第一篇:豐田汽車模具制造技術(shù)
豐田汽車模具制造技術(shù)
一. 豐田模具設(shè)計與制造部門概況
豐田汽車公司中與沖壓模具設(shè)計制造有關(guān)的部門主要有兩個,其中負(fù)責(zé)模具設(shè)計的是第八生產(chǎn)技術(shù)部,負(fù)責(zé)模具制造的是st部(st
為沖模的英文縮寫)。它們都直屬于總公司,生產(chǎn)技術(shù)1-8部屬于生產(chǎn)準(zhǔn)備部門,沖模部(st部)屬于工機(jī)制造部門。
1.第8生產(chǎn)技術(shù)部
其主要職責(zé)是模具設(shè)計和沖壓設(shè)備準(zhǔn)備,加上它所屬的計劃、生產(chǎn)準(zhǔn)備、部屬等科室共有將近350人。
其中與模具設(shè)計有關(guān)的技術(shù)室有三個,它們是由從事的產(chǎn)品件類型來劃分的:
部門
職責(zé)
人員
一室
車身周邊件模具設(shè)計
(車門、機(jī)蓋、后行李廂蓋)
約70人
二室
主車身件模具設(shè)計
(側(cè)圍、翼子板、頂蓋等)
約75人
三室
底板、梁架件模具設(shè)計
(地板、發(fā)動機(jī)艙等)
約30人
每個室又分為沖壓工藝與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個組。
專業(yè)化分工是豐田模具設(shè)計部門工作的特點(diǎn)
a. 模具設(shè)計內(nèi)容細(xì)分
豐田把模具設(shè)計分成三個工序:工序設(shè)計、模面設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計,分工明確,分別由專門人員負(fù)責(zé)。工序設(shè)計主要完成工序草圖、dl圖設(shè)計、作詳細(xì)的模具設(shè)計任務(wù)書、模面構(gòu)想等,人員專業(yè)化分工細(xì)微各個室只負(fù)責(zé)一類產(chǎn)品件,每個人在一定時間內(nèi)負(fù)責(zé)同一
個件,甚至是同一類模具。由于豐田每年開發(fā)的新車可達(dá)十種,這就是說,可能有的人在一年內(nèi)畫十套非常相似的前車門外板拉延
模,其專業(yè)化程度可想而知。
b.模具的社會大分工
日本的模具制造專業(yè)性分工很強(qiáng),豐田雖然自己的模具制造能力很強(qiáng),但它并不是什么模都干。比如,整車所有件的沖壓工藝和模
具的整車協(xié)調(diào),他自己都負(fù)責(zé),但模具設(shè)計和制造他只干車身內(nèi)外覆蓋件,地板和梁架件全部到定點(diǎn)廠家外協(xié)。不但豐田如此,國
外的大汽車公司所屬模具廠無不如此,比如日本大發(fā)公司模具廠,甚至只做側(cè)圍、翼子板、頂蓋等有限的幾種外覆蓋件。這可以看
作是一種發(fā)展趨勢,在韓國、臺灣甚至是專業(yè)模具廠家也是向只做幾種件的更專業(yè)方向發(fā)展。
2.模具制造部(st部)
豐田st部負(fù)責(zé)模具制造和新車整車模具的協(xié)調(diào),并一直到大批量生產(chǎn)之前的沖壓生產(chǎn)準(zhǔn)備。
st部構(gòu)成:
科室
責(zé)任
人員
技術(shù)室
生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)計劃、89人
生產(chǎn)準(zhǔn)備、設(shè)備計劃
nc課
nc編程、檢查
175人
實(shí)型課
驗(yàn)具、實(shí)型制造
142人
機(jī)械課
機(jī)械加工
173人
鉗工課
鉗工、裝配
237人
調(diào)試課
試模、調(diào)試
204人
總共 1020人
主要數(shù)控加工設(shè)備:
構(gòu)造面加工數(shù)控銑床 39 臺
型面加工高速、五軸五面銑 15 臺
新型一體化加工設(shè)備 6 臺
其他小件加工設(shè)備 31 臺
總計 92 臺
從人員和生產(chǎn)能力上看,st 部都算得上是世界上最大的汽車模具廠之一。
3.豐田的模具設(shè)計和制造能力
模具設(shè)計與制造能力: 每年大約可開發(fā)10個轎車整車模具;
模具產(chǎn)量(標(biāo)準(zhǔn)套)約2000套/年
內(nèi)制率60%(外協(xié)40%)
主要產(chǎn)品中: 模具占80% 驗(yàn)具占7% 其他占13%
全年完成模具制造成本預(yù)算近200億日元
人均模具產(chǎn)量 2 標(biāo)準(zhǔn)套/人。年 模具制造成本(不含設(shè)計)約600萬日元/套
工時成本(平均)約1萬日元/小時
整車模具設(shè)計制造周期 12個月
(由車身設(shè)計完成至新車批量生產(chǎn))
其中包括整車全部模具設(shè)計周期 5個月
制造周期 5個月
調(diào)試周期 6個月
由此可見,豐田一年的轎車生產(chǎn)能力大約500萬輛(日本國內(nèi)部分約占50%),是中國大陸轎車產(chǎn)量的十倍,而模具設(shè)計制造能力也
超過我們?nèi)珖嚹>呱a(chǎn)能力的數(shù)倍。豐田的整車模具制造周期,遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于我們的一般單套模具制造周期,它的標(biāo)準(zhǔn)單套模具制
造周期為三至四個月,在我們看來還是一個夢想。我們的模具質(zhì)量水平與豐田相比相差更遠(yuǎn)。
4.豐田一般模具制造周期
豐田把模具的制造計劃標(biāo)準(zhǔn)化,根據(jù)模具的復(fù)雜程度可分為短周期、標(biāo)準(zhǔn)周期和長周期三種。
現(xiàn)以單套模具的設(shè)計制造周期(拉延模,標(biāo)準(zhǔn)周期)為例:
沖壓工藝
20天 模具設(shè)計
20天 模面設(shè)計
8天 nc編程
15天 實(shí)型制作
7天 鑄造
12天 機(jī)加工
9天 鉗工裝配
7天
單套拉延??傊芷?62天 其中制造周期 52天
以上周期包括模具的設(shè)計、制造直至模具初次試模完成為止。如果再考慮產(chǎn)品件各序模具的總周期,單個制件各序模具的總周期,要在拉延模的基礎(chǔ)上再加22天(包括模具調(diào)試,但不包括整車調(diào)試),總共84天。
以上天數(shù)均為工作日(節(jié)假日除外),換算為日歷日大約為20天等于一個月,也就是單套模具制造周期三至四個月。
豐田的模具制造也是按照準(zhǔn)時化生產(chǎn)方式進(jìn)行的,全部倒排計劃,計劃到每一個工作日,不提前投產(chǎn),避免增加在產(chǎn)模具。我們的
倒排計劃往往是為趕工期,人為的壓縮工期。而豐田的倒排計劃,是為了在必要的時候生產(chǎn)出必要的產(chǎn)品,避免提前投產(chǎn)造成生產(chǎn)
過剩的浪費(fèi)。
二. 豐田模具制造技術(shù)
近十年來本人曾在日本多家模具制造廠進(jìn)行過較為深入的學(xué)習(xí)和考察,先后累計時間達(dá)6個多月。對比以后發(fā)現(xiàn),豐田的模具技術(shù)在
日本的模具廠家中也是十分突出的,無論是能力、效率及技術(shù)都不愧為世界一流水平。通過對豐田的了解我們可以看到,世界汽車
模具制造技術(shù)正在向這些方向發(fā)展:計算機(jī)前的操作逐步代替現(xiàn)場操作,以高精度加工代替人的手工勞動,模具的設(shè)計、制造高度
標(biāo)準(zhǔn)化,單件生產(chǎn)方式向流水線式生產(chǎn)方式發(fā)展等等。結(jié)合我們國內(nèi)的模具制造情況,豐田在以下一些地方與我們有很大的不同,值得我們很好的借鑒。
1. 沖壓工藝設(shè)計
a. 精細(xì)模面設(shè)計
我們常說的模具設(shè)計實(shí)際上分為三個部分:沖壓工藝設(shè)計、模面設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計。這三種設(shè)計的內(nèi)容和側(cè)重點(diǎn)是完全不同的,豐田 的工作流程為先有沖壓工藝設(shè)計然后指導(dǎo)模面設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計,分別由不同的人來做,專業(yè)分工很明確。傳統(tǒng)的沖壓工藝設(shè)計
采用工序圖或是dl圖,它的模面設(shè)計是非常粗略的,以這樣的圖紙指導(dǎo)下的工藝造型,必須在后序靠人工修整、制造工藝禰補(bǔ),造
成模具制造的人工鉗修量很大、周期延長。豐田在設(shè)計階段通過計算機(jī)的曲面造型,完成模面的精細(xì)設(shè)計。比如:針對進(jìn)料量不同
設(shè)計各種拉延筋,同一套模不同部位的拉延筋截面不同,防回彈、過拉延處理,最小壓料面設(shè)計,凸凹模不等間隙設(shè)計等等。精細(xì)
模面設(shè)計的結(jié)果,可以極大的減少型面加工,減少鉗修,減少試模工時,它的作用非同小可。
對比之下,國內(nèi)的模具設(shè)計還停留在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段,模面設(shè)計沒有受到很好的重視,模面實(shí)際上是靠后天完成,模具設(shè)計的落后造
成了制造的落后,也就毫不奇怪了。
b.板料成型分析技術(shù)應(yīng)用情況
豐田公司從5-6年前,開始應(yīng)用有限元法做計算機(jī)模擬板料成型分析,主要應(yīng)用的解算軟件為美國的dyna3d,他們經(jīng)過了近三年的努
力才達(dá)到實(shí)用水平。目前,豐田建立了一個整車身各種典型件的分析結(jié)果庫。對一個新車型的件,如果成型性沒有太大的變化,只
是參考原工藝不做分析,只有特殊的新造型才做板料成型分析。豐田的新車要做樣車,對造型特殊的件除了做板料成型分析外一般
還要做簡易模進(jìn)行驗(yàn)證。因此,豐田人認(rèn)為目前板料成型分析還不是一件必需的、簡單的事,無論是周期還是成本都有很大代價。
本人認(rèn)為,豐田的車型開發(fā)量很大,車型之間變化不大、類似件很多,又積累了豐富的人的經(jīng)驗(yàn),板料成型分析確實(shí)用武之地不多,建立一個分析結(jié)果庫是一個好方法(日本富士模具公司也是這么做的)。反觀國內(nèi)現(xiàn)狀,一方面模具廠專業(yè)分工很低,各種件都
會遇到,難有現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn),似乎更需要板料成型技術(shù)。另一方面,技術(shù)水平低支持環(huán)境差(如:板料參數(shù)、摩擦系數(shù)等難掌握),模
具廠應(yīng)用起來,要達(dá)到實(shí)用(不講效果、不計代價的研究不算)也是非常困難的。即使是成立專業(yè)分析公司,考慮用戶數(shù)量、周期、價格等因素,恐怕也曲高和寡。目前,這項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用效果還難有定論。
c. 模面設(shè)計經(jīng)驗(yàn)積累機(jī)制
豐田的設(shè)計部門除手工勾畫草圖以外,設(shè)計已全部計算機(jī)化,一般設(shè)計人員除一臺工作站外還有一臺筆記本電腦。但,真正創(chuàng)造性 的設(shè)計還是靠人腦,特別是靠人的經(jīng)驗(yàn)積累。豐田特別強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)積累機(jī)制:只有集體的經(jīng)驗(yàn)不能有只屬于個人的經(jīng)驗(yàn),比如:資料 的統(tǒng)一管理,草圖設(shè)計的小組討論,圖紙的多部門集體審核,設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的經(jīng)常性增改等等。經(jīng)驗(yàn)積累機(jī)制是豐田能夠不斷提
高模面精細(xì)設(shè)計的主要手段。比如:模具加工完成之后,一般模具型面不用研合,刃口不必對間隙,鉗工只負(fù)責(zé)安裝,在初次試模
時也不能隨便修調(diào)模具,調(diào)試模具有模面設(shè)計人員在場,初次試模缺陷需要記錄下來。最后的休整結(jié)果,象拉延筋、拉延圓角變動、對稱件的不對稱現(xiàn)象等,還要進(jìn)行現(xiàn)場測量。這些資料的積累、整理、分析、存檔,都是模面設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)積累,并隨時加入到下
一次的設(shè)計中去。
豐田的模具設(shè)計和調(diào)試過程,真正做到了是一個閉環(huán)制造系統(tǒng),借助于這種自我完善的經(jīng)驗(yàn)積累機(jī)制,模具的設(shè)計越來越精細(xì),越
來越準(zhǔn)確。
d. 間隙圖設(shè)計
在豐田,模面設(shè)計實(shí)際上是由曲面造型和nc編程兩部分共同完成的,為了傳達(dá)和描述模面設(shè)計思想,就產(chǎn)生了除dl圖、模具圖之外 的第三種圖---間隙圖也叫質(zhì)量保證圖。
