制造工艺学周哲波第一讲绪论

2019/10/3Page1第一讲绪论Intrduction2019/10/3Page2§1-1概述一、研究内容1.本学科的地位：机械专业的主干课程之一，论述机械制造技术与方法，是制造方向的重要专业课。研究如何科学地、最优地生产各种机械装备、机械产品的一门技术学科。2.内容：1）常用金属切削加工方法（车削、铣削、刨削、磨削、齿轮等）；2）改善产品结构设计的理论依据（结构工艺性等）；3）掌握制定工艺路线和夹具设计的基本方法。4）生产效率、成本、质量的综合评定依据。2019/10/3Page33.学习目的：1）掌握各种切削加工方法，以保证产品设计中零件结构设计及制造方法的选择；2）为了保证产品性能，设计时应注意的事项；3）探索低成本、高质量的合理工艺措施；4）处理和分析现场产品质量问题的理论依据及方法。2019/10/3Page4二、机械制造工程学科发展DevelopmentofMechanicalManufacturingTechnology1.机械制造技术的发展1）17世纪60年代，瓦特改进蒸汽机，标志第一次工业革命兴起，工业化大生产从此开始；2）18世纪中，麦克斯韦尔建立电磁场理论，电气化时代开始；3）20世纪初，福特汽车生产线，泰勒科学管理方法，标志自动化时代到来（以大量生产为特征—MassProduction）4）二战后，计算机、微电子技术，信息技术及软科学的发展，以及市场竞争的加剧和市场需求多样性的趋势，使中小批量生产自动化成为可能，并产生了综合自动化和许多新的制造哲理与生产模式。5）进入21世纪，制造技术向自动化、柔性化、集成化、智能化、精密化、清洁化的方向发展。2019/10/3Page5制造业在国民经济中的作用2019/10/3Page6机械制造业的发展2019/10/3Page72.加工精度及其发展1-车、铣2-磨3-CNC机床4-研磨、工具磨5-光学磨、金刚石车、磨6-金刚石超精车、磨、电解加工7-衍射光栅刻线机8-电子束、离子束、X射线9-分子束生长、离子注10-扫描隧道技术2019/10/3Page83.重要的新型机械产业（不包括车辆、航空、航天、船舶、兵器、核工业）1）电动车辆产业2）计算机数控机床产业（这是基础产业）3）工业机器人产业(包括运输、检测、存储)4）超精密机械产业（特别是微机电系统设备）5）特种加工设备产业(包括快速成形、表面技术、特种材料加工等设备)6）现代工程机械设备产业7）现代农业机械设备产业8）现代医疗机械设备产业9）新型交通工具产业（包括新型高速列车、太阳能车辆、绿色汽车、微型飞行器…）10）现代家用电器产业2019/10/3Page9三、制造技术的重要性1.社会发展与制造技术密切相关2019/10/3Page102019/10/3Page112.制造技术是科学技术物化的基础协同论系统论控制论方法论信息论数控技术制造技术微电子技术成形技术材料技术设计方法学计算机技术网络数据库转换系统分配输送能量系统物质系统加工系统装配系统拆卸系统物料系统检测系统信息系统工程设计过程管理工况监控质量保证制造系统传感技术自动控制技术能源技术管理技术制造系统工程学体系结构2019/10/3Page123.制造技术是所用工业的支柱纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备制造技术当今制造业社会功能2019/10/3Page134.国力和国防的后盾1）国民经济的支柱产业，国民经济总收入的60%以上来自制造业，世界发达国家无不具有强大的制造业。2）机械制造业是制造业的基础，是重中之重。3）日本由于重视制造业(汽车制造和微电子制造)，二次大战后30年时间，发展成为世界经济大国。4）与此相反，美国在一段相当长时间内忽视了制造技术的发展，结果导致经济衰退，竞争力下降，出现在家电、汽车等行业不敌日本的局面。直至上世纪80年代初，美国才开始清醒，重新关注制造业的发展，至1994年美国汽车产量重新超过日本。