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精密製造技術

作者:AM8亚美来源:[AM8亚美公司]访问:717时间:2019-11-21

一、技術概述精密製造技術是指零件毛坯成形後餘量小或無餘量 、零件毛坯加工後精度達亞微米級的生產技術總稱。它是近淨成形與近無缺陷成形技術、超精密加工技術與超高速加工技術的綜合集成。 近淨成形與近無缺陷成形技術改造了傳統的毛坯成形技術,使機械產品毛坯成形實現由粗放到精化的改變,使外部質量作到無餘量或接近無餘量,內部質量作到無缺陷或接近無缺陷,實現優良、高效、輕量化、低本錢的成形 。該項技術涉及到鑄造成形、塑性成形、精確連接、熱處理改性、表麵改性、高精度模具等專業領域。超精密加工技術是指被加工零件的尺寸精度高於0.1µm,表麵粗糙度Ra小於0.025µm,和所用機床定位精度的分辨率和反複性高於0.01µm的加工技術,亦稱之為亞微米級加工技術,且正在向納米級加工技術發展。 超精密加工技術首要包括 :超精密加工的機理,超精密加工的設備製造技術,超精密加工工具及刃磨技術,超精密丈量技術和誤差補償技術,超精密加工工作環境條件。 超高速加工技術是指采用超硬材料的刀具,通過極大地進步切削速度和進給速度來進步材料切除率、加工精度和加工質量的現代加工技術。 超高速加工的切削速度範圍因不同的工件材料 、不同的切削方式而異 。目前,一般以為,超高速切削各種材料的切速範圍為: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,纖維加強塑料為2000~9000m/min。各種切削工藝的切削速度範圍為:車削700~7000m/min,銑削300~6000m/min,鑽削200~1100m/min ,磨削250m/s以上等等。 超高速加工技術首要包括:超高速切削與磨削機理,超高速主軸單元製造技術,超高速進給單元製造技術,超高速加工用刀具與磨具製造技術 ,超高速加工在線主動檢測與控製技術等。 二、現狀及國內外發展趨勢1.技術發展趨勢 近淨成形與近無缺陷成形技術鄙人世紀初有以下發展趨勢 : (1)近淨成形技術生產的成形件精度會進一步進步,可以做出外形更加複雜的成形件,更加接近於淨成形。 (2)近淨成形技術會不斷有新發展,一方麵本來的工藝方法會得到精益求精進步,另一方麵綜合利用各種成形手段會出現新的複合成形新工藝。 (3)隨著新材料的出現,不少材料用傳統加工方法很難加工,從而推動了新材料近淨成形技術的發展。 (4)計算機的發展、非線性題目計算方法的發展,推動了非線性有限元等技術發展,使數值模擬技術由學校 、研究單位走向工廠,將廣泛用於成形工藝分析,並且將由宏觀模擬進一步向微觀的組織模擬和質量展看方向發展。 (5)解決主動化大批量生產與用戶對產品個性化要求的矛盾,生產過程的柔性化將會得到發展。 (6)由於高效、節能、節材帶來的材料和資本的節約和有效利用 、成形技術和設備的進步、無汙染工藝材料的采用,使成形技術由汙染大戶改變為清潔生產技術。 超精密加工技術的發展趨勢是 :向更高精度、更高效率方向發展;向大型化、微型化方向發展;向加工檢測一體化方向發展;機床向多功能模塊化方向發展;不斷探討適合於超精密加工的新道理、新方法、新材料。21世紀初十年將是超精密加工技術達到納米加工技術的關鍵十年。 在超高速加工技術中 ,刀具材料已從碳素鋼和合金工具鋼,經曆高速鋼、硬質合金鋼 、陶瓷材料,發展到人造金剛石及聚晶金剛石(PCD)、立方氮化硼及聚晶立方氮化硼(CBN);切削速度亦隨著刀具材料創新而從之前的12m/min進步到1200m/min以上。是以有人以為,隨著新刀具(磨具)材料的不斷發展,每隔十年切削速度要進步一倍,亞音速乃至超聲速加工的出現不會太遠遠了。 2.國內外現狀 產業發達國家的近淨成形技術在近20多年來有很大發展,已成為機械製造業首要的製造技術,在鑄造、鍛壓、焊接 、熱處理和表麵改性方麵都已占有了總產量的首要地位。在我國近淨成形技術在全部成形生產中比重還比較低,成形件精度整體均勻要比國外低1~2個等級,一些先進的近淨成形技術在我國隻有少數企業采用 ,一些複雜難成形件我國還不能生產,部分先進成形設備、機械手和機器人 、很大一部分高水平主動化生產線建線技術,我國還不能全部立足國內 ,因此整體水平上要比先進國家落後15~25年。每一個專業方向上,國外近20年來都出現了一批新技術,有一些我們還沒有把握,有一些固然做了試驗研究 ,還沒有效於生產。 過往人們往往側重於單項技術的發展和利用研究,今天市場競爭激烈,人們為了更好更經濟成形零部件,愈來愈多地重視到多項先進技術的綜合應用,可以獲得更好的效果。