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1、1.1 1.1 材料材料材料材料成型工艺成型工艺成型工艺成型工艺设计基本问题设计基本问题设计基本问题设计基本问题1.1.11.1.1材料材料材料材料成型工艺成型工艺成型工艺成型工艺设计的任务设计的任务设计的任务设计的任务（1）合理）合理选择成形方法并安排好工艺路线，是保证产品质量、并达到技术经济指标要求的重要依据选择成形方法并安排好工艺路线，是保证产品质量、并达到技术经济指标要求的重要依据。（2）通常将设计成品和半成品的制造工艺规程称为毛坯成形工艺设计）通常将设计成品和半成品的制造工艺规程称为毛坯成形工艺设计。（3）材料成形工艺设计的核心任务就是根据材料成形工艺设计要求制订合理的工艺制度，计算
2、正确的工艺参）材料成形工艺设计的核心任务就是根据材料成形工艺设计要求制订合理的工艺制度，计算正确的工艺参数，从而制造出满足要求的产品。这一过程是繁琐而复杂的，需要设计工作者秉承认真负责的工作态度，利数，从而制造出满足要求的产品。这一过程是繁琐而复杂的，需要设计工作者秉承认真负责的工作态度，利用各类辅助设计工具，准确高效的完成设计任务。用各类辅助设计工具，准确高效的完成设计任务。1 1 材料材料材料材料成型工艺成型工艺成型工艺成型工艺设计概述设计概述设计概述设计概述1.1.2 材料材料成型工艺成型工艺设计的原则设计的原则（1）使用性原则）使用性原则材料的使用性是指机械零件或构件在正常工作情况下材
3、料应具备的性能。满足材料的使用要求是保证产品完成规定功材料的使用性是指机械零件或构件在正常工作情况下材料应具备的性能。满足材料的使用要求是保证产品完成规定功能的必要条件，是材料成形工艺设计应主要考虑的问题能的必要条件，是材料成形工艺设计应主要考虑的问题。（2）工艺性原则）工艺性原则材料的工艺性是指材料适应某种加工的性能。有些材料如果仅从产品的使用性能要求来看是完全合适的，但无法加工材料的工艺性是指材料适应某种加工的性能。有些材料如果仅从产品的使用性能要求来看是完全合适的，但无法加工制造或加工制造很困难，成本很高，这些都属于工艺性不好。因此工艺性的好坏，对产品成形的难易程度、生产效率、制造或加工
4、制造很困难，成本很高，这些都属于工艺性不好。因此工艺性的好坏，对产品成形的难易程度、生产效率、生产成本等方面起着十分重要的作用。生产成本等方面起着十分重要的作用。（3）经济性原则）经济性原则经济性原则一般指应使产品的生产和使用的总成本降至最低，经济效益最高。总成本包括材料价格，成品率、加工费经济性原则一般指应使产品的生产和使用的总成本降至最低，经济效益最高。总成本包括材料价格，成品率、加工费用、加工过程中材料的利用率、回收率，寿命以及材料的货源、供应、保管等综合因素用、加工过程中材料的利用率、回收率，寿命以及材料的货源、供应、保管等综合因素。1.1.3材料材料成型工艺成型工艺设计的要求设计的要
5、求在材料成形工艺设计各环节的完成过程中，设计工作者最好具有以下能力：在材料成形工艺设计各环节的完成过程中，设计工作者最好具有以下能力：（1）运用所学知识对材料成形工艺技术问题进行综合、分析、归纳和论证的能力；）运用所学知识对材料成形工艺技术问题进行综合、分析、归纳和论证的能力；（2）对材料成形工艺技术问题进行设计和计算的能力；）对材料成形工艺技术问题进行设计和计算的能力；（3）编写技术报告和设计说明书的能力，利用工程图纸表达设计思想和绘制工程技术图纸的能力；）编写技术报告和设计说明书的能力，利用工程图纸表达设计思想和绘制工程技术图纸的能力；（4）查找和阅读国内外技术资料的能力；）查找和阅读国内
