机械制造实习专题.ppt

第一讲机械制造实习概论 一 现代制造在社会生产和发展中的重要地位社会财富的主要创造方式社会活动的基本手段科学进步和发展的推动力量 二 机械制造是国民经济 工业 的基础 商品生产的一种主要形式 各工业领域所需设备的主要来源 如发电设备与能源发动机与飞行器冶金设施与金属化工设施与化工 三 机械制造的生产方式 机械制造业发展至今 按其生产方式的变化可划分为 1 劳动密集型生产方式 手工制作及早期的工业生产均属于这种方式 2 设备密集型生产方式 这是一种随着运输机械 施工机械和机床等大规模工业化生产的出现而产生的生产方式 汽车等大批量生产属于这种生产方式 3 信息密集型生产方式 数控机床 加工中心等新型机电一体化加工设备实现了人与机器设备之间的信息交流 机器设备可通过获得的信息 快速 准确地实现加工 4 知识密集型生产方式 是制造理念的飞跃 把单向的产品制造链组成为有机的制造系统 柔性制造系统 FMS 计算机集成制造系统 CIMS 是这种生产方式的典型代表 5 智能密集型生产方式 全新的生产方式 它试图使用制造系统本身具有的人工智能 并引入了新的制造哲理和组织形式 使人们梦寐以求的 无图纸加工 无人化加工 无害化加工 成为可能 未来工厂中的操作工人将会由堆垛机器人来代替 实现工厂无人化 四 机械制造的一般过程 CAD系统的硬件基本组成 传统设计 概念设计 详细设计 手工绘图等现代设计 计算机辅助设计CAD等 智能CAD系统 开放式 标准化 集成化和智能化 CAD系统的三层结构 成形加工 获得零件初步外形的毛坯 基本工艺有 1 铸造成形 如曲轴 箱体 床身等 2 压力加工成形 锻造 冲压等 锻造如齿轮 轴等 冲压如车身 仪器壳体等 3 焊接成形 船体 桥梁等 热处理 预备热处理 赋予毛坯良好的加工性能 如锻件 铸件的退火最终热处理 赋予半成品良好的使用性能 如经粗加工后半成品要进行淬火和回火 切削加工 获得设计所要求的精度 基本工艺 车削 铣削 刨削 磨削 钳工等 装配 把各零件和部件组装成最终产品 随着对产品功能和可靠性的要求越来越高 装配已成为生产中最重要的一环 五 机械制造技术新进展 在制造业自动化发展方面 1 机械制造技术已经达到相当水平 实现了机械制造系统自动化 产品生产普遍采用CAD CAE CAM CAPP PDM ERP 自动化灌制线 2 在加工技术方面也已实现了底层的自动化 包括广泛地采用加工中心 或数控技术 自动引导小车 AGV 等 3 计算机集成制造系统它是在自动化技术 信息技术和制造技术的基础上 通过计算机及软件 将制造厂全部生产活动有关的各种分散的自动化系统有机地集成起来 并适合于多品种 中小批量生产的总体高效率 高柔性的制造系统 北京第一机床厂通过实施C1MS工程 主导产品变形设计周期缩短1 2 库存占用资金减少10 生产计划编制效率提高40一60倍 4 智能制造系统是指将专家系统 模糊推理 人工神经网络等人工智能技术应用到制造系统中 以解决复杂的决策问题 提高制造系统的水平和实用性 高精度和快速3D机器人视觉系统显示天窗的组装并进行完整的质量检查 5 并行工程对产品设计和相关过程进行集成 开展并行设计的一种系统化方法 并行工程是在产品设计阶段侧重于同时考虑产品全生命周期中的各种主要性能指标 避免在产品研制后期出现不必要的返工与重复性工作 6 敏捷制造 敏捷制造是采用标准化和专业化的计算机网络和信息集成基础结构 以分布式结构连接各类企业 构成虚拟制造环境 以竞争合作为原则 在虚拟制造环境内动态选择合作伙伴 并通过组成虚拟企业来适应持续多变 无法预料的市场变化 使各合作伙伴既保证各自的利益 又能获得共同利益的一种全新的生产组织模式和制造模式 目前敏捷制造仍在发展研究中 2 机械制造技术的发展趋势现代机械制造技术的发展主要表现在两个方向上 1 精密工程技术以超精密加工的前沿部分 微细加工 纳米技术为代表 将进入微型机械电子技术和微型机器人的时代 超精密加工的加工精度 在2000年已达到 nm ATP酶 分子马达 在21世纪初开发的分子束生长技术 离子注入技术和材料合成 扫描隧道工程 STE 可使加工精度达到 nm 美国康纳尔大学研制成的 纳米直升机 示意图 现在精密工程正向其终极目标 原子级精度的加工逼近 也就是说 可以做到移动原子级别的加工 用扫描隧道显微镜的针尖在铜表面上搬运和操纵48个原子 使它们排成圆形 2 机械制造的高度自动化以CIMS和敏捷制造等的进一步发展为代表 加工设备正向着高精 高速 多能 复合 控制智能化 安全环保等方向发展 在结构布局上也已突破了传统机床原有的格式 日本Mazak公司在产品综合样本中展示出一种未来机床 该机床在外形上犹如太空飞行器 加工过程中噪音 油污 粉尘等将不再给环境带来危害 3 二十一世纪机械制造业的三个发展方向 1 制造的全球化可以说是21世纪机械制造业自动化最重要的发展趋势 竞争激烈 技术快速发展 企业既竞争又合作 已成为全球化制造业发展的动力 技术基础是网络化 集成化和标准化 2 虚拟化虚拟化是指设计过程中的拟实技术和制造过程中的虚拟技术 产品设计中的拟实技术指面向产品的结构和性能分析技术 以优化产品本身性能和成本为目标 制造过程中的虚拟技术指面向产品生产过程的模拟和检验 检验产品的可加工性 加工方法和工艺的合理性 以优化产品的制造工艺 保证产品质量 