材料成形装备及自动化 材料成形装备及自动化 吕c2e3
材料成型装备及自动化复习
材料成型装备及自动化复习一、引言材料成型装备及自动化是现代制造业中的重要组成部分，它涵盖了各种材料的加工和成型过程，以及自动化技术在其中的应用。
本文将对材料成型装备及自动化进行复习，包括其定义、分类、应用领域、发展趋势等方面进行详细介绍。
二、材料成型装备及自动化的定义材料成型装备及自动化是指通过机械设备和自动化技术将原材料进行成型加工的过程。
它包括了各种成型方法和装备，如锻造、压力加工、注塑成型、挤压成型等，并结合了自动化技术，实现了生产过程的自动化控制。
三、材料成型装备及自动化的分类1. 锻造装备及自动化：锻造是一种通过施加压力将金属材料塑性变形的成型方法。
锻造装备包括了锻造机床、锻压机、模具等，而锻造自动化则是通过控制系统实现锻造过程的自动化操作和监测。
2. 压力加工装备及自动化：压力加工是一种通过施加压力将金属材料塑性变形的成型方法，包括了冲压、拉伸、弯曲等。
压力加工装备包括了冲床、剪板机、弯曲机等，而压力加工自动化则是通过自动化技术实现压力加工过程的自动化控制和监测。
3. 注塑成型装备及自动化：注塑成型是一种通过将熔融的塑料注入模具中进行成型的方法。
注塑成型装备包括了注塑机、模具等，而注塑成型自动化则是通过自动化技术实现注塑成型过程的自动化控制和监测。
4. 挤压成型装备及自动化：挤压成型是一种通过将金属或塑料材料挤出模具进行成型的方法。
挤压成型装备包括了挤压机、模具等，而挤压成型自动化则是通过自动化技术实现挤压成型过程的自动化控制和监测。
四、材料成型装备及自动化的应用领域材料成型装备及自动化广泛应用于各个行业，包括汽车制造、航空航天、电子电器、建筑等。
在汽车制造领域，材料成型装备及自动化可以用于汽车车身的制造，如冲压车身件、焊接车身件等；在航空航天领域，材料成型装备及自动化可以用于飞机零部件的制造，如发动机叶片、机身结构等；在电子电器领域，材料成型装备及自动化可以用于半导体芯片的制造，如注塑封装、挤压封装等；在建筑领域，材料成型装备及自动化可以用于建筑材料的生产，如砖块、管材等。
材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化ce
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常见的金属材料热加工成形的主要装备
A、铸造成形
1）重力作用下的铸造 砂型铸造：各类造型机、制芯机、铸型输送机及辅助装备、落砂机、 砂处理设备、清理设备等
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常见的金属材料热加工成形的主要装备
A、铸造成形
1）重力作用下的铸造
金属型铸造：金属型铸造机
组合成有机的联合体，用各种控 制装置和执行机构进行控制，协 调各台设备（或各工序）的动作， 校正误差、检验质量，使生产全 过程按照人们的要求自动实现， 并尽量减少人为的操作与干预。
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2) 工业自动化系统一般由如下部分组成
自动化生产中应用的系统一般包括： 自动机床； 物料自动搬运系统； 自动装配机； 流水生产线； 信号检测数据采集系统； 计算机过程控制系统； 支持制造活动用来收集数据、进行规划和做出
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1. 材料的分类
① 金属材料：钢铁、铜合金、铝合金、镁合金等 ② 有机高分子材料：塑料、树脂、橡胶等。 ③ 无机非金属材料：几乎包括除金属材料、高分子材料以外的
所有材料，主要有：陶瓷、玻璃、胶凝材料（水泥、石灰和 石膏等）、混凝土、耐火材料、天然矿物材料等。 ④ 复合材料：“由两个或两个以上独立的物理相，包括粘结材 料（基体）和粒料、纤维或片状材料所组成的一种固体产 物”。复合材料的组成分为两大部分：基体与增强材料。 ⑤ 材料还可以根据其性能特征、用途、状态等分类。如下表：
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结构材料
