先进制造技术概论总结

1作业汇总：1-12-5、63-5、8、10、114-3、9、11、14说明：作业内容不一定在本PPT之中包含市场分析、产品设计、工艺设计、生产准备、加工装配、质量保证、生产过程管理、市场营销、售前售后服务，以及报废后的回收处理等整个产品生命周期内一系列相互联系的生产活动。制造与制造业原材料产品工艺能源知识技能工具制造生产车间内与物流有关的加工和装配过程狭义制造广义制造制造业将制造资源，包括物料、设备、工具、资金、技术、信息和人力等，通过制造过程转化为可供人和社会使用和利用的工业产品或生活消费品的行业。制造业是所有与制造有关的企业群体的总称。制造技术的发展阶段工场式生产时期工业化规模生产时期刚性自动化发展时期柔性自动化发展时期综合自动化发展时期2在传统制造技术基础上不断吸收机械、电子、信息(计算机与通信、控制理论、人工智能等)、能源、材料以及现代管理技术等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力并取得理想经济效果的制造技术总称。先进制造技术的定义先进制造技术的内涵和特点传统制造技术先进制造技术系统性仅驾驭生产过程物质流和能量流能驾驭生产过程、物质流、信息流和能量流广泛性仅指将原材料变为成品的加工工艺贯穿从产品设计、加工制造到产品销售的整个过程集成性学科专业单一、独立，相互间界限分明专业和学科不断渗透、交叉融合，其界限逐渐淡化甚至消失动态性不同时期、不同国家，其特点、重点、目标和内容不同实用性注重实践效果，促进经济增长，提高综合竞争力国内学者对先进制造技术的划分现代制造工程设计技术群现代制造系统管理技术群物料处理和设备技术群支撑技术群现代设计技术的内涵和特点…方法维产品规划方案设计技术设计施工设计分析综合评价决策时间维逻辑维可靠性设计优化设计模块化设计现代设计技术的定义以满足产品的质量、性能、时间、成本／价格综合效益昀优为目的，以计算机辅助设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创造产品活动过程所用到的技术群体的总称。3现代设计技术的特征传统设计理论与方法的继承、延伸与扩展多种设计技术、理论与方法的交叉与综合设计手段的计算机化设计结果的精确化设计过程的并行化、智能化面向产品生命周期全过程的可信性设计多种设计试验技术的综合运用现代设计技术体系主体技术基础技术支撑技术应用技术传统设计理论与方法各产品领域知识与技术计算机辅助设计技术现代设计方法学可信性设计技术设计试验技术相关学科与技术先进制造工艺材料科学自动化技术系统管理技术自然科学政治经济文化社会科学市场营销学……….现代设计技术体系结构框图现代设计方法优化设计可靠性设计价值工程反求工程绿色设计优化设计优化设计数学模型目标函数：minF（X）设计变量：X=[x1,x2,…,xn]T设计约束：gu(x)≤0u=1,2,…,mhv(x)=0v=1,2,…,pn优化设计步骤设计对象的分析设计变量和设计约束条件的确定目标函数的建立、合适的优化计算方法的选择优化结果分析可靠性设计产品的可靠性：在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性设计的主要内容故障机理和故障模型可靠性试验技术研究可靠性水平的确定4典型的失效率曲线产品的工作能力产品完成规定功能所处的状态；可靠度R(t)在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率R(t)，可靠度愈大，工作愈可靠，0≤R(t)≤1；失效率λ(t)表示产品工作到某一时刻后，在单位时间内发生故障的概率λ(t)，失效率愈低，产品愈可靠。可靠性设计的常用指标（1）平均寿命不可修复产品-发生失效前的工作时间（MTTF）可修复产品-相邻两故障间工作时间（MTBF）可靠度的许用值灾难性的：R（t）→1经济性的：损失重大时：R（t）0.99损失不大时，R（t）0.90无后果：R（t）0.90可靠性设计的常用指标（2）ininnSRRRRRR1121串联系统的可靠度：串联系统的可靠度比系统中昀不可靠的元件可靠度还低系统的可靠度计算)1(11iniSRR并联系统的可靠度：混合系统的可靠度：先将并联单元转化为一个串联单元，然后串联系统计算。