信息技术在制造的应用

第一篇：信息技术在制造的应用

先进制造技术在机械制造业中的应用

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讲述了先进制造技术概念与特点，论述了先进制造技术在机械制造业的应用，并提出了我国机械工业发展先进制造技术应采取的对策。

1 先进制造技术的概念与特点

一般认为：先进制造技术是指制造业(传统制造技术)不断吸收机械工程技术、电子信息技术(包括微电子、光电子、计算机软硬件、现代通信技术)、自动化控制理论技术(自动化技术生产设备)、材料科学、能源技术、生命科学及现代管理科学等方面的成果;并将其综合应用于制造业中产品设计、制造、管理(检测)、销售、使用、服务(售后服务)以及对报废产品的回收处理这样一个制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应、竞争能力，取得(具有市场竞争能力的)理想经济技术综合效果的制造技术的总称。

由以上先进制造技术的概念可以看出先进制造技术有如下特点：

1)先进制造技术不是一成不变的，而是一个动态过程，要不断吸取各种高新技术成果，并将其渗透到产品的设计、制造、生产管理及市场营销的所有领域及全部过程，并实现优质、高效、低耗、清洁的生产。

2)先进制造技术是面向新世纪技术系统，它的目的是提高制造业的综合效益，赢得国际市场竞争。

3)先进制造技术是不仅限于制造过程本身，它涉及到产品从市场调研、产品设计、工艺设计、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容。

4)先进制造技术是特别强调计算机技术、信息技术和现代系统管理技术，在产品设计、制造和生产管理等方面的应用。

5)先进制造技术是强调各专业学科之间的相互渗透、融合和淡化，并最终消除它们之间的界限。

6)先进制造技术是特别强调环境保护，要求产品是所谓的“绿色产品，要求生产过程是环保型的。

2 先进制造技术在机械制造业中的应用

如前所述，先进制造技术是一个庞大的技术群。在机械制造的整个过程中，无论是在产品的设计开发、还是在产品生产制造或是经营管理中都能充分利用先进制造技术。近几年，机械制造业发生了一系列重大变化，主要表现在以下几个方面。

1)企业生产方式发生重大变革。由于先进制造技术的应用，现代机械制造企业逐步改变了传统观念，在生产组织方式上发生了五个转变：从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变;从金字塔式的多层次生产管理结构向扁平的网络结构转变;从按功能划分部门的固定组织形式向动态、自主管理的小组工作组织形式转变;从质量第一的竞争策略向快速响应市场的竞争策略转变;从以技术为中心向以人为中心转变。

2)机械制造业的先进制造工艺以及自动化技术的形成和发展。在整个机械制造的过程中，工艺过程是最主要的过程。由于机械制造业本身的需要，形成和发展了许多先进的制造工艺及自动化技术。从而充实、发展了整个先进制造技术群，带动了其他制造业的发展。这些先进制造工艺及自动化技术主要包括以下几个方面。(1)毛坯制造工艺。毛坯制造是机械制造工艺的基础和前提。近几年，出现了许多先进的制造工艺及技术。铸造方面出现了一套精密洁净铸造成形工艺，例如，外热风冲天炉熔炼、处理、保护成套技术;钢液精炼与保护技术;高效金属型铸造工艺及设备;气化模铸造工艺与设备等。锻压方面出现了精确高效塑性成型技术，主要有热精锻生产线成套技术，冷温成型成套技术，辊锻和楔横轧成形技术，精密冲裁工艺及设备等，焊接与切割方面出现了新型焊接电源及控制技术，激光焊接技术，微连接技术，数控切割技术等。(2)机械加工工艺。机械加工是机械制造工艺过程的主要组成部分，在这方面的趋势是向高效、高精度方向发展。主要有精密加工和超精密加工，高速切削与超高速磨削，复杂型面的数控加工，游离磨料的高效加工等。(3)自动化技术。制造自动化技术是在制造过程的所有环节采用自动化技术，实现制造全过程的自动化。是研究对制造过程的规划、运作、管理、组织、控制与协调优化等的自动化的技术，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时和洁净的目标。在机械制造过程中，除了发展应用先进制造工艺以外，自动化技术的发展与应用是另一大特征。这些自动化技术包括CAD，CAM集成、机床数控技术、工业机器人、柔性制造技术、传感技术、计算机集成制造技术、自动检测及信号识别技术等。

3 我国机械工业发展先进制造技术的战略与对策

我国是一个制造业基础薄弱的国家，而机械制造业占的比重又较大。尽管近十年来，我国机械制造业不断引进国外的先进制造技术，但与发达国家相比仍有较大的差距。主要表现为：技改投入相对不足。技术装备、生产工艺、生产管理、市场观念、人员素质相对落后。面对新世纪国际机械制造业的竞争和高新技术发展的挑战，我国机械制造业应采取以下对策。

1)提高认识，全面规划，将装备制造业置于重要的战略地位。

2)加强先进制造技术的应用与自身制造技术的开发相结合。据前论述可知，加强先进制造技术在机械制造业的应用，对发展机械制造业、增强机械制造业的生命力十分必要。但同时，我们也应注重机械制造技术自身的开发，着重提高自主创新能力。高度重视制造产业共性技术的研究开发，全力实施标准战略、专利战略。切实提高企业的技术开发和集成创新能力，这对于丰富先进制造技术、促进其他制造业的发展至关重要。将引进、消化吸收国外先进制造技术与自主开发创新相结合，深化科技体制改革，推进技术创新体系的建设。

3)大力发展先进高新制造技术及其产业。

4)人才是技术发展的关键。要加强先进制造技术的应用和开发，必须提高人员素质，加强人才培训。应培养一批既懂科学技术，又懂管理的优秀企业家，还要造就一支具有较高职业素质的技术工人队伍。

