【文章內(nèi)容簡介】 是政府或行業(yè)管理部門通過試驗獲得基礎可靠性數(shù)據(jù)，以驗證、鑒定產(chǎn)品的可靠性。n （ 5） 產(chǎn)品環(huán)保性能試驗 產(chǎn)品環(huán)保性能不僅局限于生產(chǎn) 和使用過程中排放的污染物要達到規(guī) 定的標準要求，而且在包括設計、制造、流通、使用、報廢、回收及處 理、處置的全壽命周期中均要減少 對環(huán)境的負面影響。這種拓展的產(chǎn) 品 環(huán)保性能，符合綠色設計的宗旨，是 對產(chǎn)品 “綠色 ”程度的全過程控制，它要求在產(chǎn)品壽命周期的每一環(huán) 節(jié)都要 控制環(huán)境污染和資源能源的消耗。 企業(yè)由環(huán)保的被動、消極性變?yōu)? 關系到企業(yè)的形象和生存，這就要求企業(yè)必極主動地迎接市場的挑戰(zhàn)。 第三章 先進制造工藝技術學習目標 ：通過對本章的學習，應了解適用的先進制造工藝技術概貌。 側(cè)重了解快速原型制造技術和虛擬制造技術，其他內(nèi)容可作為一般性 閱讀知識。 建議讀者可利用多種媒體，查詢收集相關資料，開拓視野。 制造活動是人類社會最基本的活動，也是創(chuàng)造社會物質(zhì)財富的主要活動。制造技術隨著社會的發(fā)展和科技的進步不斷地創(chuàng)新，從手工制造到機器制造，從切削加工到成形制造，從去除工件材料成形到堆積工件材料成形，從宏觀領域的制造到微觀領域的制造，從利用客觀世界已存在的材料到利用人類創(chuàng)造的新材料 ,加工制造的創(chuàng)新方法永無止境。n 一、基本概念n （ 1） 工藝 是使各種原材料、半成品成為產(chǎn)品的方法和過程。n （ 2） 機械制造工藝技術 是指將原材料、半成品加工成機械產(chǎn)品的一切過程和方法的總稱。n （ 3） 電子工藝 主要是指電子元器件及其電路的制造方法和過程，包括電子元件、部件和裝置的制造工藝，其中最有代表性、特殊性，最有前途的是單晶生長工藝、晶片制造工藝、超大規(guī)模集成電路制造工藝、微電子器件工藝、光刻工藝、離子注入工藝、鍍膜工藝、電子束焊、激光焊和貴金屬釬焊等。第一節(jié) 先進制造工藝技術概述二、通用機械制造工藝的分類 n 成形工藝 : n 主要指將不定形的原材料 (塊狀、顆粒狀、液態(tài)或固態(tài) )轉(zhuǎn)化成所需要形狀的工藝，如鑄造、粉末冶金、塑料成形工藝等。粉末冶金成形工藝主要用于獲得毛坯或不需再加工的制品，它幾乎可以應用于所有工程材料。但主要用于制備各種具有復雜外形、內(nèi)腔，或因為材料高硬度、高脆性、高強度而難以用其他方法生產(chǎn)的毛坯或工件。n 變形工藝n 變形工藝主要包括使工件的原始幾何形狀從一種狀態(tài)改變?yōu)榱硪环N狀態(tài)。如鍛造、沖壓、軋制、擠壓、拉拔等。變形工藝適用于鐵碳合金、不銹鋼、耐熱鋼、輕有色金屬、重有色金屬等。其中鍛造常用于一些重要毛坯 (軸、齒輪等 )的生產(chǎn)，沖壓制品在汽車、家用電器等行業(yè)有廣泛用途。n 切削工藝 :n 切削工藝是制造過程的主要內(nèi)容，幾乎占全部工藝勞動量的1／ 3以上。切削和磨削是傳統(tǒng)的機械加工方法。由于其生產(chǎn)效率高，加工成本低，能量消耗少，可以加工各種不同形狀、尺寸和精度要求的工件。因此，切削和磨削一直是工件精加工和最后成形的最重要手段。今后相當長的時期里，切削、磨削仍然是獲得精密機械零件最主要的加工方法。根據(jù)統(tǒng)計，近年來美國和日本每年消耗在切削和磨削方面的費用分別高達 1000億美元和10000億日元。