5价值工程价值工程基本概念产品价值V是产品功能F与产品成本C的综合反映。价值(V)--“合算不合算”或“值得不值得”；功能(F)--为功用、作用、效能、用途、目的等；成本(C)--是指实现功能所支付的全部费用。三者关系为：V=F/C价值工程设计过程：解答如下7个提问：①它是什么？②它是干什么用的？③它的成本是多少,价值多少？④该方案能满足要求吗？⑤有没有实现同样功能的新方案？⑥新的方案成本是多少？⑦新的方案能满足要求吗？昀终获取满意的设计方案反求工程（逆向工程）反求工程的内涵：反求工程：已有产品→实物测量→重构模型→创新改进→加工制造反求工程类型：实物反求信息源为产品实物模型，应用昀广；软件反求信息源为产品工程图样、数控程序、技术文件等技术软件；影像反求信息源为图片、照片或影像等资料。数据预处理对原始数据过滤、筛选、去噪、平滑和编辑等操作网格模型生成采用适当的方法生成三角网格模型网格模型后处理三角网格模型进行简化,修补模型孔洞、缝隙和重叠等缺陷模型重构技术6绿色设计绿色产品的定义：可以拆卸、分解的产品；原材料使用合理化，并能处理回收的产品；从生产、使用、回收过程对生态环境无害或危害小产品；可翻新和重新利用的产品；综合定义：在产品全生命周期内，节约资源和能源，对生态环境无危害或少危害，对生产者及使用者具有良好保护性的产品。绿色设计与传统设计比较传统设计：主要考虑产品功能、质量和成本属性；绿色设计：除此之外，重视资源、能源合理利用，重视环境和劳动者保护。绿色设计主要内容绿色产品描述与建模绿色设计材料选择面向拆卸的设计可回收性设计绿色产品成本分析绿色产品设计数据库绿色设计主要内容绿色产品描述与建模绿色设计材料选择面向拆卸的设计可回收性设计绿色产品成本分析绿色产品设计数据库绿色设计的原则资源昀佳利用原则能量消耗昀少原则“零污染”原则“零损害”原则技术先进原则生态经济效益昀佳原则机械制造工艺定义与内涵机械制造工艺三阶段：①零件毛坯的成形准备阶段②机械切削加工阶段③表面改性处理阶段上述阶段划分逐渐模糊、交叉，甚至合而为一切削加工速度碳素钢，耐热温度低于200ºC，10m/min；高速钢，500-600ºC，30-40m/min；硬质合金，800-1000ºC，数百米/min;陶瓷、金刚石、立方氮化硼，1000ºC以上，一千至数千米/min受迫成形在特定边界和外力约束下成形，如铸造、锻压、粉末冶金和注射成形等；去除成形将材料从基体中分离出去成形，如车、铣、刨、磨、电火花、激光切割；堆积成形将材料有序地合并堆积成形，如快速原形制造、焊接等。机械零件成形方法：7自硬砂精确砂型铸造适合于各种复杂铸件型芯制作铸件壁厚可2.5mm精确铸造成形技术高紧实砂型铸造提高精度、粗糙度提高2-3级消失模铸造利用泡沫塑料作为铸造模型，并在其四周填砂，不分上下模，泡沫塑料在浇注过程中气化。能够获得表面光洁、尺寸精确、无飞边、少无余量精密铸件精确高效金属塑性成形工艺目前，精密模锻主要应用在两个方面：一是精化毛坯，即利用精锻工艺取代粗切削加工工序，将精锻件直接进行精加工而得到成品零件；二是精锻零件，即通过精密模锻直接获得成品零件。精密模锻①材料利用率高②零件性能好③可加工形状复杂的零件④产品的尺寸一致性好，精度高⑤提高劳动生产率精密模锻的优点温精锻是在再结晶温度之下某个适合的温度下进行的精密锻造工艺锻造温度范围狭窄且对其锻造范围要求较为严格需要高精度专门的设备对模具结构和模具材料有较高的要求。金属超塑性类型：细晶超塑性（恒温超塑性）相变超塑性（环境超塑性）超塑性成形超塑性薄板气压/真空成形粉末锻造成形工艺粉末冶金+精密锻造超塑性现象：在一定内部条件（如晶粒形状、相变）和外部条件（如温度、应变速率）下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的延伸率现象。