3D打印技术制造金刚石工具的可行性研究

第一篇：3D打印技术制造金刚石工具的可行性研究

3D打印技术制造金刚石工具的可行性研究

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，经过20年的发展，3D打印技术已经取得极大的进步，并开始广泛应用在各个领域。3D打印的特点是即使是很复杂的东西都可以神奇般的制造出来，只要使用与模型相同的材质，就能打印出和模型几乎完全一样的东西，所以它是一种实实在在重要的制造技术。其他的制造技术即使经过了数十年的努力也不过还是在集合复杂度上略有进展——而3D打印技术却可以轻而易举的解决这个问题。金刚石工具作为现今最为有效的硬脆材料加工工具，被广泛用于民用建筑与土木工程、汽车工业、交通工业、地勘与国防工业等领域和其它现代高新技术领域，而且还逐渐开始应用于宝石、医疗器械和复合非金属硬脆材料等众多新领域，社会对金刚石工具的需求量正在逐年大幅增加[1]。因此，3D打印技术制造金刚石成为了一个新的研究方向。本文对3D打印技术制造金刚石工具的可行性进行了研究，以期为这方面的研究提供一些参考。

1.3D打印

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，现正逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、强制以及其他领域都有所应用[2]。

3D打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。

3D打印技术本身并不复杂，关键是使用的耗材。3D耗材的扩展，决定了3D打印机的能力边界。然而就目前而言，3D打印的耗材并不广泛，主要有ABS塑料、PC工程塑料，以及金属粉末、木材、蜡、石膏粉等[3]。虽然3D打印机可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印，但无法实现打印的材料都是比较昂贵和稀缺的。另外，3D打印机也还没有达到成熟的水平，无法支持我们在日常生活中所接触到的各种各样的材料。目前，研究者们在多材料打印上已经取得了一定的进展，如掌握核心3D打印机技术的Objet公司，目前已经研究出可以使用的14种基本材料，并在此基础上混搭出107种材料。而两种或以上材料的混搭使用，使上色也成为现实。可以预见的是随着耗材的不断拓展，3D打印的应用会越来越广泛。

2.金刚石工具

金刚石工具是指用结合剂把金刚石（一般指人造金刚石）固结成一定形状、结构、尺寸，并用于加工的工具产品。广义地，金刚石研磨膏、滚压锯片、冷镶金刚石拉丝模、冷镶金刚石刀具、钎焊金刚石复合片刀具等，也都属于金刚石工具。

按照结合剂的不同，金刚石工具可分为以下几类：金属结合剂金刚石工具、电镀结合剂金刚石工具、树脂结合剂金刚石工具、陶瓷结合剂金刚石工具等[4]。金属结合剂工艺分为烧结、电镀和钎焊等几类。1．金属结合剂金刚石工具

金属结合剂金刚石工具是以金刚石为切磨材料，以金属粉末为结合剂，利用粉末冶金的方法，经过压制成型、烧结以及必要的加工而成的一类制品。2．电镀金属结合剂金刚石工具。

电镀金属结合剂金刚石工具是通过电镀的方法，经过金属电沉积过程，将一层至数层金刚石牢固地镶在金属基体上的一种制品。3．树脂结合剂金刚石工具 树脂结合剂金刚石工具是以树脂粉为粘结材料，并加入填充材料，经过热压、硬化及机加工等工艺制成的、具有一定形状的金刚石磨削加工工具。4．陶瓷结合剂金刚石工具

陶瓷结合剂金刚石工具是利用磨料(金刚石、碳化硅等)、玻料(硼酸、氧化锌、石英、云母等)、非玻料(粘土、A1：0，等)、着色剂(红色加Fe：0。、绿色加Cr20。等)、临时粘结剂(糊精、水玻璃、液体树脂等)混合物，经过成型、烧结、修整、修锐等制造工艺形成的一种金刚石磨削加工工具。

金刚石具有坚硬性，故制成的工具特别适合加工硬脆材料尤其非金属材料，如石材、墙地砖、玻璃、陶瓷、混凝土、耐火材料、磁性材料、半导体、宝石等；也可以用于加工有色金属、合金、木材，如铜、铝、硬质合金、淬火钢、铸铁、复合耐磨木板等。目前金刚石工具已广泛应用以建筑、建材、石油、地质、冶金、机械、电子、陶瓷、木材、汽车等工业。

3.3D打印技术制造金刚石工具的优缺点

利用3D打印技术制造金刚石工具在技术上已经能够实现，不同的金刚石工具可以运用不同的3D打印技术制造。本文以制造孕镶金刚石钻头为例，制造的整体过程如下：

1.三维设计

先通过计算机上的建模软件建立所需的金刚石钻头的模型，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。

2.切片处理

打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的合金材料将这些截面逐层地打印出来形成胎体，逐层打印时合理的加入金刚石颗粒。

3.激光烧结

为了能够使各层形成一个牢固的整体，在各层截面可以采用直接金属激光烧结的方式，从而制造出一个实体。

与传统的金刚石工具制造方法相比，3D打印技术制造金刚石工具有着极大的优点，也有着致命的缺点。

优点： 1.制造复杂结构的金刚石工具不额外增加成本； 2.制造金刚石工具时可以一步到位，不需多道工序； 3.可以按需打印，零时间交付；

4.一台3D打印机可以制造多种形状的产品； 5.降低了对工人技能的要求。缺点：

1.成本高昂。3D打印所需的材料价格较高，3D打印机也较昂贵，致使成本高昂。

2.质量达不到要求。由于3D打印制造的金刚石工具并非整体成型的，所以金刚石工具的力学物理性质达不到要求，使用时损坏率极高。3.难以量产。3D打印制造金刚石工具只能一个或几个同时制造，难以大批量生产。

