1、第3章 先進(jìn)制造工藝本章要點超精密加工技術(shù)特種加工技術(shù)的特點快速原型制造技術(shù) 高速加工關(guān)鍵技術(shù) 綠色加工技術(shù)及其應(yīng)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)加工又稱特種加工，通常被理解為別于傳統(tǒng)切削與磨削加工方法的總稱。 非傳統(tǒng)加工方法 產(chǎn)生于二次大戰(zhàn)后。兩方面問題傳統(tǒng)機(jī)械加工方法難于解決： 1）難加工材料的加工問題。宇航工業(yè)等對材料高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、耐高溫、耐高壓、

2、耐低溫等的要求，使新材料不斷涌現(xiàn)。 2）復(fù)雜形面、薄壁、小孔、窄縫等特殊工件加工問題。 為解決上面兩方面問題，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，從而使材料被去除、累加、變形或改變性能等。 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靠機(jī)械能，而是用其它能量（如電能、光能、聲能、熱能、化學(xué)能等）去除材料。 非傳統(tǒng)加工方法由于工具不受顯著切削力的作用，對工具和工件的強(qiáng)度、硬度和剛度均沒有嚴(yán)格要求。 一般不會產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)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

3、工應(yīng)力也小，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)加工方法的材料去除速度，一般低于常規(guī)加工方法，這也是目前常規(guī)加工方法仍占主導(dǎo)地位的主要原因。 非傳統(tǒng)加工方法特點5 機(jī)械過程 利用機(jī)械力，使材料產(chǎn)生剪切、斷裂，以去除材料。如超聲波加工、水噴射加工、磨料流加工等。 非傳統(tǒng)加工方法分類（按加工機(jī)理和采用的能源劃分） 熱學(xué)過程 通過電、光、化學(xué)能等產(chǎn)生瞬時高溫，熔化并去除材料，如電火花加工、高能束加工、熱力去毛刺等。 電化學(xué)過程 利用電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能對材料進(jìn)行加工，如電解加工、電鑄加工（金屬離子沉積）等。 化學(xué)過程 利用化學(xué)溶劑對材料的腐蝕、溶解

4、，去除材料，如化學(xué)蝕刻、化學(xué)銑削等。6 復(fù)合過程 利用機(jī)械、熱、化學(xué)、電化學(xué)的復(fù)合作用，去除材料。常見的復(fù)合形式有： 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）磁性材料磁極振動運動圖7-61 磁力拋光示意圖NS7 拓寬現(xiàn)有非傳統(tǒng)加工方法的應(yīng)用領(lǐng)域。 探索新的加工方法，研究和開發(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、精密化發(fā)展。 采用數(shù)控、自適應(yīng)控制、CAD/CAM、專家系統(tǒng)等技術(shù)，提高加工過程自動化、柔性化程度

5、。 發(fā)展趨勢圖7-62 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)界和工程界對幾種非傳統(tǒng)加工方法的關(guān)注程度。8 工作原理：利用工具電極與工件電極之間脈沖性火花放電，產(chǎn)生瞬時高溫，工件材料被熔化和氣化。同時，該處絕緣液體也被局部加熱，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，已經(jīng)熔化、氣化的材料就從工件的表面迅速被除去（圖7-63）。 4個階段： 1）介質(zhì)電離、擊穿，形成放電通道； 2）火花放電產(chǎn)生熔化、氣化、熱膨脹； 3）拋出蝕除物；

6、 4）間隙介質(zhì)消電離（恢復(fù)絕緣狀態(tài)）。 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工作液Real9圖7-64 電火花加工機(jī)床10 電極材料要求導(dǎo)電，損耗小，易加工；常用材料：紫銅、石墨、鑄鐵、鋼、黃銅等，其中石墨最常用。 工作液主要功能壓縮放電通道區(qū)域，提高放電能量密度，加速蝕物排出；常用工作液有煤油、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。為保持適當(dāng)?shù)姆烹婇g隙，在加工過程中，需采用自動調(diào)節(jié)器控制機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，并帶動工具電極緩慢向工件進(jìn)給。 工作要素 脈沖寬度與間隔影響加工速度、表面粗糙度

