第六章 先進(jìn)制造技術(shù)

1、1. 電電火花加工火花加工2. 水水噴噴射技射技術(shù)術(shù)3. 超超聲聲波加工波加工4. 高能束高能束加工加工5. 快速成形技快速成形技術(shù)術(shù)6.機(jī)械制造的未機(jī)械制造的未來來第六章第六章 先先進(jìn)進(jìn)制造技制造技術(shù)術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 電火花加工電火花加工 電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡稱法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡稱EDMEDM。 在在19431943年，前蘇聯(lián)莫斯科大學(xué)教授拉扎林科夫年，前蘇聯(lián)莫斯科大學(xué)教授拉扎林科夫婦研究開關(guān)觸點(diǎn)遭

2、受電火花放電腐蝕損壞的有害現(xiàn)婦研究開關(guān)觸點(diǎn)遭受電火花放電腐蝕損壞的有害現(xiàn)象和原因，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可使局部的金屬象和原因，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可使局部的金屬熔化、氣化而被蝕除掉，開創(chuàng)和發(fā)明了變有害的電熔化、氣化而被蝕除掉，開創(chuàng)和發(fā)明了變有害的電蝕為有用的電火花加工方法。蝕為有用的電火花加工方法。 一、電火花加工原理工件與工具電極分別連接到脈沖電源的兩個(gè)不同極性的電極上。當(dāng)兩電極間加上脈沖電壓，工件和電極間保持適當(dāng)?shù)拈g隙時(shí)，就會(huì)把工件與工具電極之間的工作液介質(zhì)擊穿，形成放電通道。 放電通道中產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，使工件表面材料熔化甚至氣化，同時(shí)也使工作液介質(zhì)氣化，在放電間隙處迅速熱膨脹并產(chǎn)生爆炸，工

3、件表面一小部分材料被蝕除拋出，形成微小的電蝕坑。脈沖放電結(jié)束后，經(jīng)過一段時(shí)間間隔，使工作液恢復(fù)絕緣。脈沖電壓反復(fù)作用在工件和工具電極上，上述過程不斷重復(fù)進(jìn)行，工件材料就逐漸被蝕除掉。 二、電火花加工機(jī)床二、電火花加工機(jī)床電火花加工機(jī)床主要由機(jī)床本體、脈沖電源、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)、工作液過濾和循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等部分組成。 電火花加工機(jī)床按其大小可分為小型(D7125以下)、中型(D7125D7163)和大型(D7163以上)。 按數(shù)控程度分為非數(shù)控、單軸數(shù)控和三軸數(shù)控。三、電火花加工的分類和特點(diǎn)三、電火花加工的分類和特點(diǎn) 按工具電極和工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式和用途的不同，大致可分為：電火花穿孔成型加工

4、電火花線切割電火花磨削和鏜磨電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工電火花高速小孔加工電火花表面強(qiáng)化與刻字1.1.電火花加工的分類電火花加工的分類2.2.電火花加工的特點(diǎn)電火花加工的特點(diǎn)1）適合于難加工導(dǎo)電材料的加工。2）可以加工特殊及復(fù)雜形狀的零件。3）易于實(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)化。（1）電火花加工的主要優(yōu)點(diǎn)（2）電火花加工的局限性1）只能加工導(dǎo)電材料。2）加工速度慢。3）存在電極的損耗。四、電火花加工的應(yīng)用四、電火花加工的應(yīng)用1電火花成型加工 在模具制造中主要應(yīng)用在高硬度零件加工、型腔尖角部位加工、模具上的筋加工、深腔部位的加工、小孔加工、表面處理等方面。 a）窄縫深槽加工 b）電火花穿孔加工的 異形孔形2電火花

5、線切割加工 是利用連續(xù)移動(dòng)的細(xì)金屬絲（稱為電極）作電極，對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型，這也是電火花線切割加工與電火花成型加工不同之處。 電火花線切割加工可以用來制造模具、加工精密細(xì)小零件以及一些特殊材料的加工。 加工模具零件 加工特殊材料 加工細(xì)小和復(fù)雜形狀的零件電火花線切割的作品第一節(jié)第一節(jié) 電火花加工電火花加工第一節(jié)第一節(jié) 電火花加工電火花加工第二節(jié)第二節(jié) 水噴射加工水噴射加工 幾千年來，成語幾千年來，成語“滴水石穿滴水石穿”體現(xiàn)了在人們眼體現(xiàn)了在人們眼中秉性柔弱的水本身潛在的威力，能夠以柔克剛。中秉性柔弱的水本身潛在的威力，能夠以柔克剛。然而，作為一項(xiàng)獨(dú)立而完整的加工技術(shù)，高

