先進(jìn)制造技術(shù) 課件全套 郭江 第1-7章 先進(jìn)制造技術(shù)概論-先進(jìn)制造理念

第一章先進(jìn)制造技術(shù)概論IntroductiontoAdvancedManufacturingTechnology先進(jìn)制造技術(shù)Contents1.1制造業(yè)的發(fā)展與地位1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位1.4本章小結(jié)1.3先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)與分類課程概況1.1先進(jìn)制造技術(shù)(AdvancedManufacturingTechnology，簡稱為AMT）是指微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)給傳統(tǒng)制造技術(shù)帶來的種種變化與新型系統(tǒng)。具體地說，就是指集機(jī)械工程技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)為一體所產(chǎn)生的技術(shù)、設(shè)備和系統(tǒng)的總稱。-4-數(shù)控激光切割超精密銑削半導(dǎo)體芯片制造機(jī)加工設(shè)備1.1課程概況第一章：先進(jìn)制造技術(shù)概論介紹了制造業(yè)的發(fā)展與地位、先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)與分類，強(qiáng)調(diào)了先進(jìn)制造業(yè)的重要性。-5-先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域近年我國制造業(yè)增值情況1.1課程概況第二章：先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)深入探討了先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的核心理念、獨(dú)特屬性及其構(gòu)建的技術(shù)體系，詳細(xì)剖析了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)、面向制造的優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、反求工程、綠色設(shè)計(jì)以及拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)等關(guān)鍵領(lǐng)域。-6-AUTOCAD拓?fù)鋬?yōu)化過程測量反饋1.1課程概況第三章：先進(jìn)成形技術(shù)介紹了先進(jìn)成形技術(shù)，其是現(xiàn)在制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，包括精密鑄造技術(shù)、精密塑性成形技術(shù)、先進(jìn)連接技術(shù)以及增材制造技術(shù)等。-7-精密鑄造零件注塑成型電阻點(diǎn)焊技術(shù)（連接技術(shù)）3D打印技術(shù)1.1課程概況第四章：先進(jìn)加工技術(shù)與工藝介紹了常見的先進(jìn)加工技術(shù)與工藝，總體闡述了先進(jìn)加工技術(shù)工藝的內(nèi)涵，以及現(xiàn)有技術(shù)的特點(diǎn)和未來發(fā)展趨勢，并全面、具體地介紹了各種加工工藝的原理、分類和實(shí)際應(yīng)用等。-8-精密超精密加工技術(shù)特種加工技術(shù)高速超高速技術(shù)微納加工技術(shù)綠色制造技術(shù)生物制造技術(shù)1.1課程概況第五章：先進(jìn)檢測技術(shù)涵蓋了制造現(xiàn)場在線檢測技術(shù)、先進(jìn)制造中的現(xiàn)代精密測量技術(shù)與設(shè)備、納米級(jí)測量技術(shù)及先進(jìn)測量儀器方面的現(xiàn)狀和制約。-9-三坐標(biāo)測量機(jī)超聲波測厚儀光學(xué)影像測量儀AFM裝置設(shè)備STM裝置設(shè)備激光掃描熒光共焦顯微鏡1.1課程概況第六章：先進(jìn)制造系統(tǒng)主要介紹了智能制造系統(tǒng)(IM)、敏捷制造系統(tǒng)(AM)、并行工程、虛擬制造系統(tǒng)(VM)、精益生產(chǎn)系統(tǒng)(LP)、全能制造系統(tǒng)以及綠色制造系統(tǒng)，并對(duì)先進(jìn)制造系統(tǒng)發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。-10-先進(jìn)制造系統(tǒng)分類（按層次結(jié)構(gòu)）實(shí)現(xiàn)信息化、自動(dòng)化、智能化、柔性化、生態(tài)化生產(chǎn)，取得經(jīng)濟(jì)收益和市場效果蔚來汽車合肥生產(chǎn)基地1.1課程概況第七章：前沿制造理念面向最前沿的制造技術(shù)需求，以當(dāng)前前沿的高性能制造技術(shù)和極端制造技術(shù)內(nèi)容為例，探討了前沿制造理念及其技術(shù)內(nèi)涵與應(yīng)用。-11-海爾互聯(lián)工廠光刻機(jī)真空磁浮列車盾構(gòu)機(jī)制造1.1課程概況制造業(yè)的發(fā)展與地位1.21.2.1制造、制造技術(shù)和制造業(yè)1.2.2制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位1.2.3傳統(tǒng)制造業(yè)的困境與現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展1.制造(Manufacturing)按照需求，運(yùn)用主觀掌握的知識(shí)和技能借助手工或可以利用的客觀物質(zhì)工具，采用有效的方法，將原材料轉(zhuǎn)化為最終物質(zhì)產(chǎn)品，并投放市場的全過程。1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位-13-制造、制造技術(shù)和制造業(yè)的定義2.制造技術(shù)(ManufacturingTechnology)完成制造活動(dòng)所需的一切手段的總和，是將原材料和其他生產(chǎn)要素經(jīng)濟(jì)合理地轉(zhuǎn)化為可直接使用的、具有較高附加值的成品/半成品和技術(shù)服務(wù)的技術(shù)群。-14-制造、制造技術(shù)和制造業(yè)的定義1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位-15-3.制造業(yè)（manufacturingindustries）所有與制造有關(guān)的企業(yè)機(jī)構(gòu)的總體。是將制造資源（物料、能源、設(shè)備、工具、資金、技術(shù)、信息和人力等），通過制造過程，轉(zhuǎn)化為可供人們使用與利用的工業(yè)品與生活消費(fèi)品的行業(yè)制造、制造技術(shù)和制造業(yè)的定義1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位-16-人類文明的發(fā)展與制造業(yè)的進(jìn)步密切相關(guān)。石器時(shí)代青銅器、鐵器時(shí)代第一次工業(yè)革命傳統(tǒng)制造業(yè)及其技術(shù)的發(fā)展1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位在石器時(shí)代，人類利用天然石料制作勞動(dòng)工具；到青銅器、鐵器時(shí)代，人們開始采礦、冶煉鑄鍛工具、織布；直到1765年，瓦特改良蒸汽機(jī)，紡織業(yè)、機(jī)器制造業(yè)才取得革命性的變化，引發(fā)了第一次工業(yè)革命-17-第二次工業(yè)革命：人類開始進(jìn)入電氣時(shí)代，并在信息革命、資訊革命中達(dá)到頂峰。發(fā)電站傳統(tǒng)制造業(yè)及其技術(shù)的發(fā)展1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位第三次工業(yè)革命：人類進(jìn)入科技時(shí)代，生物克隆技術(shù)的出現(xiàn)，航天科技的出現(xiàn)，也即生物科技與產(chǎn)業(yè)革命。早期計(jì)算機(jī)-18-第四次工業(yè)革命是以人工智能、新材料技術(shù)、分子工程、石墨烯、虛擬現(xiàn)實(shí)、量子信息技術(shù)、可控核聚變、清潔能源以及生物技術(shù)為技術(shù)突破口的工業(yè)革命。傳統(tǒng)制造業(yè)及其技術(shù)的發(fā)展1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位-19-自然科學(xué)的進(jìn)步促進(jìn)了新技術(shù)的發(fā)展和傳統(tǒng)技術(shù)的革新、發(fā)展及完善，產(chǎn)生了各種新興技術(shù)新興材料技術(shù)新切割加工技術(shù)大型發(fā)電和傳輸技術(shù)核能技術(shù)微電子技術(shù)激光技術(shù)現(xiàn)代制造業(yè)及其技術(shù)的發(fā)展1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位-20-回顧制造技術(shù)的發(fā)展，從蒸汽機(jī)出現(xiàn)到今天，主要經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：機(jī)器代替手工作坊形成工廠單件生產(chǎn)到大量生產(chǎn)柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)代制造技術(shù)現(xiàn)代制造業(yè)及其技術(shù)的發(fā)展1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位-21-傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)和技術(shù)有如下特點(diǎn)：①單件小作坊式生產(chǎn)加高度的個(gè)人制造技巧，大量的機(jī)械化剛性規(guī)模生產(chǎn)加一體

化的組織生產(chǎn)模式，同時(shí)具有細(xì)化的專業(yè)分工。②制造技術(shù)的界限分明及其專業(yè)的相互獨(dú)立。③制造技術(shù)一般僅指加工制造的工藝方法。④制造技術(shù)一般只能控制生產(chǎn)過程中的物料流和能量流。現(xiàn)代制造業(yè)及其技術(shù)的發(fā)展1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位-22-現(xiàn)代制造及其技術(shù)的形成和發(fā)展有如下特點(diǎn)：1.在市場需求的驅(qū)動(dòng)下，制造的生產(chǎn)規(guī)模沿著以下方向發(fā)展：2.在科技高速發(fā)展的推動(dòng)下，制造業(yè)的資源配置：3.生產(chǎn)方式上：小批量少品種大批量多品種變批量勞動(dòng)密集型設(shè)備密集型信息密集型知識(shí)密集型手工機(jī)械化單機(jī)自動(dòng)化剛性流水自動(dòng)化生產(chǎn)柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線智能自動(dòng)化現(xiàn)代制造及其技術(shù)的發(fā)展1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位-23-4.在制造技術(shù)和工藝方法上：①重視必不可少的輔助工序

