增减材复合制造技术邹斌黄传真等邹斌黄传真等_邹斌黄传真等_9787111790037

本书基于增材与减材制造的可容性和渗透性，系统地介绍了增减材复合制造技术。其主要内容包括：增减材复合制造工艺基础、面向增减材复合制造工艺的数字化设计、各种材料的增减材复合制造、增减材复合制造零件的精度测量与控制、增减材复合制造实践。本书涵盖了增减材复合制造的基础理论、数字化设计、工艺方法和应用实例等方面，分别阐述了增材与减材制造的各自特点，分析了不同材质的零件增材与减材集成的可能性及其方法；本书着眼于增材与减材工艺技术的共融方法，使之能取长补短，优势互补，兼容并蓄，从而达到制造效率与精度共同提高的目的。

传统制造模式的工艺链长，模具、刀具、夹具与装备多且复杂，材料属性与零件几何结构不能在同一时空内创成，空间拓扑结构易相互干涉，造成了设计和制造彼此约束，所想难所得。增材制造技术是基于离散-堆积原理，由三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。增材制造能够突破复杂异型结构件的高效加工技术瓶颈，直接实现材料微观组织与宏观结构的可控成形，改变传统的经验设计理念，真正意义上实现自由设计转变，因此增材制造是对传统制造模式的一种颠覆。增材制造能弱化材料种类的属性界限，实现材料与几何结构共时态制备，并且不需要刀具去除材料和夹具夹持零件，使毛坯-零件-工艺-设备的适配性更强，由此降低了零件设计与制造的约束度，能实现零件的自由制造，尤其是能大大减少复杂结构零件的加工工序，缩短其加工周期。制造强国，材料先行，增材制造工艺的材料制备能力宽，其制备常规材料的能力已经得到很好验证。与传统制造工艺相比，增材制造技术通过使粉末、液体或片状、丝状等原始离散材料逐层堆积而快速形成人们需求的三维实体。从工艺过程来看，增材制造集产品设计、材料铸造和切削加工等工艺过程于一体，省去了诸多烦琐的工艺过程，具有柔性高、效率高和可加工任意复杂形状零件的特点；从装备系统来看，增材制造装备将传统的复杂制造系统缩小到一台或几台制造装备中，产品生产的辅助时间大大降低，同时制造的精度可大大提高。因此，增材制造是制造技术的革命性进步，符合现代和未来制造对产品个性化、定制化和特殊化需求日益增加的发展趋势。
增材制造需要满足未来制造快、精和尖的需求，但是当前增材制造的成熟度尚不能媲美粉末冶金、铸、锻、焊、切和磨等等材和减材制造技术，其制备材料的属性特征、工艺体系和先进装备等基础理论与方法有待深入的科学研究。以金属增材制造为例，金属零件增材制造是采用高能的离子束或激光束作为热源，使输送的金属粉末逐点逐层熔覆沉积，从而形成零件整体形状的制造方法。这种制造方法已经在大型整体叶盘组件和飞机大型整体承力结构件的近净成形中得到了成功的应用。从零件的尺寸精度和结构精度看，金属增材制造过程中会形成高温度梯度和大冷却速率，易导致材料晶粒细化和固溶强化，由此造成零件内部存在较大的残余应力，冷却后产生变形，精度降低，因此目前金属增材制造的零件只能达到近净成形的能力；同时，制造中出现的球化效应和边缘效应，也会使零件表面质量较差；虽然在增材制造过程中通过降低层厚可以部分提高成形精度，但是却会造成制造效率的极大降低。面对这些问题，如果在零件成形过程中，灵活采用增材（叠加方法）和减材（去除方法）相结合的制造方法，即开展增材与减材复合制造技术，则可以克服目前增材制造零件成形精度不高和表面粗糙度较高的问题，同时可以极大满足个性化、复杂化和精密化零件的高效制造要求。
作者团队长期从事增材制造、减材制造的理论、工艺和装备的研究工作，尤其是在减材的高效精密加工技术方面已达到了国际先进水平，这为本书的撰写提供了夯实的理论基础和工程应用背景。面对当今世界先进制造技术的飞速发展，以及工程领域对生产力进一步提高的渴求，本书着眼于增材与减材工艺技术的共融方法，兼容传统技术和革新技术的精化，使之能取长补短，优势互补，兼容并蓄，从而达到制造效率与精度共同提高的目的，促进我国从制造大国向制造强国的发展。本书共分5章：增减材复合制造工艺基础、面向增减材复合制造工艺的数字化设计、各种材料的增减材复合制造、增减材复合制造零件的精度测量与控制、增减材复合制造实践。本书可供材料成形、机械加工领域的工程技术人员、研究人员使用，也可供机械工程领域，特别是机械制造及其自动化等专业的在校师生参考。
增材制造和减材制造涉及的知识都很广泛，由于作者水平局限，书中难免有疏漏或不足之处，敬请读者批评指正。

