先进制造工艺与装备.ppt

第三章先进制造工艺与装备 3 1先进成型技术 3 1 1精密铸造成型技术优点 1 铸件尺寸精确 少切削或无切削 2 铸件内部质量好 力学性能高 3 降低金属消耗与废品率4 简化工序 实现机械化 自动化 5 改善劳动条件 提高劳动生产率 1 熔模铸造 熔模铸造又称失蜡法精密铸造 是一种少切削或无切削的精密铸造工艺 是精密铸造行业中的一项优异的工艺技术 其应用非常广泛 所谓熔模精密铸造工艺 简单说就是用易熔材料 例如蜡料或塑料 制成可熔性模型 简称熔模或模型 在其上涂覆若干层特制的耐火涂料 经过干燥和硬化形成一个整体型壳后 再用蒸汽或热水从型壳中熔掉模型 然后把型壳置于砂箱中 在其四周填充干砂造型 最后将铸型放入焙烧炉中经过高温焙烧 如采用高强度型壳时 可不必造型而将脱模后的型壳直接焙烧 铸型或型壳经焙烧后 于其中浇注熔融金属而得到铸件 主要特点 铸件尺寸精度较高铸造复杂的铸件 如喷气式发动机的叶片 其流线型外廓与冷却用内腔 用机械加工工艺几乎无法形成 合金不受限制 特别可以精密铸造高温合金铸件 2 压力铸造 压力铸造 简称压铸 的实质是在高压作用下 使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型型腔 并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法 高压 高速是压力铸造的重要特征 压铸有以下三方面优点 1 产品质量好铸件尺寸精度高 表面光洁度好 强度和硬度较高 强度一般比砂型铸造提高25 30 但延伸率降低约70 尺寸稳定 互换性好 可压铸薄壁复杂的铸件 例如 当前锌合金压铸件最小壁厚可达0 3mm 铝合金铸件可达0 5mm 最小铸出孔径为0 7mm 最小螺距为0 75mm 2 生产效率高机器生产率高 例如国产J 3型卧式冷空压铸机平均八小时可压铸600 700次 压铸型寿命长 一付压铸型 寿命可达几十万次 甚至上百万次 易实现机械化和自动化 3 经济效果优良由于压铸件尺寸精确 表面光洁等优点 一般不再进行机械加工而直接使用 或加工量很小 所以既提高了金属利用率 又减少了大量的加工设备和工时 铸件价格便宜 可以采用组合压铸以其他金属或非金属材料 既节省装配工时又节省金属 缺点 1 压铸时由于液态金属充填型腔速度高 流态不稳定 故采用一般压铸法 铸件易产生气孔 不能进行热处理 2 对内凹复杂的铸件 压铸较为困难 3 高熔点合金 如铜 黑色金属 压铸型寿命较低 4 不宜小批量生产 其主要原因是压铸型制造成本高 压铸机生产效率高 小批量生产不经济 P90轿车缸体例子 3 消失模铸造 最普遍实用的方法是把涂有耐火材料涂层的模型放入砂箱 模型四周用干砂充填紧实 浇注液态金属 取代泡沫塑料模型 这种铸造工艺被称为 消失模铸造 EPC 图1消失模工艺的砂箱和浇注示意图 消失模铸工艺的优点 技术方面1 模型设计的自由度增大新工艺有可能进行造型设计 并完全可以从第一阶段就能在模型上增加一些附加功能 例如 柴油预热器有一个特殊功能部件 它可采用消失模铸造工艺进行制造 而不能采用传统铸造方法生产 2 免除了铸件生产中使用的砂芯3 很多铸件可以不要冒口补缩4 提高铸件精度可获得形状结构复杂 可100重复生产高精度铸件 可使铸件壁厚偏差控制在 0 15 0 15mm之间 5 在模型接合面不产生飞边 6 具有减轻铸件重量约1 3的优势7 减少加工余量可以减小机加工余量 对某些零件甚至可以不加工 这就大大减少了机加工和机床投资 8 与传统空腔铸造相比 模具投资下降 9 完全消除了传统的落砂和出芯工序 图2消失模模型和铸件 经济方面 1 可整体生产复杂铸件采用新工艺设计 分块模型可胶合组成整体模型 铸成复杂整体部件 对比原先多个铸件组合装配部件 如柴油预热器 而言 可获益1到10倍 2 减少车间人员建立消失模铸造工厂 