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1、先进制造技术助推装备工业可持续发展中国钢产量世界第一：需经铸造、锻压、热处理、焊接等成为机器零件全世界钢材的75%要进行塑性加工中国铸造、塑性成形和焊接规模世界第一：铸件年产量已达3200万吨锻造、冲压等成形超过2000万吨材料热处理和改性已超过年1500万吨中国装备制造业规模：中国规模以上机械制造企业10万多家2010年资产规模达到10.4万亿元汽车、发电设备、机床等装备产品产量跃居世界第一。一、机械装备工业发展现状一、机械装备工业发展现状制造精度低、加工余量大：全世界每年约有 1亿吨金属材料在机械加工过程中被切削掉。加工余量的减少将使得能源消耗和材料消耗大幅度降低。材料浪费大、能源消耗高：
2、制造业产品能耗和产值能耗约占工业一次能耗的 63%。制造工艺差，废弃物排放量大：每年因污水排放和 SO2排放导致大量的经济损失和环境污染。控制水平差，设备效率低：在锻压自动线方面，美国 5085条，日本 9000条，德国 6130条，广泛应用多工位锻压机、电动、液压螺旋压力机等先进锻压设备。发展先进制造技术实现节能减排发展先进制造技术实现节能减排传统手工制造大工业化制造先进制造生物化 基于生物原理的制造技术数字化 数字化模拟、柔性制造、计算机集成制造、远程诊断与预测精密化 少无切削、超精加工、微纳制造绿色化 节能、降耗、高效率机械装备制造技术的发展趋势机械装备制造技术的发展趋势装备装备关键关键
3、部件部件引入引入节能节能技术技术无废无废弃物弃物制造制造促进促进循环循环利用利用产品制造与装备规格相匹配自动自动控制控制提高提高装备装备使用使用效率效率装备装备再制再制造再造再使用使用获得获得推广推广二、机械装备行业节能减排新技术及设备二、机械装备行业节能减排新技术及设备 通过产品设计、制造及管理过程数字化，提高产品开发与制造能力，减少零件数量、减轻零件重量、采用优化设计使原材料的利用率达到最高，根据美国科学研究院工程技术委员会的测算：模拟仿真可提高产品质量515倍增加材料出品率25降低工程技术成本13%30%降低人工成本5%20%提高投入设备利用率30%60%缩短产品设计和试制周期30%60
4、%等。1.数字化制造融入装备设计及制造过程数字化制造融入装备设计及制造过程保险杠 温度场热成形工艺数值模拟热成形工艺数值模拟13保险杠热成形中工件的厚度和主应变分布有限元模型B柱 厚度分布与成形极限图冲压过程中模具冷却系统流体场整体式冷却管道模具强度数值模拟示意模具强度模拟分析热冲压模具开发热冲压模具开发14虚拟现实技术则是一种 集成多种模拟仿真 的技术。采用计算机技术为核心生成逼真的视、听、触觉等一体化的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互，互相影响从而产生身临其境的感受与体验。虚拟现实技术轿车生产线虚拟现实场景 虚拟传输装配线虚拟现实工厂生产线设计校验与工艺评
5、估虚拟现实生产线高新技术推动下发展起来的一类新材料高新技术推动下发展起来的一类新材料:具有高比强具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损在提高新一代飞机和航空发动机性能的工作中，新材料结构在提高新一代飞机和航空发动机性能的工作中，新材料结构的贡献率为的贡献率为5070；在减少飞机和发动机重量工作中，制；在减少飞机和发动机重量工作中，制造技术和材料的贡献率占造技术和材料的贡献率占7080。汽车节油有汽车节油有 37%靠材料轻量化，靠材料轻量化， 40%靠发动机改进。绝热发动靠发动机改进。绝热发动机（不冷却）主要靠材料性能提高。机（不冷却）主要靠材料性能提