作者

前言
第1章增减材复合制造工艺基础1
1.1增材制造1
1.1.1概述1
1.1.2增材制造的分类与发展历程2
1.1.3增材制造工艺3
1.2减材制造8
1.2.1概述8
1.2.2减材制造工艺9
1.2.3减材制造与增材制造的联系11
1.3增减材复合制造12
1.3.1概述12
1.3.2增减材复合制造应用设备15
1.3.3增减材复合制造工艺规划18
第2章面向增减材复合制造工艺的数字化设计22
2.1增材数字化设计22
2.1.1概述22
2.1.2拓扑优化设计23
2.1.3点阵结构优化设计30
2.2减材数字化设计38
2.3基于ANSYS-APDL MATLAB的拓扑优化实践40
2.3.1建立分析模型41
2.3.2MATLAB与ANSYS联合分析过程42
2.4面向增减材复合制造的数字化设计思考49
第3章各种材料的增减材复合制造52
3.1金属增减材复合制造52
3.1.1金属激光增材制造技术52
3.1.2激光增材制造常用金属材料53
3.1.3金属增减材复合制造的方式53
3.2陶瓷增减材复合制造55
3.2.1陶瓷概述55
3.2.2陶瓷增材制造技术55
3.2.3陶瓷减材制造技术58
3.2.4陶瓷增减材复合制造注意事项60
3.3复合材料增减材复合制造60
3.3.1纤维增强热塑性树脂复合材料简介60
3.3.2纤维增强热塑性树脂复合材料成形技术62
3.3.3复合材料增材制造技术63
3.3.4复合材料减材制造技术64
3.3.5复合材料增减材复合制造注意事项65
增减材复合制造技术前言第4章增减材复合制造零件的精度测量与控制67
4.1引言67
4.2增减材复合制造零件的精度67
4.2.1增减材复合制造零件的定义与特点67
4.2.2增减材复合制造零件精度测量及其应用领域68
4.2.3精度对零件性能的影响69
4.2.4增减材复合制造零件的特殊精度要求69
4.2.5精度测量方法70
4.2.6三坐标测量71
4.2.7光学测量76
4.2.8测量方法的选择79
4.3增减材复合制造零件的误差来源与控制79
4.3.1增材制造误差来源79
4.3.2减材制造误差来源80
4.3.3误差传递与累积80
4.3.4误差控制策略82
4.3.5精度测量实践与案例分析83
4.3.6未来展望与研究方向85
第5章增减材复合制造实例86
5.1金属增减材复合制造工艺参数86
5.2航空发动机机匣的增减材复合制造87
5.3增减材复合制造工艺建模91
5.3.1简单几何体的增减材复合制造工艺建模91
5.3.2锥体零件的增减材复合制造工艺建模100
5.3.3带凸台壳体的增减材复合制造工艺建模107
5.3.4泵体的增减材复合制造工艺建模119
5.3.5叉架零件的增减材复合制造工艺建模128
5.4增减材复合制造注意事项136
参考文献138

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