7、、電極消耗和表面組織等。脈沖頻率高、持續(xù)時間短，則每個脈沖去除金屬量少，表面粗糙度值小，但加工速度低。 通常放電持續(xù)時間在2s至2ms范圍內(nèi)，各個脈沖的能量2mJ到20J（電流為400A時）之間。11電火花線切割加工：用連續(xù)移動的鉬絲（或銅絲）作工具陰極，工件為陽極。機(jī)床工作臺帶動工件在水平面內(nèi)作兩個方向移動，可切割出二維圖形（圖7-65）。同時，絲架可作小角度擺動，可切割出斜面。 電火花加工類型圖7-65 電火花線切割原理圖XY儲絲筒導(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程顯示13 不受加工材料硬度

8、限制，可加工任何硬、脆、韌、軟的導(dǎo)電材料。 加工時無顯著切削力，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。 易于實現(xiàn)數(shù)控加工。 電火花加工特點 電火花加工應(yīng)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、各種形狀復(fù)雜的板類零件、窄縫、柵網(wǎng)等。 14工作原理：工件接陽極，工具（銅或不銹鋼）接陰極，兩極間加直流電壓624V，極間保持0.11mm間隙。在間隙處通以

9、 660m/S高速流動電解液，形成極間導(dǎo)電通路，工件表面材料不斷溶解，溶解物及時被電解液沖走。工具陰極不斷進(jìn)給，保持極間間隙。 圖7-67 電解加工原理圖電解液直流電源泵工件陽極陰極進(jìn)給工具陰極電解加工15 不受材料硬度的限制，能加工任何高硬度、高韌性的導(dǎo)電材料，并能以簡單的進(jìn)給運動一次加工出形狀復(fù)雜的形面和型腔。 加工形面、型腔生產(chǎn)率高（與電火花加工比高510倍）。采用振動進(jìn)給和脈沖電流等新技術(shù)，可進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和加工精度。 陰極在加工中損耗小。 加工表面質(zhì)量好，無毛刺、殘余應(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

10、拋光、倒棱、去毛刺等。 電解加工特點 電解加工應(yīng)用16 工件與磨輪保持一定接觸壓力，突出的磨料使磨輪導(dǎo)電基體與工件之間形成一定間隙。電解液從中流過時，工件產(chǎn)生陽極溶解，表面生成一層氧化膜，其硬度遠(yuǎn)比金屬本身低，易被刮除，露出新金屬表面，繼續(xù)進(jìn)行電解。電解作用與磨削作用交替進(jìn)行，實現(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，效果更明顯。 導(dǎo)電磨輪電解液電刷工作臺工件絕緣板導(dǎo)電基體磨料陽極膜 電解磨削（圖7-68）17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，由加速陽極加速，通過透鏡聚焦系統(tǒng)進(jìn)一步聚焦，使能量密度集中在直徑510m斑點內(nèi)。

11、高速而能量密集的電子束沖擊到工件上，被沖擊點處形成瞬時高溫（幾分之一微秒時間內(nèi)升高至幾千攝氏度），工件表面局部熔化、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極電子束斑點旁熱陰極聚焦系統(tǒng)工件工作臺電子束加工工作原理（圖7-69）18 電子束束徑小（最小直徑可達(dá)0.010.05mm），而電子束長度可達(dá)束徑幾十倍，故可加工微細(xì)深孔、窄縫。 材料適應(yīng)性廣（原則上各種材料均能加工），特別適用于加工特硬、難熔金屬和非金屬材料。 非接觸加工，無工具損耗；無切削力，加工時間極短，工件無變形。 加工速度高，切割1mm厚鋼板，速度可達(dá)240mm/min。 在真空中加工，無氧化，特別適于加工

