1、第3章 先進(jìn)制造工藝本章要點(diǎn)超精細(xì)加工技術(shù)特種加工技術(shù)的特點(diǎn)快速原型制造技術(shù) 高速加工關(guān)鍵技術(shù) 綠色加工技術(shù)及其運(yùn)用1第3章 先進(jìn)制造工藝Advanced Manufacturing Process3.5 現(xiàn)代特種加工技術(shù)Modern Nontraditional machining Technology23.5.1 特種加工技術(shù)概述3.5.2 幾種代表性特種加工方法3 非傳統(tǒng)加工又稱(chēng)特種加工，通常被了解為別于傳統(tǒng)切削與磨削加工方法的總稱(chēng)。 非傳統(tǒng)加工方法 產(chǎn)生于二次大戰(zhàn)后。兩方面問(wèn)題傳統(tǒng)機(jī)械加工方法難于處理： 1難加工資料的加工問(wèn)題。宇航工業(yè)等對(duì)資料高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、耐高溫、耐高壓、耐

2、低溫等的要求，使新資料不斷涌現(xiàn)。 2復(fù)雜形面、薄壁、小孔、窄縫等特殊工件加工問(wèn)題。 為處理上面兩方面問(wèn)題，出現(xiàn)了非傳統(tǒng)加工方法。 非傳統(tǒng)加工方法將電、磁、聲、光等物理量及化學(xué)能量或其組合直接施加在工件被加工的部位上，從而使資料被去除、累加、變形或改動(dòng)性能等。 3.5.1 特種加工技術(shù)概述4 非傳統(tǒng)加工方法主要不是依托機(jī)械能，而是用其它能量如電能、光能、聲能、熱能、化學(xué)能等去除資料。 非傳統(tǒng)加工方法由于工具不受顯著切削力的作用，對(duì)工具和工件的強(qiáng)度、硬度和剛度均沒(méi)有嚴(yán)厲要求。 普通不會(huì)產(chǎn)生加工硬化景象。且工件加工部位變形小，發(fā)熱少，或發(fā)熱僅局限于工件表層加工部位很小區(qū)域內(nèi)，工件熱變形小，加工應(yīng)力也

3、小，易于獲得好的加工質(zhì)量。 加工中能量易于轉(zhuǎn)換和控制，有利于保證加工精度和提高加工效率。 非傳統(tǒng)加工方法的資料去除速度，普通低于常規(guī)加工方法，這也是目前常規(guī)加工方法仍占主導(dǎo)位置的主要緣由。 非傳統(tǒng)加工方法特點(diǎn)5 機(jī)械過(guò)程 利用機(jī)械力，使資料產(chǎn)生剪切、斷裂，以去除資料。如超聲波加工、水放射加工、磨料流加工等。 非傳統(tǒng)加工方法分類(lèi)按加工機(jī)理和采用的能源劃分 熱學(xué)過(guò)程 經(jīng)過(guò)電、光、化學(xué)能等產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，熔化并去除資料，如電火花加工、高能束加工、熱力去毛刺等。 電化學(xué)過(guò)程 利用電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能對(duì)資料進(jìn)展加工，如電解加工、電鑄加工金屬離子堆積等。 化學(xué)過(guò)程 利用化學(xué)溶劑對(duì)資料的腐蝕、溶解，去除資料，如化

4、學(xué)蝕刻、化學(xué)銑削等。6 復(fù)合過(guò)程 利用機(jī)械、熱、化學(xué)、電化學(xué)的復(fù)協(xié)作用，去除資料。常見(jiàn)的復(fù)合方式有： 機(jī)械化學(xué)復(fù)合如機(jī)械化學(xué)拋光、電解磨削、電鍍珩磨等。 機(jī)械熱能復(fù)合如加熱切削、低溫切削等。 熱能化學(xué)能復(fù)合如電解電火花加工等。 其它復(fù)合過(guò)程如超聲切削、超聲電解磨削、磁力拋光圖7-61等。工件陶瓷滾柱磁性資料磁極振動(dòng)運(yùn)動(dòng)圖7-61 磁力拋光表示圖NS7 拓寬現(xiàn)有非傳統(tǒng)加工方法的運(yùn)用領(lǐng)域。 探求新的加工方法，研討和開(kāi)發(fā)新的元器件。 優(yōu)化工藝參數(shù)，完善現(xiàn)有的加工工藝。 向微型化、精細(xì)化開(kāi)展。 采用數(shù)控、自順應(yīng)控制、CAD/CAM、專(zhuān)家系統(tǒng)等技術(shù)，提高加工過(guò)程自動(dòng)化、柔性化程度。 開(kāi)展趨勢(shì)圖7-62

5、EI 收錄文章數(shù)比較70年代80年代90年代20841104232142244424214441321252353316激光加工 電火花加工 超聲加工 電化學(xué)加工 圖7-62反映了學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)幾種非傳統(tǒng)加工方法的關(guān)注程度。8 任務(wù)原理：利用工具電極與工件電極之間脈沖性火花放電，產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，工件資料被熔化和氣化。同時(shí)，該處絕緣液體也被部分加熱，急速氣化，體積發(fā)生膨脹，隨之產(chǎn)生很高的壓力。在這種高壓作用下，曾經(jīng)熔化、氣化的資料就從工件的外表迅速被除去圖7-63。 4個(gè)階段： 1介質(zhì)電離、擊穿，構(gòu)成放電通道； 2火花放電產(chǎn)生熔化、氣化、熱膨脹； 3拋出蝕除物； 4間隙介質(zhì)消電離恢復(fù)絕緣形狀。