6、壓水噴然而，作為一項(xiàng)獨(dú)立而完整的加工技術(shù)，高壓水噴射加工的產(chǎn)生卻才是最近三十年的事。利用高壓水射加工的產(chǎn)生卻才是最近三十年的事。利用高壓水為人們的生產(chǎn)服務(wù)始于為人們的生產(chǎn)服務(wù)始于1919世紀(jì)世紀(jì)7070年代左右，用來開年代左右，用來開采金礦，剝落樹皮。直到采金礦，剝落樹皮。直到2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代，高壓噴射年代，高壓噴射切割才源于前蘇聯(lián)，但第一項(xiàng)切割技術(shù)專利卻在美切割才源于前蘇聯(lián)，但第一項(xiàng)切割技術(shù)專利卻在美國產(chǎn)生，即國產(chǎn)生，即19681968年由美國密蘇里大學(xué)教授諾曼年由美國密蘇里大學(xué)教授諾曼 弗蘭弗蘭茲博士獲得。在最近十多年里，水噴射切割技術(shù)和茲博士獲得。在最近十多年里，水噴射切割技

7、術(shù)和設(shè)備有了長足進(jìn)步，并逐步應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。設(shè)備有了長足進(jìn)步，并逐步應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。一、基本原理一、基本原理第二節(jié)第二節(jié) 水噴射加工水噴射加工 水噴射加工水噴射加工是利用從噴嘴中是利用從噴嘴中高速噴出的水流高速噴出的水流的沖擊力破碎和的沖擊力破碎和去除工件材料的去除工件材料的特種加工特種加工方法方法。 20 20世紀(jì)世紀(jì)5050年代末開始應(yīng)用，它是利用壓力為年代末開始應(yīng)用，它是利用壓力為200200400MPa400MPa（最高可達(dá)（最高可達(dá)1500MPa1500MPa）的高壓水，從孔徑為）的高壓水，從孔徑為0.050.050.4mm0.4mm的藍(lán)寶石或金剛石噴嘴孔中以每秒數(shù)百米至一千米的

8、藍(lán)寶石或金剛石噴嘴孔中以每秒數(shù)百米至一千米以上的高速噴出，形成一股高能量密度（流速的功率密度以上的高速噴出，形成一股高能量密度（流速的功率密度達(dá)達(dá)10106 6w wmmmm2 2）的射流沖擊工件，代替金屬刀具作精密加工）的射流沖擊工件，代替金屬刀具作精密加工或切割，使材料破碎而去除，或切割，使材料破碎而去除，“切屑切屑”進(jìn)入液流排出。人進(jìn)入液流排出。人們把它稱為們把它稱為“水刀水刀”。 水噴射加工主要用于切割各種非金屬材料如塑料、橡水噴射加工主要用于切割各種非金屬材料如塑料、橡膠、石棉、石墨、木材、膠合板、石膏、水泥、皮革和紙膠、石棉、石墨、木材、膠合板、石膏、水泥、皮革和紙板等。板等。切割

9、厚度為幾毫米至幾十毫米，取決于使用的噴射切割厚度為幾毫米至幾十毫米，取決于使用的噴射壓力和材料的性質(zhì)。壓力和材料的性質(zhì)。第二節(jié)第二節(jié) 水噴射加工水噴射加工二、二、水噴射加工水噴射加工的形式和特點(diǎn)的形式和特點(diǎn) 第二節(jié)第二節(jié) 水噴射加工水噴射加工1. 水噴射加工的形式水噴射加工的形式 （1）純水射流）純水射流 （2）磨料水射流）磨料水射流 （3）聚合物水射流）聚合物水射流 2.2.水噴射切割的特點(diǎn)水噴射切割的特點(diǎn) 1 1）切縫小，一般為）切縫小，一般為0.080.080.4mm0.4mm 2 2）切割速度高）切割速度高 3 3）切屑被液體帶走，不致粉塵飛揚(yáng)，因而）切屑被液體帶走，不致粉塵飛揚(yáng)，因而

10、能避免環(huán)境污染。能避免環(huán)境污染。 4 4）加工對(duì)材料無熱影響，工件不會(huì)產(chǎn)生熱）加工對(duì)材料無熱影響，工件不會(huì)產(chǎn)生熱變形和熱損傷，對(duì)加工熱敏感材料有利。變形和熱損傷，對(duì)加工熱敏感材料有利。 5 5）可由計(jì)算機(jī)控制。）可由計(jì)算機(jī)控制。第二節(jié)第二節(jié) 水噴射加工水噴射加工三、材料去除速度和加工精度三、材料去除速度和加工精度 切割速度切割速度主要由工件材料決定，并與所用的功率主要由工件材料決定，并與所用的功率大小成正比，和材料的厚度成反比。大小成正比，和材料的厚度成反比。如表如表6 61 1 切割精度切割精度主要受噴嘴軌跡精度的影響，切縫比所主要受噴嘴軌跡精度的影響，切縫比所用噴嘴孔徑大用噴嘴孔徑大0.0