所雇员工数量少于传统铸造工厂 因此应当考虑这一因素 3 铸造工艺灵活铸造工艺的灵活性非常重要 因为新工艺有可能同时生产在砂箱中变化放置大量类似的或不同的铸件 浇注系统也因此十分灵活 同时还改善了工作条件 图3消失模铸造车间 3 1 2精密塑性成形技术 1 零件轧制成形零件轧制技术是冶金轧制技术与机械锻压加工技术交叉 延伸与发展的产物 由于零件轧制技术具有高效 低耗 清洁等优点 因此其应用受到国内外的广泛重视 与机械制造中的切削 其成形特征为连续 局部 去除成形 锻造 其成特征为断续 整体 塑性成形 方法比较 轧制方法成形特征是连续 局部 塑性成形 零件轧制较之锻造也有其不足之处 即模具复杂 尺寸大 设备通用性差 工艺调整难度大等 因此 轧制技术适合于批量大的零件生产和专业化工厂的生产 2 零件轧制成形的优缺点 1 零件轧制的基本类型零件轧制又称回转成形 其特征是工具或工件回转 或工具与工件都回转 零件形状不同 轧制方式不同 零件轧机形式也不同见P101图3 10 2 汽车覆盖件成形 汽车覆盖件大多是大型薄板冲压件 1 汽车覆盖件的结构特点 1 总体尺寸大2 相对厚度小3 形式复杂4 轮廓内部带有局部形状 把汽车覆盖件的结构组成进行分解 可以先确定各基本形状的变形特点 再把各基本形状之间的相互影响考虑进去 就能够分析出汽车覆盖件的主要变形特点 判断出各部位的成形难点 预先制定相点策 基本形状主要有直壁轴对称形状 包括变异的直壁椭圆形状 曲面轴对称形状 圆锥体形状以及盒形形状等每种基本形状都可分解成由法兰形状 轮廓形状 侧壁形状 底部形状组成 2 汽车覆盖件的冲压成形特点 1 一次拉伸成形2 拉胀复合成形3 局部成形4 变形路径变化 3 汽车覆盖件设计的生产流程 制件设计 工艺分析 计算机模拟 模具设计 制造 调试 返修 计算机模拟1 使用软件 美国的DynaForm 日本的AutoForm2 特点 a 缩短模具制造时间b 节省费用c 提高零件的质量和使用性能d 降低零件的废品率f 减少原材料浪费 3 1 3快速原型制造 快速原型制造 RapidPrototypeManufacturing简称RPM九十年代发展起来的一项高新技术 RPM技术是在现代CAD CAM技术 激光技术 计算机数控技术 精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的RPM技术在不需要任何刀具 模具及工装卡具的情况下 可将任意复杂形状的设计方案快速转换为三维的实体模型或样件 这就是RPM技术所具有的潜在的革命意义 1 RPM技术的基本原理 将计算机内的三维实体模型进行分层切片得到各层截面的轮廓 计算机据此信息控制激光器 或喷嘴 有选择性地切割一层又一层的片状材料 形成一系列具有一个微小厚度的片状实体 再采用粘接 聚合 熔结 焊接或化学反应等手段使其逐层堆积成一体 制造出所设计的三维模型或样件 RPM技术的基本原理图 2 快速原型制造工艺 1 光固化成型工艺 SLA StereolithographyApparatus 2 分层实体制造工艺 LOM LaminatedObjectManufacturing 3 选择性激光烧结工艺 SLS SelectedLaserSintering 4 熔融沉积造型工艺 FDM FusedDepositionModeling 5 三维打印工艺 2DP Three dimensionalprinting 3 快速原型制造特点 1 结合CAD CAM技术 激光技术 计算机数控技术 精密伺服驱动技术以及新材料技术 真正意义上的数字化制造 2 可将任意复杂形状的设计方案快速转换为三维的实体模型或样件3 CAD直接驱动 快速 准确 以及制造复杂模型 4 不需要任何刀具 模具及工装卡具的情况下 直接制造 方便快捷 5 原材料的种类繁多 提高了新产品开发的一次成功率 缩短了开发周期 