5）1998年爆发的动南亚经济危机的启示。6）2008年的美国金融危机。7）2011年欧债泛滥。2019/10/3Page14我国机械制造业的成就核潜艇2019/10/3Page15我国机械制造业的成就世界上只有F-22才能抗衡的中国歼10战机。歼10透视图2019/10/3Page16我国机械制造业的成就神州5号神州5号宇宙飞船2019/10/3Page17我国机械制造业的成就神州6号宇宙飞船2019/10/3Page182019/10/3Page192019/10/3Page202019/10/3Page212019/10/3Page222019/10/3Page232019/10/3Page24四、狭义制造与广义制造1.狭义制造——传统意义上的制造，由于设计和工艺的分家，制造被定位于制造工艺。指生产过程从原材料→成品直接起作用的那部分工作内容，包括毛坯制造、零件加工、产品装配、检验、包装等具体操作（物质流）。2.广义制造——狭义制造的扩展，又称“大制造”。CIRP定义：制造包括制造企业的产品设计、材料选择、制造生产、质量保证、管理和营销一系列有内在联系的运作和活动。3.制造企业——美国将机械、电子、轻工、纺织、冶金、化工等行业列为制造业。（第二产业中除建筑、建材、能源、电力外）2019/10/3Page254.广义制造形成因素1）制造设计一体化2）材料成形机理的扩展（1）去除加工——又称分离加工，是从工件上去除一部分材料而成形。（2）结合加工——利用物理和化学方法将相同材料或不同材料结合（bonding）在一起而成形。按结合机理和结合强弱又可分为附着（deposition）、注入（injection）和连接（jointed）三种。（3）变形加工——又称流动加工，是利用力、热、分子运动等手段使工件产生变形，改变其尺寸、形状和性能，如特种锻造、特种铸造等。2019/10/3Page263）材料成形机理的范畴2019/10/3Page27（1）快速原型制造过程快速原型制造过程喷粘结剂喷热熔材料三维产品（样品/模具）表面处理构造三维模型模型近似处理切片处理激光喷射源固化树脂切割箔材烧结粉末2019/10/3Page282）传统加工与快速成形比较a）b）模具模具设计铸造焊接锻压毛坯（大于工件）半成品半成品工件去除加工设计模具样品快速成形2019/10/3Page29快速成形机床及快速成形件Real2019/10/3Page304）制造技术综合性：现代制造技术是一门以机械为主体，交叉融合了光、电、信息、材料、管理等学科的综合体，并与社会科学，文化、艺术等密切相关。5）制造模式发展：计算机集成制造技术是制造技术与信息技术结合的产物，集成制造系统首先强调了信息集成，即计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机辅助管理的集成。进一步发展出现柔性制造、敏捷制造、虚拟制造、网络制造、智能制造和协同制造等多种制造模式。6）丰富的硬软件工具、平台和支撑环境：硬件是基础，软件是支撑。7）产品全生命周期。2019/10/3Page31五、我国机械工业发展现状可概括为：发展迅速、相对落后。1.迅速发展1）经济发展建国六十多年来特别是改革开放二十多年来的发展，已是我国机械工业从十分落后的状况发展到今天的机械生产大国（不是强国）。2001年，中国制造业占国民生产总值的1/3，占整个工业生产的4/5，为国家财政提供1/3以上的收入，贡献出口总额的90%，就业人员8043万。到2004年，中国制造业规模仅次于美国、日本之后，居世界第3位。2010年我国机械工业产品销售收入159814.96亿亿元，实现利润23972.24亿元，超越日本，位居世界第三大经济实体。2019/10/3Page322）我国已经建成门类比较齐全、具有较大规模的制造体系。（1）基础工业部门80%以上的生产能力是由国内设备提供的；（2）农业装备几乎全部由国内提供；（3）部分重要产品的产量已跃居世界前列。