11、25mm0.025mm。 噴嘴越小，加工精度越高，但材料去除速度降低噴嘴越小，加工精度越高，但材料去除速度降低 切邊質(zhì)量切邊質(zhì)量受材料性質(zhì)的影響很大，塑性好的材料受材料性質(zhì)的影響很大，塑性好的材料可以切割出高質(zhì)量的切邊?？梢郧懈畛龈哔|(zhì)量的切邊。 液壓過低會(huì)降低切邊質(zhì)量，尤其對(duì)復(fù)合材料，容液壓過低會(huì)降低切邊質(zhì)量，尤其對(duì)復(fù)合材料，容易引起工件表面起鱗。進(jìn)給速度低可以改善切割質(zhì)量易引起工件表面起鱗。進(jìn)給速度低可以改善切割質(zhì)量。第二節(jié)第二節(jié) 水噴射加工水噴射加工第二節(jié)第二節(jié) 水噴射加工水噴射加工材料材料厚度厚度/ /mm噴嘴直徑噴嘴直徑/ /mm壓力壓力/ /MPa切削速度切削速度/ /(ms-1)吸

12、聲板吸聲板190.253101.25玻璃鋼板玻璃鋼板3.550.254120.0025環(huán)氧樹脂石墨環(huán)氧樹脂石墨6.90.354120.0275皮革皮革4.450.053030.0091膠質(zhì)玻璃膠質(zhì)玻璃100.384120.07聚碳酸酯聚碳酸酯50.384120.10聚乙烯聚乙烯30.052860.0092苯乙烯苯乙烯30.0752480.0064 水噴射加工設(shè)備和元件，主要是要能夠承受水噴射加工設(shè)備和元件，主要是要能夠承受的系統(tǒng)壓力達(dá)到的系統(tǒng)壓力達(dá)到400400800MPa800MPa，液壓系統(tǒng)通過小的，液壓系統(tǒng)通過小的柱塞泵使液體增壓到柱塞泵使液體增壓到150015004000MPa4000

13、MPa。增壓后的水。增壓后的水，通過內(nèi)外徑之比達(dá)，通過內(nèi)外徑之比達(dá)5 51010的不銹鋼管道和特殊的的不銹鋼管道和特殊的管道配件，再經(jīng)過針形閥通過噴嘴進(jìn)行加工。噴口管道配件，再經(jīng)過針形閥通過噴嘴進(jìn)行加工。噴口直徑為直徑為0.050.050.4mm0.4mm的噴嘴，噴射時(shí)會(huì)產(chǎn)生一股長的噴嘴，噴射時(shí)會(huì)產(chǎn)生一股長達(dá)達(dá)303040mm40mm的聚合射流。的聚合射流。四、加工設(shè)備四、加工設(shè)備 如何把高壓液體轉(zhuǎn)變成高速射流的噴嘴？如何把高壓液體轉(zhuǎn)變成高速射流的噴嘴？ 為了使侵蝕最小，噴嘴材料應(yīng)是耐腐蝕的，為了使侵蝕最小，噴嘴材料應(yīng)是耐腐蝕的，同時(shí)為了有光滑的輪廓結(jié)構(gòu)，材料還應(yīng)具有一定同時(shí)為了有光滑的輪廓結(jié)

14、構(gòu)，材料還應(yīng)具有一定的韌性和易于機(jī)械加工。常常利用粘結(jié)的金剛石的韌性和易于機(jī)械加工。常常利用粘結(jié)的金剛石或藍(lán)寶石作成噴嘴，并可把它們放進(jìn)鋼套里作為或藍(lán)寶石作成噴嘴，并可把它們放進(jìn)鋼套里作為鑲嵌件使用，以滿足強(qiáng)度和韌性的綜合需要。金鑲嵌件使用，以滿足強(qiáng)度和韌性的綜合需要。金剛石、碳化鎢和特種鋼，也已經(jīng)成功地用于制造剛石、碳化鎢和特種鋼，也已經(jīng)成功地用于制造優(yōu)質(zhì)的噴嘴。優(yōu)質(zhì)的噴嘴。四、加工設(shè)備四、加工設(shè)備 水噴射加工水噴射加工的液體流束直徑為的液體流束直徑為0.050.050.38mm0.38mm，可以加工很薄、很軟的金屬和非金屬材料，例如銅可以加工很薄、很軟的金屬和非金屬材料，例如銅、鋁、鉛、塑

15、料、木材、橡膠、紙等七、八十種材、鋁、鉛、塑料、木材、橡膠、紙等七、八十種材料和紙品。料和紙品。 水噴射加工可以代替硬質(zhì)合金切槽刀具，而且水噴射加工可以代替硬質(zhì)合金切槽刀具，而且切邊的質(zhì)量很好。所加工的材料厚度少則幾毫米，切邊的質(zhì)量很好。所加工的材料厚度少則幾毫米，多則幾百毫米，例如切割多則幾百毫米，例如切割19mm19mm厚的吸聲天花板，采厚的吸聲天花板，采用的水壓為用的水壓為310MPa310MPa，切割速度為，切割速度為76m/min76m/min；玻璃絕緣；玻璃絕緣材料可加工到材料可加工到125mm125mm厚。由于加工的切縫較窄，可節(jié)厚。由于加工的切縫較窄，可節(jié)約材料和降低加工成本。

