先进制造技术-先进制造工艺.pptx
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先进制造技术-先进制造工艺.pptx
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,目录页,CONTENTSPAGE,1,先进制造工艺概况,精密成型技术,超精密加工技术,超高速加工技术,1234,3.1.1机械制造工艺的基本特征,机械制造工艺是以机械制造中的工艺问题为研究对象的一种应用性制造技术。
它是将各种原材料通过改变其形状、尺寸、性能或相对位置,使之成为成品或半成品的方法和过程。
机械制造工艺流程由原材料和能源的提供、毛坯和零件成型、机械加工、材料改性和处理、装配与包装、质量检测与控制等多个工艺环节组成。
如图3-1所示,按照其功能的不同,机械制造工艺可分为零件毛坯的成型准备阶段、机械切削加工阶段和表面改性处理阶段三个阶段。
3.1先进制造工艺概况,零件毛坯的成型准备阶段,机械切削加工阶段,表面改性处理阶段,原材料切割焊接铸造锻压成型,车削钻削铣削刨削镗削磨削加工,热处理电镀化学镀热喷涂涂装,图3-1机械制造工艺流程,现代设计技术,2,3.1.1机械制造工艺的基本特征,在现代机械制造工艺中,各阶段的划分逐渐变得模糊、交叉,甚至合而为一。
例如,在粉末冶金和注射成型工艺中,将毛坯准备与加工成型过程合而为一,直接将原材料转变为成品。
另外,机械制造工艺还应包含检测和控制环节,但检测和控制并不能独立构成工艺过程,它们附属于各个工艺过程,其目的是提高各个工艺过程的技术水平和质量。
3.1先进制造工艺概况,现代设计技术,3,3.1先进制造工艺概况,3.1.2先进制造工艺的产生背景,现代设计技术,4,随着市场竞争的日益激烈以及制造业经营战略的不断变化,生产规模、生产成本、产品质量、市场响应速度相继成为企业的经营目标。
传统机械制造工艺为适应这种变化发展出了一种优质、高效、低耗、洁净和灵活的先进制造工艺。
先进制造工艺是先进制造技术的核心和基础,是在传统制造技术的基础上,不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等各个方面的技术成果,并将它们有机结合起来,综合应用于产品设计、制造、销售、服务等过程的制造工艺技术。
3.1先进制造工艺概况,3.1.2先进制造工艺的产生背景,先进制造工艺的发展趋势主要表现在以下几个方面:
制造加工精度不断提高,新型工程材料的应用推动了制造工艺的进步和变革,切削加工速度迅速提高,自动化和数字化工艺装备的发展提高了机械加工的效率,1,3,2,4,5,6,零件毛坯成型向少无余量发展,现代设计技术,5,优质清洁表面工程技术得到进一步发展,1,2,3,5,4,优质:
先进制造工艺加工制造出的产品质量高、性能好、尺寸精确、表面光洁、组织致密、无缺陷杂质、使用性能好、使用寿命长并且可靠性高。
高效:
与传统制造工艺相比,先进制造工艺可极大地提高劳动生产率,降低操作者的劳动强度和生产成本。
低耗:
先进制造工艺可大大节省原材料,降低能源消耗,提高对日益枯竭的自然资源的利用率。
洁净:
应用先进制造工艺可以做到零排放或少排放,生产过程对环境无污染,符合环境保护的要求。
灵活:
先进制造工艺能迅速对市场和生产过程的变化以及产品设计内容的更改做出反应,可进行多品种的柔性生产,以适应多变的产品消费市场需求。
特点,3.1.3先进制造工艺技术的特点及分类1先进制造工艺技术的特点,3.1先进制造工艺概况,现代设计技术,6,3.1先进制造工艺概况,3.1.3先进制造工艺技术的特点及分类2先进制造工艺技术的分类先进制造工艺技术主要包括以下几个方面:
精密成型技术,高速与超高速加工技术,超精密加工技术,微细加工技术,1,3,2,4,5,6,表面工程技术,现代设计技术,7,快速原型制造技术,3.2精密成型技术精密成型技术,也称为近净成型技术或净成型技术,是指零件成型后,仅需少量加工或不再加工就可用做机械构件的一种成型技术。