5)加强国际交流与合作。世界各国的机械制造技术的发展都有自己的特色和侧重点。通过加强

第二篇：先进制造技术在模具制造业中的应用

随着全球经济一体化发展，模具企业间的竞争日益激烈，为了能在激烈的市场竞争中立稳脚跟谋求发展，企业必须以最新的产品、最短的开发时间、最优的质量、最低的成本、最佳的服务、最好的环保效果和最快的市场响应速度来赢得市场和用户。为实现这一目标，模具制造业必须改变传统观念，不断对各单项技术进行集成融合，并与现代信息技术、现代管理技术相结合，从而推动先进制造技术的发展。

从20世纪80年代以来，一些工业发达国家提出了许多不同的先进制造技术新模式、新技术、新思想、新方法，这其中包括计算机辅助设计、制造、工程(CAD/CAM/CAE)，逆向工程技术，并行工程，快速成形技术，虚拟制造技术，敏捷制造、精良生产、制造资源计划等新技术。这些新技术的使用，对提高制造业企业的竞争力起到了巨大的作用。本文将对高速加工技术、逆向工程技术、快速成形技术和虚拟制造技术等进行简单的介绍。

1、模具设计，加工中的几种先进制造技术 1.1 高速加工技术(HSM) 1.1.1 何谓高速加工

高速加工概念起源于德国切削物理学家Carl Salomon，他认为在常规切削范围内切削温度随着切削速度的增大而升高，当切削速度达到临界切削速度后，切削速度再增大，切削温度反而下降，从而大大地减少加工时间，成倍地提高机床的生产率。这一理论的发现为人们提供了一种在低温低能耗条件下实现高效率切削金属的方法。目前通常把切削速度比常规切削速度高5-l0倍以上的切削称为高速加工。

1.1.2 高速加工的特点及在模具工业中的应用

a、加工效率高，由于切削速度高，进给速度一般也提高5-l0倍，这样，单位时间材料切除率可提高3-6倍，因此加工效率大大提高。

b、切削力小，高速加工由于切削速度高，切屑流出的速度快，减少了切屑与刀具前面的摩擦，从而使切削力大大降低。

c、热变形小，高速加工过程中，由于极高的进给速度，95%的切削热被切屑带走，工件基本保持冷态，这样零件不会由于温升而导致变形。

d、加工精度高，高速加工机床激振频率很高，已远远超出“机床-刀具-工件”工艺系统的固有频率范围，这使得零件几乎处于“无振动”状态加工，同时在高速加工速度下，积 1 屑瘤、表面残余应力和加工硬化均受到抑制，因此用高速加工的表面几乎可与磨削相比。

e、简化工艺流程，由于高速铣削的表面质量可达磨削加工的效果，因此有些场合高速加工可作为零件的精加工工序，从而简化了工艺流程，缩短了零件加工时间。综上所述，高速加工是以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的加工技术。其工件热变形小，加工精度高，表面质量好;非常适合模具加工中的薄壁、刚性较差、容易产生热变形的零件，可以直接加工模具中使用的淬硬材料，特别是硬度在HRC46～60范围内的材料。

1.2 逆向工程技术(RE) 1.2.1 何谓逆向工程技术

按照传统的产品开发流程，开发过程是市场调研—概念设计—总体设计—详细设计—制定工艺流程—设计工装夹具—加工、检验、装配及性能测试—完成产品。即从“设计思路—产品”的产品设计过程，这被称为正向工程或顺向工程(FE)。然而，当我们掌握是的物理模型或实物样件时，我们必须寻求某种方法将这些实物(样件)转化为CAD模型，使之能应用CAD/CAM/CAE等先进技术完成有关任务。这种产品开发方式的设计流程是从实物到设计，我们将这种由“产品—设计思路”的产品开发过程称为逆向工程或反求工程(RE)。

1.2.2 逆向技术在模具工业中的应用

模具工业中的逆向工程应用大致可分为以下几种情况：

a、在没有设计图样以及设计图样不完整或没有CAD模型的情况下，在对零件原型进行测量的基础上形成零件的设计图样或CAD模型。

b、某些难以直接用计算机进行三维几何设计的物体(如复杂的艺术造型、人体、动植物外形)，目前常用黏土、木材或泡沫塑料进行初始外形设计，再通过逆向工程将实物模型转化为三维CAD模型。

c、人们经常需要对已有的产品进行局部修改。 原始设计没有三维CAD模型的情况下，应用逆向工程技术建立C A D 模型，再对CAD模型进行修改，这将大大缩短产品改型周期，提高生产效率。

d、利用逆向工程技术可以充分吸收国外先进的设计制造成果，使我国的模具产品设计立于更高的起点，同时加速某些产品的国产化速度，在这方面逆向工程技术均起到不可替代的作用。

1.3 快速成形技术(RP) 1.3.1 何谓快速成形技术

快速成形技术，是20世纪80年代末90年代初发展起来的一种先进制造技术，它结合

2 了数控技术、CAD技术、激光技术、材料科学技术、自动控制技术等多门学科的先进成果，利用光能、热能等能量形式，对材料进行烧结、固化、粘结或熔融，最终成形出零件的二维实物模型。