6、高。通用汽车公司采用奥贝通用汽车公司采用奥贝球铁代替淬火钢生产汽车后桥螺旋伞齿轮，节约能耗球铁代替淬火钢生产汽车后桥螺旋伞齿轮，节约能耗50，成，成本降低本降低40。2.新材料应用促进机械装备减量化新材料应用促进机械装备减量化ADI在汽车零件中的应用 ADI在汽车零件中的应用20福田迷迪新能源汽车车门防撞梁设计福田迷迪新能源汽车车门防撞梁设计福田迷迪新能源汽车21侧面碰撞后的测评满分CAE仿真分析美国提出了2020年原材料消耗量减少15%、加工废屑减少90%，能耗减少75%，锻造成形模具寿命提高10倍的目标 。美国PCC公司铸造了直径达2m的GE90钛合金发动机风扇轮毂，尺寸公差可达0.13m
7、m，最小壁厚达1.0mm-2.0mm。德国、日本采用冷锻精密成形使锻件的精度可达0. 2mm，机加工余量仅留0.15mm磨削余量，真正实现了净形成形。3.装备零部件毛坯制造趋向近净成形装备零部件毛坯制造趋向近净成形在汽车工业中：压力铸造、消失模铸造等已成为新一代汽车薄壁、高质量轻合金缸体铸件的三种主要精确铸造成形方法。BMW镁合金直列六缸发动机a)料模样b) 铸铁件精确铸造成形齿形零件的冷、温、热精密锻造在 1600吨热模锻压机上热精锻齿轮精锻齿轮锻件成品精确锻造成形无模碾压成形工艺实验 碾压成形技术 传统加工中大量使用切削液的种种弊端：环境污染：土壤和河流的重要污染源；危害健康：工人吸入后引
8、发各种疾病；使用成本：切削液的购置、仓储、后处理成本昂贵；刀具影响：对刀具表面有热冲击效应，造成微裂纹；加工质量：金属屑混在切削液的循环系统中影响加工质量4.装备零部件制造过程推进清洁生产装备零部件制造过程推进清洁生产干式切削绿色切削技术干磨削干冻磨削技术液氮冷却技术冷风冷却技术微量润滑技术准干切削强冷风磨削技术雾化冷却技术干式切削 强冷风干冻磨削加工方法及其装置，可以消除杜绝有害液体的排放和污水处理；取消冷却液后，磨削表面质量和传统方法基本一致甚至更高 喷嘴特殊结构的设计，并成功应用于冷冻压缩空气的喷射，有效削弱了噪声，取得显著成果干冻磨削加工方法研究上海机床厂干冻磨削试验机床专用砂轮及喷嘴
9、热处理是目前的能耗大户， 90%以上热处理设备采用电加热，其电耗占制造企业电耗的 20%-30%。热处理过程中不断产生的热辐射、废烟气、废水、粉尘和噪音对环境也造成一定程度的污染。高效节能、少无变形、清洁热处理技术是热处理技术发展的重要方向之一。美国能源部制定的 2020年发展规划中就要求热处理行业节约能量消耗 80%、减少生产成本 75%，实现零排放等。高效节能热处理高效节能热处理线非调制钢热处理生产线高效节能热处理线绿色电镀设备国家绿色镀膜工程技术研究中心 开发出了环保性三价铬电镀工艺和材料，其工艺及材料技术指标和环保符合 ROHS指令要求 。 废渣减少到六价铬镀液的约 1/30，电镀废液
10、排放减少 60。在电流效率一定的情况下，耗用相同的电量三价铬镀液的生产效率比六价铬镀液高 50。 无害化三价铬电镀工艺a)三价铬电镀工艺b)六价铬电镀工艺（注：三价铬电镀工艺和六价铬电镀工艺对比情况，三价铬环保性好，没有六价铬雾，废水处理简单容易。）电镀工艺比较 无害化三价铬电镀工艺三价铬电镀塑料零件三价铬电镀标牌三价铬电镀按纽无害化三价铬电镀工艺应用示例氮气保护无铅再流焊设备高抗氧化钎料无铅钎焊技术应用研究4.装备零部件制造过程推进清洁生产装备零部件制造过程推进清洁生产 无铅钎焊技术5.5.短流程化生产减少资源消耗 以快速制造为代表的大量快速、高效、清洁的柔性制造技术在工业中获得广泛应用，有