16、約材料和降低加工成本。五、實(shí)際應(yīng)用五、實(shí)際應(yīng)用第二節(jié)第二節(jié) 水噴射加工水噴射加工水刀機(jī)水刀機(jī) 1927年，美國物理學(xué)家伍德和盧米斯就做年，美國物理學(xué)家伍德和盧米斯就做了超聲加工試驗(yàn)，利用強(qiáng)烈的超聲振動(dòng)對(duì)玻了超聲加工試驗(yàn)，利用強(qiáng)烈的超聲振動(dòng)對(duì)玻璃板進(jìn)行雕刻和快速鉆孔，但當(dāng)時(shí)并未應(yīng)用璃板進(jìn)行雕刻和快速鉆孔，但當(dāng)時(shí)并未應(yīng)用在工業(yè)上。在工業(yè)上。 1951年，美國的科恩制成第一臺(tái)實(shí)用的超年，美國的科恩制成第一臺(tái)實(shí)用的超聲加工機(jī)。聲加工機(jī)。第三節(jié)第三節(jié) 超聲波加工超聲波加工 超聲加工也稱超聲波加工。超聲加工也稱超聲波加工。 電火花和電化學(xué)加工都只能加工金屬電火花和電化學(xué)加工都只能加工金屬導(dǎo)電材料。然而，超

17、聲波加工不僅能加工導(dǎo)電材料。然而，超聲波加工不僅能加工硬質(zhì)合金、淬火鋼等脆硬金屬材料，而且硬質(zhì)合金、淬火鋼等脆硬金屬材料，而且更適合于加工玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體鍺、硅更適合于加工玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體鍺、硅片等不導(dǎo)電的非金屬脆硬材料，同時(shí)還可片等不導(dǎo)電的非金屬脆硬材料，同時(shí)還可以應(yīng)用于清洗、焊接、探傷、測(cè)量、冶金以應(yīng)用于清洗、焊接、探傷、測(cè)量、冶金等其它方面。等其它方面。第三節(jié)第三節(jié) 超聲波加工超聲波加工一、一、超聲波加工的基本原理超聲波加工的基本原理 第三節(jié)第三節(jié) 超聲波加工超聲波加工超聲波加工是利用工具端面作超聲振動(dòng)，工具將超聲波的能量超聲波加工是利用工具端面作超聲振動(dòng)，工具將超聲波的能量傳遞給磨

18、料，使磨料對(duì)被加工工件進(jìn)行不斷的磨削來實(shí)現(xiàn)的。傳遞給磨料，使磨料對(duì)被加工工件進(jìn)行不斷的磨削來實(shí)現(xiàn)的。 1工具工具 2工件工件 3磨料懸浮液磨料懸浮液;4、5變幅桿變幅桿 6換能器換能器 7超聲波發(fā)生器超聲波發(fā)生器二、超聲波加工設(shè)備二、超聲波加工設(shè)備第三節(jié)第三節(jié) 超聲波加工超聲波加工（1）超聲發(fā)生器）超聲發(fā)生器將50Hz的交流電轉(zhuǎn)換為有一定功率的超聲頻率振蕩（超聲電能）輸出，通常為1625KHz，以供給工具端面超聲振動(dòng)和去除被加工材料的能量。（2）超聲換能振動(dòng)裝置器（超聲換能器）超聲換能振動(dòng)裝置器（超聲換能器）把超聲發(fā)生器輸出的超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)換并放大成具有一定振幅的機(jī)械振動(dòng)。超聲振動(dòng)系統(tǒng)由換能器

19、和變幅桿組成，變幅桿起著放大振幅和聚能的作用。（3）機(jī)床本體）機(jī)床本體 一般有立式和臥式兩種類型，超聲振動(dòng)系統(tǒng)則相應(yīng)地垂直放置和水平放置。四、超聲加工的應(yīng)用四、超聲加工的應(yīng)用（1）超聲成形加工超聲成形加工 第三節(jié)第三節(jié) 超聲波加工超聲波加工v（2）超聲旋轉(zhuǎn)加工）超聲旋轉(zhuǎn)加工 v（3）超聲清洗超聲清洗 第三節(jié)第三節(jié) 超聲波加工超聲波加工（4）超聲焊接）超聲焊接 超聲焊接的原理是利用超聲振超聲焊接的原理是利用超聲振動(dòng)去除工件表面的氧化膜，露出本動(dòng)去除工件表面的氧化膜，露出本體，在表面分子高速振動(dòng)撞擊下，體，在表面分子高速振動(dòng)撞擊下，摩擦發(fā)熱，使兩個(gè)被焊工件表面產(chǎn)摩擦發(fā)熱，使兩個(gè)被焊工件表面產(chǎn)生親和