1.3.2 快速成形技术在模具工业中的应用

a、产品开发对于新产品，通过快速成形技术，方便快速地试制出产品的实物模型，根据实物模型可以及时地发现产品设计中所存在的不足或错误之处，从而既缩短了新产品开发的研制周期，又避免了设计错误可能带来的损失。

b、产品性能测试快速成形制造在一般场合可以代替实际零件，对产品的有关性能进行综合测评或工程测试，优化产品设计，这样可以大大提高产品投产的一次成功率。

c、样件展示由于应用快速成形技术很容易制造出新产品的样件，因此，快速成形技术已成为开发商与客户之间进行交流沟通的重要手段。

d、快速制模将快速成形技术与真空注型、熔模铸造、金属电镀等技术相结合，快速制造出模具，用于零件的数件或小批量生产。

1.4 虚拟制造技术(VM) 1.4.1 何谓虚拟制造

虚拟制造是新产品及其制造系统开发的一种哲理和方法论，它强调在实际投入原材料与产品实现过程之前，完成产品设计与制造过程的相关分析，以保证制造实施的可行性。虚拟制造技术是基于产品模型、计算机仿真技术、可视化技术及虚拟现实技术，在计算机内完成产品的制造、装配等制造活动的制造技术。

1.4.2 虚拟制造技术在模具工业中的应用

a、在模具设计阶段，应用虚拟设计技术，在计算机中完成整体及零部件的概念设计、造型设计、总体布局设计和结构设计等，同时对其刚度、强度、固有频率、动态响应及疲劳使用寿命等性能进行模拟分析，以便在设计阶段就发现问题并有针对性地解决有关问题。

b、使用虚拟装配技术，能避免传统装配方式常存在的装配干涉或装配不到位现象，可以方便地修改并首先生成零部件模型，从而大大降低了模具零件的返工率。

c、虚拟实验技术可对整个模具在真实实验环境、实验条件、实验负荷下进行模拟实验，通过机构运动虚拟软件仿真其运动轨迹，预测产品的安全性、可靠性、经济性。

2、其他先进制造技术 2.1. 敏捷制造技术(AM) 敏捷制造的基本思想是通过将高素质的员工、动态灵活的组织机构、企业内部及企业之

3 间的灵活管理以及柔性的先进生产技术进行全面集成，使企业能够对快速变化、难以预测的市场要求做出快速反应，并由此获得长期的经济效益。

2.2 并行工程(CE) 并行工程是一个集成的、并行的方式设计产品及其相关过程的系统方法，它要求开发人员在设计开始就需考虑产品整个生命周期中的所有因素，包括产品质量、成本、进度计划、用户要求等。为达到并行的目的，需要建立高度集成的模型，应用仿真技术，实现异地人员的协同工作。

2.3 精良生产(LP) 精良生产的目的是简化生产过程、减少信息量、消除过分臃肿的生产组织，使产品及其生产过程尽可能简化和标准化。精良生产的核心是准时生产和成组技术。

3、结束语

随着信息时代的到来，模具制造业全球化是发展的必然趋势;其竞争不断加剧，使当前模具制造业面临极大的挑战，这一挑战主要来源于市场和技术两大方面。每个技术单元同时面向市场和合作伙伴，必须灵活地进行重组和集成，达到优势互补。高速切削、逆向工程、快速成形技术与CAD/CAE/CAM/RP虚拟环境的集成可使设计概念转换为产品的时间缩短几倍乃至几十倍，构成一个快速产品开发及其模具制造的综合系统，可以实现从产品的设计、分析、加工到管理的灵活经济的组织方式，从而推动模具制造技术的发展。

第三篇：制造执行系统(MES)在制造业信息化中的应用

随着制造企业信息化建设的发展，企业在上层宏观计划和下层生产管理控制上出现了一些新的问题，严重影响了企业信息化建设的深入开展，制造执行系统的出现填补了企业计划层和车间操作控制系统之间的缝隙，使企业信息化的建设得以纵深推进. 0 引言

随着制造业信息化建设的展开，很多企业已经重视并有效地应用了以MRP IFERP 为代表的企业资源计划管理软件和以监控和数据采集为主的生产过程监控软件。在目前的ERP 系统中，资源和计划管理是重要功能，但几乎不涉及车间内部具体生产活动的管理(如生产单元间的资源调配、计划执行、生产监督等)。企业生产管理软件和制造单元控制软件之间不能有效集成，上层ERP 软件系统精确的生产数据不能从生产车间得到支持，而制造控制单元又常常不能及时得到指令来调整工作状态，形成了上层信息不能直接传输到生产和设备控制系统的局面，严重影响了制造企业生产和信息化的进程。20世纪90年代发展起来的企业制造执行系统(MES)打通了这一瓶颈，并已得到学术界、工业界的普遍重视和认可，成为企业信息化的热点之一。

1 制造执行系统(MES)

EPR (企业资源计划管理)，JIT(准时成产)及OPT(最优生产技术)等理论和方法以及基于这些理论和方法的生产管理系统，为企业的生产管理提供了有效的方法和工具。ERP，JIT及OPT等强调企业的计划性，生产管理则强调生产计划的执行性及生产现场数据的采集和反馈，因而，生产管理和控制必须寻求新的模式。20世纪90年代，美国先进制造研究机构(AMR)提出了制造执行系统(MES)概念。国际MES协会对MES的定义为:MES使用实时精确的数据，优化从订单到产品完成的整个生产过程，对工厂的全部生产活动进行指导、反映和报告。

通过对变化情况的快速反应，减少无附加值行为，提高工厂运行和处理的有效性。MES能够提高投资回报、提高利润率、加快资金的流通和减少库存。美国国家标准协会(NIST)对MES的定义为:从生产计划/工单下达到成品产出的整个过程中，采集所有软件和硬件数据，保证能够完成生产管理以及生产优化。

MES解决了生产作业计划的制定、执行和生产指挥调度，生产过程中的突发事件的处理，生产过程中的工艺标准的执行，产品质量的控制，设备运行情况的掌握，产量、在制品、生产消耗的统计，生产线人力资源状况，原料、材料、成品的库存等生产管理者最关心的问题。

