《制造工艺概述》PPT课件.ppt

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1、赵钦新 博士,锅炉压力容器制造工艺学,第1章 制造工艺概述,1.1 生产含义1.2 制造含义1.3 制造工艺概念1.4 零件制造工艺方法1.5 机械制造工艺的重要性1.6 课程内容及特点,第1章 制造工艺概述1.1 生产含义1.生产(Production)含义 生产活动是人类赖以生存和发展最基本活动。从系统观点出发，生产被定义为一个将生产要素经过生产过程转变为生产财富，并创造效益的输入输出系统。生产要素：原材料，生产资料，能源，劳动力，生产信息等 经济财富：有形财富(产品)和无形财富(服务),转 变,输入,生产财富,生产要素,生产过程,输出,1.1 生产含义2.生产过程 生产过程是指将原材料转

2、变为成品全过程。机械制造技术的生产过程包括下列过程：(1)原材料、半成品和成品(产品)运输和保管；(2)生产和技术准备工作，如产品开发和设计、工艺设计、专用工艺装备的设计和制造、各种生产资料准备以及生产组织等准备工作；(3)毛坯制造，如铸造、锻压和焊接等；(4)零件的机械加工、热处理和其它表面处理；(5)产品装配、调整、检验、试验、油漆包装。,第1章 制造工艺概述1.2 制造含义1.制造基本概念 制造可以理解为制造企业的生产活动，即制造也是一个输入输出系统，其输入的也是生产要素，输出的是具有使用价值的产品。2.大制造概念 生产企业通常可以划分为三种大的类别：第一产业系指直接利用自然资源的种植业

3、、养殖业和采矿业。第二产业系指将第一产业生产的原料转化为产品的企业。第三产业通常指金融和服务行业。制造业属于第二产业范畴。,1.2 制造含义2.大制造概念,大制造,第一产业,第二产业,第三产业,种植业农业、林业,养殖业渔业畜牧业,采矿业采矿、石油,能源、机械、冶金,制药、轻工、纺织,金融、保险、交通,运输、商业、教育,通讯、旅游、服务,钢铁、化工、电子,制造业的社会功能,1.2 制造含义2.大制造概念 美国将第二产业中除建筑和能源以外的其他行业均视为制造业。这里“制造”是一个“大制造”的概念，是对“制造”的广义理解，有助于我们了解整个制造系统。在当今的信息时代，广义的大制造的概念已为越来越多的

4、人所接受。大制造概念中，制造应包括从市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、销售运输直至售后服务的全过程。与大、小制造概念相对应，制造技术也有广义和狭义之分。广义理解制造技术涉及生产活动的各个方面的全过程；狭义理解制造技术则重点放在机械加工和装配工艺上。,1.2 制造含义3.小制造概念 传统上，制造及制造过程常被理解为从原材料或半成品经加工和装配后形成最终产品的具体操作过程，包括毛坯制造、零件加工、检验、装配、包装、运输等。这是一个“小制造”的概念，是对“制造”的狭义理解，有助于掌握具体的制造过程。按照小制造概念，制造过程主要考虑企业内部生产过程中物质流，而较少涉及生产过程中信息流。

5、从专业和技术研究的角度出发，小制造概念是比较适用的。,1.2 制造含义4.制造业在国民经济发展中地位 美国68%的财富来源于制造业；日本，国民经济总产值的约49%由制造业提供。先进工业化国家约有1/4人口从业于制造业；非制造业部门中，有约1/2人员工作性质与制造业密切相关。任何一个经济发达国家，无不具有强大机械制造业，许多国家经济腾飞，机械制造业功不可没。其中，日本最具代表性。二战后，日本先后提出“技术立国”和“新技术立国”口号，全面支持机械制造业发展，并抓住机械制造的关键技术精密工程、特种加工和制造系统自动化，使日本战后短短30年里，一跃成为世界经济大国。,第1章 制造工艺概述1.3 制造工

