第1章 机械制造概论,机械制造业是国民经济的基础产业，它生产的机械产品中相当一部分将成为国民经济各部门的机械装备。机械制造是一个将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等）通过制造系统转化为可供人们使用或利用产品的过程。 1.1 机械产品的开发与构成 1.2 制造过程与生产组织,1.产品开发的意义：,科学技术的发展与进步，为满足人类更高消费提供了许多新的产品方案。消费者随着生活水平的提高与社会环境的进步，对产品的功能、质量、外观、价格提出了新的要求，这些使企业有可能也有必要不断地开发新产品。机械制造企业为了赢得竞争，也必须不断地推出新产品。,1.1 机械产品的开发与构成1.1.1 机械产品的开发,机械产品的市场寿命周期及各阶段的特点,介绍期：制造成本大，销售量有限，价格也较高，销售产品还不能为企业带来利润。 成长期：产品迅速占领市场，销售额扩大，进入批量生产，成本降低，利润迅速增加。 成熟期：销售量大，但增幅趋缓，企业利润丰厚。 衰退期：产品的价格被压到极低水平，销售额持续下降，企业无法获得利润，市场出现升级换代的新产品。,2.新产品开发的决策,(1)新产品的分类及定义 全新产品：应用新原理、新结构、新技术和新材料制造出的前所未有的产品往往是科技史上的重大突破。 换代产品：由于采用新技术、新结构或新材料，使产品性能产生具有阶段性变化的新产品。 改进产品：对老产品的改进。 仿制产品：模仿市场已有的其他产品而产生。,1)开发调研,科技调研：主要是调研科技新动态，形成产品的技 术源。 市场调研：主要是调查市场需求。 竞争环境调研：研究了解国家的法律、法规、行业政策导向，调查研究国内外竞争对手的情况。,(2) 新产品开发的决策,3.新产品开发的方式,独立研制：依靠本企业自身力量独立进行新产品开发。 合作开发：由企业与高校或科研机构合作进行技术开发。 技术引进：通过购买专利，引进国外先进技术等方式，使企业的产品迅速赶上先进水平，进入国际市场。,新产品评估等级,2)立项决策,立项评估的内容： 经济分析：主要考虑产品开发的资金投入以及在投资回收期和盈亏平衡时产品的最小销售量等。 风险分析：主要考虑技术成功率、商业成功率和产品寿命周期。,4.新产品开发的步骤,产品的概念设计 产品方案设计 技术设计 生产设计5.,整体产品概念 R,5.产品开发的技术手段,传统的产品的开发往往借助于人力和通用设备，经过反复制作、试凑，信息的个性化因素较大。 随着计算机在制造业中的广泛应用，计算机辅助设计（CAD）得到越来越普遍的应用。 基于CAD/CAE/CAM以及多媒体技术发展起来的虚拟制造技术，可大大加速产品的开发过程。 快速成形技术可以用较低的费用，在很短的时间内完成单件或小批量试制，是现代产品快速开发的主要技术。,机械制造系统图,物料流,信息流,能量流,6.机械产品使用的材料,黑色金属材料: 钢材和铸铁，强度较高，价格低廉，故使用较多。按其使用场合的不同，对其性能的要求也不同。 有色金属材料：以铝合金应用最广，用作发动机的活塞、变速箱壳体、带轮等，铝合金由于重量轻、美观，今后将更多地被用于制造汽车零件。 铜用于生产电器产品、散热器。铅、锡与铜构成的合金用作轴承合金。锌合金用作装饰和车门手柄。 非金属材料: 工程塑料、橡胶、石棉、玻璃、纤维等。,1.1.2 机械产品的构成（见P9）,1.2.1 机械产品的制造过程,机械产品的制造过程从原材料到产品的全过程，包括零件、部件以及整机的制造。 制造过程由一系列的制造活动组成，包括生产设计、技术准备、生产计划、毛坯制造、机械加工、热处理、装配、质量检验以及储运等工艺过程。工艺过程的分类：铸造、锻造焊接、机械加工、热处理、装配等。,1.2 制造过程与生产组织,汽车的生产过程,车身,1.2.2 零件的制造过程,零件的制造过程是机械过程中最基础、最主要的环节，其目的是通过一系列的工艺方法，获得具有一定形状、尺寸、力学性能和物理性能的零件。 零件制造的工艺方法 材料去除法（质量减少、m0 ） 材料累加法（质量增加、m0 ）,1.材料去除工艺（m0）,定义：按照一定的方式从工件上去除材料，工件逐渐逼近所需形状和尺寸的零件。 影响加工效率的因素：材料或毛坯与零件的形状、尺寸相接近的程度。 特点：工件形状越接近零件，材料去除越少，能源消耗也就越少；反之则材料、能源消耗就越大。 内容：切削加工、特种加工（定义：利用电能、光能等对工件进行材料去除的加工方法。如：电火花加工、电解加工、激光加工,2.材料成形工艺（ m0 ）,材料成形工艺方法多利用模型使原材料形成毛坯或零件。 服务于成形工艺方法的模具制造精度一般要求较高，其生产往往是单件生产方式，加工量大。模具设计也要用到CAD、CAE等一系列技术，从另一个侧面反映了成形工艺方法对材料去除和累加工艺方法的要求。,3.材料的累加工艺（ m0 ）,定义：将零件以微元叠加的方式逐渐累加生成，这一工艺又称为快速成形技术。 优点：无需刀具、夹具等生产准备活动，就可以形成任意复杂形状的零件。,快速成形技术,快速原型制造（rapid photograph manufacturing RPM），又称“快速成形技术”（ rapid photograph RP）或“分层制造”（layer manufacturing LM），是20世纪80年代后期迅速发展起来的一种新型制造技术 它将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数控（CNC）、精密伺服驱动、新材料等先进技术集于一体，依据计算机上构成的产品三维设计模型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的箔材（或固化一层层的液态树脂，或烧结一层层的粉末材料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等，形成一个个薄层，并逐步叠加成三维实体。,快速成形过程,光固化法（SL法）,原理：如左图。 特点：精度高、表面质量好、原材料利用率将近100%。 应用：适合制造壳体类零件及形状复杂，特别精细的零件（如首饰、工艺品等）。,1激光器；2扫描镜；3z轴升降台；4树脂槽；5托盘；6光敏树脂；7零件原型,SL法原理图,叠层制造法（LOM法）,原理：如左图。 