力学性能 （建筑、机器等）
1. 材料的分类
材料的分类
材料成型装备及自动化课程大纲
《材料成型装备及自动化》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：材料成形装备及自动化英文名称：Material Forming Equipment and Automation二、课程编码及性质课程编码：0809571课程性质：专业核心课，必修课三、学时与学分总学时：48学分：3.0四、先修课程机械原理、机械设计、工程控制基础、液压传动、材料加工工程五、授课对象本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设，也可以供材料科学与工程专业和电子封装技术专业学生选修。
六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程是本专业的核心课程之一，其教学目的主要包括：1.系统全面掌握材料成形装备及自动化方向的专业知识，具备应用这些知识分析、解决材料成型及控制工程专业中的成形装备及其自动化控制复杂问题的能力；2.掌握各种类材料成形设备的工作原理、结构特点、应用范围、控制方法等，具备操作、调控设备及仪器参数，进行测控和维护的能力；3.理解不同材料的成型特点与共性问题，掌握金属材料成形（含铸、锻、焊、高分子塑料成形、快速成形等典型工艺装备及其自动化控制系统，具备针对不同需求设计研发各类材料成型新设备的能力；4.了解材料成形装备及自动化技术的发展前沿，掌握其发展特点与动向，具备研发高端材料成型装备及控制系统的基础与能力。
表1课程目标对毕业要求的支撑关系七、教学重点与难点：教学重点：1）材料的种类繁多，成形方法及装备各异，本课程以介绍材料的成形装备为主体、以讲述成形装备的自动化为重点；2）在全面了解与掌握材料成形装备种类及结构特点的基础上，重点学习金属材料成形、高分子塑料成形、快速成形等装备及其自动化技术；3）课程将重点或详细介绍各种材料成形装备及方法中的主要设备和自动化程度较高的新型设备，而对次要设备或较旧式设备只作简要介绍或自学。
4）重点学习的章节内容包括：第2章“金属液态成形装备及自动化”（8学时）、第3章“金属塑性成形装备及自动化”（8学时）、第4章“金属连接成形装备及自动化”（8学时）、第6章“快速成形装备及控制”（6学时）。
材料成形装备及自动化 材料成形装备及自动化ppt课件
“三合一〞加热炉
将铸件落砂、 热处置、砂再生 结合在一同称之 为“三合一〞的 加热炉。
“三合一〞加热炉任务原理
TOTAL RECLAMATION 完全再生
新 NEW 砂 SAND
0.3% 14,7%
6%
80%
POURING AND COOLING
9.6.1 旧砂回用与旧砂再生
旧砂回用是指：将用过的旧砂块经破碎、去磁、 筛分、除尘、冷却等处置后反复或循环运用。
旧砂再生是指：将用过的旧砂块经破碎、并去 除废旧砂粒上包裹着的残留粘结剂膜及杂物，恢复 近于新砂的物理和化学性能替代新砂运用。
旧砂再生与旧砂回用的区别在于：旧砂再生除 了要进展旧砂回用的各工序外，还要进展再生处置。 即：旧砂再生等于“旧砂回用〞+“去除旧砂粒外表 残留粘结剂膜〞的再生处置。
2 .化学法〔多为深度处置工艺中采用〕
① 混凝法：处置含油废水、染色废水、煤气站废水 ② 中和法 ③ 氧化复原法：含酚、氰、硫废水的处置 ④ 电解法：含铬废水 ⑤ 萃取法：有机废水 ⑥ 吹脱法：含CO2、H2S、HCN废水 ⑦ 吸附法：有毒废水深度处置 ⑧ 电渗析法：运用离子交换膜含粉、氰废水
3 . 污水处置工艺流程
我国工现业有企企业业允的许噪消声费级车/dB间(A或) 作90业9场3 所96的9允9 许噪
声级 最高允许噪噪声无污染物，属于觉得公害，受生理与心思要素的影响 ② 噪声污染是暂时的，不会积累 ③ 噪声的能量最后消逝为空气的热能，传播间隔不太远 ④ 影响面广
例如，日本“非清洁工业〞的2/3至4/5已转移到 东南区和拉丁美洲；美国危害生态的工业部门的国 外投资的39%在开展中国家；原联邦德国的化学工 业投资27%在开展中国家。
材料成形装备及自动化 材料成形装备及自动化 吕
顶置式低压铸造机
侧置式低压铸造机
