減速箱廠總平面布置設計及其生產計劃制定論文

南京工程學院課程設計說明書(論文)題目減速箱廠總平面布置設計及其生產計劃制定課程名稱工業(yè)工程課程設計院（系、部、中心）機械工程學院專業(yè)工業(yè)工程班級工程121學生姓名學號201121139設計地點工程中心2-214指導教師高成沖邱勝海王云霞設計起止時間：2015年12月28日至2016年01月15日前言《生產計劃與控制》和《設施規(guī)劃與物流分析》是工業(yè)工程專業(yè)重要的主干專業(yè)課程。企業(yè)生產計劃與設施規(guī)劃是工業(yè)工程學科中公認的重要研究領域和分支。工業(yè)工程課程設計是上述兩門課程的重要實踐性教學環(huán)節(jié)，綜合運用所學專業(yè)知識，完成工廠布置設計工作、生產計劃制定而進行的一次基本訓練。其目的是：（1）能正確運用工業(yè)工程基本原理及相關專業(yè)知識，學會由產品入手對工廠生產系統(tǒng)進行調研分析的方法。（2）通過對某工廠布置設計的實際操作，熟悉系統(tǒng)布置實際方法中的各種圖例符號和表格，掌握系統(tǒng)布置設計方法的規(guī)范設計程序。（3）通過課程設計，熟悉企業(yè)生產計劃制定的方法。（4）通過課程設計，培養(yǎng)學生學會如何編寫有關技術文件。通過課程設計，初步樹立正確的設計思想，培養(yǎng)學生運用所學專業(yè)知識分析和解決實際技術問題的能力。隨著現(xiàn)代系統(tǒng)優(yōu)化技術的發(fā)展和計算機輔助設計技術的應用，工廠布置設計已廣泛地采用計算機輔助設計來進行設施規(guī)劃與布置。由于影響設施布置的因素錯綜復雜，并且各因素之間相互影響、相互制約，而且大多數(shù)因素還具有不確定性，因此，在設施布置設計中常常以物流分析作為其主要內容。大多數(shù)的計算機輔助設施布置設計軟件也都是以物流分析為主。作為現(xiàn)代設施設計人員，掌握并應用計算機輔助設施布置設計的方法和程序已成為必備素質。同樣的，作為現(xiàn)代生產與運作管理重要部分的生產管理，同時也是比較盛行的企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）系統(tǒng)的最核心模塊，本次課程設計通過具有較強工程背景的計算應用和軟件操作，幫助學生認識物料需求計劃（MRP）、能力計劃（CapacityPlanning）、庫存分析與控制等生產管理中的概念與重要性，以及了解生產管理的各項做法，并增進對生產管理的執(zhí)行或運用能力，掌握ERP的操作方法和程序。目錄前言 1第一部分設施規(guī)劃與物流分析 3一、課程設計題目 3二、原始給定條件 3（一）減速箱的結構及有關參數(shù) 3（二）作業(yè)單位劃分 5（三）減速箱生產工藝過程 5三、產品—產量分析 7四、產品工藝過程分析 7（一）計算物流量 7（二）繪制各零件的工藝過程圖 8（三）繪制產品總工藝過程圖 10（四）繪制產品初始工藝過程表 12（五）繪制產品較佳工藝過程表 12五、物流分析 13（一）繪制從至表 13（二）繪制物流強度匯總表 14（三）劃分物流強度等級 14（四）繪制作業(yè)單位物流相關圖 15六、作業(yè)單位非物流相互關系分析 16七、作業(yè)單位綜合相互關系分析 17八、工廠總平面布置 20（一）綜合接近程度 20（二）作業(yè)單位位置相關圖 20（三）作業(yè)單位面積相關圖 21（四）作業(yè)單位面積相關圖的調整 22九、方案的評價與選擇 27十、生產單位、生產類型的確定及組織設計 27（一）生產單位的制定 27（二）生產類型的確定 28（三）組織設計 29第二部分生產計劃與控制 29一、物料編碼及庫存ABC分類 29（一）物料編碼 29（二）庫存ABC分類 30二、ERP軟件的運用 31（一）基本信息的輸入 31（二）BOM表的確定 33（三）各清單、訂單及工藝的確定的確定 33（四）參數(shù)制定及計算，并對結果比較分析 38小結 43參考文獻 44第一部分設施規(guī)劃與物流分析一、課程設計題目減速箱廠總平面布置設計及其生產計劃制定二、原始給定條件公司有地16000m2,廠區(qū)南北為200m，東西寬80m,該廠預計需要工人300人，計劃建成年產100000套減速箱的生產廠。（一）減速箱的結構及有關參數(shù)減速箱由39個零件構成，裝配圖見圖2-1所示。每個零件、組件的名稱、材料、單件重量及年需求量均列于表2-1中。圖2-1減速箱裝配圖表2-1零件明細表產品名稱減速箱產品代號110計劃年產量100000第一頁序號零件名稱零件代號自制外購材料總計劃需求量零件圖號形狀單件重量/kg說明39墊圈√65Mn2000000.00438螺母√Q2352000000.01137螺栓√Q2353000000.03236銷√352000000.02235防松墊片√Q2151000000.01034軸端蓋圓√Q2351000000.05033螺栓√Q2352000000.02032通氣孔√Q2351000000.03031視孔窗√Q2151000000.05030墊片√橡膠紙1000000.00429機蓋√HT2001000002.50028墊圈√65Mn6000000.00627螺母√Q2356000000