6、電火花加工3.5.2 幾種代表性特種加工方法圖7-63 電火花加工原理圖進(jìn)給系統(tǒng)放電間隙工具電極工件電極直流脈沖電源任務(wù)液Real9圖7-64 電火花加工機(jī)床10 電極資料要求導(dǎo)電，損耗小，易加工；常用資料：紫銅、石墨、鑄鐵、鋼、黃銅等，其中石墨最常用。 任務(wù)液主要功能緊縮放電通道區(qū)域，提高放電能量密度，加速蝕物排出；常用任務(wù)液有煤油、機(jī)油、去離子水、乳化液等。 放電間隙合理的間隙是保證火花放電的必要條件。為堅(jiān)持適當(dāng)?shù)姆烹婇g隙，在加工過(guò)程中，需采用自動(dòng)調(diào)理器控制機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，并帶開(kāi)工具電極緩慢向工件進(jìn)給。 任務(wù)要素 脈沖寬度與間隔影響加工速度、外表粗糙度、電極耗費(fèi)和外表組織等。脈沖頻率高、繼續(xù)

7、時(shí)間短，那么每個(gè)脈沖去除金屬量少，外表粗糙度值小，但加工速度低。 通常放電繼續(xù)時(shí)間在2s至2ms范圍內(nèi)，各個(gè)脈沖的能量2mJ到20J電流為400A時(shí)之間。11電火花線切割加工：用延續(xù)挪動(dòng)的鉬絲或銅絲作工具陰極，工件為陽(yáng)極。機(jī)床任務(wù)臺(tái)帶開(kāi)工件在程度面內(nèi)作兩個(gè)方向挪動(dòng)，可切割出二維圖形圖7-65。同時(shí)，絲架可作小角度擺動(dòng)，可切割出斜面。 電火花加工類(lèi)型圖7-65 電火花線切割原理圖XY儲(chǔ)絲筒導(dǎo)輪電極絲工件Real電火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等RealReal12電火花線切割機(jī)床圖7-66 電火花線切割加工加工過(guò)程顯示13 不受加工資料硬度限制，可加工任何硬、脆、韌、軟的導(dǎo)電資料。 加工時(shí)

8、無(wú)顯著切削力，發(fā)熱小，適于加工小孔、薄壁、窄槽、形面、型腔及曲線孔等，且加工質(zhì)量較好。 脈沖參數(shù)調(diào)整方便，可一次裝夾完成粗、精加工。 易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工。 電火花加工特點(diǎn) 電火花加工運(yùn)用 電火花成形加工：電火花打孔常用于加工冷沖模、拉絲模、噴嘴、噴絲孔等。型腔加工包括鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模等型腔加工，以及葉輪、葉片等曲面加工。 電火花線切割：廣泛用于加工各種硬質(zhì)合金和淬硬鋼的沖模、樣板、各種外形復(fù)雜的板類(lèi)零件、窄縫、柵網(wǎng)等。 14任務(wù)原理：工件接陽(yáng)極，工具銅或不銹鋼接陰極，兩極間加直流電壓624V，極間堅(jiān)持0.11mm間隙。在間隙處通以 660m/S高速流動(dòng)電解液，構(gòu)成極間導(dǎo)電通路，工件外

9、表資料不斷溶解，溶解物及時(shí)被電解液沖走。工具陰極不斷進(jìn)給，堅(jiān)持極間間隙。 圖7-67 電解加工原理圖電解液直流電源泵工件陽(yáng)極陰極進(jìn)給工具陰極電解加工15 不受資料硬度的限制，能加工任何高硬度、高韌性的導(dǎo)電資料，并能以簡(jiǎn)單的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一次加工出外形復(fù)雜的形面和型腔。 加工形面、型腔消費(fèi)率高與電火花加工比高510倍。采用振動(dòng)進(jìn)給和脈沖電流等新技術(shù)，可進(jìn)一步提高消費(fèi)效率和加工精度。 陰極在加工中損耗小。 加工外表質(zhì)量好，無(wú)毛刺、剩余應(yīng)力和變形層。 設(shè)備投資大，有污染，需防護(hù)。 模具型腔、槍炮膛線、發(fā)電機(jī)葉片、花鍵孔、內(nèi)齒輪、小而深的孔加工，電解拋光、倒棱、去毛刺等。 電解加工特點(diǎn) 電解加工運(yùn)用16 工

10、件與磨輪堅(jiān)持一定接觸壓力，突出的磨料使磨輪導(dǎo)電基體與工件之間構(gòu)成一定間隙。電解液從中流過(guò)時(shí)，工件產(chǎn)生陽(yáng)極溶解，外表生成一層氧化膜，其硬度遠(yuǎn)比金屬本身低，易被刮除，顯露新金屬外表，繼續(xù)進(jìn)展電解。電解作用與磨削作用交替進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)加工。 電解磨削效率比機(jī)械磨削高，且磨輪損耗遠(yuǎn)比機(jī)械磨削小，特別是磨削硬質(zhì)合金時(shí)，效果更明顯。 導(dǎo)電磨輪電解液電刷任務(wù)臺(tái)工件絕緣板導(dǎo)電基體磨料陽(yáng)極膜 電解磨削圖7-6817真空條件下，利用電流加熱陰極發(fā)射電子束，經(jīng)控制柵極初步聚焦后，由加速陽(yáng)極加速，經(jīng)過(guò)透鏡聚焦系統(tǒng)進(jìn)一步聚焦，使能量密度集中在直徑510m斑點(diǎn)內(nèi)。高速而能量密集的電子束沖擊到工件上，被沖擊點(diǎn)處構(gòu)成瞬時(shí)高溫幾分