生产周期和最低成本为目标 虚拟化的核心是计算机仿真 虚拟化软件有可能形成21世纪最大的软件产业 3 绿色化绿色制造则通过绿色生产过程 绿色设计 绿色材料 绿色设备 绿色工艺 绿色包装 绿色管理 生产出绿色产品 产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用 蓝宝石显卡环保产品生产线 绿色制造技术有以下几个方面 1 精密成形技术精密成形技术包括 精密铸造 湿膜精密成形铸造 刚型精密成形铸造 高精度造芯 精密锻压 冷湿精密成形 精密冲裁 精密热塑性成形 精密焊接与切割等 2 无切削液加工无切削液加工的主要应用领域是机械加工行业 无切削液加工简化了工艺 减少了成本并消除了冷却液带来的一系列问题 如废液排放和回收等等 3 快速成形技术快速原型零件制造技术 RPM 其设计突破了传统加工技术所采用的材料去除的原则 而采用添加 累积的原理 其代表性技术有分层实体制造 LOM 熔化沉积制造 FDM 等等 机械制造实习 1 教学目的获得有关机械制造及其技术的基础知识和一定的工程实践能力 并在工程意识 创新精神 社会意识以及劳动观念方面得到培养和锻炼 2 学习方法多练精练 熟练基本技能注意多学科综合 提高综合能力自主研学 积极参加各项创新活动 第二讲工程材料性能 一 力学性能 强度 塑性 韧性 硬度等二 物理性能 导电性 磁性 光学性能等三 化学性能 抗氧化性 耐腐蚀等四 工艺性能 铸造 锻造 冲压 焊接 热处理 切削加工等 一 力学性能1 强度 强度是指在外力作用下材料抵抗变形和断裂的能力 屈服点是表示材料抵抗微量塑性变形的能力 用 s表示 单位为MPa 零 构 件在工程中一般不允许发生塑性变形 所以 s是设计时的主要参数 强度极限是表示材料抵抗最大均匀变形的应力 用 b表示 单位为MPa b是设计选材的主要参数之一 2 塑性 材料在外力的作用下 产生塑性变形而不断裂的性能称为塑性 其大小用伸长率 和断面收缩率 来表示 愈大 表示材料的塑性愈好 塑性是压力加工成形的重要参数 另一方面 材料具有一定塑性可以提高零件使用的可靠性 3 硬度 硬度是在外力作用下材料抵抗局部塑性变形的能力 常用的硬度有布氏硬度 洛氏硬度和维氏硬度 硬度指标 由于硬度测试设备简单 操作方便 迅速 又不必破坏工件 而且硬度与切削加工性能紧密相关 又与抗拉强度之间存在一定的对应关系 所以零件图上的技术要求往往只标硬度值 4 冲击韧度 J cm2 多数材料的冲击功随温度下降而减小 抵抗次数很少的大能量冲击载荷作用 其冲击抗力主要决定于 k值 而冲击能量不大时 材料承受多次冲击的能力 主要取决于强度 二 物理性能1 电性能 1 导电性能 2 介电性能 材料在电场中的极化 介电常数和介电强度 压电现象和电致伸缩现象 电铁效应 2 磁性能 磁导率 磁化强度 抗磁性 顺磁性 铁磁性 反铁磁性 亚铁磁性 磁畴结构 3 光学性能 连续光谱和特征谱线 材料与光子的交互作用 4 热性能 热容 热膨胀系数 热导率 三 化学性能1 抗氧化性 金属的抗氧化性 指在高温下迅速氧化后形成一层致密的氧化膜 覆盖在金属表面 使钢不再继续氧化 2 抗腐蚀性 抗腐蚀性是指材料抵抗因环境而造成的化学或电化学反应所引起的损坏的能力 大部分金属的腐蚀都属于电化学腐蚀 3 防腐的措施 1 提高电极电位 2 尽量使钢在室温下呈单相组织 3 形成氧化膜 又称钝化膜 第三讲常用工程材料 金属材料 黑色金属 钢和铸铁等 有色金属 铝 铜 钛等及合金 等有机高分子材料 塑料 橡胶等陶瓷材料 传统和现代陶瓷材料复合材料 塑料基 金属基 陶瓷基等 一 钢和铸铁 铁碳合金 1 钢和铸铁的相结构与性能2 Fe Fe3C相图3 含碳量对钢和铸铁组织和性能的影响4 钢和铸铁 1 钢和铸铁的相结构与性能 钢和铸铁的结构由铁素体 奥氏体 渗碳体等组成 铁素体 碳在 Fe中的间隙固溶体 常用符号F或 表示 铁素体的强度差 硬度低 塑性好 奥氏体 碳在 Fe中的间隙固溶体 常用符号A或 表示 奥氏体也是一种硬度较低而塑性较高的固溶体 常作为各类钢的加工状态 渗碳体 碳与铁的化合物 Fe3G 含碳为6 69 渗碳体的硬度高 约为800HB 极脆 塑性几乎等于零 2 钢和铸铁的Fe Fe3C亚稳相图 1 在铸造工艺制订上的应用 2 在塑性加工工艺制订上的应用 3 在热处理工艺制订上的应用 HB 3 含碳量对钢组织和性能的影响 随着含碳量的增加 钢的硬度 强度呈直线上升 而塑性则相应降低 当含碳量超过1 0 时 钢变得硬而脆 且强度下降 4 钢和铸铁 1 钢中常存杂质 2 钢的分类与编号 按冶金质量分 普通钢 WS 0 05 WP 0 045 优质钢 WS 0 030 WP 0 035 高级优质钢 WS 0 020 WP 0 030 特级优质钢 WS 0 015 WP 0 025 按用途分 3 钢的编号方法碳钢的编号方法 合金钢的编号方法 4 钢应用 合金钢的应用 5 常用铸铁铸铁的成分及性能特点 力学性能低 耐磨性及消振性好 工艺性能好 灰口铸铁的分类和应用 二 铝及其合金 1 纯铝密度小 塑性好 强度低 导电 导热性好 2 铝合金的分类形变铝合金铸造铝合金 常见形变铝合金的牌号及用途 三 铜及其合金 1 纯铜密度小 塑性好 强度低 导电 导热性好 2 黄铜Cu Zn合金3 青铜锡青铜Cu Sn其他青铜 含锡量对青铜性能的影响 