.01626螺栓√Q2356000000.10325機座√HT2001000003.00024軸承√2000000.45023擋油圈√Q2152000000.00422氈封油圈√羊毛氈1000000.00421鍵√Q2751000000.08020定距環(huán)√Q2351000000.09019密封蓋√Q2351000000.05018可穿透端蓋√HT1501000000.04017調整墊片√08F2000000.00416螺塞√Q2351000000.03215墊片√橡膠紙1000000.00414游標尺√1000000.05013大齒輪√401000001.00012鍵√Q2751000000.08011軸√Q2751000000.80010軸承√2000000.4509螺栓√Q23524000000.0258端蓋√HT2001000000.0507氈封油圈√羊毛氈1000000.0046齒輪軸√Q2751000001.4005鍵√Q2751000000.0404螺栓√Q23512000000.0143密封圈√Q2351000000.0202可穿透端蓋√HT2001000000.0401調整墊片√08F2000000.010（二）作業(yè)單位劃分根據(jù)減速箱的結構及工藝特點，設立如表2-2所示的11個單位，分別承擔原材料的存儲。備料、熱處理、加工與裝配、產品性能試驗、生產管理等各項生產任務。表2-2作業(yè)單位建筑匯總表序號作業(yè)單位名稱用途建筑面積備注1原材料庫儲存鋼材、鑄錠20×30露天2鑄造車間鑄造12×243鍛造車間鍛造12×244機加工車間車、銑、鉆12×365精密車間精鏜、磨削12×366熱處理車間熱處理12×127標準件、半成品庫儲存外購件、半成品12×248組裝車間組裝減速器12×369成品庫成品儲存12×1210辦公、服務樓辦公室、食堂等80×6011設備維修車間機床維修12×24（三）減速箱生產工藝過程減速箱的零件較多，但是大多數(shù)零件為標準件。假定標準件采用外購，總的工藝過程可分為制作與外購、半成品暫存、組裝、性能測試、產品存儲等階段。1、零件的制作與外購制作的零件如表2-3～表2-8，表中的利用率為加工后產品與加工前的比率。表2-3減速箱零件加工工藝過程表產品名稱件號材料單件質量/kg計劃年產量年產總質量機蓋29HT2002.500100000序號作業(yè)單位名稱工序內容工序材料利用率（%）1原材料庫備料2鑄造車間鑄造803機加工車間粗銑、鏜、鉆804精密車間精銑、鏜985半成品車間暫存表2-4減速箱零件加工工藝過程表產品名稱件號材料單件質量/kg計劃年產量年產總質量機座25HT2003.000100000序號作業(yè)單位名稱工序內容工序材料利用率（%）1原材料庫備料2鑄造車間鑄造803機加工車間粗銑、鏜、鉆804精密車間精銑、鏜985半成品庫暫存

表2-5減速箱零件加工工藝過程表產品名稱件號材料單件質量/kg計劃年產量年產總質量大齒輪25401.000100000序號作業(yè)單位名稱工序內容工序材料利用率（%）1原材料庫備料2鍛造車間鍛造803機加工車間粗銑、插齒、鉆804熱處理車間滲碳淬火5機加工車間磨986半成品庫暫存表2-6減速箱零件加工工藝過程表產品名稱件號材料單件質量/kg計劃年產量年產總質量軸11Q2750.800100000序號作業(yè)單位名稱工序內容工序材料利用率（%）1原材料庫備料2機加工車間粗車、磨、銑803精密車間精車954熱處理車間滲碳淬火5機加工車間磨986半成品庫暫存表2-7減速箱零件加工工藝過程表產品名稱件號材料單件質量/kg計劃年產量年產總質量齒輪軸6Q2751.400100000序號作業(yè)單位名稱工序內容工序材料利用率（%）1原材料庫備料2機加工車間粗車、磨、銑803精密車間精車954熱處理車間滲碳淬火5機加工車間磨986半成品庫暫存表2-8減速箱零件加工工藝過程表產品名稱件號材料單件質量/kg計劃年產量年產總質量端蓋8HT2000.050100000序號作業(yè)單位名稱工序內容工序材料利用率（%）1原材料庫備料2鑄造車間鑄造603機加工車間精車802、標準件、外購件與半成品暫存生產出的零件加工完經過車間檢驗合格后，送入半成品庫暫存。外購件與標準件均放在半成品庫。3、組裝所有零件在組裝車間集中組裝成減速箱成品。4、性能測試所有成品都在組裝車間進行性能測試，不合格的就在組裝車間進行修復，合格后送入成品庫，即不考慮成品組裝不了的情況。5、成品存儲所有合格減速箱均存放在成品庫等待出廠。三、產品—產量分析生產的產品品種的多少及每種產品產量的高低，決定了工廠的生產類型，進而影響著工廠設備的布置形式。根據(jù)以上已知條件可知，待布置設計的減速箱廠的產品品種單一，產量較大，其年產量為100000臺，屬于大批量生產，廠房適合于按產品原則布置，車間內部宜采用按工藝布置方式，組裝車間采用流水線布置方式。四、產品工藝過程分析（一）計算物流量通過對產品加工、組裝、檢驗等各種加工階段以及各工藝過程路線的分析，計算每個工藝過程各工序加工前工件單件重量及產生的廢料重量，并根據(jù)全年生產量計算全年物流量。具體計算過程如表4-1所示：表4-1各零件物流量計算（二）繪制各零件的工藝過程圖根據(jù)各零件的加工工藝過程與物流量，繪制各零件的工藝過程如圖4-1~圖4-6所示。