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材料先进加工技术

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目次

说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11、焊接成形工艺„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1焊接成形工艺发展历史„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.2常见焊接工艺简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.3焊接技术的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 1.4 国内焊接技术现状„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„62、特种加工技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 2.1特种加工技术的特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.2几种特种加工技术简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 2.3特种加工的发展趋势„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 3.先进制造技术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 3.1先进制造技术的研究现状„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 3.2先进制造技术的特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 3.3先进制造技术原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 3.4工业机器人„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 3.5先进制造技术的发展趋势„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16

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说明：本论文综合余进老师讲课重点焊接成型工艺，周琦老师讲课重点高压特种加工技术，以及王克鸿老师先进制造技术等相关内容笔记，分三部分进行内容介绍。通过查阅相关书籍及论文、互联网、图书馆图书借阅等途径，结合自己本科专业课学习经验整理而成。

1、焊接成型工艺

1.1焊接成形工艺发展历史

焊接是通过加热、加压，或两者并用，使同性或异性两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。焊接应用广泛，既可用于金属，也可用于非金属。

焊接技术是随着金属的应用而出现的，中国最古代早的焊接的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊，在商朝时期制造的铁刃铜钺，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜与铁的熔合线蜿蜒曲折，接合良好。春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的。19世纪末，当Oscar Kjellberg成立伊萨公司以探索他发明的涂层焊条时，伊萨从一开始就和电弧焊的发展结下了不解之缘。19世纪80年代，焊接只用于铁匠锻造上。工业化的发展和两次世界大战的爆发对现代焊接的快速发展产生了影响。基本焊接方法—电阻焊、气焊和电弧焊都是在一战前相继出现。但20世纪早期，气体焊接切割在制造和修理工作中占主导地位。过些年后，电焊得到了同样的认可。

1.2常见焊接工艺简介

焊接的本质就是通过适当的物理化学过程，使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一体的成形方法[1]。1.2.1、熔焊

使被连接两物体表面局部加热融化成液体，然后冷却成一体的焊接方法，如：手工电弧焊、埋弧自动焊、氩弧焊等。(1)手工电弧焊

1888年，俄罗斯发明了手工电弧焊接技术，使用无药皮的裸露金属棒来产生保护气体。直到20世纪初，在瑞典发明卡尔伯格过程（Kjellberg proce）和Quasi-arc方

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法传入英国后，药皮焊条才开始发展起来。由于成本较高，刚开始人们不怎么使用药皮焊条。但随着人们对好的焊缝质量需求的日益增长，手工电弧也开始使用药皮焊条。

原理：利用焊条与工件之间产生的电弧将焊条和工件局部加热熔化，焊芯端部熔化后的熔滴和熔化的母材融合在一起形成熔池。焊条药皮熔化后形成熔渣并放出气体，在气、渣的联合保护下，有效地排除了周围空气的有害影响，通过高温下熔渣与熔池液态金属之间的冶金反应，得到优质焊缝。因为熔渣会冷却、凝固，所以一旦焊缝焊完（或在熔敷下个焊道前）就必须从焊道上清除熔渣。在焊钳更换新的焊条前，手工电弧过程只能完成短焊缝的焊接。焊缝熔深浅，熔敷质量取决于焊工的技能。过程示意图如下：

手工电弧焊特点：简便灵活，适应性强。同时它使用的设备简单，易于移动，并且费用也比其它电弧焊方法要低。但是，手工电弧焊对焊工的操作技术要求较高，焊接质量在一定程度上决定于焊工的操作技术。此外，手工电弧焊劳动条件差，生产率低。因此，手工电弧焊适用于焊接单件或小批量产品，短的和不规则的、各种空间位置的以及其它不易实现机械化焊接的焊缝。可焊工件厚度在1．5mm以上，1mm以下的薄板则不适于手工电弧焊。(2)埋弧自动焊

