国内外先进复合材料低成本制造技术的发展现状

第一篇：国内外先进复合材料低成本制造技术的发展现状

国内外先进复合材料低成本制造技术的发展现状

从低成本成型的研发现状看，大致可分为以下5方面的内容：（1）对热固性复合材料一直沿用的方法进行改进和提高效率，如Filament Winding（FW，纤维缠绕）、Pultrusion（拉挤）、Braiding（编织）、Tow placement（丝束排布）、自动成套裁剪、预浸材料激光样板切割（Laser template）等自动化技术。（2）湿法工艺技术：RTM、RFI等在纤维增强体的预型件上再注入浸渍树脂。（3）热塑性复合材料的易成型新材料开发及IN-SITU（原位）成型方法：Direct consolidate（直接固结）、Commingled yarn（搀混纱线）、Powder coated towpreg（粉末涂覆丝束预浸）等新成型方法。（4）不用热压罐的新固化技术，用微波、电子束、超声波、X线等高效率能量的新固化方法。（6）CAD/CAM模拟技术：铺层、浸渍、成型、固化等工序的模型化/模拟技术，有助于保证产品质量，提高生产效率。

低成本成型技术当前发展的主流是湿法成型技术，也称液体模塑成型技术（简称LCM），主要有树脂传递模塑、真空辅助树脂传递模塑（VARTM）、树脂渗透成型工艺（SCRIMP）和结构反应注射模塑等。其中最重要的是树脂传递模塑技术（RTM）以及由此而发展起来的VARTM。RTM免除了将纤维制成预浸料，再切割成层片然后再铺叠成预型件的过程，摆脱了大投资的热压罐，工艺易于实现自动化，具有生产周期短、劳动力成本低、环境污染少、制造尺寸精确、外形光滑、可制造复杂产品等优点。是目前国际上发展应用最快，并在航空工业应用最多的低成本技术之一。

从国际上看，美国在湿法成型技术上处于领先地位，特别是在航空航天领域内，在过去十年里，美国应用RTM技术的增长率为20-25%。据美国塑料工程学会预测，在今后五年里美国应用RTM技术的增长率将提高到30-32%。美国基本形成了RTM有关的材料体系、制造工艺、技术装备和验证系统，并在武器装备上得到批量应用，应用范围从次结构件发展到主结构件，包括机翼主承力正弦波梁，其它构件包括前机身隔框、油箱构架和壁板、中机身武器舱门帽型加强筋、机翼中间梁、尾翼梁和加强筋等。RTM技术的成熟和发展，为美国的航空工业带来巨大的经济效益，如美国F-22机上采用RTM技术制造的各种复合材料部件达400件，占复合材料结构总量的1/4，单这一项就比原设计节省开支约2.5亿美元。欧洲是湿法成型发展较快的另一地区，RTM制件的增长率为8-10%。业内人士估计，20年以后大多数大型的复合材料结构或半结构部件都将是RTM制品，所有重型卡车的壳体只有用RTM生产。

由RTM 开发出来的VARTM和SCRIMP工艺近年来更是发展迅速，这种方法改变了RTM采用双边闭合模的办法，而只采用单边硬模，用来铺放纤维增强体，另一面则采用真空袋覆盖，由电脑控制的树脂分配系统先使树脂胶液迅速在长度方向充分流动渗透。然后在真空压力下向厚度方向缓慢浸润，大大改善了浸渍效果，减少了缺陷发生，产品性能的均匀性和重复性以及质量都能得到有效的保证。在同样原材料的情况下，与手糊制件相比，成本节约可达50%，树脂浪费率低于5%，而制件的强度、刚度及其它的物理特性可提高30%-50%以上。另外由于采用闭模成型，挥发性有机物和有毒空气污染物均受到很好的控制，VOC排放不超过5PPm的标准，而开模成型的苯乙烯的挥发量超过500PPm。SCRIMP工艺使大尺寸、几何形状复杂、整体性要求高的的制件的制造成为可能，目前它可成型面积达185m2、厚度为3-150mm、纤维含量达70-80%、孔隙率低于1%的制品。树脂浪费率低于5%，节约劳动成本50%以上。在船艇制造、风机叶片、桥梁、汽车部件及其它民用和海洋基础工程等方面得到广泛应用。实践证明，SCRIMP工艺制造的部件性能与航空航天领域广泛采用的热压罐工艺相媲美。随着SCRIMP技术从军事应用向民用工业的转移，在建筑、汽车行业将有很大的拓展空间，如大尺寸的屋面、建筑平台等公用工程构件。以Lotus公司为代表的汽车厂家已实现该工艺的大规模生产。SCRIMP工艺的另一个主要应用领域是风机叶片的制造，目前，国外采用闭模的真空辅助成型工艺用于生产大型叶片（叶片长度在40m以上时）和大批量的生产。这种工艺适合一次成型整体的风力发电机叶片（纤维、夹芯和接头等可一次模腔中共成型），而无需二次粘接。世界著名的叶片生产企业LM公司开发出56M的全玻纤叶片就是采用这种工艺生产的。

除湿法成型外，其它的低成本制造技术还有纤维缠绕、拉挤等。纤维缠绕主要用于圆柱体及旋转体的制造，如压力容器、石油管道、排水管道等。缠绕成型的一种拓展技术为预浸带自动缠绕，采用的是经树脂预浸渍的纤维预浸带，这种方法比一般的纤维丝束缠绕铺放的效率更高，业内专家介绍，美国波音787 飞机上采用50%的复合材料，其中整体机身段就是采用纤维预浸带缠绕工艺制造的，机身段是长度和直径都在5m以上的超大型制件，而采用这种高效的成型技术，整个制件的成型仅在三天之内就完成，其中装模和准备一天，缠绕一天，固化及卸模一天，不仅高效快速，且能有效的保证了产品的质量。另一种高效的低成本成型是拉挤成型，拉挤成型有高度自动化大量生产的特性，特别适合民生用产品，许多金属件也逐渐被拉挤成型的FRP制件来取代，各式各样的拉挤制件件，如实心方管、实心圆管、工型梁、C型梁、空心方管、空心圆管以及空心加助补强制件件，几乎任何截面都可制造出，其截面形状变化能力非常高。用以取代金属制件用于建筑工程，完全没有锈蚀的问题，且结构轻便、施工与保养容易。另外如屋顶波浪版、工型梁、中空方型梁都可用拉挤的复合材料取代又重又容易锈蚀的钢制结构。可以预见拉挤成型制件的轻、强、产量大、容易制造、成本低等优点会逐渐取代金属件，而在民品工业中占有一席之地。