6、外技术资料的能力；（5）良好的组织管理能力、较强的交流沟通、环境适应和团队合作的能力。）良好的组织管理能力、较强的交流沟通、环境适应和团队合作的能力。1.2 1.2 材料材料材料材料成型工艺成型工艺成型工艺成型工艺设计的主要方法设计的主要方法设计的主要方法设计的主要方法1.2.1 经验经验设计设计（1）随着）随着生产的发展，产品逐渐复杂起来，对产品的需求量也开始增大，单个手工艺人的经验或其头脑中自己的构生产的发展，产品逐渐复杂起来，对产品的需求量也开始增大，单个手工艺人的经验或其头脑中自己的构思已难以满足这些要求：到了思已难以满足这些要求：到了17世纪，数学和力学得到了很大发展并建立了密切联系
7、，人们开始运用经验公式来解世纪，数学和力学得到了很大发展并建立了密切联系，人们开始运用经验公式来解决设计中的一些问题，并开始按图纸进行制造，如早在决设计中的一些问题，并开始按图纸进行制造，如早在1670年就出现了有关大海船的设计图纸。图纸的出现，既可年就出现了有关大海船的设计图纸。图纸的出现，既可使具有丰富经验的手工艺人通过图纸将其经验或构思记录下来，传于他人，便于用图纸对产品进行分析、改进和提使具有丰富经验的手工艺人通过图纸将其经验或构思记录下来，传于他人，便于用图纸对产品进行分析、改进和提高，推动设计工作向前发展；还可满足更多的人同时参加同一产品的生产活动，满足社会对产品的需求及生产率的高
8、，推动设计工作向前发展；还可满足更多的人同时参加同一产品的生产活动，满足社会对产品的需求及生产率的要求。因此利用图纸进行设计，使人类设计活动由自发设计阶段发展到经验设计阶段。要求。因此利用图纸进行设计，使人类设计活动由自发设计阶段发展到经验设计阶段。（2）工艺）工艺设计是一项针对性、经验性非常强的工作，工艺知识本身具有经验性、模糊性、不确定性，工艺设计中的设计是一项针对性、经验性非常强的工作，工艺知识本身具有经验性、模糊性、不确定性，工艺设计中的毛坯选择、加工方法选择、机床选择、夹具选择、刀量具选择、确定切削用量等工作都和企业资源、工艺经验和工毛坯选择、加工方法选择、机床选择、夹具选择、刀量具
9、选择、确定切削用量等工作都和企业资源、工艺经验和工艺习惯等紧密相关，一个实用的工艺设计必须包含企业前期积累的工艺经验艺习惯等紧密相关，一个实用的工艺设计必须包含企业前期积累的工艺经验。（3）但）但从总体上看，由于实际情况的复杂性，在成形工艺设计计算中所用的数学公式仍是一些经验公式，对一些不从总体上看，由于实际情况的复杂性，在成形工艺设计计算中所用的数学公式仍是一些经验公式，对一些不确定的因素，只能用依靠经验确定的系数来考虑。这时，设计过程仍是建立在经验与技巧能力的积累之上。人们依确定的因素，只能用依靠经验确定的系数来考虑。这时，设计过程仍是建立在经验与技巧能力的积累之上。人们依赖通过实践积累起
10、来的丰富经验，作为设计计算和类比的主要依据；将现成产品作为参考，经过多次设计试制的反赖通过实践积累起来的丰富经验，作为设计计算和类比的主要依据；将现成产品作为参考，经过多次设计试制的反复、循环，再最后定型投入生产。它虽然较自发设计前进了一步，但周期仍长，质量也不易保证。复、循环，再最后定型投入生产。它虽然较自发设计前进了一步，但周期仍长，质量也不易保证。1.2.2半理论半经验设计半理论半经验设计（1）20世纪初以来，由于试验技术与测试手段的迅速发展和应用，人们把对产品采用局部试验、模拟试验等作为设世纪初以来，由于试验技术与测试手段的迅速发展和应用，人们把对产品采用局部试验、模拟试验等作为设计辅
11、助手段。通过中间试验取得较可靠的数据，选择较合适的结构，从而缩短了试制周期，提高了设计可靠件。这个计辅助手段。通过中间试验取得较可靠的数据，选择较合适的结构，从而缩短了试制周期，提高了设计可靠件。这个阶段称为半理论半经验设计阶段，又称中间试验辅助设计阶段。阶段称为半理论半经验设计阶段，又称中间试验辅助设计阶段。（2）这个）这个阶段的突出进展体现在三个方面：第一，加强设计基础理论和各种专业知识设计机理的研究，如材料应力阶段的突出进展体现在三个方面：第一，加强设计基础理论和各种专业知识设计机理的研究，如材料应力应变、摩擦磨损理论。零件失效与寿命的研究等，从而为设计提供了大量信息，如包含大量设计数据