降低了研发成本 4 快速原型应用领域 1 工业造型 模具 家电 电子仪表 轻工 塑料 玩具 航空航天 军工 机械 汽车 摩托车 内燃机 建筑规划及模型 科研 医疗等 2 应用体现 a 支持快速产品开发b 支持快速模具制造c 支持医用实体制造 3 2先进切削技术与机床 3 2 1超精密切削加工技术1 概述精密和超精密加工技术的发展 直接影响到一个国家尖端技术和国防工业的发展 因此世界各国对此都极为重视 投入很大力量进行研究开发 同时实行技术保密 控制关键加工技术及设备出口 从目前机械加工的工艺水平来看 超精密加工一般指加工精度 0 1 m 表面粗糙度Ra值 0 025 m的加工 同时也包含加工尺寸在亚微米级的微细加工 随着航空航天 高精密仪器仪表 惯导平台 光学和激光等技术的迅速发展和多领域的广泛应用 对各种高精度复杂零件 光学零件 高精度平面 曲面和复杂形状的加工需求日益迫切 我国目前已是一个 制造大国 制造业规模名列世界第四位 仅次于美国 日本和德国 近年来在精密加工技术和精密机床设备制造方面也取得了不小进展 但我国还不是一个 制造强国 与发达国外相比仍有较大差距 我国每年虽有大量机电产品出口 但多数是技术含量较低 价格亦较便宜的中低档产品 而从国外进口的则大多是技术含量高 价格昂贵的高档产品 目前我国每年需进口大量国内尚不能生产的精密数控机床设备和仪器 例如 2003年我国进口了价值41 6亿美元的机床 而出口机床仅为3 8亿美元 且主要为低精度的普通机床 2004年我国进口机床为57 8亿美元 出口机床仅为5 2亿美元 2005年我国机床总产值约为50亿美元 出口机床为8亿美元 而进口机床则达到67亿美元 图1超精密切削加工机床示例 图为SHPERE 200超精密球面镜机床 2 超精密切削加工技术的研发现状 美 英 德等国在上世纪七十年代 日本在八十年代 即开始生产超精密机床产品 并可批量供货 在大型超精密机床方面 美国的LLL国家实验室于1986年研制成功两台大型超精金刚石车床 一台为加工直径2 1m的卧式DTM 3金刚石车床 另一台为加工直径1 65m的LODTM立式大型光学金刚石车床 其中 LODTM立式大型光学金刚石车床被公认为世界上精度最高的超精密机床 美国后来又研制出大型6轴数控精密研磨机 用于大型光学反射镜的精密研磨加工 英国的Cranfield精密加工中心于1991年研制成功OAGM 2500多功能三坐标联动数控磨床 工作台面积2500mm 2500mm 可加工 磨削 车削 和测量精密自由曲面 该机床采用加工件拼合方法 还可加工出天文望远镜中直径7 5m的大型反射镜 日本的多功能和高效专用超精密机床发展较快 对日本微电子和家电工业的发展起到了很好的促进作用 我国超精密机床的发展情况 在过去相当长一段时期 由于受到西方国家的禁运限制 我国进口国外超精密机床严重受限 但当1998年我国自己的数控超精密机床研制成功后 西方国家马上对我国开禁 我国现在已经进口了多台超精密机床 必须承认 在超棈密机床技术方面 我们与国外先进水平相比还有相当大的差距 国产超精密机床的质量水平尚待进一步提高 超精密加工主要影响因素 1 加工机床要求机床高精度 高刚度 高稳定性 自动化 并与加工材料相结合 例如 有色金属材料 如铜 铝合金 宜进行车削或铣削加工 黑色金属材料 如钢等 则宜选磨削与研 抛等工艺 否则得不到预期的加工效果等 2 加工刀具刀具材料主要又金刚石 立方氮化硼 陶瓷等 例如 有色金属材料 如铜 铝合金 宜用单点金刚石刀具进行车削或铣削加工 3 加工材料被加工工件的材质要密实 各向的同一性要好 最好为单晶 表层硬度和弹性模量要恒定一致 可加工性要好 材料的化学成份与机械物理性能都应达到相应的数量级 4 测量具有能实现纳米级 1nm 10nm 增量进给的机床和分辨力优于0 1nm的测量设备 如激光干涉仪 扫描隧道显微镜和原子力显微镜等 