11、之一微秒時(shí)間內(nèi)升高至幾千攝氏度，工件外表部分熔化、氣化直至被蒸發(fā)去除。 圖7-69 電子束加工原理圖控制柵極加速陽(yáng)極電子束斑點(diǎn)旁熱陰極聚焦系統(tǒng)工件任務(wù)臺(tái)電子束加工任務(wù)原理圖7-6918 電子束束徑小最小直徑可達(dá)0.010.05mm，而電子束長(zhǎng)度可達(dá)束徑幾十倍，故可加工微細(xì)深孔、窄縫。 資料順應(yīng)性廣原那么上各種資料均能加工，特別適用于加工特硬、難熔金屬和非金屬資料。 非接觸加工，無(wú)工具損耗；無(wú)切削力，加工時(shí)間極短，工件無(wú)變形。 加工速度高，切割1mm厚鋼板，速度可達(dá)240mm/min。 在真空中加工，無(wú)氧化，特別適于加工高純度半導(dǎo)體資料和易氧化的金屬及合金。 加工設(shè)備較復(fù)雜，投資較大。多用于微細(xì)

12、加工。 特點(diǎn)及運(yùn)用19 激光是一種受激輻射而得到的加強(qiáng)光。其根本特征： 強(qiáng)度高，亮度大 波長(zhǎng)頻率確定，單色性好 相關(guān)性好，相關(guān)長(zhǎng)度長(zhǎng) 方向性好，幾乎是一束平行光 任務(wù)原理圖7-70激光加工當(dāng)激光束照射到工件外表時(shí)，光能被吸收，轉(zhuǎn)化成熱能，使照射斑點(diǎn)處溫度迅速升高、熔化、氣化而構(gòu)成小坑，由于熱分散，使斑點(diǎn)周?chē)饘偃刍】觾?nèi)金屬蒸氣迅速膨脹，產(chǎn)生微型爆炸，將熔融物高速噴出并產(chǎn)生一個(gè)方向性很強(qiáng)的反沖擊波，于是在被加工外表上打出一個(gè)上大下小的孔。激光器工件任務(wù)臺(tái)圖7-70 激光加工原理圖光闌反射鏡聚焦鏡電源Real20 固體激光器 YAG結(jié)晶母材由釔、鋁和石榴石構(gòu)成激光器 紅寶石激光器混合氣體：氦約

13、80%，氮約15%， CO2 約5%經(jīng)過(guò)高壓直流放電進(jìn)展鼓勵(lì)波長(zhǎng)10.6m，為不可見(jiàn)光能量效率5% 15%反射凹鏡反射平鏡電極放電管CO2氣體冷卻水進(jìn)口冷卻水出口激光高壓直流電源圖7-71 CO2激光器表示圖 氣體激光器CO2激光器圖7-71 激光器21 加工資料范圍廣，適用于加工各種金屬資料和非金屬資料，特別適用于加工高熔點(diǎn)資料，耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆資料。 加工性能好，工件可分開(kāi)加工機(jī)進(jìn)展加工，可透過(guò)透明資料加工，可在其他加工方法不易到達(dá)的狹小空間進(jìn)展加工。 非接觸加工方式，熱變形小，加工精度較高。 可進(jìn)展微細(xì)加工。激光聚焦后焦點(diǎn)直徑實(shí)際上可小至1以下，實(shí)踐上可實(shí)現(xiàn)0.01mm

14、的小孔加工和窄縫切割。 加工速度快，效率高。 激光加工不僅可以進(jìn)展打孔和切割，也可進(jìn)展焊接、熱處置等任務(wù)。 激光加工可控性好，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。加工設(shè)備昂貴。 激光加工特點(diǎn)22 激光打孔 廣泛運(yùn)用于金剛石拉絲模、鐘表寶石軸承、陶瓷、玻璃等非金屬資料，和硬質(zhì)合金、不銹鋼等金屬資料的小孔加工。 激光打孔具有高效率、低本錢(qián)的特點(diǎn)，特別適宜微小群孔加工。 焦點(diǎn)位置對(duì)孔的質(zhì)量影響：假設(shè)焦點(diǎn)與加工外表之間間隔很大，那么激光能量密度顯著減小，不能進(jìn)展加工。假設(shè)焦點(diǎn)位置偏離加工外表1mm，可以進(jìn)展加工，此時(shí)加工出孔的斷面外形隨焦點(diǎn)位置不同而發(fā)生變化圖7-72。 激光加工運(yùn)用圖7-72 焦點(diǎn)位置對(duì)孔外形影響Re

15、al23 激光熱處置 原理：照射到金屬外表上的激光使外表原子迅速蒸發(fā)，由此產(chǎn)生微沖擊波會(huì)導(dǎo)致大量晶格缺陷構(gòu)成，到達(dá)硬化。 優(yōu)點(diǎn)：快速、不需淬火介質(zhì)、硬化均勻、變形小、硬化深度可準(zhǔn)確控制。 激光焊接 與打孔相比，激光焊接所需能量密度較低，因不需將資料氣化蝕除，而只需將工件的加工區(qū)燒熔使其粘合在一同。 優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有焊渣，不需去除工件氧化膜，可實(shí)現(xiàn)不同資料之間的焊接，特別適宜微型機(jī)械和精細(xì)焊接。Real 激光切割 激光切割具有切縫窄、速度快、熱影響區(qū)小、省資料、本錢(qián)低等優(yōu)點(diǎn)，并可以在任何方向上切割，包括內(nèi)尖角。 可以切割鋼板、不銹鋼、鈦、鉭、鎳等金屬資料，以及布匹、木材、紙張、塑料等非金屬資料。Rea