6、艺概念1.制造工艺生产过程中制造工艺方法和制造工艺过程的总称,制造工艺,制造工艺方法,制造工艺过程,成形工艺方法,装配工艺方法,工艺规程设计,表面加工方法,工艺路线设计,工艺要素组织,1.3 制造工艺概念2.制造工艺过程 是利用加工方法 使原材料具有一 定形状和尺寸及 表面质量最终成 为合格零件过程。,制造工艺过程,毛坯制造工艺过程,装配工艺过 程,铸造工艺过程,焊接工艺过程,特殊加工过程,锻压工艺过程,特种加工过程,切削加工过程,机械加工工艺过程,检验试验过程,调整修配过程,连接工艺过程,1.3 制造工艺概念3.制造工艺规程 规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。制

7、造工艺规程是连接产品设计和产品制造的桥梁。工艺规程是指导生产、组织生产、管理生产的主要工艺文件，是加工、检验、验收、生产调度与安排的主要依据。,工艺规程,设计,制造,第1章 制造工艺概述1.4 零件制造工艺方法1.根据零件制造工艺过程中物料加工前后在质量上的变化方向，制造工艺方法分为三类：材料成形法，材料去除法和材料累加法。(1)材料成形法 进入工艺过程的物料，加工前后的质量相等或近似相等。常用材料成形法有铸造、锻压、冲压、粉末冶金、注塑成形等，这些工艺方法使物料受控地改变其几何形状，多用于毛坯制造，但也可直接成形零件。(2)材料去除法 零件形状的改变是通过去除一部分材料，减少一部分质量来实现

8、的。根据工件形态变化过程和能源作用形式，材料去除法又可分为四种类型。,材料去除法制造工艺方法,1.4 零件制造工艺方法分类(3)材料累加法 传统材料累加方法主要是铆接、焊接和粘接，通过这些不可拆卸连接方法使物料结合成一个整体，形成零件。快速原型制造技术(RPM-Rapid Prototyping Manufacturing)，是材料累加法的新发展。它将CAD、CAM、计算机数控(CNC)、精密伺服驱动、新材料等先进技术高度集成，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，得到各层截面轮廓。按照轮廓，激光束选择性地切割一层层纸（或固化一层层液态树脂，或烧结一层层粉末材料），或喷射源选择

9、性地喷射一层层粘接剂等，形成薄层，逐步迭加成三维实体。,材料累加法RPM制造工艺方法,1.4 零件制造工艺方法分类,机械制造工艺,材料成形工艺,材料去除工艺,材料累加工艺,铸 造,锻 压,粉末冶金,根据零件加工前后物料质量变化分类，总结如下：,切削加工,特种加工,焊接粘接,表面工程,RPM成形,1.4 零件制造工艺方法分类,机械制造工艺,毛坯成形工艺,机械加工工艺,装配工艺,切削加工,特种加工,2.按生产过程分类的机械制造工艺,表面工程,特殊加工,铸、锻、焊,粉末冶金,连接、检验,修配、调整,第1章 制造工艺概述1.5 制造工艺的重要性 分三个层次进行阐述：1.锅炉压力容器 在重化工业发展中地

10、位。2.机械制造技术 是社会生产力的主要体现。3.锅炉压力容器制造工艺 在机械设备质量控制中地位。,1.锅炉压力容器 在重化工业发展中地位,(1)重化工业一般包括能源，电力、机械、冶金、石化等行业，属国家基础工业行业；(2)锅炉属于能源与动力机械的重要组成部分，我国仍以火力发电为主，占总发电量75，锅炉是火力发电的“心脏”，锅炉制造技术影响锅炉装备的安全运行和电力工业技术的进步。电力工业是国民经济发展的基础,现代文明的基石发电量%GDP%。,电力工业GDP,19782000发电量%7.9%GDP%9.53%平均弹性系数0.81,国际能源机构IEA,平均弹性系数0.81,(3)能源与动力机械是一

11、种实现能源与动力转换的机械装置，均含有大型压力容器。蒸汽动力装置火力发电厂（锅炉，集箱，四管，给水加热器）；燃气蒸汽动力装置燃气蒸汽联合循环发电装置(余热锅炉，集箱，四管)；核动力装置核动力发电，核潜艇，核巡洋舰（反应堆壳体，蒸发器）；以上动力装置都由锅筒，集箱，承压管，蒸汽发生器等大型压力容器构成；,蒸汽动力装置600MW自然循环火力发电机组,燃气蒸汽联合循环动力装置,核动力装置,压水堆核电厂原理图,(4)压力容器是组成能源动力、石油化工、国防工业大型成套装置的主要设备，压力容器设备制造技术影响大型成套装置的长周期安全运行。(5)制造工艺是制造方法和制造工艺过程的总称。任何机械产品的设计都必

