1.先进制造工艺产生的环境
(1)机械产品的更新换代 近年来,机械产品更新换代的速度不断加快,而且朝着大型、成套、复杂、精密、高效、高运行参数等方向发展,从而制造工艺提出了更高更新的要求。
(2)激烈的市场竞争 面对越来越激烈的市场竞争,制造业的经营战略不断发生变化,生产规模、生产成本、产品质量、市场响应速度相继成为企业的经营目标。为此,制造工艺必须适应这种变化,加速优质、高效、低耗、洁净、灵活制造工艺的形成。
2.先进制造工艺产生的方式
先进制造工艺是从传统的制造工艺发展起来,不断吸收高新技术成果,或与高新技术实现了局部或系统集成而产生的。其具体产生方式主要有两种。
(1)常规工艺的优化 常规工艺优化是形成先进制造工艺的重要方式。它是在保持原有工艺原理不变的前提下,通过变更工艺条件,优化工艺参数;或是通过以工艺方法为中心,实现工艺设备、辅助工艺、工艺材料、检测控制系统技术成套而实现优质、高效、低耗、洁净、灵活等目标。
(2)引入高新技术形成新型制造工艺 高新技术的发展对新型制造工艺的出现有重大影响。一方面,新能源、新材料、微电子、计算机等高新技术的不断引入、渗透和融合,为新型制造工艺的出现提供了技术储备;另一方面,高新技术的产业化也需要一些新型制造工艺作为技术支撑。最典型的新型制造工艺如:引入激光、电子束、离子束等新能源而形成的多种高密度能量加工;引入计算机技术而形成的数控加工、工艺模拟技术、CAD/CAE/CAM技术等。
表2例举了某些典型的先进制造工艺的特点及其产生的环境与条件。
序号 |
先进制造工艺 |
特点 |
产生的环境与条件 |
优质 |
高效 |
低耗 |
洁净 |
柔性 |
1 |
工艺模拟及优化技术(热加工、机械加工、装配) |
优化工艺设计,消除工艺缺陷,确保大件一次成功率及大批量零件的一次试模成功率 |
缩短工艺设计周期,与实物验证制造相比,可提高工效10倍以上 |
在计算机拟实环境中完成,不消耗能源及原材料 |
无环境污染 |
可迅速对市场及产品结构变化作出反应,并易于与CAD/CAM系统联接 |
①计算机技术的引入及硬件、软件环境的大大改善②工艺基础理论的发展③测试条件的改善 |
2 |
精密成形技术(精铸、精锻、精冲、精密焊接与切割等) |
毛坯精化,接近或达到零件的最终形状、尺寸和表面粗糙度 |
技术成套,以生产线或生产系统方式组织生产,生产效率高 |
材料利用率高,一般比传统工艺提高50%以上 |
大采用清洁能源及原材料,排放少;噪声低 |
通过采用CAD/CAM、快速换模等技术,适应多品种生产 |
①采用新能源(如激光、电子束等)②采用新工艺材料(如树脂砂等)③采用新型成形装备及模具(如热模锻压力机、压铸机等)④采用新型成形原理(如超塑成形、实型铸造、喷射成形、半固态成形等) |
3 |
金属熔体纯净化致密化技术 |
毛坯组织致密、洁净,杂质少;性能高 |
为后续加工(铸、锻等)奠定良好基础,总体效率大大提高 |
减少废品率,提高成品率及工艺出品率 |
|
同一种熔体可以生产不同种类的毛坯 |
①真空、微电子等技术的应用②精炼、孕育、变质原理及技术的发展③新型凝固技术(定向结晶、快速凝固、热等静压、电磁搅拌)的应用 |
4 |
精密加工和超精密加工 |
尺寸精度及表面粗糙度可达亚微米级 |
较传统研、抛等加工效率提高10倍以上 |
|
较传统研、抛加工洁净,少无污染 |
|
①高精度机床②超硬刀具与砂轮及其修整技术③高精度测试技术 |
5 |
高密度能源成形、加工、改性技术 |
成形及加工精度高,表面粗糙度细,可实现局部改性,可加工传统工艺无法加工的材料 |
能量密度高,可实现高效成形加工 |
能源集中,热输入低,热影响区小 |
为清洁能源。烟尘、噪声等污染少 |
可实现无模具的自由加工制造 |
①激光、电子束、离子束、水射流等新能源的发展及应用②新材料(复合材料、陶瓷等的应用) |
6 |
数控加工及CAD/CAM技术 |
保证加工精度的一致性 |
加工效率提高数倍至十几倍 |
节省加工工时及辅助工时(搬运、换刀等) |
加工场地小、清洁 |
适应多品种变批量生产 |
①计算机及数控技术的发展②用户需求的多样化及多品种变批量生产方式的产生 |
7 |
快速原型制模技术 |
最直观的反映设计构思,进行修改与优化 |
设计与制造联成一体,几乎同时完成 |
节省工时及能源 |
将加工制造过程的污染、噪声降至最小 |
能最快速地对市场及产品结构的变化作出动态反应,缩短模具制造周期 |
新能源、新材料、CAD/CAM技术的有机结合 |
8 |
新型改性和表面复合涂层技术 |
能使零件幻灯片到组织性能精确和形状尺寸精密能在零件表面形成具有特殊要求的耐磨、耐蚀、减摩或其他复合涂层 |
技术成套,以生产线或生产系统方式组织生产,生产效率高 |
能源利用率高 |
少无污染 |
可根据用户要求灵活调整工艺,进行涂层设计 |
①采用新型可控气氛热处理、真空热处理、精密热处理、复合热处理等②采用激光,等离子、微弧等新型能源③复合两种以上表面处理工艺 |