一、采用模擬技術(shù)，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)

    成形、改性與加工是機(jī)械制造工藝的主要工序，是將原材料（主要是金屬材料）制造加工成毛坯或零部件的過(guò)程。這些工藝過(guò)程特別是熱加工過(guò)程是極其復(fù)雜的高溫、動(dòng)態(tài)、瞬時(shí)過(guò)程，其間發(fā)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)、冶金變化，這些變化不僅不能直接觀察，間接測(cè)試也十分困難，因而多年來(lái)，熱加工工藝設(shè)計(jì)只能憑“經(jīng)驗(yàn)”。近年來(lái)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)及現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)形成的熱加工工藝模擬及優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)風(fēng)靡全球，成為熱加工各個(gè)學(xué)科最為熱門(mén)的研究熱點(diǎn)和跨世紀(jì)的技術(shù)前沿。

    應(yīng)用模擬技術(shù)，可以虛擬顯示材料熱加工（鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、注塑等）的工藝過(guò)程，預(yù)測(cè)工藝結(jié)果（組織性能質(zhì)量），并通過(guò)不同參數(shù)比較以?xún)?yōu)化工藝設(shè)計(jì)，確保大件一次制造成功；確保成批件一次試模成功。

    模擬技術(shù)同樣已開(kāi)始應(yīng)用于機(jī)械加工、特種加工及裝配過(guò)程，并已向擬實(shí)制造成形的方向發(fā)展，成為分散網(wǎng)絡(luò)化制造、數(shù)字化制造及制造全球化的技術(shù)基礎(chǔ)。

二、成形精度向近無(wú)余量方向發(fā)展

    毛坯和零件的成形是機(jī)械制造的第一道工序。金屬毛坯和零件的成形一般有鑄造、鍛造、沖壓、焊接和軋材下料五類(lèi)方法。隨著毛坯精密成形工藝的發(fā)展，零件成形的型成形的形狀尺寸精度正從近凈成形（Near Net Shape Forming）向凈成形（Net Shape Forming）即近無(wú)余量成形方向發(fā)展。“毛坯”與“零件”的界限越來(lái)越小。有的毛坯成形后，已接近或達(dá)到零件的最終形狀和尺寸，磨削后即可裝配。主要方法有多種形式的精鑄、精鍛、精沖、冷溫?cái)D壓、精密焊接及切割。如在汽車(chē)生產(chǎn)中，“接近零余量的敏捷及精密沖壓系統(tǒng)”及“智能電阻焊系統(tǒng)”正在研究開(kāi)發(fā)中。

三、先進(jìn)制造工藝的發(fā)展

    毛坯和零件成形質(zhì)量高低的一另一指標(biāo)是缺陷的多少、大小和危害程度。由于熱加工過(guò)程十分復(fù)雜，因素多變，所以很難避免缺陷的產(chǎn)生。近年來(lái)熱加工界提出了“向近無(wú)“缺陷”方向發(fā)展”的目標(biāo)，這個(gè)“缺陷”是指不致引起早期失效的臨界缺陷概念。采取的主要措施有：采用先進(jìn)工藝，凈化熔融金屬薄板，增大合金組織的致密度，為得到健全的鑄件、鍛件奠定基礎(chǔ)；采用模擬技術(shù)，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一次成形及試模成功；加強(qiáng)工藝過(guò)程監(jiān)控及無(wú)損檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)零件；通過(guò)零件安全可靠性能研究及評(píng)估，確定臨界缺陷量值等。

四、機(jī)械加工向超精密、超高速方向發(fā)展

    超精密加工技術(shù)目前已進(jìn)入納米加工時(shí)代，加工精度達(dá)0.025μm，表面粗糙度達(dá)0.0045μm。精切削加工技術(shù)由目前的紅處波段向加工可見(jiàn)光波段或不可見(jiàn)紫外線和X射線波段趨近；超精加工機(jī)床向多功能模塊化方向發(fā)展；超精加工材料由金屬擴(kuò)大到非金屬。

    目前起高速切削鋁合金的切削已超過(guò)1600m/min；鑄鐵為1500m/min；超高速切削已成為解決一些難加工材料加工問(wèn)題的一條途徑。

五、采用新型能源及復(fù)合加工。解決新型材料的加工和表面改性難題

    激光、電子束、離子束、分子束、等離子體、微波、超聲波、電液、電磁、高壓水射流等新型能源或能源載體的引入，形成了多咱嶄新的特種加工及高密度能切割、焊接、熔煉、鍛壓、熱處理、表面保護(hù)等加工工藝或復(fù)合工藝。其中以多種形式的激光加工發(fā)展最為迅速。這些新工藝不僅提高了加工效率和質(zhì)量，同時(shí)還解決了超硬材料、高分子材料、復(fù)合材料、工程陶瓷等新型材料的加工難題。

六、采用自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程的優(yōu)化控制

    微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化技術(shù)與工藝設(shè)備相結(jié)合，形成了從單機(jī)到系統(tǒng)，從剛性到柔性，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜等不同檔次的多種自動(dòng)化成形加工技術(shù)，使工藝過(guò)程控制方式發(fā)生質(zhì)的變化，其發(fā)展歷程及趨勢(shì)為：