MES系统的基本功能模块包括工序详细调度，资源分配和状态管理，生产单元分配，过程管理，人力资源管理，维护管理，质量管理，文档控制，产品跟踪和清单管理，性能分析和数据采集等，具体如图ME S在计划管理层(EPR)与底层控制(CP)S之间架起了一座桥梁，其功能如图2所示。一方面，MES可对来自MPR IFEPR 的生产管理信息进行细化、分解，形成操作指令传给底层;另一方面，MES可以通过Pcs采集设备、仪表的状态数据和控制资源的实时动态管理，将制造系统与信息系统整合在一起，把生产状况及时地反馈给计划层，进行作业的动态调度，形成ERP/MES/PCS3层为核心的企业信息集成系统。

2 MES在制造业信息化中的应用

企业制造执行系统的建设是企业信息化发展的关键环节，是企业从工艺控制、制造过程控制向信息化与全面综合自动化发展的必然之路。现在，制造业信息化系统已从初级的MIS发展到以生产控制、调度、优化、营销、经营和决策等为一体的企业综合控制自动化系统，企业的框架结构由经营层ERP 系统、生产层MES系统及控制层PCS系统组成。MES作为执行机构，对生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化，实时地将生产过程信息反馈给上层系统，其时间维度主要集中在班组和生产执行部门。 提升管理水平

制造企业在实施MES以后，生产管理将会上升到一个新的水平，归纳起来主要有:

(1)提高了生产管理的技术含量和企业的信息化水平，适应现代化企业生产管理需要。

(2)根据生产现场的实时数据进行排产和调度，提高了排产和调度的效率。

(3)提高了生产管理的实时性、科学性。

(4)实现了物料跟踪。

(5)加强质量控制。

(6)为计算生产成本提供了依据。

(7)为建立数字化企业提供了坚实的基础。

效益分析

制造执行系统国际联盟组织MEAS调查结果表明，企业实施MES以后，带来的效益主要表现在:

(1)生产周期缩短45%(6%的被调查企业)。

(2)数据输人工作减少57%(6%的被调查企业)。

(3)半成品的积压减少24%(57%的被调查企业)。

(4)交接班的纸面工作减少16%(36%的被调查企业)。

(5)缩短生产提前期35%(36%的被调生产过程进行优化，实时地将生产过程信息反馈给上层系统，其时间维度主要集中在班组和生产执行部门。

3 MES系统的实施

3.I MES在中国的现状

目前 ，在企业信息化中起呈上启下作用的MES主要停留在MES思想、内涵以及体系结构方面的研究上，软件开发和应用还比较薄弱。我国对车间层、单元层的研究大都偏重控制模型的研究，很少从MES角度研究开发面向制造过程的集成化管理和控制软件。在MES技术研究上，国内外差别并不是很大，但在应用上大多还停留在制造设备的集成、状态监督和控制阶段，MES产品开发和应用还处于起步阶段。

目前 ，MES主要应用在电子、汽车、食品及医药加工等离散制造企业。国内MES市场还处于刚起步阶段，应用面窄量少。通常制造执行系统是以ERP 与企业自动化设备集成为主要目标的。 3.2 如何实施MES系统

企业经过项目立项、论证并决定实施MES系统后，应对MES的实施进行总体规划，确定总体目标，对实施工作做出总体安排囚。MEs的实施进程如图3所示。

(1)成立MES项目实施小组。MES的实施涉及到企业生产过程的各个环节，部门与人员之间的协调十分重要，因此成立项目小组是必要的。项目小组主要完成MES项目的规划、组织、协调和培训工作，确保项目按计划、分步骤地顺利实施。项目组成员应全程参与MES的实施，配合与协调项目工作的进行，负责具体的项目实施工作。政策的贯彻执行通过高层管理人员直接渗透的，实施MES要有高层管理者的支持，每个部门要有管理者来负责公司决策的实施。

(2)选择MES供应商。选择适合企业的管理软件、寻求有实力的软件公司作为供应商是前期的重要工作。应选择技术力量雄厚并且熟悉企业业务流程的软件厂商合作，并着重考察软件商解决实际问题的能力，另外，要考察软件供应商的生存能力。

(3)业务流程重组与系统开发。实施MES后，企业的生产管理模式会有很大变化，必须对企业的业务流程进行重组，对于职能重叠的部门合理分工、明确职责，这样才能保证信息及时处理，使MES系统达到最好的运行效果。由于每个企业的情况不同，一定要配合软件厂商做好MES的业务需求调研工作，这样，厂商才能开发出真正适合企业的MES软件系统。

(4)全面的人员培训。MES实施涉及到计算机、企业管理及车间现场操作等人员，这些人员的知识层次、业务水平、对MES的认识及计算机应用水平均有差别，为保证MES顺利实施，必须对相关人员进行培训。一是要培训员工对MES的了解、认识与操作;二是要学习现代生产管理方式，转变观念、优化工作方式;三是重点培训项目组成员，让他们到企业外面参观培训，切实保证培训效果。

(5)重视数据准备。MES系统强调生产管理与协调，与生产相关的基础信息(如物料、设备、工艺路线及质量标准等)必须录人计算机，并针对这些数据建立科学的编码体系。基础数据的准确与完整是MES系统运行的基础，必须把数据准备工作做好、做细。

(6)模拟运行与用户化。MES系统开发基本完成后，应进行计算机模拟运行，测试模拟运行效果，发现问题及时修改完善程序。在模拟运行期间，企业的计算机技术人员应该全程参与并接受软件供应商的培训(包括系统、数据库、开发工具、服务器及网络等)，使计算机人员尽早掌握MES系统的维护方法;然后进行现场模拟运行，培训MES用户，最后进行考试检测，以了解用户应用MES系统的水平。