含锌量与力学性能的关系 铜合金的牌号 性能及用途 四 轴承合金 性能要求 一定的强度和疲劳抗力 以承受较高的交变载荷 足够的塑性和韧性 以抵抗冲击与振动并保证与轴的良好配合 较小的摩擦系数和良好的磨合能力 并能储油 良好的导热性 抗蚀性和低的膨胀系数 以防升温导致与轴的咬合 1 锡基轴承合金合金组成 组织 性能2 铅基轴承合金轴承合金的牌号 性能及用途 组织要求 软的基体 均匀分布的硬质点 硬的基体 均匀分布的软质点 轴承合金的牌号性能及用途 第四讲毛坯成形与选择 一 铸造与铸件选择二 塑性加工与锻件选择三 焊接与焊接件选择 一 铸造与铸件选择 1 铸造工艺 1 砂型铸造工艺过程 包括混砂 造型和造芯 烘干 合箱 熔化与浇注 铸件的清理和检验等工序 造型方法 手工造型 机器造型机器造型方法 压实造型 震实造型 震压实造型 微震压实造型 高压造型 射砂造型 看现场录象 抛砂造型等 2 特种铸造 看现场录象 熔模铸造金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造陶瓷型铸造连续铸造实型铸造 3 铸件选择的基本条件 受力简单 载荷较小 如床身等 形状复杂 特别是内腔形状复杂 如箱体 缸体等 大批量生产 铸件用的材料有 以铸铁为主 其他有铸钢 有色金属及合金 二 塑性加工与锻件选择 1 锻造a 自由锻自由锻基本工序 镦粗 拔长 弯曲 冲孔 切割 扭转 错移 压钳口 压钢锭棱边 切肩等 b 模锻 看现场录象 生产率高 尺寸精度高 加工余量小 节约材料 减少切削 形状比自由锻的复杂 生产批量大 常用方法 锤上模锻 压力机上模锻 2 板料冲压 看现场录象 板料冲压是利用冲摸使板料产生分离或成形的加工方法 也叫冷冲压 当t 8 10mm时 应采用热冲压 板料冲压的特点 可获得重量轻 强度高 刚度好 材料消耗少 精度高 表面质量高的零件以及操作过程简单 便于实现机械化和自动化 基本工序 冲裁 冲孔和落料 拉深 弯曲 胀形 翻边冲压设备 剪床 冲床 模具等 3 其他塑性加工方法 看现场录象 挤压轧制拉拔超塑性成形旋压成形摆动辗压成形粉末锻造 液态模锻高能率成形 4 塑性加工件选择的基本条件 A 锻件受力复杂 载荷较大 如轴 齿轮等 形状简单 特别是内腔形状简单 如连杆等 大批量生产锻件用的材料有 钢 有色金属及合金 B 冲压件受力简单 载荷较小 重量轻 形状较复杂 表面质量高 大批量生产 冲压件用的材料有 低碳钢 有色金属及合金 三 焊接与焊接件选择 1 焊接工艺a 电弧焊焊条电弧焊埋弧焊气体保护焊等离子弧焊接与切割 b 电阻焊 看现场录象 点焊点焊是利用柱状电极加压通电 在搭接工件接触面之间焊成一个个焊点的焊接方法 缝焊缝焊的电极是一对旋转的圆盘 对焊对焊是利用电阻热使两个工件在整个接触面上焊接起来的一种方法 有电阻对焊和闪光对焊两种 c 摩擦焊 看现场录象 摩擦焊是利用工件间相互摩擦产生的热量 同时加压而进行的焊接方法 d 钎焊 看现场录象 钎焊是利用熔点比焊件低的钎料作填充金属 加热时钎料熔化而将焊件连结起来的焊接方法 钎焊的种类 硬钎焊 钎料熔点 450 接头强度 200MPa 软钎焊 钎料熔点 450 接头强度 70MPa e 其它焊接方法 看现场录象 电渣焊真空电子束焊接激光焊接爆炸焊超声波焊接扩散焊 2 焊接件选择的基本条件 受力简单 载荷较小 如汽车车身等 重量轻 形状较复杂 仪器柜 仪表箱 结构及规模大 如桥梁 化工设施等 小 大批量生产 3 焊接件选用的材料 低碳钢或低碳合金钢 如车身 仪表柜 各种钢结构件等 中碳钢或中碳合金钢 如承受大载荷的船体 桥梁 钢结构件 化工设备等 有色金属及合金 如散热传热装置 电气电子元器件 装饰件等 塑料 如硬质聚氯乙烯等 第五讲金属材料热处理及表面改性处理 金属材料整体热处理 整体改性 金属材料表面改性处理 一 热处理在机械制造的地位与作用 热处理是在固态下 通过加热 保温和冷却 改变材料内部组织结构 从而改善材料性能的一种工艺方法 也称为改性处理 二 金属材料热处理 整体改性 1 热处理工艺曲线 普通热处理 预备热处理 退火和正火最终热处理 淬火和回火其他热处理 形变热处理超细化热处理真空热处理 2 热处理工艺分类 3 退火 退火是将钢加热到预定温度 保温一定时间后缓慢冷却 通常随炉冷却 的热处理工艺 退火的目的是 1 降低硬度 改善切削加工件 2 消除残余应力 稳定尺寸 减少变形与开裂倾向 3 细化晶粒 调整组织 消除组织缺陷 1 完全退火 完全退火是将钢加热到Ac3以上30 50 保温一定时间后缓慢冷却 通常随炉冷却 的热处理工艺 主要应用于中 低碳钢及合金钢 Ac3 时间 温度 2 球化退火 球化退火是将钢加热到Ac1以上30 50 保温一定时间后缓慢冷却 通常随炉冷却 的热处理工艺 主要应用于高碳钢及合金钢 温度 4 正火 将钢加热到Ac3 中 低碳钢 或Accm 高碳钢 以上30 50 保温适当的时间后空冷的热处理工艺 正火目的 1 细化晶粒 调整组织 消除组织缺陷 2 要求不高的结构件 可作为最终热处理 3 改善低碳钢的切削加工性 以防粘刀 时间 各种退火及正火的加热温度范围 碳钢的硬度与热处理的关系 使钢件获得马氏体和贝氏体组织 以达到最高的强度和硬度 5 淬火淬火是将钢加热到Ac3或Ac1以上30 50 经保温后迅速冷却的热处理工艺 1 