11、效解决了个性化小批量生产与制造成本之间的矛盾10天 设计变成零件铸型数字化加工原理三维三维 CAD模型模型输出输出自动规划路径自动规划路径加工仿真加工仿真驱动设备加工得到铸型得到铸型-300-250-200-150-100-50050100150200-250-200-150-100-50050100-10-50510152025XYZ无模化铸件快速制造技术及设备无模化铸件快速制造技术及设备高效高速铸型数字化加工成形机高效高速铸型数字化加工成形机SSM550成型尺寸550 450 200mmSMM1300成型尺寸1300 1000 700mmSSM1000成型尺寸1000 1000 400mm
12、专利:ZL200720176247.4、ZL200820183436.9国际专利PCT/CN2009075126)专利200710145753.1、2008102467520、200810110566.4系列化设备无模化铸件快速制造技术及设备无模化铸件快速制造技术及设备砂芯尺寸500mm350mm80mm；六面加工，整体镂空；最薄处仅有十几毫米；由三维CAD模型生成加工代码0.5小时；加工时间：10小时典型铸型加工典型铸型加工卡车离合器壳体下模，尺寸是680mm 300mm 200mm ，离合器壳体上下模直接加工仅用 20小时。在一块砂块上同时加工铸型上下模，仅用8小时；上模铸型尺寸：450m
13、m 220mm 120mm与快速原型技术相结合，采用快速原型技术制作砂芯；铸型、砂芯装配一次性成功，尺寸非常吻合典型铸型加工铸型上模、下模、砂芯、浇冒口合箱情况铸件一次性浇注成功，由于采用普通砂配比制作铸型，通气性良好，表面无气孔缺陷典型铸型加工汽车覆盖件模具开发尺寸： 930mm 430mm 240mm开发周期：传统 4个月缩至 5天节约成本： 50万左右加工余量：由 15 20mm减至 3 5mm汽车覆盖件模具开发 a. EOSINT M250b. Volvo轿车齿轮c. 电机壳体EOS公司的设备及其制品5.短流程化生产减少资源消耗金属激光直接制造高强钢板温热成形(2)板料加热系统(1)自
14、动化传送装置 (3)模具冷却装置 (4)成形模具冷却管道1、 2、加热3、成形、淬火下料(1) (2) (3) (4)由模具直接将钢板在成形过程中冷却淬火，而且成形与淬火在同一个工序内同一模具上同时进行5.短流程生产减少资源消耗短流程生产减少资源消耗6.机械装备关键部件引入节能化技术机械装备关键部件引入节能化技术变频调速电动机石油化工生产过程 中，流量、液面、压力等工艺参数常随工况的改变而改变。常规的采用 控制阀门或挡板开度的方法来改变流量、液面等参 数实际上是人为的增减阻力的方法实现调节，能量 大量损失在阀门或档板的阻力上。变频调速装置可高 效率、精确地调节交流电动机的转速，使得流量、压力、
15、液面等工艺参 数的控制由低效的阀门、档板的节流控制跃变为高 效的转速控制，从而 节省大量的能耗 。焊缝形状比较（激光焊接、复合焊接、MIG焊接）激光-电弧复合焊接技术（ Audi A8，焊缝长 4.5m ）6.机械装备关键部件引入节能化技术机械装备关键部件引入节能化技术复合成形复合成形美国提出 “无废弃物加工 ”的新一代制造技术，即加工过程中不产生废弃物；或产生的废弃物能被整个制造过程中作为原料而利用，并在下一个流程中不再产生废弃物。7.无废弃物制造促进资源循环利用无废弃物制造促进资源循环利用7.无废弃物制造促进资源循环利用无废弃物制造促进资源循环利用无废弃物成形加工既减少了废物、污染和能量消耗，又不会破坏环境，必然成