16、l24圖7-74 激光焊接車(chē)身圖7-73 激光切割25 利用工具端面作超聲1625kHz振動(dòng)，使任務(wù)液中的懸浮磨粒對(duì)工件外表撞擊拋磨來(lái)實(shí)現(xiàn)加工。 超聲波發(fā)生器將工頻交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，經(jīng)過(guò)換能器將超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)槌暀C(jī)械振動(dòng)，此時(shí)振幅普通很小，再經(jīng)過(guò)振幅擴(kuò)展棒變幅桿使固定在變幅桿端部的工具振幅增大到0.010.15mm。 任務(wù)原理圖7-75 變幅桿超聲波發(fā)生器圖7-75 超聲波加工原理圖振動(dòng)方向工具換能器任務(wù)液噴嘴工件Real超聲波加工26圖7-76 超聲波加工機(jī)床圖7-77 超聲波加工樣件27 適用于加工各種脆性金屬資料和非金屬資料，如玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、寶石、金剛

17、石等 。 可加工各種復(fù)雜外形的型孔、型腔、形面。 工具與工件不需作復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，機(jī)床構(gòu)造簡(jiǎn)單。 被加工外表無(wú)剩余應(yīng)力，無(wú)破壞層，加工精度較高，尺寸精度可達(dá)0.010.05mm 。 加工過(guò)程受力小，熱影響小，可加工薄壁、薄片等易變形零件。 消費(fèi)效率較低。采用超聲復(fù)合加工如超聲車(chē)削，超聲磨削，超聲電解加工，超聲線切割等可提高加工效率。 超聲波加工特點(diǎn)及運(yùn)用28 任務(wù)原理： 加工安裝圖7-78 噴嘴資料及任務(wù)條件表7-11 工程 資料 孔徑/mm 至工件間隔/mm 放射角度/ 參數(shù)金剛石，藍(lán)寶石，淬火鋼0.0750.42.550030表7-11 噴嘴資料及任務(wù)條件圖7-78 水放射加工安裝表示圖噴

18、嘴閥控制器蓄能器供水器過(guò)濾器泵增壓器液壓安裝排水器工件射流d水放射加工利用超高壓水或水與磨料的混合液對(duì)工件進(jìn)展切割或打孔，又稱(chēng)高壓水切割，或“水刀。29 工藝參數(shù)表7-12，表7-13 表7-12 水放射加工常用工藝參數(shù) 工藝參數(shù) 常用值 工藝參數(shù) 常用值 壓力/MPa 70450 放射力/N 45 流速/m/s 300900 功率/kW 1040 流量/L/s 2.5 7.5 磨料耗量/kg/min 0.10.3工藝參數(shù)、效率、精度 石材 玻璃 ABS塑料 皮革 工件厚度/mm 25 12 2.8 4.45 噴嘴孔徑/mm 0.3 0.3 0.1 0.1 流體壓力/MPa 400 400 2

19、58 300 切割速度/m/min 0.1 0.1 0.85 0.55 切縫寬度/mm 0.5 0.5 0.2 0.2 切割精度/mm 0.05 0.05 外表粗糙度/m Ra12.5 Ra12.5 表7-13 幾種資料高壓水切割參數(shù)30第3章 先進(jìn)制造工藝Advanced Manufacturing Process3.6 可繼續(xù)制造技術(shù)Sustainable Manufacturing Technology313.6.1 概述3.6.2 再制造技術(shù)3.6.3 綠色加工技術(shù)323.6.1 概述對(duì)工業(yè)消費(fèi)開(kāi)展的要求 19世紀(jì)是蒸汽時(shí)代； 20世紀(jì)自動(dòng)化時(shí)代； 21世紀(jì)是可繼續(xù)開(kāi)展時(shí)代。 隨人口、

20、資源、環(huán)境三大世界性問(wèn)題的日益鋒利，要求人們研討并運(yùn)用高效率的可繼續(xù)開(kāi)展的消費(fèi)、制造方式。制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，它既為人類(lèi)發(fā)明新的物質(zhì)文明，同時(shí)又是耗費(fèi)資源的大戶，是產(chǎn)生環(huán)境污染的源頭產(chǎn)業(yè)，并正在對(duì)人類(lèi)的生存與開(kāi)展呵斥嚴(yán)重要挾。因此，全球性的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造調(diào)整呈現(xiàn)出一種集資源優(yōu)化利用與環(huán)境維護(hù)治理于一體化的新的制造方式綠色制造 GM Green-Manufacture，這就是向資源利用合理化，廢棄物消費(fèi)少量化，對(duì)環(huán)境無(wú)污染、少污染的方向開(kāi)展的綠色戰(zhàn)略趨勢(shì)。33我國(guó)制造業(yè)本身和國(guó)內(nèi)條件面臨的挑戰(zhàn) 制造業(yè)技術(shù)及管理程度與興隆國(guó)家具有較大差距；產(chǎn)品構(gòu)造檔次低，技術(shù)構(gòu)造落后 ；市場(chǎng)快速反響才干差；制造