国内复合材料低成本产业起步较晚，技术水平较低，特别是高端的航空航天产品的低成本制造，目前仅停留在实验阶段，这也从一个侧面反映出我国复合材料产业的总体现状和水平。在低成本成型技术的研发方面，高端的航空航天产品，由于应用需求问题，目前仍处于初级阶段，在原材料、制造设备、成型技术以产品验证系统和规范标准等还未形成自己的体系。其它民用复合材料的制造，目前手糊工艺制品占有相当大的比重，但近年来随着复合材料工业对成型工艺产品的质量要求的不断提升，特别是对成型工艺的环保及成本方面的要求越来越高，促进了这些企业复合材料的生产工艺、产品质量不断改进和升级。其中低成本成型技术，包括湿法工艺的RTM和VARTM技术，以及缠绕、拉挤工艺得到了迅速的发展。我国玻璃钢/复合材料企业生产能力与技术水平与世界先进国家之间有着明显的差距。我国仍以手糊法为主，占75%的比例，相应其它国家只有约20%，而在先进成型技术方面，美国接近40%，日本30%，德国15%，而我国不到3%；缠绕法我国发展较快，达13%，这是因为我国在这方面市场需求增长很快，而中低端的缠绕产品在技术上较容易实现。从产业规模和集成能力来看，我国的企业数量是美国的6倍，而相反年产量仅是美国的1/3。这是因为我国的中小型民营企业数量巨大，这些数量巨大的小型民营企业目前普遍存在诸如生产工艺落后，产品多为来样加工，缺乏自主设计能力，无严格的质量检验体系，生产过程对空气污染严重，生产环境恶劣，工人缺乏必要的防护服等着一系列的问题。

第二篇：先进航空发动机关键制造技术发展现状与趋势

先进航空发动机关键制造技术发展现状与趋势

一、轻量化、整体化新型冷却结构件制造技术1 整体叶盘制造技术整体叶盘是新一代航空发动机实现结构创新与技术跨越的关键部件，通过将传统结构的叶片和轮盘设计成整体结构，省去传统连接方式采用的榫头、榫槽和锁紧装置，结构重量减轻、零件数减少，避免了榫头的气流损失，使发动机整体结构大为简化，推重比和可靠性明显提高。在第四代战斗机的动力装置推重比10 发动机F119 和EJ200上，风扇、压气机和涡轮采用整体叶盘结构，使发动机重量减轻20%~30%，效率提高5%~10%，零件数量减少50% 以上。目前，整体叶盘的制造方法主要有：电子束焊接法；扩散连接法；线性摩擦焊接法；五坐标数控铣削加工或电解加工法；锻接法；热等静压法等。在未来推重比15~20 的高性能发动机上，如欧洲未来推重比15~20 的发动机和美国的IHPTET 计划中的推重比20的发动机，将采用效果更好的SiC 陶瓷基复合材料或抗氧化的C/C 复合材料制造整体涡轮叶盘。2 整体叶环（无盘转子）制造技术如果将整体叶盘中的轮盘部分去掉，就成为整体叶环，零件的重量将进一步降低。在推重比15~20 高性能发动机上的压气机拟采用整体叶环，由于采用密度较小的复合材料制造，叶片减轻，可以直接固定在承力环上，从而取消了轮盘，使结构质量减轻70%。目前正在研制的整体叶环是用连续单根碳化硅长纤维增强的钛基复合材料制造的。推重比15~20 高性能发动机，如美国XTX16/1A 变循环发动机的核心机第3、4 级压气机为整体叶环转子结构。该整体叶环转子及其间的隔环采用TiMC 金属基复合材料制造。英、法、德研制了TiMMC 叶环，用于改进EJ200的3级风扇、高压压气机和涡轮。3 大小叶片转子制造技术大小叶片转子技术是整体叶盘的特例，即在整体叶盘全弦长叶片通道后部中间增加一组分流小叶片，此分流小叶片具有大大提高轴流压气机叶片级增压比和减少气流引起的振动等特点，是使轴流压气机级增压比达到3 或3 以上的有发展潜力的技术。4 发动机机匣制造技术在新一代航空发动机上有很多机匣，如进气道机匣、外涵机匣、风扇机匣、压气机机匣、燃烧室机匣、涡轮机匣等，由于各机匣在发动机上的部位不同，其工作温度差别很大，各机匣的选材也不同，分别为树脂基复合材料、铁合金、高温合金。树脂基复合材料已广泛用于高性能发动机的低温部件，如F119 发动机的进气道机匣、外涵道筒体、中介机匣。至今成功应用的树脂基复合材料有PMR-15（热固性聚酰亚胺）及其发展型、Avimid（热固性聚酰亚胺）AFR700 等，最高耐热温度为290℃ ~371℃，2020 年前的目标是研制出在425℃温度下仍具有热稳定性的新型树脂基复合材料。树脂基复合材料构件的制造技术是集自动铺带技术（ATL）、自动纤维铺放技术（AFP）、激光定位、自动剪裁技术、模压成形、树脂传递模塑成形（RTM）、树脂膜浸渍成形（RFI）、热压罐固化成形等技术于一体的综合技术。5 宽弦风扇叶片制造技术英国罗· 罗公司成功开发出遄达系列的超塑成形-扩散连接发动机宽弦风扇转子叶片，引起了国际航空界的高度重视，此类空心叶片的轻质量、高结构效率使航空发动机的综合性能得到显著提高。如今，宽弦、无凸台、空心叶片是高性能发动机风扇和第一级压气机叶片的发展方向。推重比10 一级发动机F119，EJ200 均采用了宽弦风扇叶片，GE 公司的GE90，推重比15~20 高性能发动机都采用复合材料风扇叶片。现在宽弦风扇叶片主要采用超塑成形-扩散连接（Superplastic Forming/Diffusion Bonding，SPF/DB）技术。与传统工艺制造的零件相比，SPF/DB 组合工艺技术具有重量轻、成本低、效益高、整体性好、成形质量高等优点。目前国外正在研究的推重比15~20 高性能发动机的金属基复合材料风扇叶片，是一种空心的、用连续碳化硅纤维增强的钛基复合材料（TiMMC）制造，采用超塑成形/ 扩散连接工艺制出空心风扇叶片。6 复合冷却层板结构制造技术多孔复合冷却层板结构是推重比10 以上发动机采用的先进冷却结构，多用于燃烧室和涡轮叶片，它是一种带有复杂冷却回路的多孔层板，用扩散连接方法连接成形的冷却结构，其关键制造技术是计算机辅助设计和绘制复杂冷却回路，用“照相-电解法”制成冷却回路，扩散连接成多层多孔层板。由此可知，整体化结构、新型冷却结构等新技术，使发动机诸多零件减轻了质量、降低了成本、提高了效率，从而保证了发动机高推比、高性能的相关要求。