12、的图标（图册）应变、摩擦磨损理论。零件失效与寿命的研究等，从而为设计提供了大量信息，如包含大量设计数据的图标（图册）和设计手册等；第二，加强关键零件的设计研究，特别是加强了关键零部件的模拟试验，大大提高了设计速度和成功和设计手册等；第二，加强关键零件的设计研究，特别是加强了关键零部件的模拟试验，大大提高了设计速度和成功率；第三，加强率；第三，加强“三化三化”，即零件标准化、部件通用化、产品系列化的研究。，即零件标准化、部件通用化、产品系列化的研究。（3）半）半理论半经验阶段由于加强了设计理论和方法的研究，与经验设计阶段相比，大大减少了设计的盲目性、有效理论半经验阶段由于加强了设计理论和方法的研
13、究，与经验设计阶段相比，大大减少了设计的盲目性、有效地提高了设计效率，降低了设计成本。至今，这种设计方法仍被广泛沿用。地提高了设计效率，降低了设计成本。至今，这种设计方法仍被广泛沿用。1.2.3现代设计法现代设计法（1）现代）现代设计法是传统设计活动的延伸和发展，是一门新兴的多元交叉学科，是以设计产品为目标的一个只是群设计法是传统设计活动的延伸和发展，是一门新兴的多元交叉学科，是以设计产品为目标的一个只是群体的总称。目前，现代设计并没有明确的定义。体的总称。目前，现代设计并没有明确的定义。60年代以后设计领域出现的一系列新兴理论和方法统称为现代设计年代以后设计领域出现的一系列新兴理论和方法统称
14、为现代设计。目前现代设计所指的新兴理论和方法主要是指设计方法学、优化设计、可靠性设计、有限元法、动态设计、计算。目前现代设计所指的新兴理论和方法主要是指设计方法学、优化设计、可靠性设计、有限元法、动态设计、计算机辅助设计、人工神经元计算方法、工程遗传算法、智能工程、价值工程、并行工程、模块化设计、相似形设计、机辅助设计、人工神经元计算方法、工程遗传算法、智能工程、价值工程、并行工程、模块化设计、相似形设计、人机工程等人机工程等。（2）计算机技术的飞速发展和广泛应用，深刻地影响着设计开发过程、制造过程，并改变着产品的结构和功能；）计算机技术的飞速发展和广泛应用，深刻地影响着设计开发过程、制造过程
15、，并改变着产品的结构和功能；现代化的通讯技术改变了企业生产的组织模式。全人类为生存更加强调可持续发展的理念及对生态环境方面的关注，现代化的通讯技术改变了企业生产的组织模式。全人类为生存更加强调可持续发展的理念及对生态环境方面的关注，要求生产过程和消费过程中更加注意生态和环境方面的相容性和有善性。要求生产过程和消费过程中更加注意生态和环境方面的相容性和有善性。1.3 1.3 材料材料材料材料成型工艺成型工艺成型工艺成型工艺设计的进展设计的进展设计的进展设计的进展（1 1）设计过程的数字化，不仅要完善工程对象中确定性变量的数学描述和数学建模，而且更要研究非确定性变量，）设计过程的数字化，不仅要完善
16、工程对象中确定性变量的数学描述和数学建模，而且更要研究非确定性变量，）设计过程的数字化，不仅要完善工程对象中确定性变量的数学描述和数学建模，而且更要研究非确定性变量，）设计过程的数字化，不仅要完善工程对象中确定性变量的数学描述和数学建模，而且更要研究非确定性变量，包括随机变量、随机过程、模糊变量（人的智能、经验、创造力、语言及政治、经济、人文等社会科学因素）等的数包括随机变量、随机过程、模糊变量（人的智能、经验、创造力、语言及政治、经济、人文等社会科学因素）等的数包括随机变量、随机过程、模糊变量（人的智能、经验、创造力、语言及政治、经济、人文等社会科学因素）等的数包括随机变量、随机过程、模糊变量（人的智能、经验、创造力、语言及政治、经济、人文等社会科学因素）等的数学描述和数学建模。学描述和数学建模。学描述和数学建模。学描述和数学建模。（2 2）设计过程的自动化和智能化研究。健全、研究、发展各种类型的数据库、方法库和知识库，及自动编程、自学）设计过程的自动化和智能化研究。健全、研究、发展各种类型的数据库、方法库和知识库，及自动编程、自学）设计过程的自动化和智能化研究。健全、研究、发展各种