21、業(yè)不能滿足國(guó)內(nèi)需求的情況比較嚴(yán)重；主導(dǎo)產(chǎn)品的技術(shù)來(lái)源大多依賴外國(guó)。面臨綠色挑戰(zhàn)。我國(guó)制造業(yè)假設(shè)不能實(shí)施綠色制造，我國(guó)的制造業(yè)產(chǎn)品將很難順應(yīng)國(guó)際環(huán)保管理規(guī)范，很難在國(guó)際市場(chǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng)力 ； 面臨WTO的挑戰(zhàn)；面臨未來(lái)制造方式的挑戰(zhàn)。未來(lái)制造方式的特點(diǎn)是：以技術(shù)為中心向以人為中心轉(zhuǎn)變；多層管理向扁平網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變；固定制造組織向動(dòng)態(tài)組織轉(zhuǎn)變；質(zhì)量符合觀向全面稱(chēng)心觀轉(zhuǎn)變；集中制造向分散網(wǎng)絡(luò)化制造轉(zhuǎn)變。而我國(guó)的制造業(yè)大多處于轉(zhuǎn)變的前一階段。34可繼續(xù)制造的定義是一種符合可繼續(xù)開(kāi)展戰(zhàn)略的制造技術(shù)，是基于現(xiàn)代的多學(xué)科的先進(jìn)科技成果的綜合技術(shù)，是一種與環(huán)境友好的、干凈的、節(jié)省資源的先進(jìn)制造技術(shù)。可繼續(xù)制造技術(shù)關(guān)鍵

22、是看產(chǎn)品制造的整個(gè)過(guò)程能否符合可繼續(xù)開(kāi)展戰(zhàn)略。如傳統(tǒng)的車(chē)削和磨削由于采用了新的工藝，整個(gè)加工過(guò)程都未運(yùn)用冷卻液，那么這種干切削就可稱(chēng)為可繼續(xù)制造技術(shù)。35概述 近幾百年的工藝開(kāi)展，資源耗費(fèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了三千年的總和，超越了大自然的恢復(fù)才干，突破了農(nóng)耕時(shí)代 “收支平衡的循環(huán)形狀。資源過(guò)快開(kāi)采和過(guò)量耗費(fèi)，呵斥資源短缺和面臨衰竭，環(huán)境污染和自然生態(tài)破壞已嚴(yán)重要挾到人類(lèi)的生存條件。到2020年，我國(guó)絕大多數(shù)礦產(chǎn)資源將出現(xiàn)缺口、能源短缺，這將嚴(yán)重制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可繼續(xù)開(kāi)展并危及國(guó)家平安。此外，在機(jī)械配備的全壽命周期費(fèi)用中，機(jī)械配備的后半生運(yùn)用、維修、報(bào)廢費(fèi)用占到50%70%。從產(chǎn)品全壽命出發(fā)，加強(qiáng)產(chǎn)品后半生的

23、根底實(shí)際研討，將“線性構(gòu)造制造方式開(kāi)展為閉環(huán)的“循環(huán)型構(gòu)造制造方式，大力開(kāi)展資源節(jié)約型和環(huán)境友好型制造，即資源循環(huán)型制造和再制造是實(shí)現(xiàn)國(guó)家可繼續(xù)開(kāi)展目的的很重要方向之一。3.6.2 再制造技術(shù)36再制造是以產(chǎn)品全壽命周期實(shí)際為指點(diǎn)，以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保為準(zhǔn)那么，以先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化為手段，用以修復(fù)、改造廢舊產(chǎn)品的一系列技術(shù)措施或工程活動(dòng)的總稱(chēng)。圖3- 所示為機(jī)電產(chǎn)品的物流表示圖。 原資料初級(jí)消費(fèi)商制造商再制造商用戶維修再制造再循環(huán)再利用圖3- 機(jī)電產(chǎn)品的物流表示圖37再利用主要是指對(duì)經(jīng)檢驗(yàn)合格的廢舊產(chǎn)品零部件的直接利用。再循環(huán)是指回收廢舊產(chǎn)品中的資料或者能源的過(guò)程，主要包括：原態(tài)再循環(huán)

24、 ；易態(tài)再循環(huán)。 再制造那么是以報(bào)廢或過(guò)時(shí)機(jī)件為對(duì)象，采用新技術(shù)、新資料、新工藝，以及嚴(yán)厲的質(zhì)量規(guī)范和管理手段組織消費(fèi)，使再制造產(chǎn)品的質(zhì)量、性能等同或高于原產(chǎn)品，價(jià)錢(qián)上更具優(yōu)勢(shì)。圖3- 所示為發(fā)動(dòng)機(jī)再制造工藝流程圖。由圖看出，一個(gè)完好的再制造過(guò)程可以劃分為三個(gè)階段：裝配階段；將已裝配的零部件進(jìn)展檢查，再制造維修；將維修好的零部件進(jìn)展重新組裝。 38退役發(fā)動(dòng)機(jī)拆解清洗檢測(cè)再制造加工檢測(cè)裝配包裝整機(jī)測(cè)試再制造發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢原廠新配件報(bào)廢易損件可再制造件完好件合格件不合格件不可再制造件發(fā)動(dòng)機(jī)再制造擬采用的工藝流程圖易損件：主軸瓦、橡膠管、汽缸墊、油封完好件：進(jìn)氣管總成、前后排氣歧管、油底殼、齒輪室可再制

25、造件：缸體總成、連桿總成、曲軸總成、噴油泵總成、缸蓋總成39廢舊發(fā)動(dòng)機(jī)回收進(jìn)廠在拆解車(chē)間分解裝配對(duì)零部件進(jìn)展高溫化學(xué)清洗利用熱噴涂技術(shù)修復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)座利用納米電刷鍍技術(shù)修復(fù)曲面利用粘涂技術(shù)修復(fù)汽缸結(jié)合面絎磨缸套使其到達(dá)新品規(guī)范連桿加工設(shè)備使其到達(dá)新品規(guī)范再制造零部件檢測(cè)后進(jìn)展裝配再制造發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)展試車(chē)考核噴漆裝箱，發(fā)動(dòng)機(jī)再制造完成汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的再制造消費(fèi)流程40功能資源循環(huán)型制造和再制造此項(xiàng)研討是以機(jī)電產(chǎn)品全壽命周期和多壽命周期設(shè)計(jì)與管理為中心，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求為準(zhǔn)那么，嚴(yán)密?chē)@4R，即減量化(reduce)，再利用(reuse)，再制造(remanufacture)和再循環(huán)(recycle)所涉及