20、作用而粘結(jié)在一起。生親和作用而粘結(jié)在一起。第三節(jié)第三節(jié) 超聲波加工超聲波加工超聲焊接有以下優(yōu)點(diǎn)：超聲焊接有以下優(yōu)點(diǎn)： 焊接時(shí)無需加熱，對(duì)焊接件本身的理化性質(zhì)影響很??；焊接時(shí)無需加熱，對(duì)焊接件本身的理化性質(zhì)影響很??； 焊接時(shí)無電弧、火焰產(chǎn)生，無需焊劑，故不會(huì)產(chǎn)生飛濺、焊接時(shí)無電弧、火焰產(chǎn)生，無需焊劑，故不會(huì)產(chǎn)生飛濺、污染、滲透等現(xiàn)象，使焊接件表面凈潔美觀，保持其純潔度；污染、滲透等現(xiàn)象，使焊接件表面凈潔美觀，保持其純潔度； 焊接時(shí)不通過電流，不會(huì)發(fā)生熔化而燒毀焊件；焊接時(shí)不通過電流，不會(huì)發(fā)生熔化而燒毀焊件； 焊接速度快，生產(chǎn)率高焊接速度快，生產(chǎn)率高。v（5）超聲的其它應(yīng)用）超聲的其它應(yīng)用 超聲探

21、傷超聲探傷 超聲測(cè)距超聲測(cè)距 超聲體檢超聲體檢 第三節(jié)第三節(jié) 超聲波加工超聲波加工超聲波除塵超聲波除塵v只要在煙囪里裝一個(gè)超只要在煙囪里裝一個(gè)超聲波除塵器，不消片刻，聲波除塵器，不消片刻，煙囪就冒著干凈的白煙了煙囪就冒著干凈的白煙了。超聲波除塵裝置超聲波促進(jìn)植物生長超聲波促進(jìn)植物生長種子發(fā)芽需要水分、氧種子發(fā)芽需要水分、氧氣和一定的溫度。種子氣和一定的溫度。種子外面裹著一層嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)外面裹著一層嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)的種皮，它雖然能保護(hù)的種皮，它雖然能保護(hù)種子不受傷害，但是它種子不受傷害，但是它的透水性和透氣性都不的透水性和透氣性都不好，使種子好，使種子“喝喝”不到不到足夠的水分，足夠的水分，“呼吸呼吸”也特

22、別微弱，就像睡著也特別微弱，就像睡著了。因此，有了合適的了。因此，有了合適的條件也不易發(fā)芽。條件也不易發(fā)芽。超聲波超聲波促進(jìn)植物生長促進(jìn)植物生長 當(dāng)超聲波射到浸泡在水里的種子時(shí)，激烈的超聲振動(dòng)當(dāng)超聲波射到浸泡在水里的種子時(shí)，激烈的超聲振動(dòng)會(huì)對(duì)種子產(chǎn)生一種類似摩擦的作用，因而使得種皮的透水會(huì)對(duì)種子產(chǎn)生一種類似摩擦的作用，因而使得種皮的透水性和透氣性大大增強(qiáng)，并能使種子得到一定溫度。這樣種性和透氣性大大增強(qiáng)，并能使種子得到一定溫度。這樣種子吸著水子吸著水“發(fā)胖發(fā)胖”，呼吸也加快了，種子就能提早發(fā)芽。，呼吸也加快了，種子就能提早發(fā)芽。 同時(shí)同時(shí)超聲波超聲波還能促使種子內(nèi)貯存的淀粉、脂肪和蛋還能促使種

23、子內(nèi)貯存的淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)更好的溶解于水，變成易被種胚吸收的養(yǎng)料，苗兒就白質(zhì)更好的溶解于水，變成易被種胚吸收的養(yǎng)料，苗兒就使勁的長個(gè)兒。此外，超聲波還具有殺菌作用，能殺死潛使勁的長個(gè)兒。此外，超聲波還具有殺菌作用，能殺死潛伏在種子身上的某些病菌和蟲卵。伏在種子身上的某些病菌和蟲卵。超聲波偵察海底超聲波偵察海底 超聲波在水中能過按著一超聲波在水中能過按著一定的方向直線前進(jìn)，它能傳到定的方向直線前進(jìn)，它能傳到幾公里、幾十公里，甚至幾百幾公里、幾十公里，甚至幾百公里以外。而且，它又能形成公里以外。而且，它又能形成射束，聚成很狹的一束，向一射束，聚成很狹的一束，向一個(gè)方向傳播。當(dāng)它中途遇到障個(gè)方向傳

24、播。當(dāng)它中途遇到障礙物時(shí)，又會(huì)有一部分能量按礙物時(shí)，又會(huì)有一部分能量按原方向反射回來。因此，當(dāng)接原方向反射回來。因此，當(dāng)接收到回聲訊號(hào)，經(jīng)過放大送到收到回聲訊號(hào)，經(jīng)過放大送到顯示器，就可以立刻顯示出目顯示器，就可以立刻顯示出目標(biāo)的距離和方位了。標(biāo)的距離和方位了。超聲波診斷疾病超聲波診斷疾病 醫(yī)生會(huì)把發(fā)射超聲波的探頭放在病人體表的適當(dāng)位置，醫(yī)生會(huì)把發(fā)射超聲波的探頭放在病人體表的適當(dāng)位置，讓超聲波在人體里面?zhèn)鞑ァ．?dāng)那個(gè)器官的了病，反射的回升讓超聲波在人體里面?zhèn)鞑ァ．?dāng)那個(gè)器官的了病，反射的回升訊號(hào)與正常的情況不一樣，醫(yī)生就可以診斷那部分臟器有了訊號(hào)與正常的情況不一樣，醫(yī)生就可以診斷那部分臟器有了病變

