02-制造工艺方法的机理和分类解析

1、第1页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）： 车削工艺车削工艺 铣削工艺铣削工艺 钻削工艺钻削工艺 磨削工艺磨削工艺 第2页制造工艺方法的分类制造工艺方法的分类二（按机理）：1.铸造工艺：液态材料注入成形模腔得到需要的形状零件铸造工艺：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机械加工：从毛坯上去除不需要部分的材料4.热处

2、理：将工件加热和冷处理改变其金相组织及机械性质热处理：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检验和试验：确定加工质量是否合格第3页制造工艺方法的分类制造工艺方法的分类：从不同的角度第4页制造工艺方法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？几个思考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

3、律（模型）3. 应用此规律创造新的制造工艺方法（应用）第5页潜在信念：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。系统角度第6页物料输入工艺过程能量输入信息输入零件+废料能量损耗形状等信息物料流能量流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.贯通流程贯通流程：重量不变，如铸

4、造、锻造、轧制、热处理等：重量不变，如铸造、锻造、轧制、热处理等B.发散流程发散流程：重量减小，如切削加工、电解加工等：重量减小，如切削加工、电解加工等C.收敛流程收敛流程：重量增加，如装配、连接等：重量增加，如装配、连接等2. 物料状态：根据加工物料的状态K. 固态；固态； L. 液态液态； M. 颗粒颗粒； N. 气态气态（如蒸镀（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；机械过程；Y. 热过程热过程 Z. 化学过程化学过程第7页物料变化过程三种类型的细分第8页机械过程热 过 程化学过程弹性变形弹性变形加热加热溶解溶解/ /分解分解塑性变形塑性变形冷却冷却燃

5、烧燃烧脆性断裂破坏脆性断裂破坏熔化熔化硬化硬化韧性破坏韧性破坏固化固化沉积沉积混合混合气化气化相变相变分离分离凝结凝结扩散扩散浇灌浇灌运送运送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；机械能；B.电能电能；C.化学能化学能; D.热能热能; E.光能光能; F.磁能磁能; G. 真空真空2. 传递介质：能量的传递介质K. 刚性；刚性；L. 塑性塑性；M.弹性；弹性；N. 颗粒；颗粒；O. 气气; P. 液液3. 传递方法：能量传递的方式U.相对运动；相对运动；V. 压力差压力差; W. 质量力；质量力；X.热传导；热传导；Y.

6、热辐射热辐射 Z. 化学作用化学作用第9页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；整体成形；B.一维成形一维成形；C.二维成形二维成形； D.自由成形自由成形2. 相对运动方式：信息传递介质与工件间可能的运动方式K. 不动；不动；L. 平移平移；M.转动；转动；N. 复合复合第10页工件信息传递介质可能的运动静止静止静止静止沿沿x、y、z轴的移动轴的移动绕绕x、y、z轴的转动轴的转动平平移移平平移移转动转动转动转动复合复合复合复合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（

7、形态结构）的不同组合来表示。第11页方案（方法状态）方案（方法状态）要素要素1234567物料流物料流1.材料状态材料状态2. 变化过程变化过程3. 流程类型流程类型固固 态态机机 械械重量不变重量不变液液 态态热热重量减少重量减少颗颗 粒粒化化 学学重量增加重量增加气气 态态能量流能量流4.能量种类能量种类5.传递介质传递介质6.传递方法传递方法机机 械械刚刚 性性相对运动相对运动电电塑塑 性性压力差压力差化化 学学弹弹 性性质量力质量力热热颗颗 粒粒热传导热传导光光气气热辐射热辐射磁磁液液化学作用化学作用真空真空信息流信息流7.成形方法成形方法8.相对运动方式相对运动方式整体成形整体成形不

8、不 动动一维成形一维成形平平 移移二维成形二维成形转转 动动自由成形自由成形复复 合合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切削加工第12页方案（方法状态）方案（方法状态）要素要素1234567物料流

9、物料流1.材料状态材料状态2. 变化过程变化过程3. 流程类型流程类型固固 态态机机 械械重量不变重量不变液液 态态热热重量减少重量减少颗颗 粒粒化化 学学重量增加重量增加气气 态态能量流能量流4.能量种类能量种类5.传递介质传递介质6.传递方法传递方法机机 械械刚刚 性性相对运动相对运动电电塑塑 性性压力差压力差化化 学学弹弹 性性质量力质量力热热颗颗 粒粒热传导热传导光光气气热辐射热辐射磁磁液液化学作用化学作用真空真空信息流信息流7.成形方法成形方法8.相对运动方式相对运动方式整体成形整体成形不不 动动一维成形一维成形平平 移移二维成形二维成形转转 动动自由成形自由成形复复 合合制造工艺方

10、法形态学模型用途第13页方案（方法状态）方案（方法状态）要素要素1234567物料流物料流1.材料状态材料状态2. 变化过程变化过程3. 流程类型流程类型固固 态态机机 械械重量不变重量不变液液 态态热热重量减少重量减少颗颗 粒粒化化 学学重量增加重量增加气气 态态能量流能量流4.能量种类能量种类5.传递介质传递介质6.传递方法传递方法机机 械械刚刚 性性相对运动相对运动电电塑塑 性性压力差压力差化化 学学弹弹 性性质量力质量力热热颗颗 粒粒热传导热传导光光气气热辐射热辐射磁磁液液化学作用化学作用真空真空信息流信息流7.成形方法成形方法8.相对运动方式相对运动方式整体成形整体成形不不 动动一维

11、成形一维成形平平 移移二维成形二维成形转转 动动自由成形自由成形复复 合合探索工艺方法内在规律，发现新工艺方法工艺创新完全排列组合：43 376644 = 145,152种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 切削加工虽然材料利用率低，能量消耗高，但精度高，是机械制造中应用最广泛的工艺方法 机械加工方法的拓扑分类：按照工艺过程中所必需的各种要素的组合对加工方法进行分类。第14页方案方案要素要素12341.变化过程的类型变化过程的类型机械机械热热化学化学复合复合2.能量传递介质能量传递介质刀具刀具磨具磨具磨料磨料其它其它3.工具与工件间的运动工具

12、与工件间的运动静止静止平平移移转动转动复合复合4.附加工作条件附加工作条件无无振动振动加热加热其它其它机械加工方法的拓扑分类表示用4位数字编码表示各种不同的加工方法 第第1位数字：变化过程的类型，如位数字：变化过程的类型，如“1”代表机械过程代表机械过程 第第2位数字：能量传递介质，如位数字：能量传递介质，如“1”代表刀具代表刀具 第第3位数字：工具与工件间运动，如位数字：工具与工件间运动，如“1”表示静止表示静止 第第4位数字：附件工作条件，如位数字：附件工作条件，如“2”代表附加了振动代表附加了振动第15页机械加工方法的拓扑分类表示表示举例 1141切削加工：机械过程切削加工：机械过程刀具传递能量刀具传递能量刀具与工件复合运动刀具与工件复合运动无附加工作条件无附加工作条件 341/24电解加工：化学过程电解加工：化学过程其它传递能量（电解液）其它