26、的根底實(shí)際和技術(shù)而開(kāi)展的前瞻性科學(xué)研討。41設(shè)計(jì)制造運(yùn)用維修報(bào)廢減量化再利用再制造再循環(huán)機(jī)電產(chǎn)品全壽命周期根底實(shí)際與共性技術(shù)機(jī)電產(chǎn)品全壽命周期評(píng)價(jià)目的體系與方法廢舊機(jī)電產(chǎn)品循環(huán)利用決策實(shí)際及方法機(jī)電產(chǎn)品再循環(huán)回收和運(yùn)用技術(shù)廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造中的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題循環(huán)型制造和再制造基于4R的根底實(shí)際和共性技術(shù)構(gòu)造體系42再制造毛坯快速成形技術(shù)；先進(jìn)外表技術(shù)；納米復(fù)合及原位自愈合消費(fèi)技術(shù) ； 修復(fù)熱處置技術(shù) ；再制造加工含特種加工技術(shù) ；再制造的主要關(guān)鍵技術(shù) 下面引見(jiàn)兩種再制造技術(shù)誤差補(bǔ)償技術(shù)誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)，需綜合運(yùn)用傳感技術(shù)、信號(hào)處置技術(shù)、多傳感器信息交融戰(zhàn)略、運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)/系統(tǒng)等多學(xué)科根底。誤差補(bǔ)償

27、系統(tǒng)至少具備3個(gè)功能安裝，如圖3- 所示。43誤差信號(hào)發(fā)生安裝產(chǎn)生出被補(bǔ)償對(duì)象固有誤差的誤差圖，作為補(bǔ)償系統(tǒng)中附加誤差的根據(jù)； 信號(hào)同步反向安裝保證附加的誤差輸入與補(bǔ)償對(duì)象的固有誤差同步反向，即在任一時(shí)辰，這兩個(gè)誤差在實(shí)際上大小相等而相位相差180度。運(yùn)動(dòng)合成安裝實(shí)現(xiàn)附加誤差運(yùn)動(dòng)與系統(tǒng)固有誤差運(yùn)動(dòng)的合成，而輸出為兩個(gè)誤差抵消后的結(jié)果。44誤差源e1e2.en現(xiàn)有系統(tǒng)被補(bǔ)償對(duì)象運(yùn)動(dòng)合成誤差信號(hào)發(fā)生同步反向輸出誤差預(yù)防誤差補(bǔ)償(靜態(tài)&動(dòng)態(tài))加工精度誤差源加工過(guò)程加工誤差檢測(cè)誤差信號(hào)建模與預(yù)告補(bǔ)償+_45熱噴涂技術(shù)所謂熱噴涂技術(shù)，就是利用某種熱源將粉狀或絲狀之類(lèi)的工程資料加熱大溶融或軟化形狀，以高速

28、放射到工件外表易堆積成形的方法。熱噴涂原理如圖3- 所示。當(dāng)被噴涂的資料經(jīng)噴嘴以粒子流方式高速放射到基體外表而涂敷到外表上，顆粒間的結(jié)合大部分是機(jī)械結(jié)合，存在一定數(shù)量的孔隙。 圖3- 熱噴涂原理46改善熱噴涂涂層質(zhì)量的途徑：熱源不用氧乙炔火焰，而用電熱。普通氧乙炔火焰噴涂(亞音速)，熱源溫度最高達(dá)3100；改用電弧噴涂，熱源為電弧，溫度可達(dá)5000；而等離子噴涂，由于利用了緊縮電弧，構(gòu)成等離子體，進(jìn)一步開(kāi)展高能等離子體，熱源溫度最高可達(dá)18000。熱源仍用氧乙炔火焰，但采用爆炸或超音速技術(shù)(拉閥爾管、爆震)。爆炸波令粒子飛行速度最高達(dá)1500 m/s，超音速噴涂可使粒子飛行速度最高達(dá)1770

29、m/s，涂層致密度及結(jié)合力可大大提高。影響涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度的要素很多，最主要的是基體前處置的質(zhì)量和適宜噴涂工藝參數(shù)的選擇。 47熱噴涂技術(shù)的運(yùn)用防腐蝕；運(yùn)用火焰金屬線材噴涂鋁或鋅，在涂層維護(hù)作用下，工件可保證19年不損壞。防磨損；經(jīng)過(guò)火焰金屬線材噴涂、火焰粉末噴涂或噴熔，等離子噴涂，使已磨損零件得以修復(fù)，修復(fù)后的零件遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越新產(chǎn)品壽命。如高爐熱風(fēng)支管、汽車(chē)曲軸、柴油機(jī)缸套。特殊功能層；航空航天、原子能等領(lǐng)域，對(duì)耐高溫、隔熱、導(dǎo)電絕緣、防輻射等有特殊要求，整體制造這些資料本錢(qián)極高也不用要，而熱噴涂技術(shù)可以到達(dá)此項(xiàng)要求。 其他運(yùn)用 ；如鈦合金外表等離子噴涂制造生物相容性良好的人造骨骼及關(guān)節(jié)；火焰