25、和分析病變的性質(zhì)。比如像腫瘤、腦瘤、肝硬化、胃下病變和分析病變的性質(zhì)。比如像腫瘤、腦瘤、肝硬化、胃下垂、結(jié)石等等。垂、結(jié)石等等。此外，有一種此外，有一種“超聲波現(xiàn)象儀超聲波現(xiàn)象儀”，人們還可以在它的電視熒，人們還可以在它的電視熒光拼上看到諸如跳動(dòng)著的心臟、母親腹內(nèi)的胎兒等的活動(dòng)光拼上看到諸如跳動(dòng)著的心臟、母親腹內(nèi)的胎兒等的活動(dòng)“電影電影”。因此，超聲波也是醫(yī)生的好助手。因此，超聲波也是醫(yī)生的好助手。B超診斷疾病高能密度束流加工的共同特點(diǎn)：高能密度束流加工的共同特點(diǎn)：（1）加工速度快，熱流輸入少，對(duì)工件熱影響極）加工速度快，熱流輸入少，對(duì)工件熱影響極少，工件變形小。少，工件變形小。（2）束流能夠

26、聚焦且有極高的能量密度，激光加）束流能夠聚焦且有極高的能量密度，激光加工、電子束加工可使任何堅(jiān)硬、難熔的材料在瞬工、電子束加工可使任何堅(jiān)硬、難熔的材料在瞬間熔融汽化，而離子束加工是以極大能量撞擊零間熔融汽化，而離子束加工是以極大能量撞擊零件表面，使材料變形、分離破壞。件表面，使材料變形、分離破壞。（3）工具與工件不接觸，無工具變形及損耗問題。）工具與工件不接觸，無工具變形及損耗問題。（4）束流控制方便，易實(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)化。）束流控制方便，易實(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)化。第四節(jié)第四節(jié) 高能束加工高能束加工第四節(jié)第四節(jié) 高能束加工高能束加工一、激光加工一、激光加工 1、加工原理、加工原理 當(dāng)高功率密度的激

27、光束照射到工件上時(shí)，會(huì)當(dāng)高功率密度的激光束照射到工件上時(shí)，會(huì)使材料發(fā)生溫度升高、加熱、熔化、氣化等現(xiàn)象。使材料發(fā)生溫度升高、加熱、熔化、氣化等現(xiàn)象。利用激光束可以對(duì)鋼板等金屬材料以及塑料和其利用激光束可以對(duì)鋼板等金屬材料以及塑料和其它各種材料進(jìn)行穿孔、切割和焊接等形式的特種它各種材料進(jìn)行穿孔、切割和焊接等形式的特種加工，英文簡稱加工，英文簡稱LBM。第四節(jié)第四節(jié) 高能束加工高能束加工從激光器輸出的高強(qiáng)度激光經(jīng)過透鏡聚從激光器輸出的高強(qiáng)度激光經(jīng)過透鏡聚焦到工件上，其焦點(diǎn)處的功率密度高達(dá)焦到工件上，其焦點(diǎn)處的功率密度高達(dá)1071012W/cm2，溫度高達(dá)，溫度高達(dá)1萬攝氏度以萬攝氏度以上，任何材料

28、都會(huì)瞬時(shí)熔化、氣化。上，任何材料都會(huì)瞬時(shí)熔化、氣化。通常用于加工的激光器主要是固體激光通常用于加工的激光器主要是固體激光器和氣體激光器。使用二氧化碳?xì)怏w激光器和氣體激光器。使用二氧化碳?xì)怏w激光器切割時(shí)，一般在光束出口處裝有噴嘴，器切割時(shí)，一般在光束出口處裝有噴嘴，用于噴吹氧、氮等輔助氣體，以提高切割用于噴吹氧、氮等輔助氣體，以提高切割速度和切口質(zhì)量。速度和切口質(zhì)量。第四節(jié)第四節(jié) 高能束加工高能束加工v2、激光加工的特點(diǎn)、激光加工的特點(diǎn) （1）激光束能聚焦成極小的光點(diǎn)（達(dá)微米數(shù)量級(jí)），適）激光束能聚焦成極小的光點(diǎn)（達(dá)微米數(shù)量級(jí)），適合于微細(xì)加工（如微孔和小孔等）；合于微細(xì)加工（如微孔和小孔等）；

