小麦在啤酒生产中的应用

第一篇：小麦在啤酒生产中的应用

小麦在啤酒生产中的应用[2]

2009-05-03 04:03:00来源：我要投稿评论：0 点击：16

四、制麦工艺

斗提机→粗选机→小麦分级机→暂存箱→斗提机→埋刮板输送机→浸麦槽→发芽箱→液压刮板出箱机→胶带输送机→斗提机→埋刮板输送机→烘干箱→机械刮板出箱机→干麦芽暂存箱→斗提机→除根机→自动缝包机（人工包装）→成品小麦麦芽→出售或转运

1.流程说明

原料小麦经提升机入粗选机，粗选后自然流入分级筛，分级后流入暂存箱。投料时，由提升机提至浸麦槽上部埋刮板输送机到浸麦槽，浸麦后自然流入发芽箱。发芽采取萨拉丁箱式通风发芽。绿麦用液压刮板出箱机出箱，出箱后进入胶带输送机输送至提升机，提升机提至烘库后，刮平，用翻麦机翻麦，用出箱机出箱烘干。干燥前期，麦芽水分要降至12%以下，出炉水分控制在5%以下。

2.工艺说明

小麦在发芽期间的生化变化与大麦非常相似。首先由胚产生赤霉素并输送至糊粉层。后者在赤霉素的刺激下生成并分泌了大量的胚乳降解酶类，使胚乳中的淀粉、蛋白质等物质得以充分分解。因此，小麦芽生产工艺的关键，在于以小麦的制麦特性为中心，深入了解胚、糊粉层、胚乳这三个重点区域在发芽期间的生化变化情况及其相互间的联系。在此基础上，寻求浸麦度、发芽时间、温度、通风条件、干燥条件等工艺因素的最佳组合。

由于无外层皮壳，小麦发芽比大麦旺盛，容易内层温度过高而产生较高的制麦损失，以及麦芽的溶解过度现象。所以应采用低温（14—180℃）、短时（3—4d）的发芽工艺。此外，由于谷皮层较薄，小麦只需要较少的浸水时间就能达到发芽所必需的浸麦度（41%—42%左右）。过度浸麦会使小麦生长滞后并影响发芽。小麦浸麦时间较大麦芽缩短1/3，浸麦度达到37—38%就可以结束浸麦。在发芽时，将水分升至44—46%。麦层的通风要求则高于大麦。因此，大胆采用短浸水、长通风的浸麦工艺是有必要的。

发芽时间140小时，麦温控制在14—180℃。发芽前72小时，麦温控制在 14—160℃；发芽72小时后，麦温升至16—180℃。麦芽下到发芽箱72小时后，萌芽率超过70％，绿麦芽生长旺盛。发芽72小时内通新风，72小时后回风。每8小时翻麦一次。为防止缠根，在发芽过程中要经常翻麦，但小麦没有皮壳，叶芽暴露在麦粒外容易断裂。叶芽在被破坏以后，溶解就会停止，因此在小麦制

作过程中要特别小心。在16小时、32小时翻麦时添加赤霉素0.10g/t。小麦发芽温度比大麦要低一些。发芽中期，水分控制在45—46％。在发芽最后一天，为促进细胞壁溶解，发芽温度可升至17—20℃。排潮时间一般为12小时，进风温度50—650℃；干燥3小时，进风温度65—750℃；焙焦2小时，进风温度80—850℃。

采取低浸麦度、低温发芽、分级干燥、焙焦等生产工艺上的调整生产出的小麦芽，其糖化力可达350wk以上，α－淀粉酶活力可达80－100u，α－N可达150mg/L以上，浸出率可达82%以上，完全可以用于酿制啤酒。

五、糖化工艺

1.原料选择

小麦芽一般蛋白质含量较高，色度偏深，没有皮壳，因而在酿造过程中会带来许多不便。一般宜选用蛋白质含量低、色度和粘度较低的原料。

2.添加比例

小麦芽由于没有皮壳，添加过多会出现过滤困难。同时小麦芽中含氮量较高，添加过多会影响产品保质期。由于以上原因，通常小麦芽的添加量以不超过50%为宜，一般控制在30%以下。

3.小麦芽粉碎

由于小麦芽没有谷皮，粉碎可适当细些，以增加酶与底物的接触面积，提高糖化反应速度。考虑到大麦芽粉碎时应做到皮壳破而不碎，以提高过滤效率，故要尽量使用湿法粉碎或增湿粉碎，以保持小麦麦芽种皮和果皮的完整性。粉碎辊筒之间的辊间距应缩小到0.3—0.35mm。实际操作中（以过滤槽过滤为例），小麦芽粉碎时，粗粉占30—40%，细粉占60—70%。大麦芽粉碎时，谷皮25— 30%，粗粒8—12%，细粒30—35%，细粉20—25%。

4.糖化

糖化工艺必须考虑加强蛋白质的分解。小麦芽含有大量的高分子氮，投料温度宜采用35—40℃。使用中性蛋白酶，促进蛋白质分解，既提供足够的低分子氮，满足酵母的生长需求，又降低了麦汁中高分子氮的含量，特别是可凝固氮的含量。同时，蛋白质休止分阶段进行，增加45℃温度段，并适当延长休止时间。小麦芽中含有较高β－葡聚糖和戊聚糖，因此，糖化时应添加适量的β－葡聚糖酶和木聚糖酶，以加强β－葡聚糖和戊聚糖的分解。为了照顾实际生产，最好