4.精度较低。很多金刚石工具对精度的要求很高，而现今常用的3D打印技术精度只能达到0.1毫米，难以达到要求。

因为以上的几个缺点，所以以现在的3D打印技术只能造出少量可看不可用的金刚石工具。

4.结论

3D打印技术制造金刚石工具是难以应用于大量生产，而且受材料的限制，可以生产的产品很少，即使生产出来的产品，质量也难以保证。但随着3D打印技术的进步，3D打印技术制造金刚石工具终将实现。尽管如此，3D打印技术制造金刚石工具也更适合一些小规模制造，尤其是高端的定制化产品，而非大批量的生产中。

参考文献

[1] 金刚石工具.泉州众志金刚石工具有限公司 [引用日期2013-06-3].[2] 全球首款3D打印金属手枪问世 成功发射50枚子弹.新华网 ．2013-11-9 [引用日期2013-11-9].[3] 蔡雯.3D打印全靠有米下锅.科学24小时，2013, 7.[4] 张绍和.金刚石与金刚石工具.长沙：南大学出版社，2005.

第二篇：技术工具学习心得

技术工具学习心得

随着计算机、多媒体、现代通讯网络为代表的信息技术的迅猛发展，信息技术已经渗透到了教育领域，在教育领域中引起了一场深刻的变化。信息技术工具在教育领域的应用，对于转变信息教育观念，促进教育模式，教学内容，教学方法和教学手段的改革，对于推进中，全面提高教育质量和效益重要的意义。

通过这学期的网上研修学习，使我进一步了解了信息技术这一门科目。在各个工作领域中，每个职业都离不开信息技术。教会学生学习，对于知识更新快，实践性强的信息技术课来说，是最佳的教学策略。根据教学实践，我认为信息技术课学法指导应着重这几方面：

培养学生对信息技术的兴趣,学习的动力主要来自兴趣，有了兴趣学生学习主动性就高，学习效果也就会更好。要激发学生兴趣，首先要了解学生的对信息技术课的期望，在此基础上教师要根据学习内容精心设计好课堂任务，比如在画图软件的学习中，可以展示优秀作品，学生自行设计作品;在网络应用上，让学生上网体验;在程序设计上编些小程序解决数 学问题等等，这样让学生有成就感，自然就有兴趣学习。

我们自己应该不断充电，不断用新的知识来武装自己从而充分挖掘学生的潜力。教学过程中，信息技术工具教师应该认真钻研教材认真备课围绕相应的知识点多搜集一些相关的资料，从而巧妙地设计教学任务，将每一个任务都设计的明确、合理、科学将所要传授的各个知识点蕴含于各个任务中，将每一个学习模块的内容分解为一个个容易掌握的“任务”。让学生完成了相应的任务后，从而也掌握了需要接受的知识。让学生带着真实的任务学习，从而让学生拥有学习真正主动权。教师在教学过程中也要注意引导学生去完成一系列由简到繁、由易到难、循序渐进地“任务”从而保证教学目标顺利完成，让他们尝到学习的乐趣满足他们的成就感让每一个学生都能体验到成功的喜悦。

激发学生学习的热情和兴趣在教学过程中，教师应尽可能地选择一些贴近生活的实例，学生容易理解也容易引起学生的共鸣。在信息技术教学中，学生学习的知识类型多种多样，学生在学习信息技术这门课程时，往往喜欢上机操作课，而不喜欢上理论课。其实，在课堂教学中，我们可尽量将枯燥的东西讲解的生动形象一点，比如我在上“信息无处不在”这块内容时，通过举例：校园的铃声告诉我们上课、下课的信息，走过食堂时传来的饭菜香传递给了我们可以吃饭的信息，通过这几个身边的小事情，学生踊跃发言，让学生轻松地掌握了信息的概念及信息的载体，也让学生可以举一反三。用好的比喻，贴近生活的例子，激发了学生学习的热情和兴趣，教师可以把理论课教得轻松，学生学得愉快，也获得了成功的喜悦和欢乐。

第三篇：技术工具学习心得

技术工具学习心得

随着计算机、多媒体、现代通讯网络为代表的信息技术的迅猛发展，信息技术已经渗透到了教育领域，在教育领域中引起了一场深刻的变化。信息技术在教育领域的应用，对于转变信息教育观念，促进教育模式，教学内容，教学方法和教学手段的改革，对于实施素质教育，促进基础教育的发展，全面提高教育质量和效益，都具有重要的意义。

在信息社会，一名高素质的教师应具有现代化的教育思想、教学观念，掌握现代化的教学方法和教学手段，熟练运用信息工具,对信息资源进行有效的收集、组织、运用这些素质的养成就要求教师不断地学习，才能满足现代化教学的需要.如果教师没有良好的信息素养，就不能成为一名满足现代教学需要的高素质的教师。良好的信息素养是教育系统本身的需要。在迅猛发展的信息社会，信息日益成为社会各领域中最活跃、最具有决定意义的因素。教学过程是一个教育者对教育信息的整理、加工和传播的过程。教师是这一过程中主要的信源和传输者，在教育信息的准备和传递等方面起着举足轻重的作用。因此，教育系统本身要求教师具备一定的信息素养。现代教育技术要应用现代教育媒体和开发各种现代教育技术，要适应工作需要首先应掌握现代媒体技术。教师掌握了现代技术，有助于改善教师的能力结构。所以信息素养是终生学习者具有的特征。

