先进制造工艺技术zhl

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内 容
• 先进制造技术及其体系结构
• 先进制造工艺技术及其发展趋势
• 高速切削加工技术 • 精密与超精密加工技术 • 特种加工技术 • 快速原型制造技术
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高速切削技术
高速切削是一个相对概念，是相对常规切削而言，用较高的切削 速度对工件进行切削。一般认为应是常规切削速度的5～10倍。 高速切削的速度范围与加工方法和工件材料密切相关。
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先进制造工艺技术发展趋势
采用模拟技术，优化工艺设计
• 应用模拟技术，可以虚拟显示材料热加工（铸造、锻压、焊接、热处理、注 塑等）的工艺过程，预测工艺结果（组织性能质量），并通过不同参数比较以优 化工艺设计，确保大件一次制造成功；确保成批件一次试模成功。 • 模拟技术同样已开始应用于机械加工、特种加工及装配过程，并已向拟实制 造成形的方向发展，成为数字化制造的技术基础。
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先进制造工艺技术发展趋势
采用自动化技术，实现工艺过程的优化控制
微电子、计算机、自动化技术与工艺设备相结合，形成了从单机到系统，从刚 性到柔性，从简单到复杂等不同档次的多种自动化成形加工技术，使工艺过程控 制方式发生了质的变化，
采用清洁能源及原材料、实现清洁生产
•机械加工过程产生大量废水、废渣、废气、噪声、振动、热辐射等，劳动条件 繁重危险，已不适应当代清洁生产的要求。 •近年来清洁生产成为加工过程的一个新的目标，除搞好三废治理外，重在从源 头抓起，杜绝污染的产生。途径为： •一是采用清洁能源 •二是采用清洁的工艺材料开发新的工艺方法 •三是采用新结构，减少设备的噪声和振动 •在清洁生产基础上，满足产品从设计、生产到使用乃至回收和废弃处理的整个 周期都符合特定的环境要求的“绿色制造”将成为21世纪制造业的重要特征。
成形质量向近无“缺陷”方向发展
•近年来热加工界提出了“向近无缺陷”方向发展的目标，这个“缺陷” 是指不致引起早期失效的临界缺陷概念。 •采取的主要措施有：采用先进工艺，增大合金组织的致密度，为得到健 全的铸件、锻件奠定基础；采用模拟技术，优化工艺设计，实现一次成 形及试模成功；加强工艺过程监控及无损检测，及时发现超标零件；通 过零件安全可靠性能研究及评估，确定临界缺陷量值等。
新型产业及市场需求带动 （重大装备、高新技术产业、社会协调发展）
CIMS 系 统 工 程 及 管 理 科 学 CAD MRPⅡ CAM AM 系统管 理技术 质量与 可靠性 NC 技术
TQCSE 基础制造技术 CE 清洁生 产技术
ROBOT
FMC
IMS
信 息 技 术
集成技术 新能源技术 先进制造技术体系图 新材料技术
0.003
0.003
X (mm)
X (mm)
三种刀具切削仿真及切削力比较
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先进制造工艺技术发展趋势
成形精度向近无余量方向发展
•随着毛坯精密成形工艺的发展，零件成形的形状尺寸精度不断向净成形 （Net Shape Forming），即近无余量成形方向发展。 •“毛坯”与“零件”的界限越来越小。有的毛坯成形后，已接近或达到 零件的最终形状和尺寸，磨削后即可装配。
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AMT 内涵与体系结构
AMT 定义
至今尚无明确的和一致公认的定义，可以认为： ◆ AMT是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果 ，将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、 使用、服务乃至回收的制造全过程，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 和竞争力的制造技术的总称。 ◆ 要点： 目标提高制造企业对市场的适应能力和竞争力 强调信息技术、现代管理技术与制造技术的有机结合 关注信息技术、现代管理技术在整个制造过程中综合 应用
Project Name: al380_150_082_000_020
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Project Name: al380_150_248_000_020
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Y (mm)
2
Y (mm)
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Temperature (C) 400 350 300 250 200 150 100 50
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Temperature (C) 400 350 300 250 200 150 100 50
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国外制造科学发展现状
• 先进制造技术（AMT）是工业发达国家的国家 级关键技术和优先发展领域 科技计划 国别/地区
先进制造技术计划 美国
日本 欧共体 德国 关键技术(制造)计划 敏捷制造使能技术计划 智能制造技术国际合作计划 尤里卡计划
信息技术研究发展战略计划
制造2000年计划
韩国
高级先进技术国家计划(G-7)
精密工具
柔性生产线 数控设备
内 容
• 先进制造技术及其体系结构
• 先进制造工艺技术及其发展趋势
• 高速切削加工技术 • 精密与超精密加工技术 • 特种加工技术 • 快速原型制造技术
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先进制造工艺技术
•先进制造工艺技术是在机械制造工艺不断变化与 发展后所形成的制造工艺技术，包括：常规工艺经 优化后的工艺、不断发展的新型加工方法。 •其主要技术体系由先进成形加工技术、现代表面 工程技术、先进制造加工技术等构成。 •先进制造工艺技术是AMT的核心和基础，任何高级 的自动控制系统都无法取代先进制造工艺技术的作 用，它反应了制造业的水平
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0
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X (mm)
X (mm)
Project Name: al380_300_082_000_020
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Project Name: al380_300_082_200_020
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Y (mm)
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Y (mm)
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Temperature (C) 400 350 300 250 200 150 100 50
HSC HSM HSM HSD HST HSTM
＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝
High-Speed-Cutting High-Speed-Machining High-Speed-Milling High-Speed-Drilling High-Speed-Turning High-Speed-Turn-Milling
全球化制造
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我国制造科学发展现状
