先进制造技术概述61

先进制造技术概论先进制造技术1.机械制造业的发展目录3.先进制造技术的构成及分类4.先进制造技术的特点5.先进制造技术的发展趋势6.本课程的有关说明2.制造业在国民经济中的地位机械制造业的发展与人类文明的发展密切相关。石器时代早在石器时代，人类就开始利用天然石料制作工具，用其猎取自然资源为生。1.机械制造业的发展石针石矛石斧石锄机械制造业的发展与人类文明的发展密切相关。青铜器时代采用的是作坊式的以手工劳动为主的生产方式。1.机械制造业的发展司母戊大方鼎机械制造业的发展与人类文明的发展密切相关。铁器时代铁材料的开发成功使人类的发展进入历史快车道，铁制刀具大大提高了人类的加工能力，以满足以农业为主的自然经济的需要，改善了人们的生活方式，采用的是作坊式的以手工劳动为主的生产方式。1.机械制造业的发展铁甲胜邪宝剑T10、T12碳素工具钢机械制造业的发展与人类文明的发展密切相关。第一次工业革命（蒸汽时代）18世纪70年代，以瓦特改进蒸汽机为代表，引发了第一次工业革命，产生了近代工业化的生产方式，手工劳动逐渐被机器生产所代替，机械制造业逐渐形成规模。1.机械制造业的发展机械制造业的发展与人类文明的发展密切相关。第一次工业革命（蒸汽时代）1.机械制造业的发展瓦特蒸汽机机械制造业的发展与人类文明的发展密切相关。第一次工业革命（蒸汽时代）古代的车床是靠手拉或脚踏，通过绳索使工件旋转，并手持刀具而进行切削的。1797年，英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的现代车床，并于1800年采用交换齿轮，可改变进给速度和被加工螺纹的螺距。1817年，另一位英国人罗伯茨采用了四级带轮和背轮机构来改变主轴转速。1.机械制造业的发展1.机械制造业的发展机械制造业的发展与人类文明的发展密切相关。第一次工业革命（蒸汽时代）直到十九世纪下叶开始，欧洲开始引领风骚：工业革命的蓬勃发展带动了材料工业的迅速发展。各种高性能的合金钢不断地被开发成功，但对这些材料的加工也越来越难。1.机械制造业的发展机械制造业的发展与人类文明的发展密切相关。第一次工业革命（蒸汽时代）1865年，英国的RohertMushet发明了合金工具钢，能承受350℃的切削温度，加工一般钢材时切削速度可提高到10-12m/min。1.机械制造业的发展机械制造业的发展与人类文明的发展密切相关。第一次工业革命（蒸汽时代）在1898年（也说1906年），美国的W.Taylor和M.White终于成功研制了所谓的高速钢。由于其中加入了硬质的碳化钨，使之在高温条件下（能够承受550-600℃的切削温度）硬度也不降低，所以可以高速加工（切削钢材可达25m/min），故称为高速钢。高速钢的出现立即引起了切削加工的一次革命。它不但大大提高了金属切削的效率，并要求完全改变机床的结构，以适应这种新刀具材料的高切削性能要求。直至今日，高速钢还是金属切削业中不可缺少的刀具材料。1.机械制造业的发展机械制造业的发展与人类文明的发展密切相关。第一次工业革命（蒸汽时代）用高速钢刀具来加工镍基合金、模具钢等材料时，其加工速度和寿命又让人感到无法忍受。硬质合金的出现再一次改变了这样无奈的局面。目前已占据刀具市场半壁江山的硬质合金材料(英文：Carbide，德文：Hartmetall)是1923年德国人K.Schroeter发明的。德国Krupp公司于1926年获得此专利并开始开发、推广。由于其出色的硬度，当时就把公司冠名为“WIDIA”-WieDiamant(德语，意为“硬似金刚石”），成分为:94%WC+6%Co。1.机械制造业的发展机械制造业的发展与人类文明的发展密切相关。第二次工业革命（电气化时代）19世纪中叶，电磁场理论的建立为发电机和电动机的产生奠定了基础，从而迎来了电气化时代。以电力作为动力源，使机械结构发生了重大的变化。与此同时，互换性原理和公差制度应运而生。这些使机械制造业发生了重大变革，并进入了快速发展时期。