学习和掌握现代信息技术，不仅使我在原有的教学能力的基础上有所改善，增强我对新时期现代信息教育工作的适应性，更重要的是增强了适应素质教育的要求。大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革。充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教学环境和有利的学习工具。我们要充分认识现代信息技术的这种巨大的作用，我们要提倡以提高教学质量和效益为目的、以转变学生学习方式和促进学生发展为宗旨的教学技术应用观。黑板、粉笔、挂图、模型等传统教学工具，录音机、幻灯机、放映机等传统的教学手段，在学校教学活动中同样具有独特的生命力，在教学中都有用武之地。当然，每种教学手段也都有其局限性和使用范围，所有的教学手段都有其自身的价值和存在的意义。为了适应新课程，教师必须掌握新的技能，学习新的技术，也是小学教师这一专业的特征。比如，收集和处理信息的能力，课程开发与整合的能力，将信息技术与教学有机结合的能力，广泛利用新课程的特点与资源指导学生开展研究性学习的能力等。这些新技术，新方法，尤其是信息技术，是实现教育跨越式发展的直通车。因此，大力推进信息技术在教学过程中的应用，是新教材，新课程需要解决的一个重要问题之一。

通过计算机操作能力的培训，多媒体技术作为一种先进的教学手段，服务于教学，充分显示了它的优势。多媒体技术集文字、图表、录音、录像、动画等功能于一体、图文并茂，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境，确是大大提高了课堂教学的质量与效益。但是更重要的是善于将信息技术与学科课程整合起来，发挥学生的主动性和创造性，从而为学生能力的发展营造最理想的教学环境，这是新课程对教师的又一重大挑战。在这种背景下，教师只有不断学习，努力提高自己的专业能力，才能真正在教育改革中发挥关键作用。培训，虽然短暂，但使我的受益不浅，其感触非一一能言尽。

在今后的工作中，我一定扎实工作，努力学习，把用所学到的教育技术知识更好地应用教研教改中，在紧张而繁忙的工作之余再培训会收获一些欣慰吧!我仍会继续学习各种关于信息技术的知识、持之以恒，不懈的努力优化课堂教学

第四篇：再制造技术

再制造技术

再制造是一种对废旧产品实施高技术修复和改造的产业，它针对的是损坏或将报废的零部件，在性能失效分析、寿命评估等分析的基础上，进行再制造工程设计，采用一系列相关的先进制造技术，使再制造产品质量达到或超过新品。就是通过一系列工业过程,将废旧产品中不能使用的零部件通过再制造技术修复,主要以先进的表面工程技术为修复手段（即在损伤的零件表面制备一薄层耐磨、耐蚀、抗疲劳的表面涂层），使得修复处理后的零部件的性能与寿命期望值达到或高于原零部件的性能与寿命。

再制造的内容有在产品设计阶段，要考虑产品的再制造性设计。在产品的服役至报废阶段，要考虑产品的全寿命周期信息跟踪。在产品的报废阶段，要考虑产品的非破坏性拆解、低排放式物理清洗。要进行零部件的失效分析及剩余寿命演变规律的探索；要完成零部件失效部位的具有高结合强度和良好摩擦学性能的表面涂层的设计、制备与加工，以及对表面涂层和零部件尺寸超差部位的机械平整加工及质量控制等。再制造的研究内容非常广泛，贯穿产品的全寿命周期，体现着深刻的基础性和科学性。主要以先进的表面工程技术为修复手段。表面工程技术又包括： 喷涂修复技术，电刷镀修复技术，激光修复技术，纳米表面工程技术。主要用于轴类及一些贵重零件修复技术。

需要独立解决的科学和技术问题：

1、加工对象更苛刻主要有：锻焊、热处理、铣磨件尺寸差、残余应力、内部裂纹、表面变形等缺陷；

2、前期处理更繁琐再制造的毛坯必须去除油污、水垢、锈蚀层及硬化层；

3、质量控制更困难再制造毛坯寿命预测和质量控制，因毛坯损伤的复杂性和特殊性而使其非常困难；

4、工艺标准更严格再制造过程中废旧零件的尺寸变形和表面损伤程度各不相同，必须采用更高技术标准的加工工艺。

表面工程技术：表面工程是一项系统工程:因为表面工程是以表面科学为理论基础，以表面和界面行为为研究对象，首先把互相依存、相互分工的零件基体与零件表面构成一个系统，同时又综合了失效分析、表面技术、涂覆层材料、预处理和后加工、表面检测技术、表面质量控制、使用寿命评估、表面施工管理、技术经济分析、三废处理和重大工程实践等多项内容。表面工程在不同领域的功能：机械类产品：提高零件表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗疲劳等性能。电子电器元件：提高元器件表面的电、磁、声、光等特殊物理性能。生物医学材料：提高人造骨骼等人体植入物的耐磨性、耐蚀性及生物兼容性。工艺品：提高耐蚀性和美观性。