淬火目的 2 淬火加热温度 碳钢的淬火加热温度范围 合金钢的淬火加热温度比相应的碳钢稍微高一些 保温时间稍微长一些 3 淬火冷却介质 冷却是决定钢的淬火质量的关键 水是冷却能力很强的冷却介质 主要应用于碳素钢 油类淬火冷却介质冷却能力低 主要应用于合金钢淬火冷却 4 淬火冷却方法 a 消除或降低内应力 降低脆性防止变形和开裂 b 稳定组织 稳定尺寸和形状 保证零件使用精度和性能c 调整零件的强度 硬度 获得所需要的塑性和韧性 6 回火回火就是把经过淬火的零件重新加热到低于Ac1的某一温度 适当保温后冷却到室温的热处理工艺 1 回火目的 2 回火工艺及应用 a 低温回火回火温度范围为150 250 硬度为55 64HRC 降低钢的淬火应力和减少脆性 并保持其高硬度和高耐磨性 适用于刃具 量具 模具滚动轴承及渗碳 表面淬火的零件 b 中温回火温度范围为350 500 硬度为35 45HRC 获得高的弹性极限和屈服强度 并具有一定的韧性和抗疲劳能力 适用于各种弹簧和锻模等 c 高温回火回火温度范围为500 650 硬度为25 35HRC 获得较高强度的同时 还有较好的塑性和韧性 广泛适应于处理各种重要的零件 特别是受交变载荷和冲击作用力的连杆 曲轴 齿轮和机床主轴等 3 40钢回火后的力学性能与回火温度的关系 7 热处理技术新进展 1 形变热处理2 超细化热处理3 真空热处理4 离子轰击热处理5 激光热处理6 电子束热处理7 计算机辅助热处理生产 1 表面淬火2 表面化学热处理3 转化膜处理4 电镀5 离子沉积6 热喷涂7 涂装8 表面着色和染色 三 金属材料表面改性处理 特点 加热速度快 时间短 氧化脱碳少 变形小 晶粒细小 硬度高 表面层具有较大的残余压应力 可提高疲劳强度 但设备昂贵 淬火前调质或正火 淬后需低温回火 1 感应加热表面淬火 1 表面淬火 2 火焰加热表面淬火 2 表面化学热处理 钢的化学热处理是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温 使一种或几种元素渗入表层 以改变其化学成分组织和性能的热处理工艺 化学热处理的基本过程 1 活性原子的产生2CO2 C O22NH32 N 3H2 2 活性原子的吸收 3 活性原子的扩散 1 钢的渗碳 渗碳处理广泛应用于表层要求高硬度 高的耐磨性及疲劳强度 而心部要求一定强度和高韧性的零件 渗碳温度一般在900 950 而渗碳后零件表面含碳量最好在0 85 1 05 范围内 渗碳后必须进行淬火和低温回火 2 钢的渗氮 氮是在一定温度下 一般在500 560 温度 使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺 在生产中也称为氮化处理 渗氮不仅能提高零件表面的硬度 耐磨性和疲劳强度 还可以增加表面的抗蚀性 但生产率低 成本高 只能使用于要求高硬度 高耐磨性和高精度零件 如高精度机床主轴 镗床镗杆 高精度齿轮 精密量具和汽轮机阀门等 3 转化处理 转化膜处理是将工件浸入某些溶液中 在一定条件下使其表面形成一层致密的保护膜 提高工件防腐蚀的能力 增加装饰作用 常用的转化膜处理有氧化处理和磷化处理 1 磷化处理把钢件浸入磷酸盐为主的溶液中 使其表面沉积 形成不溶于水的结晶型磷酸盐转化膜的过程 磷化处理后的磷化膜厚度为5 15微米 有较好的防腐能力和润滑作用 磷化处理所需设备简单 操作方便 成本低 生产效率高 常用作为钢铁材料零件的防护层 磷化处理工艺 2 氧化处理 A 钢的氧化处理将钢件在空气 水蒸气或化学药物中加热到适当温度 使其表面产生一层兰色或黑色氧化膜 以改善钢的耐磨性和外观 这种工艺又称发蓝处理 氧化膜是一层致密而牢固的Fe3O4 只有0 5 1 5微米厚 氧化处理工艺常用于仪表 工具和武器等的表面 发蓝处理工艺过程 B 铝的氧化处理a 化学氧化法把铝和铝合金零件放入化学溶液中进行氧化处理而获得牢固的氧化膜 其厚度为0 3 4微米 该法主要用于提高铝和铝合金的耐磨性和耐蚀性 b 电化学氧化法在电解液中使铝和铝合金表面产生一层氧化膜 这种工艺又称阳极氧化 这层氧化膜具有强吸附能力 较高的硬度 良好的耐磨性和耐蚀性 膜层无色透明 极易染成各种美丽的颜色 4 电镀 电镀是在电解液中使零件表面镀上一层金属薄层 起到保护和装饰作用 有时也可用于零件的部分修复 电镀的应用 修复磨损零件 增大零件尺寸 提高零件的耐腐蚀性 如镀锌 覆盖耐磨性镀层 提高耐磨性 如镀铬 提高零件表面美观装饰性 如镀装饰锌 其他特殊用途 如镀银 镀铬的刷镀液的组成和工艺条件 5 离子沉积 化学气相沉积是在高温下将炉内抽成真空或通入氢气 然后通入反应气体并在炉内产生化学反应 使工件表面形成覆层的方法 简称CVD法 应用 刀具 模具 工具 零件等 目的是提高其耐磨性 特点 反应温度高 需通入大量氢气 工件易产生氢脆 且不安全 废气HCl有毒 1 化学气相沉积法 2 物理气相沉积法 物理气相沉积法是把金属蒸气离子化后在高压静电场使离子加速并沉积于金属表面形成覆层的方法 简称PVD法 特点 沉积温度低 速度快 渗层成分和结构可控制 无公害 PVD法主要有真空溅射 离子镀等 如以沉积TiC为例 经真空溅射碳化钛的厚度达4 8 m 其硬度达2500 4000HV 高频离子镀装置示意图 1 工件2 高频激励线圈3 钛4 气体入口5 