圖中序號分別是：1—原材料庫，2—鑄造車間，3—鍛造車間，4—機加工車間，5—精密車間，6—熱處理車間，7—半成品庫。圖4-1機蓋物流量圖4-2機座物流量圖4-3大齒輪物流量圖4-4軸物流量圖4-5齒輪軸物流量圖4-6端蓋物流量（三）繪制產品總工藝過程圖減速器總的生產過程可分為零件加工階段→總裝階段→性能實驗階段，所有零件、組件在組裝車間集中組裝。將減速器所有工藝過程匯總在一張圖中，得到減速器總工藝過程圖如圖4-7所示。該圖清楚地表示出減速器生產的全過程以及各工序和各作業(yè)單位之間的物流情況，為進一步進行深入的物流分析奠定了基礎。圖4-7減速器總工藝過程圖（四）繪制產品初始工藝過程表為了研究各零件、組件生產過程之間的相互關系，將總工藝過程圖中的產品按照物流強度大小順序，由左到右排列于產品工藝過程表中，即最左邊的產品物流強度最大，由左到右物流強度逐漸遞減，這樣得到減速器初始工藝過程表如表4-2所示。表4-2初始產品工藝過程表（五）繪制產品較佳工藝過程表由初始產品工藝過程表4-2可知，按照現(xiàn)行的工藝順序，存在物流倒流的情況，為了使物流順流強度W達到最大，可對某些作業(yè)單位的順序進行交換。通過交換調整，得到調整后的較佳產品工藝過程如表4-3所示。表4-3較佳產品工藝過程表五、物流分析（一）繪制從至表根據(jù)減速器較佳產品工藝過程表4-3，繪制出減速器工藝過程物流從至表，如表5-1所示。表5-1減速器加工工藝從至表（單位：t）（二）繪制物流強度匯總表根據(jù)產品的工藝過程和物流從至表，統(tǒng)計各單位之間的物流強度，并將物流強度匯總到物流強度匯總表5-2之中。表5-2物流強度匯總表（三）劃分物流強度等級將各作業(yè)單位對的物流強度按大小排序，自大到小填入物流強度分析表中，根據(jù)物流強度分布劃分物流強度等級。作業(yè)單位對或稱為物流路線的物流強度等級，應按物流路線比例或承擔的物流量比例來確定。針對減速器的工藝過程圖，利用表5-2中統(tǒng)計的物流量，按由小到大的順序繪制物流強度分析表5-3。表5-3中未出現(xiàn)的作業(yè)單位之間不存在固定的物流，因此，物流強度等級為U級。表5-3物流強度分析表（四）繪制作業(yè)單位物流相關圖根據(jù)以上分析，繪制作業(yè)單位物流相關圖，如圖5-1所示。圖5-1作業(yè)單位物流相關圖六、作業(yè)單位非物流相互關系分析針對減速器生產特點，制定個作業(yè)單位間相互關系密切程度理由如表6-1所示。根據(jù)表6-1制定減速器“基準相互關系”，如表6-2所示，在此基礎上建立非物流作業(yè)單位相互關系圖，如圖6-1所示。表6-1減速器各作業(yè)單位關系密切程度理由表6-2基準相互關系圖6-1作業(yè)單位非物流相關圖七、作業(yè)單位綜合相互關系分析從圖5-1和圖6-1可知，減速器廠作業(yè)單位物流相關與非物流相互關系不一致。為了確定各作業(yè)單位之間綜合相互關系密切程度，需要將兩表合并后再進行分析判斷。其合并過程如下：1.選取加權值加權值的大小反映工廠布置時考慮因素的側重點，對于減速器來說，物流因素（m）影響明顯大于其他非物流因素（n）的影響，因此，取加權值m:n=2:1。2.綜合相互關系的計算根據(jù)該廠各作業(yè)單位對之間物流與非物流關系等級的高低進行量化，并加權求和，求出綜合相互關系如表7-1所示。當作業(yè)單位數(shù)目為11時，總作業(yè)單位對數(shù)為：p=11*(11-1)/2=55式中，p作業(yè)單位對數(shù)。因此，表7-1中將有55個作業(yè)單位對，即將有55個相互關系。表7-1作業(yè)單位之間綜合相互關系計算表3.劃分關系密級在表7-1中，綜合關系分數(shù)取值范圍為-1~12，按分數(shù)排列得出各分數(shù)段所占比例如表7-2所示。在此基礎上與表7-3中推薦的綜合相互關系密級程度劃分比例進行對比，若各等級相差太大，則需要對表7-1中作業(yè)單位對之間的關系密切程度作適當?shù)恼{整，使各等級比例與表7-3中推薦的比例盡量接近。表7-2綜合相互關系密級等級劃分表7-3綜合相互關系密級與劃分比例4.建立作業(yè)單位綜合相互關系表將表7-1中的綜合相互關系總分轉化為關系密級等級，繪制成作業(yè)單位綜合相互關系圖，如圖7-1所示。圖7-1作業(yè)單位綜合相互關系圖八、工廠總平面布置（一）綜合接近程度由于減速器廠作業(yè)單位之間相互關系數(shù)目較多，為繪圖方便，先計算各作業(yè)單位的綜合接近程度，如表8-1所示。綜合接近程度分數(shù)越高，說明該作業(yè)單位越應該靠近布置圖的中心；分數(shù)越低，說明該作業(yè)單位應該遠離布置圖的中心，最好處于布置圖的邊緣。因此，布置設計應該按綜合接近程度分數(shù)高低順序進行，即按綜合接近程度分數(shù)高低順序來布置作業(yè)單位順序。表8-1綜合接近程度排序圖（二）作業(yè)單位位置相關圖在繪制作業(yè)單位位置關系圖時，作業(yè)單位之間的相互關系用表8-2所示的連線類型來表示。為了繪制簡便，用“○”內標注號碼來表示作業(yè)單位，而不嚴格地區(qū)分作業(yè)單位的性質。減速器廠作業(yè)單位位置相關圖如圖8-1所示.