n 連接工藝n 連接工藝主要指將單個工件連接成組件或最終產(chǎn)品，如機械連接、焊接、粘接和裝配等工藝。機械連接包括螺栓連接、鉚接和壓力連接。n 材料改性工藝及表面處理工藝n 材料改性工藝及表面處理工藝是指不改變幾何形狀、僅改變工件材料的顯微組織結(jié)構，n 使工件具有所要求的物理機械性能，從而獲得所希望指標的工藝。如材料熱處理工藝等。n 特種加工工藝n 利用化學、電化學、物理 (聲、光、熱、磁 )等方法對材料進行的加工。特種加工工藝主要用于各種高硬難熔及具有特殊物理機械性能的材料和精密細小、形狀復雜、難以甚至不能用傳統(tǒng)切削工藝加工的零件。n 快速成形工藝n 直接根據(jù)產(chǎn)品 CAD的三維實體模型數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機處理后，將三維模型轉(zhuǎn)化為許多平面模型的疊加，再通過計算機控制，制造一系列平面模型并加以聯(lián)結(jié)，形成復雜的三維實體零件。這樣，不僅可以顯著縮短產(chǎn)品的研制周期，并且可以節(jié)省大量的研制費用。n 三、先進制造工藝在 AMT中的地位n 先進制造工藝是先進制造技術的核心和基礎。因為優(yōu)化的工藝過程、工藝參數(shù)、工藝程序、工藝規(guī)范決定了制造技術的固有技術水平和效率，也決定了產(chǎn)品制造質(zhì)量和效率。如果工藝有問題，再精良的自動化系統(tǒng)都不可能對工藝產(chǎn)生本質(zhì)的改善。n 以優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、潔凈、靈活為特征的先進制造工藝較早就在工業(yè)發(fā)達國家得到發(fā)展與普遍應用，我國在這方面與工業(yè)發(fā)達國家相比，還存在較大差距。因此，必須重視和加快先進制造工藝的研究與應用。n 四、先進制造工藝的特點n （ 1） 先進性 主要表現(xiàn)在優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、潔凈、靈活 (柔性 )五個方面。n （ 2） 實用性 主要表現(xiàn)在兩個方面：一是應用普遍性。它將是機械制造類企業(yè)的主要工藝。二是經(jīng)濟適用性。它一般投資不高，而且有不同檔次，適宜企業(yè)技術改造。n （ 3） 前沿性 主要表現(xiàn)在先進制造工藝可以實現(xiàn)高新技術的產(chǎn)業(yè)化或加快傳統(tǒng)工藝的更新改造，它們是制造工藝研究最為活躍的前沿領域。先進制造工藝的技術發(fā)展趨勢n 1．采用模擬技術，優(yōu)化工藝設計n 2．成形精度向無余量方向發(fā)展 n 3．成形質(zhì)量向無 “缺陷 ”方向發(fā)展 n 6．采用自動化技術，實現(xiàn)工藝過程的優(yōu)化控制n 7．采用清潔能源及原材料，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)n 4．機械加工向超精密、超高速方向發(fā)展 n 5．采用新型能源及復合加工，解決新型材料的加工和表面改性難題 n 8．加工與設計之間的界限逐漸淡化，并趨向集成及一體化n 9．工藝技術與信息技術、管理技術緊密結(jié)合，先進制造生產(chǎn)模式獲得不斷發(fā)展n 隨著全球市場一體化的形成，制造業(yè)中新產(chǎn)品的開發(fā)和上市已成為市場競爭的關鍵。誰能在最短的時間內(nèi)推出適應市場變化的新產(chǎn)品，誰就在競爭中贏得先機。 n 為了推出新產(chǎn)品，在進行充分時常調(diào)研的基礎上，要盡快利用先進設計技術進行產(chǎn)品的設計，推向市場。