    1）應(yīng)用集成電路、可編程序控制器、微機(jī)等新型控制元件、裝置實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)備的單機(jī)、生產(chǎn)線或系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。

    2）應(yīng)用新型傳感、無(wú)損檢測(cè)、理化檢驗(yàn)及計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)，實(shí)時(shí)測(cè)量并監(jiān)控工藝過(guò)程的溫度、壓力、形狀、尺寸、位移、應(yīng)力、應(yīng)變、振動(dòng)、聲、像、電、磁及合金與氣體的成分、組織結(jié)構(gòu)等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量、測(cè)試技術(shù)的電子化、數(shù)字化、計(jì)算機(jī)及工藝參數(shù)的閉環(huán)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制。

    3）將計(jì)算機(jī)輔助工藝編程（CAPP）、數(shù)控、CAD/CAM、機(jī)器人、自動(dòng)化搬運(yùn)倉(cāng)儲(chǔ)、管理信息系統(tǒng)（MIS）等自動(dòng)化單元技術(shù)綜合用于工藝設(shè)計(jì)、加工及物流過(guò)程，形成不同檔次的柔性自動(dòng)化系統(tǒng)；數(shù)控加工、加工中心（MC）、柔性制造單元（FMC）、柔性制造島（FMI）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）和柔性生產(chǎn)線（FTL），及至形成計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）和智能制造系統(tǒng)（IMS）。

七、采用清潔能源及原材料、實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)

    機(jī)械加工過(guò)程產(chǎn)生大量廢水、廢渣、廢氣、噪聲、振動(dòng)、熱輻射等，勞動(dòng)條件繁重危險(xiǎn)，已不適應(yīng)當(dāng)代清潔生產(chǎn)的要求。近年來(lái)清潔生產(chǎn)成為加工過(guò)程的一個(gè)新的目標(biāo)，除搞好三廢治理外，重在從源頭抓起，杜絕污染的產(chǎn)生。其途徑之一為：一是采用清潔能源，如用電加熱代替燃煤加熱鍛坯，用電熔化代替焦炭沖天爐熔化鐵液；二是采用清潔的工藝材料開(kāi)發(fā)新的工藝方法，如在鍛造生產(chǎn)中采用非石墨型潤(rùn)滑材料，在砂型鑄造中采用非煤粉型砂；三是采用新結(jié)構(gòu)，減少設(shè)備的噪聲和振動(dòng)。如在鑄造生產(chǎn)中，噪聲極大的震擊式造型機(jī)已被射壓、靜壓造型機(jī)所取代。在模鍛生產(chǎn)中，噪聲大且耗能多的模鍛錘，已逐漸被電液傳動(dòng)的曲柄熱模鍛壓力機(jī)、高能螺旋壓力機(jī)所取代。在清潔生產(chǎn)基礎(chǔ)上，滿(mǎn)足產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到使用乃至回收和廢棄處理的整個(gè)周期都符合特定的環(huán)境要求的“綠色制造”將成為21世紀(jì)制造業(yè)的重要特征。

八、加工與設(shè)計(jì)之間的界限逐漸淡化，并趨向集成及一體化

    CAD/CAM、FMS、CIMS、并行工程、快速原型等先進(jìn)制造技術(shù)及哲理的出現(xiàn)，使加工與設(shè)計(jì)之間的界限逐漸淡化，并走向一體化。同時(shí)冷熱加工之間，加工過(guò)程、檢測(cè)過(guò)程、物流過(guò)程、裝配過(guò)程之間的界限亦趨向談化，、消失，而集成于統(tǒng)一的制造系統(tǒng)之中。

九、工藝技術(shù)與信息技術(shù)、管理技術(shù)緊密結(jié)合，先進(jìn)制造生產(chǎn)模式獲得不斷發(fā)展

    先進(jìn)制造技術(shù)系統(tǒng)是一個(gè)由技術(shù)、人和組織構(gòu)成的集成體系，三者有效集成才能取得滿(mǎn)意的效果。因而先進(jìn)制造工藝只有通過(guò)和信息、管理技術(shù)緊密結(jié)合，不斷探索適應(yīng)需求的新型生產(chǎn)模式，才能提高先進(jìn)制造工藝的使用效果。先進(jìn)制造生產(chǎn)模式主要有：柔性生產(chǎn)、準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)、精益生產(chǎn)、敏捷制造、并行工程、分散網(wǎng)絡(luò)化制造等。這些先進(jìn)制造模式是制造工藝與信息、管理技術(shù)緊密結(jié)合的結(jié)果，反過(guò)來(lái)它也影響并促進(jìn)制造工藝的不斷革新與發(fā)展。

    總之，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)，全球經(jīng)濟(jì)一體化的程度不斷提高，擁有先進(jìn)的制作工藝幾句是保持和增強(qiáng)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的基本條件之一，我們必須十分重視先進(jìn)制造工藝技術(shù)的研究，全面提高執(zhí)政工藝技術(shù)水平，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造技術(shù)的作用及目標(biāo)。

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本文標(biāo)題：先進(jìn)制造工藝的發(fā)展

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