有针对性地选用β－葡聚糖酶、木聚糖酶和中性蛋白酶活力较高的小麦专用复合酶，以降低麦汁粘度，提高麦汁澄清度，改善过滤效果。

小麦麦芽的比例越大，过滤时间就越长，尤其是头道麦汁的过滤，一般需要60—120分钟。麦汁要尽量清亮，以减少后序过程中沉淀物的含量。如果条件允许，可以采用麦汁压滤机。

麦汁煮沸阶段，应提高煮沸强度（10—12%），延长煮沸时间（100— 120min）。如采用外加热煮沸，在108—110℃的温度下，只需煮沸60—80分钟。酒花应选用富含多酚物质的酒花制品,以加强麦汁中高分子蛋白质的凝聚，并且适量增加麦汁澄清剂，使多量的热凝固物较好地沉积，以提高麦汁清亮度，降低麦汁的可凝固性氮含量，从而提高啤酒的抗冷能力。

5.麦汁处理

试验添加小麦芽的麦汁较全部使用大麦芽麦汁有更多的热、冷凝固物，故需分离，以除去麦汁中的热、冷凝固物。这样不仅有利于酵母发酵，而且有利于提高啤酒的非生物稳定性。

6.发酵

利用现有发酵大罐设备，按照现行工艺主酵6天左右即可开始回收酵母。零度时及零度后，每两天各排渣一次，以防止酵母自溶。零度后约3天左右进行倒罐，以去除过多的蛋白、多酚。倒罐辅料添加数量依据原料及糖化情况而定。倒罐完毕后，严格控制贮酒温度、压力，每天进行排渣一次。啤酒冷贮的温度和时间对啤酒的冷稳定性影响较大。啤酒的冷贮温度为0—-10℃，冷贮时间至少在3天以上，同时在贮酒过程中温度不得回升。

7.过滤

为提高啤酒的非生物稳定性，延长产品保质期，过滤前先将酒液进行急冷处理，同时过滤过程中添加澄清剂（如PVPP、硅胶）和抗氧化剂（如偏重、双抗、异VC－Na等），以除去多酚、蛋白质等易混浊物质，防止较早出现口感老化。

8.保质期预测

笔者选择了两组添加小麦芽的试验酒与不添加小麦芽的正常酒对照，做强化试验。从强化试验的结果来看，添加小麦芽的试验酒，保质期较正常，完全能够达到保质期180天的要求。

9.感官品评

添加部分小麦芽酿造的酒，酒液清亮、透明，泡沫洁白、细腻、持久挂杯，有特殊的小麦芽香气，口味纯正、口感柔和，有明显的杀口力。

10.技术总结

通过对几轮试验数据的整理和总结，我们发现，在质量技术层面上，使用部分小麦芽代替大麦芽酿造啤酒是完全可行的。

11.成本分析

若按国产麦芽3800元/吨、小麦芽2700元/吨计算，使用20%小麦芽酿造啤酒，吨酒可节约成本27.72元。以年产量10万千升计算，除去酶制剂的费用，预计全年可以实现经济效益超过250万元。由此可见，使用部分小麦芽代替大麦芽酿造啤酒势在必行。

第二篇：小麦在养猪生产中的应用

养猪生产中小麦的作用

玉米现在已经成为工业加工当中的重要原料，并且随着我国工业化社会的步伐不断加快，玉米已成为粮食中的新贵，许多行业对玉米地需求量越来越大，如乙醇、赖氨酸、淀粉等等。而在养猪生产中以玉米和豆粕为主的饲料原料缺口也越来越大，九月中旬在河南的部分地区玉米2.9元/kg依然不好采购。利用其它原料代替饲料中的能量饲料玉米，已变得尤为重要。现将本人多年来在猪场中应用小麦的技术与效果跟各位同仁一起分享.小麦。

养猪生产； 玉米； 对比； 应用 华北黄淮地区以及东北地区是我国玉米的主要产区。今天，作为一种非常重要的能量饲料，玉米在养殖领域获得了大规模的应用。以养猪业为例，目前玉米在猪饲料中的配方一般维持在2/5左右。小麦也是非常重要的能量饲料，我国的华北黄淮地区是小麦的重要产区。一项调查显示，我国北方民间的小麦余粮存贮量非常之大，而且在夏季小麦收割完毕之后小麦的收购价格常常会低于玉米收购价格不少。从养殖成本方面考虑，目前已经有一部分养猪企业开始尝试着用小麦来代替玉米作为饲料原料。如果小麦的收购价格低于玉米收购价格，则采用小麦来代替玉米作为饲料具有很高的可行性。另外，小麦也具有很高的营养成分，用来养猪能够加快猪的生长速度，缩短其生长周期，节约成本，提高养殖效益。充分利用今天的技术优势，将生物技术、高效加工手法应用于小麦型预混料的加工之中，能够有效提升小麦的饲用价值。除此之外，在生猪不同的生长阶段采用不同的饲料比例也非常重要，是一个非常值得研究的课题 1玉米与小麦的主要营养成分 1.1玉米的主要成分在各种常见谷物当中，玉米是其中能量最高的一种饲料原料，也是非常重要的能量饲料。玉米富含油脂，其含量大约高出小麦、大麦等一倍，但是相对于后者，其蛋白质含量、纤维含量以及矿物质含量则比较少。在谷实类饲料当中，玉米的亚油酸含量最高，高达2％。如果玉米在日粮中的配比达50％以上。仅玉米即可满足猪对亚油酸的需要量。氨基酸不平衡，赖氨酸、色氨酸和蛋氨酸的含量不足。维生素中脂溶性维生素E较多。1.2小麦的主要成分小麦的消化率