表面工程技术分为：表面改性，表面处理，表面涂覆，复合表面技术，纳米表面工程。

（一）、表面改性：表面改性是指通过改变基质表面的化学成份以达到改善表面结构和性能的目的。例如：化学热处理、离子注入、渗氮、渗碳处理等。表面改性技术有：

1、扩散渗入：非金属元素表面渗扩，金属元素表面渗扩，复合元素表面渗扩；

2、离子注入：非金属离子注入，金属离子注入，复合离子注入；

3、转化膜技术：电化学转换膜，化学转换膜，金属着色技术。

（二）、表面处理：

1、表面淬火处理：感应加热表面淬火，激光加热表面淬火，电子束加热表面淬火；

2、表面变形处理：喷丸，辊压，孔挤；

3、表面纳米加工技术。

（三）、表面涂覆，在基质材料表面制备涂覆层，即表面涂覆是在基质表面上形成一种膜层。涂覆层的化学成分、组织结构可以和基质材料完全不同，它以满足表面性能、涂覆层与基质材料的结合强度能满足工况、经济、环境好为准则。如化学气相沉积（CVD)、物理气相沉积（PVD）热喷涂、堆焊等、电镀、化学镀等。

（四）、复合表面工程技术，复合表面工程技术是对上述三类表面工程技术的综合运用。复合表面工程技术是在一种基质材料表面上采用了两种或多种表面工程技术，用以克服单一表面工程技术的局限性，发挥多种表面工程技术间的协同效应，从而使基质材料的表面性能、质量、经济性达到优化。

（五）、纳米表面工程技术，纳米表面工程技术是充分利用纳米材料、纳米结构的优异性能，将纳米材料、纳米技术与表面工程技术交叉、复合、综合，在基质材料表面制备出含纳米颗粒的复合涂层或具有纳米结构的表层。纳米表面工程技术能赋予表面新的服役性能，使零件设计时的选材发生重要变化，并为表面工程技术的复合开辟了新的途径。

在进行再制造时要对机械进行评估：

1、机械零件的检测和寿命评估技术：无损检测手段包括超声波检测、相控阵超声波检测、涡流检测、X射线检测、磁粉检测等。综合分析影响检测结果的各项技术参数，系统优化无损检测技术组合，保障零部件表面及内部的缺陷检出率和检测速度。

2、选择合适的理论和技术，建立寿命评估分析模型，评估零部件的剩余寿命。

常用的再制造技术有：激光修复技术，电刷镀修复技术，喷涂修复技术。

激光修复技术：

激光是由受激辐射引起的并通过谐振“放大”了的光。实用激光器有红宝石激光器、钕玻璃激光器、二氧化碳气体激光器。

产生原理：在电管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物质，使其原子的电子达到受激发的高能量状态，当这些电子要回复到平静的低能量状态时，原子就会射出光子，以放出多余的能量；而接着，这些被放出的光子又会撞击其它原子，激发更多的原子产生光子，引发一连串的「连锁反应」，并且都朝同一个方前进，形成强烈而且集中朝向某个方向的光。

激光表面处理：采用激光表面处理可以解决某些其他表面处理方法难以实现的技术目标。例如细长钢管内壁表面硬化，成型精密刀具刃部超高硬化，模具合缝线强化，缸体和缸套内壁表面硬化等等。采用激光热处理的经济效益显著优于传统热处理，例如汽车转向器壳体激光淬火（相变硬化）和锯齿激光淬火等。激光表面处理技术在汽车行业应用极为广泛，在许多汽车关键件上，如：缸体、缸套、曲轴、凸轮轴、派启发、阀座、摇臂、铝活塞环槽等几乎都可以采用激光热处理。• 例如：美国通用汽车公司用十几台千瓦级CO2激光器，对换向器壳内壁局部硬化，日产3万套，提高工效四倍。• 我国采用大功率CO2激光器对汽车发动机进行缸孔强化处理，可延长发动机大修里程到15万公里以上，一台汽缸等于三台不经处理的汽缸。

激光修复技术分为：激光相变硬化（淬火）和退火，激光熔凝，激光熔覆和合金化，激光冲击硬化等。激光淬火/覆照相变硬化-原理：激光覆照相变硬化也叫激光表面淬火。它以高能密度的激光束快速照射材料表面，使其需要硬化的部位瞬间吸收光能并立即转化为热能，使激光作用区的温度急剧上升到相变温度以上，形成奥氏体。此时工件基体仍处于冷态并与加热区之间的温度梯度极高。因此，一旦停止激光照射，加热区因急冷而实现工件的自冷淬火。从而提高材料表面的硬度和耐磨性。表面淬火的优点自冷淬火，不需水或油等淬火介质，避免了环境污染。加工柔性高，对工件的许多特殊部位，例如槽壁、槽底、小孔、盲孔、深孔以及腔筒内壁等，只要能将激光照射到位，均可实现激光淬火。工艺过程容易实现生产自动化。激光表面合金化是在高能束激光的作用下，将一种或多种合金元素快速熔入基体表面，使母材与合金材料同时熔化，形成表面合金层，从而使基体表层具有特定 的合金成分的技术。换句话讲，它是一种利用激光改变金属或合金表面化学成分的技术。优点，可以节约大量具有战略价值贵重元素、形成具有特殊性能的非平衡相或非晶态、晶粒细化、提高合金元素的固熔度和改善铸造零件的成分偏析。激光熔覆－ 原理：激光熔覆与激光合金化的原理一致，它是利用激光在基体表面覆盖一层具有特定性能的涂覆材料。这类涂覆材料可以是金属和合金，也可以是非金属，还可以是化合物及其混合物。在涂覆过程中，涂覆层与基体表面通过熔合结合在一起，激光熔覆的方式与激光合金化相似。获得的涂层可以提高材料表面的耐蚀、耐磨、耐热、减磨以及其他特性。激光冲击强化－ 原理：工件表面涂上一层不透光材料（涂层），再覆盖一层透光材料（约束层），高功率密度短脉冲（纳秒级）强激光透过约束层照射金属材料表面。涂层在极短时间内产汽化电离成高温高压的等离子体；由于约束层存在，等离子体的膨胀受限，产生向金属内部传播的强冲击波，使金属材料表层发生塑性变形，形成激光冲击强化区；从而改善金属材料的机械性能。

