微细与特种加工技术

•2006年建立了微系统与微结构制造教育部重点实验室•2007年建设了国防科工委“精密与微纳制造”国防紧缺学科•2007年建设了国防科技工业超精密机械加工技术研究应用中心•微纳米先进测试与基础研究平台•微纳米制造工艺与装备研究平台•微结构与微系统设计及集成技术平台•微纳米技术研究高水平人才培养基地特色研究方向：•微结构的超精密及纳米加工工艺与装备技术•微细特种加工工艺与装备技术•微塑性成型工艺与装备技术•微铸造成型技术•微检测及微操作与微装配技术•微小型机器人技术•微型传感器及MEMS集成技术模具与微结构制造微结构件的批生产微系统集成根据本领域目前国内外的科学研究现状和发展趋势，结合国家现有学科布局的特点，围绕我国制造业中长期发展规划中的优先发展主题，以国防工业和国民经济相关领域对微结构与微系统的需求为牵引，面向国民经济主战场，充分发挥哈工大相关学科的研究实力、优势与特色，形成了以非硅微纳制造工艺与装备为主线的鲜明研究特色。3）微塑性成形技术课题组在国家自然基金和国家“863”MEMS重大专项资金、以及哈工大校基金的资助下率先在国内开展了微型零件精密微塑性成形技术和分子动力学模拟等方面的研究，建立了精密微塑性成形研究平台。哈尔滨工业大学在MEMS和微纳米制造，尤其是非硅微结构制造等方面，已经形成了从设计仿真、器件与模具微制造到低成本批量制造和系统装配与集成的整体配套制造能力。哈工大承担的微细加工课题及取得的主要成果近5年来已完成微纳米制造及MEMS方向的国家863项目15项；国防973项目1项；国家自然科学基金项目7项；国防及其他国家级项目9项。总经费3600余万元。目前正在承担的微纳米制造及MEMS方向的国家863项目15项；国家自然科学基金项目11项；国防及其他国家级项目11项。在研经费5000余万元。获国家技术发明2等奖1项，省部级奖8项；取得国家发明专利20余项。特种加工的产生及发展•传统机械加工:–18时世纪70年代—蒸汽机的发明，但是直到汽缸镗床的创造与改进引起了第一次产业革命。–在二战前的150年里一直是机械切削加工。•特种加工：–二战后，尤其20世纪50年代，随着生产的发展和科学实验的需要对机械制造提出了新的要求，尤其是国防工业部门。对机械制造提出的要求•1.解决各种难加工材料的加工问题–如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、金刚石、宝石、石英以及锗、硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的金属与非金属材料的加工。•2.解决各种特殊复杂表面的加工问题–喷气涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣、锻压模、注射模的立体成型表面–各种冲模、冷拔模上的特殊截面的型孔–炮管内膛线、喷油嘴、栅网、喷丝头上的小孔、窄缝等特殊零件•3.解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题–航天、航空陀螺仪、伺服阀等表面质量和精度要求较高的零件–细长轴、薄壁零件、弹性零件等低刚度零件传统加工的本质和特点•1依靠刀具材料比工件材料硬•2靠机械能把工件上多余的金属材料切除。当工件材料愈来愈硬，加工表面愈来愈复杂的情况下，传统加工就显得的无能为力了。这是特种加工产生与发展的外因。特种加工的产生20世纪40年代，前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点腐蚀的原因时发现:利用工具和工件之间不断的脉冲性火花放电产生的局部、瞬时的高温把金属蚀除下来。由于加工过程中可以看到火花，故称电火花加工。•电火花加工—ElectricalDischargeMachining(EDM)–又称放电加工（日本/英国/美国等）–又称电蚀加工（前苏联及俄罗斯）电火花加工产生的意义•拉扎林科夫妇用铜丝在淬火钢上加工出小孔。•意义：–摆脱了传统加工方法的束缚–用软的工具加工任何硬度的金属材料–利用电能热能来去除金属–为其他加工方法提供了新的思路特种加工概念到目前特种加工的方法很多，采用的能量有：热能、化学能、电化学、光能、声能等。为了区别于原有的金属切削加工，这些新的加工方法统称为特种加工，国外称作：–Non-TraditionalMachining(NTM，非传统加工)–Non-ConventionalMachining(NCM，非常规加工)特种加工的本质•不是主要依靠机械能，而是用其他能量来去除金属材料；•工具硬度可以低于被加工材料的硬度；•加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。特种加工的特点•可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属和非金属材料；•专长于加工复杂零件、微细表面零件和低刚度零件；•一般为非接触加工，无宏观作用力。我国特种加工的发展•20世纪50年代中期，我国已研制出电火花穿孔机床、电火花表面强化机。•建立电加工研究室•20世纪50年代末期，开始批量生产电火花成型机和电火花表面强化机•20世纪60年代初，仿形电火花线切割机•20世纪60年代末，高速走丝电火花线切割机，及其数控系统•20世纪50年代末，电解加工和超声加工。原兵器工业部，采用电解方法加工炮管膛线、喷气发动机叶片等。•20世纪60年代末到90年代，特种加工技术快速发展时期，主要体现在如下几个方面：1.特种加工方法和机理2.特种加工工艺3.特种加工设备4.特种加工智能化、自动化5.实际应用特种加工的发展趋势•自动化、柔性化•高效率•精密化与微细化•新工艺方法及复合工艺•进一步开拓特种加工技术•自动化、柔性化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,加大对特种加工的基本原理、加工机理、工艺规律、加工稳定性等深入研究的力度,建立综合工艺参数自适应控制装置、数据库等(如超声、激光等加工),进而建立特种加工的CAD/CAM与FMS系统,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。•精密化与微细化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,因此,大力开发用于超精加工的特种加工技术已成为重要的发展方向。