(7) EMS系统试运行与系统切换。系统试运行期间会发现很多新问题，这时要找出问题的原因，提出间题的解决方案，对软件进行维护完善，然后再试运行、发现问题和解决问题，直到MES系统能够稳定运行。在该过程中，对计算机人员、管理人员及用户的培训要持续进行，尽早使企业的人员能正常使)用和维护MES系统。经过一段时间运行后，MES系统运行稳定，就可以进行系统切换正式运行了。

4 结束语

信息化是当今世界发展的大趋势，也是我国实现工业化、现代化的关键环节。目前，只有大力推广MES的理念和应用，以促进MES的普及，才能促进制造企业信息化的深人开展，使我国制造企业信息化的建设迈向更高层次。

第四篇：表面工程技术在汽车制造中的应用举例

周金旭

(太原科技大学 材料科学与工程学院 030024) 摘要：表面工程中防锈、电镀、表面强化及改性技术、涂装是汽车工业中应用最广泛的的技术，而喷丸技术和热喷涂技术也广泛应用于汽车的零部件，利用喷丸强化和热喷涂技术来提高、改善、修复汽车关键部件的抗疲劳寿命、耐腐蚀顿、耐高温氧化、耐磨等。喷丸技术是用来提高金属零部件疲劳断裂和应力腐蚀(氢脆)断裂抗力，并在实际使用中证明效果显著的表面强化工艺[1]而热喷涂技术利用了表面强化和表面改性来改善零件表面的性能它也有一定效果。

关键词：表面工程 喷丸技术 热喷涂技术 汽车零部件制造与修复 序言

汽车制造业越来多仰赖喷丸强化技术来和热喷涂技术改善、修复和提高汽车关键部件的抗疲劳寿命与抗腐蚀、耐高温氧化、耐磨等，并将这些因素在轿车、卡车、摩托车等设计的最初就加以充分考虑和重视。喷/抛丸强化技术和工艺热喷涂技术的应用现亦含括几乎大部分零件的设计中，包括：曲轴(去氧化皮和强化)、连杆(强化)、传动齿轮和其它轴类零件、齿圈、活塞，太阳齿和行星齿、板簧和圆簧、活塞杆、气门等

大量的汽车零部件无论是铸/锻件压铸件，机械切削件，焊接件都需要不同类型的喷抛设备与热喷涂技术进行表面处理。有确凿的数据证明(早在七十年代东风汽车公司就用喷丸强化解决了气阀弹簧和变速箱1-倒挡齿轮的早期断裂问题，该工艺已成为汽车悬挂弹簧的常规工艺方法[3].1975年美国P&W公司就有2800件发动机零件采用热喷涂技术通用电气公司的一个发动机工厂热喷涂零件也有2000多个美国RR公司斯贝发动机有八种热喷涂涂层应用于近200多个零件[4]),通过喷丸强化,能让板簧的抗疲劳寿命延长600%,传动齿轮的抗疲劳寿命延长1500%,曲轴的抗疲劳寿命延长900%,毫无疑问,通过喷丸强化让抗疲劳性能和耐腐蚀性能的提高无论是对零件的使用寿命、使用安全性都意义重大。零件依赖该工艺，零件可以设计的更轻巧，一些原来因工艺规格要求不得不使用的昂贵材质的零件现在也可以被替换为价格低廉的材料，通过喷丸强化处理，达到同等甚至更好的性能标准[2].而热喷涂技术运用也不乏期例，QA19-2(铝青铜)喷涂层制造或修复活塞及轴瓦等车用部件;在活塞环和铝合金气缸表面喷Mo,形成减摩工左层已形成活塞环和铝合金气缸的制造和修复和修复工艺，用3Cr13电弧喷涂层修复曲轴美国Cummins公司在汽缸内壁喷涂0.5mm厚的ZrO2和0.2mmCrO2制造成耐磨耐蚀陶瓷涂层取得良好的效果在活塞表面涂Mo基中混有NiCrSi及2-Al2O3喷涂层其寿命比镀铬环更长可靠性更高，将ZrO2喷涂在内燃机燃烧室的内壁可提高内燃机的燃烧工作温度节省燃料，简化结构等[4].

一、喷丸技术

1、试验方法步骤。 1.1抛丸处理

作为制造流程的一环节，热处理过的曲轴需要经由抛丸处理来取出表面的热氧化皮。曲轴被置于旋转滚轮上，在滚动时曲轴所有表面被充分暴露在多个抛头抛射出的丸流下，多角度的丸粒冲击使曲轴外表面得以彻底清洗。 1.2曲轴强化

由于曲轴在交变应力下工作，曲轴截面变化转接圆角处发生应力疲劳和应变破坏的危险性极大，目前，通过喷丸强化来改变曲轴抗疲劳性能已在相当广泛的范围内应用，效果让人满意。

相较于传统的滚压工艺的缺陷，即由于受曲轴加工工艺限制，各轴颈圆角很难与滚轮相吻合，往往造成圆角啃切现象，而且滚压后的曲轴变形大，效果不佳。而喷丸强化的机理是利用严格控制直径并具有一定强度的丸粒，在高速气流下，形成弹丸流，连续向曲轴金属表面喷射，犹如小锤锤击，使曲轴表面产生极为强烈塑性变形，形成冷作硬化层，由于轴在加工中受各种机械的切削力加工作用，其表面，特别是曲轴截面变化转接圆角处，应力分布极为不均匀，工作中又受交变硬力作用，因此很容易产生应力腐蚀而使曲轴疲劳寿命降低，而喷丸强化工艺就是通过引入一个预压硬力来抵消零件在以后工作周期会受到拉应力，从而提高工件抗疲劳性能和安全使用使用寿命。