12、高純度半導(dǎo)體材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)加工。 特點及應(yīng)用19 激光是一種受激輻射而得到的加強(qiáng)光。其基本特征： 強(qiáng)度高，亮度大 波長頻率確定，單色性好 相干性好，相干長度長 方向性好，幾乎是一束平行光 工作原理（圖7-70）激光加工當(dāng)激光束照射到工件表面時，光能被吸收，轉(zhuǎn)化成熱能，使照射斑點處溫度迅速升高、熔化、氣化而形成小坑，由于熱擴(kuò)散，使斑點周圍金屬熔化，小坑內(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)生一個方向性很強(qiáng)的反沖擊波，于是在被加工表面上打出一個上大下小的孔。激光器工件工作臺圖7-70 激光加工原理圖光闌反射鏡聚焦鏡電源Real20

13、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80%，氮約15%， CO2 約5%通過高壓直流放電進(jìn)行激勵波長10.6m，為不可見光能量效率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激光器示意圖 氣體激光器CO2激光器（圖7-71） 激光器21 加工材料范圍廣，適用于加工各種金屬材料和非金屬材料，特別適用于加工高熔點材料，耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆材料。 加工性能好，工件可離開加工機(jī)進(jìn)行加工，可透過透明材料加工，可在其他加工方法不易達(dá)到的狹小空間進(jìn)行加工。 非接觸加工方式，熱變形小，加工精

14、度較高。 可進(jìn)行微細(xì)加工。激光聚焦后焦點直徑理論上可小至1以下，實際上可實現(xiàn)0.01mm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)行打孔和切割，也可進(jìn)行焊接、熱處理等工作。 激光加工可控性好，易于實現(xiàn)自動控制。加工設(shè)備昂貴。 激光加工特點22 激光打孔 廣泛應(yīng)用于金剛石拉絲模、鐘表寶石軸承、陶瓷、玻璃等非金屬材料，和硬質(zhì)合金、不銹鋼等金屬材料的小孔加工。 激光打孔具有高效率、低成本的特點，特別適合微小群孔加工。 焦點位置對孔的質(zhì)量影響：若焦點與加工表面之間距離很大，則激光能量密度顯著減小，不能進(jìn)行加工。如果焦點位置偏離加工表面1mm，可以進(jìn)行加工，此時加工出孔的斷面形狀隨

15、焦點位置不同而發(fā)生變化（圖7-72）。 激光加工應(yīng)用圖7-72 焦點位置對孔形狀影響Real23 激光熱處理 原理：照射到金屬表面上的激光使表面原子迅速蒸發(fā)，由此產(chǎn)生微沖擊波會導(dǎo)致大量晶格缺陷形成，達(dá)到硬化。 優(yōu)點：快速、不需淬火介質(zhì)、硬化均勻、變形小、硬化深度可精確控制。 激光焊接 與打孔相比，激光焊接所需能量密度較低，因不需將材料氣化蝕除，而只要將工件的加工區(qū)燒熔使其粘合在一起。 優(yōu)點：沒有焊渣，不需去除工件氧化膜，可實現(xiàn)不同材料之間的焊接，特別適宜微型機(jī)械和精密焊接。Real 激光切割 激光切割具有切縫窄、速度快、熱影響區(qū)小、省材料、成本低等優(yōu)點，并可以在任何方向上切割，包括內(nèi)尖角。 可

16、以切割鋼板、不銹鋼、鈦、鉭、鎳等金屬材料，以及布匹、木材、紙張、塑料等非金屬材料。Real24圖7-74 激光焊接車身圖7-73 激光切割25 利用工具端面作超聲（1625kHz）振動，使工作液中的懸浮磨粒對工件表面撞擊拋磨來實現(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，通過換能器將超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)槌暀C(jī)械振動，此時振幅一般很小，再通過振幅擴(kuò)大棒（變幅桿）使固定在變幅桿端部的工具振幅增大到0.010.15mm。 工作原理（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方向工具換能器工作液噴嘴工件Real超聲波加工26圖7-76 超聲波加工機(jī)床圖7