間隙圖本人在以前還沒有見識過,這可能是豐田的一種創(chuàng)造。模具的設(shè)計不是單純?yōu)榱嗽O(shè)計出一種機(jī)器,能夠完成它一定的動作就
完了(這只能叫作結(jié)構(gòu)設(shè)計),模具設(shè)計的最終目的是為了保證它所壓出的產(chǎn)品件是合格的高質(zhì)量的,間隙圖就是這樣一種專為保
證產(chǎn)品件質(zhì)量的圖。質(zhì)量保證圖中,主要包括這樣幾項(xiàng)內(nèi)容:模具實(shí)際符型面區(qū)域、各個符型區(qū)域的間隙值、工藝要求的模面變化
情況、拉延圓角的變化、各種模面的挖空等等。凡是無法通過曲面造型實(shí)現(xiàn)的模面設(shè)計,都通過間隙圖的傳達(dá),依靠nc編程的設(shè)計
來實(shí)現(xiàn),在這里nc編程也不再是單純的實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)的加工,它實(shí)際上也參與到模面設(shè)計中來了。因此,間隙圖的應(yīng)用也是精細(xì)模
面設(shè)計的一種必然。
e. 大規(guī)模生產(chǎn)對模具的影響
豐田的生產(chǎn)規(guī)模是世界一流的,它在模具設(shè)計如何適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的要求方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。
提高材料利用率:對于大批量汽車生產(chǎn)來說,提高板料的利用率是模具設(shè)計的第一大事。只要把材料利用率提高幾個百分點(diǎn),模具 的成本就可乎略不計了。如果一套模具40萬人民幣,只相當(dāng)于100噸鋼板的價格,以壽命50萬件計算,平均每件節(jié)約0。2kg鋼板,就
足可節(jié)約出這套模具費(fèi)用了。
減少沖壓工序:模具設(shè)計的趨勢是,零件的合并,左右對稱件合模,前后順序件合模等等,原來幾個件合成一個件,不同的件合在
一套模,模具越來越大,單件工序大大減少,整車模具數(shù)量越來越少,這對降低沖壓的成本起關(guān)鍵作用。例如:豐田把整車制件的
模具系數(shù),由過去的3點(diǎn)幾降到2左右。
沖壓自動化:為適應(yīng)沖壓線完全自動化,模具必須考慮機(jī)械手上下料,廢料的自動排出,氣動、自動和傳感裝置普遍采用等等。
模具的快速裝換:沖壓線的換模時間,也成為一個模具設(shè)計必須考慮的問題。如:拉延模完全以單動代替雙動,模具自動卡緊,換
模不換氣頂桿等等。
2. 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計和加工
設(shè)計有兩種目的:一個是面向設(shè)計本身,一個是面向制造。設(shè)計者在畫圖過程中逐步完善自己的設(shè)計思路,圖畫完了,自己也清楚
了,因此圖紙首先要設(shè)計者自己看得方便,并使設(shè)計的工作效率高。另一方面,設(shè)計要面向制造,以提高生產(chǎn)效率為最終目的。
我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到不同的生產(chǎn)工藝流程決定了圖紙的表達(dá)形式。傳統(tǒng)的模具總裝圖加零件圖的形式,適應(yīng)的是非框架結(jié)構(gòu)的模具生產(chǎn)
。采用大型數(shù)控銑加工以后,模具總成圖成為更好的形式。在全面應(yīng)用cad設(shè)計之后,如果生產(chǎn)方式?jīng)]變,那么二維設(shè)計和總圖設(shè)計
也不會變,只是把圖板換成了屏幕和鍵盤。我公司在97年曾一度改二維設(shè)計為三維實(shí)體設(shè)計,然而效果并不好,設(shè)計效率降低、生
產(chǎn)上也沒有得多少實(shí)惠。
豐田在cad三維實(shí)體設(shè)計與制造緊密相配合方面為我們提供了比較成功的經(jīng)驗(yàn)。
3.a. 實(shí)體設(shè)計
豐田的模具設(shè)計已全部采用三維實(shí)體設(shè)計,應(yīng)用的軟件為enginner。
模面設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計的分開:豐田把模具結(jié)構(gòu)設(shè)計與模面設(shè)計完全分開的,前者是實(shí)體設(shè)計,后者仍然是曲面設(shè)計。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中
模面部分只是示意性的,可用于實(shí)型加工,不能用于模具加工。這種分工大大簡化了模具實(shí)體設(shè)計,這種簡化對三維實(shí)體設(shè)計的成
敗很重要。
取消二維圖紙:尺寸標(biāo)注大約占繪圖工作量的40%,豐田不繪制傳統(tǒng)意義上的二維圖紙,也就完全省去了這一部分的工作量。取而代
之的是根據(jù)各工序需要,給出必須的三維立體簡圖,和標(biāo)注必要尺寸的平面簡圖。如果從三維設(shè)計出發(fā),最終得二維圖的結(jié)果,那
把一個三維實(shí)體轉(zhuǎn)變成符合人看圖習(xí)慣的二維圖,將是非常費(fèi)時、費(fèi)事的,設(shè)計出的實(shí)體變得毫無價值,這顯然違背了實(shí)體設(shè)計的
初衷,豐田的成功之處就是沒有這么做。
搭積木和編輯式設(shè)計:三維實(shí)體設(shè)計采用搭積木式設(shè)計,依靠三維標(biāo)準(zhǔn)件和典型結(jié)構(gòu)庫,使模具結(jié)構(gòu)極大的標(biāo)準(zhǔn)化,變二維繪圖構(gòu)
思為三維立體布置。同時大量借用已有的相似模具結(jié)構(gòu),經(jīng)過簡單編輯、修改,完成新模設(shè)計。這對設(shè)計者來說,是觀念上的一場
革命,如果還墨守成規(guī),先畫平面圖再生成立體型,那三維設(shè)計的優(yōu)勢就成了負(fù)擔(dān),效率太低了。
干涉檢查:在二維設(shè)計中,往往設(shè)計者并沒有真正的建立起三維的模具形象,對復(fù)雜的空間問題只能靠斷面圖,一旦經(jīng)驗(yàn)不足,考
慮不周,空間干涉就再所難免。三維實(shí)體設(shè)計最直接的好處,就是非常直觀方便的干涉檢查,甚至可以作運(yùn)動干涉分析。以往二維
圖設(shè)計時的一個老大難問題,在實(shí)體設(shè)計面前迎刃而解。
實(shí)體設(shè)計中的刪繁就簡:實(shí)體設(shè)計直接面向制造,它所設(shè)計的繁簡因加工需要而定,完全不必考慮人的看圖習(xí)慣。比如:鑄件的倒
角,在加工中凹角靠刀具完成,凸角靠人工修整,所以,設(shè)計中就不必做了;又如:標(biāo)準(zhǔn)件,完全是采購件,在設(shè)計中也可以變成
示意性的簡單幾何體等等。還有許多設(shè)計工作,實(shí)際上是靠后序的工藝規(guī)范完成的,如螺釘孔位置,鑲塊形狀等。因加工需要而設(shè)
計是最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計。
半自動設(shè)計:豐田在實(shí)體設(shè)計的基礎(chǔ)上,對拉延模等一些結(jié)構(gòu)典型而標(biāo)準(zhǔn)化比較高的模具,已經(jīng)開發(fā)出具有一定功能的輔助程序,做到半自動設(shè)計。比如:拉延模結(jié)構(gòu)設(shè)計一般都交給,新手、女職員來完成,設(shè)計一套模全部工作也用不了一周時間。
b.實(shí)型數(shù)控加工
實(shí)體設(shè)計的第一個用途,就是鑄件泡沫實(shí)型完全采用數(shù)控加工。豐田的實(shí)型模是用一整塊矩形泡沫數(shù)控加工出來的。實(shí)型的數(shù)控化
加工生產(chǎn),就是通過對實(shí)體模型的工藝編輯(如:加工面貼加工余量,模型分層編輯等),再經(jīng)過數(shù)控編程,泡沫毛坯下料,數(shù)控 加工,人工粘接和修整等幾道工序完成的。在豐田,實(shí)型的生產(chǎn)員工,已完全從手工制作轉(zhuǎn)變到大量的數(shù)控編程上來了,現(xiàn)場的簡
單人工粘接和修整工作,由臨時工所充當(dāng)。實(shí)型的數(shù)控化生產(chǎn)直接得利于實(shí)體設(shè)計,而又提高了鑄件的精度,為后序的精細(xì)加工帶
來極大的優(yōu)勢。
c.構(gòu)造面數(shù)控加工
模具構(gòu)造面就是模具型面以外的機(jī)加工面,如:導(dǎo)向面、鑲塊安裝面、螺釘孔、其他需加工面等等。這些在豐田也都是靠編程,數(shù)
控加工出來的。實(shí)體設(shè)計為模具的構(gòu)造面數(shù)控編程加工帶來了可能。構(gòu)造面加工編程化,可以大大提高機(jī)加工效率,減少現(xiàn)場的人
為操作失誤,提高加工的自動化程度。當(dāng)然要做到這一點(diǎn),除實(shí)體設(shè)計之外,還要作許多工作,如:自動對刀、刀具管理、加工參
數(shù)、編程經(jīng)驗(yàn)等等,這方面我們與豐田的差距就更大,沒有這些基礎(chǔ),構(gòu)造面的編程加工是不可能的。
豐田通過實(shí)體設(shè)計真正做到在模具結(jié)構(gòu)上的cad/cam一體化,也只有一體化,取消繪制二維圖的束縛,實(shí)體設(shè)計才顯示出的它的價值,兩者應(yīng)該同步發(fā)展相宜得彰,這就是豐田為我們提供的經(jīng)驗(yàn)。
d. 高精度加工
模面的加工是模具加工的重點(diǎn),豐田在近年來大力發(fā)展高精度模面加工技術(shù),取得了讓人耳目一新的成果。
4.型面的高精度加工
型面高精度加工主要體現(xiàn)在這樣幾個方面:提高模面加工精度、提高加工到位程度、實(shí)現(xiàn)模面的精細(xì)設(shè)計。高精度加工除機(jī)床精度
和刀具的管理外,主要是靠編程技術(shù)的改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)的。
加工方法包括等高線加工、最大長度順向走刀加工,精加工走刀移行密度達(dá)到0。3mm,同時改垂直刀為30度角的高速加工等等方法,以提高加工精度。
同時在凹角清根、凸圓角加工到位、控制模具配合的不等距間隙、最大可能的縮小符型面方面都要加工到位,以實(shí)現(xiàn)模面的精細(xì)加 工。
5.二維刃口的高精度加工
豐田的二維刃口鑲塊加工,采用在專用的鑲塊加工流水線上,單塊加工成活,加工精度可以達(dá)到按銷定位裝配,合模無須對間隙的
程度。當(dāng)二維刃口整體加工時,也采用在線測量的方法來保證凸凹模的合模間隙,二維刃口的高精度最大的好處是能保證制件的修
邊毛刺得到很好的控制。
6.高精度加工的效果
豐田通過高精度加工,使模具精度達(dá)到了模面的少鉗工、無鉗工化的目標(biāo)。豐田的標(biāo)準(zhǔn)計劃中,由機(jī)加工完成之后到第一次試模之
間,只有七個鉗工工作日,它基本是鉗工裝配時間,而沒有鉗工修磨工時。在豐田,模具一經(jīng)加工完成,基本上不用修圓角、不用
開間隙、不用修清根,不對刃口,不研合,甚至拉延模的型面都不用去刀痕、不推磨,唯一的鉗修就是用油石推磨拉延凸圓角和壓
料拉延面。而且第一次試模,無須修模的試壓制件合格率都達(dá)到80%以上。如果不是親眼所見難以讓人置信,這就是精細(xì)模面設(shè)計和
高精度加工的威力。
4. 其他技術(shù)
a. 模具材料
豐田的拉延模材料主要采用球墨鑄鐵而不是目前國內(nèi)流行的合金鑄鐵。球墨鑄鐵焊接性能、可加工性能好、耐磨性能和表面淬火硬
度都比較理想,而成本比合金鑄鐵要低得多了。修邊刃口材料,選用型材鑲塊而不是符型的鑄鋼,主要是因?yàn)殍T鋼成本要高得多。
最值得注意的是,豐田現(xiàn)已經(jīng)大量采用基體與刃口一體化的特殊鑄鐵材料作修邊模,使模具的機(jī)加工成本大為降低。請注意這里的
刃口既不堆焊,也不是鋼材,鑄鐵整體刃口只經(jīng)表面火焰淬火,直接用于幾十萬次壽命的薄板料修邊模。而且這種鑄件的成本還不
高。b. 表面處理
豐田的拉延模型面的表面處理,要求較高的采用電鍍,其它模,翻邊、修邊刃口鑲塊基本上采用火焰淬火。日本目前沒有采用離子
滲氮技術(shù),據(jù)豐田人講,也有試用的考慮。對厚板料長壽命的刃口材料,豐田采用具有自己專利的特殊鋼材,也是火焰淬火。而先
加工成型,后整體淬火的方法,由于淬火帶來的變形只能靠人工修整,在豐田沒有見到使用。
c. 模具生產(chǎn)中的檢驗(yàn)
模具是單件生產(chǎn),保證質(zhì)量是一件非常困難的事,國內(nèi)的模具廠大都配備大量的專職工序質(zhì)檢人員,這嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率,但質(zhì)量
把關(guān)效果還不佳。豐田是怎么做的呢?