n 產(chǎn)品創(chuàng)新的速度和制造技術的柔性成為企業(yè)的核心競爭能力。第二節(jié)第二節(jié) 快速原形制造技術快速原形制造技術快速原形制造 (Rapid Prototyping Manufactureing， RPM) 技術，被認為是制造技術領域的一次重大突破。 n RPM可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉(zhuǎn)化為具有一定功能的原形，有效地縮短了產(chǎn)品的研究開發(fā)周期 n 針對 工程領域 而言，其廣義上的定義為：通過概念性的具備基本功能的模型快速表達出設計者意圖的工程方法 n 針對 制造技術 而言，其狹義上的定義為：一種根據(jù)CAD信息數(shù)據(jù)把成形材料層層疊加而制造零件的工藝過程 RP成形原理圖161。 圖 34 光固化成形原理161。 1升降臺 2－刮平器 3－液面 4－光敏樹脂 5－紫外激光 6－成形零件n RPM零件圖形處理過程1）快速原形制造的計算機系統(tǒng)只有接受三維 CAD模型后，才能進行切片處理（三維模型的近似處理 ）2）三維模型的切片處理 沿成形的高度方向每隔一定的間隔進行切片處理，以獲取截面的輪廓。間隔的大小根據(jù)待成型零件的精度和生產(chǎn)率要求選定。間隔越小，精度越高，但成形時間越長。間隔選取的范圍為 ～ mm，常用的是 ?？焖俪尚芜^程 n RP的主要成形工藝 n 的成形技術n RPM的應用 n 1. 軍事領域n 2. 航天領域n 、考古等領域n 第三節(jié) 快速制模技術n 模具工業(yè)是制造業(yè)的基礎工業(yè)。采用模具生產(chǎn)零部件，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量均勻、節(jié)約能源和材料、成本低等一系列優(yōu)點，而且模具業(yè)的發(fā)展水平，很大程度上決定了當代工業(yè)生產(chǎn)工藝的發(fā)展方向，模具技術水平已成為衡量一個國家制造水平的重要標志之一。（汽車、塑料制品、柜體板材加工等）?？焖倌＞咧圃旒夹gn 直接快速制模技術 (Direct Rapid Tooling DRT)n 間接快速制模技術 n （ 1）硅橡膠模具的制作 n 先利用 CAD三維模型直接快速制得原型，再經(jīng)硅橡膠模過渡轉(zhuǎn)換得到陶瓷鑄型或石膏鑄型，再由陶瓷鑄型澆注出金屬模具。n （ 2）快速成形石墨電極n 由 RP原型 (陽模 )直接復制出三維研具(陰模 )，再在石墨電極研磨機上用研具研磨出三維整體電極 (陽模 )，從而加快了石墨電極的制造。n 虛擬制造 :n （ Virtual Manufactuing,VM）是產(chǎn)品實際制造過程在計算機上的模擬實現(xiàn)，利用計算機仿真與虛擬現(xiàn)實技術，在高性能計算機上實現(xiàn)產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)以及企業(yè)的管理與控制等產(chǎn)品全生命周期活動。