例如利用材料超塑特性進行焊接在航空件成形中的利用,利用低合金成份的非調質鋼通過控鍛控冷可以取代調質熱處理 ,把鑄造和鍛壓結合起來的半固態成形,粉未燒結的坯料再經過鑄造獲更好性能近淨形零件,都是國外發展較快利用效果好的技術。我國專家把成形輥鍛和精鍛相結合,用於汽車前梁生產比國外通用技術建設生產線,一條線就可節約上億投資。 傳統的成形技術是建立在經驗和實驗數據基礎上的技術,擬定一個新零件成形工藝在生產時還要進行大量修改調試 。計算機和計算技術發展,特別是非線性有限元的發展,使得難度很大的成形過程有可能進行模擬分析和數值計算 。發達國家在這方麵已開展了大量研究工作,並形成一些貿易軟件用於成形工藝分析。我國在這方麵已進行了大量研究,一些單位也研製了一些軟件,但由於投進不足,形成貿易軟件的很少。 近淨成形與近無缺陷成形技術通常用於大批量生產,要求企業建設不同技術水平的生產線,需要有相應的機械手和機器人。由於工作的條件、環境比較惡劣,對這些機器人的需要數目相對較少、品種較多,所以需要由本專業職員參與研製。當今,人們對產品需求慢慢提出了一些個性化要求,所以在建設主動生產線時 ,提出了建設柔性生產線的要求,國外在近淨成形生產方麵已出現了少量柔性生產線,我國必須重視這一動向,應當根據用戶需求和投資強度,建設不同主動化程度和滿足柔性化需求的生產線。 國外企業為了保證產品質量,一方麵加強質量治理,做好生產全過程的質量控製,另一方麵通過生產過程中的主動化和智能控製,以保證近淨成形生產質量穩定,能作到無缺陷或近無缺陷。 在超高速加工技術方麵,1976年美國的Vought公司研製了一台超高速銑床,最高轉速達到了20000rpm。特別引人諦視的是,聯邦德國Darmstadt產業大學生產工程與機床研究所從1978年開始係統地進行超高速切削機理研究,對各種金屬和非金屬材料進行高速切削試驗,聯邦德國組織了幾十家企業並提供了2000多萬馬克撐持該項研究工作。自80年代中後期以來,商品化的超高速切削機床不斷出現,超高速機床從單一的超高速銑床發展成為超高速車銑床、鑽銑床乃至各種高速加工中間等。瑞士、英國、日本也相繼推出本身的超高速機床 。日本日立精機的HG400III型加工中間主軸最高轉速達36000~40000r/min,工作台快速移動速度為36~40m/min。采用直線電機的美國Ingersoll公司的HVM800型高速加工中間進給移動速度為60m/min。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、陶瓷轉動軸承等方麵也進行了較多的研究,但整體水平同國外尚有較大差距。 在超精密加工技術方麵,美國事開展研究最早的國家 ,也是迄今處於世界領先地位的國家。早在50年代末,由於航天等尖端技術發展的需要,美國首先發展了金剛石刀具的超精密切削技術,並發展了相應的空氣軸承主軸的超精密機床,用於加工激光核聚變反射鏡、戰術導彈及載人飛船用球麵非球麵大型零件。如美國LLL實驗室和Y-12工廠在美國能源部撐持下,於1983年7月研製成功大型超精密金剛石車床DTM-3型,該機床可加工最大零件Φ2100mm、重量4500kg的激光核聚變用的各種金屬反射鏡、紅外裝配用零件、大型天體看遠鏡(包括X光天體看遠鏡)等。該機床的加工精度可達到外形誤差為28nm(半徑),圓度和平麵度為12.5nm,加工表麵粗糙度為Ra4.2nm 。該機床及該實驗室1984年研製的LODTM大型超精密車床一起還是現活著界上公認的技術水平最高、精度最高的大型金剛石超精密車床。 日本對超精密加工技術的研究相對於美、英來說起步較晚,但是當今世界上超精密加工技術發展最快的國家 。日本的研究重點不同於美國,前者是以民品利用為首要對象,後者則是以發展國防尖端技術為首要目標。所以日本在用於聲、光 、圖象、辦公設備中的小型、超小型電子和光學零件的超精密加工技術方麵,是更加先進和具有上風的,甚至超過了美國。 我國的超精密加工技術在70年代末期有了長足進步,80年代中期出現了具有世界水平的超精密機床和部件。北京機床研究所是國內進行超精密加工技術研究的首要單位之一,研製出了多種不同類型的超精密機床、部件和相關的高精度測試儀器等,如精度達0.025µm的精密軸承、JCS-027超精密車床、JCS-031超精密銑床、JCS-035超精密車床、超精密車床數控係統 、複印機感光鼓加工機床、紅外大功率激光反射鏡、超精密振動-位移測微儀等,達到了國內領先、國際先進水平。航空航天產業部三零三所在超精密主軸、花崗岩坐標丈量機等方麵進行了深進研究及產品生產。哈爾濱產業大學在金剛石超精密切削、金剛石刀具晶體定向和刃磨、金剛石微粉砂輪電解在線修整技術等方麵進行了1頁

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