30、放射成形復(fù)制復(fù)雜零件；金屬線材噴涂制造塑料模具等。48綠色加工是指在不犧牲產(chǎn)品的質(zhì)量、本錢(qián)、可靠性、功能和能量利用率的前提下，充分利用資源，盡量減輕加工過(guò)程對(duì)環(huán)境產(chǎn)生有害影響的加工過(guò)程，其內(nèi)涵是指在加工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗、高效及清潔化。綠色加工可分為節(jié)約資源含能源的加工技術(shù)和環(huán)保型加工技術(shù)。綠色加工概述 3.6.3 綠色加工技術(shù)環(huán)境認(rèn)識(shí)制造 (Environmentally Conscious Manufacturing) ； 面向環(huán)境的制造 (Manufacturing For Environment) ；綠色制造 (Green Manufacturing)。49綠色制造的體系構(gòu)造50綠色

31、加工工藝技術(shù)51綠色加工技術(shù)主要從選材、消費(fèi)加工方法、加工設(shè)備三個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)，綠色加工的關(guān)鍵技術(shù)如圖3-26所示。綠色加工的關(guān)鍵技術(shù) 圖3-26 綠色加工的關(guān)鍵技術(shù)52刀具技術(shù) ；干式加工對(duì)刀具資料要求很高，刀具的幾何參數(shù)和構(gòu)造設(shè)計(jì)要滿足干切削對(duì)斷屑和排屑的要求。加工韌性資料時(shí)尤其要處理好斷屑問(wèn)題。 機(jī)床技術(shù)；機(jī)床應(yīng)配置循環(huán)冷卻系統(tǒng)，帶走切削熱量，并在構(gòu)造上有良好的隔熱措施。實(shí)驗(yàn)闡明，干式切削理想的條件應(yīng)該是在高速切削條件下進(jìn)展，這樣可以減少傳到工件刀具和機(jī)床上的熱量。干切削時(shí)產(chǎn)生的切屑是枯燥的，這樣可以盡能夠的將干切削機(jī)床設(shè)計(jì)成立軸和傾斜式床身。任務(wù)臺(tái)上的傾斜蓋板用絕熱資料制成，在機(jī)床上配置

32、過(guò)濾系統(tǒng)排出灰塵，對(duì)機(jī)床主要部位進(jìn)展隔離。輔助設(shè)備技術(shù) ；輔助設(shè)備包括夾具、量具等，其綠色技術(shù)主要表達(dá)在選用時(shí)盡量滿足低本錢(qián)、低能耗、少污染、可回收原那么。53 在不運(yùn)用切削液的干切削條件下，切削液在加工中的冷卻、光滑、沖洗、防銹等作用將不復(fù)存在。如何在沒(méi)有切削液的條件下發(fā)明與濕切削一樣或近似的切削條件，這就要求人們?nèi)パ杏懜墒角邢鳈C(jī)理，從刀具技術(shù)、機(jī)床構(gòu)造、工件資料和工藝過(guò)程等各方面采取一系列的措施。干式切削與磨削 干切削技術(shù) 在切削(含磨削)加工過(guò)程中，不運(yùn)用冷卻光滑液或運(yùn)用少量的冷卻光滑MQL(小于50 ml加工小時(shí))，且加工質(zhì)量和加工時(shí)間與濕式切削相當(dāng)或更好的切削技術(shù)稱(chēng)為干式切削。只需當(dāng)

33、一切工序都實(shí)現(xiàn)干式切削后，才稱(chēng)為適用化的干式切削，在適用化干式切削條件下，工件是枯燥的。54干切削刀具 干式切削刀具必需滿足以下條件：刀具資料應(yīng)具有極高的紅硬性和熱韌性，而且還必需有良好的耐磨性、耐熱沖擊和抗粘接性；切屑與刀具之間的摩擦系數(shù)應(yīng)盡能夠小；刀具的槽型應(yīng)保證排屑流暢、易于散熱等。 采用新型刀具資料 ；主要有：超細(xì)硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金剛石等超硬度資料。采用刀具涂層技術(shù)；涂層刀具分兩大類(lèi)：一類(lèi)是“硬涂層刀具，如TiN、TIC和Al203等涂層刀具。這類(lèi)刀具外表硬度高，耐磨性好。另一類(lèi)是“軟涂層刀具，如：MoS2、WS等涂層刀具。這類(lèi)涂層刀具也稱(chēng)為“自光滑刀具，它與工件資料的

34、摩擦系數(shù)很低，只需0.01mm左右，能有效減少切削力和降低切削溫度。刀具幾何外形設(shè)計(jì)； 應(yīng)使刀具有較大的前角和刃傾角，配以適宜的負(fù)倒棱或前刀面加強(qiáng)單元。55干切削機(jī)床 最好采用立式規(guī)劃，至少床身應(yīng)是傾斜的。理想的加工規(guī)劃是工件在上、刀具在下，并在一些滑動(dòng)導(dǎo)軌副上方設(shè)置可伸縮角形蓋板，任務(wù)臺(tái)上的傾斜蓋板可用絕熱資料制成，并盡能夠依托重力排屑。干切削時(shí)易出現(xiàn)金屬懸浮顆粒，故機(jī)床應(yīng)配置真空吸塵安裝并對(duì)機(jī)床的關(guān)鍵部位進(jìn)展密封。干切削機(jī)床的根底大件要采用熱對(duì)稱(chēng)構(gòu)造并盡量由熱膨脹系數(shù)小的資料制成，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)一步采取熱平衡和熱補(bǔ)償?shù)却胧└汕邢骷庸すに?干切削通常是在大氣氣氛中進(jìn)展，但在特殊氣體氣氛中如氮?dú)?/p>

