Xi市高陵区职业技术教育中心机械加工技术招生
制造技术是一门古老而又不断刷新的生产技术。18世纪以来,欧美形成了现代机械制造业;第一次工业革命,19世纪实现了制造业机械化;这时,已经形成了一套完整的传统加工技术,即机械加工技术。
随着机械寿命和材料强度的提高,难切削材料越来越多,产品集成化使得零件越来越复杂,产品小型化提出了微细加工的需要,以及加工过程易于自动化的要求,使得传统加工难以满足社会对机械制造日益提高的要求。20世纪30-80年代,随着制造技术与电力技术、电子技术的结合,爆发了第一次制造业革命。这些年,一系列完全不同于传统加工的新加工方法相继被发明并应用于机械制造业。这些方法统称为特殊处理,包括物理处理和化学处理,简称理化处理。电加工和电化学加工,简称电加工及其复合加工。
从窄处理到宽处理
无论是传统加工还是特殊加工,都有广义加工和狭义加工之分。广义的加工包括:变形加工、接合加工、减径加工和修形加工等。
变形,简称成形,是将一定体积的材料变形为所需形状、尺寸和性状的毛坯、半成品或零件的一种工艺方法。在传统加工中,冷固变形主要依靠超过材料弹性极限的机械力,如冷锻、冷压、冷拔、冷轧、冷挤压等。还有热固体变形,主要依靠热能和机械力,如热锻、热压、热拔、热轧和热挤压等。另外还有液态变形或半液态变形,主要靠热能,有时也靠机械力,如铸造、压铸、注塑。在特种加工中,变形加工包括放电成形、电磁成形和激光三维成形。
加工,简称连接,是将两种或两种以上的材料或半成品连接在一起,使之成为半成品或零件的工艺方法。在传统加工中,粘接包括压接、铆接、焊接和胶合。在特殊加工中,有放电冲击焊接、电子束焊接、激光焊接和等离子焊接。
减料加工,简称去料,是一种从大型原材料或留有余量的毛坯上逐渐去除多余材料,以获得所需形状、尺寸和特性的零件的工艺方法。在传统加工中,减薄工艺主要是利用机械力去除原料或毛坯的多余部分,即用高硬度刀具将原料或毛坯切割成零件,如车、刨、刮、锯、钻、镗、铣、拔、铰、攻等切削和磨削工艺。在特殊加工工艺中,切削材料包括放电加工、电化学加工、激光加工、超声波加工、电子束加工、化学加工、等离子加工和离子束加工。
改性处理(Modification processing),简称处理,是指利用冷、热和化学处理、腐蚀、抛光、涂层、合金化和喷丸等方法,改变材料、毛坯、半成品或零件内部、表面或表面的物理、化学或几何特性的工艺方法。
狭义的加工是指切削加工。传统加工和特种加工虽然都包括广义加工,但都是以材料的切削加工为主要加工手段。随着精密变形加工和精密接头加工技术的进步,机械制造业以减径加工为主要精加工手段的局面被打破,取而代之的是各种广义加工方法共同使用的局面。
从减法处理到加法处理
20世纪90年代以来,机械制造业面对动态多变的市场,缩短了产品周期,加快了产品更新,增加了品种,减少了批次。产品质量、价格和交货期已成为增加企业竞争力的三大决定性因素。以切削材料为主的制造业很难满足上述要求。于是,制造技术与材料技术、能源技术、微电子技术、信息技术的结合,产生了以增材加工为主要内容的第二次制造业革命。
添加加工,简称生长,是通过类似的生长方式逐渐增加材料,直到生成所需形状、尺寸和特性的样品或零件。在传统加工的基础上,虽然有人尝试发展形状熔化或焊接、三维焊接等增材加工,但一直没有实际进展。后来在特种加工的基础上发展了添加加工。它通过粘结、熔化、聚合或化学反应等方式选择性地固化液体材料或粘结固体材料。,从而制造出具有所需形状、尺寸和特性的零件。这种制造技术是多学科的综合技术,包括:CAD技术、数控技术、能源技术和材料技术等。有了这种制造技术,客户只需两天就能制造出新的样品。它不是显示在计算机屏幕上的图片,而是一个实际的物体。如果客户不满意,可以立即在CAD系统中修改,并可以制作新的样品,直到客户满意为止。专家预测,这种新的制造技术对制造业的影响可以与数控技术相媲美。它最初被称为快速成型或快速原型,今天仍然被广泛使用。