29、 （2）激光加工的功率密度高；）激光加工的功率密度高； （3）激光加工所用工具是激光束，為非接觸加工；）激光加工所用工具是激光束，為非接觸加工； （4）加工速度極快，對(duì)工件材料的熱影響小；）加工速度極快，對(duì)工件材料的熱影響?。?（5）可在空氣、惰性氣體和真空中進(jìn)行加工，并可通過）可在空氣、惰性氣體和真空中進(jìn)行加工，并可通過光學(xué)透明介質(zhì)進(jìn)行加工；光學(xué)透明介質(zhì)進(jìn)行加工； （6）生產(chǎn)效率高；）生產(chǎn)效率高； （7）加工過程中產(chǎn)生的金屬氣體及火星等飛濺物必須及）加工過程中產(chǎn)生的金屬氣體及火星等飛濺物必須及時(shí)抽走，操作者應(yīng)戴防護(hù)眼鏡。時(shí)抽走，操作者應(yīng)戴防護(hù)眼鏡。第四節(jié)第四節(jié) 高能束加工高能束加工v3、激光

30、加工的應(yīng)用、激光加工的應(yīng)用 激光加工主要用于穿孔、切割、劃片、焊接、激光加工主要用于穿孔、切割、劃片、焊接、微調(diào)和動(dòng)平衡校正等方面。微調(diào)和動(dòng)平衡校正等方面。 第四節(jié)第四節(jié) 高能束加工高能束加工v二、電子束加工二、電子束加工 1、電子束的熱效應(yīng)及其加工原理、電子束的熱效應(yīng)及其加工原理電子束加工是利用電子束加工是利用電子束的高能量密電子束的高能量密度進(jìn)行打孔、切槽、度進(jìn)行打孔、切槽、光刻、焊接、淬火等光刻、焊接、淬火等工作。工作。第四節(jié)第四節(jié) 高能束加工高能束加工v 主要由電子槍、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源等組成主要由電子槍、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源等組成 第四節(jié)第四節(jié) 高能束加工高能束加工3、電子

31、束加工的特點(diǎn)及應(yīng)用、電子束加工的特點(diǎn)及應(yīng)用（1）束徑小，能量密度高）束徑小，能量密度高 （2）被加工對(duì)象范圍廣）被加工對(duì)象范圍廣 （3）加工速度快、效率高）加工速度快、效率高（4）控制性能好，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化）控制性能好，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 第四節(jié)第四節(jié) 高能束加工高能束加工三、離子束加工三、離子束加工1、離子束加工原理、離子束加工原理 在真空條件下，將離子源（離子槍）產(chǎn)生的離子在真空條件下，將離子源（離子槍）產(chǎn)生的離子經(jīng)加速聚焦形成高能的離子束流投射到工件表面，經(jīng)加速聚焦形成高能的離子束流投射到工件表面，使材料變形、破碎、分離以達(dá)到加工的目的。使材料變形、破碎、分離以達(dá)到加工的目的。第四節(jié)第四節(jié)

32、高能束加工高能束加工v2、離子束加工裝置、離子束加工裝置 離子束加工裝置與電子束加工裝置類似，包離子束加工裝置與電子束加工裝置類似，包括：離子源、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源等，不括：離子源、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源等，不同部分是離子源。同部分是離子源。第四節(jié)第四節(jié) 高能束加工高能束加工v常用的有考夫曼型離子源和雙等離子管型離子源常用的有考夫曼型離子源和雙等離子管型離子源兩種。兩種。（1）考夫曼型離子源）考夫曼型離子源（2）雙等離子管型離子源）雙等離子管型離子源第四節(jié)第四節(jié) 高能束加工高能束加工v3、離子束加工的特點(diǎn)、離子束加工的特點(diǎn)（1）易于精確控制）易于精確控制 （2）加工時(shí)產(chǎn)生的污染小）加工

33、時(shí)產(chǎn)生的污染小 （3）加工應(yīng)力小、變形極小，對(duì)材料適應(yīng)性強(qiáng)）加工應(yīng)力小、變形極小，對(duì)材料適應(yīng)性強(qiáng)（4）離子束加工設(shè)備的費(fèi)用高，成本高，加工效）離子束加工設(shè)備的費(fèi)用高，成本高，加工效率低率低第四節(jié)第四節(jié) 高能束加工高能束加工 快速成形（Rapid Prototyping，RP）技術(shù)是由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，快速制造任意復(fù)雜形狀三維物理實(shí)體的技術(shù)。 快速成形技術(shù)：集成了機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、光學(xué)、新材料等領(lǐng)域。 成形材料：可以是光敏樹脂、塑料、紙、特種蠟及聚合物包括金屬粉末，以及陶瓷材料、復(fù)合材料和金屬材料等。 應(yīng)用領(lǐng)域：航空航天、汽車、機(jī)械、電子、電器、醫(yī)學(xué)、建筑、玩具、工藝品、文物保護(hù)等。第五節(jié)第