17、-77 超聲波加工樣件27 適用于加工各種脆性金屬材料和非金屬材料，如玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、寶石、金剛石等 。 可加工各種復(fù)雜形狀的型孔、型腔、形面。 工具與工件不需作復(fù)雜的相對運動，機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單。 被加工表面無殘余應(yīng)力，無破壞層，加工精度較高，尺寸精度可達(dá)0.010.05mm 。 加工過程受力小，熱影響小，可加工薄壁、薄片等易變形零件。 生產(chǎn)效率較低。采用超聲復(fù)合加工（如超聲車削，超聲磨削，超聲電解加工，超聲線切割等）可提高加工效率。 超聲波加工特點及應(yīng)用28 工作原理： 加工裝置（圖7-78） 噴嘴材料及工作條件（表7-11） 項目 材料 孔徑/mm 至工件距離/mm 噴射角度/ 參數(shù)金剛石

18、，藍(lán)寶石，淬火鋼0.0750.42.550030表7-11 噴嘴材料及工作條件圖7-78 水噴射加工裝置示意圖噴嘴閥控制器蓄能器供水器過濾器泵增壓器液壓裝置排水器工件射流d水噴射加工利用超高壓水（或水與磨料的混合液）對工件進(jìn)行切割（或打孔），又稱高壓水切割，或“水刀”。29 工藝參數(shù)（表7-12，表7-13） 表7-12 水噴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 噴射力/N 45135 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

19、 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 400 400 258 300 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 表面粗糙度/m Ra12.5 Ra12.5 表7-13 幾種材料高壓水切割參數(shù)30第3章 先進(jìn)制造工藝Advanced Manufacturing Process3.6 可持續(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

20、色加工技術(shù)323.6.1 概述對工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的要求 19世紀(jì)是蒸汽時代； 20世紀(jì)自動化時代； 21世紀(jì)是可持續(xù)發(fā)展時代。 隨人口、資源、環(huán)境三大世界性問題的日益尖銳，要求人們研究并應(yīng)用高效率的可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)、制造模式。制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，它既為人類創(chuàng)造新的物質(zhì)文明，同時又是消耗資源的大戶，是產(chǎn)生環(huán)境污染的源頭產(chǎn)業(yè)，并正在對人類的生存與發(fā)展造成嚴(yán)重威脅。因此，全球性的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整呈現(xiàn)出一種集資源優(yōu)化利用與環(huán)境保護(hù)治理于一體化的新的制造模式綠色制造 GM Green-Manufacture，這就是向資源利用合理化，廢棄物生產(chǎn)少量化，對環(huán)境無污染、少污染的方向發(fā)展的綠色戰(zhàn)略趨勢。33我國

21、制造業(yè)本身和國內(nèi)條件面臨的挑戰(zhàn) 制造業(yè)技術(shù)及管理水平與發(fā)達(dá)國家具有較大差距；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)檔次低，技術(shù)結(jié)構(gòu)落后 ；市場快速反應(yīng)能力差；制造業(yè)不能滿足國內(nèi)需求的情況比較嚴(yán)重；主導(dǎo)產(chǎn)品的技術(shù)來源大多依賴外國。面臨綠色挑戰(zhàn)。我國制造業(yè)如果不能實施綠色制造，我國的制造業(yè)產(chǎn)品將很難適應(yīng)國際環(huán)保管理標(biāo)準(zhǔn)，很難在國際市場上具有競爭力 ； 面臨WTO的挑戰(zhàn)；面臨未來制造模式的挑戰(zhàn)。未來制造模式的特點是：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；固定制造組織向動態(tài)組織轉(zhuǎn)變；質(zhì)量符合觀向全面滿意觀轉(zhuǎn)變；集中制造向分散網(wǎng)絡(luò)化制造轉(zhuǎn)變。而我國的制造業(yè)大多處于轉(zhuǎn)變的前一階段。34可持續(xù)制造的定義是一種符合可持續(xù)發(fā)