5 加工环境加工环境要严格恒温 隔振和净化 恒温室 第一分隔区 中的温度波动不得大于 0 1 C 加工区 第二分隔区 中则不应超过 0 01 C 环境的相对湿度要保持在55 60 以内 大气压力 如用激光测量仪时 应保持1MPa 0 1 机床地基的隔振系统固有频率 2Hz 加工区的净化度应为每立方英尺中大于0 5 m的微粒含量应不多于100 10000颗 4发展趋势 1 高精度与高效率 2 大型化与微型化 3 加工测量一体化 4 新材料 5 多功能 模块化和廉价化 3 2 2超高速切削加工技术 超高速加工技术是指采用超硬材料的刃具 通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率 加工精度和加工质量的现代加工技术 超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料 不同的切削方式而异 目前 一般认为 超高速切削各种材料的切速范围为 铝合金已超过1600m min 铸铁为1500m min 超耐热镍合金达300m min 钛合金达150 1000m min 纤维增强塑料为2000 9000m min 各种切削工艺的切速范围为 车削700 7000m min 铣削300 6000m min 钻削200 1100m min 磨削250m s以上等等 超高速切削加工特点 1 切削速度大幅度提高 进给速度提高5 10倍2 切削力大幅下降约在30 左右3 95 98 的切削热被飞屑带走 工件保持冷态4 高速切削 频率较高 避开机床系统的固有频率 系统工作平稳 5 加工许多难以加工的材料 关键技术 超高速切削刀具技术超高速切削机床技术超高速切削工艺技术超高速切削加工测试技术 发展趋势 扩大材料加工范围实现绿色超高速加工提高切削负载改善驱动与控制技术实现安全防护与远程监控拓展加工方法种类改善研究与试验条件 3 2 3虚拟轴机床 机床结构技术上的突破性进展当属90年代中期问世的并联机床 ParallelMachineTool 又称虚 拟 轴机床 VirtualAxisMachineTool 或并联运动学机器 ParallelKinematicsMachine 并联机床实质上是机器人技术与机床结构技术结合的产物 其原型是并联机器人操作机 DCB510并联机床 并联机床具有如下优点 1 刚度重量比大 因采用并联闭环静定或非静定杆系结构 且在准静态情况下 传动构件理论上为仅受拉压载荷的二力杆 故传动机构的单位重量具有很高的承载能力 2 响应速度快 运动部件惯性的大幅度降低有效地改善了伺服控制器的动态品质 允许动平台获得很高的进给速度和加速度 因而特别适于各种高速数控作业 3 环境适应性强 便于可重组和模块化设计 且可构成形式多样的布局和自由度组合 在动平台上安装刀具可进行多坐标铣 钻 磨 抛光 以及异型刀具刃磨等加工 装备机械手腕 高能束源或CCD摄像机等末端执行器 还可完成精密装配 特种加工与测量等作业 4 技术附加值高 并联机床具有 硬件 简单 软件 复杂的特点 是一种技术附加值很高的机电一体化产品 因此可望获得高额的经济回报 并联机床发展趋势 1 结构多样化2 小型化与简单化3 混联化4 群组化 一 加工理论基础 1 原理 电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法 又称放电加工或电蚀加工 英文简称EDM 3 3 1电火花加工技术 3 3现代特种加工技术 1 工件2 脉冲电源3 自动进给调节系统4 工具5 工作液6 过滤器7 工作液泵 电火花加工原理示意图 2 电火花加工的机理 电火花加工基于电火花腐蚀原理 在电火花通道中产生瞬时高温 使局部金属融化 甚至汽化 从而将金属蚀除下来 分为以下几个阶段 1 极间介质的电离 击穿 形成放电通道 