埋弧焊焊接原理：在焊丝与焊件之间燃烧的电弧是埋在颗粒状焊剂下面的。电弧热将焊丝端部及电弧直接作用的母材和焊剂熔化并使部分蒸发，金属和焊剂所蒸发的气体在电弧周围形成一个封闭空腔，电弧在这个空腔中燃烧。空腔被一层由熔渣所构成的渣膜所包围，这层渣膜不仅很好地隔绝了空气和电弧与熔池的接触，而且使弧光不能辐射出来。被电弧加热熔化的焊丝以熔滴形式落下，与熔融母材金属混合形成熔池。密度较小的熔渣浮在熔池之上，熔渣除了对熔池金属起机械保护作用之外，焊接过程中还与熔池金属发生冶金反应，从而影响焊缝金属的化学成分。电弧向前移动。熔池金属逐渐冷却后结晶形成焊缝。浮在熔池上的熔渣冷却后形成渣壳可继续对高温

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下焊缝起保护作用，避免被氧化。如下图。

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埋弧自动焊具有生产率高、焊缝质量高和劳动条件好等优点，而也因其具有只适应于平焊且焊接设备比焊条电弧焊设备复杂等劣势使其应用受到局限。(3)钨极氩弧焊

钨极氩弧焊是在惰性气体——氩气的保护下，利用钨电极与焊件之间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝(如果使用填充焊丝)的一种气体保护焊方法，如下图所示。焊接时氩气从焊枪的喷嘴连续喷出，在电弧周围形成惰性气体保护层隔绝空气，防止对钨极，熔池以及邻近热影响区的有害影响，从而获得优质接头。钨极氩弧焊按操作方式分为手工焊和自动焊两种。手工钨极氩弧焊时，焊枪的移动和填充焊丝的添加完全靠操作者手工操作。钨极组弧自动焊时，如果焊件固定电弧移动，则焊枪移动和填充焊丝的送进全靠机械自动进行。(4)熔化极气体保护焊

熔化极气体保护焊用连续送进的焊丝与被焊工件之间燃烧的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属于，通过焊枪喷嘴输送保护气体，使电弧、熔化焊丝、熔池及其附近的母材金属免受周围空气的有害作用。从焊枪连续送进的焊丝不断熔化以熔滴形式过渡到熔池中去，与熔化的母材金属融合形成焊缝金属。由于熔化极气体保护焊对焊接区保护简单、方便、明弧无渣、焊接区便于观察，易于实现机械化、自动化焊接和进行全位置焊接，而且生产率高，因此在生产中日益广泛地被采用。

1.2.2压力焊

压力焊，对焊件待焊处加压或加压又加热，最后在压力下焊接的方法，如：电阻焊，摩擦焊，冷压焊等[2]。

近代首例电阻焊实例是在1856年。James Joule（Joule加热原理发明者）成功用

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电阻加热法对一捆铜丝进行了熔化焊接。第1台电阻焊机用于对接焊。1886年，英国的Elihu Thomson造出了第1个焊接变压器并在来年为此项工艺申请了专利。该变压器在2V空载电压时能产生200A电流输出。此后，Thomson又发明了点焊机、缝焊机、凸焊机以及闪光对焊机，后来点焊成为电阻焊最常用的方法，如今已广泛应用于汽车工业和对其它许多金属片的焊接上。1964年，Unimation生产的首批用于电阻点焊的机器人在通用汽车公司使用。

压焊又称固相焊接，利用摩擦、扩散和加压等物理作用克服两个连接表面的不平度，挤出氧化膜或其它污染物，使两个连接表面上的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实现两物体的连接。大都在加压的同时伴随加热措施，但加热温度又远低于物体的熔点。因此压焊除扩散焊之外一般不需要保护措施。按加热方法不同，分为冷压焊、摩擦焊、超声波焊、电阻焊、爆炸焊、断焊、扩散焊等，电阻焊又分为点焊、缝焊、凸焊、对焊等。