第三篇：全面质量管理在啤酒生产中的应用

全面质量管理在啤酒生产中的应用

摘要 从啤酒厂的各项经营环节来讲，如果想加强对啤酒厂的产品质量控制，促使啤酒企业能够在目前越来越激烈的市场竞争中立于不败之地，那么无论是从产品质量管理的运行机制上还是从产品生产过程的监控中等，需要我们做的还有很多。笔者通过结合自身多年的实践经验以及查阅大量相关的文献资料，将在本文关于啤酒厂的全面质量管理提出见解。

关键词 啤酒厂；质量管理；生产；应用

中图分类号TS262 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）69-0145-02 关于啤酒厂全面质量管理的具体措施

1.1 在啤酒厂的经营中引入全面质量管理制度

全面质量管理是市场经济发展下的产物，其是以令消费者、企业各级成员以及社会共同受益为出发点的。通过对这项质量管理制度的研究发现，其具有很多优点可以为加强啤酒厂的产品质量控制提供很好的保障。以下对其优点进行简要介绍：

消费者是产品的直接使用者，企业产品只有得到了广大消费者的认同和满意，才能够为企业带来可观的市场效益与社会效益，所以全面质量管理是真正站在消费者的角度来对产品质量进行管理的；令每项变量都与相应基准与标准进行精确的度量；强调企业员工之间的整体性合作，注重集体的力量。全面质量管理就是充分发挥了企业上下所有员工的力量，通过所有员工之间的有效沟通与合作实现对产品质量的控制与提高；全面质量管理通过大量的市场调查，生产出最能满足消费者需求的产品；全面质量管理强调在产品生产中一定要结合当下消费者的需求对产品质量做好改进措施；全面质量管理认识到了优质的产品质量离不开员工、设备以及信息的有机结合；从企业战略角度讲，全面质量管理不断改进产品的质量与服务水平，避免竞争对手的抄袭与效仿，全面质量管理还注重在企业中形成良好的质量文化，借助所有成员之间的互相监督和沟通，为产品质量提供保障。

啤酒厂在生产啤酒的过程中，应注重全面质量管理制度得到实施，将全面质量管理制度的以上优点发挥到最大程度，这样就能够促进啤酒厂对产品质量全面而又高效的控制。

1.2 全面质量管理思想在啤酒生产中的应用

1）在啤酒生产过程中，从消费者的需求出发，加强全体员工的质量意识，在保障与提高产品质量的同时，最大限度地控制产品成本，为啤酒厂创造更高的质量效益；2）为了使全面质量管理制度在啤酒生产中得到顺利的推行，啤酒厂的领导也应该注意在质量控制中强调员工的巨大作用。为了让全体员工真正地融入到产品质量管理中去，企业需要为员工们营造良好的工作氛围，为每位员工提供展现自我价值和能力的平台，并且在工作中提高员工们的危机感与紧迫感；3）在啤酒的生产过程中，企业不但要提高全体员工的质量意识，还应该注重加强对员工们质量管理技术的培养。具有较高质量管理技术水平的员工才能够在生产啤酒的过程中适应与满足消费者对产品质量不断提出的新要求；4）为了能够带动员工们对啤酒质量保障的重视度的提高，企业应该在产品质量管理工作中实施适当的绩效评价制度，制定一定的质量激励措施。这项举措的实施，不但能够提高员工们在过程监控中的积极性，督促他们自觉地学习质量管理技术知识，更能够实现产品质量的高效控制的目的；5）在啤酒生产中对各项生产环节进行系统管理

（1）对啤酒生产的物资进行管理

首先，需要完善物资采购管理制度。对于啤酒生产的相关物资一定要按照国家以及行业的相关标准与规定进行采购，当原辅材料以及包装物被采购进来以后，必须对它们进行严格的质量验收，一旦发现问题就必须做出相应处理。而对于那些企业自身无法检验的辅助材料，必须要求供货方提供具体的产品合格证书以及检验数据等。

其次，对于啤酒生产的麦芽等主要原料，应当对其进行检验。对于进入啤酒厂的大宗主要原料进行抽样检查，然后再通过全项检查，一旦发现检查结果数据低于采购前的小样的检查数据的情况，就必须禁止不合格的原料进入仓库。

再者，为了确保啤酒质量的稳定性，啤酒厂还应当对物资供货方进行适当的监管。比如：要求供货方向啤酒厂出具具体而又真实的物资质量信息，按时评价供货方的技术水平以及产品质量。

最后，为了能够对啤酒质量进行有效控制，企业还要提高对大米、麦芽等原材料的储存管理，不仅要适时地改善原材料的储存条件，防止它们发生虫咬、霉变等状况，还要严格按照生产的需求进行采购，防止原材料不足或是严重积压的现象发生。