1-坩埚；2-升液管；3-金属液；4-进气管；5-密封盖；6-浇道；7-型腔；8-铸型
1) 顶置式低压铸造机
特点：
• 结构简单，制造容易，操作 方便；但生产效率较低，因
保温炉上只能放置一付模具， 操作均在炉上进行，故一个周 期内，保温炉一半时间空闲。
g - 重力加速度。
压力
p1 t1 t2 t3 t4
金属型低压铸造工艺曲线
薄件 厚件 耐压件 简单件 时间
3) 低压铸造计算机控制原理
计算机控制系统采 用实时控制，对整个 生产工艺过程进行闭 环控制。为了便于编 制程序和简化起见， 采用块程序结构形式， 即每一块程序完成一 个特定的功能。程序 之间的联系有跳转、 调用和建立公用参数 区三种方式。
1) 流变铸造
将半固态金 属浆料压铸或挤 压成形，俗称“ 一步法”
(2) 半固态铸造方法及装备
2) 触变铸造
是先由连铸等方法制得的具有半固态组织的锭坯，然后切 成所需长度，再加热到半固态状，然后再压铸或挤压成形，俗 称“二步法”。
2.9.2 半固态浆料的制备装置 (1) 机械搅拌式制浆装置
单螺杆制浆装置示意图
幅、相同振动加速度即均匀一致的垂直 面圆振动，从而使型砂具有良好的 流动充填性能。
主要控制参数为： 振幅：0.3～0.5mm； 振动加速度：9.8～11.76m/s2。
双电机振动台工作原理图
2) 双电机振动模型
双电机反向转动
双电机同向转动
单电机转动
(3) 消失模铸造生产线
消失模自动化生产线布置图
这种预发泡不是通过时间 而是通过预发泡的容积定量 （即珠粒的预发泡密度定量） 来控制预发泡质量，控制方便、 效果良好。
专升本《材料成型装备及自动化》_试卷_答案
专升本《材料成型装备及自动化》一、（共44题,共150分）1. 材料通常是指可以用来制造有用的构件、器件或其他物品的( )。
（2分）A.物质B.材料C.构件D.器件.标准答案：A2. 金属塑性成形的设备有( )。
（2分）A.压力机B.弧焊机C.挤压铸造机D.车床.标准答案：A3. 气流紧实型砂的特点是，铸型沿高度方向的紧实度( )。
（2分）A.上高下低B.上低下高C.相同D.无规律.标准答案：B4. 按所用铸型不同，铸造成形又可分为：( )铸造、金属型铸造等。
（2分）A.砂型B.木型C.模锻D.拉拔.标准答案：A5. 压力铸造通常采用( )型模具。
（2分）A.砂型B.金属型C.陶瓷型D.壳型.标准答案：B6. 基本的焊接方法包括：熔焊、压焊和钎焊，常见的( )属于熔焊。
（2分）A.摩擦焊B.扩散焊C.炉钎焊D.电弧焊.标准答案：D7. 为了实现板料的自动冲压生产，必需要采用( )装置。
（2分）A.曲柄压力机B.磨擦压力机C.自动送料D.人工给料.标准答案：C8. 高分子材料主要包括塑料、( )和合成纤维。
（2分）A.木料B.石料C.橡胶D.水泥.标准答案：C9. 粉末冶金工艺的基本工序，主要包括：( )、加工成形、性能测试等。
（2分）A.称量B.混合C.压制D.粉末准备.标准答案：D10. 对于振动较大的锻压设备，为了减少工作时对地基的影响，常需要采用( )。
（2分）A.消声器 B.隔振装置 C.隔离方式 D.封闭方式.标准答案：B11. 材料成形装备的作用。
（5分）标准答案：1）大大提高了生产率、降低了工人的劳动强度；2）提高了产品质量与精度，降低了原材料消耗；3）缩短了产品设计至实际投产时间；4）减少制品的库存；5）改善操作环境，实现安全和清洁生产。
12. 简述自动浇注机的基本功能及常用形式。
（5分）标准答案：自动浇注机的基本功能包括浇注时的定位与同步、浇注流量控制、浇注速度控制、金属液补充及保温、安全保护等。
材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化
3
3 D打印
可以生产高精度和高质量的成品件，而 且能够减少废品，节省原材料和人工成 本。
机器人工艺流程控制技术
为了消除人为因素的干扰，采用机器人 进行工艺流程控制。
材料成形装备及自动化的挑战和发展 方向
1 成本
大规模升级装备需要巨大资金支持。
2 技术创新
要不断发掘新材料，新工艺，新技术，实现创新。
材料成形装备及自动化材 料成形装备及自动化