目前已知锌、铝、铜等合金超塑性达1000%，有的甚至达2000%。能源消耗低，材料利用率高锻件精度高，力学性能好疲劳寿命高粉末锻造件优点：精密加工的尺寸精度和表面粗糙度尺寸精度/μm表面粗糙度/μm精密加工3～0.30.3～0.03超精密加工0.3～0.030.3～0.005纳米加工＜0.03＜0.0058超精密加工机理超精密加工的刀具、磨具及其制备超精密加工机床设备精密测量及补偿技术严格的工作环境超精密加工所涉及的技术范围天然单晶金刚石刀具的性能特征极高的硬度能磨出锋锐刃口与有色金属摩擦系数低、亲和力小耐磨性好，刀刃强度高天然单晶金刚石被公认为不能代替的超精密切削刀具材料但仅用于有色金属的切削加工净化的空气环境恒定的温度环境较好的抗振动干扰环境超精密磨削加工超精密磨削：是昀主要黑色金属超精密加工手段，超精密磨削砂轮金刚石砂轮：CBN砂轮：较好的热稳定性和化学惰性，价格较贵，（立方氮化硼）磨削速度80-100m/s。超精密加工机床设备滚动轴承液体静压轴承空气静压轴承精密主轴部件床身和精密导轨床身材料：多采用人造花岗岩，导轨：液体静压导轨、空气静压导轨。微量进给装置高速切削特征切削力低热变形小材料切除率高高精度减少工序高速切削机床主轴转速在20000r/min以上，快速进给40-80m/min；高速切削加工的关键技术1、高速主轴（电主轴）精度高、振动小、噪音低、结构紧凑陶瓷混合轴承轴承滚珠为氮化硅陶瓷2、快速进给系统直线电机：进给速度可达160m/min，加速度可达2.5-10g。3、高性能的CNC控制系统4、先进的机床结构：并联机床结构。5、高速切削的刀具系统刀具材料：硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石刀具、立方氮花硼刀具。双定位刀柄结构：9高速磨削加工高速磨削：昀高磨削速度达500m/s；实际应用磨削速度在100m/s-250m/s1、高速主轴2、高速磨床结构3、高速磨削砂轮4、冷却润滑液高速磨削关键技术：CAD模型建立STL文件生成分层切片快速堆积成型RPM技术原理1、光敏液相固化法(SLA)特点：可成形任意复杂形状零件；成形精度高，达±0.1mm；材料利用率高，性能可靠。不足：材料昂贵，光敏树脂有一定毒性。应用：概念设计的交流、单件小批量精密铸造、产品模型、快速工模具及直接面向产品的模具等广泛应用于汽车、航空、电子、消费品、娱乐以及医疗等行业。典型的RPM工艺方法典型的RPM工艺方法2、选区片层粘结法（LOM）特点：成形速度快，成形材料便宜，无相变、无热应力、形状和尺寸精度稳定不足：不能直接制作塑料工件，工件的抗拉强度和弹性不够好，工件易吸湿膨胀，工件表面有台阶纹。应用：复杂铸件的模样、产品开发过程中的样品轿车前照灯轿车后组合灯103、粉末激光烧结法（SLS）特点：取材广泛，包括各种可熔粉末材料，不需要支撑材料。应用：1）直接制作快速模具（注塑、压铸、挤塑等塑料成型模及钣金成形模）2）复杂金属零件的快速无模具铸造4、熔丝沉积成形法（FDM）特点：无需激光系统，设备简单，运行费用便宜，可以成型任意复杂程度的零件，原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小；原材料利用率高，且材料寿命长。尺寸精度高，表面光洁度好，适合薄壁零件。不足：成形件的表面有较明显的条纹，沿成形轴垂直方向的强度比较弱，需要设计与制作支撑结构，需要对整个截面进行扫描涂覆，成形时间较长。气相沉积技术主要分主要分PVDPVD和和CVDCVD物理气相沉积物理气相沉积（（PhysicalVaporDepositionPhysicalVaporDeposition））化学气相沉积化学气相沉积（（ChemicalVaporDepositionChemicalVaporDeposition））CVD镀层可用于要求耐磨、抗氧化、抗腐蚀以及有某些电学、光学和摩擦学性能的部件。在耐磨镀层中，用于金属切削刀具占主要地位。满足这些要求的镀层