（2）生产工艺的管理

为了保障并且提高啤酒的质量水平，在生产啤酒的时候应该注意选择具有稳定性、灵活性、科学和先进性以及符合性都比较高的生产工艺。生产工艺应覆盖啤酒生产全过程，要加强监督生产工艺的落实执行情况，确保生产条件符合工艺要求。

（3）加强对工艺卫生的管理

工艺卫生管理在产品生产中占据着十分重要的位置，所以在啤酒厂的产品质量控制中需要对其提起特别的注意。比如：培养专业的工艺卫生管理人员，并且为了增强其工作的积极性与责任感，实施绩效挂钩的制度；明确制定啤酒生产中涉及到的清洗、消毒以及有害微生物的检测程序与标准；对于像薄板换热器、麦汁管线、发酵罐等容易被污染的设施加强监控；全面而仔细地记录下工艺卫生管理工作中的相关数据，方便在发生问题时，对问题原因的查找等。

（4）成品在入库时对其进行严格检查

在啤酒生产的过程中，成品的外观也是产品质量控制中的一项内容，所以在成品入库之前，需要对其进行必要的检查。比如：查验成品啤酒检验合格报告；检查啤酒的物理状态，是否含有悬浮物、沉淀物、异物；标签是否被贴歪或者污染；生产日期是否记录正确并完整；瓶盖是否出现漏气、划痕等现象。

结论

综上可知，通过采取以上措施方法，可以保证啤酒厂的质量控制工作全面、适当又高效的运行，从而利于啤酒厂生产出更易被消费者接受的产品，并促进啤酒企业在市场竞争的道路上越走越远。

参考文献

[1]陈雪峰，吴波.浅谈啤酒企业质量管理的运行机制[J].啤酒科技，2009．

[2]杨辉.用全面质量管理强化啤酒企业生产过程监控[J].啤酒科技，2010．

[3]张公绪.质量工程师手册[M].北京：企业管理出版社，2006．

第四篇：计算机辅助设计在材料生产中的应用

计算机辅助设计在材料生产中的应用

学 专 姓

院

材料科学与工程 称

防腐131班

名

蓝 文 程

计算机辅助设计在材料生产中的应用

摘要

计算机辅助设计是利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作,简称CAD。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。

随着现代计算机技术的飞速发展，计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）在生产中的应用日益广泛，本文主要从计算机辅助设计在材料生产中的应用等方面阐述了其在材料计中的显著优势，并对目前国内企业产品开发过程三维CAD系统应用现状和存在问题进行了分析。

关键词：计算机辅助设计 三维CAD 应用 绪 论

开始于上世纪50年代后期的计算机辅助设计技术，从最初的仅仅被简单的作为图板的替代品到70年代的二维制图过度到三维建模再到现在的集产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造、数据管理于一体的智能CAD技术，计算机辅助设计经历了一个漫长又曲折的发展历程。在今天，CAD技术越来越广泛的用于生产中。CAD技术从二维CAD向三维CAD的过渡

2.1 CAD简介

计算机辅助设计是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，并取得创新成果的一种技术。自1950年计算机辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于材料、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。现已将计算机辅助制造技术（Computer Aided Manufacturing，CAM）和产品数据管理技术（Product Data Management，PDM）及计算机集成制造系统（Computer Integrated manufacturing system，CIMS）集于一体。

产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决定着产品75%的成本。目前，CAD系统已由最初的仅具数值计算和图形处理功能的CAD系统发展成为结合人工智能技术的智能CAD系统（ICAD）(Intelligent CAD)。21世纪，ICAD技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。

以智能CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统完成。这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。该系统把人工智能技术和优化、有限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。

CAD技术正从二维CAD向三维CAD过渡。三维设计软件具有工程及产品的分析计算、几何建模、仿真与试验、绘制图形，工程数据库的管理，生成设计文件等功能。三维CAD技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率得以迅速提高。我国CAD技术的研究、开发和推广已取得较大进展，产品设计已全面完成二维CAD技术的普及，结束了手工绘图的历史，对减轻人工劳动强度、提高经济效益起到了明显的作用。有相当一部分CAD应用较早的企业已完成了从二维CAD向三维CAD转换，并取得了巨大的经济效益和社会效益。随着市场经济的逐步深入，市场竞争日趋激烈，加强自身的设计能力是提高企业对市场变化和小批量、多品种

要求的迅速响应能力的关键。2.2 三维CAD的优势

首先CAD技术以实用的零件实体建模优势和简便的产品造型修改和实体装配图的生成被用在机械设计的多个方面设计软件为三维建模提供了多种工具，包括最基本的几何造型如球体、圆柱等，对简单的零件，可通过对其结构进行分析，将其分解成若干基本体，对基本体进行三维实体造型，之后再对其进行交、并、差等布尔运算，便可得出零件的三维实体模型。对于较复杂的图形，软件提供了草图工具，设计人员可以通过它先勾勒出截面，再拉伸出较复杂的几何形体。为了满足人们不断提高的审美要求，目前主要流行的几款三维设计软件基本上都提供面片模块，该模块为设计人员提供了非常方便的曲面设计工具。对于具有大块曲面的零件，设计师可以方便地对单个面或片体进行变形处理，以达到需要的曲面。