本文探讨材料成形装备及自动化，包括背景和概述、装备的类型和应用、自 动化的优势和趋势、市场需求和前景、技术案例、挑战和发展。
背景和概述
产业规模
全球材料成形装备市场价值约为430亿美元。
应用领域
主要用于机械、汽车、航空航天等行业的或制造、修理零部件。
主要材料
2018年，全球金属成形市场规模为311亿美元， 高分子预计2020年将达到1060亿美元。
预计使用逐渐扩大，尤其是航空、汽车等制造业， 以及半导体制造和医疗器械制造。
亚洲太平洋地区将占据市场份额的最大部分，其 次是北美和欧洲。
相关技术和创新案例
1
增材制造技术
2
是生产包括复杂形状在内的三维物品的
一种新型技术。通过多次层积形成部件，
自动化材料成形装备的优势和发展趋势
生产效率
自动化提高了生产效率和工作效 率，减少了人为操作的漏洞和错 误。
减少人工成本
自动化生产，不再需要大量的人 工操作，减少了人工成本。
数字化技术
数字化技术有助于提高生产质量、 减少损失以及实现生产商业智能 化和数据化。
材料成形装备及自动化的市场需求和前景
市场规模 应用领域 地区分布
材料成形装备及自动化_樊自田_第二章1
¾ 控制部分：
¾
为计算机控制，可根据前一次的称量误差在下一次称料时预予自动补偿。
精品课程
华中科技大学材料科学与工程学院
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2.2.1 冲天炉熔化
第一讲
金属熔化及浇注装备
精品课程
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2.2.1 冲天炉熔化
加料装置概述
炉
顶
烟
部
囱
分
高
度
9
有
炉
效 冷风进口
高
体
度
热
风
进
口
炉
护
底
缸
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精品课程
华中科技大学材料科学与工程学院
1 2
3 5
4
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EAMP 材料成形装备及自动化
2.2.1 冲天炉熔化
第一讲
金属熔化及浇注装备
高效管式换热器 （1）
精品课程
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EAMP 材料成形装备及自动化
2.2.1 冲天炉熔化
金属熔化及浇注装备
热风冲天炉（双排）
¾ 热风冲天炉：为提高炉内空气的燃烧效率，将空气加热后再送入冲天炉内。 其结构图见下页。
¾ 原 理：
1）冲天炉炉气被引入到热交换器的燃烧塔4中燃烧，产生高温废气； 2）高温废气由上至下进入热交换器5； 3）由二台主风机11输入的冷空气则从下至上进入交换器，和高温废气发生能量交换 ，预热后的热空气由进风管送入冲天炉炉内； 4）废气由右侧管道进入冷却塔7冷却； 5）如热空气温度过高，则打开电磁阀6，使高温废气的一部分不经过热交换直接进 入冷却塔，从而稳定热空气温度。
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充氧压铸是将干燥的氧气 充入压室和压铸模型腔，以取 代其中的空气和其它气体。
当铝合金压入压室和压铸 模腔时与氧气发生化合，生成 三氧化二铝，形成均匀分布的 三氧化二铝小颗粒（直径在 1μm以下），从而减少或消除 了气孔，提高了压铸件的致密 性。
1) 开合模机构
曲肘合模机构示意图 1—合模液压缸 2—活塞 3—连杆 4—三角形铰链 5—螺母 6—力臂 7—齿轮
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曲肘式合模机构实物照片
曲肘式合型机构的优点
①合模力大。合模力放大16~26倍
，合模缸直径大大减小，液压油的工 作压力、耗油量亦可降低。
材料成形及控制工程专业核心课程 材料学院材料成形装备及自动化教案
材料成形装备及自动化
Equipment and Automation of Materials Process
吕书林
华中科技大学材料学院
2015-2016学年第二学期
目录