电阻焊是焊件组合后通过电极施加压力，利用电流流过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之在加压条件形成接头的一种焊接方法。按工艺特点主要分有：点焊、缝焊、凸焊和对焊；按所用电流波形分有交流、直流和脉冲电流三大类。

点焊是将焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，接通电流后利用电阻热将焊件局部熔化，形成焊点的方法。

缝焊是焊件装配成搭接或对接接头并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，从而产生一连串熔核相互搭叠的密封焊缝的电阻焊方法。论文篇幅限制，就不一一介绍了。

1.2.3、钎焊

钎焊，将焊件及熔点低于焊件的钎焊材料同时加热，至焊料融化，并与相邻的焊件相互作用、扩散，冷凝后实现连接的方法。钎焊接头根据需要，可将焊料重熔、拆开，所以是一种办永久性的连接。钎焊常以搭接形式装配，焊件之间保持很小的间隙，采用熔点比母材熔点低的金属材料作为钎料，在低于母材熔点而高于钎料熔点的温度下加热，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。

钎焊与熔焊或压焊相比，主要不同在于：钎焊时只有钎料熔化而母材保持固态，材料先进加工技术结课论文

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钎料熔点低子母材熔点，其成分与母材也有很大差别，熔化钎料依靠润湿和毛细作用吸入并保持在母材待焊处间隙中，依靠液态钎料与固态母材之间的相互扩散形成冶金结合。

钎焊过程：表面清洗好的工件以搭接型式装配在一起，把钎料放在接头间隙附近或接头间隙之间。当工件与钎料被加热到稍高于钎料熔点温度后，钎料熔化（工件未熔化），并借助毛细管作用被吸入和充满固态工件间隙之间，液态钎料与工件金属相互扩散溶解，冷疑后即形成钎焊接头。

钎焊具有加热温度低，对母材组织和性能影响小，且容易保证焊件尺寸精度、可实现异种金属或合金，金属与非金属的连接等优点。某些钎焊方法可一次焊接完成几十条或成百条钎缝，生产工率高。但钎焊接头的强度较低，耐热性差、装配精度要求高。

1.3焊接技术的应用

1.3.1焊接技术在机床行业的应用

机床行业的焊接技术的应用是随着国外引进产品技术发展起来的。同时，国内焊接技术的发展也促进了机床行业焊接技术的应用。目前，钣金加工在机床行业中应用的主要焊接技术有以下几个方面: 1.气体保护焊等高效率焊接技术的应用2.数控切割技术应用3.钢板预处理技术应用。1.3.2焊接技术在航天领域的应用

宇航技术中所用的各类火箭、卫星、飞船、星球车、空间站以及太阳能电站等，它们的结构件、发动机，以及所用的各种仪器等都有一些共同特点，不仅要求零部件质量极为可靠，能经受各种恶劣环境，如强力振动，因日照变化引起的高低温度交替冲击，失重，宇宙线幅射，超高真空环境中运作；而且要求零件尺寸小，重量轻，气

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密性好。因此，对宇航零部件的结构设计、材料选择及加工工艺都提出了极为苛刻的要求，实践证明为了满足上述特点，电子束焊接技术是必不可少的强有力的工具之一。

此外，焊接技术在建筑行业、汽车行业铁路、造船和医药工业、能源和电子工业、机器设备制造和食品工业都得到广泛应用。

1.4国内焊接技术现状

新中国建立以来，特别是改革开放25年来，中国先后自行研制、开发和引进了一些先进的焊接设备、技术和材料。目前国际上在生产中已经采用的成熟焊接方法与装备，在国内也都有所应用，只是应用的深度和广度有所不同而已。中国的制造企业已经在采用诸如电子束焊接、激光焊接、激光钎焊和激光切割、激光与电弧复合热源焊接、单丝或双丝窄间隙埋弧焊、４丝高速埋弧焊、双丝脉冲气体保护焊、等离子弧焊接、精细等离子弧切割、水射流切割、数控切割系统、机器人焊接系统、焊接柔性生产线、变极性焊接电源、表面张力过渡焊接电源（STT）和全数字化焊接电源等。甚至目前在国际上比较热门的搅拌摩擦焊技术，也已经应用到产品的生产上。中国的焊接生产技术水平有了很大的提高，但是存在问题的严重性也不容忽视。