②重視工藝裝備③重視物流、檢驗(yàn)、包裝及儲(chǔ)藏④不斷吸收微電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化等高新技術(shù)成果裝配組裝自動(dòng)化數(shù)字化工廠現(xiàn)代制造及其技術(shù)的發(fā)展1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位-24-5.引入工業(yè)工程和并行工程(ConcurrentEngineering，CE)概念，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)化及其技術(shù)和管理的集成，將技術(shù)和管理有機(jī)地結(jié)合在一起，引入先進(jìn)的管理模式，使制造技術(shù)及制造過程成為覆蓋整個(gè)產(chǎn)品生命周期。傳統(tǒng)系統(tǒng)工程與并行工程對(duì)比圖現(xiàn)代制造及其技術(shù)的發(fā)展1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位-25-先進(jìn)制造業(yè)具有制造技術(shù)水平高、產(chǎn)品附加值高、管理水平領(lǐng)先、整體競爭優(yōu)勢明顯等顯著特征?，F(xiàn)代制造及其技術(shù)的發(fā)展1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位-26-制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國之本、興國之器、強(qiáng)國之基，在整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)中一直處于十分重要的地位，是國民經(jīng)濟(jì)收入的重要來源。制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位2010-2019年中國制造業(yè)增加值記占GDP比重制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)增長的發(fā)動(dòng)機(jī)、是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的基本載體、吸納勞動(dòng)力的重要途徑、國際貿(mào)易的主力軍、是國家安全的重要保障、提高人民生活水平的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。-27-技術(shù)革命挑戰(zhàn)：需由勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型、知識(shí)密集型轉(zhuǎn)變，推動(dòng)自動(dòng)化、智能化制造。技術(shù)密集型勞動(dòng)密集型傳統(tǒng)制造業(yè)的困境與現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位-28-市場需求變化：趨向柔性制造，從大批量向多品種、變批量生產(chǎn)，以適應(yīng)多樣化需求。柔性制造系統(tǒng)傳統(tǒng)制造業(yè)的困境與現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位信息時(shí)代影響：信息成為制造業(yè)主導(dǎo)因素，缺乏新型信息制造觀將導(dǎo)致淘汰。5G+制造傳統(tǒng)制造業(yè)的困境與現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展-29-環(huán)境保護(hù)挑戰(zhàn)：需注重污染防治，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降耗、減污，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。工業(yè)廢氣排放1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位傳統(tǒng)制造業(yè)的困境與現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展-30-全球化市場：跨國集團(tuán)威脅本土制造企業(yè)生存，需要應(yīng)對(duì)國際化競爭。我國制造業(yè)近年發(fā)展1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位傳統(tǒng)制造業(yè)的困境與現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展-31-戰(zhàn)略應(yīng)對(duì)：政府和企業(yè)界正在進(jìn)行制造技術(shù)、模式和管理技術(shù)的劇烈變革?！笆濉背删脱捕Y1.2制造業(yè)的發(fā)展與地位先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)與分類1.31.2.1先進(jìn)制造技術(shù)的提出背景1.2.2先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)1.2.3先進(jìn)制造技術(shù)的構(gòu)成與分類先進(jìn)制造技術(shù)的提出背景1.3先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)與分類-33-先進(jìn)制造技術(shù)作為一個(gè)專用名詞出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代末。先進(jìn)制造技術(shù)是集機(jī)械工程技術(shù)、電子信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)等為一體的眾多先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和系統(tǒng)的總稱。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)1.3先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)與分類-34-主題化、個(gè)性化、多樣化需求市場動(dòng)態(tài)多變，產(chǎn)品更新速度加快生產(chǎn)模式向多品種、小批量、單件化、柔性化轉(zhuǎn)變消費(fèi)趨勢制造業(yè)進(jìn)步推動(dòng)全球參與形成全球大市場和激烈競爭經(jīng)濟(jì)全球化加速產(chǎn)業(yè)國際分工全球產(chǎn)業(yè)調(diào)整更新技術(shù)，滿足消費(fèi)者需求適應(yīng)市場變化，贏得競爭提高企業(yè)利潤，加強(qiáng)合作與協(xié)作制造業(yè)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景-35-制造業(yè)走向科學(xué)發(fā)展，吸收各領(lǐng)域成果實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)科學(xué)發(fā)展20世紀(jì)80年代起，高新技術(shù)不斷涌現(xiàn)計(jì)算機(jī)、微電子、信息、自動(dòng)化技術(shù)促進(jìn)了制造業(yè)發(fā)展高新技術(shù)應(yīng)用改變了現(xiàn)代制造業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、工藝裝備和管理體系制造業(yè)發(fā)展為技術(shù)密集型、知識(shí)密集型產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型科學(xué)技術(shù)發(fā)展背景1.3先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)與分類-36-世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)(WCED)于1987年向聯(lián)合國42屆大會(huì)遞交的報(bào)告《我們共同的未來》正式提出了“可持續(xù)發(fā)展”的思路。其定義是：“既滿足當(dāng)代人的需求，又不對(duì)子孫后代滿足其需要的生存環(huán)境構(gòu)成危害的發(fā)展?！笔澜缳Y源研究所于1992年對(duì)可持續(xù)發(fā)展給出了更簡潔明確的定義：即建立產(chǎn)生極少廢料和污染物的工藝或技術(shù)系統(tǒng)。花園式電廠封閉煤場可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背景1.3先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)與分類-37-“主體技術(shù)群、支撐技術(shù)群、制造技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施”三部分只有相互聯(lián)系、相互促進(jìn)，才能發(fā)揮整體的各功能效益，每個(gè)部分均不可或缺可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背景1.3先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)與分類-38-先進(jìn)制造技術(shù)的構(gòu)成1.3先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)與分類-39-先進(jìn)設(shè)計(jì)方法與技術(shù)①有限元分析國家級(jí)綠色制造產(chǎn)業(yè)園先進(jìn)制造技術(shù)的分類1.3先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)與分類計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)高性能制造中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)反求工程綠色設(shè)計(jì)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)②-40-先進(jìn)成型技術(shù)粉末冶金機(jī)械成形壓機(jī)激光選區(qū)熔化金屬3D打印先進(jìn)制造技術(shù)的分類1.3先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)與分類精密鑄造技術(shù)精密塑性成形技術(shù)先進(jìn)連接技術(shù)增材制造技術(shù)-41-超精密加工技術(shù)高速超高速切削技術(shù)特種加工技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)與工藝③車削飛秒激光微加工先進(jìn)制造技術(shù)的分類1.3先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)與分類微細(xì)及微納加工技術(shù)綠色制造技術(shù)生物制造技術(shù)④-42-精密測量技術(shù)無損檢測技術(shù)的應(yīng)用材料分析技術(shù)納米尺度的檢測技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測與自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用先進(jìn)檢測技術(shù)超聲無損檢測激光干涉儀工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)先進(jìn)制造技術(shù)的分類1.3先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)與分類儲(chǔ)能系統(tǒng)生產(chǎn)線⑥⑤-43-先進(jìn)制造系統(tǒng)先進(jìn)制造理念機(jī)器人正在全自動(dòng)化組裝電機(jī)先進(jìn)制造系統(tǒng)工程公共研發(fā)平臺(tái)先進(jìn)制造技術(shù)的分類1.3先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)與分類本章小結(jié)1.41.4

本章小結(jié)-45-隨著全球創(chuàng)新實(shí)力格局不斷加快重塑，圍繞制造業(yè)創(chuàng)新的競爭已成為新焦點(diǎn)。中國制造業(yè)依靠人口、資源、制度等傳統(tǒng)的發(fā)展模式的優(yōu)勢已成歷史，低端制造業(yè)的低成本優(yōu)勢也越來越淡去。特別是國際金融危機(jī)之后，世界各國紛紛加緊部署發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)，通過技術(shù)創(chuàng)新提升制造業(yè)競爭水平。