它是集新材料、新能源、信息技术、自动化技术等多学科高新技术于一体的应用技术,是使传统的毛坯成型技术演变为优质、高效、高精度、轻量化、低成本、无公害的新型成型技术。
利用精密成型技术得到的机械零件具有精确的外形、较高的尺寸精度和几何精度、良好的表面粗糙度。
精密成型技术主要包括粉末冶金、精密铸造、精密锻造、精密冲裁、精密焊接、快速原型制造技术等,它具有以下特点:
可方便快捷地制出结构复杂的制件,为新产品的开发提供有力的技术支持,并能对市场要求做出迅速响应较好地保留了材料组织的连续性,提高了零件的综合性能,其产品的尺寸精度和几何精度较高,为高效率、高精度加工提供了理想的毛坯高效率、低消耗、低成本的生产方式为缩短产品开发周期、降低产品成本提供了有利条件,12345,改善了生产条件,减少了对环境的污染,是一种清洁生产技术,现代设计技术,8,3.2精密成型技术,3.2.1粉末冶金1粉末冶金的基本概念,粉末冶金是指制取金属粉末或用金属粉末(或非金属粉末)作为原料,经成型和烧结制取具有所需形状和性能的金属材料和制品的一种冶金方法。
现代设计技术,9,精密成型技术粉末冶金2粉末冶金的优点,2,4,材料利用率高1,设计自由度高,制备某些特殊性能的结构材料和功能材料,节能、节材、高效省时,优点,3,现代设计技术,10,3.2精密成型技术,3.2.1粉末冶金,3粉末冶金的工艺过程,金属,机械粉碎,雾化法,还原法,电解法,气相沉积法,液相沉积法,粉末,粉末混合,装粉成型,粉浆浇注,压制,板料轧制,重力烧结,烧结,烧结,挤压,等静压,预烧结和压制,成品零件,精压,挤压,金属熔渗,电镀,切削加工,热处理,模锻,冷轧,成品零件,机械研磨,气流粉碎,图3-2粉末冶金工艺过程,粉末冶金是金属冶金工艺与陶瓷烧结工艺的结合,它是冶金和材料科学的一个分支,其工艺过程如图3-2所示。
现代设计技术,11,3.2精密成型技术,3.2.1粉末冶金3粉末冶金的工艺过程,粉料制备与压制成型,现有的制粉方法大体可分为两类:
机械法和物理化学法。
机械法可分为机械粉碎法及雾化法;物理化学法可分为电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。
其中,应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。
现代设计技术,12,成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯,并使其具有一定的密度和强度。
制取的粉末经过筛分与混合,并加入适当的增塑剂后,进行压制成型,在压力作用下,粉粒间的原子通过固相扩散和机械咬合作用,结合为具有一定强度的整体。
压力越大,制件密度越大,强度也越大。
有时为减小压力和增加制件密度,也可采用热等静压成型的方法。
3.2精密成型技术,3.2.1粉末冶金3粉末冶金的工艺过程,烧结,将压制成型的制件放置在采用还原性气氛的闭式炉中进行烧结,烧结温度约为基体金属熔点的2/33/4。
由于高温下不同种类原子的扩散、粉末表面的氧化物被还原以及变形粉末的再结晶,粉末冶金制品的强度将会增加,得到与一般合金相似的组织。
烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。
成型后的压坯通过烧结可得到所要求的物理与机械性能。
现代设计技术,13,3.2精密成型技术,3.2.1粉末冶金3粉末冶金的工艺过程,后处理,烧结后的处理,可以根据产品要求的不同,采取多种方式,如精整、浸油、机加工、热处理及电镀等。
此外,近年来轧制、锻造等工艺也应用于粉末冶金材料烧结后的加工,取得了较理想的效果。
现代设计技术,14,一般情况下,烧结好的制件能够达到所需性能,可直接使用。
但有时还需进行必要的后处理。
例如,精压处理,可提高制件的密度和尺寸形状精度;对铁基粉末冶金制件进行淬火、表面淬火等处理,可改善其机械性能;对制件进行浸油或浸渍其他润滑剂处理,可达到润滑或耐腐蚀的目的;将低熔点金属渗入制件孔隙中去的熔渗处理,可提高制件的强度、硬度、可塑性或冲击韧性等。