针阀6 测温热电偶 6 热喷涂 在高温热源作用下 将金属 合金 金属陶瓷 陶瓷等材料熔化或部分熔化 并通过高速气流使其成为雾化微粒 喷向工件表面后构成喷涂层的方法称为热喷涂 热喷涂方法 电弧喷涂 火焰喷涂 等离子弧粉末喷涂等 热喷涂应用范围很广 可以使被喷涂材料得到各种性能要求的涂层 电弧热喷涂原理 1 送丝枪2 喷头3 防光罩4 空气帽5 工件6 空气喷嘴7 前导管8 金属丝 7 涂装 利用喷射 涂饰等方法 将有机涂料涂覆于工件表面并形成与基体牢固结合的涂覆层过程称为涂装 目的 提高耐磨性 美化工件表面 掩饰表面缺陷丰富色彩 保护表面免受外界 空气 水分 阳光及其他腐蚀介质 侵蚀 还可色彩伪装 防红外伪装 电气绝缘等 方法 浸涂法 喷涂法 淋涂法 静电喷涂法 电泳涂装法 粉末涂装法 辊涂法 第六讲常见表面加工 一 平面加工二 外圆面加工三 孔及孔系加工四 成型面加工 一 平面加工 1 常见平面种类2 平面加工方案框图3 具体加工方案及比较4 平面加工方法及其特点 1 常见平面种类 平面是盘 板形和箱体类零件的主要表面 根据所起作用的不同 大致可以将平面分为如下几种 1 非结合面属低精度平面 只是在外观或防腐蚀需要时 才进行加工 2 结合面和重要结合面属中等精度平面 如零部件的固定连接平面等 3 导向平面属精密平面 如机床的导轨面等 4 精密测量工具的工作面等 属精密平面 2 平面加工方案框图 3 具体加工方案及比较 根据技术要求以及零件的结构 形态 尺寸 材料和毛坯的种类 并结合具体的加工条件 平面可分别采用车 铣 刨 磨 拉等方法加工 平面加工的具体方案列举如下 1 1 粗刨或粗铣用于加工低精度的平面 2 粗铣 或粗刨 精铣 或精刨 刮研用于加工精度要求较高且不淬硬的平面 大批量生产可采用宽刀精刨代替刮研 以便提高生产效率和减轻劳动强度 尤其是要加工大型工件上狭长的精密平面 如导轨面等 而车间又缺少导轨磨床时 多采用宽刀精刨方案 3 粗铣 刨 精铣 刨 磨多用于加工精度要求较高且淬硬的平面 对于不淬硬的钢件或铸件上较大平面的精加工 往往也采用此方案 但不宜加工塑性好的有色金属工件 平面加工的具体方案列举如下 2 4 粗铣 半精铣 高速精铣适用于加工高精度有色金属 若采用高精度高速铣床和金刚石刀具 铣削表面粗糙度Ra可达0 2 0 8 m 5 粗车 精车主要用于加工轴 套 盘等类工件的端面 而大型盘类工件的端面一般在立式车床上加工 6 粗车 精车 磨多用于加工精度要求高且淬硬的钢件端面 4 平面加工方法及其特点 1 刨削平面2 铣削平面3 平面磨削4 拉削平面5 刮研平面 1 刨削平面 刨削方法刨削在牛头刨床或龙门刨床上进行采用不同的刨刀和切削用量 可分别进行粗刨和粗刨 刨削的特点及应用A 适应性较好 机床和刀具结构简单 可以加工多种结构的零件 B 生产率较低 刨削的冲击严重 C 加工精度较低 2 铣削平面 铣削可分为粗铣和精铣 有色金属还可用高速铣削 以进一步提高加工质量 铣削和刨削的比较A 适应性B 生产率C 加工质量D 设备和刀具费用 3 平面磨削 平面磨削一般是在车削 铣削 刨削的基础上进行的精加工 平面磨削的方法有周磨和端磨两种平面磨削的特点 与外圆和内圆磨削相比 平面磨削加工质量和生产率比外圆磨削和内圆磨削都高 中小型零件还可进行多件磨削 既保证零件等高性 又可进一步提高生产率 4 拉削平面 拉削可以认为是刨削的进一步发展 拉刀是一种多刃刀具 其特点可以归纳为如下三点 A 切削刃与被加工面的横截面形状相同 它实质上是成形刀具 B 切削刃的高度逐齿递增 即有每齿进给量 C 拉刀的最后几个齿是修光刃 其形状尺寸同被加工面的最后形状 尺寸完全一致 基于拉刀的上述特点 所以当拉刀从被加工面上通过一次后 其全部余量都被切除 达到所要求的质量指标 生产率非常高 拉刀及其加工示意图 5 刮研平面 刮研是利用刮刀在工件上刮去很薄一层金属的光整加工方法 刮研不需要复杂的设备和工具 刮研常用于单件小批量生产和修理车间 如工件未淬火的 要求高的配合面 导向面及大型精密平板和直尺等 在大批量生产中 刮研多为磨削或宽刀精刨所代替 二 外圆面加工 外圆面是轴 套 盘类等零件的主要表面 往往具有不同的技术要求 这就需要结合具体的生产条件 拟定较合理的加工方案 对于一般钢铁零件 外圆面加工的主要方法是车削和磨削 1 外圆面加工方案框图2 外圆面具体加工方案及比较3 外圆面加工方法及其特点 1 外圆面加工方案框图 2 具体加工方案及比较 1 粗车除淬硬钢以外 各种零件的粗加工都适用 当零件的外圆面精度要求低 表面粗糙度较高时 粗车即可 粗车 半精车应用于中等精度和表面粗糙度要求低的未淬硬工件的外圆面 粗车 增精车 磨 粗磨或半精磨 适用于加工精度稍高 表面粗糙度较低且淬硬的钢件外圆表面 也广泛地用于加工未淬硬的钢件或铸铁件 2 具体加工方案及比较 2 粗车 半精车 粗磨 精磨适用范围基本上与 3 相同 只是外圆面要求的精度更高 表面粗糙度更低 需交磨削分为粗磨和精磨 才能达到要求 粗画 半精车 粗磨 精磨 精密磨 或超级光磨 镜面磨削 可达到很高的精度和很低的表面粗糙度 但不宜用于加工塑性好的有色金属零件 粗车 精车外圆面加工 精密车适用于精度要求高的有色金属零件的加工 3 外圆面加工方法1 车削外圆 车削是外圆加工的主要工序 单件小批生产时 一般在普通车床上车外圆 