总体来看，中国2004年的焊接材料生产总量达到210万吨，比美国、日本、德国三国焊接材料产量的总和还多，但是其中手工焊接用的焊条产量占７3%，各种机械化、自动化焊接用焊丝占25%，焊接的机械化/自动化率为35%，达到历年来的最高比例。然而，这仅相当于日本20世纪70年代末焊接机械化/自动化率的水平，日本1979年焊接材料的总产量为40万吨，手工焊条占58%，各种焊丝占42%，焊接的机械化/自动化率为44%[3]。

综上所述，焊接工艺已经不是一种辅助工艺，它在最近几年已经成为制造业中的关键加工手段，完成了许多关系国计民生与国防建设的重大战略性产品的生产，中国已经毫无悬念地成为世界首屈一指的焊接大国。但是国内焊接生产中应用的关键焊接材料、焊接设备严重依赖国外进口，具有中国自主知识产权的关键技术与产品不多，而且总体研发、创新水平和速度都不高，与焊接大国的形象形成了巨大的反差。如果继续下去，将会逐步成为中国经济战略安全的薄弱环节。

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2.特种加工技术

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近年来，计算机技术、微电子技术、自动控制技术、国防军工和航空航天技术发展迅速，与此同时，高度、高韧性、高强度和高脆性等难切削材料的应用日益广泛，制造精密细小、形状复杂和结构特殊工件的求也在日益增加。社会需求与技术进步的结合促使特种加工技术不断进步和快速发展。所谓特种加工，是一种利用化学能、电能、声能、机械能以及光能和热能对金属或非金属材料进行加工的方法[4]。其工作原理不同于传统的机械切削方法，即加工过程中工件与所用工具之间没有明显的切削力，工具材料的硬度也可低于工件材料的硬度。特种加工技术在国内外各行各业的应用中取得了巨大成效，它们有着各自的特点，特殊材料或特殊结构工件的加工工艺性发生了根本变化，解决了传统加工方法所遇到的各种问题，已经成为现代工业领域中不可缺少的重要加工手段和关键制造技术。

2.1特种加工技术的特点

特种加工与一般机械切削加工相比，有其独特的优点，在某种场合上，它是一般机械切削加工的补充，扩大了机械加工的领域。它具有以下较为突出的特点。

（1）不用机械能，与加工对象的机械性能无关，有些加工方法，如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工等，是利用热能、化学能、电化学能等，这些加工方法与工件的硬度强度等机械性能无关，故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。

（2）非接触加工，不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使刚性极低元件及弹性元件得以加工。

（3）微细加工，工件表面质量高，有些特种加工，如超声、电化学、水喷射、磨料流等，加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，还能获得高精度、极低粗糙度的加工表面。

（4）不存在加工中的机械应变或大面积的热应变，可获得较低的表面粗糙度，其热应力、残余应力、冷作硬化等均比较小，尺寸稳定性好。

（5）两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工，其综合加工效果明显，且便于推广使用。

（6）特种加工对简化加工工艺、变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积

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极的影响。

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2.2几种特种加工技术简介

2.2.1电火花加工

电火花加工的原理是基于工具和工件之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸形状及表面质量预定的加工要求。按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，电火花加工工艺大致可分为电火花成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花放电沉积与刻字六大类。(1)电火花放电沉积的基本原理与特点

