重理工材料成形技术基础课件第8章 材料成形方案拟订及品质控制、再制造技术

材料成形技术基础第八章材料成形方案拟订及品质控制、再制造技术第1节材料成形方案拟订的一般原则第2节材料成形方案拟订的一般原则第3节成形件的品质控制第4节再制造技术2主要内容8.1材料成形方案拟订的一般原则毛坯的选择与制造的品质直接影响成品的品质，如何正确地选择毛坯、正确地拟定成形加工方案不仅直接影响零件的力学性能、尺寸精度及表面品质，而且涉及生产过程、周期乃至整部机器的使用性能、制造成本及市场竞争能力。因此，正确地拟定材料成形方案及控制好其品质是机械设计与制造中的首要问题。8.1.1选择材料与成形过程的关系一般而言，选择材料与成形加工过程是互为依赖，相互影响的。一定的加工方法必须配合选择相对应的材料；一定的材料也必定选择相对应的加工过程。结构形状和尺寸、精度、表面粗糙度的要求在很大程度上左右了毛坯加工方法的选择。8.1.2选择材料与成形过程的经济性与现实可能性①尽量选用生产过程简单，生产率高，生产周期短，能耗与材料消耗少，投资小的毛坯加工方法，即使成本下降，又能保证其品质优良。②毛坯的加工批量决定了加工的机械化、自动化程度。批量越大，越有利于机械化、自动化程度的提高。③毛坯选择要全面考虑生产过程的总成本，结合分析设计试验费、材料费、毛坯加工费、切削加工费、使用维修费等，分析相互的联系和制约，全面权衡利弊，选择最佳的经济方案。8.1.3材料成形技术的安全生产在工业生产中，必须用可能引起不良后果的事件的可能性及发生率来表示安全性，事件的后果可能是死亡、伤残、疾病和长期病休、工时损失、环境污染赔偿费、生产损失、设备损坏等。绝对安全是不可能的。在工业生产中，应把危险性定义为预计损失和预计后果，当然危险性小就是安全性高。所谓“危险性”问题主要受工业生产系统本身与系统的运转操作过程影响。

工业生产系统中典型的不安全因素有：生产系统过载（生产率过高），由于设计不当，在长期无载运转后造成损坏：或可靠性差；或由于维修不善、人机误差，机器在人机方面控制不当或人为误差；人工缺乏技术培训，管理不善，工作环境欠佳等。设计工程师及制造工程师必须进行危险性分析，首先要进行定性分析，以确定可能产生故障的种类及可能导致重大事故的多种故障组合的类型。通常要求对生产系统最重要的部位进行初步分析，定量分析是在定性分析以后，要求确定故障的可能性及出现率，预计损失的大小及对安全系统优化。8.1.3材料成形技术的安全生产8.2材料成形方案的技术经济分析（1）确定分析目标

确定目标以前，先要了解有关材料成形的各种背景材料，明确主客观的要求，弄清楚分析对象的名称或题目，需要解决的问题，最后应得出的结论等。8.2材料成形方案的技术经济分析（2）搜集基础资料按照资料的形式，基础资料可分为主要资料和辅助资料。主要资料包括原有产品的产量、品质、售价、成本、生产技术设备、工模具、生产率、各种原材料的消耗量、各项有关技术经济指标、厂房、场地、可供发展的条件等。辅助资料是进行技术分析和经济分析必不可少的重要资料。辅助资料是指与分析对象有关的国内外情况，如国内外同种或同类型产品的品质、水准、加工技术、设备供应等技术或经济信息，以此作为分析对比的参照体系或参照数据，也可以供拓宽思路，拟订各种可能的技术方案的参考。搜集到的各种主要资料和辅助资料大体为技术资料和经济资料这两种。搜集的广度和深度以及资料数据的翔实可靠是分析结果准确可靠的基础。根据确定的分析目标和搜集到的主要资料和辅助资料，就可以进行技术分析。首先要选定技术经济指标，作为评定成形技术生产经济效果及其技术先进性程度的主要依据。技术经济指标大体可分为两类：价值指标和实物指标。价值指标是评价技术经济效果的主要指标包括：生产成本（成形件成本、零件成本）、基建（新建或改建）、投资及回收期、年度利润等，它从整体上反映了评价对象的优劣。实物指标是计算价值指标的依据，包括金属材料利用率、成形件（零件）的劳动消耗量（台时或工时）、燃料或动力消耗等。