表8-2關系密級表示法符號系數(shù)值線條數(shù)密切程度等級顏色規(guī)范A4////絕對必要紅E3///特別重要桔黃I2//重要綠O1/一般藍U0不重要不著色X-1不希望棕XX-2極不希望黑圖8-1減速器廠作業(yè)單位位置相關圖（三）作業(yè)單位面積相關圖選取繪圖比例1：1000，繪制單位為mm，減速器廠作業(yè)單位面積相關圖，如圖8-2所示。圖8-2減速器廠作業(yè)單位面積相關圖（四）作業(yè)單位面積相關圖的調整根據(jù)減速器的特點，考慮相關規(guī)定以及各方面的限制條件，得到減速器平面布置方案如圖8-3、圖8-4、圖8-5和圖8-6所示。圖8-3減速器廠平面布置圖之一圖8-4減速器廠平面布置圖之二圖8-5減速器廠平面布置圖之三圖8-6減速器廠平面布置圖之四九、方案的評價與選擇運用加權因素法對減速器廠進行評價，其評價過程和評價結果如表9-1所示。表9-1加權因素評價表方案評價因素ABCD相對重要性ai等級得分等級得分等級得分等級得分物流效率與方便性A4E3O1O110空間利用率E3E3E3I28輔助服務部門的綜合效率I2I2I2I29工作環(huán)境安全與舒適I2E3I2I25管理的方便性I2I2I2I28布置方案的可擴展性I2O101017產品質量E3E3I2I27外觀E3E3I2I24環(huán)境保護E3E3I2E36其他相關因素I2I2I2I23綜合得分Tj179167125123綜合排序1234由綜合排序可選出第一個方案為最優(yōu)方案，因此選方案一為減速器廠的總體布置方案。十、生產單位、生產類型的確定及組織設計（一）生產單位的制定任何一個企業(yè)都是由多個生產車間、職能管理部門、倉儲部門及其他輔助部門所組成的。通常把企業(yè)的各級各類組成部分成為作業(yè)單位，每個作業(yè)單位又可細分為更小的作業(yè)單位或作業(yè)單元，如生產部門分為各個車間和加工中心，每個車間又分為各個班組。具體劃分如圖10-1所示，為組織結構圖。圖10-1組織結構圖每個車間內部都有具體的構成形式，如生產班組、后勤小組、質檢小組等，具體結構如圖10-2所示：圖10-2車間內部組織結構圖（二）生產類型的確定產品品種的多少和產量的高低直接決定了企業(yè)的生產類型以及設備的布置形式。大批大量生產類型一般采取流水線布置形式，單件小批量生產類型一般采取機群式布置形式，而多品種小批量生產類型則可以采取成組原則布置形式。本課程設計所涉及的產品減速箱是大批大量的生產類型，適合于按產品原則布置，宜采用流水線式的生產方式。（三）組織設計生產組織設計包括車間設計、車間作業(yè)系統(tǒng)設計兩大部分，主要制定車間的加工班組及每班工時等，如圖10-3所示。圖10-3生產組織設計第二部分生產計劃與控制運用ERP軟件對減速器廠的生產進行管理，運用軟件的幾個主要功能：制定銷售訂單，確定主生產計劃，能進行物料需求計劃的計算，對能力需求計劃進行比較和分析等。一、物料編碼及庫存ABC分類（一）物料編碼由于是新建立的減速箱廠，所以主要是生產齒輪減速器，由于其零部件繁多故對其進行編碼以方便管理，具體如表1-1所示。表1-1零部件編碼表（二）庫存ABC分類庫存ABC分類和帕累托圖有著類似的思想，按占用的成本比例之間的關系將庫存分為三類：1）將存貨單元累計在20%，但卻占總成本的80%的物料劃分為A類庫存；2）將存貨單元累計在20%~50%，但卻占總成本的15%的物料劃分為B類庫存；3）將存貨單元累計在50%~100%，但卻占總成本的5%的物料劃分為C類庫存。具體計算如表1-2所示。表1-2ABC分類表二、ERP軟件的運用（一）基本信息的輸入1.輸入員工信息如圖2-1所示。圖2-1員工信息2.輸入物料信息如圖2-2所示。圖2-2物料信息3.輸入客戶資料如圖2-3所示。圖2-3客戶資料4.模擬供應商資料如圖2-4所示。圖2-4供應商資料（二）BOM表的確定以產品減速器為父，各組件為子，再將各零件分配到相應的組件為子級，具體情況如圖2-5所示。圖2-5產品物料清單（三）各清單、訂單及工藝的確定的確定1.模擬銷售清單如圖2-6所示。圖2-6銷售清單2.模擬銷售訂單如圖2-7所示。圖2-7銷售訂單3.模擬采購清單如圖2-8所示。圖2-8采購清單4.根據(jù)圖2-9所示的采購計劃制定采購訂單。圖2-9采購計劃5.輸入庫存管理信息如圖2-10所示。圖2-10庫存管理信息6.模擬工作中心如圖2-11所示。圖2-11工作中心7.制作工作日歷如圖2-12所示。圖2-12工作日歷8.確定工藝路線如圖2-13所示。圖2-13工藝路線（四）參數(shù)制定及計算，并對結果比較分析1.輸入計劃參數(shù)如圖2-14所示。圖2-14計劃參數(shù)2.進行銷售預測如圖2-15所示。圖2-15銷售預測3.制定主生產計劃如圖2-16所示。圖2-16主生產計劃4.計算物料需求計劃如圖2-17所示。圖2-17物料需求計劃5.制定CRP如圖2-18所示并且輸出各工作中心能力分析如圖2-19~2-21所示。圖2-18能力需求計劃管理圖2-19工作中心2CRP曲線圖2-20工作中心3CRP曲線工作中心4、5、6與上圖情況類似。從上面幾個工作中的CRP曲線圖可以看出各工作中心的負荷都正常沒有超過額定負荷的，但各工作中心的效率都明顯的不高，還需調整工作負荷。6.輸出MRP結果如圖2-22所示。