若是大型圆盘类零件则在立式车床上加工 成批或大批生产时 使用转塔车床 多刀半自动车床及自动车床 精密车削是小型有色金属零件的主要光整加工方法 也可用于加工大型精密外圆表面以代替磨削 2 车削特点 与铣削和刨削相比 车削过程平稳 允许采用较大的切削用量 生产率高 车刀结构简单 其制造 刃磨和装夹较方便 故费用低 车削除了加工外圆表面外 还可以在一次装夹下加工同一工件上的其它表面 如内圆面 端面和切槽等 因此可保证外圆面和其它表面的位置精度 外圆面之间的同轴度 外圆轴线与端面的垂直度等 车削适于加工各种材料 如钢 铸铁 有色金属和非金属材料 但难以切削硬度较高 30HRC以上 的淬火钢件 3 磨削外圆 外圆磨削是外圆精加工的主要方法 一般在外圆车削后进行 对精度较高的毛坯 如精密模锻件 也可不经车削直接进行磨削加工 外圆磨削常在外圆磨床 万能外圆磨床 无心磨床上进行 4 外圆磨削特点 可以较容易地达到高尺寸精度和较低表面粗糙度值 同时形位精度还可以达到较高的要求 如圆柱度和同轴度等 磨削既可以加工未经淬火的钢件和铸铁件 也可以加工金属刀具难以切削的淬火钢和硬质合金等材料 但对于塑性较好 硬度较低的材料 如铜 铝等有色金属 由于其切屑容易嵌塞砂轮 一般不适于磨削 常用精车和精密车代替 磨削温度高磨削时 需采用大量切削液 三 孔及孔系加工 1 常见孔种类2 孔加工方案框图3 孔加工具体加工方案及比较4 孔加工方法及其特点5 箱体类零件的孔系加工 1 常见孔种类 孔是组成零件的基本表面之一 零件上有多种多样的孔 常见的有以下几种 紧固孔 如螺钉孔等 和其它非配合的油孔等 回转体零件上的孔 如套筒 法兰盘及齿轮上的孔 箱体类零件的孔系 如床头箱箱体上的主轴和传动轴的轴承孔等 即所谓的 孔系 深孔 即L D 5 10孔 如车床主轴上的轴向通孔等 圆锥孔 如车床主轴前端的锥孔以及装配用的定位销孔等 2 孔加工方案框图 3 孔加工具体加工方案及比较 1 由于对各种孔的要求不同 需根据具体的生产条件 拟定较合理的加工方案 1 在实心材料上加工孔IT10以下低精度的孔一般用钻孔方法IT9精度的孔如果孔径小于30mm 可采用钻模钻孔 或者钻孔后扩孔 孔径大于30mm的孔 一般采用钻孔后膛孔 TI8精度的孔当孔径小于20mm时 应采用钻孔后铰孔 若孔径大于20mm 可根据具体条件 采用钻 扩 或镗 铰 精镗 IT7精度的孔如果孔径小于12mm时 一般采用钻孔后进行两次铰孔的方案 孔径大于12mm时 可分别应用下列几个方案 钻 扩 或镗 粗铰 精铰 钻 拉 精拉 钻 扩 或镗 粗磨 精磨 IT6精度的孔 与加工IT7精度孔的顺序大体相同 但其最后工序要根据具体情况 分别采用精细镗 手铰 精拉 精磨 研磨或珩磨等方法进行精细加工 2 铸 或锻 件上已铸 或锻出 的孔可直接进行扩孔或镗孔 直径在100mm以上的孔 以镗孔比较方便 至于半精度加工 精加工和光整加工 可参照上述方案进行 例如 扩 粗磨 精磨 研磨 或珩磨 粗镗 半精镗 精镗 精密镗 4 孔加工方法 1 钻孔 精度低 表面粗糙度高 容易产生孔径扩大 轴线歪斜和明显的圆度误差等缺陷 生产率低 为了提高钻孔质量和生产率 可以采取如下措施 改善钻头的刃磨质量和结构形态 合理选定钻头的几何参数 并注意仔细刃磨以尽量保证两条切削刃对称 合理选定工艺方案 2 扩孔扩孔钻的刀齿数较多 有3 4个刀齿 导向性好 切削平稳 扩孔的余量较小 容屑槽可作得较窄较浅 故钻心较粗 刀体的刚度较好 能采用较大的切削用量 扩孔钻切削条件比麻花钻好 常用于孔的半精加工 3 铰孔 铰削可以达到较高的精度和较低的表面粗糙度 铰孔纠正位置误差的能力很差 铰刀是定径刀具 只要注意满足上述的工艺要求 就容易保证铰孔的质量 铰削的适应性差 铰削可加工钢 铸铁和有色金属 但不宜加工淬火钢和其它硬度过高的材料 4 镗孔 用镗刀对已有的孔进行再加工 称为镗孔 对于直径较大的孔 一般D 80 100mm 内成形面或孔内环槽等 镗削是唯一合适的加工方法 一般镗孔精度达IT8 IT7 表面粗糙度Ra0 8 1 6 精镗时 精度可达IT7 IT6 表面粗糙度Ra0 2 0 8 镗孔可在多种机床上进行 回转件上的孔 多在车床上加工 而箱体零件上的孔或孔系 即要求相互平行或垂直的若干个孔 则常用镗床加工 5 磨孔 磨孔是孔精加工的一种常用方法 磨孔的精度可达IT7 表面粗糙度Ra可达1 6 0 4um 磨孔可在内圆磨床或万能外圆磨床上进行 在内圆磨床上 除了能磨孔外 还可以在一次装夹中间同时磨出孔内端面 以保证孔轴线与端面的垂直度和端面圆跳动的要求 在万能外圆磨床上除磨削孔及端面外 还可以一次装夹中磨出外圆 磨孔的特点 与铰孔相比 磨削的适应性较广 可用同一砂轮磨削一定范围直径的孔 可磨削非淬硬的钢件和铸铁件 甚至淬硬的钢件 可以纠正轴线歪斜或偏移的孔 但磨孔的生产率比铰孔低 且不适于磨削有色金属 小孔和深孔也难以磨削 与外圆磨削相比较 内圆磨削的表面粗糙较高 生产率较低 5 箱体类零件的孔系加工 在箱体上一系列有相互位置精度要求的孔称为孔系 孔系可分为平行孔系 同轴孔系和交叉孔系 其加工方法与生产规模和加工精度有关 1 平行孔系加工 平行孔系的主要技术要求是各孔中心线之间的距离尺寸精度和相互位置精度 当孔距公差大于0 03mm时 可用普通镗床加工 当孔距公差小于0 01mm时 