全球制造業(yè)競爭激烈，中國制造業(yè)需面對(duì)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)。雖然存在依賴進(jìn)口等問題，但中國制造業(yè)在經(jīng)濟(jì)規(guī)模和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上具備優(yōu)勢。未來需要加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，培育世界級(jí)制造業(yè)集群，同時(shí)提升國際影響力和本土供應(yīng)鏈效率。THANKYOU第二章先進(jìn)設(shè)計(jì)方法與技術(shù)Advanceddesignmethodandtechnology先進(jìn)制造技術(shù)Contents2.1先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)概述2.3先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用的軟件2.2先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)2.4本章小結(jié)2.1先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)概述-50-2.1先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)概述先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)（AdvancedDesignTechnology）是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)。它是以滿足產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、時(shí)間、成本/價(jià)格綜合效益最優(yōu)為目的；以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)為主體，以多種科學(xué)方法及技術(shù)為手段；是在研究、改進(jìn)、創(chuàng)造產(chǎn)品的活動(dòng)過程中所用到的技術(shù)群體的總稱。直覺設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)半理論半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展歷程先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的內(nèi)涵-51-2.1先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)概述1.先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法的繼承、延伸與擴(kuò)展2.先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)是多種設(shè)計(jì)技術(shù)理論與方法的交叉與融合3.先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)手段的計(jì)算機(jī)化與設(shè)計(jì)結(jié)果的精確化4.先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程的并行化、智能化5.先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了面向產(chǎn)品全生命周期過程的可信性設(shè)計(jì)6.先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)是對(duì)多種設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的綜合運(yùn)用先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)擴(kuò)展到產(chǎn)品的規(guī)劃、制造、營銷和回收各個(gè)方面。先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)具有以下一系列特點(diǎn)：先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)2.1先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)概述先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)分支學(xué)科很多，其基本體系結(jié)構(gòu)及其與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系如圖所示。先進(jìn)制造工藝自然科學(xué)自動(dòng)化技術(shù)系統(tǒng)管理技術(shù)材料科學(xué)政治經(jīng)濟(jì)學(xué)文化社會(huì)科學(xué)市場營銷學(xué)相關(guān)學(xué)科與技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論與方法支撐技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)主體技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的技術(shù)體系-52-2.2先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDesign，CAD)是自20世紀(jì)50年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展而隨之產(chǎn)生與發(fā)展的一門綜合性計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。-54-CAD幾何建模圖形處理工程分析仿真模擬工程數(shù)據(jù)的管理與共享CAD系統(tǒng)的基本功能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)2.2先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)面向性能的設(shè)計(jì)(Designforperformance,DFP)：按性能要求獲得的最佳設(shè)計(jì)方案，求解出理想或理論設(shè)計(jì)參量(材料、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)形式等參量)。面向制造的設(shè)計(jì)(Designformanufacturing,DFM)，對(duì)DFP完成的設(shè)計(jì)，依據(jù)產(chǎn)品性能與材料、結(jié)構(gòu)、幾何、制造工藝、使役工況等參量之間的關(guān)系及敏度分析，確定出最為可行的制造工藝，并合理分配各環(huán)節(jié)的制造允差。面向性能/制造的設(shè)計(jì)2.2先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)-55-可靠性工程是指為了達(dá)到產(chǎn)品可靠性要求而進(jìn)行的設(shè)計(jì)、管理、實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)等一系列工作的總和，與產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的全部可靠性活動(dòng)有關(guān)。-56-產(chǎn)品可靠性的要素可靠性工程規(guī)定的條件產(chǎn)品規(guī)定的時(shí)間規(guī)定的功能能力可靠性設(shè)計(jì)2.2先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)反求工程又稱逆向工程或反求設(shè)計(jì)，反求工程類似于反向推理，屬于逆向思維體系。它以社會(huì)方法學(xué)為指導(dǎo)，以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法、技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和創(chuàng)新思維，對(duì)已有的產(chǎn)品進(jìn)行解剖、分析、重構(gòu)和再創(chuàng)造，以下是反求工程的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)能夠快速建立設(shè)計(jì)圖樣和3D模型執(zhí)行難度大，需要高精度的設(shè)備和技術(shù)；可以降低設(shè)計(jì)時(shí)間和成本，提高設(shè)計(jì)效率成本高，需要購買專業(yè)的測量設(shè)備和軟件精度高、準(zhǔn)確性高，可以確保生產(chǎn)制造的質(zhì)量數(shù)模與實(shí)物不一定完全一致，需要進(jìn)行模擬和驗(yàn)證可以在不拆卸現(xiàn)有設(shè)備的情況下進(jìn)行測量，不會(huì)對(duì)原設(shè)備產(chǎn)生影響需要充分的技術(shù)和理論知識(shí)支持反求工程2.2先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)-57-反求工程技術(shù)的研究對(duì)象多種多樣，主要可以分為以下三大類。實(shí)物類：主要指先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的實(shí)物本身。軟件類：包括先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備程序、技術(shù)文件等。影像類：包括先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)備的圖片、照片或以影像形式出現(xiàn)的資料。反求工程2.2先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)-58-反求工程中常用的測量方法一般分成兩類：接觸式與非接觸式。接觸式：坐標(biāo)測量機(jī)法、層析法。非接觸式：基于光學(xué)三角形原理的逆向工程掃描法、基于相位偏移測量原理的莫爾條紋法、基于工業(yè)CT斷層掃描法。工業(yè)CT斷層掃描法坐標(biāo)測量機(jī)反求工程2.2先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)-59-綠色設(shè)計(jì)(也稱為面向環(huán)境的設(shè)計(jì)，Designforenvironment)是指系統(tǒng)地考慮環(huán)境影響并集成到產(chǎn)品最初設(shè)計(jì)過程中的技術(shù)和方法。綠色制造是指在制造過程中減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，提高資源利用效率，降低能源消耗和廢耗物的生成，實(shí)現(xiàn)綠色、環(huán)保、可持續(xù)的制造過程。綠色設(shè)計(jì)2.2先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)-60-綠色設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本區(qū)別在于：綠色設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)構(gòu)思階段就要把降低能耗、易于拆卸、再生利用和保護(hù)生態(tài)環(huán)境與保證產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、壽命、成本的要求列為同等的設(shè)計(jì)目標(biāo)，并保證在生產(chǎn)過程中能夠順利實(shí)施。綠色設(shè)計(jì)具體有以下幾種原則：綠色設(shè)計(jì)2.2先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)-61-綠色材料的選擇是一個(gè)系統(tǒng)性和綜合性很強(qiáng)的復(fù)雜問題。美國卡耐基梅龍大學(xué)的Rosy提出了一種將環(huán)境因素融入材料選擇的方法，該方法在滿足功能、幾何形狀、材料等特性和環(huán)境要求的前提下使零件的成本最低。該材料選擇方法的流程圖所示。綠色設(shè)計(jì)2.2先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)-62-拓?fù)鋬?yōu)化是指根據(jù)指定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一種。其目標(biāo)是通過對(duì)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的外力、荷載條件、邊界條件、約束以及材料屬性等因素進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和優(yōu)化，從而最大限度地提高零件的性能。（b）拓?fù)鋬?yōu)化后零件（a）原始零件

拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)示意圖拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)2.2先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)-63-由于拓?fù)鋬?yōu)化生成的自由形式的設(shè)計(jì)通常難以用傳統(tǒng)工業(yè)制造手段進(jìn)行制造，但是在先進(jìn)的3D打印技術(shù)支持下，拓?fù)鋬?yōu)化的設(shè)計(jì)輸出可以直接交給3D打印機(jī)來完成，極大地拓展了拓?fù)鋬?yōu)化的工業(yè)化進(jìn)程。拓?fù)鋬?yōu)化骨科植入物拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)金屬結(jié)構(gòu)節(jié)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)連桿拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)2.2先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)-64-拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)過程定義外部荷載、邊界條件、約束條件以及材料屬性等輸入信息。利用有限元分析考慮應(yīng)用負(fù)載點(diǎn)、安裝位置以及約束區(qū)域；使用有限元?jiǎng)?chuàng)建網(wǎng)格，根據(jù)定義的要求測試每個(gè)有限元的剛度、柔度、應(yīng)力、撓度，確定多余的材料區(qū)域；最后，有限元分析將各個(gè)部件編織在一起組成設(shè)計(jì)終稿。拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)過程拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)2.2先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)-65-拓?fù)鋬?yōu)化優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)化設(shè)計(jì)材料使用的最小化具有成本效益減少對(duì)環(huán)境的影響缺點(diǎn)：強(qiáng)度降低成本提高，制造難度提升2.2先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)-66-2.3先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件2.3先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件設(shè)計(jì)軟件有限元仿真軟件AutoCADSolidWorksPro/EngineerMastercamUnigraphicsNXCATIAANSYSADINAABAQUSMSC系列COMSOLMultiphysics先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件分類-68-AutoCAD軟件界面

AutoCAD是由美國歐特克有限公司(Autodesk)出品的一款計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，可以用于二維制圖和基本三維設(shè)計(jì)。AutoCAD的基本功能主要包括平面繪圖、圖形編輯、三維繪圖。AutoCAD盡管有強(qiáng)大的圖形功能，但表格處理功能相對(duì)較弱，而在實(shí)際工作中，往往需要在AutoCAD中制作各種表格，如工程數(shù)量表等。

未來AutoCAD技術(shù)將向著標(biāo)準(zhǔn)化、開放式、集成化、智能化方向發(fā)展。2.3先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件AutoCAD設(shè)計(jì)軟件-69-Pro/Engineer軟件界面

Pro/Engineer是美國PTC公司旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者。Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一。Pro/Engineer最早進(jìn)入中國市場的版本大概是ProE18版，其后經(jīng)過了十幾年的發(fā)展和完善。2.3先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件Pro/Engineer設(shè)計(jì)軟件-70-SolidWorks軟件界面

SolidWorks是達(dá)索系統(tǒng)(DassaultSystems)下的子公司研發(fā)的設(shè)計(jì)軟件。SolidWorks軟件是基于Windows系統(tǒng)下的原創(chuàng)的三維設(shè)計(jì)軟件。SolidWorks公司的研發(fā)部門設(shè)法從不同的角度對(duì)大型裝配體的裝載速度進(jìn)行了改進(jìn)，包括分布式數(shù)據(jù)的處理和圖形壓縮技術(shù)的運(yùn)用，使得大型裝配體的性能提高了幾十倍。2.3先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件SolidWorks設(shè)計(jì)軟件-71-UnigraphicsNX軟件界面

UG(UnigraphicsNX)是SiemensPLMSoftware公司出品的一個(gè)產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。該軟件可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)，適用于對(duì)大型的汽車、飛機(jī)等產(chǎn)品建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。

它在誕生之初主要是基于工作站，但隨著PC硬件的發(fā)展和個(gè)人用戶的迅速增長，已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計(jì)的一個(gè)主流應(yīng)用軟件。2.3先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件UnigraphicsNX設(shè)計(jì)軟件-72-Mastercam軟件界面

Mastercam是美國CNCSoftware公司開發(fā)的基于PC平臺(tái)的CAD/CAM軟件。包括美國在內(nèi)的各工業(yè)大國皆一致采用該系統(tǒng)。作為設(shè)計(jì)、加工制造的標(biāo)準(zhǔn)，以美國和加拿大教育單位來說，共計(jì)有2500多所高中、?？拼髮W(xué)院校使用此軟件進(jìn)行機(jī)械制造及數(shù)控編程，在中國臺(tái)灣及大陸其在工業(yè)界及教育單位也有領(lǐng)先之地位。2.3先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件Mastercam設(shè)計(jì)軟件-73-CATIA軟件界面

CATIA是法國達(dá)索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。作為PLM協(xié)同解決方案的一個(gè)重要組成部分，它可以幫助制造廠商設(shè)計(jì)他們的產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計(jì)、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。自1999年以來，市場上廣泛采用它的數(shù)字樣機(jī)流程，從而使之成為世界上最常用的產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)。2.3先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件CATIA設(shè)計(jì)軟件-74-ANSYS軟件界面

ANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)軟件，是世界范圍內(nèi)增長最快的計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)軟件，能與多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件對(duì)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換。ANSYS功能強(qiáng)大，操作簡單方便，已成為國際最流行的有限元分析軟件，在歷年的FEA評(píng)比中都名列第一。2.3先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件ANSYS仿真軟件-75-ADINA軟件界面

ADINA軟件出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，以有限元理論為基礎(chǔ)，通過求解力學(xué)線性、非線性方程組的方式獲得固體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、溫度場問題的數(shù)值解。

ADINA在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用十分廣泛，例如在往復(fù)式活塞泵、往復(fù)式壓縮機(jī)、軸承、減速機(jī)、工程機(jī)械類、冶金機(jī)械類、礦山機(jī)械類產(chǎn)品設(shè)計(jì)中都到有不同程度的應(yīng)用，尤其在離心泵等流體機(jī)械中的流固耦合分析計(jì)算中應(yīng)用最多。2.3先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件ADINA仿真軟件-76-COMSOLMultiphysics軟件界面

COMSOLMultiphysics是由COMSOL集團(tuán)于1998年發(fā)布的大型高級(jí)數(shù)值仿真軟件。它包括了多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)模塊，例如力學(xué)、電磁場、流體、傳熱、化工、MEMS、聲學(xué)等；同時(shí)也包含了一系列與第三方軟件的接口軟件，其中包含常用CAD軟件、MATLAB，和Excel軟件等的同步鏈接產(chǎn)品，使得COMSOLMultiphysics軟件能夠與主流CAD軟件工具無縫集成。2.3先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件COMSOLMultiphysics仿真軟件-77-

MSC系列有限元仿真軟件由MSC.Software公司(MSCSoftwareCorporation，MSC)設(shè)計(jì)，該公司是世界著名的有限元分析和計(jì)算機(jī)仿真預(yù)測應(yīng)用軟件CAE供應(yīng)商和虛擬產(chǎn)品開發(fā)(VirtualProductDevelopment，VPD)概念的倡導(dǎo)者。MSC系列軟件應(yīng)用廣泛，包括航空、航天、汽車、船舶、通用機(jī)械、兵器、電子、核能、土木、醫(yī)療器械、生物力學(xué)、鐵道、運(yùn)輸?shù)取SC軟件的仿真結(jié)果示意圖2.3先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件MSC系列仿真軟件-78-近幾年，各類核心設(shè)計(jì)軟件均已出現(xiàn)本土企業(yè)，如中望軟件、天河智能、安懷信、華天軟件等企業(yè)陸續(xù)崛起。以中望軟件為例，堅(jiān)持走自主研發(fā)與創(chuàng)新道路并在2021年3月份在上交所科創(chuàng)板成功上市，具備了與國際軟件巨頭競爭的實(shí)力。而在關(guān)鍵核心技術(shù)上，中望軟件擁有自主三維幾何建模內(nèi)核，讓中國工業(yè)軟件擺脫對(duì)國外技術(shù)的“依賴”成為了可能，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的自主性。自2014年以來，全球先進(jìn)設(shè)計(jì)軟件市場規(guī)模以每年5%~6%左右速度增長。發(fā)達(dá)國家在工業(yè)軟件領(lǐng)域有著較強(qiáng)的先發(fā)優(yōu)勢，工業(yè)軟件市場份額主要被北美和歐洲占據(jù)。隨著工業(yè)軟件技術(shù)趨于成熟，為了更好地發(fā)展，先進(jìn)設(shè)計(jì)軟件提供商需要向發(fā)展中國家和地區(qū)滲透。2.3先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件我國先進(jìn)設(shè)計(jì)軟件現(xiàn)狀-79-高端技術(shù)人才匱乏市場環(huán)境混亂無序核心技術(shù)不足投入到深層次的軟件開發(fā)和應(yīng)用研究的高端人才嚴(yán)重不足，造成了基層人才扎堆，中層人才斷代，高層人才嚴(yán)重不足的現(xiàn)狀。設(shè)計(jì)軟件技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)得不到有效的保護(hù)，惡意抄襲和復(fù)制極大地打擊了軟件開發(fā)企業(yè)的積極性；各中小企業(yè)沒有形成規(guī)模化和集約化效應(yīng)，龍頭企業(yè)數(shù)量相對(duì)較少，規(guī)模相對(duì)較小。在核心技術(shù)的研究和開發(fā)上同西方發(fā)達(dá)國家相比仍然存在不小的差距，在技術(shù)基礎(chǔ)、成本投入、長遠(yuǎn)規(guī)劃上等都有很大的發(fā)展空間。2.3先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件我國先進(jìn)設(shè)計(jì)軟件制約-80-軟件可以根據(jù)輸入?yún)?shù)自動(dòng)生成設(shè)計(jì)方案，減少設(shè)計(jì)師的勞動(dòng)量和時(shí)間成本。注重自動(dòng)化設(shè)計(jì)，幫助設(shè)計(jì)師更加快速和高效地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。軟件會(huì)更加注重人工智能的應(yīng)用，例如，通過深度學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的圖像識(shí)別和分析，從而提供更加智能的設(shè)計(jì)建議。軟件會(huì)越來越注重跨平臺(tái)協(xié)作，例如，設(shè)計(jì)師可以在多個(gè)設(shè)備和操作系統(tǒng)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過云服務(wù)實(shí)現(xiàn)協(xié)作和共享。設(shè)計(jì)師可以通過軟件直接生成3D打印模型或虛擬現(xiàn)實(shí)場景，幫助客戶更好地理解和感受設(shè)計(jì)效果。自動(dòng)化設(shè)計(jì)AI輔助設(shè)計(jì)跨平臺(tái)協(xié)作3D打印虛擬現(xiàn)實(shí)2.3先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)中應(yīng)用的軟件我國先進(jìn)設(shè)計(jì)軟件發(fā)展趨勢-81-2.4本章小結(jié)-83-2.4本章小結(jié)先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)是現(xiàn)代制造領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)之一，它涵蓋了計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、反求設(shè)計(jì)技術(shù)、綠色設(shè)計(jì)技術(shù)以及拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)等。通過計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，制造商能夠提高設(shè)計(jì)效率和精度，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，并增強(qiáng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和精確性。反求設(shè)計(jì)技術(shù)通過社會(huì)方法學(xué)為指導(dǎo)，以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法、技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和創(chuàng)新思維，對(duì)已有的產(chǎn)品進(jìn)行解剖、分析、重構(gòu)和再創(chuàng)造。綠色設(shè)計(jì)技術(shù)核心是從整個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)的角度考慮，在整個(gè)產(chǎn)品的生命周期內(nèi)，從原材料的提取、制造、運(yùn)輸、使用到廢棄各個(gè)階段對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響。拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)目標(biāo)是通過對(duì)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的外力、荷載條件、邊界條件、約束以及材料屬性等因素進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和優(yōu)化，從而最大限度地提高零件的性能。THANKYOU第三章先進(jìn)成形技術(shù)Advancedmanufacturingtechnology先進(jìn)制造技術(shù)Contents3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述3.3精密塑性成形技術(shù)3.5增材制造技術(shù)3.2精密鑄造技術(shù)3.4先進(jìn)連接技術(shù)3.6本章小結(jié)3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述-87-狹義的制造過程，只針對(duì)材料的加工過程，根據(jù)加工材料的形態(tài)變化，生產(chǎn)中一般將加工工藝分為兩類：即機(jī)械加工工藝和材料成形工藝。其中的材料成形工藝，主要是指利用材料的塑性變形、流變特征進(jìn)行的加工工藝過程和針對(duì)板狀材料進(jìn)行的切割、連接工藝過程,是制造過程的基本形式之一。因此廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航空、航天等各個(gè)領(lǐng)域。為適應(yīng)制造業(yè)市場、產(chǎn)品、技術(shù)及企業(yè)特征發(fā)展的需要，材料成形技術(shù)將向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、數(shù)字化、智能化、清潔化和集成化等方向發(fā)展。-88-先進(jìn)成形技術(shù)3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述成形技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)-89-模具制造傳統(tǒng)模具制造技術(shù)主要是根據(jù)設(shè)計(jì)圖樣用仿形機(jī)床加工成形，經(jīng)磨削以及電火花加工等方法來制造模具。而現(xiàn)代模具的制造不僅形狀與結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而且技術(shù)要求更高，用傳統(tǒng)的模具制造方法顯然難于制造，必須借助于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展采用先進(jìn)制造技術(shù)才能達(dá)到它的技術(shù)要求。3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述發(fā)展趨勢愈來愈高的模具精度日趨大型化模具擴(kuò)大應(yīng)用熱流道技術(shù)發(fā)展多功能復(fù)合模具模具先進(jìn)制造技術(shù)-90-鑄造鑄造是將液態(tài)金屬充填到與欲形成零件的形狀和尺寸相適應(yīng)的鑄型空腔中，待其冷卻凝固，以獲得所需形狀的零件或毛坯的一種材料成形方法。3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述砂型鑄件能夠獲得形狀非常復(fù)雜的鑄件零件成本低，投資少生產(chǎn)準(zhǔn)備簡單，靈活性高優(yōu)勢:表面粗糙度值較高、尺寸精度差工藝過程復(fù)雜、鑄件質(zhì)量不易控制生產(chǎn)率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大工作環(huán)境惡劣劣勢:目前已發(fā)展出熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、陶瓷型鑄造、特種砂型鑄造、電磁鑄造、半固態(tài)鑄造等。先進(jìn)制造技術(shù)-91-鍛壓鍛造是利用鍛壓機(jī)械和模具對(duì)金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得具有一定力學(xué)性能、一定形狀和尺寸的鍛件的加工方法。鍛壓能消除金屬的鑄態(tài)疏松、焊合孔洞。鍛壓分為冷鍛和熱鍛。3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)冷鍛與熱鍛對(duì)比鍛壓與鍛壓機(jī)-92-焊接焊接技術(shù)作為一種連接金屬材料的常用方法，通過加熱、高溫或高壓的方式將金屬或其他熱塑性材料接合起來。我國已基本掌握精密切焊、氣體保護(hù)焊、接埋弧、自動(dòng)焊等先進(jìn)技術(shù)，焊接成套設(shè)備、焊接機(jī)器人、焊接生產(chǎn)線和柔性制造系統(tǒng)也得到實(shí)際應(yīng)用。3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)焊接機(jī)器人天然氣管道焊接工藝技術(shù)-93-板料成形板料成形是一類典型的金屬加工工藝，它是利用模具通過壓力機(jī)的作用使金屬板料（主要是板材、帶材、管材和型材等）因塑性變形而改變形狀和尺寸，獲得所需產(chǎn)品的加工方法。由于板料成形過程中材料的變形，在宏觀上表現(xiàn)為模具的沖、壓作用，所以板料成形工藝一般又簡稱為沖壓工藝。3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述沖壓流程沖壓工藝沖壓在汽車、機(jī)械、家用電器、電機(jī)、儀表、航空航天、兵器等領(lǐng)域中具有十分重要的地位。先進(jìn)制造技術(shù)-94-綠色成形技術(shù)綠色成形技術(shù)是面向材料、設(shè)計(jì)、制造等考慮環(huán)境影響與資源效率的先進(jìn)制造技術(shù)。為了改善人類生存環(huán)境，綠色成形技術(shù)以及再制造技術(shù)也在不斷發(fā)展。綠色成形與改性技術(shù)是采用無機(jī)、無害的原材料和輔助材料，清潔的能源以及高效、節(jié)能的先進(jìn)工藝與設(shè)備，使得材料成形與改性過程資源消耗極小，環(huán)境負(fù)面影響極小，職業(yè)健康危害最小。3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)綠色成形技術(shù)研究方向光固化技術(shù)-95-管理信息化成形數(shù)字化控制智能化環(huán)境友好化產(chǎn)品精密化未來發(fā)展原則3.1先進(jìn)成形技術(shù)概述金屬注射技術(shù)金屬先進(jìn)構(gòu)件空心冷卻技術(shù)塑性成型技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)3.2精密鑄造技術(shù)-96--97-鑄造技術(shù)發(fā)展鑄造工藝激冷系統(tǒng)鑄造系統(tǒng)出氣孔補(bǔ)縮系統(tǒng)特種鑄造工藝3.2精密鑄造技術(shù)傳統(tǒng)的鑄造工藝，主要是指將一定性能的原砂作為主要造型材料，并用原砂進(jìn)行鑄造的工藝方法。精密鑄造指的是獲得精準(zhǔn)尺寸鑄件工藝的總稱。可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件毛坯或零件；鑄件的應(yīng)用范圍廣泛，不受形狀限制；鑄造生產(chǎn)成本較低；鑄件切削加工量較少，可減少加工成本。優(yōu)勢:鑄件組織不夠致密，存在縮孔、氣孔、渣、裂紋等缺陷，晶粒粗細(xì)不均，鑄件力學(xué)性能較低，耐沖擊能力較低；鑄造生產(chǎn)工序較多，工藝過程控制較繁瑣，易于產(chǎn)生廢品。劣勢:金屬注射技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)-98-熔模鑄造3.2精密鑄造技術(shù)熔模鑄造，也稱失蠟鑄造。包括壓蠟、修蠟、組樹、沾漿、熔蠟、澆注金屬液及后處理等工序。失蠟鑄造是用蠟制作所要鑄成零件的模樣，然后在蠟?zāi)Ｉ贤恳阅酀{，形成型殼，硬化后，放入熱水中將內(nèi)部蠟?zāi)Ｈ刍?。將熔化完蠟?zāi)５哪嗄Ｐ蜌と〕鲈龠M(jìn)行焙燒。一般制蠟?zāi)r(shí)就留下了澆注口，再從澆注口灌入金屬熔液，冷卻后，所需的零件就制成了。熔模鑄造樣品熔模鑄造工藝流程先進(jìn)制造技術(shù)消失模鑄造消失模鑄造工藝流程-99-消失模鑄造3.2精密鑄造技術(shù)消失模精密鑄造（又稱實(shí)型鑄造）指的是液體金屬取代冷卻凝固后形成的一次性成形鑄造新工藝生產(chǎn)鑄件的新型鑄造方法。對(duì)于消失模鑄造有許多不同的叫法，國內(nèi)主要的叫法還有“干砂實(shí)型鑄造”、“負(fù)壓實(shí)型鑄造”、簡稱EPS鑄造。技術(shù)應(yīng)用消失模鑄造設(shè)備投資少、工藝路線短、工序簡化、占地面積小、鑄件尺寸精度和外觀精度高，一種先進(jìn)的鑄件成型方法，近年來在世界上得到了迅速的發(fā)展。先進(jìn)制造技術(shù)-100-消失模鑄造3.2精密鑄造技術(shù)與傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)相比，消失模鑄造技術(shù)具有無與倫比的優(yōu)勢，被國內(nèi)外鑄造界稱為“21世紀(jì)的鑄造技術(shù)”和“鑄造工業(yè)的綠色革命”。項(xiàng)目傳統(tǒng)砂型鑄造實(shí)型鑄造模樣工藝分模分模以便于造型無須分模拔模斜度必須有一定斜度基本沒有或者很小組成外型和芯單一模樣應(yīng)用次數(shù)多次使用一次材質(zhì)金屬或木材泡沫塑料造型工藝鑄型型腔由鑄型和型芯裝配實(shí)型涂料層砂型表面刷于模樣表面澆注工藝充型特點(diǎn)只填充空腔金屬與模型發(fā)生物理化學(xué)作用充型速度影響因子澆注系統(tǒng)及溫度主要受型內(nèi)氣體壓力狀態(tài)、澆注系統(tǒng)、澆注溫度的影響清理清理需要打磨飛邊毛刺及內(nèi)澆道只需要打磨內(nèi)澆道，無飛邊毛刺傳統(tǒng)砂型鑄造與實(shí)型鑄造的比較分析先進(jìn)制造技術(shù)-101-消失模鑄造3.2精密鑄造技術(shù)在使用消失模鑄造工藝前，通常從以下幾方面考慮是否適用。首先考慮鑄件材質(zhì)，其適用性的優(yōu)劣順序是：灰鑄鐵-非鐵合金-普通碳素鋼-球磨鑄鐵-低碳鋼和合金鋼，由于必要的準(zhǔn)備工作，因此使得實(shí)驗(yàn)工藝調(diào)試周期加長。其次，鑄件的批量越大，生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益越可觀。模樣