（3）技术分析技术经济指标指标名称指标反映的特性指标名称指标反映的特性锻件重锻件精化程度成本生产的经济性坯料重材料消耗量、锻件技术水平投资回收期简单的效益概念、评价投资效果废品率生产稳定性、生产管理水平内部收益率动态的投资经济效果、投资的收益率投资一次性资金需求盈亏平衡点敏感性分析、投资风险技术分析的最后一步是计算技术参数。技术参数主要包括：材料利用率、变形力或变形功、主要设备的型号规格、配套设备、生产率、模具尺寸和消耗量、动力和燃料消耗量、各种辅助材料的消耗量、生产工人、生产面积、废品等。技术经济（4）经济分析在技术分析以后进行经济分析，首先计算经济参数，从而确定经济效益。经济参数包括利润率、投资回收期、内部收益率、劳动生产率及出口创汇能力等。（5）优化最简单的优化方法是排队、选优。敏感性分析是利用改变敏感因素的设定值，计算技术经济指标参数，说明如该因素发生变化时，评价结论相应发生的变化情况。成形技术经济分析的敏感因素有：生产批量、材料消耗量、材料价格、生产率、模具价格、模具寿命和设备价格等。（6）结论或决策经过上述技术经济分析的全过程，就能得到一个较为科学、较为全面、较为切实可行的技术方案。一般而言，成本最低的方案，其经济效果自然较好。成本最低的含义为成形件成本最低或零件成本最低。通常在进行成形件技术分析、设备选择、能源选用、生产经济批量的确定等工作时，计算成形件成本、比较成本高低即可鉴别方案的优劣。

大批量生产车轴时，生产方法对生产成本的影响8.3成形件的品质控制

对成形件进行检验是提高产品设计品质，改进成形技术，降低生产成本的重要手段8.3.1成形件检验分类1）破坏检验从成形件上切取试样，或以产品（或模拟件）的整体做破坏试验以检查其各项力学性能指标的试验法。2）无损检验和无损评价不损坏被检对象（材料或成品）的性能和完整性的情况下，进行对该被检对象的缺陷、性质和内部结构等状况的检测，作出失效程度的评价。8.3.2常用成形件的检测方法1）外观检查2）内部品质检验

（1）气密性检验（2）耐压检验（3）探伤检验①磁粉探伤检验

利用在强磁场中，铁磁性材料表层缺陷产生的漏磁吸附磁粉的现象而进行的无损检验法。图8.3磁粉探伤示意图②超声波探伤检验

利用超声波探测成形件内部缺陷，是一种无损检验法。超声波的频率超过2000Hz，被检查处如有缺陷，就分别产生特殊的反射波来，并在荧光屏上显示出脉冲波形，根据这脉冲波形就可判断出缺陷位置和大小图8.4超声波探伤示意图1，3—探头；2—荧光屏；4—焊件；5—缺陷③射线探伤检验

采用X射线或γ射线照射焊接成形件焊接接头检查其内部有无缺陷，这也是一种无损检测法。（a）X射线透视示意图；（b）X光底片识别8.4再制造技术8.4.1再制造技术简介磨损、腐蚀、疲劳等对机械设备及资产造成巨大损失再制造技术与传统制造技术的重要区别之一是毛坯再制造成形技术。再制造工程是先进制造技术21世纪发展的一个重要组成部分和发展方向，是一个统筹考虑产品部件全寿命周期管理的系统工程，是利用原有零件并采用再制造成形技术（包括高新表面工程技术和其他加工技术），使零部件恢复尺寸、形状和性能，形成再制造的产品。

8.4.2再制造技术的应用采用再制造工程，可大量恢复设备及其零部件的性能，延长使用寿命，降低全寿命周期费用，节约原材料，减少污染环境，并可形成新的产业，吸纳技术人员和工人就业，创造价值，迅速形成新的经济增长点。再制造工程的最大优势是能够以多种表面工