12、须通过工艺手段才能最终被物化为现实的产品；(6)没有先进制造工艺，很难有先进机械产品(7)制造工艺进步对生产力的发展与生产率的提高做出的贡献最大，超过所有其他因素（如资金、劳动力等）所做出贡献的总和,(8)锅炉压力容器是组成影响国民经济发展基础设施的重要部件。(9)本课程主要研究构成锅炉和压力容器主要组件、部件、零件的制造方法，制造工艺和工艺设备的本质和规律。(10)本课程研究如何合理利用制造设备，采用先进制造方法和工艺，高效率地生产出高质量，低成本的机械产品。(11)锅炉压力容器是国家大型基础设施中核心的技术设备，如：,300MW电站锅炉锅筒,1000 MW蒸汽发生器,中国第一台千吨级反应器

13、,核反应堆壳体,年产20万吨氨合成塔容器,728MW核电高压加热器 660MW火电高压加热器,大型球形压力容器,1.5 制造工艺的重要性第二个层次：1.锅炉压力容器 在重化工业发展中地位。2.机械制造技术 是社会生产力的主要体现。3.锅炉压力容器制造工艺 在机械设备质量控制中地位。,(1)锅炉压力容器制造属于机械制造技术分支。(2)机械制造技术，广义上讲，是按照国民经济和工业发展的需要，运用主观上掌握的知识和技能，操纵可以利用的客观物质工具，采用先进有效的方法，使原材料转化为物质产品的过程所施加的所有手段的总和，是生产力的主要体现。(3)机械制造技术是一个国家经济持续增长的根本动力；锅炉压力容

14、器是国家重大动力机械和重化工业装备的重要组成部分。(4)机械制造技术也是国家安全的重要基础，为国防提供武器装备，世界军事强国，无一不是机械制造业的强国。,(5)机械制造技术是高科技产业的重要基础，基础高科技被认为有六大领域：1.能源科技 2.材料科技 3.制造科技 4.生命科技 5.计算机科技 6.信息科技(6)机械制造为其他工业部门提供设备，世界高科技强国，无一不是机械制造业强国。(7)机械制造技术制约国防工业和高科技发展，对国家安全和综合国力产生重要影响。,1.5 制造工艺的重要性第三个层次：1.锅炉压力容器 在重化工业发展中地位。2.机械制造技术 是社会生产力的主要体现。3.锅炉压力容器

15、制造工艺 在机械设备质量控制中地位。,(1)制造工艺在很大程度上决定了所制造生产的机械（或机器）与设备的质量；除原材料质量外，制造工艺决定机械产品制造质量和可靠性；(2)机械与设备的制造质量是机械设备长周期、安全、可靠运行的基本保障；(3)锅炉与压力容器的制造质量对国民经济的发展和人民生活安定具有重大意义。如：电站锅炉制约我国电力工业和国民经济发展以及人民生活质量的改善，一旦其中的零件或部件发生质量问题，将会形成局域性停电事故，轻则造成重大基础设施的严重破坏，重则造成人民群众的恐慌。,1)锅炉安全影响区域经济发展和社会稳定 1993年3月10日，浙江北仑港电厂一台配600MW发电机组的电站锅炉

16、发生炉膛爆炸事故，造成23人死亡，24人受伤，机组停用抢修132天，减少发电近14亿度。该事故造成区域性供电紧张：宁波市的企业被迫实行停三开四；杭州市的企业被迫实行停二开五；致使整个浙江省工农业生产受到严重影响，严重影响人民生活和社会安定。,2)美国美国电力可靠性协会(NERC)统计，过去10年来全美锅炉爆管事件为40533件，锅炉爆管是造成非计划停炉的主要原因，约占80，每年由此而造成的损失超过75亿美元，损失6的发电量。3)我国中国发电设备成套设计研究所(SPERI)统计，2003年，全国运行的所有机组(表)因锅炉承压部件爆管和泄漏，就少发电91.66亿度。1度电利润取平均值0.04元，产