放电通道是有大量带正电和负电的粒子以及中型粒子组成 带电粒子高速运动 相互碰撞 产生大量热能 使通道温度升高 通道中心温度可达到10000摄氏度以上 在放电的同时还伴随着光效应和声效应 这就形成了肉眼所能看到的电火花 液体介质被电离 击穿 形成放电通道 产生大量的热能 使工作液汽化 进而气化 然后高温向四周扩散 使两电极表面的金属材料开始融化直至沸腾气化 3 电极材料的抛出 正负电极间产生的电火花使放电通道产生高温高压 工作液和金属汽化后不断向外膨胀 熔融金属液体和蒸汽被抛抛入到工作液中 加工中看到的桔红色火花就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑 2 电极表面材料的融化 汽化热膨胀 4 极间介质的消电离 为了保证电火花加工过程的正常进行 在两次放电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产物充分排除 恢复放电通道的绝缘性 使工作液介质消电离 实际上 电火花加工是电力 磁力 热力 流体动力 电化学和胶体化学等综合作用的过程 到目前为止 人们对电火花加工过程的了解还有限 需要进一步研究 1 加工难以用金属切削方法加工的零件 不受材料硬度影响 2 由于工具电极与工件电极不直接接触 没有机械切削力 所以在制作工具电极时不必考虑其受力特性 二 电火花加工的优点 3 电火花加工是通过脉冲放电来蚀除金属材料的 而脉冲电源的参数随时可调 因此在同一情况下 只需调整电参数即可切换粗 半精 精 超精加工 6 线切割加工有厚度极限 三 电火花加工的局限性 1 电火花加工生产效率低 2 被加工的工件只能是导体 3 存在电极损耗 这就影响了成型精度 4 加工表面有变质层 5 加工过程必须在工作液中进行 电火花加工时放电部位必须在工作液中 否则将引起异常放电 采用成型工具电极进行仿形电火花加工的方法 四 电火花加工的分类与发展概况 根据目前电火花设备使用情况来分 可分为3大类 1电火花成型加工 2电火花线切割加工 3其他类型电火花加工 利用金属线作为电极对工件进行切割的方法 如电火花磨削加工 电火花回转加工 电火花研磨 珩磨以及金属电火花表面强化 刻字等 3 3 2高能束加工技术 1 激光束加工技术激光是20世纪的重大发明之一 它具有高亮度 良好的单色性和相干性及方向性这四大特性 当激光光子携带的高能与物质相互作用并为改物质所吸收时 物质就具备了相应的高能量 产生加热 熔融 气化 等离子等过程 应用上述现象对材料进行加工 称为激光束加工技术 1 激光束加工理论基础 光的波粒二象性亚稳态能级的工作物质 激励源 光学谐振腔是形成激光束的三大要素 高功率的激光束作用在固体表面时 固体表面吸收大量的激光能量后 导致温度升高 融化 气化 喷溅等现象达到加工的目的 2 激光加工的装备 1 用于制造业中的激光系统即激光制造系统 一般由激光器 激光电源 光学系统 机械系统等组成 其核心为激光器 激光器常见的有固体激光器 气体激光器 液体激光器 半导体激光器 化学激光器以及准分子激光器等 常用的是红宝石激光器 3 激光加工工艺 1 激光打孔孔的直径 深度 圆度 锥度 材料的硬脆性 2 激光切割切割速度 切割厚度 切缝的宽度 2 离子束加工技术 在真空条件下 将由离子源产生的离子经过电场加速 获得具有一定速度的离子束投射到材料表面 产生溅射效应和注入效应 这就是离子束加工的物理基础 分子发生能量交换 离子失去的部分能量传给工件表面的原子 分子 能量足够大时 使它们从基体材料中分离出来 由此产生工件材料的溅射 其余能量则转化为材料晶格的振动 入射粒子与原子 分子碰撞进行能量交换 可以产生一次碰撞或多次碰撞 2 离子束的加工装备 离子束的加工设备包括离子源 离子枪 真空系统 控制系统和电源系统 对于不同类的用途 离子束加工设备各不相同 但离子源是各种设备所共有的关键部分 