3.2精密成型技术,模压成型,3.2.1粉末冶金4粉末成型方法模压成型又称压制成型,是指将一定量的预混料或预浸料加入金属对模内,经加热、加压后固化成型的方法。
模压成型工艺的优点主要包括以下几方面:
产品尺寸精度高,重复性好,生产效率高,便于实现专业化和自动化生产,能一次成型结构复杂的制件,表面光洁,无需二次修饰,12345,可批量生产,价格相对低廉,现代设计技术,15,3.2精密成型技术,3.2.1粉末冶金4粉末成型方法,模压成型,模压成型的不足之处在于模具制造复杂,投资较大,加上受压机限制,仅适合于批量生产中小型复合材料制品。
随着金属加工技术、压机制造水平及合成树脂工艺性能的不断改进和发展,压机吨位和台面尺寸不断增大,模压料的成型温度和压力也相对降低,使得模压成型制品的尺寸逐步向大型化发展,目前已能生产大型汽车部件、浴盆、整体卫生间组件等。
现代设计技术,16,精密成型技术粉末冶金4粉末成型方法,特殊成型,等静压成型,粉末连续成型,粉末锻造,粉末注射成型,1,3,2,4,5,爆炸成型,现代设计技术,17,3.2精密成型技术,3.2.2精密铸造1熔模铸造熔模铸造又称失蜡铸造,简单地说,是用易熔材料(如蜡料或塑料)制成可熔性模型(简称熔模或模型),再在其上涂覆若干层特制的耐火涂料,经过干燥和硬化后形成一个整体型壳,然后用蒸汽或热水从型壳中熔掉模型,把型壳置于砂箱中,在其四周填充干砂造型,最后将铸型放入焙烧炉中高温焙烧,铸型经焙烧后,就可向其中浇注熔融金属得到铸件。
熔模铸造的工艺流程如图3-3所示。
图3-3熔模铸造工艺流程,现代设计技术,18,3.2精密成型技术,3.2.2精密铸造1熔模铸造熔模铸造具有以下两大优点:
熔模铸件具有很高的尺寸精度和表面光洁度,可减少机械加工量,只需在零件上要求较高的部位留下少许加工余量即可,甚至某些铸件只留打磨、抛光余量,不必机械加工即可使用。
由此可见,采用熔模铸造方法可大量节省机床设备和加工工时,大幅度节约金属原材料。
现代设计技术,19,熔模铸造可以铸造各种合金的复杂铸件,特别是可以铸造高温合金铸件。
例如,喷气式发动机叶片具有流线型外廓与冷却用内腔,用机械加工工艺几乎无法成型,用熔模铸造工艺生产不仅可以做到批量生产,保证铸件的一致性,而且避免了机械加工后残留的应力集中。
3.2精密成型技术,3.2.2精密铸造2陶瓷型铸造陶瓷型铸造是用陶瓷浆作为造型材料灌浆制成铸型,经高温焙烧后,再合箱浇注金属液,铸成零件。
陶瓷铸型可分为两种:
一种是全陶瓷浆料灌制的陶瓷型;另一种是采用砂型或金属型底套式的陶瓷型。
陶瓷型铸造的优点是铸件具有较高的表面光洁度和尺寸精度,利用该工艺可铸出大型精密铸件,并且投资少,投产快,生产准备周期短;缺点是原材料价格昂贵,由于有灌浆工序,不适用于批量大、重量轻、形状较复杂的铸件,并且生产工艺过程难以实现机械化和自动化。
现代设计技术,20,3.2精密成型技术,3.2.2精密铸造3消失模铸造消失模铸造又称实型铸造,是用泡沫塑料或石蜡制作成与铸件形状一致的实型模具,经过浸涂耐火涂料并烘干后,埋在干石英砂中三维振动造型,然后在负压状态下浇入熔化的金属液,实体模具受热汽化抽出,进而被液体金属取代,液体金属冷却凝固后形成铸件的铸造方法。
消失模铸造可以消除起模斜度,减少铸件壁厚,能够获得表面光洁度和尺寸精度较高、无飞边、少无余量的精密铸件。
现代设计技术,21,3.2精密成型技术,3.2.2精密铸造4金属型铸造金属型铸造又称硬模铸造或永久型铸造,是指将金属液浇注到由金属制成的铸型中而获得铸件的铸造方法。
金属型铸造可以得到尺寸精度高、表面粗糙度值低的铸件,且批量生产质量稳定性较好,因此,目前主要用于大批量生产形状简单的非铁金属及合金铸件,如铝合金活塞、铝合金油泵壳体、铜合金轴瓦、铜合金轴套等。
金属型的热导率和热容量大,冷却速度快,铸件组织致密,力学性能比砂型铸件高15%左右。
但由于浇注的金属液很快结晶凝固,降低了充型能力,所以金属型铸造不适用于生产形状复杂的零件或薄壁件。
现代设计技术,22,3.2精密成型技术,3.2.2精密铸造5
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