02 制造工艺方法的机理和分类解析

3. 传递方法：能量传递的方式
U.相对运动；V. 压力差; W. 质量力；X.热传导；Y. 热辐射 Z. 化学作用
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制造工艺中的信息流
※ 信息流：形状和性能信息向被加工物料的传递过程
1. 成形方法：工件表面成形的可能性
A.整体成形；B.一维成形；C.二维成形； D.自由成形
2. 相对运动方式：信息传递介质与工件间可能的运动方式
1. 铸造工艺：液态材料注入成形模腔得到需要的形状零件 2. 压力加工：利用机械力改变金属毛坯的形状、尺寸及机械性质 3. 机械加工：从毛坯上去除不需要部分的材料 4. 热处理：将工件加热和冷处理改变其金相组织及机械性质
5. 表面精饰：对工件表面清理、去毛刺或获得保护装饰表面
6. 装配：将零件、部件暂时或永久地结合起来 7. 检验和试验：确定加工质量是否合格
物料流
能量流
热 颗 粒 热传导 自由成形 复 合
光 气 热辐射
磁 液 化学作用
真空
信息流
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制造工艺方法形态学模型用途
方案（方法状态）
要素
1.材料状态
1 固 态 机 械 重量不变 机 械 刚 性 相对运动 整体成形 不 动
2 液 态 热 重量减少 电 塑 性 压力差 一维成形 平 移
3 颗 粒 化 学 重量增加 化 学 弹 性 质量力 二维成形 转 动 热
4 气 态
5
6
7
物料流
2. 变化过程 3. 流程类型 4.能量种类
光 气 热辐射
磁 液 化学作用
真空
能量流
5.传递介质 6.传递方法 7.成形方法
颗 粒 热传导 自由成形 复 合
信息流
8.相对运动方式
完全排列组合：4×3 ×3×7×6×6×4×4 = 145,152种 探索工艺方法内在规律，发现新工艺方法工艺创新
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制造工艺方法
※ 制造工艺方法：利用各种不同的机理使加工对象（原材料、
毛坯、半成品等）产生形态的转变（指尺寸、几何形状、性 质、状态等的变化） ※ 制造工艺方法分类一（按工具）：
车削工艺 铣削工艺 钻削工艺
磨削工艺
……
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制造工艺方法的分类
※ 制造工艺方法的分类二（按机理）：
K. 不动；L. 平移；M.转动；N. 复合 工件 信息传递介质 可能的运动
静止
平移 转动
静止
平移 转动 沿x、y、z轴的移动 绕x、y、z轴的转动
复合
复合
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制造工艺方法模型
※ 模型：用物料流、能量流和信息流的基本要素描述制造工艺
※ 制造工艺方法用这些要素（形态结构）的不同组合来表示。
方案（方法状态） 要素 1.材料状态 1 固 态 机 械 重量不变 机 械 刚 性 2 液 态 热 重量减少 电 塑 性 3 颗 粒 化 学 重量增加 化 学 弹 性 热 颗 粒 光 气 磁 液 真空 4 气 态 5 6 7
方案（方法状态） 要素 1.材料状态 2. 变化过程 3. 流程类型 4Leabharlann Baidu能量种类 5.传递介质 6.传递方法 7.成形方法 8.相对运动方式 1 固 态 机 械 重量不变 机 械 刚 性 相对运动 整体成形 不 动 2 液 态 热 重量减少 电 塑 性 压力差 一维成形 平 移 3 颗 粒 化 学 重量增加 化 学 弹 性 质量力 二维成形 转 动 4 气 态 5 6 7
物料流
2. 变化过程 3. 流程类型 4.能量种类
能量流
5.传递介质
6.传递方法
7.成形方法
相对运动
整体成形 不 动
压力差
一维成形 平 移
质量力
二维成形 转 动
热传导
自由成形 复 合
热辐射
化学作用
信息流
8.相对运动方式
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工艺方法的形态结构表示
※ 制造工艺方法的形态结构是Pij的集合，或{Pij}工艺方法。P指
化学过程
溶解/分解 燃烧 硬化 沉积 相变
分离 浇灌
运送
凝结
扩散
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制造工艺中的能量流
※ 能量流：能量通过传递介质向物料提供能量
1. 能量种类：实现工艺过程的能源类型
A.机械能；B.电能；C.化学能; D.热能; E.光能; F.磁能; G. 真空
2. 传递介质：能量的传递介质
K. 刚性；L. 塑性；M.弹性；N. 颗粒；O. 气; P. 液
2. 物料状态：根据加工物料的状态
K. 固态； L. 液态； M. 颗粒； N. 气态（如蒸镀）
3. 变化过程：根据工艺过程中对物料产生作用的性质
X. 机械过程；Y. 热过程 Z. 化学过程
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物料变化过程三种类型的细分
机械过程
弹性变形 塑性变形 脆性断裂破坏 韧性破坏 混合
热 过 程
加热 冷却 熔化 固化 气化
信息流
制造工艺方法 ：物料的加工、能量的转换、信息的变化
在信息控制下，由能量起作用，对物料加工而使之变化
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制造工艺中的物料流
※ 物料流：原来的物料状态，经过工艺过程，变为新的状态
1. 流程类型：根据加工前后物料重量有无变化分
A.
B. C.
贯通流程：重量不变，如铸造、锻造、轧制、热处理等
发散流程：重量减小，如切削加工、电解加工等 收敛流程：重量增加，如装配、连接等
要素，Pij中的i表示第i个要素，j表示第j个方案
※ 例如：切削加工过程则是固体毛坯材料（P11）经刀具的切削作用（P21） ，形成工件时重量便有减少（P32）。应用的是刚性刀具（P51），由相对 运动（P61）产生机械能切除材料（P41）。刀具与工件间有复合运动（
P84），是二维成形（P73）。
{P11，P21，P32，P41，P51，P61，P73，P84}切削加工
潜在信念：客观事物是有规律的（元规律）
构建元素周期表 发现新元素
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1.1 工艺过程形态学
※ 工艺过程形态学：将任何一种制造工艺方法的工艺过程看作
一个系统，从物料、能量、信息的输入与输出对现有工艺进 行综合分析。系统角度
物料输入 零件+废料 物料流
能量输入
信息输入
工艺过程
能量损耗
形状等信息
能量流
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1.2 机械加工方法的拓扑分类
※ 机械加工方法（材料切除，重量减小）是制造工艺方法的子集
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制造工艺方法的分类
※ 制造工艺方法的分类：从不同的角度
几个思考
制造工 艺方法
1. 还可以从什么角度来分类？ 2. 研究制造工艺方法分类的目的是什么？
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研究制造工艺方法分类的目的
1. 通过对现有制造工艺方法横向比较（分析）
2. 发现制造工艺方法之间的规律（模型） 3. 应用此规律创造新的制造工艺方法（应用）