3 离子束加工工艺 主要有离子束注入 离子束沉积 以及离子束刻蚀等 离子注入离子注入是将工件放在离子注入机的真空靶中 在几十至几百千伏的电压下 把所需要元素的离子注入工件表面 3 电子束加工 利用能量密度极高的高速电子细束 在高真空腔体中冲击工件 使材料熔化 蒸发 汽化 而达到加工目的 电子束的加工装置 主要由电子枪真空系统控制系统电源系统等四部分所组成 3 3 3超声波加工 电火花加工和电解加工都只能加工金属导电材料 无法加工不导电的非金属材料 而超声波加工不仅能加工硬质合金 淬火钢等脆硬金属材料 而且更适合加工玻璃 陶瓷 半导体 锗和硅片等不导电的非金属脆硬材料 同时还可以用于清洗 焊接和探伤等 超声波加工 ultrasonicmachining USM 是利用工具端面作超声频振动 通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种加工方法超声波加工是磨料在超声波振动作用下的机械撞击和抛磨作用与超声波空化作用的综合结果 其中磨料的连续冲击是主要的 超声波加工的生产率虽然比电火花加工和电解加工低 但其加工精度和表面质量都优于它们 更重要的是可以加工它们难以加工的半导体和非金属的硬脆材料如玻璃 陶瓷 石英 硅 玛瑙 宝石 金刚石等 而且对于电火花加工后的一些淬火钢 硬质合金冲模 拉丝模 塑料模等 最后还经常用超声波抛磨 光整加工 使表面粗糙度进一步降低 3 4现代表面工程 表面工程是一门多学科交叉 各学科相互渗透 相互联系的新学科 也是一门发展中的学科 表面工程的基础理论是表面科学 包括表面分析技术 表面物理以及表面化学三个分支 表面技术是表面工程的核心 3 4 1特种电镀技术 电镀已有200年左右的发展历史 特种电镀的产生 从典型的电刷镀技术问世有半个多世纪 纵观特种电镀的发展历程大至分以下几个阶段 1 从传统机械制造业向电子 信息工业的渗透 2 从普通电镀到功能电镀再到现代成形工艺的发展 3 从国有企业向民营企业的扩张 4 从环境污染到清洁作业再到绿色电镀的过渡 电镀三废指电镀废水 废气及粉尘 废渣 5 从手工操作到机械化 自动化与数控 柔性电镀与智能电镀 以流镀机为特征的流镀技术被誉为机械化或自动化的电镀技术 在批量化和变品种生产之间谋求均衡 其宗旨是实现电镀作业自动化 1 电刷镀技术 电刷镀工艺雏形约产生于1899年 法国人采用蘸槽镀液的棉团在槽外修电镀废件 而称之为棉团电镀 1937年 巴黎机械工程师CharlesDALLOZ化学工程师GeorgesICXI发明了电刷镀 取得专利 成立了达立克公司 电刷镀工艺 2 流镀技术 流镀是一种采用强制对流手段 使电解液高速流过阳极与阴极构成的窄空间 当流速达到一定临界数值 界面流体将处于湍流状态 加大了电化学极化倾向 极限电流密度提高 从而可在高电流密度下获得细晶镀层的快速电沉积技术 流镀技术特点 1 面向工业2 面向环境3 面向资源4 面向材料技术被誉为 机械化的或自动化的电镀 典型的流镀工艺 1 摩擦电喷镀摩擦电喷镀是在高速喷射镀液中的金属离子在电场与加压摩擦作用的阴极表面上快速电沉积的过程 摩擦电喷镀设备主要由刷镀电源 摩擦电喷镀镀笔 镀液槽 输液泵等部分组成 摩擦电喷镀的核心技术是采用了改进的专用镀笔 上面组合仿形阳极 该仿形阳极设计成平面 外圆和内圆3种类型 以适应不同几何形状的工件 2 以流镀机为特征的流镀 以流镀机为特征的流镀 是以机械方式实现待镀工件的装夹 运转和阳极的进给运动 以保证电沉积过程中阴极和阳极的切向相对运动 电解液在沉积表面的流动和阳极沿工件轴向的往复运动 一台流镀机相当于一个电镀车间 一次装夹下可依次实现工件待镀表面从脱脂 活化 冲水 预镀到流镀工作层 甚至包括后续处理 如钝化 冲洗 的整个工艺过程 3 4 2热喷涂技术 热喷涂技术就是这种表面防护和强化的技术之一 是表面工程中一门重要的学科 