圖2-22MRP輸出結果小結首先我要感謝邱老師、高老師和王老師這三個星期對我們的辛勤指導，在我們困惑時給我們及時的解答，在我們松懈時給我們適當?shù)谋薏?，在我們收貨時與我們共享喜悅，師恩難忘，千言萬語難表心意。言歸正傳，這次課程設計主要是將我們這學期所學習的《現(xiàn)代設施規(guī)劃與物流分析》與上學期的《生產計劃與控制》兩門課的理論內容進行一次實踐，就是對減速箱廠進行總平面布置設計及其生產計劃的制定。這次課程設計讓我充分的復習完善了書本上的知識內容，也學到了很多書本上沒有學過的知識，還加強了自己的軟件操作能力和計算機各方面的操作水平，為我們以后走向工作崗位進行了良好的鋪墊，這些都是老師的功勞啊。由于剛學習了《現(xiàn)代設施規(guī)劃與物流分析》這門課程，所以剛開始做第一部分減速箱廠布局時感覺還是很簡單的，做起來也挺快的，運用起來比較得心應手。但是《生產計劃與控制》這門課上了有一學期了，很多知識都已經有所遺忘，但好在有老師的指導和同學們的幫助，我們本著一不怕苦二不怕累的精神和態(tài)度積極完成課程設計老師布置的任務，終于在這最后的關頭我們完成了。收獲的喜悅讓我們感到了付出的意義之所在都沒有，也讓我們這個團隊更加的團結?？偠灾?，這次的課設讓我受益匪淺，非常感謝老師們給我們提供的廣闊舞臺，讓我們自己去動手操作，讓我們將書本聯(lián)系實際，實現(xiàn)價值。謝謝老師，老師辛苦了。參考文獻1、蔣祖華等.《工業(yè)工程專業(yè)課程設計指導書》.北京：機械工業(yè)出版社,20062、潘爾順編著.《生產計劃與控制》.上海：上海交通大學出版社,20033、戢守峰等編著.《現(xiàn)代設施規(guī)劃與物流分析》.北京：機械工業(yè)出版社,20044、邱勝海、高成沖編.《生產計劃與控制實驗指導書》.南京工程學院講義,20115、王麗亞等著.《生產計劃與控制》.北京：清華大學出版社,2015

附錄資料：不需要的可以自行刪除聚合物成型新工藝振動輔助成型原理及特點：原理：動態(tài)注射成型技術如果在注射成型過程中引入振動，使注射螺桿在振動力的作用下產生軸向脈動，則成型過程料筒及模腔中熔體的壓力將發(fā)生脈動式的變化，改變外加振動力的振動頻率與振幅．熔體壓力的脈動頻率與振幅也會發(fā)生相應的變化，熔體進入模腔進行填充壓實的效果也必然會發(fā)生相應的變化。通過調控外加振動力的振動頻率與振幅．可以使注射成型在比較低的加工溫度下進行，或者是可以降低注射壓力和鎖模力，從而減小成型過程所需的能耗，減小制品中的殘余應力，提高制品質量。分類：在機頭上引入機械振動；機頭引入超聲振動；在擠出全過程引入振動振動力場對擠出過程作用的機理擠出過程中的振動力場作用提高了制品在縱向和橫向上的力學性能，并且使二者趨于均衡這種自增強和均衡作用是聚合物大分子之間排列和堆砌有序程度提高的結果，也是振動力場對聚合物熔體作用的結果，可以解釋為是振動力場作用使聚合物熔體大分子在流動過程中發(fā)生平面二維取向作用而產生“擬網結構”的結果。在振動塑化擠出過程中，由于螺桿的周向旋轉和軸向振動，聚合物熔體受到復合應力作用，在螺槽中不僅受到螺槽周向剪切力作用，而且也受到軸向往復振動剪切力作用。由于軸向振動作用具有交變特征，因此，與周向剪切作用的復合作用在空間和時間維度上進行周期性變化，可以把這種復合作用描述成空間矢向拉伸時也不會解離。在縱向上由于有牽引拉伸作用，取向程度較高，大分子鏈、片晶較多地沿拉伸方向排列，因而其力學性能較高；其他方向上因擬網結構被固化，也出現(xiàn)部分大分子取向，表現(xiàn)為制品的橫向力學性能的提高和縱橫向性能趨于均衡；而在薄膜擠出吹塑時，制品厚度小，由于軸向振動分量作用減弱了縱向流動剪切和拉伸的誘導取向作用，動態(tài)擠出時的薄膜制品的縱向拉伸強度較穩(wěn)態(tài)擠出時有所下降。總說：在高分子材料成型加工過程中引入振動，會對高分子材料成型過程產生一系列影響。振動力場能量的引入并不是能量的簡單疊加，而是利用高分子材料成型過程在振動力場作用下表現(xiàn)出來的非線性特性，降低成型過程能耗，提高產品質量，是一種新型的低能耗成型方法。特點：振動擠出對塑料制品性能的影響在動態(tài)塑化擠出成型過程中，振動力場被引入塑化和成型的全過程，不僅對物料的輸送、熔融、塑化和熔體輸運過程產生了影響，而且改變了聚合物熔體在制品成型過程中的流動狀態(tài)，并對制品的微觀結構形成歷程和形態(tài)產生了重要的影響。振動塑化過程的脈動剪切作用可以提高聚合物熔體中微觀有序結構的程度與分布，如大分子的取向，這種局部有序性在制品成型的過程中并不會完全松弛，在熔體冷卻過程中對結晶聚合物的晶體的形成或分子的取向結構產生一定的影響，得到在微觀水平上具有更有序的長程結構的聚合物制品。因此，在不添加任何塑料助劑的情況下，振動塑化擠出加工可提高制品的力學性能。另一方面，振動塑化過程具有強烈的脈動剪切和拉伸效果，與穩(wěn)態(tài)加工過程中的單向剪切作用相比，這種作用對于改善復雜流體中的多相體系之間的混合與分散具有明顯的效果，能有效的促進多相體系中的均質、均溫進程，提高多相體系微觀結構的均化程度因此，通過振動塑化擠出加工制備的高分子材料具有優(yōu)化的分散結構和力學性能，這種制備與成型技術對于制備高分子材料及其制品具有明顯的優(yōu)勢。