则要用高精度机床加工 2 同轴孔系加工在成批生产中为保证同轴孔系的同轴度常用镗模加工 单件小批生产时 在通用机床上加工 3 交叉孔系加工 交叉 或相交 孔系主要应保证各孔的垂直要求 加工时应先将精度要求高或表面粗糙度低的孔全部加工好 然后加工与之相交叉 或相交 的孔 常用的加工方法是在普通镗床上用工作台上的直角对准装置进行加工控制 四 成型面加工 1 螺纹加工2 齿轮齿形加工3 特型面加工 1 螺纹加工1 螺纹分类及要求 按用途的不同 主要可分为如下两类 紧固螺纹它用于零件间的固定连接 常用的有普通螺纹和管螺纹等 螺纹牙型多为三角形 对普通螺纹的主要要求是可旋入性和连接的可靠性 对管螺纹的主要要求是密封性和连接的可靠性 传动螺纹它用于传递动力 运动或位移 如丝杠和测微螺杆的螺纹等 其牙型多为梯形或锯齿形 对于传动螺纹的主要要求是传动准确 可靠 螺牙接触良好及耐磨等 2 螺纹的常用加工方法 3 螺纹的加工方法及特点 车削加工特点是设备和刀具的通用性大 并能获得高精度的螺纹 但其生产率低 在成批及大量生产中广泛采用 一般都在专用的螺纹铣床上加工的 滚压加工是使工件材料在室温条件下产生塑性变形的一种无屑加工方法 滚压螺纹通常有以下两种方法 搓丝板滚压滚丝轮滚压 4 滚压螺纹同切削螺纹相比有如下优点 生产率高螺纹强度高节省材料加工费用低滚压螺纹的缺点是 只能加工小直径的外螺纹 对杆状坯料的尺寸精度要求高 只能加工塑性较好的材料 5 磨削螺纹 螺纹磨削是一种高精度的螺纹加工方法 需要专门的螺纹磨床上进行 主要用于制造淬火后具有高硬度和高精度的螺纹 如精密丝杆 螺纹量规 滚丝轮和丝锥等 螺纹在磨削之前可用车 铣等方法粗加工 2 齿轮齿形加工 齿轮简介 齿轮是用来传递运动和动力的重要零件 在各种机器和仪器中应用非常普遍 常用的齿轮有圆柱齿轮 圆锥齿轮和蜗轮等 其中圆柱齿轮应用最广 齿轮的精度要求运动的准确性传动的平稳性载荷分布的均匀性齿轮副的侧隙规定 1 齿轮加工方法简介 按齿形形成的原理不同 齿轮加工方法可分为两种 一种是成形法 即用与被切齿轮的齿槽形状相符的成型刀具切出齿形 如铣齿 拉齿和成型磨齿等 另一种是展成法 包络法 即齿轮刀具与工件按齿轮副的啮合关系作对滚运动 工件的齿形由刀具切削刃包络而成 如滚齿 插齿 剃齿 磨齿和珩齿等 一般说来 展成法加工精度较高 齿轮的常用加工方法及其应用 3 成型面加工 成型面加工简介 在机器中 有些零件的表面不是简单的平面 圆柱面 圆锥面或它们的组合 而是复杂的型面 除螺纹与齿轮齿形外 复杂表面称为特型面 特型面的切削加工方法 按成形原理可分为用成形刀具加工和用简单刀具加工 数控技术的发展及计算机技术的应用 为成形面加工开辟了新的途径 1 用成形刀具加工成形面 刀具的切削刃按工件表面轮廓形状制造 加工时 刀具相对于工件作简单的直线进给运动 成形刀具加工的特点 加工质量稳定生产效率高刀具寿命长刀具费用高这种方法适宜在成形面精度要求较低 尺寸较小 零件批量较大的场合使用 2 用简单刀具加工成形面 用手动控制进给加工成形面加工时由人工操纵 使刀具相对于工件作合成运动成形 从而加工出成形面 有靠模装置加工成形面机械靠模装置其加工的特点 加工精度主要取决于靠模精度 生产率比手动进给加工高 比成形刀具加工低 设备简单 可在通用机床上进行 靠模形状复杂 制造困难 费用高 3 用数控技术加工 数控技术的发展及计算机技术的应用 为成形面加工开辟了新的途径 数控机床自动化程度高 加工精度高 不需要复杂的控制元件 凸轮 靠模等 当加工的成形表面改变时 仅需要变换程序 可节省调整机床的时间和费用 因此大大提高了生产率 降低了成本 在单件小批生产中 其效果尤其显著 第七讲计算机集成制造系统 一 制造业在信息时代中面临的机遇与挑战分析二 现代集成制造的概念三 现代企业生产经营管理模式及管理技术四 工程技术分系统五 车间自动化分系统六 企业网络与数据管理技术七 我国CIMS应用工程实例 一 制造业在信息时代中面临的机遇与挑战分析 1 信息 信息技术及其发展2 制造业面临的挑战3 中国制造业的问题与出路 1 信息 信息技术及其发展 工业社会和信息社会比较 2 制造业面临的或挑战 1 物质或许产品的制造永远是发展社会经济和提高人民生活水平的基础 制造业是现代化的支柱 国家现代化实现要依赖于制造业的科学技术水平 发展信息产业 应高度重视信息技术在制造业中的应用 2 制造业面临的挑战 2 国民经济信息化和全球经济一体化是当今时代的特征 制造业面临着新世纪的挑战和机遇 科学技术的日新月异在急剧地改变着现代制造业的产品结构和生产过程 生产能力 包括信息和资本 在世界范围内迅速提高和扩散 形成全球性的激烈竞争 第八讲先进制造技术 2 制造业面临的挑战 3 制造业竞争的焦点发生着历史性的转移 在70年代 竞争的焦点在于提高企业的整体效率 到了80年代 竞争焦点在于全面满足顾客在交货期 质量 价格和服务诸方面的要求 进入90年代以来 新产品的开发将成为企业的命脉 2 制造业面临的挑战 4 新产品的价值和价格主要取决于其技术 知识含量以及该技术 的独占性 企业面临着如何实现 绿色制造 的新课题 信息已经成为有效地利用能源和材料 组织制造各种各样产品的重要依据和手段 并对世界统一市场的形成和发展起到了无可比拟的作用 尽可能地把制造转移到最终市场附近 依靠当地制造装备及供应链 以降底成本 