所谓热喷涂 就是利用某种热源 如电弧 等离子弧 燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属和非金属涂层材料加热到熔融或半熔融状态 然后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面 与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术 按照热源的不同 热喷涂技术可分为火焰喷涂 电弧喷涂 等离子喷涂 爆炸喷涂等 按照喷涂材料的形状 又可将其分为粉末喷涂 丝材喷涂 棒材喷涂等 根据热喷涂的工艺特点 可以分为喷涂和喷焊两种工艺 1 喷涂 1 电弧喷涂电弧喷涂采用丝材 两根分别连接电源两极的金属丝 借助送丝机构输送到电弧喷枪的喷嘴处短路而形成电弧 电弧高温将材迅速熔化 熔化液滴被自喷嘴吹出的压缩气流所雾化 并高速喷射向工件面形成连续的涂层 2 等离子喷涂 等离子喷涂是利用等离子弧将粉末类材料加热到熔融状态 高速喷射到工件表面 由于等离子弧中心温度通常高达100000C以上 可以将喷涂材料的范围从金属扩大到陶瓷材料 3 火焰喷涂 火焰喷涂是利用燃气 如乙炔 丙烷 氢气等 和作为助燃气体的氧气燃烧作热源 既可以喷涂粉末 也可以喷涂丝材 喷涂粉末从料斗送人 被输送进来的乙炔气体吹向喷嘴 经喷嘴出口处的火焰焰流加热熔化 喷射到工件表面迅速冷凝沉积 3 4 3等离子沉积技术 等离子沉积技术指溅射技术 离子镀技术与等离子增强化学气相沉积技术 它是利用等离子与固体表面的相互作用所产生的一系列物理和化学现象 达到成形或功能薄膜制备的目的 当荷能粒子轰击固体表面时 可产生复杂的物理化学现象 包括溅射 沉积 注人等过程 1 溅射技术溅射指靶材表面原子被荷能粒子 如离子 轰击时 从靶材表面飞逸出来的现象 2 离子镀 离子镀是真空蒸发技术与低压气体放电技术的结合 是在真空条件下 利用低压气体放电使气体或蒸发物质部分电离形成等离子以对基片进行轰击 将蒸发物质或其反应产物沉积在基片上 3 5微机电系统与微制造技术 微机电系统 MicroElectro MechanicalSystem MEMS 是专指那种外形轮廓尺寸在毫米级以下 构成它的机械零件和半导体元器件尺寸在微米 纳米级 10 6米 10 9米 的机电装置 微机电系统及其应用 1 微传感器件 微传感器种类很多 所测量的参数包括 加速度 压力 力 触觉 流量 磁场 温度 气体成分 湿度 pH值 离子浓度和生物浓度等等 典型的微机械传感器件包括压力传感器 加速度计和陀螺等 2 微执行器 微执行器是当今MEMS发展的一个重要方面 常用的有微电机 微喷 微开关 继电器 微扬声器 微谐振器等 微光学器件 美国TI公司利用硅表面微加工工艺开发了数字微镜 DMD DigitalMicromirrorDevice 其显示效果超过液晶投影显示 可用于高清晰度电视等领域 在OpticalMEMS中 光开关和光通讯具有广泛的发展前景 微飞行器 3 5 3微机电系统制造工艺 1 以硅表面加工和体硅加工为主的硅微加工技术 2 LIGA工艺 LIGA是德文Lithographie Galanoformung和Abformung三个词 即光刻 电铸和注塑的缩写 LIGA工艺是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术 主要包括X光深度同步辐射光刻 电铸制模和注模复制三个工艺步骤 3 精密加工技术 作业 1 熔模铸造与消失模铸造的区别 2 快速原型制造的技术原理 3 超精密切削加工精度的主要影响因素有哪些 4 超高速切削加工的突出特点有哪些 5 虚拟轴机床与传统机床的最明显的区别是什么 6 激光束的特点是什么 7 热喷涂技术的概念 8 超声波加工技术的概念 9 微制造技术有哪三种加工技术