模樣材料通常稱為珠粒，消失模鑄造采用的珠粒一般分為三種：EPS(聚苯乙烯）、STMMA（共聚樹脂）和EPMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）。涂料可提高消失模模樣的剛度和強(qiáng)度，涂層要有良好的透氣性。涂層厚度應(yīng)根據(jù)鑄件材質(zhì)、大小，壁厚、澆注溫度和鐵水壓頭的變化進(jìn)行調(diào)整。涂料鑄造工藝消失棋鑄造工藝包括澆注口系統(tǒng)設(shè)計(jì)、澆注溫度控制、澆注操作控制等。澆注溫度應(yīng)略高于砂型鑄造，直澆道要有足夠的高度，采用開放式澆注系統(tǒng)。先進(jìn)制造技術(shù)3.3精密塑性成形技術(shù)-102-塑性成形是材料加工方法之一。它是利用材料的塑性使材料在外力作用下成形的一種加工方法。應(yīng)該說凡是具有塑性的材料都可以采用塑性成形的方法對(duì)其進(jìn)行成形加工。塑性成形技術(shù)具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗等顯著特點(diǎn)，已成為當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。-103-塑性成形3.3精密塑性成形技術(shù)沖壓（拉伸）示意圖常見的金屬材料塑性加工方法，如軋制、拉拔、鍛造、沖壓等，都是利用金屬的塑性而進(jìn)行成形加工的。目前應(yīng)用廣泛的有液壓成形、無模液壓成形、徑向軸向環(huán)件軋制等技術(shù)。高分子材料中的塑料、橡膠等也同樣可以利用其塑性進(jìn)行加工成形，如壓縮模塑，傳遞模塑，吹塑，吸塑，壓延等工藝方法。無機(jī)非金屬材料中的陶瓷、玻璃，也可以用雕塑、拉坯、旋壓、滾壓、擠制、壓制、吹制等工藝方法實(shí)現(xiàn)塑性成形。擠壓示意圖先進(jìn)制造技術(shù)-104-3.3精密塑性成形技術(shù)材料利用率高；零件產(chǎn)品性能好；零件產(chǎn)品尺寸規(guī)格的一致性好；可實(shí)現(xiàn)零件產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制；生產(chǎn)效率高。技術(shù)優(yōu)勢:技術(shù)應(yīng)用航空航天領(lǐng)域建筑領(lǐng)域能源領(lǐng)域精密塑性成形技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)液壓成形（Hydroforming）是指利用液體和模具使工件成形的一種塑形加工技術(shù)，也稱液力成形。僅需要凹?；蛲鼓?，液體介質(zhì)相應(yīng)地作為凸?；虬寄＃∪ヒ话隳＞哔M(fèi)用和加工時(shí)間，而且液體作為凸?？梢猿尚魏芏鄤傂阅＞邿o法成形的復(fù)雜零件。-105-液壓成形3.3精密塑性成形技術(shù)典型液壓成形技術(shù)比較