工序檢驗(yàn):豐田人認(rèn)為產(chǎn)品的質(zhì)量在源頭,設(shè)計、工藝、編程、機(jī)床、刀具才是質(zhì)量真正的保證,質(zhì)量是生產(chǎn)出來的而不是檢查出
來的,因此,模具各序之間沒有專職檢驗(yàn),只有自檢和互檢,質(zhì)量的把關(guān)靠得是每一個生產(chǎn)者。
型面檢測:模具的型面也基本沒有測量檢驗(yàn)。大量的型面檢測,如測拉延圓角,拉延筋的修正量,曲面的光順度等主要是為了模面
設(shè)計積累經(jīng)驗(yàn),而不是為了檢驗(yàn)?zāi)>哔|(zhì)量是否合格。
制件檢測:豐田的產(chǎn)品件檢查,主要靠三維測量機(jī)進(jìn)行自動數(shù)值檢測,但他們也做驗(yàn)具,驗(yàn)具只起產(chǎn)品件定位支撐的作用。因此驗(yàn)
具結(jié)構(gòu)簡單,沒有強(qiáng)制卡緊裝置,他們的產(chǎn)品件檢測幾乎是處于自由狀態(tài)下的檢測,這對產(chǎn)品件的符型性是一個非常嚴(yán)格的要求。
三. 技術(shù)發(fā)展動向
前幾年我們看到發(fā)達(dá)國家的汽車模具行業(yè)似乎在萎縮。因?yàn)?,?dāng)時認(rèn)為模具生產(chǎn)離不開人的手工勞動,發(fā)達(dá)國家具有工資成本高、沒有人愿意干這一行等因素,模具行業(yè)大有向第三世界轉(zhuǎn)移的趨勢。通過豐田的發(fā)展,我們有了一些新的認(rèn)識,模具生產(chǎn)越來越依
賴高科技,完全可以把人工勞動降到很低,汽車對模具生產(chǎn)的需求最重要的是高質(zhì)量和短周期,在大規(guī)模汽車生產(chǎn)中,模具本身的
成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如模具的使用成本更重要。從這一點(diǎn)上看,目前我們的模具生產(chǎn)不具什么優(yōu)勢,這種工業(yè)轉(zhuǎn)移也不會成潮流,這十多年
來,我們通過硬件的技術(shù)引進(jìn)得到的技術(shù)進(jìn)步,并沒有禰補(bǔ)上因人家更加努力的追求技術(shù)進(jìn)步而帶來的新的差距。換個角度說,如
果汽車模具行業(yè)真的向第三世界轉(zhuǎn)移的話,那一定是個夕陽產(chǎn)業(yè),目前汽車模具在車身材料沒有突破性變化的情況下,還是有一定 的發(fā)展空間和需求的。
1. 重點(diǎn)發(fā)展計算機(jī)技術(shù)
豐田模具制造技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn),在于突出計算機(jī)的應(yīng)用,越來越多的人從生產(chǎn)現(xiàn)場轉(zhuǎn)移到計算機(jī)前。實(shí)體設(shè)計加上數(shù)控編程,取代
了人工實(shí)型制作和機(jī)床操作。精細(xì)模面設(shè)計和精細(xì)數(shù)控編程大大減少了鉗修,高精度加工取消了模具的研合、修配?,F(xiàn)在數(shù)控編程
人員已超過了現(xiàn)場操作工人,數(shù)控編程的工時費(fèi)用,超過了機(jī)床的加工工時費(fèi)50%,編程的周期超過了機(jī)加工周期。計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用 的發(fā)展,目前沒有降低模具成本,但模具生產(chǎn)已從依賴人的技巧轉(zhuǎn)向數(shù)控化的自動、半自動化生產(chǎn),這種高精度和無人化加工,使
模具和產(chǎn)品件的質(zhì)量有了極大的提高,生產(chǎn)周期大大縮短,計算機(jī)技術(shù)使模具制造技術(shù)又達(dá)到了一個新的高度。相比較就可以看出,國內(nèi)目前的計算機(jī)應(yīng)用還比較初級,并不是我們的機(jī)床和軟件不行,而是在應(yīng)用的基礎(chǔ)技術(shù)上有很大的差距,即使是把豐田的技
術(shù)全搬來,真正做到那種效果,也不是一件容易的事。
2. 消滅鉗工
原來我們認(rèn)為,模具這種單件生產(chǎn)、型面復(fù)雜的產(chǎn)品,離開手工是不可能的,而豐田提出要消滅鉗工。消滅鉗工是一種目標(biāo),主要
是指極大減少或完全避免修磨和調(diào)整鉗工(裝配鉗工還是要的)。正如我們在前面所介紹的,目前豐田的這一目標(biāo)已基本實(shí)現(xiàn),除
修磨拉延面和拉延凸圓角外,推磨、修模和調(diào)配鉗修,已大部分屬于異?;蚨[補(bǔ)設(shè)計、制造的缺陷,不再是一件必要的和正常的工
作。
我們舉個例子,拉延模型面的光潔度歷來是我們強(qiáng)調(diào)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),過去為達(dá)到這一點(diǎn)主要是靠鉗工推磨。為減少或不推磨,就要減 少銑削刀痕余量,有人主張采用垂直型面加工的五軸銑床,也有采用數(shù)控型面磨。這些豐田也都采用過,但實(shí)踐證明,五軸機(jī)床成
本高、效率低,編程十分困難,效果也十分不理想。最后,豐田采用高速、小移行的三軸銑削加工方式,得到高精度型面,把圓角
人工推磨,而其他型面干脆不修磨,模面帶刀痕拉延。結(jié)果證明,雖然模面談不上光潔度(還帶刀痕呢),但即使是表面質(zhì)量要求
很高的轎車外板件,除制件內(nèi)表面有一些拉痕外,對有用的制件外表面沒有任何不良影響,就是需要電鍍的那些模面,也同樣是帶
刀痕電鍍。據(jù)說德國和美國有些汽車模具廠也早已廢除了型面推磨。這對那些追求模具表面光潔度的人來說,真是命運(yùn)開了一個大
玩笑。同樣,對型面凹角采用清虧,立面加工采用30度頭防讓刀,用不等間隙控制制件成型壓力等等各種方法,現(xiàn)在凸凹模的配合
精度,使研合和鉗修失去意義。
因此,某種意義上的消滅鉗工,不再是一個夢。當(dāng)然,在國內(nèi),目前一個模具廠怎樣說服用戶接受這種帶刀痕的模具還是一個大課
題。
3. 一體化加工
豐田的機(jī)加工車間現(xiàn)場,有三種數(shù)控加工線:第一種是由幾臺床身可互換的數(shù)控機(jī)床組成的加工線,一條線里包括底面加工、臥銑、粗銑、精銑各種機(jī)床,配套分工明確,工件換機(jī)床時不必重新裝卡找正,這條流水線大約是80年代的產(chǎn)品。第二種是帶立體倉庫 的無人職守的揉性加工機(jī)群,這是90年代初的產(chǎn)物。第三種是近年才投入使用的粗精加工一體化、高速、高精度、五面加工中心。
第一種加工線,它的單機(jī)就是我們目前使用的數(shù)控機(jī)床,但機(jī)床為多工作臺式,它的不重新裝卡找正方面效率很高,而我們還基本
上停留在單機(jī)作業(yè)的水平上,很值得我們借鑒。對于揉性加工機(jī)群,雖然很先進(jìn),但操作起來很困難,準(zhǔn)備工作和時間很長,如果
沒有很大量的精加工任務(wù),使用起來并不實(shí)用,就是在豐田也是如此,看來這不是一個成功的方向。一體化加工中心是目前正在發(fā) 展的最新技術(shù),它的優(yōu)點(diǎn)是,集各種機(jī)床優(yōu)點(diǎn)之大成,除底面加工之外,一次裝卡,粗、精、臥,高功率、高精度、高速面面俱到,十八班武藝樣樣精通,加工效率很高。缺點(diǎn)是機(jī)床成本很高,需要環(huán)境要求也很高,用它來粗活、重活一起干時是不是很經(jīng)濟(jì)呢
?還不得而知。但,無疑這是一個很理想主義的技術(shù),代表著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展,應(yīng)引起我們的注意。
小結(jié):豐田的技術(shù)告訴我們:好的模具應(yīng)該是設(shè)計出來的;模具也可以流水線生產(chǎn);高新技術(shù)應(yīng)用是模具制造技術(shù)發(fā)展的動力;國
內(nèi)汽車模具業(yè)與世界先進(jìn)水平相比還有較大差距,如果我們不努力,這種差距不是縮小,而是會拉大。
通過上文,我們只是把在豐田公司所看到的一些印象深刻的、與國內(nèi)對比性比較強(qiáng)的東西簡單羅列在一起,并不全面也不細(xì)致,希
望這些材料能給同行以思考。
我們感到我們與世界先進(jìn)水平的差距是一種很大的壓力,面對世界經(jīng)濟(jì)一體化的潮流,你如果不是世界上最好的,你可能在國內(nèi)也
站不住腳。國內(nèi)的汽車模具廠家不是很多,但卻吃不飽,我們高質(zhì)量模具的市場被周邊國家和地區(qū)的模具廠占領(lǐng)了,我們不向世界
上最先進(jìn)的模具技術(shù)學(xué)習(xí),還能生存么?