如汽车、大中型发电设备、大中型拖拉机、金切机床等。3）一些产品已经形成综合比较优势，具有价格竞争力。如：国产工程机械的价格仅为同型号进口产品的1／4左右。中国机械产品出口年增长率超过20﹪。2019/10/3Page334）掌握了一批重大技术装备的核心技术和关键技术。一些新产品的技术水平已达世界领先或先进水平，如沈阳机床集团的电主轴高速卧式加工中心、激光切割机床，黎明航发集团的中国第一台拥有完全知识产权的航空发动机、船用燃气轮机，沈阳新松机器人自动化有限公司的6000米水下机器人，30万千瓦汽轮发电机组、葛洲坝电站用大型低水头水轮发电机组和交流50万伏超高压输变电设备等产品。以“远望”号综合测量船、“向阳红”10号科学考察船为主力的科学考察船队达到了世界第一流水平。此外，新型高铁技术、航天飞船、运七、运八、、神七、神八、天宫一号及新舟60等支线飞机等。2019/10/3Page342.中国制造业的差距1）我国出口的产品大都是中低挡的，企业大都采取贴生产(OEM)的制造方式，外贸200强企业出口值有74%是通过加工贸易方式实现的，许多产品、设计的知识产权并不掌握在我们手里，因此附加值很低;2）我国钢产量已是世界第一，但高级钢材每年却需进口近千万吨;3）2001年,世界500强企业中，我国有11家入围，但没有一家制造业；入围２０１１世界企业５００强的５８家。4）格兰仕已成为世界最大的微波炉生产商，然而其关键零部件磁控管至今仍然依靠进口。我国已是全球最大的空调生产基地，然而高性能柜机仍要采用美国谷轮公司的涡旋压缩机。2019/10/3Page353.中国制造业的差距1)总体规模落后2010年，我国制造业虽名列世界第三（包括欧盟）,但总体规模仅相当美国的2/3、人均排名第95，美国排名第9，日本排名第17；2）人均劳动生产率落后我国制造业的人均劳动生产率远远落后于发达国家,仅为美国的1/25、日本的1/26、德国的1/20；3）制造业结构仍然偏轻装备制造在制造业中的比例仅为26.5%(99年),低于美国(41.9%)、日本(43.6%)、德国(46.4%)；44.146.646.639.838.333.630102030405060美国日本德国法国英国中国2019/10/3Page364）技术创新能力十分薄弱产业主体技术依靠国外，有自主知识产权的产品少，依附于国外企业的组装业比重大，表现为工业增加值率仅为26%，远低于美国（49%）、日本（38%）、德国（48.5%),并且呈现逐年降低的趋势。5）低水平生产能力严重过剩据第三次全国工业普查,机械电子、化工、建材、轻工、冶金等行业生产能力利用率分别为51.86%、54.45%、54.9%、64%、46.09%和好5.55%,而同时高水平生产能力不足，大量先进装备仍主要依赖进口。在我国制造业出口结构中，低、中、高技术产品比重排名分别列世界第一、第十一和第九位。2019/10/3Page376）装备制造业设备陈旧，缺乏核心技术装备制造业十分落后,新品开发周期平均为18个月(美国已达到产品设计周期3个星期、试制周期3个月)。企业经济效益低，如果把2010年一季度1891亿美元的机电出口额与金融危机前的2008年同期相比，我国机电产品出口额仅增加了78亿美元，增幅只有4%。7）装备制造业总体上与制造强国相距甚远我国现有3.6万国有装备制造企业,几乎没有一家能跻身于世界500强,全社会固定资产投资中设备投资的2/3依赖进口,在装备上每年有数百亿美元的逆差。目前，中国机械、汽车工业总体技术自给率只有60％左右，尤其是在重大成套技术装备及高技术产品的核心技术和关键环节上落后于国际先进水平。8）国有企业改革远未到位企业集中度低,大型骨干企业少,而且围绕大型骨干企业的中小企业群体也未形成。2019/10/3Page38六、关于几个问题的认识1.要重新认识机械制造业机械制造业不是夕阳产业。它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学、管理学等最新成就