22、展策略的制造技術(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、潔凈的、節(jié)省資源的先進(jìn)制造技術(shù)?？沙掷m(xù)制造技術(shù)關(guān)鍵是看產(chǎn)品制造的整個過程是否符合可持續(xù)發(fā)展策略。如傳統(tǒng)的車削和磨削由于采用了新的工藝，整個加工過程都未使用冷卻液，則這種干切削就可稱為可持續(xù)制造技術(shù)。35概述 近幾百年的工藝發(fā)展，資源消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了三千年的總和，超過了大自然的恢復(fù)能力，打破了農(nóng)耕時代 “收支平衡”的循環(huán)狀態(tài)。資源過快開采和過量消耗，造成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)重威脅到人類的生存條件。到2020年，我國絕大多數(shù)礦產(chǎn)資源將出現(xiàn)缺口、能源短缺，這將嚴(yán)重制約國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展并危及國

23、家安全。此外，在機(jī)械裝備的全壽命周期費用中，機(jī)械裝備的后半生（使用、維修、報廢）費用占到50%70%。從產(chǎn)品全壽命出發(fā)，加強(qiáng)產(chǎn)品后半生的基礎(chǔ)理論研究，將“線性結(jié)構(gòu)”制造模式發(fā)展為閉環(huán)的“循環(huán)型結(jié)構(gòu)”制造模式，大力發(fā)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現(xiàn)國家可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)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)品全壽命周期理論為指導(dǎo)，以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保為準(zhǔn)則，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)措施或工程活動的總稱。圖3- 所示為機(jī)電產(chǎn)品的物流示意圖。 原材料初級生產(chǎn)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)

24、電產(chǎn)品的物流示意圖37再利用主要是指對經(jīng)檢驗合格的廢舊產(chǎn)品零部件的直接利用。再循環(huán)是指回收廢舊產(chǎn)品中的材料或者能源的過程，主要包括：原態(tài)再循環(huán) ；易態(tài)再循環(huán)。 再制造則是以報廢或過時機(jī)件為對象，采用新技術(shù)、新材料、新工藝，以及嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和管理手段組織生產(chǎn)，使再制造產(chǎn)品的質(zhì)量、性能等同或高于原產(chǎn)品，價格上更具優(yōu)勢。圖3- 所示為發(fā)動機(jī)再制造工藝流程圖。由圖看出，一個完整的再制造過程可以劃分為三個階段：拆卸階段；將已拆卸的零部件進(jìn)行檢查，再制造維修；將維修好的零部件進(jìn)行重新組裝。 38退役發(fā)動機(jī)拆解清洗檢測再制造加工檢測裝配包裝整機(jī)測試再制造發(fā)動機(jī)報廢原廠新配件報廢易損件可再制造件完好件合格件

25、不合格件不可再制造件發(fā)動機(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)動機(jī)回收進(jìn)廠在拆解車間分解拆卸對零部件進(jìn)行高溫化學(xué)清洗利用熱噴涂技術(shù)修復(fù)發(fā)動機(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)合面絎磨缸套使其達(dá)到新品標(biāo)準(zhǔn)連桿加工設(shè)備使其達(dá)到新品標(biāo)準(zhǔn)再制造零部件檢測后進(jìn)行裝配再制造發(fā)動機(jī)進(jìn)行試車考核噴漆裝箱，發(fā)動機(jī)再制造完成汽車發(fā)動機(jī)的再制造生產(chǎn)流程40功能資源循環(huán)型制造和再制造此項研究是以機(jī)電產(chǎn)品全壽命周期和多壽命周期設(shè)計與管理為核心，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求