对于喷丸处理，有两个重要参数，一个是应力强度，这通常采用“阿尔门试片”进行强度检测多个试片固定在曲轴不同表面特别是应力最集中的曲轴截面变化转接圆角处，一同进行喷丸试片上产生的压应力影响导致试片弓曲曲率的扩大变化与丸料冲的能量成比例，另一个喷丸质量的主要参数是覆盖率，所谓覆盖律是指强化后表面弹坑占据的面积与强化表面的比值，该参数通常在100%~200% 有些曲轴应用可能要求覆盖率大于200%

根据曲轴的硬度和理想的导入压应力强度，通常曲轴喷丸强化使用的丸粒硬度在HRC50~55,大小在S280~S300(0.7~0.84mm) ,这样产生在阿尔门试片上的强度范围约在0.008~0.010C相较于抛丸清理，喷丸强化的工艺参数监控更为严苛，就曲轴强化应用，需要监控的参数包括: • 喷丸速度 • 喷丸强度 • 丸粒直径 • 喷丸的间隔 • 强化的时间 • 覆盖率这些参数中任意一个的变化，都会不同程度地影响曲轴表面强化的效果。

正确应用可控的喷丸强化技术，能使曲轴和其他在高载荷条件下工作的零件疲劳强度大大提高，大大提高了零件抗疲劳寿命，先进的喷丸设备，保证了喷丸质量的恒定行，和重复性被广泛应用于汽车等行业[2]。

二、热喷涂技术

1、热喷涂技术应用意义

随着汽车工业的发展，对零部件的性能提出了愈来愈高的要求，零件的使用寿命亦成为突出的问题，修理工作的作用不单是消极地将损坏了的零件恢复到新品的技术性能，而且还可以用比较经济的手段使零件修复后的性能超过新品。

延长汽车使用寿命的主要障碍，是零件因磨蚀早期失效，磨蚀失效的特点与零件的断裂破坏或过量变形失效不同，后者多造成整个零件报废，其原因常常是由于零件本身材料的机械性能差、或设计不合理、以及制造工艺选择不当所致。这需要从材料、设计、工艺等方面进行解决。而零件磨蚀却只是表面层的损坏及尺寸超限，就其本身而言，仍有继续使用的可能，仅需将表面磨蚀部分修复，使之在尺寸和性能上恢复到原来的状态。对于价格昂贵的重要零件，尤应注意修复，不能只靠更换配件。特别是进口汽车，由于零件品种多，标准不统一，组织配件生产困难较多，有些零件少量配制经济上也不尽合理，因而修复强化的意义更大。

2、实施方法

通常采用耐磨蚀材料覆盖磨蚀表面，修复旧件，这样不但可以使失效零件迅速恢复使用，而且可以成倍提高寿命。一般金属材料经过表面强化处理以后，在很多场合可以代替贵重的优质材料，甚至性能和工艺性方面较后者更优越。现代汽车日益向高速、高压、大功率发展，汽车零件的使用工况更加恶劣，在此情况下，只有更多的利用各种表面强化技术，提高零件的表面性能才能解决这一问题。

热喷涂技术(热喷涂加工)正是适应这种需要的一种金属表面强化技术。应用热喷涂技术在零件表面喷敷各种性能的材料(例如镍基、铁基、铜基合金以及铝、钼、锌等金属、或陶瓷等材料)，就可以使零件表面其有一些特殊性能如耐磨、耐蚀、扰氧化、绝热、导电、绝缘、密封等。这样可以简便地、大幅度地改善零件表面的工作性能。例如曲轴是汽车发动机的重要零件，当曲轴主轴颈及连杆轴颈磨损超过允许的极限时，就不能再用修理尺寸法修复了，此时如果采用喷涂法修复，不仅可以恢复原来的尺寸，而且其耐磨性还远远大于新曲轴。这不仅可以为国家节约大量钢材，井能提高社会的经济效益，特别是对于某些进口车辆的曲轴，

经济效益就更为显著。汽车发动机排气门是一种用量大、易损耗的零件，也是保证发动机工作的可靠性和耐久性的零件之一。其失效形式是磨损、斑腐蚀和局部烧伤等，致使气门关闭不严，发动机动力性下降，油耗增加。目前国产汽车发动机的排气门多采用等钢材制作，这些耐热钢材、有些是要靠进口来供给的。为此，排气门的修复是很重要的。排气门的密封面采用氧乙炔焰喷焊后，其表面就可以获得一层耐高温，耐氧化、耐腐蚀的性能，使用寿命将大大超过新件，根据我们试验，经喷焊、修复后的排气门，装车使用行驶90000km的里程后，阀面仍然完好。

实践证明，热喷涂技术具有独特的优越性，在汽车修理方面有广阔的应用前景。除上述所例举的曲轴、排气门的修复之外，还有象汽车上的轴类零件、汽缸体、齿轮、键槽等都可以用热喷涂(焊)技术修复，以提高零件的使用寿命[5]。

三、结论与展望

表面工程技术对汽车制造修复意义重大，不但可以提高汽车的性能还能提高使用年限，节约资源，保护环境，而喷丸技术与热喷涂技术在汽车制造业中起到举足轻重的作用，我们应该予以重视，另外中国汽车行业发展迅速，更离不开表面工程技术。

表面工程技术在未来会有很大发展，近年来国内汽车市场的快速增长引起广泛关注，由此带来的汽车回收利用领域面临的问题日益突出。数据显示，作为世界汽车第一产销大国，我国2011年民用汽车保有量已突破1亿辆，汽车报废量超过400万辆，预计2020年报废量将超过1400万辆。