二、新材料构件制造技术推重比15~20 一级的航空发动机要求材料具有耐高温、高强度、高韧性等特性。高性能发动机已经采用很多种类的新材料和新材料构件，尤其是金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳/ 碳复合材料是当前高温复合材料领域开发和应用研究的热点。与其同时进行的高温复合材料构件制造技术正在深入地发展。1 金属基复合材料构件制造技术SiC 长纤维增强Ti 基复合材料（TiMMC）具有比强度高、比刚度高、使用温度高及疲劳和蠕变性能好的优点。例如德国研制的SCS-6 SiC/IMI834 复合材料的抗拉强度高达2200MPa，刚度达220GPa，而且具有极为优异的热稳定性，在700℃温度暴露2000h 后，力学性能不降低。TiMMC 叶环代替压气机盘，可使压气机的结构质量减轻70%。美国制备的TiMMC 叶环已在P&W 的XTC-65 IHPTET 验证机上成功地进行了验证，能够满足性能要求。英、法、德也研制了TiMMC 叶环，并成功地进行了台架试验。未来发动机的低压压气机叶片和静子叶片、整体叶环、机匣及涡轮轴将采用金属基复合材料制造。TiMMC 关键制造技术有、纤维涂层法、等离子喷涂法、浆料带铸造法、箔-纤维法。2 陶瓷基复合材料构件制造技术推重比15~20 高性能航空发动机的涡轮前温度将达到2200K 以上，连续纤维增韧陶瓷基复合材料（CMC）耐温高，密度低，具有类似金属的断裂行为，对裂纹不敏感，不发生灾难性的损毁，可代替高温合金作为热端部件结构材料。CMC 的应用使发动机大幅度减重，节约冷却气或无需冷却，从而确保发动机高推重比的有关性能。美、英、法等发达国家以推重比9~10 发动机（如F119、EJ200、F414 等）作为CMC 的验证平台，主要验证的部件有SiC 基CMC 的燃烧室、涡轮外环、火焰稳定器、矢量喷管调节片和密封片，甚至整体燃烧室和整体涡轮等构件。SiC 基CMC 的关键制造技术包括纤维预制件的设计和制造、SiC 基体的致密化技术、纤维与基体间界面层和复合材料表面防氧化涂层的设计与制造以及构件的精密加工等。3 碳/碳复合材料构件制造技术碳/ 碳复合材料（C/C）的最显著的优点是耐高温（1800℃ ~2000℃）和低密度（约1.9g/cm3），可能使发动机大幅度减重。美、法、俄等研制的C/C 复合材料部件有燃烧室喷嘴、加力燃烧室喷管、涡轮和导向叶片、整体涡轮盘、涡轮外环等。美国将整体涡轮盘在1760℃进行了地面超转试验。C/C 构件的关键制造技术包括碳纤维预制体的设计与制备、C/C 的致密化技术和C/C 防氧化涂层的设计与制造。C/C 致密化方法有化学气相浸透法（CVI）和液相浸渍法。液相浸渍法包括树脂浸渍炭化法和沥青浸渍炭化法，发展的方向是提高致密化速率，降低制造成本。由于航空发动机用C/C 构件要满足富氧燃气环境下长寿命工作的要求，所以必须解决C/C 抗氧化的问题。通过设计和制备防氧化涂层是改善C/C 抗氧化性的主要途径，也是国际研究的热点，目前尚未取得突破性进展。由上可见，与现行推重比8 的发动机相比，新材料构件不管在结构设计、制造技术方面，还是在整体质量方面，都有较大突破，因此可确保推重比15~20 等高性能的实现。

三、航空发动机制造技术新工艺1 新型结构件精密制坯技术目前，先进精密毛坯制造技术正在向近净成形方向发展。先进的精密制坯技术有定向凝固和单晶精铸制坯、精密锻造制坯和快速凝固粉末冶金制坯技术。高性能航空发动机采用了大量的新型结构件，由于制坯技术的进步将导致毛坯件发生重大变化。精铸件、精锻件、单晶和定向凝固精铸件以及快速凝固粉末冶金制坯毛坯将取代传统的大余量毛坯。传统意义的锻件将由77% 降至33%，精铸件由18% 增至44% 以上，粉末冶金件由3% 增至8%，复合材料构件由4% 增至15%。2 先进的切削技术切削加工一直是航空发动机关重件的主要制造手段。随着航空发动机推重比的不断提高，特别是质量的不断减轻，发动机制造将越来越多地依赖于高比强度、低密度、高刚度和耐高温能力强的钛合金、高温合金以及金属基复合材料等新材料，而这些材料都属于典型的难加工材料。同时发动机关重件往往型面复杂，对加工精度和表面完整性的要求极，因此在新一代航空发动机的切削加工中迫切需要采用新型刀具材料、刀具结构以及高效的工艺方法，同时这种需求也大大推动了具有高刚度、高精度和大驱动功率的专用机床和通用机床的发展。数控加工技术在航空发动机的制造中主要用于压气机及涡轮机的各类机匣、压气机盘及涡轮盘、涡轮轴和压气机轴等复杂构件的加工。高端数控装备及技术作为国家战略性物资，对提高发动机整体制造水平起着举足轻重的作用，如美国洛克希德· 马丁公司在研制JSF 联合攻击机时，采用五坐标数控加工方法，将约1.5t 的铁合金锻锻锭数控铣削加工成重约99kg 的大型升力风扇整体叶盘，其切除率超过93%。高效精密切削、变形补偿、自适应加工，以及抗疲劳制造等技术的研究和应用在新一代发动机的加工中需求迫切；同时，加工过程的知识积累对于提高加工效率、加工质量和加工的自动化水平非常重要，应围绕发动机关重件和典型材料的高效数控加工建立相应的切削数据库。磨削在先进的切削技术研究中占有重要地位。在磨削加工技术的研究中，为了获得高加工效率，世界发达国家开始尝试高速、强力磨削技术，如利用强力磨削可一次磨出涡轮叶片的榫头齿形。目前，磨削技术的发展趋势是：发展超硬磨料磨具，研究精密及超精密磨削、高速高效磨削机理并开发其新的磨削加工技术，研制高精度、高刚性的自动化磨床。3 特种加工技术以高能束流加工为代表的特种加工技术在难切削材料加工，复杂构件的型腔、型面、型孔、微小孔、细微槽及缝的加工中具有显著优势，解决了常规加工很难解决的问题。特种加工技术主要包括：激光加工、电子束加工、离子束加工、等离子加工、电火花加工、电解加工、超声波加工、磨料流加工、高压水射流切割等。通过电磁场、温度场、化学场和力场（包括空间微重力场）等外加因素的综合应用以及激光、等离子束、微波等多种能量形式的结合，开辟材料加工成形技术创新的广阔途径。4 特种焊接技术先进焊接连接技术作为确保航空发动机结构完整性不可缺少的手段，其研究、开发与应用直接关系到新一代航空发动机的质量、寿命和可靠性。特种焊接技术由于具有可明显减轻结构重量、降低制造成本、提高结构性能等特点，满足航空发动机轻质化、长寿命、低成本、高可靠性制造的要求，已成为航空发动机制造中的一项重要技术。特种焊接技术主要包括：钨极惰性气体保护弧焊（GTAW）、活性焊剂焊接技术、自蔓延高温合成焊接法、等离子弧焊（PAW）、电子束焊（EBW）、激光焊（LBW）、真空钎焊（VB）、扩散焊（DB）、摩擦焊等。近年来，新型纤焊和扩散焊、摩擦焊和高能束流焊接等先进焊接技术在航空发动机制造中的发展和应用越来越广泛。在欧美已相继用摩擦焊取代电子束焊用于发动机的粉末冶金等温锻造盘-盘及盘-轴一体化焊接。摩擦焊接技术在发动机转子鼓筒、整体叶盘的焊接中得到和应用，并逐渐发展成为航空发动机制造中的一项关键技术。5 热障涂层技术先进的高推重比发动机结构中将大量采用以热障涂层技术为代表的先进热障涂层技术。涂层技术在航空发动机关键零部件的耐磨、高温防护、隔热、封严以及钛合金零件的防微动磨损、阻燃等方面起了显著的作用，应用越来越广泛。先进的涂层方法主要包括：真空等离子喷涂、层流等离子喷涂、超音速火焰喷涂、电子束物理气相沉积、化学气相沉积、真空离子溅射涂层（MAП 炉）等。热端部件采用热障涂层以提高结构强度，其中有陶瓷涂层和多层隔热层。陶瓷热障涂层需先在零件表面喷涂MCrALY底层以提高结合强度。多层复合隔热涂层是在基体金属表面钎焊一层柔性金属纤维结构（材料为HFe22.5Cr5.5SiO0.1C），可减少冷却气流80%。涡轮工作叶片和导向器的隔热涂层采用低压等离子喷涂涂敷，也可以采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）涂敷。发动机冷端部件均采用封严涂层、耐磨和防腐蚀涂层。6 快速原型/零件制造技术快速原型（Rapid Prototyping，RP）制造技术出现于20 世纪90 年代中期，这种基于“离散-堆积”原理和增材制造的方法，能够实现高性能复杂结构金属零件的无模具、快速、近净成形，具有高度柔性的制造思想已经被企业界广泛接受，其应用已从最初的设计原型和测试原型制造向最终产品制造的方向发展。快速原型/ 零件制造技术为航空发动机复杂零件的设计实现实体化提供快速方便的手段，可实现精铸复杂模具的制造，现在发展到直接快速成形零件，是一种很有发展前景的工艺方法。主要方法有：分层实体制造（LOM）、选择性激光烧结（SLS）、熔化沉积制造（FDM）、三维立体印刷（SLA）和三维焊接法等。快速原型制造技术一经出现，就成为先进制造技术和激光加工领域研究的热点，美国军方对这项技术的发展给予了相当的关注和支持，在其直接支持下，美国率先将这一先进技术实用化，目前，F-22 和F/A-18E/F 上的几个关键零件已经采用了TC4 钛合金激光快速成形件。该技术能显著提高疲劳性能，降低成本40%，加工周期仅为传统工艺的1/5。7 浮壁式火焰筒制造技术推重比10 一级发动机涡轮前温度达到1500℃ ~1700℃。艾利逊公司研究了用Lamilloy 多孔层板加柔性金属/ 陶瓷制造的浮壁式火焰筒结构。普惠公司研究了用玻璃陶瓷基复合材料制造浮壁式火焰筒结构。F119采用的浮壁式火焰筒结构是用多环段连接而成。环段背向火焰一面对流散热的凸环，并有缝隙形成冷却隔热气膜，隔热环是由浮动片组成，并用螺栓连接在外环段上。浮动片用精密铸造而成，而冷却隔热环局部喷涂热障涂层，以降低部件表面温度。