17、生的社会产值约为5元至9元,取平均值7元，2003年的锅炉爆漏事故的直接经济损失约为3.67亿元；其间接经济损失约为642亿。,我国大容量锅炉非计划停运统计,(4)美国的研究指出:随着发电机组容量的增大,电站锅炉/汽轮机事故成比例增加;90125MW2.5倍 200389MW3.1倍 600MW7.1倍(5)苏联的研究指出：蒸汽参数不变时，机组事故损失和机组功率的平方成正比，因此,1000MW发电机组事故损失是300MW机组的10倍；(6)目前，发电机组正在向超超临界参数(压力，温度)超大容量的方向发展，对新型耐热钢的制造工艺提出了更高的要求；,(7)美国最早发展超超临界压力机组 1957年开

18、始投入第1台125MW，31MPa,621/566/566C的超超临界机组;1959年又投入Eddystone1号325MW，34.4MPa,649/566/566C的超超临界机组；但由于机械和金属材料方面的原因，该机组大多数时间是在32.4MPa,605/566/566C的蒸汽参数下运行，主要是因为异种钢焊接工艺有问题引起的高温热应力和疲劳开裂而造成。因为制造工艺限制，后来建造的超临界机组不得不退回到24.126.5MPa，538543/538566C超临界参数。1980s后期材料和工艺进步后，国际社会才重新考虑超超临界机组。,(8)压力容器制造质量事故往往影响巨大，给人民财产和生命造成极大

19、损失。如：1979年12月18日14点7分，吉林市煤气公司液化气站的102号400m3液化石油气球罐发生破裂，遇明火发生燃烧，引起球罐爆炸，大火烧了19个小时，致使5个400m3的球罐，4个450m3卧罐和8000多只液化石油气钢瓶(其中空瓶3000多只)爆炸或烧毁，死36人，重伤50人，直接经济损失约627万元。根据断口特征和断裂力学估算，该球罐的破裂是属于低应力的脆性断裂，主断裂源在上环焊缝的内壁焊趾上，长约65mm。,第1章 制造工艺概述1.6 课程内容和特点1.课程的性质(1)应用性技术学科 属于机械制造技术分支，应具备动力机械原理、材料、工业设备生产等知识(2)一门专业课 热加工和冷

20、加工技术(3)课程的指导思想 在保证制造质量的前提下达到提高生产率和经济性的目的,第1章 制造工艺概述1.6 课程内容和特点2.课程的任务(1)掌握锅炉和压力容器毛坯制造、机械加工、装配等方面的方法和原理，增强工艺与产品设计协调一致的概念。(2)了解锅炉压力容器零部件制造工艺规程设计的方法、内容和步骤。(3)掌握锅炉压力容器典型部件的制造工艺特点。(4)了解制造设备和制造工具。(5)了解当前锅炉压力容器制造工艺的发展趋势。,第1章 制造工艺概述1.6 课程的内容和特点3.课程的特点(1)一是实践性强，将技术科学应用于生产实践(2)二是涉及内容广，涉及原理、方法和设备(3)三是与设计相关，工艺、

21、设计一体化(4)四是应用灵活性。工艺理论和工艺方法的应用灵活性、兼容性很强。(5)五是学科综合性，综合运用理学(数学，物理，化学)，机械工程，电气工程，力学，材料科学与工程，动力工程及工程热物理，计算机与信息科学，控制科学与工程学科知识。,思考题1.说明生产的含义？2.说明制造的含义？3.按零件加工前后物料质量变化制造工艺如何分类?4.按生产过程，制造工艺如何分类?5.说明机械制造技术的含义？6.说明锅炉压力容器制造工艺对控制机械设备质量的重要性？,1.朱其芳,赵钦新.动力机械与设备制造工艺学.陕西:西安交通大学出版社,19992.黄天佑等.材料加工工艺.北京：清华大学出版社,20043.刘雅政等.材料成形理论基础.北京:国防工业出版社,20044.肖纪美.宏观材料学导论.黑龙江:哈尔滨工业大学出版社,2004,参考文献,