26、為準(zhǔn)則，緊密圍繞4R，即減量化(reduce)，再利用(reuse)，再制造(remanufacture)和再循環(huán)(recycle)所涉及的基礎(chǔ)理論和技術(shù)而開展的前瞻性科學(xué)研究。41設(shè)計制造使用維修報廢減量化再利用再制造再循環(huán)機(jī)電產(chǎn)品全壽命周期基礎(chǔ)理論與共性技術(shù)機(jī)電產(chǎn)品全壽命周期評價指標(biāo)體系與方法廢舊機(jī)電產(chǎn)品循環(huán)利用決策理論及方法機(jī)電產(chǎn)品再循環(huán)回收和使用技術(shù)廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造中的科學(xué)技術(shù)問題循環(huán)型制造和再制造基于4R的基礎(chǔ)理論和共性技術(shù)結(jié)構(gòu)體系42再制造毛坯快速成形技術(shù)；先進(jìn)表面技術(shù)；納米復(fù)合及原位自愈合生產(chǎn)技術(shù) ； 修復(fù)熱處理技術(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

27、介紹兩種再制造技術(shù)誤差補償技術(shù)誤差補償?shù)膶崿F(xiàn)，需綜合應(yīng)用傳感技術(shù)、信號處理技術(shù)、多傳感器信息融合策略、運動合成機(jī)構(gòu)/系統(tǒng)等多學(xué)科基礎(chǔ)。誤差補償系統(tǒng)至少具備3個功能裝置，如圖3- 所示。43誤差信號發(fā)生裝置產(chǎn)生出被補償對象固有誤差的誤差圖，作為補償系統(tǒng)中附加誤差的依據(jù)； 信號同步反向裝置保證附加的誤差輸入與補償對象的固有誤差同步反向，即在任一時刻，這兩個誤差在理論上大小相等而相位相差180度。運動合成裝置實現(xiàn)附加誤差運動與系統(tǒng)固有誤差運動的合成，而輸出為兩個誤差抵消后的結(jié)果。44誤差源e1e2.en現(xiàn)有系統(tǒng)被補償對象運動合成誤差信號發(fā)生同步反向輸出誤差預(yù)防誤差補償(靜態(tài)&動態(tài))加工精度誤差源加工

28、過程加工誤差檢測誤差信號建模與預(yù)報補償+_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的工程材料加熱大溶融或軟化狀態(tài)，以高速噴射到工件表面易堆積成形的方法。熱噴涂原理如圖3- 所示。當(dāng)被噴涂的材料經(jīng)噴嘴以粒子流形式高速噴射到基體表面而涂敷到表面上，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。一般氧乙炔火焰噴涂(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，由于利用了壓縮電弧，形成等離子體，進(jìn)一步發(fā)展高能等離子體，熱源溫度最高可達(dá)18000。熱源仍

29、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 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)度的因素很多，最主要的是基體前處理的質(zhì)量和適宜噴涂工藝參數(shù)的選擇。 47熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用防腐蝕；應(yīng)用火焰金屬線材噴涂鋁或鋅，在涂層保護(hù)作用下，工件可保證19年不損壞。防磨損；通過火焰金屬線材噴涂、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)超過新產(chǎn)品壽命。如高爐熱風(fēng)支管、汽車曲軸、柴油機(jī)缸套。特殊功能層；航空航天、原子能等領(lǐng)域，對耐高溫、隔熱、導(dǎo)電絕緣、防輻射等有特殊要求

30、，整體制造這些材料成本極高也不必要，而熱噴涂技術(shù)可以達(dá)到此項要求。 其他應(yīng)用 ；如鈦合金表面等離子噴涂制造生物相容性良好的人造骨骼及關(guān)節(jié)；火焰噴射成形復(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、成本、可靠性、功能和能量利用率的前提下，充分利用資源，盡量減輕加工過程對環(huán)境產(chǎn)生有害影響的加工過程，其內(nèi)涵是指在加工過程中實現(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)境意識制造 (Environmentally Conscious Manufacturing) ； 面向環(huán)境的制造 (M