所用坯料傳力介質(zhì)成形壓力殼體液壓成形殼體純水50MPa薄板液壓成形板料液壓油100MPa管材液壓成形管材乳化液400MPa板液壓成形作為一種先進(jìn)的加工工藝,具有模具成本低、模具制造周期短、成形極限高特點(diǎn)，與傳統(tǒng)工藝相比，液壓成形即節(jié)約了能源，降低了成本，又適應(yīng)了當(dāng)今產(chǎn)品的小批量、多品種的柔性發(fā)展方向，受到世界各國學(xué)者的一致關(guān)注。先進(jìn)制造技術(shù)在國內(nèi)外液壓機(jī)產(chǎn)品中，按其結(jié)構(gòu)形式可分為四柱式液壓機(jī)、框架式液壓機(jī)、單柱液壓機(jī)（C型機(jī)）。-106-液壓設(shè)備3.3精密塑性成形技術(shù)典型液壓設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)商我國制造液壓機(jī)的廠家眾多，企業(yè)知名度和設(shè)計(jì)技術(shù)、制造水平、產(chǎn)品質(zhì)最、生產(chǎn)規(guī)模、加工能力均處于國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先地位的有：合肥鍛壓機(jī)床股份有限公司、天津市鍛壓機(jī)床總廠、徐州鍛壓機(jī)床廠等。先進(jìn)制造技術(shù)薄板液壓成形原理是采用液體作為傳力介質(zhì)以代替剛性的凸模或凹模來傳遞載荷，使板料在液體壓力作用下貼靠凹模或凸模，從而實(shí)現(xiàn)金屬板材零件的成形。薄板液壓成形工藝分為充液拉伸成形和液體凸模拉伸成形。-107-薄板液壓成形3.3精密塑性成形技術(shù)充液拉伸成形示意圖優(yōu)越性：成形極限高尺寸精度高、表面質(zhì)量好簡化工序過程成本低先進(jìn)制造技術(shù)模液壓成形技術(shù)的基本原理是：先由平板或經(jīng)過輥彎的單曲率殼板組焊成封閉多面殼體，然后在封閉多面殼體內(nèi)加壓，在內(nèi)部壓力作用下，殼體產(chǎn)生塑性變形而逐漸趨向于球殼。該種成形工藝的主要工序?yàn)椋合铝稀獜澗怼M裝焊接——液壓脹形。-108-無模液壓成形3.3精密塑性成形技術(shù)無膜液壓脹形技術(shù)的主要工序液壓脹形前多面殼體的結(jié)構(gòu)先進(jìn)制造技術(shù)無模液壓成形技術(shù)自1985年發(fā)明以來，在實(shí)際工程應(yīng)用中先后開發(fā)三大系列產(chǎn)品：（1）球形水塔和供水罐；（2）壓力容器和液化氣罐；（3）建筑裝飾球。其中最大直徑達(dá)到9.4m，最大壁厚達(dá)到24mm，最高使用壓力1.77MPa。應(yīng)用材料包括低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鋁合金、銅合金等等。-109-無模液壓成形3.3精密塑性成形技術(shù)球形水塔不需要大型的模具和壓力機(jī)，產(chǎn)品初期投資少，大大降低生產(chǎn)成本；生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品變更容易，下料組裝簡單快捷；經(jīng)過超載脹形，有效降低了焊接殘余應(yīng)力，安全性高。技術(shù)優(yōu)勢:先進(jìn)制造技術(shù)徑向軸向環(huán)件軋制是利用環(huán)件軋制設(shè)備——扎環(huán)機(jī)（碾環(huán)機(jī)）使環(huán)件壁厚減小，直徑增大的塑性成形工藝，通過徑向和軸向兩個(gè)孔型同時(shí)對(duì)環(huán)件徑向壁厚和軸向高度兩個(gè)方向進(jìn)行軋制，它是一種多向軋制工藝，主要用于軋制大型環(huán)件。徑向軸向軋制不需要模具，在一定程度上節(jié)約了生產(chǎn)加工成本，提高效益。其次，環(huán)監(jiān)精度高、余量少，材料利用率高。環(huán)件內(nèi)部質(zhì)量較好，內(nèi)部晶粒小、組織致密，纖維沿圓周方向排列。徑向軸向軋制還具備生產(chǎn)率高、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，比起自由鍛環(huán)，材料消耗降低40~50%，生產(chǎn)成本降低75%。-110-徑向軸向環(huán)件軋制3.3精密塑性成形技術(shù)環(huán)件軋制典型產(chǎn)品形狀徑向軋制的基本原理先進(jìn)制造技術(shù)3.4先進(jìn)連接技術(shù)-111-連接技術(shù)包括焊接技術(shù)、機(jī)械連接技術(shù)和粘接技術(shù)，它是制造技術(shù)的重要組成部分，也是航空飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)制造中不可缺少的技術(shù)。-112-連接技術(shù)3.4先進(jìn)連接技術(shù)先進(jìn)焊接技術(shù)焊接是兩種或兩種以上同種或異種材料通過原子或分子之間的結(jié)合和擴(kuò)散連接成一體的工藝過程。促使原子和分子之間產(chǎn)生結(jié)合和擴(kuò)散的方法是加熱或加壓，或同時(shí)加熱又加壓?，F(xiàn)代焊接的能量來源有很多種，包括氣體焰、電弧、激光、電子束、摩擦和超聲波等。除了在工廠中使用外，焊接還可以在多種環(huán)境下進(jìn)行，如野外、水下和太空。先進(jìn)制造技術(shù)激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法，主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。-113-激光焊接技術(shù)3.4先進(jìn)連接技術(shù)屬于熔融焊接，以激光束為能源。激光束可由平面光學(xué)元件（如鏡子）導(dǎo)引，再以反射在焊縫上。激光焊接屬非接觸式焊接。激光焊可以與MIG焊組成激光MIG復(fù)合焊，實(shí)現(xiàn)大熔深焊接，同時(shí)熱輸入量比MIG焊大為減小。特性:激光焊接示意圖先進(jìn)制造技術(shù)-114-工藝對(duì)比3.4先進(jìn)連接技術(shù)傳感器密封焊接采用的方法有：電阻焊、氬弧焊、電子束焊、等離子焊等不同焊接工藝與激光焊的對(duì)比對(duì)比項(xiàng)目激光焊接電子束焊接鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊熔化極氣體保護(hù)焊電阻焊焊接效率00--+大深度比++---小熱影響區(qū)++--0高焊接速率++-+-焊縫斷面形貌++000大氣壓下施焊+-+++-++++使用填充材料0-++-自動(dòng)加工+-+0+成本--+++操作成本00+++可靠性+-+++組裝+----“+”表示優(yōu)勢；“-”表示劣勢；“0”表示適中。焊接高反射率材料先進(jìn)制造技術(shù)-115-3.4先進(jìn)連接技術(shù)可將入熱量降到最低的需要量，熱影響區(qū)金相變化范圍??；激光束易于聚焦、對(duì)準(zhǔn)及用受光學(xué)儀器導(dǎo)引；工件可放置在封閉的空間；激光束可聚焦在很小的區(qū)域，可焊接小型且間隔相近的部件；可焊材質(zhì)種類范圍大，亦可相互接合各種異質(zhì)材料。優(yōu)勢:焊件位置需非常精確，務(wù)必在激光束的聚焦范圍內(nèi)；焊件需使用夾治具時(shí)，須確保焊件的最終位置與激光束將沖擊的焊點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)；最大可焊厚度受到限制滲透厚度遠(yuǎn)超過19mm的工件；高反射性及高導(dǎo)熱性材料如鋁、銅及其合金等，焊接性會(huì)因激光而改變；當(dāng)進(jìn)行中能量至高能量的激光束焊接時(shí)，需使用等離子控制器將熔池周圍的離子化氣體驅(qū)除，以確保焊道的再現(xiàn)。劣勢:應(yīng)用領(lǐng)域激光焊接的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要包括制造業(yè)、粉末冶金、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)。先進(jìn)制造技術(shù)-116-激光復(fù)合焊接技術(shù)激光復(fù)合焊接是將激光束焊接與電弧焊接技術(shù)相結(jié)合，獲得更佳焊接效果，快速且具有焊縫搭橋能力，是當(dāng)前非常先進(jìn)的一種焊接方法。3.4先進(jìn)連接技術(shù)焊接表面光滑平整，沒有發(fā)黑發(fā)黃現(xiàn)象；相對(duì)于傳統(tǒng)焊接，復(fù)合焊接速度可以提升2~3倍；復(fù)合焊接良率明顯提升；焊接過程中要注意保護(hù)氣的使用。優(yōu)勢:價(jià)格太貴；對(duì)焊件加工、組裝、定位要求高；光能轉(zhuǎn)換率低（10～20%）。劣勢:激光-電弧復(fù)合焊接示意圖激光復(fù)合焊接具有焊接變形小、電弧焊熔深大、焊縫成形好、焊接速度快、熱輸入小、焊接強(qiáng)度損失小等多重優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、軌道交通、船舶、建筑、汽車、能源等領(lǐng)域有著良好的發(fā)展前景。先進(jìn)制造技術(shù)-117-超聲波金屬焊接超聲波金屬焊接是利用超聲頻率的機(jī)械振動(dòng)能量，連接同種金屬或異種金屬的一種特殊方法。3.4先進(jìn)連接技術(shù)超聲波焊接示意圖超聲金屬焊機(jī)能對(duì)銅、銀、鋁、鎳等有色金屬的細(xì)絲或薄片材料進(jìn)行單點(diǎn)焊接、多點(diǎn)焊接和短條狀焊接。超聲波金屬焊接有焊接材料不熔融，不減弱金屬特性；焊接后導(dǎo)電性好，電阻率極低或近乎零?？蓮V泛應(yīng)用于晶閘管引線、熔斷器片、電器引線、鋰電池極片、極耳的焊接。振幅頻率節(jié)點(diǎn)網(wǎng)紋換能器影響因素電源先進(jìn)制造技術(shù)-118-3.4先進(jìn)連接技術(shù)超聲波金屬焊接壓力小，能耗低；金屬超聲波焊機(jī)可進(jìn)行定位焊、連續(xù)焊；超聲波金屬焊接焊點(diǎn)強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、具有高度抗疲勞性能；焊接過程無需采用水冷和氣體保護(hù)；不需要添加焊劑。優(yōu)勢:穩(wěn)定性、可操作性、可靠性等方面還存在問題；對(duì)金屬超聲波焊接機(jī)理的認(rèn)識(shí)不足；大功率超聲波焊機(jī)的制造困難，且成本很高；超聲波焊機(jī)的模具比較??；焊點(diǎn)表面容易出高頻機(jī)械振動(dòng)而引起邊緣的疲勞破壞。