电刷镀修复技术。

电镀修复技术是利用电解方法使电解液中的金属离子在零件表面上还原成金属原子并沉积在零件表面上形成具有一定结合力和厚度镀层的一种方法。电刷镀溶液制备是电刷镀的关键技术之一目前商品化的电刷镀液达130余种： 合金电刷镀液：

二元合金 Ni-P Ni-W Ni-Co Co-Mo Co-W 三元合金 Ni-W-Co Ni-W-P Ni-Fe-W Ni-Fe-Co 非晶态电刷镀液：

主要集中于Ni基含P、W、Co的镀层，其中的硬质性颗 粒具有弥散增强作用。

电刷镀原理：采用专用的直流电源设备，电源的正极接镀笔，负极接工件，镀笔通常采用高纯石墨块作阳极材料，外包棉花或涤棉套，基本变化过程金属离子在液相中传质，到达阴极表面边界层金属离子穿过阴极表面边界层完成表面转化与阴极的电子交换，金属原子被还原成吸附态金属原子后续表面转化，金属原子结晶。

电刷镀镀液的分类：预处理液：去除被镀金属表面油污、锈蚀、氧化层和各种杂质包括电净液、活化液。电沉积金属镀液：单金属镀液，合金镀液，退镀镀液从工件表面腐蚀去除金属或多余镀层的溶液。钝化和阳极化镀液：在工件表面生成致密氧化膜。特殊用途的镀液： 在工件表面获得各种特殊功能的表面层，如抛光、染色发黑、防变色等。

喷涂修复技术。

热喷涂及其分类：1）电弧喷涂、2）火焰喷涂、3）等离子喷涂和 4）特种喷涂。热喷涂： 利用热源将喷涂材料加热至熔融状态，并通过气流吹动使其雾化后高速喷射到零件表面，形成特定的涂层，以提高工件的性能的表面技术。热源：气体、液体燃料，电弧、等离子、激光等。材料：金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物、塑料等。性能：耐磨、耐热、耐蚀、抗氧化、隔热、导电、绝缘、密封等。涂层厚度：5 mm — 5 mm.。

热喷涂的一般原理实际上就是用一种热源，如电弧、离子弧或燃气燃烧的火焰等将粉状或丝状的固体材料加热熔融或软化，并用热源自身的动力或外加高速气流雾化,使喷涂材料的熔滴以一定的速度喷向经过预处理干净的工件表面。热喷涂过程中，喷涂材料大致经过以下过程：

1、表面净化。

2、表面预加工。

3、表面粗化。

4、预热。

5、喷涂底层。

6、喷涂工作层。

7、喷后处理。

电弧喷涂：以电弧为热源，将金属丝熔化并用高速气流雾化，使熔融粒子高速喷到工件表面形成涂层。电源：V = 40V，I = 100-400A的伏安特性。电弧喷涂枪，送丝装置，气体压缩机。电弧喷涂丝材主要有Al, Zn, Cu, Ni, Mo等及其合金，以及碳钢、不锈钢等。

火焰喷涂：以气体燃烧热为热源，将金属丝或粉末熔化并雾化而进行的喷涂。1.线材火焰喷涂。2.粉末火焰喷涂。

在理论基础方面，完善了涂层残余应力的计算方法，探索并初步建立了寿命预测评估模型。研究并初步提出了再制造零部件涂层中残余应力的计算方法；以废旧柴油机曲轴为对象，研究了非线性动力学分析模型，探讨了废旧零部件疲劳试验数据与模型分析数据的映射关系，初步建立了剩余寿命预测模型。

第五篇：先进制造技术

先进制造技术（AMT）：是指在制造过程和制造系统中融合电子、信息和管理技术，以及新工艺、新材料等现代科学技术，使材料转换成产品的过程更有效、成本更低、更及时满足市场需求的先进的工程技术的总称。

广义制造：不仅包括具体的工艺过程，还包括市场分析、产品设计、质量控制、生产过程管理、营销、售 后服务直至产品报废处理等在内的整个产品寿命周期的全过程。

狭义制造：是指生产车间内与物流有关的加工和装配过程。

制造系统：是指由制造过程及其设计的硬件、软件和人员组成的一个具有特定功能的有机整体。制造业：是指以制造技术为主导技术进行产品制造的行业。

制造业的核心要素是质量、成本和生产率。

制造技术是制造业所使用的一切生产技术的总称，是将原材料和其他生产要素经济合理地转化为可直接使用的具有较高附加值的成品/半成品和技术服务的技术群。

制造技术的五个发展时期：工场式生产时期、工业化规模生产时期、刚性自动化发展时期、柔性自动化发展时期、综合自动化发展时期。

先进制造技术的发展趋势：数字化是发展的核心、精密化是关键、极端化是焦点、自动化是条件、集成化是方法、网络化是道路、智能化是前景、绿色化是必然

先进制造技术：是在传统制造技术基础上不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等方面的成果，综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变市场的适应能力和竞争力的制造技术的总称。先进制造技术的三个层次：基础技术、新型单元技术、集成技术