1.机械制造业的发展机械制造业的发展与人类文明的发展密切相关。大批量生产（MassProduction）时代内燃机流水生产线泰勒科学管理理论标志机械制造业进入了“大批量生产”（MassProduction）的时代。以汽车工业为代表的大批量自动化生产方式使得生产率获得极大的提高，使汽车开始进入欧美家庭（福特汽车生产线）。从而使机械制造业有了更迅速的发展，并开始成为国民经济的支柱产业。1.机械制造业的发展机械制造业的发展与人类文明的发展密切相关。多品种、中小批量生产传统的自动化生产方式市场竞争的加剧和市场需求多样性的趋势电子计算机、集成电路和数控机床，运筹学、现代控制论、系统工程等软科学的产生和发展，使机械制造业产生了一次新的飞跃。二次世界大战后，多品种、中小批量生产日渐成为制造业的主流生产方式，并产生了综合自动化和许多新的制造哲理与生产模式。1.机械制造业的发展机械制造业的发展与人类文明的发展密切相关。多品种、中小批量生产20世纪80年代以来，信息产业的崛起和通讯技术的发展加速了市场的全球化进程，市场竞争更加激烈。为了适应新的形势，在机械制造领域提出了许多新的制造哲理和生产模式，如计算机集成制造（CIM）、精良生产（LP）、并行工程（CE）、敏捷制造（AM）等。1.机械制造业的发展可以把制造业的发展划分为3个阶段：传统制造、现代制造、后现代制造。其生产理念也随之不断更新。。1.机械制造业的发展制造业的发展现代制造阶段后现代制造阶段传统制造阶段以“产”为本的理念以“人”为本的理念以环境为本的理念对比1.机械制造业的发展不同制造理念的比较制造理念以生产为本以人为本以环境为本生产目标经济效益经济效益、社会效益生态效益、社会效益、经济效益竞争优势规模效益、价格质量、市场响应速度可持续发展资源配置方式自然资源、劳动、设备信息、资本技术、知识资源利用率低较高很高对环境的影响高较低很低核心技术机械加工技术信息、机电一体化技术纳米技术生产组织方式手工、机械、生产线自动化智能化、自动化制造时间长较短短制造灵活性刚性柔性柔性工序集中度分散倾向于工序集中工序集中制造尺度宏观宏观微观刀具的进步贯穿于整个机械制造历程石器时代石质材料刀具原始社会青铜时代青铜材料刀具奴隶社会铁器时代铁材料用于开发刀具材料铁制刀具封建社会工具钢资本主义社会高速钢资本主义高速发展时期硬质合金材料超硬材料现代金属制造业1.机械制造业的发展近代刀具及刀具材料的发展：1865年，英国RohertMushet发明了合金工具钢，能承受350℃的切削温度，加工一般钢材时切削速度可提高到10-12m/min。在1898年，美国W.Taylor和M.White成功研制了高速钢。由于其中加入了硬质的碳化钨，使之在高温条件下（能够承受550-600℃的切削温度）硬度也不降低，所以可以高速加工（切削钢材可达25m/min），称为高速钢。高速钢的出现立即引起了切削加工的一次革命。一百多年来人们对这种材料的性能一直进行着孜孜不倦的改进（现代高速钢切削钢材的速度可达40m/min以上）。直至今日，高速钢还是金属切削业中不可缺少的刀具材料。1.机械制造业的发展近代刀具及刀具材料的发展：目前已占据刀具市场半壁江山的硬质合金材料(英文：Carbide，德文：Hartmetall)1923年德国人K.Schroeter发明。德国Krupp公司于1926年获得此专利并开始开发、推广。由于其出色的硬度，当时就把公司冠名为“WIDIA”-WieDiamant(德语，意为“硬似金刚石”），成分为:94%WC+6%Co。最初研制的WC-Co硬质合金的耐热性达到800℃，切削速度提高到40m/min以上。但存在冲击强度低、性脆易破损等缺点。在随后的八十年里，人们通过添加不同碳化物、减小晶粒的大小、改善涂层等措施使硬质合金刀具的切削速度达到200m/min以上。1.机械制造业的发展近代刀具及刀具材料的发展：随着玻璃、玻璃纤维、耐火材料、石墨、强化塑料、高硅铝合金等材料的逐步应用，硬质合金刀具的寿命又无法满足生产的需要。