企业生产的产品往往是按系列区分，各系列中每一代产品与上一代产品之间的区别较小，也许只是增加了一个功能部件或是产品造型尺寸上有所改动。三维CAD可以方便地修改一些参数就能达到设计师更改造型的目的。三维CAD在建模中一般使用参数化建模，整个建模的步骤和产品的外型尺寸被参数化，这些参数是与产品的造型直接关联的。若要对尺寸或造型进行局部的更改，只需要更改相关参数，整个造型将被自动更新。这样不仅大大减少了设计人员的工作量，还保证了产品外造型的延续性。

实体装配不仅能让设计人员直观地看到各零件装配后的状态，还可以测量各零件之间的空间大小，方便零件的布置。在装配完成后，零件可以被隐藏或设置成半透明的状态，方便设计人员观察内部结构。此外，在装配状态下，软件提供的标准件库，也方便了设计人员对标准件型号的选择。装配状态下的干涉分析也是常用的功能，计算机通过计算各装配零件的体积的大小和位置来确定是否有相交的部分，并确定各零件是否干涉，自动生成分析报告，明确指出互相干涉零件的名称和干涉的尺寸。方便设计师修改产品设计尺寸。

另外随着技术发展，为了减轻人工劳动强度，提高产品的精度，制造行业装备从普通机床逐步到数控机床和加工中心，模具激光快速成型技术（RPM）等，几乎应用到整个制造行业。这些数控加工装备基本都具有与各三维设计软件的接口。当产品模型在三维CAD软件中完成后，再由CAD软件模拟出加工刀具路径，随后生成数控语言，通过接口输入数控设备中，再由数控设备按照模拟出的加工路径加工产品。

2.3 CAE简介

CAE是三维CAD软件的重要模块，CAE功能包括工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学、运动学仿真等。CAD技术在建模模块完成产品造型后，才能由CAE模块针对设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性进行分析。CAE技术在我国也得到了广泛应用，以汽车制造业为例，国内多家主车厂和汽车设计公司在使用三维CAD软件完成新车型的设计后，进行CAE分析，如干涉检查、钣金成型分析、塑料件拔模角分析、车身强度刚度的测试，在车窗、车门、雨刮器等运动部件上广泛采用CAE模块中的运动仿真功能，计算出零件的运动轨迹，以及零部件在运动中的状态，为设计人员提供直观的参考。这些分析工作大大提高了新车型的可靠度，缩短了新车型的开发周期，减少了返工，节约了研发成本。采用三维CAD技术，机械设计时间缩短了近1/3。同时，三维CAD系统具有高度变型设计能力，能通过快速重构，得到一种全新的机械产品，大大提高了工作效率。

3计算机辅助设计在材料加工中的应用

材料加工CAD技术是传统材料加工技术与计算机技术、控制技术、信息处理技术等相结合的产物，是材料加工和技术进步和标志。材料加工CAD又可分为铸造成形CAD、塑性成形CAD、焊接成形CAD、注射成型CAD以及模具CAD等几个方面：

3.1 铸造成形CAD

包括铸造工艺CAD以及铸造工装（模具/模板）CAD。前者的主要功能有铸造浇注系统设计，冒口补缩系统设计，冷铁的设计，砂芯的设计，铸造分型面的确定，加工余量的确定，起模斜度的确定，开放浇注系统库、冒口库、冷铁库、芯头库的建立，工艺图的标注与打印等，可以实现铸造工艺的快速准确设计。另外，基于有限分析的优化技术在CAD系统配套使用，例如充型过程模拟、凝固过程模拟、应力应变分析、微观组织模拟等，为制定合理的铸造工艺起到了有力的指导作用。

铸件弃型流动与凝固过程数值模拟在短短十余年的发展过程中，由二维到三维，由简单到复杂，由工作站到微机，由实用化到商品化，为铸造生产提供越来越重要的指导作用。华中科技大学推出的商品化三维模拟软件华铸CAD。这些铸造模CAD软件在铸造生产中取得了显著的效益。已覆盖了铸钢、球墨铸铁、灰铸铁、铸铝和铸铜等各类铸件，大到一二百吨，小到几千克，无论是解决缩孔和缩松，还是优化浇冒口结构，提高生产效率，改进浮渣等方面，都发挥了明显的作用。

3.2 塑性成形CAD

包括冷冲模、冲裁模、弯曲模、拉伸模以及锻造模设计CAD。随着工业技术的发展，产品对模具的需求愈来愈多。传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品及时更新换代和提高质量的要求。因此，国外先进工业国家对模具CAD/CAM技术的开发非常重视。早在20世纪60代的初期，国外一些飞机和汽车制造公司就开始了CAD/CAM的研究工作，投入了大量人力和物力。各大公司都先后建立了自己的CAD/CAM系统，并将其应用于模具的设计与制造。目前，应用CAD/CAM技术较普遍的为美、日、德等国。日本丰田汽车公司于1965年将数控用于模具加工。20世纪80年代初期开始用覆盖件冲模CAD/CAM系统。该系统包括设计覆盖件的NTDFB和CADET软件和加工凸、凹模的TINCA软件。利用坐标测量仪测量粘土模型，并将数据送入计算机。将所得图形经平滑处理后，再把这些数据用于覆盖件设计、冲模的设计与制造。该系统有较强的三维图形功能，可在屏幕