随着汽车报废数量增长，由此带来的环境资源问题日益严峻。在汽车报废后，如果不能及时拆解和回收，汽车产品中的有害物质如铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴二苯醚等将对生态环境和人体健康造成严重危害;而报废汽车在回收拆解、材料分离和再利用等环节，由于缺少相关的规范监管和引导，也使得报废汽车有可能造成二次污染。

然而，与欧美日等汽车发达国家相比较，我国在汽车回收利用方面还有着明显的差距，目前在我国还没有任何一部关于报废汽车回收利用的完整规范，另一方面，长期以来，由于报废汽车回收拆解行业采取粗放式经营，从而导致该行业技术手段落后，作业流程不规范，环境保护和资源利用水平低。

另外，报废厂不按规定交售报废车辆，非法回收拆解倒卖报废汽车的现象依然存在。据不完全统计，由于法定报废回收标准过低，我国每年近八成报废汽车流入了黑市，这不仅对正规的回收拆解企业造成了冲击，扰乱了回收拆解的正常秩序，更给道路交通安全、环境保护和资源利用带来了严重隐患。

事实上，对于报废汽车带来的危害，我国并非没有关注，只是相关政策早已不适应快速发展的形势。2001年国务院颁布了报废汽车回收利用办法;2006年，国家发改委等部门联合颁布了《汽车产品回收利用技术政策》，但缺乏具体要求和实施细则，可操作性不强。过时政策难以满足现状，并将严重制约中国汽车产业健康可持续发展，强化汽车回收利用管理已刻不容缓。

为改变行业现状，国家有关部门正组织力量对2001年颁布的《报废汽车回收管理办法》进行修订。近日，工业和信息化部节能与综合利用司副司长高东升透露，国家有关部门将采取多项措施加强汽车回收利用，其中包括制定强制性的汽车回收利用标准和法规，回收拆解的市场准入制度亟须健全。

据了解，目前国家相关主管部门一方面在大力推动修订后的《报废机动车回收拆解管理条例》尽快出台，另一方面要强化汽车制造商的责任，鼓励汽车制造商加强与回收拆解企业的合作和交流，要求汽车制造商为回收拆解企业提供必要的技术支持，同时要抓紧出台机动车强制报废标准，进一步明确报废条件，严格车辆年检和转移登记制度，从源头上防止报废汽车流向社会。而表面工程技术正可以解决此些难题，所以我们应予以重视，发展前景良好[6]。

四、参考文献

[1] 表面喷丸强化技术 航空航天部621研究所 王仁智 [2] 表面工程技术在汽车零部件生产中的应用 维尔贝莱特集团 [3] 杭州余杭永伟电器有限公司

[4] 热喷涂技术极其典型应用 钱强 俞韶华 徐林刚

[5] 陕西新兴热喷涂技术有限责任公司

[6] 腾迅网·腾讯汽车

第五篇：射线探伤技术在船舶制造业中的应用

摘要：船舶焊接是保证船舶密性和强度的关键，是保证船舶质量的关键，是保证船舶安全航行和作业的重要条件。如果焊接存在着缺陷，就有可能造成结构断裂、渗漏，甚至引起船舶沉没。因此，在船舶建造中焊接质量是重点验收工作之一，射线探伤能直接判断船体焊缝中存在的缺陷的种类、大小、部位及分布情况，直观可靠，重复性好，容易保存，当前船厂普遍采用X射线探伤来进行船体焊缝的内部质量检查。 关键词：船舶焊接、射线探伤、X射线 1.引言

1895年德国物理学家伦琴发现X射线，1912年美国物理学家D库利吉博士研制出新型X射线管一白炽阴极X射线管，这种X射线管可以承受高电压、高电流，为X射线的工业应用提供了基础。1922年美国麻萨诸塞州陆军兵工厂安装了库利吉管X射线机，工作电压为200kV，管电流达5111A，一次完成了真正的工业射线照相。

此后，射线照相检验技术得到了迅速的发展，1930年前后，射线照相检验技术正式进入工业应用。1940年前后，首次得出了射线照相检验底片质量问题。1962年前后，建立了完整的、至今仍在指导常规射线照相检验技术的基本理论。1970年以后，图像增强器射线实时成像检验技术、射线层析检测技术等发展迅速。1990年以后射线检测技术进入了数字射线检测技术时代，成像板及线阵列射线实时成像检验技术和CR技术是发展中的重要技术。对于工业应用，射线检测技术已形成了一个完整的技术系统，一般认为可划分为：射线照相检验技术、射线实时成像检验技术、射线层析检测技术和辐射测量技术四类。射线照相检验技术主要是X射线照相检验技术、Y射线照相检验技术、中子射线照相检验技术和非胶片射线照相检验技术等。 2.X射线探伤的检验原理

X射线是一种波长很短的电磁波，波长范围为0.0006一80nm，具有很强的穿透力，能穿透一般可见光不能穿透的各种不同密度的物质。

X射线检测原理是：当射线透过被检物体时，有缺陷部位与无缺陷部位对射线吸收能力不同，因而可以通过检测透过被检物体后射线强度的差异，来判断被检测材料内部是否存在缺陷。放在适当的位置，使其在透过射线的作用下感光，经过暗室处理后就得到X射线底片。底片上各点的黑色程度取决于射线强度和照射时间的乘积，由于缺陷部位和完好部位的透过射线的强度不同，底片上相应部位就会出现黑度差异。把底片放在观片灯上，借助透过光线观察，可以看到由黑度差异构成的不同形状的影像。评片人员据此判断缺陷情况并做出评价，这样就完成了对被检对象的无损检测。 3.射线探伤的特点