先进制造技术的五个特征：系统性、广泛性、集成性、动态性、实用性

电火花成型加工原理：是基于电火花腐蚀原理，即在工具电极与零件互相靠近时，极间电压将在正负极间使电介质电介液电离而形成火花放电，并在火花通道中瞬时产生大量热能，足以使金属局部熔化甚至气化，而将金属腐蚀掉，从而形成所要求的形状。达到成型加工目的。电火花技工的5种放电状态：开路（空载脉冲）、火花放电（工作脉冲）、过度电弧放电（不稳定电弧放电）、电弧放电（稳定电弧放电）、短路（短路放电）。

电火花加工特点：

1、加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。工具电极材料不需比工件材料硬，制造容易。

2、便于加工用普通机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不漏热处理影响，与工件的机械性能关系不大。

3、适于加工脆性材料或薄壁弱刚性的零件，以及普通切削刀具易发生干涉而难以进行加工的精密微细异型孔、深小孔、狭长缝隙、弯曲轴线的孔、型腔等。

4、脉冲放电持续时间极端，放电产生的热量传导扩散范围小，放电侵没在工作液中进行，因此对整个工件而言，在加工过程中几乎不受热的影响。

5、可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。

电火花加工的条件：

1、工具电极和工件之间必须维持合理的间隙。

2、两电极之间必须充入一定性能的工作介质。

3、输送到两电极间的脉冲能量密度应足够大。

4、放电必须是瞬时的脉冲放电。

5、脉冲放电需重复多次进行，并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分散的。

6、脉冲放电后的电蚀产物能及时排放至放电间隙之外。

影响电火花加工的因素：

1、极性效应

2、覆盖效应

3、二次放电

4、加工速度

5、电火花放电通道

6、工具电极损耗

7、放电间隙

8、放电产物排出

极性效应：电火花加工时，即使加工相同材料，两电极的被腐蚀量也是不同的，其中一个电极比另一个电极的蚀出量大，这种现象叫极性效应。把工件与脉冲电源正极相接的加工叫正极性加工，反之为负极性加工。当采用短脉冲精加工是，应选用正极性加工，长脉冲粗加工是应选用负极性加工。精加工放电间隙一般只有0.01mm左右，粗加工时可达0.3-0.5mm。

电火花线切割：使用现状电极（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线

电火花线切割机床通常分为两大类：一类是快走丝电火花线切割机床。这类机床的电极丝做高速往复运动，一般走丝速度为8-10m/s。是我国生产和主要使用的机种，也是独有的加工模式，另一种是慢走丝电火花切割机床，这类机床的电极丝低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s。国外生产和主要使用。

线切割的特点：

1、缩短了生产准备时间，加工周期短

2、脉冲电源加工电流较小，脉冲宽度较窄，属中、精加工范畴，所以只采用正极性加工。

3、采用水或水基工作也，不会引燃起火，容易实现安全无人运转。

4、电极丝比较细，切缝较窄，可以加工微细异型孔、窄缝和复杂形状的工件，实际金属去除量很少，材料的利用率很高。

5、工具电极是运动的长金属丝，故可加工很小的窄缝或人工缺陷，电极丝的损耗对加工精度无影响，但自身尺寸精度对快慢走丝加工精度均有直接的影响。

电火花线切割加工设备主要由机床本体、脉冲电源、控制系统、工作液循环系统和机床附件等及部分组成。线切割加工的主要工艺指标有切割速度、加工精度及加工表面质量等。

线切割常见的装夹方式1悬臂式支撑 2两端式支撑 3桥式支撑 4板式支撑 5复式支撑

微机械：是指可以批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，甚至外围接口、通信电路和电源等于一体的微型器件或系统，也称微型机电系统（MEMS）或微型系统。

微机械主要特点：1体积小，精度高，质量轻

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。

6、集约高技术成果，附加价值高。

光刻加工：使用照相复印的方法将光刻掩模上的图形印刷在涂有光致抗蚀剂的薄膜或基材表面，然后进行选择性腐蚀，刻蚀出规定的图形。光掩膜制造技术、曝光技术和刻蚀技术是组成光刻技术的关键技术。刻蚀技术是一类可以独立于光刻的微型机械关键的成型技术，刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀。

LIGA是一种使用X射线的深度光刻与电铸相结合，实现深宽比大的微细构造的成型方法。LIGA是德文的平版印刷术、电铸成型和注塑的缩写。

封接技术的目的是将分开制作的微机械部件在使用粘结剂的情况下连接在一起，封在壳中使其满足使用要求。他影响到整个微机械的功能和尺寸，是关键技术。

分子装配技术：利用其探针的尖端可以俘获和操纵分子和原子，并可以按照需要拼成一定的结构，进行分子和原子的装配制作微机械，这是一种纳米级微加工技术，是一种从物质的微观角度来构造、制作微机械的工艺方法。