上反复修改曲面形状，使工件在冲压成形时不致产生工艺缺陷，从而保证了模具和工件的质量。模具型面的模型保存在数据库中，TINCA软件可利用这些数据，进行模具型面的数控加工。美国的Diecomp公司开发的计算机辅助级进模设计系统PDDC，可以完成冷冲模设计的全过程，包括从输入产品和技术条件开始设计出最佳样图，确定操作顺序、步距、空位、总工位数，绘制带料排样图，输入模具装配图和零件图等，比传统设计提高功效8倍以上。在优化设计方面，利用有限元技术的应力应变分析在塑性成形CAD中已获得较为普遍应用。

我国模具CAD/CAM的研究与开发始于20世纪70年代末，发展也很迅速。到目前为止，先后通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普遍冲裁模、级进模、汽车覆盖模、辊锻模、锤锻模和注塑模等CAD/CAM系统。但直到现在有些系统仍处于试用阶段，尚未在生产中推广应用。为迅速改变我国模具生产的落后面貌，今后应继续加速模具CAD/CAM的研究开发和推广应用工作。

3.3焊接成形CAD 目前，在焊接结构生产的各个环节中计算机得到广泛应用。90年代初，国际焊接学会将这类应用概括为“计算机辅助焊接技术”（CAW）。现在CAW已不限于焊接结构和接头的计算机辅助设计、焊接工装计算机辅助设计、焊接工艺计算机辅助计划、焊接工艺过程计算机辅助管理等以计算机软件为主的许多方面，而且还涵盖了焊接过程模拟、焊接工艺过程控制、传感器以及生产过程自动化等与计算机应用有关的方面。

20世纪80年代提出了计算机集成制造系统的概念。可以认为，CIMS是从订货到加工、直至发货的全部过程的各个步骤都可以从计算机中及时得到必需的信息集成系统。焊接CIMSA系统，自20世纪90年以来在造船、桥梁、建筑、汽车等行业中得到了一些应用。以船舶生产为例，设计人员首先要根据设计标准和用户要求进行初步设计，然后在对结构强度、刚度分析的基础上，还要考虑制造能力，再进行分段的详细设计。这些工作可运用CAD、CAE等软件来实现。焊接生产的计划管理与装配焊接过程设计，则通过计算机的CAPM和CAPP系统来实现。

3.4 注射成型CAD 包括产品图模具型腔图的尺寸转换、标准模架与典型结构的生成、模具零件图和总培育图的生成、模具刚度与强度校核、设计进程管理、模具成本分析与计算等。注射模工艺分析已成熟的商品化软件，可以预测注射成型流动和保压阶段的压力场、温度场、应

力应变场和凝固层的生成，从而有效地指导实际生产。

在西方先进工业国家，注射模CAD/CAE/CAM技术的应用已非常普遍。公司之间模具订货所需的塑料制品资料已广泛使用电子文档，能否具有接受电子文档的模具CAD/CAM系统已成为模具企业生存的必要条件。当前代表国际先进汪洋的注射模CAD/CAE/CAM的工程应用具体表现在如下方面：

（1）基于网络的模具CAD/CAE/CAM集成化系统开始使用。英国Delcam公司在原有软件DUCT5的基础上，为适应最新软件发展及实际需求，向模具行业推出了可用于注射模CAD/CAM的集成化系统。该系统覆盖了几何建模、注射模结构设计、反求工程、快速原型、数控编程及测量分析等领域。系统的每一个功能既可独立运行，又可通过数据接口作集成分析。

（2）微机软件在模具行业中发挥着越来越重要的作用。在90年代初，能用于注射制品几何造型和数控加工的模具CAD/CAM系统主要是在工作站上采用UNIX操作系统开发和应用，如在模具行业中应用较广的美国Pro/E、UGII、CADDS5，法国CATIA、EUCLID和英国的DUCT5等。随着微机技术的飞速进步，在90年代后期，基于Windows操作系统的新一代微机软件，如Solid Works、Solid Edge、MDT等崭露头角。这些软件不仅在采用NURSB曲面三维参数化特征造型等先进技术方面继承了工作站级CAD/CAM软件的优点，并且在Window风格、动态导航、特征树、面向对象等方面具有工作站级软件所不能比拟的优点，深得使用者的好评。

（3）模具CAD/CAE/CAM系统的智能化程度正逐步提高。当前，面向制造、基于知识的智能化功能现已成为衡量模具软件先进性和实用性的重要标志之一。许多软件都在智能化方面做了大量的工作。如以色列Cimatron公司的注射模专家系统，能根据脱模方向优化成分模面，其设计过程实现了加工参数的优化等，这些具有智能化的功能可显著提高注射模的生产率和质量。

（4）三维设计与三维分析的应用和结合是当前注射模技术发展的必然趋势。在注射模结构设计中，传统的方法是采用二维设计，即先将三维的制品几何模型投影为若干二维视图后，再按二视图进行模具结构设计。这种沿袭手工设计的方式已不能适应现代化生产的集成化技术的要求，在国外已有越来越多的公司采用基于实体模型的三维模具结构设计。与此相适应，在注射过程模拟软件方面，也开始由基于中性层面的二维分析方工式向基于实体模型的三维分析方式过渡，使三维设计与三维分析的集成得以实现。