31、anufacturing For Environment) ；綠色制造 (Green Manufacturing)。49綠色制造的體系結(jié)構(gòu)50綠色加工工藝技術(shù)51綠色加工技術(shù)主要從選材、生產(chǎn)加工方法、加工設(shè)備三個方面來實現(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) ；干式加工對刀具材料要求很高，刀具的幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計要滿足干切削對斷屑和排屑的要求。加工韌性材料時尤其要解決好斷屑問題。 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，并在結(jié)構(gòu)上有良好的隔熱措施。實驗表明，干式切削理想的條件應(yīng)該是在高速切削條件下進(jìn)行，這樣可以減少傳到工件

32、刀具和機(jī)床上的熱量。干切削時產(chǎn)生的切屑是干燥的，這樣可以盡可能的將干切削機(jī)床設(shè)計成立軸和傾斜式床身。工作臺上的傾斜蓋板用絕熱材料制成，在機(jī)床上配置過濾系統(tǒng)排出灰塵，對機(jī)床主要部位進(jìn)行隔離。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)主要體現(xiàn)在選用時盡量滿足低成本、低能耗、少污染、可回收原則。53 在不使用切削液的干切削條件下，切削液在加工中的冷卻、潤滑、沖洗、防銹等作用將不復(fù)存在。如何在沒有切削液的條件下創(chuàng)造與濕切削相同或近似的切削條件，這就要求人們?nèi)パ芯扛墒角邢鳈C(jī)理，從刀具技術(shù)、機(jī)床結(jié)構(gòu)、工件材料和工藝過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)加工過程

33、中，不使用冷卻潤滑液或使用少量的冷卻潤滑MQL(小于50 ml加工小時)，且加工質(zhì)量和加工時間與濕式切削相當(dāng)或更好的切削技術(shù)稱為干式切削。只有當(dāng)所有工序都實現(xiàn)干式切削后，才稱為實用化的干式切削，在實用化干式切削條件下，工件是干燥的。54干切削刀具 干式切削刀具必須滿足以下條件：刀具材料應(yīng)具有極高的紅硬性和熱韌性，而且還必須有良好的耐磨性、耐熱沖擊和抗粘接性；切屑與刀具之間的摩擦系數(shù)應(yīng)盡可能小；刀具的槽型應(yīng)保證排屑流暢、易于散熱等。 采用新型刀具材料 ；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材料。采用刀具涂層技術(shù)；涂層刀具分兩大類：一類是“硬”涂層刀具，如TiN、TIC和Al

34、203等涂層刀具。這類刀具表面硬度高，耐磨性好。另一類是“軟”涂層刀具，如：MoS2、WS等涂層刀具。這類涂層刀具也稱為“自潤滑刀具”，它與工件材料的摩擦系數(shù)很低，只有0.01mm左右，能有效減少切削力和降低切削溫度。刀具幾何形狀設(shè)計； 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 最好采用立式布局，至少床身應(yīng)是傾斜的。理想的加工布局是工件在上、刀具在下，并在一些滑動導(dǎo)軌副上方設(shè)置可伸縮角形蓋板，工作臺上的傾斜蓋板可用絕熱材料制成，并盡可能依靠重力排屑。干切削時易出現(xiàn)金屬懸浮顆粒，故機(jī)床應(yīng)配置真空吸塵裝置并對機(jī)床的關(guān)鍵部位進(jìn)行密封。干切削機(jī)床的基礎(chǔ)大件要采用熱