上述結果表明，引入振動力場后，在產量相同的條件下，輸送塑化的能耗需求降低，螺桿的長徑比可以相應減少，而且在一定的振動參數(shù)范圍內，不但能夠保證甚至還能提升制品綜合性能。眾多的實驗研究和生產實踐表明：將振動力場引入聚合物成型加工的全過程可以降低聚合物熔體黏度、降低出口壓力、減少擠出脹大、提高熔融速率、增加分子取向、降低功耗、提高制品力學性能等。在聚合物的加工全過程中引入的振動力場，對聚合物的加工過程產生了深刻影響，表現(xiàn)出許多傳統(tǒng)成型加工過程中沒有的新現(xiàn)象，如加工溫度明顯降低、熔體粘度減小、擠出脹大減小、制品產量和性能提高，以及振動力場的引入能有效促進填充、改性或共混聚合物體系中各組份間的分散、混合和混煉等。在塑料擠出加工中引入振動場，側重于通過改變擠出加工中的過程參數(shù)(壓力、溫度、功率)來改善擠出特性，使之更有利于塑料的擠出成型加工；同時，振動場的作用也使擠出成型制品質量得以提高。而在塑料注射成型中，振動場的引入側重于改善制品的物理機械性能；當然，振動場的存在對加工的壓力、溫度和熔體的流動性也有一定的影響，總之，在塑料成型加工中應用振動技術通過引入振動場使加工過程發(fā)生了深刻變化。塑料熔體的有效粘彈性由于振動場的作用，宏觀上表現(xiàn)為熔體的粘度減小。流動性增加，擠出壓力或注射壓力降低，流率增大，功耗降低。振動改善了塑料成型加工過程，使成型制品的性能也得到一定程度的提高。氣輔成型的原理、特點、應用現(xiàn)狀及前景：氣體輔助注射成型技術的工藝過程是：先向模具型腔中注入塑料熔體，再向塑料熔體中注入壓縮氣體。輔助氣體的作用，推動塑料熔體充填到模具型腔的各個部分,使塑件最后形成中空斷面而保持完整外形。與普通注射成型相比，這一過程多了一個氣體注射階段，且制品脫模前由氣體而非塑料熔體的注射壓力進行保壓。在成型后的制品中，由氣體形成的中空部分被稱為氣道。由于具有廉價、易得且不與塑料熔體發(fā)生反應的優(yōu)點，因此一般所使用的壓縮氣體為氮氣。氣體輔助注射成型的流程以短射制程為例，一般包括以下幾個階段。第一階段：按照一般的注塑成型工藝把一定量的熔融塑膠注射入模穴；第二階段：在熔融塑膠尚未充滿模腔之前，將高壓氮氣射入模穴的中央；第三階段：高壓氣體推動制品中央尚未冷卻的熔融塑膠，一直到模穴末端，最后填滿模腔；第四階段：塑膠件的中空部分繼續(xù)保持高壓，壓力迫使塑料向外緊貼模具，直到冷卻下來；第五階段：塑料制品冷卻定型后，排除制品內部的高壓氣體，然后開模取出制品。(1)熔體注射階段：在模具中注射填充量不足的塑料熔料。(2)氣體填充階段：在熔融塑料未完成充滿模腔前，將計量的定量氣體由特殊噴嘴注射入熔體中央部分，形成擴張的氣泡，并推進前面的熔化芯部，從而完成填充模具過程。氣體注射時間、壓力、速度非常重要。(3)冷卻保壓階段：在工作循環(huán)的冷卻階段，氣體將保持較高的壓力，氣體壓力將補償塑料收縮導致的體積損失。達到某種程度時，氣泡將進一步滲透到熔體中，即二次氣體滲透。(4)最終排氣階段：塑料冷卻定型后，將氣體從最終模制件中抽出。根據(jù)具體工藝過程的不同，氣體輔助注射成型可分為標準成型法、副腔成型法、熔體回流法和活動型芯法四種。1、標準成型法標準成型法是先向模具型腔中注入經準確計量的塑料熔體，再通過澆口和流道注入壓縮氣體。氣體在型腔中塑料熔體的包圍下沿阻力最小的方向擴散前進，對塑料熔體進行穿透和排空，最后推動塑料熔體充滿整個模具型腔并進行保壓冷卻，待塑料制品冷卻到具有一定剛度和強度后，開模將其頂出。2、副腔成型法副腔成型法是在模具型腔之外設置一個可與型腔相通的副型腔。首先關閉副型腔，向型腔中注射塑料熔體，直到型腔充滿并進行保壓。然后開啟副型腔，向型腔內注入氣體。由于氣體的穿透，使多余出來的熔體流入副型腔。當氣體穿透到一定程度時，關閉副型腔，升高氣體壓力以對型腔中的熔體進行保壓補縮),最后開模頂出制品。3、熔體回流法熔體回流法與副腔成型法類似，所不同的是模具沒有副型腔。氣體注入時，多余的熔體不是流入副型腔，而是流回注射機的料筒。4、活動型芯法活動型芯法是在模具型腔中設置活動型芯。首先使活動型芯位于最長伸出位置，向型腔中注射塑料熔體，直到型腔充滿并進行保壓。然后注入氣體，活動型芯從型腔中逐漸退出以讓出所需的空間。待活動型芯退到最短伸出位置時，升高氣體壓力實現(xiàn)保壓補縮,最后制品脫模。氣體輔助注射成型技術所需配置的設備主要包括注射機、氣體壓力控制單元和供氣及回收裝置。氣體輔助注射成型技術的特點:傳統(tǒng)的注射成型不能將制品的厚壁部分與薄壁部分結合在一起成型，而且由于制件的殘余應力大，易翹曲變形，表面有時還會有縮痕。通常，結構發(fā)泡成型的缺點是，制件表面的氣穴往往因化學發(fā)泡助劑過分充氣而造成氣泡，而且裝飾應用時需要噴涂。氣體輔助注射成型則將結構發(fā)泡成型與傳統(tǒng)的注射成型的優(yōu)點結合在一起，可在保證產品質量的前提下大幅度降低生產成本，具有良好的經濟效益。氣體輔助注射成型技術的優(yōu)點主要體現(xiàn)在：●所需注射壓力小。氣體輔助注射成型可以大幅度降低對注射機噸位的要求，使注射機投資成本降低，電力消耗下降，操作成本減少。此外，由于模腔內壓力的降低，還可以減少模具損傷，并降低對模具壁厚的要求，從而降低模具成本?！裰破仿N曲變形小。