n 虛擬制造的特點：n （ 1）信息高度集成，靈活性高 n （ 2）群組協(xié)同，分布合作，效率高 第四節(jié)第四節(jié) 虛擬制造技術虛擬制造技術虛擬制造的三個特征 n 虛擬制造分類 :n 按照產(chǎn)品在生命周期中的各類活動，可將虛擬制造分成三類：n （ 1）以設計為中心的 (designcentered)VM n （ 2）以生產(chǎn)為中心的 (productioncentered)VM n （ 3）以控制為中心的 (controlcentered)VM n 以什么為中心就是在考慮全局的情況下側(cè)重于某方面 .VM的效果n 實踐證明，虛擬制造技術可以為企業(yè)帶來六個方面的效果：n (1) 提供影響產(chǎn)品性能、制造成本、生產(chǎn)周期的相關信息，使決策者能夠正確地處理產(chǎn)品的性能、制造成本、生產(chǎn)進度和風險之間的平衡關系，做出正確的設計和管理決策；n (2) 提高產(chǎn)品的設計質(zhì)量，減少設計缺陷，優(yōu)化產(chǎn)品性能；n (3) 提高工藝規(guī)劃和加工過程的合理性，優(yōu)化制造質(zhì)量； (4) 通過生產(chǎn)計劃的仿真，可以優(yōu)化資源配置和物流管理，實現(xiàn)柔性制造和敏捷制造，縮短制造周期，降低生產(chǎn)成本；n (5) 通過提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本和縮短開發(fā)周期，以及提高企業(yè)的柔性，以適應用戶的特殊要求和快速響應市場的變化，形成企業(yè)的競爭優(yōu)勢；n (6) 通過虛擬企業(yè)的概念以及具體的實踐組成的快速響應團隊，能夠迅速對市場作出反映。VM的應用案例 n 1．汽車設計n 2．裝載機設計n 3．飛機設計n 4．地域的虛擬化n 5．動力機車設計n 高速切削 (High Speed Cutting，簡稱 HSC)主要用于車削與銑削 :n 高速切削與普通切削的區(qū)別如下：n （ 1）主軸的轉(zhuǎn)速高 通常情況下，高速切削時主軸轉(zhuǎn)速要比普通切削時高 5～ 10倍。n （ 2）進給速度高 高速切削時，為了保持刀具每齒進給量基本不變，隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，進給速度也必須大幅度地提高。n （ 3）工藝流程和工件質(zhì)量 在模具制造業(yè)中，采用高速切削后可以提高進給速度，減少工時來降低制造費用。如果保持切削時間不變，減少進刀量，就可以降低表面粗糙度，省去或減少原來手工清除切削后殘留的表面溝紋的加工量 。n 在各個不同行業(yè)中，采用高速切削的側(cè)重面雖有不同，但概括來講集中于以下幾個方面 :n 1）提高進給速度，從而提高生產(chǎn)率和縮短生產(chǎn)周期。n 2）提高切削速度和進給速度以減少進給量，改善工件的形狀精度和表面粗糙度。n 3）減少切削時間，降低機床需求和簡化工藝流程，從而達到降低生產(chǎn)成本的目的。第五節(jié) 高速加工高速磨削n 高速磨削 (High Speed Grinding簡稱 HSG) 是用很高的切削速度和n 進給速度進行磨削加工的方法。高速磨削速度的定義在不斷地進步，上個世紀 60n 年代以前，磨削速度在 50m／ s時即被稱為高速磨削，而 90年代磨削速度最高已達n 500m／ s，在實際應用中磨削速度在 100m／ s以上即被稱為高速磨削。n 高速磨削的特點 :n （ 1）提高表面質(zhì)量和加工精度 在材料切除率不變的條件下，提高切削速度可n 降低單一磨粒的切削深度，從而減小磨削力，降低工件表面粗糙度，且在加工剛n 性較低的工件時易于保證加工精度。n （ 2）提高生產(chǎn)率 假如高速磨削時仍維持原有的切削力，則可提高進給速度，n 降低加工時間，提高生產(chǎn)效率。n （ 3）簡化工藝流程 以往磨削僅適用精加工，加工精度雖高但加工余量很小。n 當前的高速磨削的材料切除率可與車削、銑削相比，磨削既可精加工又可粗加n 工，這樣可大大減少機床種類，簡化了工藝流程。n （ 4）降低成本和提高質(zhì)量 尤其對于某些以磨削為最終工序的產(chǎn)品