四、航空发动机零部件的无损检测技术无损检测技术能为发动机产品提供内部质量信息，既可作为产品评价的依据，也为工艺分析提供参考信息，是确保发动机结构高可靠性的重要手段。对于航空发动机而言，在服役过程中难免会出现一些疲劳裂纹、损伤以及恶劣工作环境下组织状态变化等问题，及时检测到这些问题对于减少事故、提高零部件的使用寿命有重大意义。常用的检测技术有超声检测、涡流检测、工业CT无损检测等。无损检验技术发展的总趋势仍是速度快，自动化程度高，分辨率高，易于解读，可靠性高，以及成本低。例如，在传统的超声、电磁及声学检验中，广泛引入移动式自动扫描，综合应用了多种技术，出现了自动扫描的超声、电磁、传感器系统，声学-激光自动扫描系统。

五、面向零件制造过程的专业化成套制造技术作为单项数字化制造技术的集成，将信息技术与制造技术相结合而形成的数字化生产线技术的应用成为航空发动机行业提高生产质量和柔性的关键技术。GE、罗· 罗和普惠等主要航空发动机生产厂商应用数字化技术，建成了一系列航空发动机典型零件自动化生产线，取得了良好的效果。（1）压气机叶片精密锻造生产线目前航空发动机有33% 的工作量来自于叶片的制造，叶片精锻生产线是解决叶片制造瓶颈的有效方法之一。生产线由叶片制坯、叶片精锻成形、叶片型面化铣、叶片热处理、叶片检测５条子生产线组成，适合于高温合金、钛合金、铝合金和不锈钢等材料精锻叶片的批量生产。（2）涡轮叶片精密铸造生产线涡轮叶片制造质量对航空发动机的性能有很大影响。由于其结构复杂、制造技术含量高，其精铸质量和尺寸精度与叶片研制过程中的设计、制造、冶金、化学、制模、炉工等人员密切相关。国外航空发动机制造公司花费大量资金建立了发动机涡轮叶片精铸生产线。（3）压气机转子叶片电化学自动化加工生产线该生产线集拉削加工技术、高精度测量技术、电化学技术、电火花加工技术、机器人技术以及无损检测技术等众多技术于一体，其关键技术为360°电化学加工技术。首先采用组合的垂直拉床将预切长度的棒材拉削加工出叶片的榫齿，然后利用根部来定位，从叶盆和叶背两面进行电化学加工，一次完成叶身型面加工。

六、以信息化技术为纽带，建立数字化工厂信息化是振兴及提升航空发动机制造业的必要途径，必须将专业的制造技术与信息技术、管理技术相融合，运用先进的信息技术和现代管理思想，实现航空发动机设计、试验、制造、检测、管理、使用和维护等全过程的自动化、网络化和智能化。在国外，航空发动机研制已利用信息化技术从传统的大批量制造模式转向现代先进精益制造模式。例如，GE 公司发动机部GEAE 在1998 年制订实施了航空发动机异地协同设计和制造的增量式发展规划，取得了显著的效益。罗· 罗公司建立了发动机典型零件的自动化生产线和协同的计算机工作环境，实施了并行工程，从整体上增强航空发动机的研制能力。普惠公司采用集成产品开发团队的形式来管理发动机全生命周期内的计划、流程、技术、信息等经济技术活动，建立先进的数字化工厂。免责声明：本公众号所载文章为本公众号原创或根据网络搜集编辑整理，文章版权归原作者所有。如涉及作品内容、版权和其它问题，请跟我们联系！文章内容为作者个人观点,并不代表本公众号赞同或支持其观点。本公众号拥有对此声明的最终解释权。

第三篇：特种加工技术发展现状与展望-先进制造技术课程论文

先 进 制 造 论 文

题目：先进制造技术院系：周口科技机械工程数控

班级：数控

姓名：闫文磊

4班

时间：2010年12月251

日

先进成型技术

摘要

一、特种加工技术在国际上被称为21世纪的技术，对新型武器装备的研制和生产，起到举足轻重的作用。本文分别从激光加工技术、电子束加工技术、离子束及等离子加工技术、电加工技术几方面介绍了国外的发展现状，同时提出了国内相应领域的技术发展方向。

关键词：特种加工；高能束流；激光技术；发展趋势

特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法。本文所述的特种加工技术主要是指激光加工技术、电子束加工技术、离子束及等离子加工技术和电加工技术等。