35、對稱結(jié)構(gòu)并盡量由熱膨脹系數(shù)小的材料制成，必要時還應(yīng)進(jìn)一步采取熱平衡和熱補償?shù)却胧└汕邢骷庸すに?干切削通常是在大氣氛圍中進(jìn)行，但在特殊氣體氛圍中（如氮氣、冷風(fēng)或采用干式靜電冷卻技術(shù)）而不使用切削液進(jìn)行的切削也取得了良好的效果。56在氮氣氛圍中進(jìn)行干切削吹氮加工。日本企業(yè)界曾作過吹氮加工和其它方式端銑碳鋼的對比試驗，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低得多。 干式靜電冷卻技術(shù)。其基本原理是通過電離器將壓縮空氣離子化、臭氧化（所消耗的功率不超過25W），然后經(jīng)由噴嘴送至切削區(qū)，在切削點周圍形成特殊氣體氛圍。俄羅斯羅士技術(shù)公司曾對此作大量試驗，發(fā)現(xiàn)在多數(shù)情況下，采用干式靜電冷卻

36、技術(shù)的刀具壽命與濕切削時相當(dāng)。冷風(fēng)干切削。其工作原理是：讓低溫冷風(fēng)射流機(jī)生成的干燥低溫冷風(fēng)（-30-50，有時也混入極微量的植物油）噴射到切削點，對刀具的前、后刀面實施冷卻、潤滑和排屑以降低切削溫度，同時引發(fā)被加工材料的低溫脆性，使切削過程較為容易，并相應(yīng)改善刀具磨損狀況。57高速干切削技術(shù) 它是在高速切削技術(shù)的基礎(chǔ)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)地融合，結(jié)合兩者的優(yōu)點，并對它們的不足進(jìn)行了有效補償?shù)囊豁椥屡d先進(jìn)制造技術(shù)。切削技術(shù)、刀具材料和刀具設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，使高速干切削的實施成為可能。 干式切削加工的應(yīng)用汽車后橋的螺旋錐齒輪，在6軸5聯(lián)動的CNC銑齒

37、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合鑄鐵材料的高速切削。加工中心在鋼件上干式鉆孔，解決排屑與斷鉆頭等問題的措施有：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。又如對淬硬鋼孔的精加工，可采用單刃鉸刀進(jìn)行鉸削以取代傳統(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，可獲得Ra=0.7m的表面粗糙度。58干式磨削的優(yōu)點：形成的磨屑易回收處理，且可節(jié)省涉及到磨削液保存、回收

38、處理等方面的的裝備及費用，還不會造成環(huán)境污染。但具體實現(xiàn)起來比較困難。關(guān)鍵問題是如何降低磨削熱的產(chǎn)生或使產(chǎn)生的磨削熱很快地散發(fā)出去。為此可采取以下措施： 選擇導(dǎo)熱性好或能承受較高磨削溫度的砂輪；減少同時參加磨削的磨粒數(shù)量，以降低磨削熱的產(chǎn)生，如采用圖3- 所示的點式磨削。點式磨削是一種形式的干式磨削，由德國容克公司首先發(fā)展起來的一種超硬磨料高效磨削新工藝，目前在我國汽車工業(yè)中已得到應(yīng)用。點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）來實現(xiàn)的。 干磨削技術(shù)59快速點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表面移動，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間；采用強(qiáng)冷風(fēng)磨削。這是日本最近開發(fā)成功的一項新技術(shù)。實施強(qiáng)冷風(fēng)磨削時最好采用CBN砂輪，這是因為CBN磨粒的導(dǎo)熱率是傳統(tǒng)砂輪磨粒Al2O3、SiC及鋼鐵材料的15倍。如果用傳統(tǒng)砂輪磨削，加工點上產(chǎn)生的熱量不易從工件上散出，工件的溫度會上升到1000左右；如果用CBN砂輪磨削，加工點上產(chǎn)生的熱量可經(jīng)導(dǎo)熱率大的CBN磨粒傳遞出去，工件溫度約有300左右。這時再對磨削點實行強(qiáng)冷風(fēng)吹冷，可得到良好的效果。 強(qiáng)冷風(fēng)磨削也為被加工材料的再生利用開辟了道路，設(shè)置在磨削點下方的真空泵吸走磨削產(chǎn)生的磨屑，這些磨屑