超精密加工方法主要有超精密切削、超精密磨削、超精密研磨和超精密细加工。

超精密切削对刀具的要求：

1、极高的硬度、耐磨度和弹性模量，以保证刀具有很高的刀具耐用度。

2、刃口能磨得及其锋锐，刃口半径极小，能实现超薄的切削厚度

3、刃口应无缺陷

4、与工件材料的抗粘结性好，化学亲和性笑、摩擦因数低，能得到极好的加工表面完整性。

超精密磨削加工是指利用细粒度的磨粒或微粉磨料进行砂轮磨削、砂带磨削，以及研磨、珩磨和抛光等进行超精密加工的总称，是加工精度达到或高于0.1um，表面粗糙度小于Ra0.025um的一种亚微米级加工方法。

高速加工技术是指采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠地实现高速运动的自动化制造设备，极大地提高材料切除率，并保证加工精度和加工质量的现代化制造加工技术。

高速与超高速切削的特点：

1、可减少工序，提高生产效率

2、切削力小、热变形小

3、加工精度高

4、加工能耗低、节省制造资源。

高速切削加工的关键技术包括高速主轴、快速进给系统、高性能CNC控制系统、先进的机床结构、高速加工刀具。高速主轴在结构上几乎全部采用主轴电机与主轴合二为一的结构形式，简称电主轴。

高速切削通常使用的刀具材料：硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石刀具、立方氮化硼刀具。

在实际应用中，磨削速度在100M/S以上即被称为高速磨削。高速磨削是提高磨削效率和降低工件表面粗糙度的有效措施。

逆向工程（RE）是相对于传统正向工程而言的，又称反求工程或反求设计，其实想最初是来自从油泥模型到产品实物的设计过程。逆向工程系统的组成：

1、产品实物几何外形数字化

2、CAD模型重建（1、CAD模型的校验与修正

2、CAD模型的分析与改进

3、CAD模型的校验与修正）

3、产品或模具制造

模型重建软件包括：

1、用于正向设计的CAD/CAM/CAE软件（Solidworks）

2、集成有逆向功能模块的正向CAD/CAM/CAE软件(Pro/E、UG)

3、专用的逆向工程软件（Imageware）逆向工程的关键技术：

1、数据采集与处理（数字化技术）

2、曲面构造（建模技术）数字化方法主要分为接触式测量和非接触式测量

快速原型制造技术（RPM）：综合机械、电子、光学、材料等学科，能够自动、直接、快速、精确地将设计思想转化为具有一定功能的原型或直接制造零件/模具。原理：彻底摆脱传统的“去除”加工法，而基于“材料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加工分解为简单的材料二维的组合，它能在CAD模型的直接驱动下，快速制造任意复杂形状的三维实体。

典型的RPM工艺方法：

1、光敏液相固化法SLA

2、叠层实体制造法LOM

3、选择性激光烧结法SLS

4、熔融沉积制造法FDM

激光加工技术：利用光能经过透镜聚焦后达到的很高的能量密度，依靠光热效应来加工各种材料。特性：

1、亮度强度高

2、单色性好

3、相干性好

4、方向性好 加工原理：激光加工是工件在光热效应下产生的高温熔融和冲击波的综合作用过程。特点：

1、非接触加工，加工速度快，热影响区小，无明显机械力，可加工易变形的薄板和弹性零件。

2、功率密度高，几乎能加工所有的材料，3、激光光点直径小，能进行非常微细的加工。

4、不需要加工工具无工具损耗，适宜自动化生产。

5、通用性好

6、影响因素多，加工时精度和表粗度需反复试验，寻找合理的加工参数达到要求。应用：

1、激光打孔

2、激光切割

3、激光焊接

4、激光表面处理

超声波加工原理：是利用工具端面作超生频振动，通过磨料悬浮液加工，使工件成型的一种方法。

水射流切割：是以水作为携带能量的载体，用告诉水射流对各类材料进行切割的一种工艺方法，是一种冷切割工艺。

计算机辅助设计CAD：是指工程技术人员以计算机为工具，用各自的专业知识，对产品进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。完整的CAD系统具有图形处理、几何建模、工程分析，仿真模拟以及工程数据库的管理与共享等功能。CAD系统的软件分为系统软件，支撑软件和应用软件三个层次。

计算机辅助工艺过程设计CAPP：工艺设计是机械制造生产过程的技术准备工作的一个重要内容，是产品设计与车间的实际生产的纽带，是经验性很强且随环境变化而多变的决策过程。CAPP是应用计算机快速处理信息功能和具有各种决策功能的软件来自动深沉工艺文件的过程。目前常用的CAPP系统可分为派生式、创成式和综合式三大类。

计算机辅助制造CAM：按计算机与物流系统是否有硬件接口联系可将CAM功能分为直接应用功能和简介应用功能。计算机数控系统：是指用数字化信号对设备运行及其加工过程进行控制的一种自动化技术，也是典型的机械、电子、自动控制、计算机和检测技术密切结合的机电一体化高新技术。

CNC机床数控系统由数控装置、可编程控制器（PLC）、进给伺服驱动装置、主轴伺服驱动装置、输入输出接口，以及机床控制面板和人机界面等部分组成。其中数控装置为机床数控系统的核心，其主要功能有运动轴控制和多轴联动控制功能。