随着新型武器装备的发展，国内外对特种加工技术的需求日益迫切。不论飞机、导弹，还是其它作战平台都要求降低结构重量，提高飞行速度，增大航程，降低燃油消耗，达到战技性能高、结构寿命长、经济可承受性好。为此，上述武器系统和作战平台都要求采用整体结构、轻量化结构、先进冷却结构等新型结构，以及钛合金、复合材料、粉末材料、金属间化合物等新材料。

为此，需要采用特种加工技术，以解决武器装备制造中用常规加工方法无法实现的加工难题，所以特种加工技术的主要应用领域是：

难加工材料，如钛合金、耐热不锈钢、高强钢、复合材料、工程陶瓷、金刚石、红宝石、硬化玻璃等高硬度、高韧性、高强度、高熔点材料。

难加工零件，如复杂零件三维型腔、型孔、群孔和窄缝等的加工。低刚度零件，如薄壁零件、弹性元件等零件的加工。

以高能量密度束流实现焊接、切割、制孔、喷涂、表面改性、刻蚀和精细加工。1 先进制造技术的特点 1.1 是面向21世纪的技术

先进制造技术是制造技术的最新发展阶段，是由传统的制造技术发展起来的，既保持了过去制造技术中的有效要素，又要不断吸收各种高新技术成果，并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程。先进制造技术与现代高新技术相结合而产生了一个完整的技术群，它是具有明确范畴的新的技术领域，是面向21世纪的技术。1.2 是面向工业应用的技术

先进制造技术并不限于制造过程本身，它涉及到产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容，并将它们结合成一个有机的整体。先进制造技术的应用特别注意产生最好的实际效果，其目标是为了提高企业竞争和促进国家经济和综合实力的增长。目的是要提高制造业的综合经济效益和社会效益。1.3 是驾驭生产过程的系统工程

先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服务等方面的应用。它要不断吸收各种高新技术成果与传统制造技术相结合，使制造技术 成为能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。1.4 是面向全球竞争的技术

20世纪 80年代以来，市场的全球化有了进一步的发展，发达国家通过金融、经济、科技手段争夺市场，倾销产品，输出资本。随着全球市场的形成，使得市场竞争变得越来越激烈，先进制造技术正是为适应这种激烈的市场竞争而出现的。因此，一个国家的先进制造技术，它的主体应该具有世界先进水平，应能支持该国制造业在全球市场的竞争力。1.5 是市场竞争三要素的统一

在20世纪 70年代以前，产品的技术相对比较简单，一个新产品上市，很快就会有相同功能的产品跟着上市。因此，市场竞争的核心是如何提高生产率。到了20世纪80年代以后，制造业要赢得市场竞争的主要矛盾已经从提高劳动生产率转变为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的矛盾。先进制造技术把这三个矛盾有机结合起来，使三者达到了统一。

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。

一大批先进技术和工艺不断发展和完善，并逐步获得实际应用，如快速凝固、定向凝固、连续铸轧、连续铸挤、精密铸造、半固态加工、粉末注射成型、陶瓷胶态成型、热等静压、无模成型、微波烧结、离子束制备、激光快速成型、激光焊接、表面改性等，促进了传统材料的升级换代，加速了新材料的研究开发、生产和应用，解决了高技术领域发展对特种高性能材料的制备加工与组织性能精确控制的急需。

现在将主要的先进材料加工技术分别介绍如下： 1.快速凝固

快速凝固技术的发展，把液态成型加工推进到远离平衡的状态，极大地推动了非晶、细晶、微晶等非平衡新材料的发展。传统的快速凝固追求高的冷却速度而限于低维材料的制备，如非晶丝材、箔材的制备。近年来快速凝固技术主要在两个方面得到发展：①利用喷射成型、超高压、深过冷，结合适当的成分设计，发展体材料直接成型的快速凝固技术；②在近快速凝固条件下，制备具有特殊取向和组织结构的新材料。目前快速凝固技术被广泛地用于非晶或超细组织的线材、带材和体材料的制备与成型。2.半固态成型

半固态成型包括半固态流变成型和半固态触变成形两类：前者是将制备的半固态浆料直接用于成型，如压铸成型（称为半固态流变压铸）；后者是对制备好的半固态坯料 进行重新加热，使其达到半熔融状态，然后进行成型，如挤压成型（称为半固态触变挤压）。

3.无模成型

为了解决复杂形状或深壳件产品冲压、拉深成型设备规模大、模具成本高、生产工艺复杂、灵活度低等缺点，满足社会发展对产品多样性（多品种、小规模）的需求，20世纪80年代以来，柔性加工技术的开发受到工业发达国家的重视。典型的无模成型技术有增量成型、无摸拉拔、无模多点成型、激光冲击成型等。4.超塑性成型技术

超塑性成型加工技术具有成型压力低、产品尺寸与形状精度高等特点，近年来发展方向主要包括两个方面：一是大型结构件、复杂结构件、精密薄壁件的超塑性成型，如铝合金汽车覆盖件、大型球罐结构、飞机舱门，与盥洗盆等；二是难加工材料的精确成形加工，如钛合金、镁合金、高温合金结构件的成形加工等。5.金属粉末材料成型加工

粉末材料的成型加工是一种典型的近终形、短流程制备加工技术，可以实现材料设计、制备预成型一体化；可自由组装材料结构从而精确调控材料性能；既可用于制备陶瓷、金属材料，也可制备各种复合材料。它是近20年来材料先进制备与成型加工技术的热点与主要发展方向之一。粉末材料成型加工技术的研究重点包括粉末注射成型胶态成型、温压成型及微波、等离子辅助低温强化烧结等。6.陶瓷胶态成型

在围绕着提高陶瓷胚体均匀性和解决陶瓷材料可靠性的问题，开发了多种原位凝固成型工艺，凝胶注模成型工艺、温度诱导絮凝成形、胶态振动注模成形、直接凝固注模成形等相继出现，受到严重重视。原位凝固成形工艺被认为是提高胚体的均匀性，进而提高陶瓷材料可靠性的唯一途径，得到了迅速的发展，已逐步获得实际应用。7.激光快速成型

采用该技术的成形件完全致密且具有细小均匀的内部组织，从而具有优越的力学性能和物理化学性能，同时零件的复杂程度基本不受限制，并且可以缩短加工周期，降低成本。目前发达国家已进入实际应用阶段，主要应用于国防高科技领域。激光加工技术 1.1 现状

国外激光加工设备和工艺发展迅速，现已拥有100kW的大功率CO2激光器、kW级高光束质量的Nd:YAG固体激光器，有的可配上光导纤维进行多工位、远距离工作。激光加工设备功率大、自动化程度高，已普遍采用CNC控制、多坐标联动，并装有激光功率监控、自动聚焦、工业电视显示等辅助系统。

激光制孔的最小孔径已达0.002mm，已成功地应用自动化六坐标激光制孔专用设备加工航空发动机涡轮叶片、燃烧室气膜孔，达到无再铸层、无微裂纹的效果。

激光切割适用于由耐热合金、钛合金、复合材料制成的零件。目前薄材切割速度可达15m/min，切缝窄，一般在0.1～1mm之间，热影响区只有切缝宽的10%～20%，最大切割厚度可达45mm，已广泛应用于飞机三维蒙皮、框架、舰船船身板架、直升机旋翼、4 发动机燃烧室等。