射线检测技术，与其他常规无损检测技术，如超声检验技术、磁粉检验技术、渗透检验技术、涡流检验技术比较，具有的主要特点是： (1)对被检验工件无特殊要求，检验结果显示直观; (2)检验技术和检验工作质量可以自我监测。 4.射线探伤的应用

射线检测技术不仅可用于金属材料(黑色金属和有色金属)的检验，也可用于非金属材料和复合材料的检验，特别是它还可能用于放射性材料的检验。检验技术对被检工件或试件的表面和结构没有特殊要求，所以它可以应用各种产品的检验。目前，射线广泛地应用于机械、兵器、船舶、核工业、航空、航天、电子等各工业领域，其中应用最广泛的方面是铸件和焊接件的检验。射线检测技术在工业与科学研究等方面的主要应用类型包括：

(1)探伤：铸造、焊接工艺缺陷检验，复合材料构件检验等; (2)测厚：厚度在线实时测量;

(3)检查：机场、车站、海关检查，结构与尺寸测定等;

(4)研究：弹道、爆炸、核技术、铸造工艺等动态过程研究，考古研究，反馈工程等。 5.射线探伤的安全问题

在应用中，射线检测技术需要考虑的主要问题是辐射防护问题。射线具有辐射生物效应，对人体可以产生伤害，因此在应用射线检测技术时必须考虑辐射防护问题，必须按照国家和地方的有关标准、法规作好辐射防护工作，应力求避免辐射事故。 6.X射线探伤的应用标准

焊缝的内部质量采用射线探伤、超声波探伤。以入级中国船级社为例，具体的实施见以下规范和标准：

(1)中国船级社2001《钢质海船入级与建造规范》; (2)中国船级社1996《钢质内河船入级与建造规范》; (3)中国船级社1998《材料与焊接规范》; (4)原中国船舶工业总公司《中国造船质量标准CSQS(1998)》; (5)GB/T3323—87钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级; (6)CT3/T3177—94船舶钢焊缝射线照相和超声波检查规则; (7)GB/T3558—94船舶钢焊缝射线照相工艺和质量分级; (8)GB/T3559—94船舶钢焊缝手工超声波探伤工艺和质量分级。

以上规范和标准主要体现在船厂技术部门编制的有关焊接工艺文件中，在现场检验的检验人员主要是确定其工艺和计划是否经船检机构认可，在实际工作中船厂特别是中小型厂会经常疏忽，还需要注意以下内容： (1)无损探伤人员必须要有相应的资格。

(2)被评定为不合格的焊缝应及时返修，并注意对返修工艺的控制和检验。 (3)当无损探伤发现焊缝内部有不允许存在的缺陷并认为该缺陷有可能延伸时则应在其延伸方向(一端或两端)增加探伤数量直至达到邻近合格的焊缝为止。

(4)当所有被检焊缝的一次合格率低于80%时，应对重要部位焊缝追加检查，其数量大约为10%一20%，并应对全部焊接工艺引起注意。

(5)射线拍片的布片密度应按钢材的材料级别从高到低递减，纵横向对接焊缝交叉处的布片方向应平行与横向对接焊缝。

(6)对危险化学品船焊缝的无损探伤，尚应对下列部分进行无损探伤。

a)液货舱舱壁板上所有的焊缝十字交叉处;

b)液货舱边界焊缝应探测裂纹，探测的长度应至少为液货舱边界焊缝总长度的10%;

c)当舷侧和船底纵骨以及纵舱壁水平扶强材在横舱壁处中断时，上述构件与横舱壁的焊缝应探测裂纹，探测的长度应至少为骨材与横舱壁连接焊缝总长度的10%;

d)当纵向构件和纵舱壁水平扶强材连续地通过横舱壁时，其与横舱壁的焊缝应探测裂纹，探测的长度对舷侧和船底纵向构件至少为总长度30%，对纵舱壁水平扶强材至少为总长度的20%。当横向构件连续地穿过液货舱纵舱壁时，该构件与边界连接焊缝戍探测裂纹探测的焊缝长度至少为总长度的10%。 7.结论

众所周知，船舶结构件发生焊接裂纹对结构强度和航行安全危害极大，特别是一些隐性裂纹不易发现，一旦船舶出厂，这些隐性裂纹后患无穷。而射线检测技术依据被检工件的成分、密度、厚度等的不同，对射线产生不同的吸收和散射特性并对被检工件的质量、尺寸、特性等做出判断，能够很准确的检验出船舶构件中的焊接缺陷，避免事故的发生。

参考文献

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[4]Kenneth R.Castleman.数字图像处理[M]，朱志刚，北京：电子工业出版社，2002，187—456.

[5]中国船级社.《钢质海船建造与入级规范》[S]，2001. [6]魏国亮，赵振宇，徐胜航，于洋.工业常用无损探伤原理及特点分析[J],(2008)03-0152-02. [7]罗旭辉.钢结构焊缝的超声探伤[J]，广州建筑，2002年，第一期.

[8]周志勇.船体焊缝缺陷X射线图像自动识别方法研究[D].上海：上海海事大学轮机学院，2007.

[9]李卫东，李德元.焊接缺陷自动检测中区分典型条形缺陷判据的建立[J].电力建设1999，20(2)：9一ll. [10]吴明复.焊缝的无损检测技术[J].首都航天机械公司航天工艺，1998，20(6)：50—52. [11]于凤坤，赵晓顺，王希望，刘淑霞，马跃进.无损检测技术在焊接裂纹检测中的应用[J]，(2007)09—0353-03.

[12]姚培元.无损检测技术[M].北京：航天大学出版社，1983. [13]强天鹏.射线检测[M].昆明：云南科技出版社，1999.

焊接检验论文

专业：材料科学与工程

班级：材科11-1

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