劣勢:應(yīng)用領(lǐng)域超聲波焊接的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要包括新能源汽車行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、電子及計(jì)算機(jī)工業(yè)、航天工業(yè)、制冷行業(yè)。先進(jìn)制造技術(shù)-119-攪拌摩擦焊技術(shù)拌摩擦焊是指利用高速旋轉(zhuǎn)的焊具與工件摩擦產(chǎn)生的熱量使被焊材料局部塑性化，當(dāng)焊具沿著焊接界面向前移動(dòng)時(shí)，被塑性化的材料在焊具的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力作用下由焊具的前部流向后部，并在焊具的擠壓下形成致密的固相焊縫。3.4先進(jìn)連接技術(shù)攪拌摩擦焊示意圖焊縫經(jīng)由塑性變形和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形成，其微觀組織細(xì)密、晶粒細(xì)小、不含熔焊的樹枝晶，沒有飛濺和煙塵，沒有合金元素?zé)龘p、裂紋和氣孔等缺陷，不需要添加焊絲和保護(hù)氣體。前進(jìn)側(cè)焊具或攪拌頭焊核區(qū)熱力影響區(qū)熱影響區(qū)常用術(shù)語后退側(cè)先進(jìn)制造技術(shù)-120-電子束焊接技術(shù)電子束焊是指利用加速和聚焦的電子束轟擊置于真空或非真空中的焊接面，使被焊工件熔化實(shí)現(xiàn)焊接。真空電子束焊是應(yīng)用最廣的電子束焊。3.4先進(jìn)連接技術(shù)電子束焊接示意圖高壓電源的系統(tǒng)電子束焊控制電路原理:特點(diǎn)：功率密度高。精確、快速的可控性。先進(jìn)制造技術(shù)-121-3.4先進(jìn)連接技術(shù)電子束穿透能力強(qiáng)，焊縫深寬比大；焊接速度快，熱影響區(qū)小，焊接變形??；特別適于活潑金屬的焊接；可以焊接難以接近部位的接縫；可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜接縫的自動(dòng)焊接。優(yōu)勢:設(shè)備比較復(fù)雜、費(fèi)用比較昂貴；焊接前對(duì)接頭加工、裝配要求嚴(yán)格；真空電子束焊接時(shí)，被焊工件尺寸和形狀常常受到工作室的限制；電子束易受雜散電磁場的干擾，影響焊接質(zhì)量；電子束焊接時(shí)產(chǎn)生的X射線需要嚴(yán)加防護(hù)以保證操作人員的健康和安全。劣勢:應(yīng)用領(lǐng)域電子束焊接在汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、能源、重工業(yè)、修復(fù)領(lǐng)域、空間結(jié)構(gòu)焊接等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。先進(jìn)制造技術(shù)-122-3.4先進(jìn)連接技術(shù)發(fā)展趨勢提高焊接生產(chǎn)率是推動(dòng)焊接技術(shù)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。提高準(zhǔn)備車間的機(jī)械化，自動(dòng)化水平是當(dāng)前世界先進(jìn)工業(yè)國家的重點(diǎn)發(fā)展方向。新興工業(yè)的發(fā)展不斷推動(dòng)焊接技術(shù)的前進(jìn)。熱源的研究與開發(fā)是推動(dòng)焊接工藝發(fā)展的根本動(dòng)力。節(jié)能技術(shù)是普遍關(guān)注的問題。先進(jìn)制造技術(shù)金屬構(gòu)筑成形技術(shù)是將多塊均質(zhì)化板坯通過表面處理、堆垛成形和真空封裝后，在高溫下鍛造使界面愈合，實(shí)現(xiàn)多塊板坯之間的“無痕”連接，進(jìn)而制備均質(zhì)化大鍛件的技術(shù)。-123-構(gòu)筑成形技術(shù)3.4先進(jìn)連接技術(shù)“華龍一號(hào)”轉(zhuǎn)子大型鑄件的偏析先進(jìn)制造技術(shù)金屬構(gòu)筑成形技術(shù)以“基材構(gòu)筑、以小制大”為理念，以小型均質(zhì)化鑄坯作為基元，通過表面加工、清潔組坯、真空封裝、高溫形變等手段，獲得超厚尺度均質(zhì)化大鍛坯，通過后續(xù)鍛造與熱處理，制造高質(zhì)量大鍛件。-124-3.4先進(jìn)連接技術(shù)金屬構(gòu)筑成形技術(shù)流程金屬構(gòu)筑成形的工程構(gòu)件覆蓋了鍛造領(lǐng)域的軸類、管類、環(huán)筒類、盤類等典型鍛件；材料涉及合金鋼、不銹鋼、鈦合金、高溫合金、銅合金等，實(shí)踐結(jié)果證實(shí)了金屬構(gòu)筑成形技術(shù)的通用性和可靠性。先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)-125-增材制造(AdditiveManufacturing,AM)技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的高新技術(shù)。美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(AmericanSocietyforTestingMaterials,ASTM)將其定義為“利用三維模型數(shù)據(jù)從連續(xù)的材料中獲得實(shí)體的過程”，該三維模型數(shù)據(jù)通常層疊在一起。其有別于去除材料的制造方法和工藝。-126-增材制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)可以快速制造出復(fù)雜形狀的產(chǎn)品；可以減少浪費(fèi)；可以制造出輕量化的產(chǎn)品；可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制；可以實(shí)現(xiàn)多材料混合。優(yōu)點(diǎn):增材制造先進(jìn)制造技術(shù)立體光固化成型工藝是基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理工作的，液態(tài)光敏樹脂會(huì)在一定波長和強(qiáng)度的紫外光照射下發(fā)生光聚合反應(yīng)，分子量急劇增大，材料從液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。-127-立體光固化成型工藝（SLA）光固化成型原理圖先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)系統(tǒng)工作穩(wěn)定；分辨率高；尺寸精度較高；表面質(zhì)量較好。優(yōu)點(diǎn):選擇性激光燒結(jié)(SelectiveLaserSintering,SLS)工藝采用CO2激光器對(duì)粉末材料進(jìn)行選擇性燒結(jié)，是一種由離散點(diǎn)逐層堆積成三維實(shí)體的工藝方法-128-選擇性激光燒結(jié)工藝(SLS)選擇性激光燒結(jié)工藝原理圖先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)高精度；可燒結(jié)的材料比較廣泛；無須設(shè)計(jì)和構(gòu)造支撐；環(huán)?？沙掷m(xù)；快速制造；精準(zhǔn)控制。優(yōu)點(diǎn):分層實(shí)體制造(LaminatedObjectManufacturing，LOM)工藝是一種薄片材料熱熔疊加工藝。分層實(shí)體制造工藝是根據(jù)三維CAD模型每個(gè)截面的輪廓線，在計(jì)算機(jī)控制下，發(fā)出控制激光切割系統(tǒng)的指令，使切割頭沿x和y方向移動(dòng).-129-分層實(shí)體制造工藝(LOM)分層實(shí)體制造工藝原理圖先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)成型效率高，可制作大型零件；加工后的零件具有耐高溫，高硬度和好的力學(xué)性能；無須設(shè)計(jì)和構(gòu)造支撐；運(yùn)行成本低且材料價(jià)格便宜。優(yōu)點(diǎn):融沉積成型(FusedDepositionModeling，F(xiàn)DM)工藝是將各種絲材加熱熔化，使其高于固化溫度，而噴出成型時(shí)稍低于固化溫度，逐層沉積熔接而形成實(shí)體造型的成型方法。熔融沉積成型不是將激光作為成型能源，而是通過加熱噴頭將熱塑性材料熔化。-130-熔覆沉積成型工藝(FDM)熔覆沉積成型工藝原理圖先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)原材料成本低且選擇范圍大；工藝過程干凈簡單易于操作；支撐材料可去除；可快速構(gòu)建瓶狀或中空零件、成型過程無化學(xué)變化；零件彎曲變形較小。優(yōu)點(diǎn):三維印刷(ThreeDimensionalPrinting,3DP)工藝與選擇性激光燒結(jié)工藝(SLS)有些相似，都是采用粉狀的材料，不同之處在于成型機(jī)理。3DP的成型方法是將黏結(jié)劑由打印頭噴出，而不是用激光對(duì)粉末材料加以燒結(jié)，在成型過程中沒有能量的直接介入。-131-三維印刷工藝(3DP)三維印刷工藝原理圖先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)成型速度快；成型材料成本較低；在黏結(jié)劑中添加顏料，制作彩色原型。優(yōu)點(diǎn):-132-生產(chǎn)率的局限；制造精度的局限；材料范圍的局限。劣勢:應(yīng)用領(lǐng)域增材制造技術(shù)在汽車工業(yè)、航空航天、醫(yī)療、工藝設(shè)備、產(chǎn)品原型、文物保護(hù)、建筑業(yè)、工藝飾品等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。先進(jìn)制造技術(shù)目前較為常用的增材制造材料，根據(jù)材料的化學(xué)成分分類，可分為:塑料材料、金屬材料、陶瓷材料、復(fù)合材料、生物醫(yī)用高分子材料等;根據(jù)材料的物理形狀分類，可分為：絲狀材料、粉體材料、液體材料、薄片材料等。