34、五節(jié) 快速成形技術(shù)快速成形技術(shù)第五節(jié)第五節(jié) 快速成形技術(shù)快速成形技術(shù)一、快速成型技術(shù)流程一、快速成型技術(shù)流程1三維模型的構(gòu)建。2三維模型的近似處理。3三維模型的分層處理。4成形加工。5成形零件的后處理。第五節(jié)第五節(jié) 快速成形技術(shù)快速成形技術(shù)二、快速成型的特點(diǎn)二、快速成型的特點(diǎn)1簡易性 2快速性 3高度柔性無需任何專用夾具或工具即可完成復(fù)雜的制造過程。 4技術(shù)的高度集成性計(jì)算機(jī)、數(shù)控、激光、新材料等技術(shù)的高度集成5應(yīng)用領(lǐng)域廣泛 制造業(yè)、材料科學(xué)與工程、醫(yī)學(xué)、文化藝術(shù) 以及建筑工程等領(lǐng)域三、快速成型工藝三、快速成型工藝1分層實(shí)體制造工藝（1）工藝原理與過程分層實(shí)體制造（Laminated Obje

35、ct Manufacturing，LOM）又稱疊層實(shí)體制造或薄形材料選擇性切割。（2）分層實(shí)體制造工藝的特點(diǎn)及應(yīng)用 制件精度高 分層實(shí)體制造中激光束只需按照分層信息提供的截面輪廓線切割而無需對(duì)整個(gè)截面進(jìn)行掃描，且無需設(shè)計(jì)和制作支撐，所以制作效率高、成本低。結(jié)構(gòu)制件能承受高達(dá)200的溫度，有較高的硬度和較好的機(jī)械性能，可進(jìn)行各種切削加工。 缺點(diǎn)：由于材料質(zhì)地原因，加工的原型件抗拉性能和彈性不高；易吸濕膨脹，需進(jìn)行表面防潮處理；薄壁件、細(xì)柱狀件的廢料剝離比較困難；工件表面有臺(tái)階紋，需進(jìn)行打磨處理。LOM成形件主要用于： 直接制作紙質(zhì)功能制件，用作新產(chǎn)品開發(fā)中工業(yè)造型的外觀評(píng)價(jià)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證。 利用

36、材料的粘接性能，可制作尺寸較大的制件，也可制作復(fù)雜薄壁件。 通過真空注塑機(jī)制造硅橡膠模具，試制少量新產(chǎn)品。 快速制模2三維打印 三維打印（3DPThree Dimension Printing）技術(shù)是由美國麻省理工學(xué)院開發(fā)和研制，并由美國Z Corporation公司申請(qǐng)獲得專利。目前，該公司推出了系列的3DP快速原型設(shè)備。 （1）3DP快速成型原理 3DP技術(shù)也被稱為三維印刷或噴涂粘結(jié)。是一種高速多彩的快速成型技術(shù)。3DP技術(shù)采用粉末材料成形，如陶瓷粉末、金屬粉末等，通過噴頭噴出的粘結(jié)劑（如硅膠）將零件的輪廓截面“印刷”在材料粉末上面并粘結(jié)成型。用粘結(jié)劑粘接的零件強(qiáng)度較低，還須后處理。先燒掉

37、粘結(jié)劑，然后在高溫下滲入金屬，使零件致密化，提高強(qiáng)度。（2）3DP快速成型技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)3DP快速成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)： 易于操作，工藝過程較為清潔。 可使用多種粉末材料，也可采用各種色彩的粘接劑，可以制作彩色原型，這是該工藝最具競(jìng)爭(zhēng)力的特點(diǎn)之一。 不需支撐，成型過程不需要單獨(dú)設(shè)計(jì)與制作支撐，多余粉末的支撐去除方便，因此尤其適合于做內(nèi)腔復(fù)雜的原型制作。 不需要激光器，設(shè)備價(jià)格比較低廉。3DP快速成型技術(shù)的缺點(diǎn)： 精度和表面粗糙度不太理想，可用于制作概念模型，不適合構(gòu)建結(jié)構(gòu)復(fù)雜和細(xì)節(jié)較多的薄型制件。 由于粘結(jié)劑從噴嘴中噴出，粘結(jié)劑的粘結(jié)能力有限，原型的強(qiáng)度較低。 原材料價(jià)格昂貴。（3）3DP快速成型技術(shù)的應(yīng)用圖6-24 3DP快速成型技術(shù)產(chǎn)品第六節(jié)第六節(jié) 制造業(yè)的未來制造業(yè)的未來一、納米制造1微制造微制造2納米加工納米加工3微機(jī)電系統(tǒng)（微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的重要特征有：（1）產(chǎn)品微型化 （2）材料微小化 （3）制造微細(xì)化 （4）學(xué)科綜合化 （5）應(yīng)用廣泛化 二、虛擬制造二、虛擬制造 虛擬現(xiàn)實(shí)的明確定義不太好說，按最早提出虛擬現(xiàn)實(shí)概念的學(xué)者J.Laniar的說法，虛擬現(xiàn)實(shí)，又稱假想現(xiàn)實(shí)，意味著“用電子計(jì)算機(jī)合成的人工世界”。從此可以清楚地看