电火花放电沉积的原理是利用脉冲电路的充放电原理，采用导电材料(硬质合金、石墨、合金钢、铝和铜等)作为工具电极(阳极)，在空气或特殊的气体中使之与被强化的金属工件(阴极)之间产生火花放电。当工具电极与工件达到某个距离电场强度足以使介质电离击穿时两者之间就产生火花放电，使电极端部与工件表面微区发生熔化甚至气化，熔融金属在热作用，电磁力和机械力的作用下沉积在工件表面。电极与工件的放电间隙频繁发生变化，电极与工件间不断发生火花放电，从而实现放电沉积。(2)极性效应

在电火花放电加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。因此，当采用窄脉冲、精加工时应选用正极性加工；当采用长脉冲、粗加工时，应采用负极性加工，此时可得到较高的蚀除速度和较低的电极损耗。从提高加工生产率和减小工具损耗的角度来看，极性效应愈显著愈好，故在电火花加工中必须充分利用。当用交变的脉冲电流加工时，单个脉冲的极性效应便相互抵消，增加了工具的损耗，因此，电火花加工一般采用单向脉冲电源。

(3)电火花加工中电极损耗分析与解决措施

电火花在整个加工过程中要受到各种干扰因素的影响, 这些干扰因素直接或间接地影响着加工质量。在电火花加工过程中电极损耗分为绝对损耗和相对损耗。造成电极损耗的原因有：小面积精加工，加工件结构尺寸偏小，加工时间过长，电极装夹不当等因素。因此为了减少电极的损耗一般有以下方法：（1）有效排除电蚀物（2）

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(4)电火花加工的发展趋势

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电极材料和加工参数的合理选用（3）提高加工技能和安全操作意念等等。

电火花线切割加工技术在相当长的时间里间都是采用精规准参数进行一次切割成型,其切割速度与加工表面质量之间存在着一定的矛盾。中国特有的高速走丝电火花线切割机长期存在的加工质量问题, 可以采用多次切割工艺来解决。现目前中速走丝电火花线切割机是一种价格较低, 加工精度、粗糙度、加工效率介于高速走丝与慢走丝的一种机床,具有很好的发展前景。2.2.2电化学加工

电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工。该方法主要包括电解、电镀、电铸、电化学抛光等工艺方法，其中电解加工使用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺、抛光等，电铸加工适用于形状复杂 精度高的空心零件，如波导管、注塑用的模具、薄壁零件、复制精密的表面轮廓、表面粗糙度样板、反光镜、表盘等零件；涂敷加工可针对表面磨损、划伤、锈蚀的零件进行涂敷以恢复尺寸；对尺寸超差产品进行涂敷补救、对大型、复杂、小批工件表面的局部镀防腐层、耐腐层，以改善表面性能。电镀、电铸可以复制复杂、精细的表面。刷镀可修复磨损的零件，改变原表面的物理性能，有很大实用价值。2.2.3离子束加工

聚焦离子束技术是一种集形貌观测、定位制样、成分分析、薄膜淀积和无掩膜刻蚀各过程于一身的新型微纳加工技术。离子束纳米加工,具有传统加工方法无可比拟的优势而逐渐成为新一代精加工方法，在微纳米加工、操纵以及器件的研制等方面具有重要应用。纳米测量学在纳米科技中起着信息采集和分析的不可替代的重要作用,纳米加工是纳米尺度制造业的核心,发展纳米测量学和纳米加工的一个重要方法就是电子束与离子束技术。2.2.4超声波加工

超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工。超声加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和抛光。其加工原理是超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，通过振幅扩大棒（变幅杆）使固定在变幅杆端部的工具振产生超声波振动，迫使磨料悬浮液高速地不断撞击、抛磨被加工表面使工件成型。超声加工的主要特点：不受材

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料是否导电的限制；工具对工件的宏观作用力小、热影响小，因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件；被加工材料的脆性越大越容易加工，材料越硬或强度、韧性越大则越难加工；由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度应比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料；可以与其他多种加工方法结合应用，如超声振动切削、超声电火花加工和超声电解加工等。