第二篇:豐田汽車制造公司案例分析
豐田汽車制造公司案例分析
1、座椅問題的背景:
案例講述了20世紀(jì)80年代,豐田汽車公司在美國創(chuàng)建了豐田汽車制造公司(美國)(TMM)。TMM采用了豐田生產(chǎn)系統(tǒng)(TPS),堅(jiān)持準(zhǔn)時生產(chǎn)(JIT)和自動化缺陷控制兩項(xiàng)原則,實(shí)現(xiàn)了高效率和高質(zhì)量的汽車生產(chǎn)裝配。但到了1992年,佳美出了新款車型,座椅樣式由原來的5種樣式增加到10種,出口到日本和中東的款式更是增加了18種不同的座椅樣式。座椅樣式的劇增,導(dǎo)致了座椅組和汽車不相匹配等各種座椅的問題,使產(chǎn)出率降低到不足85%,10個百分點(diǎn)的下降意味著每個班次少生產(chǎn)45輛汽車。裝配部負(fù)責(zé)人弗里森需要盡快了解并解決座椅問題,并且完善座椅問題修復(fù)的系統(tǒng),使產(chǎn)出率重新提高。
2、座椅問題的歸納:
從案例中,我們可以歸納出座椅問題主要有以下幾個:
(1)KFS有時會送來錯誤的座椅配件,這些座椅配件與任何一輛待返工的汽車都不匹配。(嚴(yán)重問題,影響產(chǎn)量)
(2)從某個側(cè)面角度上螺栓時,偶爾會出現(xiàn)串線問題,但團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)當(dāng)可以使用螺紋工具在30秒內(nèi)在線解決該問題。(容易解決)
(3)有人偶爾因使用手工工具損壞座椅外罩,但他們回憶不起來最近發(fā)生的同樣情況。(很少出現(xiàn))
(4)后座墊子的后面有個突出的鉤子,鉤子有時會繃斷。但鉤子的損壞頻率已從每班次7次降低到每班次1次。(頻率較低)
3、根據(jù)以上問題,弗里森需要建立問題恢復(fù)系統(tǒng):
當(dāng)前TMM對座椅問題的處理有標(biāo)準(zhǔn)化的響應(yīng)措施:
(1)團(tuán)隊(duì)成員在安裝有缺陷的座椅前,拉一下安燈線將問題報告給團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)。
(2)團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)再拉一下安燈線表示收到信息,給相應(yīng)汽車加上標(biāo)簽以提醒QC檢查人員注意座椅問題。
(3)裝配有缺陷的座椅的汽車在下線時被送到1號診斷區(qū),檢查出現(xiàn)的問題可否在那里得到解決。如果要更換座椅,那么汽車將轉(zhuǎn)移到溢出停車區(qū),在那里將訂購替換座椅,等待KFS的特殊交付。有缺陷的座椅將被退回至KFS。
該措施能夠解決每一臺有缺陷座椅的汽車,且無需關(guān)閉整條生產(chǎn)線,因此該流程并沒有問題。但措施僅是頭痛醫(yī)頭的做法,不能根本性降低座椅的缺陷率,導(dǎo)致產(chǎn)量下降和過多的汽車進(jìn)入溢出停車區(qū)進(jìn)行離線操作。
因此,建議繼續(xù)保留上述響應(yīng)流程的同時,增加以下幾項(xiàng)措施:
首先,要解決的問題是,KFS的配送準(zhǔn)確率。與KFS磋商,建立獎懲措施。有效防止KFS配送不匹配的座椅配件(如一個月出現(xiàn)一次配送問題,KFS應(yīng)賠償5萬美元影響產(chǎn)量費(fèi),如三個月內(nèi)未出現(xiàn)一次配送問題,可獎勵KFS公司1萬美元)。根據(jù)雙方認(rèn)同的獎懲措施,大幅提高配送的準(zhǔn)確率。
接著,是提高再訂購的響應(yīng)頻率。目前KFS對于再訂購是以一天兩次的特別更換交付作為響應(yīng),建TMM應(yīng)要求KFS更加靈活,根據(jù)當(dāng)天的再訂購數(shù)量來確定特別更換交付的頻次,如果再訂購數(shù)量較多,則以一天三次或者四次的頻率來響應(yīng),以提高座椅問題維修效率和產(chǎn)量。
然后,需要解決后座鉤子問題。因?yàn)楦淖冎圃煦^子的相關(guān)工具將讓KFS花費(fèi)5萬美元左右,雖然鉤子損壞頻率已降低到每班次1次,但是為了提高工作效率和產(chǎn)量,建議由TMM提供費(fèi)用給KFS改進(jìn)鉤子工藝,從而大幅降低鉤子的損壞率。
最后,是減少座椅裝配過程中的失誤率,提高團(tuán)隊(duì)協(xié)助效率。建立懲罰措施,如發(fā)現(xiàn)在裝配過程中,損壞座椅的,進(jìn)行相應(yīng)懲罰,以降低失誤率。對于串線問題,小組領(lǐng)導(dǎo)和團(tuán)隊(duì)成員應(yīng)共同監(jiān)督團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)迅速在裝配線上解決問題,避免問題的堆積。
通過以上措施,我們相信能夠有效地解決座椅問題,同時也是遵循了JIT原則,避免了浪費(fèi),保證產(chǎn)量的可持續(xù)性。沒有采用自動化缺陷控制原則,因?yàn)橥V股a(chǎn)將產(chǎn)生很大損失。我們認(rèn)為在裝配線上處理有缺陷座椅是不合適的,除非是串線等小問題可以在線上解決,其他問題是可以采用以上措施進(jìn)入溢出停車區(qū)解決。我們認(rèn)為這個程序是TPS的一個合理的例外,因?yàn)樽螁栴}無法完全杜絕,只能最大限度降低錯誤率。
第三篇:再制造技術(shù)
再制造技術(shù)
再制造是一種對廢舊產(chǎn)品實(shí)施高技術(shù)修復(fù)和改造的產(chǎn)業(yè),它針對的是損壞或?qū)髲U的零部件,在性能失效分析、壽命評估等分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行再制造工程設(shè)計,采用一系列相關(guān)的先進(jìn)制造技術(shù),使再制造產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到或超過新品。就是通過一系列工業(yè)過程,將廢舊產(chǎn)品中不能使用的零部件通過再制造技術(shù)修復(fù),主要以先進(jìn)的表面工程技術(shù)為修復(fù)手段(即在損傷的零件表面制備一薄層耐磨、耐蝕、抗疲勞的表面涂層),使得修復(fù)處理后的零部件的性能與壽命期望值達(dá)到或高于原零部件的性能與壽命。
再制造的內(nèi)容有在產(chǎn)品設(shè)計階段,要考慮產(chǎn)品的再制造性設(shè)計。在產(chǎn)品的服役至報廢階段,要考慮產(chǎn)品的全壽命周期信息跟蹤。在產(chǎn)品的報廢階段,要考慮產(chǎn)品的非破壞性拆解、低排放式物理清洗。要進(jìn)行零部件的失效分析及剩余壽命演變規(guī)律的探索;要完成零部件失效部位的具有高結(jié)合強(qiáng)度和良好摩擦學(xué)性能的表面涂層的設(shè)計、制備與加工,以及對表面涂層和零部件尺寸超差部位的機(jī)械平整加工及質(zhì)量控制等。再制造的研究內(nèi)容非常廣泛,貫穿產(chǎn)品的全壽命周期,體現(xiàn)著深刻的基礎(chǔ)性和科學(xué)性。主要以先進(jìn)的表面工程技術(shù)為修復(fù)手段。表面工程技術(shù)又包括: 噴涂修復(fù)技術(shù),電刷鍍修復(fù)技術(shù),激光修復(fù)技術(shù),納米表面工程技術(shù)。主要用于軸類及一些貴重零件修復(fù)技術(shù)。
需要獨(dú)立解決的科學(xué)和技術(shù)問題:
1、加工對象更苛刻主要有:鍛焊、熱處理、銑磨件尺寸差、殘余應(yīng)力、內(nèi)部裂紋、表面變形等缺陷;
2、前期處理更繁瑣再制造的毛坯必須去除油污、水垢、銹蝕層及硬化層;
3、質(zhì)量控制更困難再制造毛坯壽命預(yù)測和質(zhì)量控制,因毛坯損傷的復(fù)雜性和特殊性而使其非常困難;
4、工藝標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格再制造過程中廢舊零件的尺寸變形和表面損傷程度各不相同,必須采用更高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的加工工藝。
表面工程技術(shù):表面工程是一項(xiàng)系統(tǒng)工程:因?yàn)楸砻婀こ淌且员砻婵茖W(xué)為理論基礎(chǔ),以表面和界面行為為研究對象,首先把互相依存、相互分工的零件基體與零件表面構(gòu)成一個系統(tǒng),同時又綜合了失效分析、表面技術(shù)、涂覆層材料、預(yù)處理和后加工、表面檢測技術(shù)、表面質(zhì)量控制、使用壽命評估、表面施工管理、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、三廢處理和重大工程實(shí)踐等多項(xiàng)內(nèi)容。表面工程在不同領(lǐng)域的功能:機(jī)械類產(chǎn)品:提高零件表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗疲勞等性能。電子電器元件:提高元器件表面的電、磁、聲、光等特殊物理性能。生物醫(yī)學(xué)材料:提高人造骨骼等人體植入物的耐磨性、耐蝕性及生物兼容性。工藝品:提高耐蝕性和美觀性。
表面工程技術(shù)分為:表面改性,表面處理,表面涂覆,復(fù)合表面技術(shù),納米表面工程。
(一)、表面改性:表面改性是指通過改變基質(zhì)表面的化學(xué)成份以達(dá)到改善表面結(jié)構(gòu)和性能的目的。例如:化學(xué)熱處理、離子注入、滲氮、滲碳處理等。表面改性技術(shù)有:
1、擴(kuò)散滲入:非金屬元素表面滲擴(kuò),金屬元素表面滲擴(kuò),復(fù)合元素表面滲擴(kuò);
2、離子注入:非金屬離子注入,金屬離子注入,復(fù)合離子注入;
3、轉(zhuǎn)化膜技術(shù):電化學(xué)轉(zhuǎn)換膜,化學(xué)轉(zhuǎn)換膜,金屬著色技術(shù)。
(二)、表面處理:
1、表面淬火處理:感應(yīng)加熱表面淬火,激光加熱表面淬火,電子束加熱表面淬火;
2、表面變形處理:噴丸,輥壓,孔擠;
3、表面納米加工技術(shù)。
(三)、表面涂覆,在基質(zhì)材料表面制備涂覆層,即表面涂覆是在基質(zhì)表面上形成一種膜層。涂覆層的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)可以和基質(zhì)材料完全不同,它以滿足表面性能、涂覆層與基質(zhì)材料的結(jié)合強(qiáng)度能滿足工況、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境好為準(zhǔn)則。如化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)熱噴涂、堆焊等、電鍍、化學(xué)鍍等。
(四)、復(fù)合表面工程技術(shù),復(fù)合表面工程技術(shù)是對上述三類表面工程技術(shù)的綜合運(yùn)用。復(fù)合表面工程技術(shù)是在一種基質(zhì)材料表面上采用了兩種或多種表面工程技術(shù),用以克服單一表面工程技術(shù)的局限性,發(fā)揮多種表面工程技術(shù)間的協(xié)同效應(yīng),從而使基質(zhì)材料的表面性能、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性達(dá)到優(yōu)化。
(五)、納米表面工程技術(shù),納米表面工程技術(shù)是充分利用納米材料、納米結(jié)構(gòu)的優(yōu)異性能,將納米材料、納米技術(shù)與表面工程技術(shù)交叉、復(fù)合、綜合,在基質(zhì)材料表面制備出含納米顆粒的復(fù)合涂層或具有納米結(jié)構(gòu)的表層。納米表面工程技術(shù)能賦予表面新的服役性能,使零件設(shè)計時的選材發(fā)生重要變化,并為表面工程技術(shù)的復(fù)合開辟了新的途徑。
在進(jìn)行再制造時要對機(jī)械進(jìn)行評估:
1、機(jī)械零件的檢測和壽命評估技術(shù):無損檢測手段包括超聲波檢測、相控陣超聲波檢測、渦流檢測、X射線檢測、磁粉檢測等。綜合分析影響檢測結(jié)果的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù),系統(tǒng)優(yōu)化無損檢測技術(shù)組合,保障零部件表面及內(nèi)部的缺陷檢出率和檢測速度。
