 14 條、中試生產點 12 個、綜合應用 示范廠 1 個。 一批先進的新型、高效、優(yōu)質、高精度成形技術在機械工業(yè)生產中被大量采用，如鑄造方面 ，采用了感應電爐雙聯熔煉技術，爐前微機自動檢測控制技術，通過采用新技術，鐵水溫度 由 1350℃ ～ 1450℃提高到 1500℃ 左右；樹脂砂鑄造從無到有，鑄 件質量達到當代工業(yè)先進國 家同類企業(yè)的先進水平，大型鑄鋼件已達 330 t 以上；鍛造方面，已基本掌握了精鍛、精沖 、冷擠等少無切削鍛壓工藝，基本掌握了熱鍛生產線成套技術，鍛造用最大鋼錠達 400 t， 已成功地鍛造了 300 MW、 600 MW 大型火電機組成套鍛件和核電壓力殼鍛件；焊接方面，基本 掌握了精密切割、氣體保護焊及埋弧自動焊等先進技術，焊接成套設備、焊接機器人、焊接 生產線和柔性制造系統(tǒng)已經使用；熱處理及表面改性方面，已基本掌握或推廣應用了可控氣 氛熱處理、真空熱處理、低溫化學熱處理、激光表面合金化， PVD、 CVD 及其復合技術也成功 地應用于工模具，無污染自泳涂裝技術廣泛應用于工程機械，在節(jié)能節(jié)材方面取得明顯效果 。 汽車前軸精密輥鍛和模鍛復合工藝，其生產線投資僅為以萬噸熱模鍛壓力機為主方案的 1/5～ 1/8；精密連接與切割技術方面，重點發(fā)展了電子束焊接、水下焊接和切割技術、逆變焊接 電源及藥芯焊絲制造技術。高強度、形態(tài)復雜、薄壁、凈重 t 的鋁合金鑄件也獲成功；在精 密塑性成形技術方面，重點發(fā)展了熱鍛技術、冷精壓技術、成形軋制技術、精沖技術和超塑 成形技術。電渣熔鑄工藝已 用于大型水輪機的導葉生產。采用消失模鑄造生產的 鑄件質量好，鑄件壁厚公差達到了 177。 近年來，精密成形技術在我國得到迅速發(fā)展［ 2］。為了日益擴大人類活動范圍，各種水下切割與連接，以及表面改性 技術獲得發(fā)展與應用，已可在水下 200 m 深處進行操作。 為了提高制造成形的質量，特別是在大型零件制造中，減少實驗工作量以實現一次制造成功 ，工藝模擬技術獲得了飛速發(fā)展，首先在鑄造領域進入了商品化階段，在焊接、鍛壓、熱處 理方面也取得了很大成績。為了加快產品設計，近 10泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 28 年來發(fā)展了快速原型 /零件 制造技術，它打破了材料 “ 去除 ” 的成形原理，采用 “ 累積 ” 成形。 2 現狀及發(fā)展趨勢 現狀 近 30 年來，精密成形技術在國外以很快的速度發(fā)展。制造業(yè)特別是機械制造業(yè)的發(fā)展，要求 生產過程節(jié)約能源、節(jié)約材料、提高資源利用效率，這已成為能否以低成本、高質量、高效 率參與國際市場競爭的十分重要的問題。美國競爭委員會在 1991 年向 美國總統(tǒng)提交的美國未來技術優(yōu)先權的研究報告中，把精密成形與加工技術列為美國處于柔 弱地位的技術，建議政府予以重視與支持。在工業(yè)發(fā)達國家精密成形鑄件 已占鑄件總產量的25%～ 30%，而其產值達到鑄件總產值的 50%左右。據統(tǒng)計，全世界約有 75%的鋼材要經過塑性加工，有 45%以 上的鋼材采用焊接技術得以成形。 精密成形技術具有以下特點： ① 近凈成形體尺寸及形位精度高，為后續(xù)采用高效、高精加工 提供了理想的毛坯； ② 高效、低消耗、低成本，為縮短產品開發(fā)周期、降低產品成本提供了 有利條件； ③ 可方便、快捷地做