高效超声波光整技术是利用超声波振动冷压加工原理。它是将一台高效超声波表面光整设备装于车床刀架上，利用工件的回转，磨头对零件表面作高频率短促的往复振动冲击运动，以一定的冲击力敲击被加工表面的加工方法。其冷压加工是充分利用金属的塑性，使零件的表面层金属在外力作用下产生细微塑性残余变形，从而达到改变其表面性能，形状和尺寸的目的。2.2.5激光加工技术

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金 属）的原理进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一种加工新技术，涉 及到光、机、电、材料及检测等多门学科。

公认的激光加工原理是两种：分别为激光热加工和光化学加工(又称 冷加工)。激光热加工指当激光束照射到物体表面时，引起快速加热，热力把对 象的特性改变或把物料熔解蒸发。热加工具有较高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射区域内产生热激发过程，从而使材料表面（或涂层）温度上升，产生变态、熔融、烧蚀、蒸发等现象

激光加工的特点

①由于激光加工热影响区域小，光束方 向性好，其几乎可以加工任何材料。常用来进行选择性加工，精密加工。

②由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面 直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而 且不会产生噪音。

③由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工 可应用到不同层面和范围上。

2.2.6高压水射流切割工艺

这项新技术采用的是水的0.80～1．50mm射流，喷射速度为600～800米／秒（速度大于2马赫）。水压为3000～4000巴（bar），用水量每分钟仅4升。为了用磨料如氧化铝或碳化硅等切割不锈钢，在喷射水流抵达钢材前，向水流内射入磨料颗粒。现代

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化的设备可切割20．0mm厚的不锈钢。切边准确、切面干净光滑。切割作用所产生的热由水带走，金属温度仅为50～60℃。这样再加上由喷射水流在金属上所产生的力，就可以防止变型，提高切割精度[5]。由于高压水射流切割属于冷切割，在切割过程中产生的热量很少，并且热量很快被水流带走，所以不会造成工件切口附近的材料氧化、金相组织发生变化，也不会使工件发生变形，同时也避免了某些材料有害物质的挥发[5]。高压水射流切割具有以下特点：

② 高压水射流切割属于点切割，切割时作用在工件上的力很小，不会使工件产生附加应力或应力变形，这对于切割某些表面完整性要求高的零部件及其补充加工有着特殊的意义。

③ 高压水射流切割没有粉尘危害，因为切割碎屑很快会随水流进入收集器而被排走，这对于石棉制品、玻璃钢制品、酚醛夹层材料以及陶瓷制品等材料的切割是非常有利的。

④ 由于高压水射流切割所使用的喷嘴孔径很小，使得切口的间隙很窄，这可以大大节约材料，特别是对于某些贵重金属的切割，提高了材料的利用率，降低了生产成本。

⑤ 高压水射流切割设备大都采用计算机或机器人控制的数控切割装置，可以实现多轴联动，所以采用高压水射流不但可以切割各种板状材料，也可以切割三维曲形的零部件。

2.3特种加工的发展趋势

为进一步提高特种加工技术水平及扩大其应用范围, 当前特种加工技术的发展趋势主要包括以下几点:1)采用自动化技术。充分利用计算机技术对特种加工设备的控制系统、电源系统进行优化,使加工设备向自动化、柔性化方向发展, 这是当前特种加工技术的主要发展方向。2)趋向精密化研究。高新技术的发展促使高新技术产品向超精密化与小型化方向发展, 对产品零件的精度与表面粗糙度提出更严格的要求。为适应这一发展趋势, 特种加工的精密化研究已引起人们的高度重视, 3)开发新工艺方法及复合工艺。为适应产品的高技术性能要求与新型材料的加工要求, 需要不断开发新工艺方法, 包括微细加工和复合加工, 尤其是质量高、效率高、经济型的复合加工, 如工程陶瓷、复合材料以及聚晶金刚石等[6]。

