一、采用模擬技術(shù)，優(yōu)化工藝設計

    成形、改性與加工是機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程。這些工藝過程特別是熱加工過程是極其復雜的高溫、動態(tài)、瞬時過程，其間發(fā)生一系列復雜的物理、化學、冶金變化，這些變化不僅不能直接觀察，間接測試也十分困難，因而多年來，熱加工工藝設計只能憑“經(jīng)驗”。近年來，應用計算機技術(shù)及現(xiàn)代測試技術(shù)形成的熱加工工藝模擬及優(yōu)化設計技術(shù)風靡全球，成為熱加工各個學科最為熱門的研究熱點和跨世紀的技術(shù)前沿。

    應用模擬技術(shù)，可以虛擬顯示材料熱加工（鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、注塑等）的工藝過程，預測工藝結(jié)果（組織性能質(zhì)量），并通過不同參數(shù)比較以優(yōu)化工藝設計，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)同樣已開始應用于機械加工、特種加工及裝配過程，并已向擬實制造成形的方向發(fā)展，成為分散網(wǎng)絡化制造、數(shù)字化制造及制造全球化的技術(shù)基礎。

二、成形精度向近無余量方向發(fā)展

    毛坯和零件的成形是機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）即近無余量成形方向發(fā)展。“毛坯”與“零件”的界限越來越小。有的毛坯成形后，已接近或達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、冷溫擠壓、精密焊接及切割。如在汽車生產(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)”正在研究開發(fā)中。

三、先進制造工藝的發(fā)展

    毛坯和零件成形質(zhì)量高低的一另一指標是缺陷的多少、大小和危害程度。由于熱加工過程十分復雜，因素多變，所以很難避免缺陷的產(chǎn)生。近年來熱加工界提出了“向近無“缺陷”方向發(fā)展”的目標，這個“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；采用模擬技術(shù)，優(yōu)化工藝設計，實現(xiàn)一次成形及試模成功；加強工藝過程監(jiān)控及無損檢測，及時發(fā)現(xiàn)超標零件；通過零件安全可靠性能研究及評估，確定臨界缺陷量值等。

四、機械加工向超精密、超高速方向發(fā)展

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

    目前起高速切削鋁合金的切削已超過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題的一條途徑。

五、采用新型能源及復合加工。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、表面保護等加工工藝或復合工藝。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，同時還解決了超硬材料、高分子材料、復合材料、工程陶瓷等新型材料的加工難題。

六、采用自動化技術(shù)，實現(xiàn)工藝過程的優(yōu)化控制

    微電子、計算機、自動化技術(shù)與工藝設備相結(jié)合，形成了從單機到系統(tǒng)，從剛性到柔性，從簡單到復雜等不同檔次的多種自動化成形加工技術(shù)，使工藝過程控制方式發(fā)生質(zhì)的變化，其發(fā)展歷程及趨勢為：

    1）應用集成電路、可編程序控制器、微機等新型控制元件、裝置實現(xiàn)工藝設備的單機、生產(chǎn)線或系統(tǒng)的自動化控制。

    2）應用新型傳感、無損檢測、理化檢驗及計算機、微電子技術(shù)，實時測量并監(jiān)控工藝過程的溫度、壓力、形狀、尺寸、位移、應力、應變、振動、聲、像、電、磁及合金與氣體的成分、組織結(jié)構(gòu)等參數(shù)，實現(xiàn)在線測量、測試技術(shù)的電子化、數(shù)字化、計算機及工藝參數(shù)的閉環(huán)控制，進而實現(xiàn)自適應控制。

    3）將計算機輔助工藝編程（CAPP）、數(shù)控、CAD/CAM、機器人、自動化搬運倉儲、管理信息系統(tǒng)（MIS）等自動化單元技術(shù)綜合用于工藝設計、加工及物流過程，形成不同檔次的柔性自動化系統(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），及至形成計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）和智能制造系統(tǒng)（IMS）。

七、采用清潔能源及原材料、實現(xiàn)清潔生產(chǎn)

    機械加工過程產(chǎn)生大量廢水、廢渣、廢氣、噪聲、振動、熱輻射等，勞動條件繁重危險，已不適應當代清潔生產(chǎn)的要求。近年來清潔生產(chǎn)成為加工過程的一個新的目標，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發(fā)新的工藝方法，如在鍛造生產(chǎn)中采用非石墨型潤滑材料，在砂型鑄造中采用非煤粉型砂；三是采用新結(jié)構(gòu)，減少設備的噪聲和振動。如在鑄造生產(chǎn)中，噪聲極大的震擊式造型機已被射壓、靜壓造型機所取代。在模鍛生產(chǎn)中，噪聲大且耗能多的模鍛錘，已逐漸被電液傳動的曲柄熱模鍛壓力機、高能螺旋壓力機所取代。在清潔生產(chǎn)基礎上，滿足產(chǎn)品從設計、生產(chǎn)到使用乃至回收和廢棄處理的整個周期都符合特定的環(huán)境要求的“綠色制造”將成為21世紀制造業(yè)的重要特征。

八、加工與設計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、快速原型等先進制造技術(shù)及哲理的出現(xiàn)，使加工與設計之間的界限逐漸淡化，并走向一體化。同時冷熱加工之間，加工過程、檢測過程、物流過程、裝配過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，先進制造生產(chǎn)模式獲得不斷發(fā)展

    先進制造技術(shù)系統(tǒng)是一個由技術(shù)、人和組織構(gòu)成的集成體系，三者有效集成才能取得滿意的效果。因而先進制造工藝只有通過和信息、管理技術(shù)緊密結(jié)合，不斷探索適應需求的新型生產(chǎn)模式，才能提高先進制造工藝的使用效果。先進制造生產(chǎn)模式主要有：柔性生產(chǎn)、準時生產(chǎn)、精益生產(chǎn)、敏捷制造、并行工程、分散網(wǎng)絡化制造等。這些先進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，反過來它也影響并促進制造工藝的不斷革新與發(fā)展。

    總之，在社會經(jīng)濟和科學技術(shù)不斷發(fā)展的同時，全球經(jīng)濟一體化的程度不斷提高，擁有先進的制作工藝幾句是保持和增強國際市場競爭力的基本條件之一，我們必須十分重視先進制造工藝技術(shù)的研究，全面提高執(zhí)政工藝技術(shù)水平，只有這樣才能實現(xiàn)先進制造技術(shù)的作用及目標。

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本文標題：先進制造工藝的發(fā)展

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