世界经济进入新的发展期 适应这种形势的敏捷制造企业 将是21世纪企业的主要模式 3 中国制造业的问题与出路 1 中国制造业仍落后于世界先进水平 高端产品缺乏参与世界市场竞争的能力 中国制造业的问题有微观层次的 亦即企业内部问题 也有宏观层次的 如制造业生产能力的结构性过剩大量存在 许多企业没有自己的适应市场需求的新产品 产品开发能力与市场开拓能力是中国企业最迫切需要建立和增强的 中国企业目前的竞争优势还在很大程度上依赖于劳动力的低廉 中国企业的管理现代化是一个比纯技术和装备的革新更为迫切的问题 3 中国制造业的问题与出路 2 中国制造业的问题是系统性的 因此 解决问题的方法也应当是从整体出发的综合治理 必须从系统技术入手 把技术进步和建立现代化管理结合起来 找到一条适合国情的制造技术创新之路 3 中国制造业的问题与出路 3 中国制造业应当充分重视信息技术对未来的影响 以信息技术为手段 应用各种先进的现代化管理方法和技术 把企业的技术 经营 人员集成起来 把机制的改革 机构的改组 技术的改造和科学管理集成起来 敏捷制造为冗余生产能力的重组提供了一条出路 也为新产品的快速开发提供了一种方法 3中国制造业的问题与出路 4 制造业的全球化使发展中国家面对严峻的挑战 我们应有的战略选择是 应用计算机集成制造技术改进管理 提高质量 降低成本 重组设计开发队伍 利用并行工程方法提高产品设计能力 按敏捷制造的原则建立新兴产业和对国有大中型企业进行结构调整 积极争取参与到全球化敏捷制造生产体系中去 二 现代集成制造的概念 1 CIMS概念2 CIMS构成3 现代集成制造 中国的CIMS 1 CIMS概念 1 CIMS是英文ComputerIntegratedManufacturingSystem的缩写 可译为计算机集成制造系统 计算机集成制造 CIM 的概念最早是由美国约瑟夫 哈林顿博士在1973年提出的 其基本出发点是 1 系统的观点 企业的各种生产经营活动是不可分割的 要统一考虑 2 信息的观点 整个生产过程实质上是信息的采集 传递和加工处理的过程 1CIMS概念 2 CIM可理解为一种哲理 它运用当代的各种最新技术实现企业的信息流和物流的集成和优化运行 是企业赢得竞争的经营战略思想 CIMS是按CIM哲理建成的系统 它从企业的经营战略目标出发 综合考虑企业中人 技术和管理的作用 用各种先进技术手段 实现企业生产经营全过程中的信息流和物流的集成 并在产品质量 生产成本 生产周期等方面达到总体优化 CIM作为一种新的哲理 适用于各种制造企业 甚至也可以推广到其他企业 2 CIMS构成 1 CIMS系统可分为四个分系统 1 生产经营管理分系统 2 工程设计分系统 3 制造自动化分系统 4 计算机支撑环境分系统 2 CIMS构成 2 生产经营管理分系统包括经营计划 销售管理 财务成本管理 生产管理 物料管理 设备管理 人事管理 质量管理等子系统 工程设计分系统包括产品设计 工程分析 工艺设计 数控编程等子系统 系统不仅能支持变型产品的各项设计活动 也应支持新产品的研究 设计等 制造自动化分系统支持制造现场车间的各种活动 包括车间管理 单元调度 工作站及设备的控制 人 财 物的管理等子系统 计算机支撑环境分系统主要包括计算机网络通信及数据库管理两个子系统 也可包括支持系统运行的集成平台 如使能器 集成框架 3 现代集成制造 中国的CIMS 1 80年代中开始实施我国高技术计划的 计算机集成制造 简称863 CIMS的研究 到90年代后期提出 现代集成制造 的概念 可以说反映了我国CIMS研究 开发和应用的进程 现代集成制造扩展为基于设计过程重建和优化的过程集成 如并行工程 以及面向全球制造的企业集成 如敏捷制造 强调了系统优化的观点 CIMS包含当代在系统论 信息化 集成化 网络化 虚拟化 智能化等方面促进制造系统更快发展的新技术 新方法 3 现代集成制造 中国的CIMS 2 我国发展CIMS没有照搬照抄国外的发展模式 而是结合国情 发挥优势并有所创新 从技术的角度看 中国CIMS的特点分析如下 1 强调建模和系统分析2 强调集成和优化3 强调 系统发展模式 4 强调协同 三 现代企业生产经营管理模式及管理技术 1MRP 管理模式的特点及功用2JIT Just In Time 准时生产方式3项目管理 1 MRP 管理模式 1 制造资源计划 ManufacturingResourcesPlanning MRP 是指以物料需求计划 MaterialRequirementPlanning MRP 为核心 以生产计划和控制为主线的一种现代化企业生产经营管理模式 必须合理组织和有效利用企业的设备 人员 物料等制造资源 以最低的成本 最短的制造周期 最高的质量生产出满足顾客需求的产品 必须采取先进且十分有效的生产管理技术来组织 协调 计划与控制企业的生产经营活动 2 MRP 的目标与实质 MRP 的核心是物料需求计划MRP 这里物料是一个广义的概念 它不仅仅指原材料 而是包含原材料 毛坯 自制件 零部件 成品 外购件或服务件 备品备件 等这个更大范围的物料 对物料在需要的时候 以需要的数量供给使用者而没有多余的库存 这就是MRP的基本目标与实质 即MRP提供了物料需求的准确时间和数量 3 MRP 管理模式特点 MRP 正是为此而发展起来的一种科学的管理思想和管理模式 其特点如下 实用有效