#p#分页标题#e#目前增材加工方法有很多种,其中比较好的有化学法液态光敏树脂选择性固化、复合法纸基材料选择性切割、热物理法丝状材料选择性包覆和粉末材料选择性烧结、喷射法粉末材料选择性粘接和创新的数字喷射RP技术。
“快速成型”或“快速成型”这个名称并不是最合理的,因为“快”并不是指加工速度快,而是指加工时间短;此外,许多现有的方法已经超出了“原型制造”的范围。所以“加性加工”这个名称足以概括所有的方法和应用,明确指出加工原理,并能以其英文缩写MAM明确对应减性加工的英文缩写MRM。
从制造死的东西到制造活的东西
从古至今,制造业一直在制造死的东西,而不是活的东西,因为这是人类的制造过程。自从地球上有了生命,生物界就一直在繁衍生物,而不是死物,因为这是大自然的生命过程。但是,在制造业越来越信息化,生命科学越来越工程化的今天,如果把制造工程、生命科学、计算机技术、信息技术和材料工程的最新成果结合起来,互相交流,那么制造业不仅可以制造出无生命的复杂智能机器,还可以利用基因工程的成果制造出有生命的、可移植的器官和可用的仿生部件。
大脑和认知科学的成就将使部分模拟大脑功能和行为成为可能,然后人类将在21世纪制造出可以部分模拟人类智能的人工大脑和机器人。这就形成了一种特殊的制造工程,即生物制造工程。生物工程不仅包括制造生物或有机体,还包括利用生物功能进行制造,即自我形成。
从它的塑造到自我塑造
在此之前,无论是变形加工的塑性成形,连接加工的连接成形,减去加工的去除成形,还是添加加工的生长成形,都属于它的成形。所谓成型,就是在外力作用下成型。这类外力包括:金属在模具中热熔铸造、热和机械力作用下的模锻、超过材料弹性极限的机械力作用下的模压、轮廓控制下的去除和生长等。用什么?为了生物学的需要,会有非常精致复杂的结构等待制造。其成型加工方法已不能满足日益增长的生物制造要求。因此,根据生物的生长发育,在其内部基因的控制下,通过细胞的平行分裂,即将诞生一种新的自我塑形的加工方法,又称自组织塑形或自生长塑形。这种方法是仿生制造中的核心问题。
仿生制造技术属于制造科学和生命科学的“远缘杂交”。是模仿生物的组织结构和运行方式的制造系统和制造过程的总称。
新的制造业革命
20世纪,人类已经按照自己的意愿设计出了生物基因的新蓝图,然后创造出了一个像建筑工地一样的全新生命。克隆技术、人类干细胞培养、遗传密码解码、人类基因组大规模测序、转基因技术等新技术层出不穷。
20世纪90年代,中国Xi交通大学快速成型与制造研究中心与第四军医大学合作,开始了人工生物活性骨的研究,并取得了可喜的进展。约翰霍普金斯大学威尔默眼科研究所的科学家和北卡罗来纳州立大学的机械工程师共同开发了一种“眼睛芯片”,可以让盲人重见光明。此外,美国Affymetrix公司已经实现了DNA的高密度集成,现在每个芯片上已经达到40万个不同的DNA片段。
21世纪,随着生物技术、生命科学、材料科学等先进制造技术的不断融合,制造工程必将发生新的制造革命,这可能是第三次制造革命。如前所述,它被称为生物制造工程或仿生制造技术。简而言之,一种是利用基因工程的成果,制造出可以移植的活体器官和仿生部件;二是根据生物的生长发育,在其内部基因的控制下,细胞平行分裂,进行自生长塑形加工。这种制造方法可以生长出人类需要的任何产品,比如人或动物的骨骼、器官、肢体、生物材料的机械部件等。可以想象,如果人们能够分离和破译DNA中控制形状、大小、结构和材料的基因,并采用先进的“原子操纵技术”来组装或修改这些基因,那么有一天机器零件甚至整机都可以从培养皿中相应的“种子”中生长出来。未来微机械的制造很可能向这个方向发展。
纵观制造技术的发展,加工方法是这样进步的:机械加工→物理和电物理加工→化学和电化学加工→生物或仿生加工,完全符合科学认识过程由简单到复杂、由粗糙到精细的发展方向。