由于注射壓力小，且塑料熔體內部的氣體各處等壓，因此型腔內壓力分布比傳統(tǒng)注射成型均勻，保壓冷卻過程中產生的殘余應力較小，使制品出模后的翹曲傾向減小。●可消除縮痕，提高表面質量，降低廢品率。氣體輔助注射成型保壓過程中，塑料的收縮可由氣體的二次穿透予以補償，且氣體的壓力可以使制品外表面貼緊模具型腔，所以制品表面不會出現(xiàn)凹陷。此外，該技術還可將制品的較厚部分掏空以減小甚至消除縮痕?！窨梢杂糜诔尚捅诤癫町愝^大的制品。由于采用氣體輔助注射成型可以將制品較厚的部分掏空形成氣道從而保證制品的質量，因此采用這種方法生產的制品在設計上的自由度較大，可以將采用傳統(tǒng)注射成型時因厚薄不均必須分為幾個部分單獨成型的制品合并起來，實現(xiàn)一次成型?！窨梢栽诓辉黾又破分亓康那闆r下，通過氣體加強筋改變材料在制品橫截面上的分布，增加制品的截面慣性矩，從而增加制品的剛度和強度，這有利于減輕汽車、飛機、船舶等交通工具上部件的重量?！窨赏ㄟ^氣體的穿透減輕制品重量，節(jié)省原材料用量，并縮短成型周期，提高生產率?！裨摷夹g可適用于熱塑性塑料、一般工程塑料及其合金以及其他用于注射成型的材料。氣體輔助注射成型技術的缺點是：需要增加供氣和回收裝置及氣體壓力控制單元，從而增加了設備投資；對注射機的注射量和注射壓力的精度要求有所提高；制品中接觸氣體的表面與貼緊模壁的表面會產生不同的光澤；制品質量對工藝參數(shù)更加敏感，增加了對工藝控制的精度要求。氣體輔助注射成型技術的應用:氣體輔助注射成型技術可應用于各種塑料產品上，如電視機或音箱外殼、汽車塑料產品、家具、浴室、廚具、家庭電器和日常用品、各類型塑膠盒和玩具等。具體而言，主要體現(xiàn)為以下幾大類：●管狀和棒狀零件，如門把手、轉椅支座、吊鉤、扶手、導軌、衣架等。這是因為，管狀結構設計使現(xiàn)存的厚截面適于產生氣體管道，利用氣體的穿透作用形成中空，從而可消除表面成型缺陷，節(jié)省材料并縮短成型周期?！翊笮推桨孱惲慵畿囬T板、復印機外殼、儀表盤等。利用加強筋作為氣體穿透的氣道，消除了加強筋和零件內部殘余應力帶來的翹曲變形、熔體堆積處塌陷等表面缺陷，增加了強度/剛度對質量的比值，同時可因大幅度降低鎖模力而降低注射機的噸位?！裥螤顝碗s、薄厚不均、采用傳統(tǒng)注射技術會產生縮痕和污點等缺陷的復雜零件，如保險杠、家電外殼、汽車車身等。生產這些制品時，通過采用氣體輔助注射技術并巧妙布置氣道，適當增加加強筋數(shù)目，同時利用氣體均勻施壓來克服可能的缺陷，使零件一次成型，不僅簡化了工藝，還降低了生產成本。隨著氣體輔助注射成型技術的深入研究和廣泛應用，形式各異的新型氣體輔助注射成型技術也相繼問世，如外部氣輔注射成型、液輔注射成型、水輔注射成型、順序注射與氣輔注射相結合成型、局部氣體輔助注射、振動氣體輔助注射等。我國氣體輔助注射成型技術的應用起步雖然較晚，但隨著家電、汽車等工業(yè)的快速發(fā)展，對成型塑料制品的要求也在不斷提高，有力地推動了這項技術的引進、研究和推廣應用。氣體輔助注塑成型優(yōu)點在不降低質量的前提下用現(xiàn)代注塑機和成型技術可以縮短生產周期。通過便用氣誶犏切扯射成型的方法，制品質量得到提高，而且降低了模具的成本。使用氣體輔助注射成型技術時，它的優(yōu)點和費用的節(jié)約是非常顯著的。1、減少產品變形：低的注射壓力使內應力降低，使翹曲變形降到最低；2、減少鎖模壓力：低的注射壓力使合模力降低，可以使用小噸位機臺；3、提高產品精度：低的殘余應力同樣提高了尺寸公差和產品的穩(wěn)定性；4、減少塑膠原料：成品的肉厚部分是中空的，減少塑料最多可達40％；5、縮短成型周期：與實心制品相比成型周期縮短，不到發(fā)泡成型一半；6、提高設計自由：氣體輔助注射成型使結構完整性和設計自由度提高：7、厚薄一次成型：對一些壁厚差異大的制品通過氣輔技術可一次成型：8、提高模具壽命：降低模腔內壓力，使模具損耗減少，提高工作壽命：9、降低模具成本：減少射入點，氣道取代熱流道從而使模具成本降低；10、消除凹陷縮水：沿筋板和根部氣道增加了剛度，不必考慮縮痕問題。樹脂傳遞模塑成型（RTM）的成型原理、特點、及應用前景：RTM的基本原理是將玻璃纖維增強材料鋪放到閉模具的模腔內，用壓力將樹脂膠液注入模腔，浸透玻纖增強材料，然后固化，脫模成型制品。RTM成型技術的特點：1、可以制造兩面光的制品；2、成型效率高，適合中等規(guī)模的玻璃鋼產品生產（20000件/年內）；3、RTM為閉模操作，不污染環(huán)境；不損害健康；4、增強材料可任意方向鋪放，容易實現(xiàn)按制品受力狀況合理鋪放增強材料；5、原材料及能源消耗少；6、建廠投資少。RTM技術適用范圍（見課件）很廣，目前已廣泛用于建筑、交通、電訊、衛(wèi)生、航空航天等工業(yè)領域。已開發(fā)的產品有：汽車殼體及部件、娛樂車構件、螺旋槳、天線罩、機器罩、浴盆、淋浴間、游泳池板、座椅、水箱、電話亭、電線桿、小型游艇等。RTM成型、手糊成型、噴射成型、SMC成型四者的優(yōu)缺點比較：RTM的基本原理是將玻璃纖維增強材料鋪放到閉模的模腔內，用壓力將樹脂膠液注入模腔，浸透玻纖增強材料，然后固化，脫模成型制品。