35、、冷風(fēng)或采用干式靜電冷卻技術(shù)而不運(yùn)用切削液進(jìn)展的切削也獲得了良好的效果。56在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)展干切削吹氮加工。日本企業(yè)界曾作過(guò)吹氮加工和其它方式端銑碳鋼的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)吹氮加工的刀具磨損，特別是后刀面磨損比吹空氣干切削時(shí)低得多。 干式靜電冷卻技術(shù)。其根本原理是經(jīng)過(guò)電離器將緊縮空氣離子化、臭氧化所耗費(fèi)的功率不超越25W，然后經(jīng)由噴嘴送至切削區(qū)，在切削點(diǎn)周?chē)鷺?gòu)成特殊氣體氣氛。俄羅斯羅士技術(shù)公司曾對(duì)此作大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)如今多數(shù)情況下，采用干式靜電冷卻技術(shù)的刀具壽命與濕切削時(shí)相當(dāng)。冷風(fēng)干切削。其任務(wù)原理是：讓低溫冷風(fēng)射流機(jī)生成的枯燥低溫冷風(fēng)-30-50，有時(shí)也混入極微量的植物油放射到切削點(diǎn)，對(duì)刀具的前、后刀

36、面實(shí)施冷卻、光滑和排屑以降低切削溫度，同時(shí)引發(fā)被加工資料的低溫脆性，使切削過(guò)程較為容易，并相應(yīng)改善刀具磨損情況。57高速干切削技術(shù) 它是在高速切削技術(shù)的根底上，結(jié)合干切削技術(shù)或微量切削液的準(zhǔn)干切削技術(shù)，將高速切削與干切削技術(shù)有機(jī)地交融，結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)它們的缺乏進(jìn)展了有效補(bǔ)償?shù)囊豁?xiàng)新興先進(jìn)制造技術(shù)。切削技術(shù)、刀具資料和刀具設(shè)計(jì)技術(shù)的開(kāi)展，使高速干切削的實(shí)施成為能夠。 干式切削加工的運(yùn)用汽車(chē)后橋的螺旋錐齒輪，在6軸5聯(lián)動(dòng)的CNC銑齒機(jī)上，采用干式銑齒，從毛坯一次成形錐齒輪，不僅效率高，而且加工出的螺旋錐齒輪工件溫度卻很低，熱量被切屑帶走。CBN刀具比陶瓷刀具更適宜鑄鐵資料的高速切削。加工中心

37、在鋼件上干式鉆孔，處理排屑與斷鉆頭等問(wèn)題的措施有：加大排屑槽，加大鉆頭的背錐以增大容屑空間，采用TiN涂層刀具可鉆65 mm的孔。又如對(duì)淬硬鋼孔的精加工，可采用單刃鉸刀進(jìn)展鉸削以取代傳統(tǒng)的磨削與珩磨。加拿大McMaster大學(xué)采用立銑刀以v=10002000 m/min、f=0.2 mm/z干銑高溫合金Inconel718時(shí)，可獲得Ra=0.7m的外表粗糙度。58干式磨削的優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)成的磨屑易回收處置，且可節(jié)省涉及到磨削液保管、回收處置等方面的的配備及費(fèi)用，還不會(huì)呵斥環(huán)境污染。但詳細(xì)實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。關(guān)鍵問(wèn)題是如何降低磨削熱的產(chǎn)生或使產(chǎn)生的磨削熱很快地分發(fā)出去。為此可采取以下措施： 選擇導(dǎo)熱性好

38、或能接受較高磨削溫度的砂輪；減少同時(shí)參與磨削的磨粒數(shù)量，以降低磨削熱的產(chǎn)生，如采用圖3- 所示的點(diǎn)式磨削。點(diǎn)式磨削是一種方式的干式磨削，由德國(guó)容克公司首先開(kāi)展起來(lái)的一種超硬磨料高效磨削新工藝，目前在我國(guó)汽車(chē)工業(yè)中已得到運(yùn)用。點(diǎn)磨削是利用超高線速度120250m/s的單層CBN薄砂輪寬度僅幾毫米來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 干磨削技術(shù)59快速點(diǎn)磨外圓磨床多工序復(fù)合磨削60減少砂輪圓周速度vs與工件圓周速度vw間的比值，這樣可使磨削熱源快速地在工件外表挪動(dòng)，熱量不易進(jìn)入工件內(nèi)部； 提高砂輪的圓周速度，以減少砂輪與工件的接觸時(shí)間；采用強(qiáng)冷風(fēng)磨削。這是日本最近開(kāi)發(fā)勝利的一項(xiàng)新技術(shù)。實(shí)施強(qiáng)冷風(fēng)磨削時(shí)最好采用CBN砂輪，這是由于CBN磨粒的導(dǎo)熱率是傳統(tǒng)砂輪磨粒Al2O3、SiC及鋼鐵資料的15倍。假設(shè)用傳統(tǒng)砂輪磨削，加工點(diǎn)上產(chǎn)生的熱量不易從工件上散出，工件的溫度會(huì)上升到1000左右；假設(shè)用CBN砂輪磨削，加工點(diǎn)上產(chǎn)生的熱量可經(jīng)導(dǎo)熱率大的CBN磨粒傳送出去，工件溫度約有300左右。這時(shí)再對(duì)磨削點(diǎn)實(shí)行強(qiáng)冷風(fēng)吹冷，可得到良好的效果。 強(qiáng)冷風(fēng)磨削也為被加工資料的再生利用開(kāi)辟了道路，設(shè)置在磨削點(diǎn)下方的真空泵吸走磨削產(chǎn)生