参考文献

[1]王先逵．计算机辅助制造[M].北京：清华大学出版社，2008 [2]蔡汉明，陈清奎．机械CAD/CAM技术[M].北京：工业出版社，2005 [3]姚英学，蔡颖.计算机辅助设计与制造[M].北京：高等教育出版社，2002 [4]唐承统, 阎艳.计算机辅助设计与制造[M].北京：北京理工大出版社，2008 [5]刘德平，刘武发.计算机辅助设计与制造[M].北京：化学工业出版社，2007 [6]李超.CAD/CAM实训—CAXA软件应用[M].北京：高等教育出版社，2003 [7] Zeid，Ibrahim.CAD/CAM theory and practice[M]: McGraw-Hill College,1991 [8]Brahim Rekiek,Alian Delchambre.Assembly Line Design[M].Springer,2006

第五篇：金属材料在军工生产中的应用

金属材料在军工生产中的应用

人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。

金属材料的结构及其性能决定了它的应用。而金属材料的性能包括工艺性能和使用性能。工艺性能是指在加工制造过程中材料适应加工的性能，如铸造性、锻造性、焊接性、淬透性、切削加工性等。使用性能是指材料在使用条件和使用环境下所表现出来的性能，包括力学性能（如强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等）、物理性能（如熔点、密度热容、电阻率、磁性强度等）和化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等）。

我们对金属材料的认识应从以下几方面开始：

一、分类：

金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。

1、黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90％以上的工业纯铁，含碳 2％～4％的铸铁，含碳小于 2％的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。

2、有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。

3、特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。

金属材料具有许多优良性能，是目前国名经济各行业、各部门应用最广泛的工程材料之一，特别是在车辆、机床、热能、化工、航空航天、建筑等行业各种部件和零件的制造中，发挥了不可替代的作用。

在航空航天中的应用。航空航天产品受使用条件和环境的制约，对材料提出严格要求。采用的结构材料须轻质、高强、耐高温和耐高温腐蚀。航空航天材料主要包括航空航天结构材料和航空航天功能材料。结构材料主要包括运载火箭及导弹材料和航天飞行材料。运载火箭箭体用金属材料主要是高强铝合金，推进剂储存箱用金属材料主要是高强可焊铝锂合金。火箭发动机主要使用电寿材料、高温合金、超低温钛合金、高强钛合金、不锈钢、金属间化合物等材料。

二、金属材料的发展趋势 金属材料，尤其是新型金属材料在目前的情况下，应用较为广泛，前景依然不错，这种状况将持续很长时间，非金属材料的研究进展将决定这种状态的时间长短。（1）镁及镁合金

镁由于优良的物理性能和机械加工性能，丰富的蕴藏量，已经被业内公认为最有前途的轻量化材料及21世纪的绿色金属材料，未来几十年内镁将成为需求增长最快的有色金属。汽车、摩托车等交通类产品用镁合金，镁作为实际应用中最轻的金属结构材料，在汽车的减重和性能改善中的重要作用受到人们的重视。世界各大汽车公司已经将镁合金制造零件作为重要发展方向。电子及家电用镁合金，汽车行业对镁合金的大量需求，推动了镁合金生产技术的多项突破，镁合金的使用成本也大幅度下降，从而促进了镁合金在计算机、通讯、仪器仪表、家电、医疗、轻工等行业的应用发展。其中，镁合金应用发展最快的是电子信息和仪器仪表行业。在薄壁、微型、抗摔撞的要求之下，加上电磁屏蔽、散热和环保方面的考虑，镁合金成了厂家的最佳选择。另外，镁合金外壳可使产品更豪华、美观。在电子信息和仪器仪表行业的镁合金制品的单位重量和尺寸不如汽车零部件，但它的数量大、覆盖面广，其用量也是巨大的。所以，近几年电子信息行业镁合金的消耗量急剧增加，成为拉动全球镁消耗量增加的另一重要因素。其它如铝合金添加剂、镁牺牲阳极和型材用镁合金等。镁牺牲阳极作为有效的防止金属腐蚀的方法之一，广泛应用于长距离输送的地下铁制管道和石油储罐。（2）、钛及钛合金

钛及钛合金具有密度小、比强度高和耐蚀性好等优良特性。随着国民经济及国防工业的发展，钛日渐被人们普遍认识，广泛地应用于汽车、电子、化工、航空、航天、兵器等领域。钛合金所具有的这一系列突出优点，使其在飞机结构和航空发动机中获得了越来越广泛的应用。近年来，世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展，海绵钛和钛合金加工材的生产和消费都达到了很高的水平。我国钛资源丰富，储量居世界前列，目前已经成为世界上继美国、俄罗斯、日本之后，具有完整工业体系和生产能力的世界第4大钛工业国，加强我国钛合金材料的研究和应用推广对促进我国航空工业的快速发展具有重要意义。伴随着钛工业的发展，我国钛及钛合金的标准从建立、发展也已经历近40年，现已形较为完整的标准体系。从钛的应用领域来看，以美国、日本为例，美国钛的最大应用领域是航空航天，占到总消费量的58.5%；日本则是火力、核电厂，及板式热交换器，两者合计占总消费量的41.9%。从下表可以看出，与美国相比，日本在更多方面使用钛。在体育用品方面，除了在高尔夫球杆头上使用钛以外，还有短距离用跑鞋的销钉、羽毛球拍及冰杖等登山器具、滑雪滑冰用的冰刀刃、自行车架、轮椅等等。美日两国在化学工业及油气田钻探装置上的用钛量都在增加。在计算机磁盘(真空镀膜)、纤维纺织机的框架、餐具、帐篷用具、拐杖和照相机等方面都巧妙地使用钛。