材料先进加工技术结课论文 先进制造技术

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先进制造技术是研究产品设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收再生的整个过程的工程学科,是以提高质量、效益、竞争力为目标,包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。随着社会的发展,人们对产品的要求也发生了很大变化,要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要求,就必须采用先进的机械制造技术。

先进制造技术不是一般单指加工过程的工艺方法，而是横跨多个学科、包含了从产品设计、加工制造、到产品销售、用户服务等整个产品生命周期全过程的所有相关技术，涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域，并逐步融合与集成。可基本归纳为以下四个方面：

a、先进的工程设计技术 b、先进制造工艺技术

c、制造自动化技术 d、先进生产管理技术、制造哲理与生产模式

3.1先进制造技术的研究现状

新材料成形加工技术的研究开发，是近二、三十年来材料科学技术领域最为活跃的方向之一。先进制备与成型加工技术的出现与应用，加上了新材料的研究开发、生产和应用进程，促成了诸如微电子和生物医用材料等新兴产业的形成，促进了现代航天航空，交通运输，能源环保等高技术产业的发展。

先进工业国家对材料制备与成型加工技术的研究开发十分重视。美国制定了“为了工业材料发展计划”，其核心是开放先进的制备与成型加工技术，提高材料性能，降低生产成本，满足未来工业发展对材料的需求。德国开展的“21世纪新材料研究计划”将材料制备与成型加工技术列为六个重点内容之一。在欧盟的“第六框架”计划中，先进制备技术时新材料领域的研究重点之一。日本在20世纪90年代后期，先后实施了“超级金属”、“超钢铁”计划，重点是发展先进的制备加工技术，精确控制组织，大幅度提高材料的性能，达到减少材料用量、节省资源和能源的目的。同时开展本科学领域色前沿和基础研究，并综合利用相关学科基础理论和科技发展成果，提供预备新材料的新原理新方法，也是材料科学与工程学科自身发展的需求。

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3.2先进制造技术的特点

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现代的产品开发系统的特点是：采用现代设计理论与方法；进行全生命周期设计；设计全过程采用信息技术；加快采用新材料、新工艺；产品开发周期短，返工少，成本低，努力做到一次成功；产品有创新，在国际市场上有竞争能力。

而材料则由传统结构材料向高性能、复合化、结构功能一体化发展，尤其需要先进制备与成型加工技术及装备，可使材料的生产过程更加高效，节能和洁净。材料成形加工技术是以成形技术为手段、以材料为加工对象、以过程控制为质量保证措施、以实现产品制造为目的技术。以材料为加工对象的特点决定了材料科学也成为技术的基础知识，而以过程控制为质量保证措施这一特点，决定了控制理论也成为重要组成部分。因此，材料成形加工技术是以材料学科和自动化专业及计算机科学与技术等为基础进行发展的技术。此外，随着科学技术的发展和学科交叉，材料成形加工也紧密地依赖诸如数学、物理、化学、微电子、计算机、系统论、信息论、控制论及现代化管理等各门学科及其最新成就。

3.3先进制造技术原理

3.3.1材料的精确成形

金属材料的精确成形包括液态金属精确成形(铸)、金属材料塑性精确成形(锻)、金属材料的精确连接成形(焊)。

无机非金属材料的精确成形包括陶瓷精确成形(塑性滚压成形法、注浆成形法、粉料压力成形法和特种成形法四种)、玻璃精确成形(吹制法、拉制法、压制法和吹/压制法四种)等。

高分子材料的精确成形包括液态高分子材料精确成形(如环氧树脂的浇注成形等)，固态高分子材料精确成形(如塑料的注射成形、挤出成形等)。3.3.2快速成形技术

快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。快速成型（RP）的技术设想，即是利用连续层的选区固化生产三维实体。快速成型制造是将制品离散成为相互独立的层并将各层独立制造。快速成形技术是在计算机控制下，基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料，最终完成零件的成形

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与制造的技术。从成形角度看，零件可视为“点”或“面”的叠加。从CAD电子模型中离散得到“点”或“面”的几何信息，再与成形工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。从制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制多维系统，通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件[7]。