是制造大国，不是制造强国 发电设备、机床、汽车、电子制造等产品产量居 世界前列，却没有一家装备制造企业能跻身世界 500强
关键装备大多依赖进口 –光电子制造设备的100% –IC制造装备的85% –高档数控机床的70%
原创性的技术和成果缺乏，企业的核心竞争力不足， 制造科学基础研究相对薄弱
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100 1000 切削速度V（m/min）
高速与超高速切削速度范围
10000
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高速切削技术
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Temperature (C) 400 350 300 250 200 150 100 50
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X (mm)
X (mm)
不同切削参数切屑形成及温度分布
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先进制造工艺技术发展趋势
采用模拟技术，优化工艺设计
• 应用模拟技术，可以虚拟显示材料热加工（铸造、锻压、焊接、热处理、注 塑等）的工艺过程，预测工艺结果（组织性能质量），并通过不同参数比较以优 化工艺设计，确保大件一次制造成功；确保成批件一次试模成功。 • 模拟技术同样已开始应用于机械加工、特种加工及装配过程，并已向拟实制 造成形的方向发展，成为数字化制造的技术基础。
400 500
Feed Force
400 300 300 200
600
4340 -3b 4340 -2b 4340 -1b
Y (mm)
Y (mm)
4340 -3b 4340 -2b 4340 -1b
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200 0
-100 -200
100
0
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0.001
0.001
1 4 5 6 7
1 4 5 6 7
0.002 Time (s) 0.002 Time (s)
800 500 700
Feed Force vs Time
Project Name: 0_2b
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Temperature (C) 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50
Project Name: 0_3b
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3
Temperature (C) 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50
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先进制造技术
管理数字化
设计数字化
企业数字化
生产过程数字化
加工装备数字化
先进制造技术
以 三 维 C A D 为 代 表 的 产 品 创 新 设 计
通过产品设计手段与设计过程的数字化，缩短新产 品开发周期，提高企业的产品创新能力 。
装配过程仿真
数字预装配
工艺规划
结构分析
装配过程仿真
管路设计
CAM
强度分析
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先进制造工艺的特点
•1.先进性 主要表现在优质、高效、低耗、洁净、柔性五个方面。 •2.实用性 它是当今或不久将来机械工厂量大面广的看家工艺，一般 投资不高，且有不同档次，宜于工厂根据本身的条件通过技 术改造予以采纳。 • 3.前沿性 先进制造工艺是高新技术产业化或传统工艺高新技术化的 结果，它们是制造工艺研究最为活跃的前沿领域。部分先进 制造工艺可能目前应用还不广泛，但是它们代表着某些发展 方向，而且可望会得到越来越广泛的应用。
先进制造工艺技术
郑华林
教授、博导
内 容
• 先进制造技术及其体系结构
• 先进制造工艺技术及其发展趋势
• 高速切削加工技术 • 精密与超精密加工技术 • 特种加工技术 • 快速原型制造技术
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制造业的新变化
简单、相对稳定 的市场到复杂、动态多变 的 全球市场
从传统 的
TQCSEK
经济和社会 的发展
以信息技术 为主导的高 技术的发展
采用新型能源及复合加工
•激光、电子束、离子束、分子束、等离子体、微波、超声波、电液、 电磁、高压水射流等新型能源或能源载体的引入，形成了崭新的特 种加工及高密度能切割、焊接、熔炼、锻压、热处理、表面保护等 加工工艺或复合工艺。 •其中以多种形式的激光加工发展最为迅速。这些新工艺不仅提高了 加工效率和质量，同时还解决了超硬材料、高分子材料、复合材料、 工程陶瓷等新型材料的加工难题。
先进制造技术
以 E R P 为 代 表 的 企 业 现 代 管 理
通过企业内外部管理的数字化，实现制造资源的最 优化配置
ERP SCM PDM
ERP CRM PDM
制造
ERP
SCM WCS 工程
ERP CRM WCS 用户
供应商
先进制造技术 以数控机床为代表的数字化装备
通过加工装备的数字化、自动化和精密化，提高 产品的加工精度和生产效率。
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先进制造工艺技术发展趋势
机械加工向超精密、超高速方向发展
• 超精密加工技术目前已进入纳米加工时代，加工精度达0.025μm， 表面粗糙度达0.0045μm。 •目前起高速切削铝合金的切削已超过1600m/min；铸铁为1500m/min； 超高速切削已成为解决一些难加工材料加工问题的一条途径。
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高速切削技术
高速加工的切削速度范围 高速加工切削速度范围因不同的工件材料而异 高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同
◎车削： 700-7000 m/min ◎铣削： 300-6000 m/min ◎钻削： 200-1100 m/min ◎磨削： 50-300 m/s 塑料 铝合金 铜 铸铁 钢 钛合金 镍合金
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◆第三个层次是先进制造集成技术。这是应用信息技术和系统管 ◆第一个层次是优质、高效、低耗、清洁基础制造技术。包括精 ◆第二个层次是新型的制造单元技术。如制造业自动化单元技术、 AMT 内涵与体系结构 极限加工技术、质量与可靠性技术、系统管理技术、CAD／CAM、 理技术，通过网络与数据库对上述两个层次的技术集成而形成的， 密下料、精密塑性成形、精密铸造、精密加工、精密测量、毛坯 如FMS、CIMS、IMS以及虚拟制造技术等。 强韧化、精密热处理、优质高效连接技术、功能性防护涂层及各 清洁生产技术、新材料成形加工技术、激光与高密度能源加工技 AMT轮图 种与设计有关的基础技术、各种现代管理技术。 术、工艺模拟及工艺设计优化技术等。
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Cutting Force vs Time
Project Name: 0_1b
Temperature (C) 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50
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Y (mm)
900 800 700
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X (mm)
Cutting Force
600