激光焊接薄板已相当普遍，大部分用于汽车工业、宇航和仪表工业。激光精微焊接技术已成为航空电子设备、高精密机械设备中微型件封装结点的微型连接的重要手段。

激光表面强化、表面重熔、合金化、非晶化处理技术应用越来越广，激光微细加工在电子、生物、医疗工程方面的应用已成为无可替代的特种加工技术。

激光快速成型技术已从研究开发阶段发展到实际应用阶段，已显示出广阔的应用前景。

国内70年代初已开始进行激光加工的应用研究，但发展速度缓慢。在激光制孔、激光热处理、焊接等方面虽有一定的应用，但质量不稳定。目前已研制出具有光纤传输的固体激光加工系统，并实现光纤耦合三光束的同步焊接和石英表芯的激光焊接。完成了激光烧结快速成型原理样机研制，并采用环氧聚脂和树脂砂烧结粉末材料，快速成型出典型零件，如叶轮、齿轮。1.2 发展趋势

激光加工技术今后几年应结合已取得的预研成果，针对需求，重点开展无缺陷气膜小孔的激光加工及实时检控技术、高强铝(含铝锂、铝镁)合金的激光焊接技术、金属零件的激光粉末烧结快速成型技术、激光精密加工及重要构件的激光冲击强化等项目的研究。实现高温涡轮发动机气膜孔无缺陷加工，可使叶片使用寿命达2000小时以上；以焊代替数控加工飞机次承力构件，以及带筋壁板的以焊代铆；实现重要零部件的表面强化，提高安全性、可靠性等，从而使先进的激光制造技术在军事工业中发挥更大的作用。1）无再铸层、无微裂纹涡轮叶片气膜孔激光高效加工技术研究；

2）铝合金、超强钢、钛合金、异种材料构件以及大型空间曲面零件的激光焊接工艺研究；

3）三维激光切割工艺规范及表面质量控制技术和在线测量控制技术研究； 4）提高高温合金、铝合金等重要部件抗疲劳性能的激光冲击技术研究； 5）激光快速成型技术研究； 电子束加工技术 2.1 现状

电子束加工技术在国际上日趋成熟，应用范围广。

国外定型生产的40kV～300kV的电子枪(以60kV、150kV为主)，已普遍采用CNC控制，多坐标联动，自动化程度高。电子束焊接已成功地应用在特种材料、异种材料、空间复杂曲线、变截面焊接等方面。目前正在研究焊缝自动跟踪、填丝焊接、非真空焊接等，最大焊接熔深可达300mm，焊缝深宽比20：1。电子束焊已用于运载火箭、航天飞机等主承力构件大型结构的组合焊接，以及飞机梁、框、起落架部件、发动机整体转子、机匣、功率轴等重要结构件和核动力装置压力容器的制造。如：F-22战斗机采用先进的电子束焊接，减轻了飞机重量，提高了整机的性能；“苏-27”及其它系列飞机中的大量承力构件，如起落架、承力隔框等，均采用了高压电子束焊接技术。

国内多种型号的飞机及发动机和多种型号的导弹壳体、油箱、尾喷管等结构件均已采用了电子束焊接。因此，电子束焊接技术的应用越来越广泛，对电子束焊接设备的需求量也越来越大。

国外的电子束焊机，以德国、美国、法国、乌克兰等为代表，已达到了工程化生产。其特点是采用变频电源，设备的体积、噪声、高压性能等方面都有很大提高；在控制系统方面，运用了先进的计算机技术，采用了先进的CNC及PLC技术，使设备的控制更可靠，操作更简便、直观。

国外真空电子束物理气相沉积技术，已用于航空发动机涡轮叶片高温防腐隔热陶瓷涂层，提高了涂层的抗热冲击性能及寿命。电子束刻蚀、电子束辐照固化树脂基复合材料技术正处于研究阶段。2.2 发展趋势

电子束加工技术今后应积极拓展专业领域，紧密跟踪国际先进技术的发展，针对需求，重点开展电子束物理气相沉积关键技术研究、主承力结构件电子束焊接研究、电子束辐照固化技术研究、电子束焊机关键技术研究等。1）150kV、15kW高压电子枪及高压电源的技术研究； 2）电子束物理气相沉积技术的研究；

3）大厚度变截面钛合金的电子束焊接技术研究及质量评定； 4）典型复合材料飞机构件的电子束固化工艺研究及其工程化研究； 5）多功能电子束加工技术研究。离子束及等离子体加工技术 3.1 现状

表面功能涂层具有高硬度、耐磨、抗蚀功能，可显著提高零件的寿命，在工业上具有广泛用途。

美国及欧洲国家目前多数用微波ECR等离子体源来制备各种功能涂层。等离子体热喷涂技术已经进入工程化应用，已广泛应用在航空、航天、船舶等领域的产品关键零部件耐磨涂层、封严涂层、热障涂层和高温防护层等方面。等离子焊接已成功应用于18mm铝合金的储箱焊接。配有机器人和焊缝跟踪系统的等离子体焊在空间复杂焊缝的焊接也已实用化。微束等离子体焊在精密零部件的焊接中应用广泛。我国等离子体喷涂已应用于武器装备的研制，主要用于耐磨涂层、封严涂层、热障涂层和高温防护涂层等。

真空等离子体喷涂技术和全方位离子注入技术已开始研究，与国外尚有较大差距。等离子体焊接在生产中虽有应用，但焊接质量不稳定。3.2 发展趋势

离子束及等离子体加工技术今后应结合已取得的成果，针对需求，重点开展热障涂层及离子注入表面改性的新技术研究，同时，在已取得初步成果的基础上，进一步开展等离子体焊接技术研究。

1）复杂零件“保形”离子注入与混合沉积技术研究，获得高密度等离子体方法研究； 2）空间结构焊接工艺参数自适应控制及焊缝自动跟踪系统研究，以及等离子弧焊过程中变形控制技术研究；

3）等离子喷涂陶瓷热障涂层结构、工艺及工程化研究； 4）层流湍流自动转换技术及轴向送粉、三维喷涂技术研究； 5）层流等离子体喷涂系统的研制及其喷涂技术的研究。4 电加工技术 4.1 发展现状

国外电解加工应用较广，除叶片和整体叶轮外已扩大到机匣、盘环零件和深小孔加工，用电解加工可加工出高精度金属反射镜面。目前电解加工机床最大容量已达到5万安培，并已实现CNC控制和多参数自适应控制。电火花加工气膜孔采用多通道、纳秒级超高频脉冲电源和多电极同时加工的专用设备，加工效率2～3秒/孔，表面粗糙度Ra0.4μm，通用高档电火花成型及线切割已能提供微米级加工精度，可加工3μm的微细轴和5μm的孔。精密脉冲电解技术已达10μm左右。电解与电火花复合加工，电解磨削、电火花磨削已用于生产。

参 考 文 献

【1】张辽远 现代加工技术 北京：机械工业出版社，2002【2】刘晋春 特种加工 北京：机械工业出版社，2004【3】张建华 精密与特种加工技术 北京：机械工业出版社，2003【4】主编白基成, 郭永丰, 刘晋春 特种加工技术 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006【5】郭东明, 赵福令 面向快速制造的特种加工技术 北京：国防工业出版社，2009 7