另外，硬质合金刀具仍不能满足现代高硬度工件材料和超精密加工的要求。1954年美国通用电气公司采用高温高压的方法成功地合成了人造金刚石。人造金刚石刀具主要用于加工有色金属和非金属。适用于加工黑色金属的超硬材料主要是CBN。CBN最适合于加工各种硬度在HRC45以上的淬硬钢和高温合金。1.机械制造业的发展近代刀具及刀具材料的发展：在现代化金属加工车间，例如汽车发动机生产车间，你会看到不同材料的刀具都在发挥其最大的作用：高速钢的丝锥和拉刀、硬质合金的钻头和铣刀、PCD和CBN的铰刀、铣刀及刀片、陶瓷钻头和陶瓷刀片等等。1.机械制造业的发展近代刀具及刀具材料的发展：1.机械制造业的发展1982年德国开发的高速钢钻头高速钢车刀近代刀具及刀具材料的发展：1.机械制造业的发展金刚石刀具制造业是国民经济的支柱产业和经济增长的发动机美国：68%的财富来源于制造业；日本：49%的国民生产总值（GNP）来源于制造业；中国：2001年制造业增加值：37613.1亿元占国民生产总值的39.21%，占工业生产总值的77.61%。上交税金4398.17亿元，占国家税收总额的30%和财政收入的27%。2.制造业在国民经济中的地位制造业是高技术产业化的载体和实现现代化的重基石制造业是高技术产业化的载体和实现现代化的基石20世纪兴起的核技术、空间技术、信息技术、生物医学技术等高新技术无一不是通过制造业的发展而产生并转化为规模生产力的。其直接结果是导致诸如集成电路、计算机、移通信设备、国际互联网、机器人、核电站、航天飞机等产品相继问世，并由此形成了制造业中的高新技术产业。2.制造业在国民经济中的地位2.制造业在国民经济中的地位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业当今制造业的社会功能制造业是吸纳劳动就业和扩大出口的关键产业美国：约1/4人口直接从事制造业，其余人口中又有约半数人所做工作与制造业有关。中国：2001年制造业全部从业人员8083万人，约占全国工业从业人员总数的90.13%，全国全部从业人口的11.1%。中国：2001年制造业出口创汇2398亿元。占全国外贸出口总额90%。2.制造业在国民经济中的地位制造业是国家安全的重要保障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。美国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。20世纪80年代，发生了轰动一时的“东芝事件”。2.制造业在国民经济中的地位案例1：汽车的大批大量生产方式出自美国，汽车工业也成为美国的最大工业。1955年：美国进口汽车仅占1%；1987年：美国进口汽车上升到31%；1989年：美国汽车世界市场占有率从75%下降到25%；2.制造业在国民经济中的地位1.2.2制造业在国民经济中的地位1963年1983年美日两国汽车产量在世界市场所占份额美日两国汽车产量变化2.制造业在国民经济中的地位东芝事件多轴数控机床改进核潜艇性能案例2先进制造技术产生的背景：（1）消费观念的变革和市场竞争日益激烈自20世纪60年代以来，世界市场的特征由传统的相对稳定逐渐演变成为动态多变，由过去的局部竞争演变成全球范围内的竞争；在六、七十年代，市场主要是卖方市场，企业制造战略由追求生产规模转向降低生产成本。20世纪80年代，由于产品供过于求，市场转变为买方市场，企业向提高产品质量的制造战略转变。20世纪90年代以来，消费者需求日趋主题化、个性化和多样化，产品的生产和服务界限越来越不明显，市场变化周期越来越短，而其具有不确定性。这就要求制造企业不仅要降低生产成本、提高产品质量、及时响应市场变化，还要追求创新和新颖。3.先进制造技术的构成及分类先进制造技术产生的背景：（2）科学技术与制造技术的相互制约和促进计算机、微电子、信息、自动化等技术的相互渗透、融合和衍生，极大地促进了制造技术在宏观（制