2、選擇合適的理論和技術(shù),建立壽命評估分析模型,評估零部件的剩余壽命。
常用的再制造技術(shù)有:激光修復(fù)技術(shù),電刷鍍修復(fù)技術(shù),噴涂修復(fù)技術(shù)。
激光修復(fù)技術(shù):
激光是由受激輻射引起的并通過諧振“放大”了的光。實(shí)用激光器有紅寶石激光器、釹玻璃激光器、二氧化碳?xì)怏w激光器。
產(chǎn)生原理:在電管中以光或電流的能量來撞擊某些晶體或原子易受激發(fā)的物質(zhì),使其原子的電子達(dá)到受激發(fā)的高能量狀態(tài),當(dāng)這些電子要回復(fù)到平靜的低能量狀態(tài)時,原子就會射出光子,以放出多余的能量;而接著,這些被放出的光子又會撞擊其它原子,激發(fā)更多的原子產(chǎn)生光子,引發(fā)一連串的「連鎖反應(yīng)」,并且都朝同一個方前進(jìn),形成強(qiáng)烈而且集中朝向某個方向的光。
激光表面處理:采用激光表面處理可以解決某些其他表面處理方法難以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)目標(biāo)。例如細(xì)長鋼管內(nèi)壁表面硬化,成型精密刀具刃部超高硬化,模具合縫線強(qiáng)化,缸體和缸套內(nèi)壁表面硬化等等。采用激光熱處理的經(jīng)濟(jì)效益顯著優(yōu)于傳統(tǒng)熱處理,例如汽車轉(zhuǎn)向器殼體激光淬火(相變硬化)和鋸齒激光淬火等。激光表面處理技術(shù)在汽車行業(yè)應(yīng)用極為廣泛,在許多汽車關(guān)鍵件上,如:缸體、缸套、曲軸、凸輪軸、派啟發(fā)、閥座、搖臂、鋁活塞環(huán)槽等幾乎都可以采用激光熱處理。? 例如:美國通用汽車公司用十幾臺千瓦級CO2激光器,對換向器殼內(nèi)壁局部硬化,日產(chǎn)3萬套,提高工效四倍。? 我國采用大功率CO2激光器對汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)行缸孔強(qiáng)化處理,可延長發(fā)動機(jī)大修里程到15萬公里以上,一臺汽缸等于三臺不經(jīng)處理的汽缸。
激光修復(fù)技術(shù)分為:激光相變硬化(淬火)和退火,激光熔凝,激光熔覆和合金化,激光沖擊硬化等。激光淬火/覆照相變硬化-原理:激光覆照相變硬化也叫激光表面淬火。它以高能密度的激光束快速照射材料表面,使其需要硬化的部位瞬間吸收光能并立即轉(zhuǎn)化為熱能,使激光作用區(qū)的溫度急劇上升到相變溫度以上,形成奧氏體。此時工件基體仍處于冷態(tài)并與加熱區(qū)之間的溫度梯度極高。因此,一旦停止激光照射,加熱區(qū)因急冷而實(shí)現(xiàn)工件的自冷淬火。從而提高材料表面的硬度和耐磨性。表面淬火的優(yōu)點(diǎn)自冷淬火,不需水或油等淬火介質(zhì),避免了環(huán)境污染。加工柔性高,對工件的許多特殊部位,例如槽壁、槽底、小孔、盲孔、深孔以及腔筒內(nèi)壁等,只要能將激光照射到位,均可實(shí)現(xiàn)激光淬火。工藝過程容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。激光表面合金化是在高能束激光的作用下,將一種或多種合金元素快速熔入基體表面,使母材與合金材料同時熔化,形成表面合金層,從而使基體表層具有特定 的合金成分的技術(shù)。換句話講,它是一種利用激光改變金屬或合金表面化學(xué)成分的技術(shù)。優(yōu)點(diǎn),可以節(jié)約大量具有戰(zhàn)略價值貴重元素、形成具有特殊性能的非平衡相或非晶態(tài)、晶粒細(xì)化、提高合金元素的固熔度和改善鑄造零件的成分偏析。激光熔覆- 原理:激光熔覆與激光合金化的原理一致,它是利用激光在基體表面覆蓋一層具有特定性能的涂覆材料。這類涂覆材料可以是金屬和合金,也可以是非金屬,還可以是化合物及其混合物。在涂覆過程中,涂覆層與基體表面通過熔合結(jié)合在一起,激光熔覆的方式與激光合金化相似。獲得的涂層可以提高材料表面的耐蝕、耐磨、耐熱、減磨以及其他特性。激光沖擊強(qiáng)化- 原理:工件表面涂上一層不透光材料(涂層),再覆蓋一層透光材料(約束層),高功率密度短脈沖(納秒級)強(qiáng)激光透過約束層照射金屬材料表面。涂層在極短時間內(nèi)產(chǎn)汽化電離成高溫高壓的等離子體;由于約束層存在,等離子體的膨脹受限,產(chǎn)生向金屬內(nèi)部傳播的強(qiáng)沖擊波,使金屬材料表層發(fā)生塑性變形,形成激光沖擊強(qiáng)化區(qū);從而改善金屬材料的機(jī)械性能。
電刷鍍修復(fù)技術(shù)。
電鍍修復(fù)技術(shù)是利用電解方法使電解液中的金屬離子在零件表面上還原成金屬原子并沉積在零件表面上形成具有一定結(jié)合力和厚度鍍層的一種方法。電刷鍍?nèi)芤褐苽涫请娝㈠兊年P(guān)鍵技術(shù)之一目前商品化的電刷鍍液達(dá)130余種: 合金電刷鍍液:
二元合金 Ni-P Ni-W Ni-Co Co-Mo Co-W 三元合金 Ni-W-Co Ni-W-P Ni-Fe-W Ni-Fe-Co 非晶態(tài)電刷鍍液:
主要集中于Ni基含P、W、Co的鍍層,其中的硬質(zhì)性顆 粒具有彌散增強(qiáng)作用。
電刷鍍原理:采用專用的直流電源設(shè)備,電源的正極接鍍筆,負(fù)極接工件,鍍筆通常采用高純石墨塊作陽極材料,外包棉花或滌棉套,基本變化過程金屬離子在液相中傳質(zhì),到達(dá)陰極表面邊界層金屬離子穿過陰極表面邊界層完成表面轉(zhuǎn)化與陰極的電子交換,金屬原子被還原成吸附態(tài)金屬原子后續(xù)表面轉(zhuǎn)化,金屬原子結(jié)晶。
電刷鍍鍍液的分類:預(yù)處理液:去除被鍍金屬表面油污、銹蝕、氧化層和各種雜質(zhì)包括電凈液、活化液。電沉積金屬鍍液:單金屬鍍液,合金鍍液,退鍍鍍液從工件表面腐蝕去除金屬或多余鍍層的溶液。鈍化和陽極化鍍液:在工件表面生成致密氧化膜。特殊用途的鍍液: 在工件表面獲得各種特殊功能的表面層,如拋光、染色發(fā)黑、防變色等。
噴涂修復(fù)技術(shù)。
熱噴涂及其分類:1)電弧噴涂、2)火焰噴涂、3)等離子噴涂和 4)特種噴涂。熱噴涂: 利用熱源將噴涂材料加熱至熔融狀態(tài),并通過氣流吹動使其霧化后高速噴射到零件表面,形成特定的涂層,以提高工件的性能的表面技術(shù)。熱源:氣體、液體燃料,電弧、等離子、激光等。材料:金屬、合金、金屬陶瓷、氧化物、碳化物、塑料等。性能:耐磨、耐熱、耐蝕、抗氧化、隔熱、導(dǎo)電、絕緣、密封等。涂層厚度:5 mm — 5 mm.。
熱噴涂的一般原理實(shí)際上就是用一種熱源,如電弧、離子弧或燃?xì)馊紵幕鹧娴葘⒎蹱罨蚪z狀的固體材料加熱熔融或軟化,并用熱源自身的動力或外加高速氣流霧化,使噴涂材料的熔滴以一定的速度噴向經(jīng)過預(yù)處理干凈的工件表面。熱噴涂過程中,噴涂材料大致經(jīng)過以下過程:
1、表面凈化。
2、表面預(yù)加工。
3、表面粗化。
4、預(yù)熱。
5、噴涂底層。
6、噴涂工作層。
7、噴后處理。
電弧噴涂:以電弧為熱源,將金屬絲熔化并用高速氣流霧化,使熔融粒子高速噴到工件表面形成涂層。電源:V = 40V,I = 100-400A的伏安特性。電弧噴涂槍,送絲裝置,氣體壓縮機(jī)。電弧噴涂絲材主要有Al, Zn, Cu, Ni, Mo等及其合金,以及碳鋼、不銹鋼等。
火焰噴涂:以氣體燃燒熱為熱源,將金屬絲或粉末熔化并霧化而進(jìn)行的噴涂。1.線材火焰噴涂。2.粉末火焰噴涂。
在理論基礎(chǔ)方面,完善了涂層殘余應(yīng)力的計算方法,探索并初步建立了壽命預(yù)測評估模型。研究并初步提出了再制造零部件涂層中殘余應(yīng)力的計算方法;以廢舊柴油機(jī)曲軸為對象,研究了非線性動力學(xué)分析模型,探討了廢舊零部件疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型分析數(shù)據(jù)的映射關(guān)系,初步建立了剩余壽命預(yù)測模型。
第四篇:先進(jìn)制造技術(shù)
先進(jìn)制造技術(shù)(AMT):是指在制造過程和制造系統(tǒng)中融合電子、信息和管理技術(shù),以及新工藝、新材料等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),使材料轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品的過程更有效、成本更低、更及時滿足市場需求的先進(jìn)的工程技術(shù)的總稱。
廣義制造:不僅包括具體的工藝過程,還包括市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、質(zhì)量控制、生產(chǎn)過程管理、營銷、售 后服務(wù)直至產(chǎn)品報廢處理等在內(nèi)的整個產(chǎn)品壽命周期的全過程。
狹義制造:是指生產(chǎn)車間內(nèi)與物流有關(guān)的加工和裝配過程。
制造系統(tǒng):是指由制造過程及其設(shè)計的硬件、軟件和人員組成的一個具有特定功能的有機(jī)整體。制造業(yè):是指以制造技術(shù)為主導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品制造的行業(yè)。
制造業(yè)的核心要素是質(zhì)量、成本和生產(chǎn)率。
制造技術(shù)是制造業(yè)所使用的一切生產(chǎn)技術(shù)的總稱,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。
制造技術(shù)的五個發(fā)展時期:工場式生產(chǎn)時期、工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)時期、剛性自動化發(fā)展時期、柔性自動化發(fā)展時期、綜合自動化發(fā)展時期。
先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢:數(shù)字化是發(fā)展的核心、精密化是關(guān)鍵、極端化是焦點(diǎn)、自動化是條件、集成化是方法、網(wǎng)絡(luò)化是道路、智能化是前景、綠色化是必然
先進(jìn)制造技術(shù):是在傳統(tǒng)制造技術(shù)基礎(chǔ)上不斷吸收機(jī)械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理技術(shù)等方面的成果,綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、加工、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的制造全過程,以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn),提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭力的制造技術(shù)的總稱。先進(jìn)制造技術(shù)的三個層次:基礎(chǔ)技術(shù)、新型單元技術(shù)、集成技術(shù)
先進(jìn)制造技術(shù)的五個特征:系統(tǒng)性、廣泛性、集成性、動態(tài)性、實(shí)用性
電火花成型加工原理:是基于電火花腐蝕原理,即在工具電極與零件互相靠近時,極間電壓將在正負(fù)極間使電介質(zhì)電介液電離而形成火花放電,并在火花通道中瞬時產(chǎn)生大量熱能,足以使金屬局部熔化甚至氣化,而將金屬腐蝕掉,從而形成所要求的形狀。達(dá)到成型加工目的。電火花技工的5種放電狀態(tài):開路(空載脈沖)、火花放電(工作脈沖)、過度電弧放電(不穩(wěn)定電弧放電)、電弧放電(穩(wěn)定電弧放電)、短路(短路放電)。
電火花加工特點(diǎn):
1、加工時,工具電極與工件材料不接觸,兩者之間宏觀作用力極小。工具電極材料不需比工件材料硬,制造容易。
2、便于加工用普通機(jī)械加工方法難于加工或無法加工的特殊材料和復(fù)雜形狀的工件。不受材料硬度影響,不漏熱處理影響,與工件的機(jī)械性能關(guān)系不大。
3、適于加工脆性材料或薄壁弱剛性的零件,以及普通切削刀具易發(fā)生干涉而難以進(jìn)行加工的精密微細(xì)異型孔、深小孔、狹長縫隙、彎曲軸線的孔、型腔等。