3.5增材制造技術(shù)-133-4D打印技術(shù)4D打印技術(shù)是一種新型的增材制造技術(shù)，它是在3D打印的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)性材料和程序化設(shè)計(jì)的原理，實(shí)現(xiàn)了打印成品在外部條件（例如溫度、濕度、光線等）變化的影響下，自主地產(chǎn)生形狀、結(jié)構(gòu)、功能的變化，通過直接將材料與結(jié)構(gòu)的變形設(shè)計(jì)內(nèi)置到物料當(dāng)中，簡化了從設(shè)計(jì)理念到實(shí)物的造物過程，讓物體能自動(dòng)組裝構(gòu)型,實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和裝配的一體化融合。這種自主變化的時(shí)間維度，就被稱為“第四維”，因此稱為4D打印技術(shù)。4D打印產(chǎn)品4D打印工藝產(chǎn)品先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)-134-5D打印技術(shù)5D打印仍采用3D打印技術(shù)設(shè)備，但是其打印材料是具有活性功能的細(xì)胞和生物因子等具有生命活力的材料，這些生物材料在后續(xù)發(fā)展中還要發(fā)生功能的變化。5D打印的核心是制造具有生命功能的組織，為人類提供可定制化制造的功能器官組織。當(dāng)只需要一個(gè)干細(xì)胞就能打印并成功分化成功能性的骨組織、血管結(jié)構(gòu)、皮膚等含細(xì)胞異質(zhì)結(jié)構(gòu)。先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)5D打印-135-太空增材制造技術(shù)太空增材制造技術(shù)是指在太空環(huán)境下進(jìn)行的增材制造工藝，其目的是利用太空環(huán)境的特殊性質(zhì)，如微重力、真空和輻射等，來實(shí)現(xiàn)材料和結(jié)構(gòu)的特殊制備。這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展旨在解決長期以來困擾太空探索和開發(fā)的諸多技術(shù)難題。太空增材制造技術(shù)與地面增材制造技術(shù)的主要區(qū)別在于太空環(huán)境的特殊性質(zhì)。太空增材制造產(chǎn)品太空增材制造示意圖先進(jìn)制造技術(shù)3.5增材制造技術(shù)3.6本章小結(jié)-136--137-先進(jìn)成形技術(shù)是現(xiàn)代制造領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)之一，它涵蓋了精密鑄造技術(shù)、精密塑性成形技術(shù)、先進(jìn)連接技術(shù)以及增材制造技術(shù)等。3.6本章小結(jié)精密鑄造技術(shù)通過優(yōu)化鑄造過程，采用先進(jìn)的模具設(shè)計(jì)和材料選擇，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品的高精度、高性能要求。通過精密鑄造技術(shù)，制造商能夠生產(chǎn)更輕、更強(qiáng)、更耐久的零部件，提高產(chǎn)品的整體性能和質(zhì)量。精密塑性成形技術(shù)通過在零部件制造中采用先進(jìn)的塑性變形工藝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)材料的精細(xì)控制和優(yōu)化。精密塑性成形技術(shù)不僅可以提高產(chǎn)品的機(jī)械性能，還可以減輕零部件的重量，降低能耗，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。先進(jìn)連接技術(shù)也是一個(gè)不可忽視的方面。隨著工業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對(duì)零部件連接強(qiáng)度、耐久性和可維護(hù)性的要求不斷提高。增材制造技術(shù)通過逐層堆積材料，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的靈活制造，為設(shè)計(jì)師提供了更大的創(chuàng)作空間。THANKYOU部分資料來自于網(wǎng)絡(luò)，表示感謝!第四章先進(jìn)加工技術(shù)與工藝先進(jìn)制造技術(shù)Contents4.1概述4.3高速/超高速切削技術(shù)4.5微細(xì)及微納加工技術(shù)4.2超精密加工技術(shù)4.4特種加工技術(shù)4.6綠色制造技術(shù)4.7生物制造技術(shù)4.8本章小結(jié)4.1先進(jìn)加工技術(shù)概述-141--142-4.1概述目前對(duì)先進(jìn)加工技術(shù)至今尚無統(tǒng)一的、明確的、公認(rèn)的定義，但近些年來將其定義為：先進(jìn)制造技術(shù)是制造業(yè)不斷吸收信息技術(shù)及現(xiàn)代化管理等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的制造全過程核心：優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔生產(chǎn)的基礎(chǔ)制造技術(shù)目的：滿足用戶個(gè)性化、多樣化的市場需求，提高制造業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，高得激烈的市場競爭。數(shù)字加工技術(shù)增材制造技術(shù)-143-先進(jìn)加工技術(shù)的發(fā)展歷程先進(jìn)加工技術(shù)從20世紀(jì)50年代末60年初就已開始發(fā)展先進(jìn)加工可達(dá)到的精度已從60年代初的0.1mm逐步發(fā)展到20世紀(jì)80年代初的加工精度10nm，乃至當(dāng)代的0.001μm，并將進(jìn)一步向原子級(jí)發(fā)展。4.1概述-144-括精密/超精密加工技術(shù)先進(jìn)加工技術(shù)高速/超高速切削技術(shù)發(fā)展趨勢高精度加工高效率生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)加工多功能性和靈活性自動(dòng)化和智能化資源節(jié)約與環(huán)保特種加工技術(shù)綠色制造技術(shù)生物制造技術(shù)4.1概述4.2超精密加工技術(shù)-145--146-超精密切削加工指采用金剛石刀具等超硬材料進(jìn)行超精密切削，加工各種鏡面，典型代表為采用金剛石刀具，進(jìn)行有色金屬、合金、光學(xué)玻璃、石材和復(fù)合材料的超精密加工。金剛石刀具金剛石刀具的超精密切削加工鋒利的切削刃高強(qiáng)高硬的刀具材料切削刃應(yīng)無缺陷與普通切削加工區(qū)別：切削深度小，一般在微米級(jí)；進(jìn)給量很小，一般在微米級(jí)；刀具實(shí)際工作前角為負(fù)值。超精密切削加工技術(shù)4.2超精密加工技術(shù)-147-超精密磨削指采用細(xì)粒度或超細(xì)粒度的固結(jié)磨料砂輪，以及高性能磨床實(shí)現(xiàn)去除，加工精度可達(dá)到或者高于0.1μm，加工表面粗糙度小于0.025μm的加工方法。加工材料一般為難加工、高硬度、高脆性材料陶瓷半導(dǎo)體硅片寶石超硬磨料砂輪人造金剛石砂輪CBN砂輪剛玉砂輪銳利、耐磨顆粒大小均勻分布密度均勻加工機(jī)理極薄切削，切屑厚度極小，磨削深度小于晶粒大小不同磨削顆粒有不同的受力情況工件持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，砂輪持續(xù)切入，磨削系統(tǒng)存在彈性變形超精密磨削加工技術(shù)4.2超精密加工技術(shù)-148-超精密研磨拋光技術(shù)是一種具有均勻復(fù)雜軌跡的精密加工，它同時(shí)具有研磨、拋光和超精密加工的特點(diǎn)。研磨和拋光技術(shù)示意圖加工精度高加工設(shè)備簡單、投資少加工精度不穩(wěn)定加工成本高、效率低技術(shù)特點(diǎn):彈性發(fā)射加工磁力研磨幾種納米級(jí)研磨加工方法超精密研磨拋光技術(shù)4.2超精密加工技術(shù)4.3高速/超高速切削技術(shù)-149--150-4.3高速/超高速切削技術(shù)高速加工是高速切削加工技術(shù)和高性能切削加工技術(shù)的統(tǒng)稱，指在高速機(jī)床上，使用超硬高強(qiáng)材料的刀具，采用較高的切削速度和進(jìn)給速度以達(dá)到高材料切除率、高加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代加工技術(shù)。這種加工方式具有加工效率高、表面質(zhì)量好、加工精度高、工具磨損小等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、模具、機(jī)械等領(lǐng)域的制造業(yè)中。高速加工技術(shù)151目前，不同加工方法和不同工件材料的高速/超高速切削速度范圍如表所示。加工方法切削速度范圍/(M/min)工件材料切削速度范圍/(M/min)車700-7000鋁合金2000-7500銑300-6000銅合金900-5000鉆200-1100鋼600-3000拉30-75鑄鐵800-3000鉸20-500耐熱合金500以上鋸50-500鈦合金150-1000磨5000-10000纖維增強(qiáng)塑料2000-90004.3高速/超高速切削技術(shù)切削速度范圍152薩洛蒙曲線超高速切削概念示意圖4.3高速/超高速切削技術(shù)薩洛蒙曲線描述了在切削過程中，隨著切削速度的增加，切削溫度的變化趨勢。切削速度范圍153切削速度與切削溫度的關(guān)系曲線4.3高速/超高速切削技術(shù)薩洛蒙曲線薩洛蒙曲線描述了在切削過程中，隨著切削速度的增加，切削溫度的變化趨勢。切削速度范圍154與常規(guī)切削加工相比，高速/超高速切削加工具有下列優(yōu)勢：（1）加工精度高（2）加工表面質(zhì)量好（3）加工效率高（4）可加工各種難加工材料（5）加工成本降低（6）可實(shí)現(xiàn)綠色制造高速加工是綠色制造技術(shù)4.3高速/超高速切削技術(shù)優(yōu)勢高速超高速切削優(yōu)勢155目前，高速主軸的轉(zhuǎn)速范圍為10000-25000r/min，加工進(jìn)給速度在10m/min以上。為適應(yīng)這種切削加工，高速主軸應(yīng)具有先進(jìn)的主軸結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的主軸軸承及良好的潤滑和散熱條件等。常規(guī)高速主軸包括以下幾類：電主軸靜壓軸承高速主軸磁浮軸承高速主