数控加工编程的一般步骤：

1、工艺处理

2、数值计算

3、编制零件加工程序单

4、输入零件加工程序单

5、程序校验 CAD/CAM计算机辅助设计与计算机辅助制造，是一门基于计算机技术而发展起来的、与机械设计和制造技术相互渗透相互结合的、多学科综合性的技术。

CAM是指应用电子计算机来进行产品制造的统称。广义CAM是利用计算机进行零件的工艺规划、数控程序编制、加工过程仿真等。在CAM过程中主要包括计算机辅助工艺设计软件（CAPP）和数控变成软件（NCP）狭义CAM理解为数控加工，包括刀具路径规划，刀位文件生成，刀具轨迹仿真及M代码生成等。更为广义的CAM是指应用计算机辅助完成从原材料到产品的全部制造过程，包括直接制造过程和简介制造过程。CAD/CAM系统由硬件系统和软件系统组成。硬件系统包括计算机和外部设备，软件系统由系统软件、应用软件和专业软件组成。

制造自动化：狭义的含义是生产车间内产品的机械加工和装配检验过程的自动化，包括切削加工自动化、工件装卸自动化、工件储运自动化、零件与产品清洁及检验自动化、断屑与排屑自动化、装配自动化、机器故障诊断自动化。广义包含了产品设计自动化、企业管理自动化、加工过程自动化和质量控制自动化等产品制造全过程以及各个环节综合集成自动化，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时、洁净的目标。制造自动化发展历程分为刚性自动化、柔性自动化和综合自动化三个发展阶段。制造自动化的发展趋势可用敏捷化、网络化、虚拟化、智能化、全球化、绿色化六个方面来概括。工业机器人：工业机器人是一种可重复编程的多自由度的自动控制操作机，是涉及机械学、控制技术、传感技术、人工智能、计算机科学等多学科技术为一体的现代制造业的基础设备。

工业机器人一般由执行机构、控制系统、驱动系统以及位置检测机构等几个部分构成。

工业机器人的分类：按系统功能分：专用机器人、通用机器人、示教再现式机器人、智能机器人。按结构形式分直角坐标机器人、球坐标机器人、圆柱坐标机器人、关节机器人。按驱动方式分气动、液动、电气 机器人选用和设计应考虑的几个指标：

1、自由度是衡量机器人技术水平的主要指标。通用机器人有3-6个自由度。

2、工作空间是指机器人应用手抓进行工作的空间范围。

3、提取重力。

4、运动速度。通用机器人的最大直线运动速度大多在1000mm/s以下，最大回转速度一般不超过120°/s。

5、位置精度。典型的工业机器人定位精度一般在±0.02-±5范围。

工业机器人的控制系统分类：

1、按控制系统回路的不同，可分为开环系统和闭环系统。

2、按控制系统的硬件分，有机械控制、液压控制、射流控制、顺序控制和计算机控制。

3、按自动化控制程度分顺序控制系统、程序控制系统、自适应控制系统、人工智能系统

4、按编程方式分屋里设置编程控制系统、示教编程控制系统、高线编程控制系统。

5、按机器人末端运动控制轨迹分点位控制和连续轮廓控制。工业机器人的性能特征：通用性、柔性、灵活性、智能性

柔性制造系统（FMS）：概念：是集数控技术、计算机技术、机器人技术以及现代管理技术为一体的现代制造技术。广义：柔性制造系统是由若干台数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成。更为直观的定义：柔性制造系统至少由两台机床、一套具有高度自动化的物料运储系统和一套计算机控制系统所组成的制造系统，通过简单改变软件程序便能制造出多种零件的任何一种零件。

FMS组成：

1、加工系统包括由两台以上的CNC机床、加工中心或柔性制造单元（FMC）以及其他的加工设备组成2、工件运储系统由工件装卸站、自动化仓库、自动化运输小车、机器人、托盘缓冲站、托盘交换装置等组成能对工件和原材料进行自动装卸、运输和存储。

3、刀具运储系统包括中央刀库、机床刀库、刀具预调站、刀具装卸站、刀具输送小车或机器人、换刀机械手等。

4、一套计算机控制系统能够实现对FMS进行计划调度、运行控制、物料管理、系统监控和网络通信等。除此之外还包含集中冷却润滑系统、切屑运输系统、自动化清洗装置、自动去毛刺设备等附属系统。FMS特点：

1、柔性高，适应多种中小批量生产

2、系统内的机床在工艺能力上是相互补充或互相代替的3、可混流加工不同的零件

4、系统局部调整或维修不中断整个系统的运作

5、递阶结构的计算机控制，可以与上层计算机联网通信

6、可进行三班无人值守生产

FMS关键技术：计算机辅助设计，模糊控制技术，人工智能、专家系统及智能传感器技术，人工神经网络技术。

虚拟制造技术VM：是指物质世界的数字化，也就是对真实世界的动态模拟和再现，即虚拟现实。虚拟制造是以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为支持..CIMS计算机集成制造系统：从系统的功能角度考虑，一般认为CIMS是在两个支撑分系统（网络系统和数据库系统）的基础上由4个分系统组成：经营管理信息系统、工程设计自动化系统化、制造自动化系统和质量保证信息系统。

CIMS三大特征为数据驱动、集成、柔性 五个层次 ：工厂级、车间级、单元级、工作站级和设备级。

LP：精益生产 精益生产方式的资源配置原则，是以彻底消除无效劳动和消费为目标。

NC:数控技术 CNC:计算机数控 FMC柔性制造单元 FMS柔性制造系统 CAD/CAM计算机辅助设计与制造 CAPP计算机辅助工艺规划 CAE计算机辅助工程 CAT计算机辅助检测 ROBOT工业机器人 CIMS计算机集成制造系统 CE并行工程 LP精益生产 AM：敏捷制造 CM:绿色制造