第四篇：国内外先进制造技术的新发展现状和趋势解读

国内外先进制造技术的新发展现状和趋势 1 当前制造科学要解决的问题

（1）制造系统是一个复杂的大系统，为满足制造系统敏捷性、快速响应和快速重组的能力，必须借鉴信息科学、生命科学和社会科学等多学科的研究成果，探索制造系统新的体系结构、制造模式和制造系统有效的运行机制。制造系统优化的组织结构和良好的运行状况是制造系统建模、仿真和优化的主要目标。制造系统新的体系结构不仅对制造企业的敏捷性和对需求的响应能力及可重组能力有重要意义，而且对制造企业底层生产设备的柔性和可动态重组能力提出了更高的要求。生物制造观越来越多地被引入制造系统，以满足制造系统新的要求。

（2）为支持快速敏捷制造，几何知识的共享已成为制约现代制造技术中产品开发和制造的关键问题。例如在计算机辅助设计与制造(CAD／CAM)集成、坐标测量(CMM)和机器人学等方面，在三维现实空间(3-Real Space)中，都存在大量的几何算法设计和分析等问题，特别是其中的几何表示、几何计算和几何推理问题；在测量和机器人路径规划及零件的寻位(如Localization)等方面，存在C-空间(配置空间Configuration Space)的几何计算和几何推理问题；在物体操作(夹持、抓取和装配等)描述和机器人多指抓取规划、装配运动规划和操作规划方面则需要在旋量空间(Screw Space)进行几何推理。制造过程中物理和力学现象的几何化研究形成了制造科学中几何计算和几何推理等多方面的研究课题，其理论有待进一步突破，当前一门新学科--计算机几何正在受到日益广泛和深入的研究。3）在现代制造过程中，信息不仅已成为主宰制造产业的决定性因素，而且还是最活跃的驱动因素。提高制造系统的信息处理能力已成为现代制造科学发展的一个重点。由于制造系统信息组织和结构的多层次性，制造信息的获取、集成与融合呈现出立体性、信息度量的多维性、以及信息组织的多层次性。在制造信息的结构模型、制造信息的一致性约束、传播处理和海量数据的制造知识库管理等方面，都还有待进一步突破。

（4）各种人工智能工具和计算智能方法在制造中的广泛应用促进了制造智能的发展。一类基于生物进化算法的计算智能工具，在包括调度问题在内的组合优化求解技术领域中，受到越来越普遍的关注，有望在制造中完成组合优化问题时的求解速度和求解精度方面双双突破问题规模的制约。制造智能还表现在：智能调度、智能设计、智能加工、机器人学、智能控制、智能工艺规划、智能诊断等多方面。

这些问题是当前产品创新的关键理论问题，也是制造由一门技艺上升为一门科学的重要基础性问题。这些问题的重点突破，可以形成产品创新的基础研究体系。2 现代机械工程的前沿科学

不同科学之间的交叉融合将产生新的科学聚集，经济的发展和社会的进步对科学技术产生了新的要求和期望，从而形成前沿科学。前沿科学也就是已解决的和未解决的科学问题之间的界域。前沿科学具有明显的时域、领域和动态特性。工程前沿科学区别于一般基础科学的重要特征是它涵盖了工程实际中出现的关键科学技术问题。

超声电机、超高速切削、绿色设计与制造等领域，国内外已经做了大量的研究工作，但创新的关键是机械科学问题还不明朗。大型复杂机械系统的性能优化设计和产品创新设计、智能结构和系统、智能机器人及其动力学、纳米摩擦学、制造过程的三维数值模拟和物理模拟、超精度和微细加工关键工艺基础、大型和超大型精密仪器装备的设计和制造基础、虚拟制造

和虚拟仪器、纳米测量及仪器、并联轴机床、微型机电系统等领域国内外虽然已做了不少研究，但仍有许多关键科学技术问题有待解决。

信息科学、纳米科学、材料科学、生命科学、管理科学和制造科学将是改变21世纪的主流科学，由此产生的高新技术及其产业将改变世界的面貌。因此，与以上领域相交叉发展的制造系统和制造信息学、纳米机械和纳米制造科学、仿生机械和仿生制造学、制造管理科学和可重构制造系统等会是21世纪机械工程科学的重要前沿科学。

2．1 制造科学与信息科学的交叉--制造信息科学

机电产品是信息在原材料上的物化。许多现代产品的价值增值主要体现在信息上。因此制造过程中信息的获取和应用十分重要。信息化是制造科学技术走向全球化和现代化的重要标志。人们一方面对制造技术开始探索产品设计和制造过程中的信息本质，另一方面对制造技术本身加以改造，以使得其适应新的信息化制造环境。随着对制造过程和制造系统认识的加深，研究者们正试图以全新的概念和方式对其加以描述和表达，以进一步达到实现控制和优化的目的。

与制造有关的信息主要有产品信息、工艺信息和管理信息，这一领域有如下主要研究方向和内容：

(1)制造信息的获取、处理、存储、传递和应用，大量制造信息向知识和决策转化。

(2)非符号信息的表达、制造信息的保真传递、制造信息的管理、非完整制造信息状态下的生产决策、虚拟管理制造、基于网络环境下的设计和制造、制造过程和制造系统中的控制科学问题。

这些内容是制造科学和信息科学基础融合的产物，构成了制造科学中的新分支--制造信息学。

2．2 微机械及其制造技术研究

微型电子机械系统(MEMS)，是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。MEMS的发展将极大地促进各类产品的袖珍化、微型化，成数量级的提高器件与系统的功能密度、信息密度与互联密度，大幅度地节能、节材。它不仅可以降低机电系统的成本，而且还可以完成许多大尺寸机电系统无法完成的任务。例如用尖端直径为5μm的微型镊子可以夹起一个红细胞；制造出3mm大小能够开动的小汽车；可以在磁场中飞行的像蝴蝶大小的飞机等。MEMS技术的发展开辟了技术全新的领域和产业，具有许多传统传感器无法比拟的优点，因此在制造业、航空、航天、交通、通信、农业、生物医学、环境监控、军事、家庭以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。

微机械是机械技术与电子技术在纳米尺度上相融合的产物。早在1959年就有科学家提出微型机械的设想，1962年第一个硅微型压力传感器问世。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60~120μm的硅微型静电电动机，显示出利用硅微加工工艺制作微小可动结构并与集成电路兼容制造微小系统的潜力。微机械技术有可能像20世纪的微电子技术那样，在21世纪对世界科技、经济发展和国防建设产生巨大的影响。近10年来，微机械的发展令人瞩目。其特点如下：相当数量的微型元器件(微型结构、微型传感器和微型执行器等)和微系统研究成功，体现了其现实的和潜在的应用价值；多种微型制造技术的发展，特别是半导体微细加工等技术已成为微系统的支撑技术；微型机电系统的研究需要多学科交叉的研究队伍，微型机电系统技术是在微电子工艺的基础上发展的多学科交叉的前沿研究领域，涉及电子工程、机械工程、材料工程、物理学、化学以及生物医学等多种工程技术和科学。