应用：只切割轮廓，特别适合制造实心零件。,1X-Y 扫描系统；2光路系统；3激光器；4加热器；5纸料；6滚筒；7工作平台；8边角料；9零件原型,LOM 法原理图,激光选区烧结法（SLS法）,原理：如左图。,1扫描镜；2透镜；3激光器； 4压平辊子；5零件原型；6激光束,SLS 法原理图,熔积法 (FDM法),原理：如左图。 FDM喷头受CAD分层数据控制，使半流动状态的熔丝材料从喷头中挤压出来，凝固形成轮廓形状的薄层，一层叠一层，最后形成整个零件模型。,1加热装置；2丝材； 3z向送丝；4x-y驱动 5零件原型,FDM法原理图,零件制造过程,定义：主要依赖于材料成形、机械加工（主要指切削加工以及特种加工等），并适时将热处理工艺穿插在其中，获取零件形状的加工方法 机械加工在机械加工工艺系统中进行，机械加工工艺系统如下图所示。 同样一种几何形状、尺寸的零件，不同的材料可以有不同的加工方法，不同的加工方法有不同的加工顺序和加工过程。,机械加工工艺系统,物料流,能量流,信息流,1.2.3机械加工工艺与生产类型,机械加工工艺受到生产类型的影响 生产类型：产品生产的专业化程度。 年生产纲领 零件的年生产纲领N由下式计算: N=Qn(1+a)(1+b) 式中：Q产品的年产量 n单台产品中该零件的数量 a备品率，以百分数计 b废品率，以百分数计 按年生产纲领，划分生产类型，各种生产类型的工艺过程的特点可归纳成。,生产纲领与生产类型的关系,批量生产与单件、小批量生产的比较,单件小批量生产： 1）车端面，打中心孔。 2）车两外圆及倒角。 3）铣键槽，去毛刺。 4）热处理。 5）磨外圆。,大批量生产： 1）车端面，打中心孔。 2）车大外圆及倒角。 3）车小外圆及倒角。 4）铣键槽。 5）去毛刺。 6）热处理。 7）磨外圆。,生产类型与生产方式,批量生产与单件、小批量生产的比较如表1-4所示。产品的制造过程实际上包括了零件、部件及整机的复杂制造过程，部件和整机的制造一般是一个装配的过程。 企业组织产品的生产模式： 1.生产全部零件、组装机器 2.生产一部分关键的零部件，其余的由其他企业供应 3.完全不生产零件，自己只负责设计和销售,1.生产全部零件、组装机器 特点：必须拥有加工完成所有零件、所有工序的设备，形成大而全、小而全的工厂。 缺点：当市场发生变化时，适应性差，难以做到设备负载的平衡，而且固定资产利用率低，定岗人员也有忙闲不均的情况，不同程度地影响了生产管理以及员工的生产积极性。,2.生产一部分关键的零部件，其余的由其他企业供应,特点：零部件供应的质量很重要，采取主机厂有一套完善的质量检验手段对供应零件进行全检或按数理统计方法进行抽检的措施保证质量。 缺点：供应商供货不及时或质量存在问题，则影响生产，减少收益。,3.完全不生产零件，自己只负责设计和销售,优点：场地占用少，固定设备投入少，转产容易等，较适用于生产市场变化快的产品。 缺点：对于应该自己掌握核心技术和工艺的产品，或需要大批量生产高附加值零部件的产品，它就有不足之处。,制造哲理与生产方式,通常通过提高切削速度、专业化程度或缩短辅助时间来提高生产率。但人们发现：1.在制品在机床上进行加工的时间和全部通过的时间的比小于5%。2.机床开动加工的时间利用率仅占5%-10%。 利用信息技术提升制造业，管理学家提出了许多新概念，如准时生产方法等。,思考题与练习,机械制造中工艺方法有哪几类？具体有哪些方法？ 新产品开发有哪几个阶段？各需要做哪些工作？ 什么是生产纲领？什么是生产类型？它们之间有什么联系？ 机械制造的生产类型有几种？在工艺上各有什么特点？,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。20.8.2120.8.21Friday, August 21, 2020 2、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。11:18:5611:18:5611:188/21/2020 11:18:56 AM 3、越是没有本领的就越加自命不凡。20.8.2111:18:5611:18Aug-2021-Aug-20 4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。11:18:5611:18:5611:18Friday, August 21, 2020 5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。20.8.2120.8.2111:18:5611:18:56August 21, 2020 6、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2020年8月21日星期五上午11时18分56秒11:18:5620.8.21 7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2020年8月上午11时18分20.8.2111:18August 21, 2020 8、业余生活要有意义，不要越轨。2020年8月21日星期五11时18分56秒11:18:5621 August 2020 9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。上午11时18分56秒上午11时18分11:18:5620.8.21 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。8/21/2020 11:18:56 AM11:18:562020/8/21 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。8/21/2020 11:18 AM8/21/2020 11:18 AM20.8.2120.8.21 12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。21-Aug-2021 August 202020.8.21 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异纸上画饼充饥，无补于事。Frida