4、脈沖放電持續(xù)時間極端,放電產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散范圍小,放電侵沒在工作液中進(jìn)行,因此對整個工件而言,在加工過程中幾乎不受熱的影響。
5、可以改革工件結(jié)構(gòu),簡化加工工藝,提高工件使用壽命,降低工人勞動強(qiáng)度。
電火花加工的條件:
1、工具電極和工件之間必須維持合理的間隙。
2、兩電極之間必須充入一定性能的工作介質(zhì)。
3、輸送到兩電極間的脈沖能量密度應(yīng)足夠大。
4、放電必須是瞬時的脈沖放電。
5、脈沖放電需重復(fù)多次進(jìn)行,并且多次脈沖放電在時間上和空間上是分散的。
6、脈沖放電后的電蝕產(chǎn)物能及時排放至放電間隙之外。
影響電火花加工的因素:
1、極性效應(yīng)
2、覆蓋效應(yīng)
3、二次放電
4、加工速度
5、電火花放電通道
6、工具電極損耗
7、放電間隙
8、放電產(chǎn)物排出
極性效應(yīng):電火花加工時,即使加工相同材料,兩電極的被腐蝕量也是不同的,其中一個電極比另一個電極的蝕出量大,這種現(xiàn)象叫極性效應(yīng)。把工件與脈沖電源正極相接的加工叫正極性加工,反之為負(fù)極性加工。當(dāng)采用短脈沖精加工是,應(yīng)選用正極性加工,長脈沖粗加工是應(yīng)選用負(fù)極性加工。精加工放電間隙一般只有0.01mm左右,粗加工時可達(dá)0.3-0.5mm。
電火花線切割:使用現(xiàn)狀電極(鉬絲或銅絲)靠火花放電對工件進(jìn)行切割,故稱為電火花線
電火花線切割機(jī)床通常分為兩大類:一類是快走絲電火花線切割機(jī)床。這類機(jī)床的電極絲做高速往復(fù)運(yùn)動,一般走絲速度為8-10m/s。是我國生產(chǎn)和主要使用的機(jī)種,也是獨(dú)有的加工模式,另一種是慢走絲電火花切割機(jī)床,這類機(jī)床的電極絲低速單向運(yùn)動,一般走絲速度低于0.2m/s。國外生產(chǎn)和主要使用。
線切割的特點(diǎn):
1、縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時間,加工周期短
2、脈沖電源加工電流較小,脈沖寬度較窄,屬中、精加工范疇,所以只采用正極性加工。
3、采用水或水基工作也,不會引燃起火,容易實(shí)現(xiàn)安全無人運(yùn)轉(zhuǎn)。
4、電極絲比較細(xì),切縫較窄,可以加工微細(xì)異型孔、窄縫和復(fù)雜形狀的工件,實(shí)際金屬去除量很少,材料的利用率很高。
5、工具電極是運(yùn)動的長金屬絲,故可加工很小的窄縫或人工缺陷,電極絲的損耗對加工精度無影響,但自身尺寸精度對快慢走絲加工精度均有直接的影響。
電火花線切割加工設(shè)備主要由機(jī)床本體、脈沖電源、控制系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)和機(jī)床附件等及部分組成。線切割加工的主要工藝指標(biāo)有切割速度、加工精度及加工表面質(zhì)量等。
線切割常見的裝夾方式1懸臂式支撐 2兩端式支撐 3橋式支撐 4板式支撐 5復(fù)式支撐
微機(jī)械:是指可以批量制作的,集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路,甚至外圍接口、通信電路和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng),也稱微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)或微型系統(tǒng)。
微機(jī)械主要特點(diǎn):1體積小,精度高,質(zhì)量輕
2、性能穩(wěn)定,可靠性高
3、能耗低,靈敏度和工作效率高
4、多功能和智能化
5、適用于大批量生產(chǎn),制造成本低。
6、集約高技術(shù)成果,附加價值高。
光刻加工:使用照相復(fù)印的方法將光刻掩模上的圖形印刷在涂有光致抗蝕劑的薄膜或基材表面,然后進(jìn)行選擇性腐蝕,刻蝕出規(guī)定的圖形。光掩膜制造技術(shù)、曝光技術(shù)和刻蝕技術(shù)是組成光刻技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)??涛g技術(shù)是一類可以獨(dú)立于光刻的微型機(jī)械關(guān)鍵的成型技術(shù),刻蝕分為濕法刻蝕和干法刻蝕。
LIGA是一種使用X射線的深度光刻與電鑄相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)深寬比大的微細(xì)構(gòu)造的成型方法。LIGA是德文的平版印刷術(shù)、電鑄成型和注塑的縮寫。
封接技術(shù)的目的是將分開制作的微機(jī)械部件在使用粘結(jié)劑的情況下連接在一起,封在殼中使其滿足使用要求。他影響到整個微機(jī)械的功能和尺寸,是關(guān)鍵技術(shù)。
分子裝配技術(shù):利用其探針的尖端可以俘獲和操縱分子和原子,并可以按照需要拼成一定的結(jié)構(gòu),進(jìn)行分子和原子的裝配制作微機(jī)械,這是一種納米級微加工技術(shù),是一種從物質(zhì)的微觀角度來構(gòu)造、制作微機(jī)械的工藝方法。
超精密加工方法主要有超精密切削、超精密磨削、超精密研磨和超精密細(xì)加工。
超精密切削對刀具的要求:
1、極高的硬度、耐磨度和彈性模量,以保證刀具有很高的刀具耐用度。
2、刃口能磨得及其鋒銳,刃口半徑極小,能實(shí)現(xiàn)超薄的切削厚度
3、刃口應(yīng)無缺陷
4、與工件材料的抗粘結(jié)性好,化學(xué)親和性笑、摩擦因數(shù)低,能得到極好的加工表面完整性。
超精密磨削加工是指利用細(xì)粒度的磨粒或微粉磨料進(jìn)行砂輪磨削、砂帶磨削,以及研磨、珩磨和拋光等進(jìn)行超精密加工的總稱,是加工精度達(dá)到或高于0.1um,表面粗糙度小于Ra0.025um的一種亞微米級加工方法。
高速加工技術(shù)是指采用超硬材料的刀具和磨具,能可靠地實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動的自動化制造設(shè)備,極大地提高材料切除率,并保證加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代化制造加工技術(shù)。
高速與超高速切削的特點(diǎn):
1、可減少工序,提高生產(chǎn)效率
2、切削力小、熱變形小
3、加工精度高
4、加工能耗低、節(jié)省制造資源。
高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)包括高速主軸、快速進(jìn)給系統(tǒng)、高性能CNC控制系統(tǒng)、先進(jìn)的機(jī)床結(jié)構(gòu)、高速加工刀具。高速主軸在結(jié)構(gòu)上幾乎全部采用主軸電機(jī)與主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式,簡稱電主軸。
高速切削通常使用的刀具材料:硬質(zhì)合金涂層刀具、陶瓷刀具、聚晶金剛石刀具、立方氮化硼刀具。
在實(shí)際應(yīng)用中,磨削速度在100M/S以上即被稱為高速磨削。高速磨削是提高磨削效率和降低工件表面粗糙度的有效措施。
逆向工程(RE)是相對于傳統(tǒng)正向工程而言的,又稱反求工程或反求設(shè)計,其實(shí)想最初是來自從油泥模型到產(chǎn)品實(shí)物的設(shè)計過程。逆向工程系統(tǒng)的組成:
1、產(chǎn)品實(shí)物幾何外形數(shù)字化
2、CAD模型重建(1、CAD模型的校驗(yàn)與修正
2、CAD模型的分析與改進(jìn)
3、CAD模型的校驗(yàn)與修正)
3、產(chǎn)品或模具制造
模型重建軟件包括:
1、用于正向設(shè)計的CAD/CAM/CAE軟件(Solidworks)
2、集成有逆向功能模塊的正向CAD/CAM/CAE軟件(Pro/E、UG)
3、專用的逆向工程軟件(Imageware)逆向工程的關(guān)鍵技術(shù):
1、數(shù)據(jù)采集與處理(數(shù)字化技術(shù))
2、曲面構(gòu)造(建模技術(shù))數(shù)字化方法主要分為接觸式測量和非接觸式測量
快速原型制造技術(shù)(RPM):綜合機(jī)械、電子、光學(xué)、材料等學(xué)科,能夠自動、直接、快速、精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)化為具有一定功能的原型或直接制造零件/模具。原理:徹底擺脫傳統(tǒng)的“去除”加工法,而基于“材料逐層堆積”的制造理念,將復(fù)雜的三維加工分解為簡單的材料二維的組合,它能在CAD模型的直接驅(qū)動下,快速制造任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體。
典型的RPM工藝方法:
1、光敏液相固化法SLA
2、疊層實(shí)體制造法LOM
3、選擇性激光燒結(jié)法SLS
4、熔融沉積制造法FDM
激光加工技術(shù):利用光能經(jīng)過透鏡聚焦后達(dá)到的很高的能量密度,依靠光熱效應(yīng)來加工各種材料。特性:
1、亮度強(qiáng)度高
2、單色性好
3、相干性好
4、方向性好 加工原理:激光加工是工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生的高溫熔融和沖擊波的綜合作用過程。特點(diǎn):
1、非接觸加工,加工速度快,熱影響區(qū)小,無明顯機(jī)械力,可加工易變形的薄板和彈性零件。
2、功率密度高,幾乎能加工所有的材料,3、激光光點(diǎn)直徑小,能進(jìn)行非常微細(xì)的加工。
4、不需要加工工具無工具損耗,適宜自動化生產(chǎn)。
5、通用性好
6、影響因素多,加工時精度和表粗度需反復(fù)試驗(yàn),尋找合理的加工參數(shù)達(dá)到要求。應(yīng)用:
1、激光打孔
2、激光切割
3、激光焊接
4、激光表面處理
超聲波加工原理:是利用工具端面作超生頻振動,通過磨料懸浮液加工,使工件成型的一種方法。
水射流切割:是以水作為攜帶能量的載體,用告訴水射流對各類材料進(jìn)行切割的一種工藝方法,是一種冷切割工藝。
計算機(jī)輔助設(shè)計CAD:是指工程技術(shù)人員以計算機(jī)為工具,用各自的專業(yè)知識,對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計、繪圖、分析和編寫技術(shù)文檔等設(shè)計活動的總稱。完整的CAD系統(tǒng)具有圖形處理、幾何建模、工程分析,仿真模擬以及工程數(shù)據(jù)庫的管理與共享等功能。CAD系統(tǒng)的軟件分為系統(tǒng)軟件,支撐軟件和應(yīng)用軟件三個層次。
計算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計CAPP:工藝設(shè)計是機(jī)械制造生產(chǎn)過程的技術(shù)準(zhǔn)備工作的一個重要內(nèi)容,是產(chǎn)品設(shè)計與車間的實(shí)際生產(chǎn)的紐帶,是經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)且隨環(huán)境變化而多變的決策過程。CAPP是應(yīng)用計算機(jī)快速處理信息功能和具有各種決策功能的軟件來自動深沉工藝文件的過程。目前常用的CAPP系統(tǒng)可分為派生式、創(chuàng)成式和綜合式三大類。
計算機(jī)輔助制造CAM:按計算機(jī)與物流系統(tǒng)是否有硬件接口聯(lián)系可將CAM功能分為直接應(yīng)用功能和簡介應(yīng)用功能。計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng):是指用數(shù)字化信號對設(shè)備運(yùn)行及其加工過程進(jìn)行控制的一種自動化技術(shù),也是典型的機(jī)械、電子、自動控制、計算機(jī)和檢測技術(shù)密切結(jié)合的機(jī)電一體化高新技術(shù)。