目前对微观条件下的机械系统的运动规律，微小构件的物理特性和载荷作用下的力学行

为等尚缺乏充分的认识，还没有形成基于一定理论基础之上的微系统设计理论与方法，因此只能凭经验和试探的方法进行研究。微型机械系统研究中存在的关键科学问题有微系统的尺度效应、物理特性和生化特性等。微系统的研究正处于突破的前夜，是亟待深入研究的领域。

2．3 材料制备／零件制造一体化和加工新技术基础

材料是人类进步的里程碑，是制造业和高技术发展的基础。每一种重要新材料的成功制备和应用，都会推进物质文明，促进国家经济实力和军事实力的增强。21世纪中，世界将由资源消耗型的工业经济向知识经济转变，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的设计实现定量化、数字化；要求材料和零件的制备快速、高效并实现二者一体化、集成化。材料和零件 的数字化设计与拟实仿真优化是实现材料与零件的高效优质制备／制造及二者一体化、集成化制造的关键。一方面，通过计算机完成拟实仿真优化后可以减少材料制备与零件制造过程中的实验性环节，获得最佳的工艺方案，实现材料与零件的高效优质制备／制造；另一方面，根据不同材料性能的要求，如弹性模量、热膨胀系数、电磁性能等，研究材料和零件的设计形式。进而结合传统的去除材料式制造技术、增加材料式覆层技术等，研究多种材料组分的复合成形工艺技术。形成材料与零件的数字化制造理论、技术和方法，如快速成形技术采用材料逐渐增长的原理，突破了传统的去材法和变形法机械加工的许多限制，加工过程不需要工具或模具，能迅速制造出任意复杂形状又具有一定功能的三维实体模型或零件。

去，将可能产生革命性的突破。今后应关注的研究领域有生物加工技术、仿生制造系统、基于快速原型制造技术的组织工程学，以及与生物工程相关的关键技术基础等。现代制造技术的发展趋势

20世纪90年代以来，世界各国都把制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展，如美国的先进制造技术计划AMTP、日本的智能制造技术（IMS）国际合作计划、韩国的高级现代技术国家计划(G--7)、德国的制造2000计划和欧共体的ESPRIT和BRITE-EURAM计划。

随着电子、信息等高新技术的不断发展，市场需求个性化与多样化，未来现代制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、绿色集成化、全球化的方向发展。当前现代制造技术的发展趋势大致有以下九个方面：(1)信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，现代制造生产模式会获得不断发展。

(2)设计技术与手段更现代化。

(3)成型及制造技术精密化、制造过程实现低能耗。(4)新型特种加工方法的形成。

(5)开发新一代超精密、超高速制造装备。(6)加工工艺由技艺发展为工程科学。(7)实施无污染绿色制造。

(8)制造业中广泛应用虚拟现实技术。(9)制造以人为本。

第五篇：国内外现状

当前欧美发达国家已实现了高等教育的大众化，高等教育机构已成为当前社会高素 质劳动力的主要培养者和提供者，然而当代大学生的就业能力却常常受到就业单位的怀 疑，就业单位认为大学毕业生虽然具有充足的知识，但是缺乏合适的专业技能和工作经 验。由于以就业能力为基础的教育一方面可以保证教育的实践性，另一方面也可以满足 就业单位对人才的需要。因此，国外就业能力研究对象逐渐转移到高等教育机构和大学 生，对大学生就业能力的研究成为就业能力研究中的一个重要领域。

胡尊利在《国外大学生就业能力研究及其启示》中指出：与国外相比，国内在大学 生就业能力研究起步较晚，特别是在就业能力的理论探讨和实践指导框架的研究上与发 达国家相比，存在很到的差距[3]。加拿大会议委员会认为就业能力构成要素包括三个基 本要素：(1)沟通、管理信息、思考解决问题等基本技能；(2)负责、适应性、安全工作 等管理技能；(3)参与项目任务的团体技能。美国培训和开发协会认为就业能力构成要 素包括 6 个类别：(1)基本技能；(2)沟通技能；(3)适应能力；(4)自我发展技能；(5)个体交往技能；(6)影响能力。罗纳尔德和科林认为就业能力构成要素包括 6 个方面内 容：(1)本质属性；(2)个人品质；(3)基本可转换技能；(4)关键的可转换技能；(5)高水平的可转换技能；(6)资格和教育程度、工作知识背景以及劳动力市场等。

朱新秤在《就业能力：内涵、结构及其培养》中指出：对于国内外有关就业能力的 研究文献进行分析可以发现：(1)就业能力可分为三种：核心定义、宽泛定义和全包的 定义。核心定义指个体在特定的劳动力环境中取得成功的潜力。宽泛定义把在各种工作 中取得成功的能力及意愿整合起来。在全包的定义中，就业能力除包括前二种定义外，还包括环境因素对个人就业能力实现的因素。(2)从社会角度看，就业能力是就业的一 个指标；从组织角度看，就业能力是供需之间匹配可能性的指标；从个体的角度看，就 业能力是个人职业指标。(3)就业能力不仅包括个体获得工作的能力，还包括在工作中 能保持工作岗位以及重新获取新的工作岗位的能力。Law、Wong和Mobley认为就业能力 主要由三个方面组成：第一，人们具有适应性的个体差异，包括积极的自我概念、高职 业风险容忍和高学习动机；第二，实现与环境的有效交互作用，包括主动的职业导向、求职自我效能、人力资本；第三，职业身份的风格与身份自我[4]。瑞士联邦工业大学高等教育中心主任M·L·戈德斯密德教授所领导的研究小组归纳出使大学生顺利就业并取 得职业成功的 5 个要素：(1)良好的个人素质，包括坚忍不拔的毅力、严谨的工作作风、充沛的体力和精力、灵活的应变能力等；(2)人际关系技巧，包括交际能力、适应能力、与人合作能力等；(3)掌握丰富的科学知识，包括具有综合性、跨学科的知识组合及多 元文化的教育背景等；(4)有效的工作方法，包括具有分析问题和解决问题的能力、策 划运筹能力等；(5)广阔的视野，包括即具备创业者及企业家精神，能多向思维方式分

析和处理问题，能在世界各地寻求发展等。尽管欧美等发达国家对于大学生就业能力的研究起步比较早，然而大量的研究成果的产生和应用也只是近几年的事情。英国教育部鼓励多种研究机构和大学研究和制定培养学生就业能力的政策，目前英国多数大学均已制定了符合学校特色的就业能力政策和措施，并将就业能力作为大学毕业生能否合格的一个重要指标。大学生就业能力是在我国高等教育迅速发展的大环境下提出来的，在我国高校就业制度改革之后，大学生的就业能力问题日益受到学术界的广泛关注。国内专家在对我国大学生就业问题进行深入研究的基础上，提出了加强大学生就业能力开发与培养的研究课题，对大学生就业能力主要有以下 2 种提法：一是可雇佣性、职业指导所面临的选择不可能是简单的适应，而是要提高人的可雇佣性；二是就业能力、这实际上就是要增强人们的求学能力、求职的能力和适应市场变化的能力。