先进制造、第3章

第三章
3-1描述先进制造工艺的发展与特点。

发展：（P59~60）
1、制造加工精度不断提高
2、切削加工速度迅速提高
3、新型工程材料的应用推动了制作工艺的进步和变革
4、自动化和数字化工艺装备的发展提高了机械加工的效率
5、零件毛坯成形在向少无余量发展
6、优质清洁表面工程技术的形成和发展
特点：（P60）
优质、高效、低耗、洁净、灵活
3-2有哪几类零件成形方法？列举这些成形方法各自工艺内容。

1、受迫成形，它是利用材料的可成形性，在特定的边界和外力约束条件下
的成形方法，如铸造、锻压、粉末冶金和高分子材料注射成形等工艺方法就属
于这一类。

2、去除成形，是将一部分材料有序地从基体中分离出去的成形方法，如传
统的车、铣、刨、磨切削加工以及电火花、激光切割等特种加工工艺方法。

3、堆积成形，是运用合并与连接等手段，将材料有序地合并堆积起来的成
形方法，如快速原型制造、焊接等，这种成形方法又称添加成形。

（P60）
3-3阐述所学习掌握的几种精密洁净铸造成形工艺。

1、精确铸造成形技术
（1）自硬砂精确砂型铸造
（2）高紧实砂型铸造
（3）消失模铸造
（4）特种铸造技术
2、清洁（绿色）铸造技术
3、铸造过程计算机模拟（P60~62）
3-4阐述所学习掌握的几种精确高效金属塑性成型工艺。

1、精密模锻工艺
2、超塑性成形
3、精密冲裁工艺
（1）光洁冲裁
（2）负间隙冲裁
（3）带齿圈压板精冲
4、辊轧工艺
（1）辊轧工艺
（2）碾环轧制（P62~66）
3-5什么是超塑性？目前金属超塑性主要有哪两种工艺手段获得？
超塑性是指材料在一定的内部组织条件（如晶粒形状及尺寸、相变等）和外部环境条件（如温度、应变速率等）下，呈现出异常低的流变抗力、
异常高的伸长率现象。

目前金属超塑性主要有等温模锻、挤压、气压成形。

真空成形、模压成形等工艺手段获得。

（P63）
3-6目前在高分子材料注射成形工艺中有哪些先进技术？
近年来在高分子材料注射成形工艺中出现了许多新的先进技术，如以组合惰性
气体为特征的气辅成形、微发泡成形等；以组合压缩过程为特征的注射压缩成形、折射压制成形、表面贴和成形等；以组合模具移动加热等过程为特征的自
切浇口成形、模具化合成形、热流道模具成形等；以组合取向或延伸过程为特
征的剪切场控制取向成形、磁场成形等。

（度娘）
1、气体辅助成形
2、注射压缩成形法
3、模具滑合成形法
4、剪切场控制取向成型法
5、直接注射成形法（P68~70）
3-7就目前技术条件下，普通加工、精密加工和超精密加工是
如何划分的？
R0.1μm以上的加工方法。

普通加工：加工精度在1μm、表面粗糙度a
精密加工：加工进度在0.1~1μm 、表面粗糙度a R 为0.01~0.1μm 之间的加工方法。

超精密加工：加工精度高于0.1μm ，表面粗糙度小于a R 0.01μm 加工方法。

（P70）
3-8描述金刚石刀具的性能特征，为什么当今超精密切削加工一般均采用金刚石刀具？分析超精密切削时的却小切削厚度与刃口圆弧半径的关系。

特征：
1、具有极高的硬度
2、能磨出极其锋锐的刃口，且切削刃没有缺口崩刃等现象
3、热化学性能优良，具有导热性能好，与有色金属间的摩擦因数低、亲和力小的特征
4、耐磨性好，刀刃强度高，所以当今超精密切削加工一般采用金刚石刀具。

关系：当μ=0.12时，可得ρ322.0min =D h
当μ=0.26时，可得ρ249.0min =D h （P73）
3-9超精密磨削一般采用什么类型砂轮？这些砂轮又如何修整？
类型：人造金刚石、立方氮化硼等超硬磨料砂轮。

修整：①车削法；②磨削法；③喷射法；④电解在线修锐法；⑤电火花修整法；⑥超声波修整法；⑦激光修整法。

（P74）
3-10超精密加工对机床设备和环境有何要求？
设备：超精密加工机床应具有高精度、高刚度、高加工稳定性和高度自动
化的要求，超精密机床的质量主要取决于机床的主轴部件、床身导轨以及驱动部件等关键部件的质量。

（P76）
环境：1、需要净化的空气环境
2、恒定的温度环境
3、较好的抗振动干扰环境：防振、隔振（P79~80）
3-11在怎样的速度范围下进行加工属于高速加工？分析高速切
削加工所需解决的关键技术。