RTM成型技術的特點：①可以制造兩面光的制品；②成型效率高，適合于中等規(guī)模的玻璃鋼產品生產（20000件/年以內）；③RTM為閉模操作，不污染環(huán)境，不損害工人健康；④增強材料可以任意方向鋪放，容易實現(xiàn)按制品受力狀況例題鋪放增強材料；⑤原材料及能源消耗少；⑥建廠投資少，上馬快。手糊成型工藝又稱接觸成型工藝。是手工作業(yè)把玻璃纖維織物和樹脂交替鋪在模具上，然后固化成型為玻璃鋼制品的工藝。優(yōu)點是成型不受產品尺寸和形狀限制，適宜尺寸大、批量小、形狀復雜的產品的生產。設備簡單、投資少、見效快。適宜我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展。且工藝簡單、生產技術易掌握，只需經過短期培訓即可進行生產。易于滿足產品設計需要，可在產品不同部位任意增補增強材料；制品的樹脂含量高，耐腐蝕性能好。缺點是生產效率低、速度慢、生產周期長、不宜大批量生產。且產品質量不易控制，性能穩(wěn)定性不高。產品力學性能較低。生產環(huán)境差、氣味大、加工時粉塵多，易對施工人員造成傷害。噴射成型工藝是將混有引發(fā)劑和促進劑的兩種聚酯分別從噴槍兩側噴出，同時將切斷的玻纖粗紗，由噴槍中心噴出，使其與樹脂均勻混合，沉積到模具上，當沉積到一定厚度時，用輥輪壓實，使纖維浸透樹脂，排除氣泡，固化后成制品。噴射成型的優(yōu)點：①用玻纖粗紗代替織物，可降低材料成本；②生產效率比手糊的高2～4倍；③產品整體性好，無接縫，層間剪切強度高，樹脂含量高，抗腐蝕、耐滲漏性好；④可減少飛邊，裁布屑及剩余膠液的消耗；⑤產品尺寸、形狀不受限制。其缺點為：①樹脂含量高，制品強度低；②產品只能做到單面光滑；③污染環(huán)境，有害工人健康。片狀模塑料SMC的成型工藝主要有以下兩類：①將玻纖含量為

25％～40％（根據(jù)具體要求而定）的SMC片材，按產品形狀要求剪裁成一定的尺寸，揭去兩面的PE薄膜，按一定要求疊放在熱的對模上進行加壓加溫成型；②先在熱模內按要求鋪放好一定量（根據(jù)玻纖含量要求而定）的連續(xù)玻纖預成型氈，然后將不含玻纖或僅含少量玻纖（一般為5％以下）的SMC片材經剪裁、撕去薄膜后疊放在預成型氈上，最后鋪上一層表面氈。在較慢的合模（約需lmin)下使材料流動而安全浸透預成型氈，并在加溫加壓下固化成型。

后一類工藝的最大特點是：可在成型前改變預成型氈的鋪設和局部纖維含量，來滿足制件局部的高強度要求，并獲得總體強度高于前一類工藝的制品。SMC工藝的特點是：(1)操作方便。整個生產過程易實現(xiàn)機械化、自動化，生產效率高，改善了濕法成型的作業(yè)環(huán)境和勞動條件。(2)產品的可沒計性強?？赏ㄟ^改變組份的種類和配方，改變成型工藝來滿足不同產品的不同要求。如耐腐蝕、絕緣、絕熱、零收縮、柔性、低密度、高強、A級表面、抗靜電等等。(3)成型流動性好。可成型結構復雜的產品，特別適合制作大型薄殼異形制品。能實現(xiàn)制品變厚度，帶嵌件、孔洞、凸臺、加強筋、螺紋等功能。(4)產品內外光潔，尺寸準確，適合制作汽車外圍件，電氣零部件，機械部件，防腐容器等產品。適合大規(guī)模生產，成本較低。(5)增強材料在生產與成型過程中均無損傷，長度均勻，制品強度較高，可進行輕型結構化設計，色彩艷麗。SMC工藝也有其不足之處，主要是SMC機組、壓機、模具要求高投入，同時，生產技術要求較高。5、微孔注射發(fā)泡成型原理、特點、應用現(xiàn)狀：在傳統(tǒng)的結構發(fā)泡注射成型中，通常采用化學發(fā)泡劑，由于其產生的發(fā)泡壓力較低，生產的制件在壁厚和形狀方面受到限制。微孔發(fā)泡注射成型采用超臨界的惰性氣體受到限制。微孔發(fā)泡注射成型采用超臨界的惰性氣體（CO2、N2）作為物理發(fā)泡劑．其工藝過程分為四步：（1）氣體溶解：將惰性氣體的超臨界液體通過安裝在構簡上的注射器注人聚合物熔體中，形成均相聚合物/氣體體系；（2）成核：充模過程中氣體因壓力下降從聚合物中析出而形成大量均勻氣核；（3）氣泡長大：氣在精確的溫度和壓力控制大；（4）定型：當氣泡長大到一定尺寸時，冷卻定型。微孔發(fā)泡與一般的物理發(fā)泡有較大的不同。首先，微孔發(fā)泡加工過程中需要大量惰性氣體如CO2、N2溶解于聚合物，使氣體在聚合物呈飽和狀態(tài)，采用一般物理發(fā)泡加工方法不可能在聚合物一氣體均相體系中達到這么高的氣體濃度。其次，微孔發(fā)泡的成核數(shù)要大大超過一般物理發(fā)泡成型采用的是熱力學狀態(tài)逐漸改變的方法，易導致產品中出現(xiàn)大的泡孔以及泡孔尺寸分布不均勻的弊病。微孔塑料成型過程中熱力學狀態(tài)迅速地改變，其成核速率及泡核數(shù)量大大超過一般物理發(fā)泡成型。與一般發(fā)泡成型相比，微孔發(fā)泡成型有許多優(yōu)點。其一是它形成的氣泡直徑小,可以生產因一般泡沫塑料中微孔較大而難以生產的薄壁（1mm）制品；其二是微孔發(fā)泡材料的氣孔為閉孔結構，可用和阻隔性包裝產品；其三是生產過程中采用CO2或N2，因而沒有環(huán)境污染問題。

塑料發(fā)泡成型因其可減輕制品重量，且制品具有緩沖、隔熱效果而廣泛應用在日用品、工業(yè)部件、建材等領域。傳統(tǒng)的發(fā)泡成型通常使用特定的鹵代烷烴、有機化合物以及鹵代烷烴的替代品作為發(fā)泡劑。微孔泡沫塑料注射成型是在超臨界狀