CNC機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控裝置、可編程控制器(PLC)、進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置、主軸伺服驅(qū)動裝置、輸入輸出接口,以及機(jī)床控制面板和人機(jī)界面等部分組成。其中數(shù)控裝置為機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的核心,其主要功能有運(yùn)動軸控制和多軸聯(lián)動控制功能。
數(shù)控加工編程的一般步驟:
1、工藝處理
2、數(shù)值計算
3、編制零件加工程序單
4、輸入零件加工程序單
5、程序校驗(yàn) CAD/CAM計算機(jī)輔助設(shè)計與計算機(jī)輔助制造,是一門基于計算機(jī)技術(shù)而發(fā)展起來的、與機(jī)械設(shè)計和制造技術(shù)相互滲透相互結(jié)合的、多學(xué)科綜合性的技術(shù)。
CAM是指應(yīng)用電子計算機(jī)來進(jìn)行產(chǎn)品制造的統(tǒng)稱。廣義CAM是利用計算機(jī)進(jìn)行零件的工藝規(guī)劃、數(shù)控程序編制、加工過程仿真等。在CAM過程中主要包括計算機(jī)輔助工藝設(shè)計軟件(CAPP)和數(shù)控變成軟件(NCP)狹義CAM理解為數(shù)控加工,包括刀具路徑規(guī)劃,刀位文件生成,刀具軌跡仿真及M代碼生成等。更為廣義的CAM是指應(yīng)用計算機(jī)輔助完成從原材料到產(chǎn)品的全部制造過程,包括直接制造過程和簡介制造過程。CAD/CAM系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)包括計算機(jī)和外部設(shè)備,軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和專業(yè)軟件組成。
制造自動化:狹義的含義是生產(chǎn)車間內(nèi)產(chǎn)品的機(jī)械加工和裝配檢驗(yàn)過程的自動化,包括切削加工自動化、工件裝卸自動化、工件儲運(yùn)自動化、零件與產(chǎn)品清潔及檢驗(yàn)自動化、斷屑與排屑自動化、裝配自動化、機(jī)器故障診斷自動化。廣義包含了產(chǎn)品設(shè)計自動化、企業(yè)管理自動化、加工過程自動化和質(zhì)量控制自動化等產(chǎn)品制造全過程以及各個環(huán)節(jié)綜合集成自動化,以使產(chǎn)品制造過程實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、及時、潔凈的目標(biāo)。制造自動化發(fā)展歷程分為剛性自動化、柔性自動化和綜合自動化三個發(fā)展階段。制造自動化的發(fā)展趨勢可用敏捷化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、全球化、綠色化六個方面來概括。工業(yè)機(jī)器人:工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多自由度的自動控制操作機(jī),是涉及機(jī)械學(xué)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能、計算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科技術(shù)為一體的現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備。
工業(yè)機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)以及位置檢測機(jī)構(gòu)等幾個部分構(gòu)成。
工業(yè)機(jī)器人的分類:按系統(tǒng)功能分:專用機(jī)器人、通用機(jī)器人、示教再現(xiàn)式機(jī)器人、智能機(jī)器人。按結(jié)構(gòu)形式分直角坐標(biāo)機(jī)器人、球坐標(biāo)機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)機(jī)器人、關(guān)節(jié)機(jī)器人。按驅(qū)動方式分氣動、液動、電氣 機(jī)器人選用和設(shè)計應(yīng)考慮的幾個指標(biāo):
1、自由度是衡量機(jī)器人技術(shù)水平的主要指標(biāo)。通用機(jī)器人有3-6個自由度。
2、工作空間是指機(jī)器人應(yīng)用手抓進(jìn)行工作的空間范圍。
3、提取重力。
4、運(yùn)動速度。通用機(jī)器人的最大直線運(yùn)動速度大多在1000mm/s以下,最大回轉(zhuǎn)速度一般不超過120°/s。
5、位置精度。典型的工業(yè)機(jī)器人定位精度一般在±0.02-±5范圍。
工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)分類:
1、按控制系統(tǒng)回路的不同,可分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。
2、按控制系統(tǒng)的硬件分,有機(jī)械控制、液壓控制、射流控制、順序控制和計算機(jī)控制。
3、按自動化控制程度分順序控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)
4、按編程方式分屋里設(shè)置編程控制系統(tǒng)、示教編程控制系統(tǒng)、高線編程控制系統(tǒng)。
5、按機(jī)器人末端運(yùn)動控制軌跡分點(diǎn)位控制和連續(xù)輪廓控制。工業(yè)機(jī)器人的性能特征:通用性、柔性、靈活性、智能性
柔性制造系統(tǒng)(FMS):概念:是集數(shù)控技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)以及現(xiàn)代管理技術(shù)為一體的現(xiàn)代制造技術(shù)。廣義:柔性制造系統(tǒng)是由若干臺數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲裝置和計算機(jī)控制系統(tǒng)組成。更為直觀的定義:柔性制造系統(tǒng)至少由兩臺機(jī)床、一套具有高度自動化的物料運(yùn)儲系統(tǒng)和一套計算機(jī)控制系統(tǒng)所組成的制造系統(tǒng),通過簡單改變軟件程序便能制造出多種零件的任何一種零件。
FMS組成:
1、加工系統(tǒng)包括由兩臺以上的CNC機(jī)床、加工中心或柔性制造單元(FMC)以及其他的加工設(shè)備組成2、工件運(yùn)儲系統(tǒng)由工件裝卸站、自動化倉庫、自動化運(yùn)輸小車、機(jī)器人、托盤緩沖站、托盤交換裝置等組成能對工件和原材料進(jìn)行自動裝卸、運(yùn)輸和存儲。
3、刀具運(yùn)儲系統(tǒng)包括中央刀庫、機(jī)床刀庫、刀具預(yù)調(diào)站、刀具裝卸站、刀具輸送小車或機(jī)器人、換刀機(jī)械手等。
4、一套計算機(jī)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對FMS進(jìn)行計劃調(diào)度、運(yùn)行控制、物料管理、系統(tǒng)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)通信等。除此之外還包含集中冷卻潤滑系統(tǒng)、切屑運(yùn)輸系統(tǒng)、自動化清洗裝置、自動去毛刺設(shè)備等附屬系統(tǒng)。FMS特點(diǎn):
1、柔性高,適應(yīng)多種中小批量生產(chǎn)
2、系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)床在工藝能力上是相互補(bǔ)充或互相代替的3、可混流加工不同的零件
4、系統(tǒng)局部調(diào)整或維修不中斷整個系統(tǒng)的運(yùn)作
5、遞階結(jié)構(gòu)的計算機(jī)控制,可以與上層計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信
6、可進(jìn)行三班無人值守生產(chǎn)
FMS關(guān)鍵技術(shù):計算機(jī)輔助設(shè)計,模糊控制技術(shù),人工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術(shù),人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
虛擬制造技術(shù)VM:是指物質(zhì)世界的數(shù)字化,也就是對真實(shí)世界的動態(tài)模擬和再現(xiàn),即虛擬現(xiàn)實(shí)。虛擬制造是以信息技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支持..CIMS計算機(jī)集成制造系統(tǒng):從系統(tǒng)的功能角度考慮,一般認(rèn)為CIMS是在兩個支撐分系統(tǒng)(網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))的基礎(chǔ)上由4個分系統(tǒng)組成:經(jīng)營管理信息系統(tǒng)、工程設(shè)計自動化系統(tǒng)化、制造自動化系統(tǒng)和質(zhì)量保證信息系統(tǒng)。
CIMS三大特征為數(shù)據(jù)驅(qū)動、集成、柔性 五個層次 :工廠級、車間級、單元級、工作站級和設(shè)備級。
LP:精益生產(chǎn) 精益生產(chǎn)方式的資源配置原則,是以徹底消除無效勞動和消費(fèi)為目標(biāo)。
NC:數(shù)控技術(shù) CNC:計算機(jī)數(shù)控 FMC柔性制造單元 FMS柔性制造系統(tǒng) CAD/CAM計算機(jī)輔助設(shè)計與制造 CAPP計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃 CAE計算機(jī)輔助工程 CAT計算機(jī)輔助檢測 ROBOT工業(yè)機(jī)器人 CIMS計算機(jī)集成制造系統(tǒng) CE并行工程 LP精益生產(chǎn) AM:敏捷制造 CM:綠色制造
第五篇:先進(jìn)制造技術(shù)
先進(jìn)制造技術(shù)論文
隨著我國制造業(yè)的的不斷發(fā)展,先進(jìn)制造技術(shù)得到越來越廣泛的應(yīng)用。先進(jìn)制造技術(shù)是在傳統(tǒng)制造的基礎(chǔ)上,不斷吸收機(jī)械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理技術(shù)等方面的成果,將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、加工裝配、檢驗(yàn)測試、經(jīng)營管理、售后服務(wù)乃至回收的制造全過程,以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn),提高對動態(tài)多變的市場的適應(yīng)能力和競爭能力的制造技術(shù)的總稱。
先進(jìn)制造技術(shù)不是一般單指加工過程的工藝方法,而是橫跨多個學(xué)科、包含了從產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、到產(chǎn)品銷售、用戶服務(wù)等整個產(chǎn)品生命周期全過程的所有相關(guān)技術(shù),涉及到設(shè)計、工藝、加工自動化、管理以及特種加工等多個領(lǐng)域,并逐步融合與集成??苫練w納為以下四個方面:
a、現(xiàn)代設(shè)計技術(shù) b、先進(jìn)制造工藝技術(shù) c、制造自動化技術(shù) d、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)
一、現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)