相对于美国、前苏联、德国、英国、法国等工业化国家在钛合金工业领域发展而言，我国在钛合金材料方面的研究和应用起步较晚。与上述钛工业化强国存在不小的差距。我国生产的熔炼用的海绵钛的纯净度低，钛合金铸锭的杂 质含量高，组织均匀性差，熔炼工艺的稳定性不高。钛合金半成品加工设备的能力普遍偏低，同时造成钛合金半成品的质量低且不稳定。从钛合金材料标准角度来看，与美国112项AMS宇航专用钛合金材料标准相比，我国的钛合金材料标准数量明显不能满足于未来航空工业的发展需求。在标准的技术内容方面与上述国家的差距则主要体现在钛合金半成品的规格、质量要求、检验测试手段及品种类型等。我国钛合金材料和钛合金材料标准与这些国家产生差距的原因有两方面：一是我国钛工业化历史的时间短，在我国开始钛合金研究的时候，上述国家已经进入钛的工业化阶段了；二是终端航空武器装备的差距，各种型号的大型军用运输机、轰炸机、歼击机、武装直升机等。为了满足我国航空武器装备的需求，更好地服务于国防事业，在钛合金材料的研究和应用领域及钛合金材料的标准化工作领域应着手开展以下的工作。（3）、铝及铝合金

铝合金具有密度小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最多的合金。随着电力工业的发展和冶炼技术的突破，其性价比大为提高，目前交通运输业已成为铝合金材料的第一大用户。

铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成型性能，用其取代常规的铝合金可使构件质量减轻15%，刚度提高15%～20%，被认为是航空航天工业中的理想结构材料。在航天领域，铝锂合金己在许多航天构件上取代了常规高强铝合金。铝锂合金作为储箱、仪器舱等结构材料具有较大优势。国外预测，含钪铝-镁合金及其它系列的铝合金有可能成为下一代飞机的重要结构材料。TiAl基合金的板材除了有望直接用作结构材料外，还可以用作超塑性成型的预成型材料，并用于制作近净成型航空、航天发动机的零部件及超高速飞行器的翼、壳体等

总之，随着科技的进步，未来将会有大量的金属及金属合金产品面世。金属的应用将会应用到极致，其发展趋势也将一片明朗。（4）、铝合金材料在航空航天中的应用

铝合金是亚音速飞机的主要用材，目前民用飞机结构上的用量为70%～80%，其中仅铝合金铆钉一项每架飞机就有40～150万个；据波音飞机公司的统计，制造各类民用飞机31.6万架，共用铝材7100千吨，平均每架用铝22吨。铝制零部件在先进军用飞机中的比例虽低一些，但仍占其自身总质量的40%～60%。据预测，2010年全球航空航天铝材的消费量可达60万吨，年平均增长率约为4.5%。

航空航天铝材的价格比普通民用铝材的价格高得多，为后者的18倍左右，是一个非常重要的市场，而其政治与军事意义则尤为重大。2002年美国航空航天铝材的价格为33000～44100美元/吨，而普通民用铝材的价格只不过2200～3500美元/吨。美国是世界航空航天工业巨头，其用铝约占全球此领域用铝量的50%强，其他国家如法国、俄罗斯、中国、日本、巴西、加拿大、英国等的用量为50%弱。2002年，全世界航空航天用铝量约42万吨，其中美国的用量为21.4万吨。美国铝业公司（Alcoa）是世界航空航天铝材的主要供应者，占全球总供应量的35%以上，为了保持其在该领域的世界霸主地位，获得更大的利润，经过精心的全面的调查研究与策划后，于2002年提出了一个名为“20-20攻关计划（20-20Initiative）”的计划。计划内容与目标包括：在20年时间内，开发一批新的高性能铝合金，改进铝制零部件的设计，采用高技术制造工艺，使铝制零部件的质量下降20%，使铝制零部件的制造成本与维护费用减少20%。铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成型性能，用其取代常规的铝合金可使构件质量减轻15%，刚度提高15%～20%，被认为是航空航天工业中的理想结构材料。在航天领域，铝锂合金己在许多航天构件上取代了常规高强铝合金。铝锂合金作为储箱、仪器舱等结构材料具有较大优势。

国外预测，含钪铝-镁合金及其它系列的铝合金有可能成为下一代飞机的重要结构材料。TiAl基合金的板材除了有望直接用作结构材料外，还可以用作超塑性成型的预成型材料，并用于制作近净成型航空、航天发动机的零部件及超高速飞行器的翼、壳体等。

三、结语

随着金属合金材料日益广泛的应用到各个领域中，甚至于军事武器装备，势必对金属合金材料的研究与开发创造了更好的机遇，也对金属合金材料提出了更严格更高标准的要求，开创出更多性能优异的金属合金材料势在必行。