高速加工是一个相对的概念，由于不同的加工方式、不同工件材料有不同的高速切削加工速度的范围，很难就高速加工的速度给出一个确切的
定义。

一般来说高速加工的速度比常规加工速度几乎高出一个数量级。

高速切削加工所需解决的关键技术：
高速主轴：为适应高速切削加工，其应具有先进的主轴结构，优良的主轴
轴承，良好的润滑和散热等新技术。

快速进给系统：工作台的快速进给应采用直线电动机来适应在高速切削时
很高的进给速度和运动加速度。

高性能的CNC控制系统：用于高速加工的CNC控制系统必须具有很高的运
算速度和运算精度，以及快速响应的伺服控制。

以满足高速及复杂性强的加工
要求，如现在全数字交流伺服电动机和控制技术已得到广泛应用。

先进的机床结构：为了适应粗精加工、轻重切削负荷和快速移动的要求、
同时保证高精度，高速切削机床必须具有足够的刚度、强度和高的阻尼特性极
高的热稳定性，通过改革床身结构和使用高阻尼特性材料来有效解决高速切削的刀具系统：刀具必须具有良好的平衡状态和安全性能，其设计
必须根据高速切削的要求，综合考虑磨损、强度、刚度和精度等方面的因素。

通常使用的刀具材料有硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石刀具和立方
氮化硼刀具。

（度娘）
速度：铝合金：1000~7000m/min，铜：900~5000m/min，钢：500~2000m/min，
灰铸铁：800~3000m/min，钛：100~1000m/min与之相对应的进给速度一般为
2~25m/min，高的可达60~80m/min。

（P80）
关键技术：高速主轴；快速进给系统；高性能的CNC控制系统；先进的机床结构；高速切削的刀具系统。

（P82~85）
3-12叙述高速磨削对砂轮的要求。

①砂轮基体的机械强度必须能承受高速磨削时的磨削力；
②磨粒突出高度要大，以便能容纳大量的长切削；
③结合剂具有很高的耐磨性，以减少砂轮的磨损；
④高速磨削时要安全可靠。

（P86）
3-13分析RPM工作原理和作业过程，列举典型的RPM工艺方法。

RPM技术是采用软件离散—材料堆积的原理实现零件的成形过程，其原理如下：
设计人员→CAD造型系统
三维实体→三维数字化仪等 }CAD模型→数据文件→分层切片→RPS→产品（P89）
典型RPM工艺方法有光敏液相固化法、选取片层粘结法、选区激光烧结法和熔丝沉积成形法。

（P90~91）
工作原理：采用（软件）离散/（材料）堆积的原理而制造零件，通过离散获得堆积的顺序、路径、限制和方式，通过堆积材料“叠加”起来形成三维实体。

作业过程：CAD模型建立、前处理、快速原型过程和后处理等四个步骤。

典型工艺方法：立体印刷、分层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积成形。

（度娘）
3-14如何利用RPM技术进行模具制造？分别列举几种直接制模
和间接制模工艺。

直接制模：生坯、直接金属模、注射模、铸造用模。

间接制模：①硅橡胶浇铸法；②树脂浇铸法；③精密铸造陶瓷型模具；④
电铸法制作金属模；⑤金属熔射喷涂法制作金属模；⑥熔模铸造制作模具。

（P92~93）
3-15叙述微机械的基本特征，目前有哪些微细加工工艺方法？
概括起来微机械具有以下几个基本特征：（P94）
1、体积小，精度高，重量轻。

2、性能稳定，可靠性高
3、能耗低，灵敏度和工作效率高
4、多功能和智能化
5、适用于大批量生产，制造成本低。

目前微细加工工艺方法有超微机械加工、光刻加工、体刻蚀加工技术、面
刻蚀加工技术、LIGA技术、封接技术、分子装配技术。

（P95~98）
3-16叙述常用的表面改性、表面覆层和表面处理的先进技术。

表面改性：①激光表面改性；②电子束表面改性；③离子注入表面改性。

（P99~102）
表面覆层：①热喷涂技术；②气相沉积技术。

（P102~104）
表面处理：①复合热处理技术；②表面覆层技术与其它表面处理技术的复合；③离子辅助涂覆；④离子注入与气相沉积复合表面改性。

（P104~106）
3-17分别分析激光加工超声波加工以及水射流切割加工的工作原理。

激光加工工作原理：是工件在光热效应下产生的高温熔融和冲击的综合作用过程。

超声波加工工作原理：是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆性材料的一种成型加工方法。

水射流切割工作原理：以水作为携带能量的载体，用高速水射流对各类材料进行切割的一种工艺方法。

（P106~111）。