現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)包括CAD、CAE、CAPP、CAT、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、價值工程創(chuàng)新設(shè)計、反求工程、并行工程等。它的特點(diǎn)是:
(1)系統(tǒng)性(2)動態(tài)性(3)創(chuàng)造性
(4)計算機(jī)化(5)并行化、最優(yōu)化、虛擬化和自動化
在老師布置的課題中,我們小組做的是玩具手槍的外模,在這個過程中我們就是通過計算機(jī)UG做出來,正好體現(xiàn)了計算機(jī)化。
二、先進(jìn)制造工藝技術(shù)
先進(jìn)制造工藝技術(shù)主要包括了超精密加工技術(shù)、高速加工技術(shù)、快速成型制造技術(shù)、現(xiàn)代特種加工技術(shù)。
1、超精密加工技術(shù)已成為全球市場競爭取勝的關(guān)鍵技術(shù),它包括了所有能使用的零件的形狀、位置和尺寸精度達(dá)到微米和亞微米范圍的機(jī)械加工方法。超精密加工所涉及的技術(shù)鄰域包含以下幾方面
(1)超精密加工機(jī)制 它包括超精密切削、超精密磨削和超精密特種加工等。
(2)超精密加工的刀具、磨具及其制備技術(shù) 包括金剛石刀具的制備和刃磨、超硬砂輪的整修等是超精密加工的重要關(guān)鍵技術(shù)。
(3)超精密機(jī)床設(shè)備 超精密加工對機(jī)床設(shè)備有高精度、高剛度、高的抗振性、高穩(wěn)定性和高自動化的要求,具有微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)
(4)精密測量及補(bǔ)償技術(shù) 超精密加工必須有相應(yīng)級別的測量技術(shù)和裝置,具有在線測量和誤差補(bǔ)償。
(5)嚴(yán)格的工作環(huán)境 超精密加工必須在超穩(wěn)定的工作環(huán)境中進(jìn)行,加工環(huán)境的極微小的變化都可能影響加工精度。因此,超精密加工必須具備各種物理效應(yīng)恒定的工作環(huán)境,如有恒溫室、凈化間、防振和隔振地基等。
2、高速加工技術(shù)是指采用超硬材料的刀具和磨具,能可靠地實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動的自動化制造設(shè)備,極大地提高材料切除率,并保證加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代制造加工技術(shù)。高速加工的特征:
(1)切削力低(2)熱變形小
(3)材料切除率高(4)高精度
(5)減少工序
關(guān)鍵技術(shù):
(1)高速主軸(2)快速進(jìn)給系統(tǒng)
(3)高性能的CNC控制系統(tǒng)(4)先進(jìn)的機(jī)床結(jié)構(gòu)
(5)高速切削的刀具系統(tǒng)
3、快速成型制造技術(shù)是集CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、機(jī)械工程、電子技術(shù)和激光技術(shù)等技術(shù)于一體的綜合技術(shù),是實(shí)現(xiàn)從零件設(shè)計到三維實(shí)體原型制造的一體化系統(tǒng)技術(shù)。典型的快速成型制造工藝的方法:
(1)光敏液相固化法(2)選區(qū)片層粘結(jié)法
(3)選區(qū)激光燒結(jié)法(4)熔絲沉積成形法
特點(diǎn):
(1)高度柔性,可以制造任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體
(2)CAD模型直接驅(qū)動,設(shè)計制造高度一體化
(3)原型過程無需專用夾具或工具
(4)無需人員干預(yù)或較少干預(yù),是一種自動化的原型過程
(5)原型全過程的快速性,適合現(xiàn)代激烈的產(chǎn)品市場
4、現(xiàn)代特種加工技術(shù)是用非常規(guī)的切削加工手段,利用電、磁、聲、光、熱等物理及化學(xué)能量直接施加于被加工工件部位,達(dá)到去除、變形以及改變性嫩等目的的加工技術(shù),包括是激光加工、超聲波加工、水射流切割加工等。
(1)激光加工是利用光能經(jīng)過透鏡聚焦后達(dá)到很高的能量密度,依靠光熱效應(yīng)來加工材料。它經(jīng)常被用于打孔、切割、焊接、表面處理等加工工藝。
(2)超聲波加工時利用工具端面作超聲頻振動,通過磨料懸浮液加工脆性材料的一種成形加工方法。它經(jīng)常用于型腔拋磨加工、超聲清洗、超聲波復(fù)合加工。在金屬切削加工中引入超聲振動可以大大降低切削力,改善加工表面粗糙度,延長刀具壽命,提高加工效率。
(3)水射流切割加工技術(shù)室以水作為攜帶能量的載體,用高速水射流對各類材料進(jìn)行切割的一種工藝方法。水射流切割具有切口平整、無邊毛、無火花、加工清潔等特點(diǎn)。
三、制造自動化技術(shù)
狹義:是生產(chǎn)車間內(nèi)產(chǎn)品的機(jī)械加工和裝配檢驗(yàn)過程的自動化,包括切削加工自動化、工件裝卸自動化、工件儲運(yùn)自動化、零件與產(chǎn)品清潔及檢驗(yàn)自動化、斷屑與排屑自動化、裝配自動化、機(jī)器故障診斷自動化等。
廣義:包含了產(chǎn)品設(shè)計自動化、企業(yè)管理自動化、加工過程自動化、質(zhì)量控制自動化等產(chǎn)品制造全過程以及各個環(huán)節(jié)綜合集成自動化,以使產(chǎn)品制造過程實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、及時、潔凈的目標(biāo)。
發(fā)展趨勢:
(1)制造敏捷化(2)制造網(wǎng)絡(luò)化(3)制造虛擬化
(4)制造智能化(5)制造全球化(6)制造綠色化 計算機(jī)控制自動化技術(shù)
1、機(jī)床數(shù)控技術(shù)
數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字化信號對設(shè)備運(yùn)行極其加工過程進(jìn)行控制的一種 自動化技術(shù),也是典型的機(jī)械、電子、自動控制、計算機(jī)和檢測技術(shù)密切相結(jié)合的機(jī)電一體化高新技術(shù)。數(shù)控技術(shù)是實(shí)現(xiàn)制造過程自動化的基礎(chǔ),是自動化柔性系統(tǒng)的核心,是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的重要組成部分。它把機(jī)械裝備的功能、效率、可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量提高到一個新水平,使傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)生了深刻的變化。數(shù)控加工的主要特點(diǎn)是:加工的零件精度高;生產(chǎn)效率高;特別適合加工形狀復(fù)雜的輪廓表面;有利于實(shí)現(xiàn)計算機(jī)輔助制造;對操作者(不含編程人員)技術(shù)水平的要求相對較低;初始投資大、加工成本高。此外,數(shù)控機(jī)床是技術(shù)密集型的機(jī)電一體化產(chǎn)品,數(shù)控加工技術(shù)的復(fù)雜性和綜合性加大了維修工作的難度,需要配備素質(zhì)較高的維修人員和維修設(shè)備。
2、工業(yè)機(jī)器人
工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多自由度的自動控制操作機(jī),是涉及機(jī)械學(xué)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能、計算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科技術(shù)為一體的現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備。工業(yè)機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、位置檢測機(jī)構(gòu)等幾部分組成。
工業(yè)機(jī)器人的分類
按系統(tǒng)功能分類: 專用機(jī)器人、通用機(jī)器人、示教再現(xiàn)式機(jī)器人、智能機(jī)器人。
按驅(qū)動方式分類: 氣壓傳動機(jī)器人、液壓傳動機(jī)器人、電氣傳動機(jī)器人、按結(jié)構(gòu)形式分類: 直角坐標(biāo)機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)機(jī)器人、球坐標(biāo)機(jī)器人、關(guān)節(jié)機(jī)器人
3柔性制造系統(tǒng)
柔性制造系統(tǒng)是集數(shù)控集數(shù)、計算機(jī)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)為一體的現(xiàn)代制造技術(shù)。它是由若干臺數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲裝置和計算機(jī)控制系統(tǒng)組成,并能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)品種的變化迅速的進(jìn)行調(diào)整,以適應(yīng)多品種、中小批量生產(chǎn)的自動化制造系統(tǒng)。
加工系統(tǒng)的要求
(1)工序集中(2)控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展性好
(3)高剛度、高精度、高速度(4)自保護(hù)和自維護(hù)性好
(5)使用經(jīng)濟(jì)性好(6)對環(huán)境的適應(yīng)性與保護(hù)性好
四、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)
現(xiàn)代生產(chǎn)管理是指產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的計劃和管理,是機(jī)械制造企業(yè)中的一個重要的職能領(lǐng)域,主要包含生產(chǎn)計劃的合理制定、成本的有效控制、設(shè)備的充分利用、庫存的管理和控制、產(chǎn)品質(zhì)量的保證、財務(wù)狀況的及時分析等管理任務(wù)
特點(diǎn):(1)以技術(shù)為中心向以人為中心的轉(zhuǎn)變,充分重視人的作用,將人視為企業(yè)一切活動的主體,使技術(shù)的發(fā)展桁架的符合人類社會發(fā)展的需要。
(2)企業(yè)的生產(chǎn)組織,從遞階多層管理結(jié)構(gòu)形式向扁平網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,強(qiáng)調(diào)組織結(jié)構(gòu)簡化,減少結(jié)構(gòu)層次,增強(qiáng)生產(chǎn)組織體系的靈敏性。
(3)由傳統(tǒng)的順序工作方向并行作業(yè)方式轉(zhuǎn)變。
(4)企業(yè)從按功能計劃部門的固定組織形式,向動態(tài)的,自主管理的群體工作小組形式轉(zhuǎn)變。
(5)企業(yè)從單純競爭走向既有競爭又有結(jié)盟之路。
(6)質(zhì)量是企業(yè)尊嚴(yán)和品牌價值的起點(diǎn),快速響應(yīng)市場的競爭策略是制勝的法寶。(7)技術(shù)創(chuàng)新成為企業(yè)競爭的焦點(diǎn)。
總結(jié):在本次的課程中,我們小組做的是玩具手槍的外模,本來是準(zhǔn)備做花瓶的,但是想一想一個文藝范的東西用鐵做出來有點(diǎn)不美觀,于是我們決定做玩具槍。我們小組分工明確,有收集資料、UG制圖、PPT制作和演講,在制作玩具槍的過程中,我們小組用的是UG制圖,在這個過程中遇到一些問題,UG不是很會用,最后通過自我摸索和老師的幫助下,基本完成了我們的作品,然后就是PPT制作,在此過程中,我們討論了好久最后做出了我們想要的PPT。正是在主張的帶領(lǐng)下,我們認(rèn)真的完成了這次的課程,并且通過這次的實(shí)踐讓我收獲了很多,學(xué)習(xí)到了很多,讓我更加了解我的專業(yè)技能的重要性。