3.3.3高分子材料加工技术

现代材料科学的范围定义为研究材料性质、结构和组成、合成和加工、材料的性能这四个要素以及它们之间的相互关系。高分子材料科学的基本任务是：研究高分子材料的合成、结构和组成与材料的性质、性能之间的相互关系；探索加工工艺和各种环境因素对材料性能的影响；为改进工艺，提高高分子材料的质量，合理使用高分子材料，开发新材料、新工艺和新的应用领域提供理论依据和基础数据。

3.4 工业机器人

工业机器人是一种可编程的智能型自动化设备，是应用计算机进行控制的替代人进行工作的高度自动化系统。最近，联合国标准化组织采用的机器人的定义是：“一种可以反复编程的多功能的、用来搬运材料、零件、工具的操作机”。在无人参与的情况下，工业机器人可以自动按不同轨迹、不同运动方式完成规定动作和各种任务。机器人和机械手的主要区别是：机械手是没有自主能力，不可重复编程，只能完成定位点不变的简单的重复动作；机器人是由计算机控制的，可重复编程，能完成任意定位的复杂运动。

3.5先进制造技术的发展趋势

轻量化、精确化、高效化将是未来材料成形加工技术的重要发展方向。新材料加工技术的主要发展方向包括以下几个方面[8]。

1）常规材料加工工艺的短流程化和高效化。

2）发展先进的成形加工技术，实现组织与性能的精确控制

3）材料设计（包括成分设计、性能设计与工艺设计）、制备与成形加工一体化 发展材料设计、制备与成型加工一体化技术，可以实现先进材料和零部件的高效，近终形，短流程成型。

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4）开发新型制备与成形加工技术，发展新材料和新产品

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块体非晶合金制备和应用技术、连续定向凝固成形技术、电磁约束成型技术、双结晶器连铸与充芯连铸复合技术、多坯料挤压技术、微成形加工技术等，是近年来开发的新型制备与成形加工技术。

5）发展计算机数值模拟与过程仿真技术，构建完善的材料数据库

高性能、高保真、高效率、多学科及多尺度是模拟仿真技术的努力目标，而微观组织模拟（从mm、μm到nm尺度）则是近年来研究的新热点课题。通过计算机模拟，可深入研究材料的结构、组成及其各物理化学过程中宏观、微观变化机制，并由材料成分、结构及制备参数的最佳组合进行材料设计。

6）材料的智能化制备与成形加工技术

材料的智能化制备与成形加工技术是1986年由美国材料科学界提出的“第三代”材料成形加工技术，20世纪90年代以来受到日本等先进工业国家的重视它通过综合利用计算机技术、人工智能技术、数据库技术和先进控制技术等，以成分、性能、工艺一体化设计与工艺控制方法，实现材料组织性能与成形加工质量，同时达到缩短研制周期、降低生产成本、减少环境负荷的目的。

材料的智能化制备与成形加工技术的研究尚处于概念形成与探索阶段，被认为是21世纪前期材料成形加工新技术中最富潜力的前沿研究方向之一。

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共 16 页参考文献

[1]《材料成形技术基础》，西安交通大学 邢建东 陈金德，机械工业出版社2010.1第二版

[2]《机械制造基础》，赵建忠，北京理工大学出版社，2008.7:89-90 [3]百度文献.国内外焊接技术的发展前景.[2012-11-22].http://wenku.baidu.com/ [4] 《特种加工技术》，赵万生，高等教育出版社，2001.6第一版 [5]百度百科.高压水射流切割

[6] 张纹,蒋维波.特种加工技术的应用与发展趋势[ J ].农业装备技术, 2006, 32(3): 24225.[7] 谢建新等编著，材料加工新技术与新工艺，北京：冶金工业出版社，2004 [8]荣烈润，材料成形加工技术发展趋势，航空精密制造技术，2009年02期