第一章 绪 论（2学时） 第二章 金属液态成形装备及自动化（10学时） 第三章 金属塑性成形装备及自动化（8学时） 第四章 金属连接成形装备及自动化（10学时） 第五章 高分子材料成形设备及自动化（2学时） 第六章 快速成形装备及控制（8学时） 第七章 其它材料成形装备（3学时） 第八章 热处理工业炉及其控制（2学时） 第九章 材料加工中的环境保护装备（3学时）
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2.6.4 新型压铸机 1)吸入式真空压铸机
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2) 真空压铸
真空罩及分型面抽真空示意图
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真空压铸的特点是
2) 热室压铸机的特点
• 优点：生产工序简单，效率高；金属消耗少，工 艺稳定；压射入型腔的金属液体干净，铸件质量 好。压铸机的结构紧凑，易于实现自动化。
• 缺点：但压射室、压射冲头长期浸泡在液体金属 中，影响使用寿命。
• 用途：热室压铸机主要用于压铸镁、锌等低熔点 合金的小型铸件。
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第二章 金属液态成形装备及自动化
2.1 概述 2.2 金属熔化及浇注装备 2.3 砂处理装备及自动检测系统 2.4 造型设备及自动化生产线 2.5 铸件清理自动化 2.6 压力铸造装备及自动化 2.7 消失模精密铸造装备及生产线 2.8 半固态成形装备
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常用清理装备的型式及其特点
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常用清理装备的型式及其特点
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2.6 压力铸造装备及自动化
压力铸造（简称压铸）是指在高压作用下，金属 液以高速充填型腔并在压力作用下凝固获得铸件的成 形方法。在铝合金、锌合金、镁合金铸件等生产上应 用广泛。
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DDV (Direct Digital Valve) 方式的调速压 射装置
DDV控制压射原理图
1—型腔 2—压射室 3—压射液压缸 4—感应器 5—导杆 6—蓄能器 7—直接数字阀
2) 压射机构
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开档调节装置实物照片
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2) 压射机构
压射机构是实现压铸工艺的关键、核心部分。 压铸机的压射过程： 慢压射；快压射；增压
慢压射：冲头将压射室内的金属液送入内浇口之前的运动，将压室
这些小颗粒分散在压铸件 约占总质量的0.1~0.2%，不影 响机械加工。
充氧压铸仅适用于铝合金。
(4) 充氧压铸
增压油缸 压射油缸 节流阀后流量Q1，压力P1
油箱
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2) 压射机构
• 快压射原理
压射杆速度 v Q A
只有调节流量，才能调节压射速度
快压射速度高、时间短
瞬时大流量
泵的流量有限，无法提供瞬间的大流量
蓄能器（reservoir）
快压射蓄能器
• 可消除或减少压铸件内部的气孔，压铸件强度高，表 面质量好，还可以进行热处理；
• 减少了压铸时型腔的反压力，可用小型压铸机生产较 大、较薄的铸件；
• 但真空压铸的密封结构复杂，制造及安装困难，控制 不当、效果不明显。
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3) 电磁给料压铸机
(b) 液压缸移动液压式
顶出机构原理示意图
(c) 机械式
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3) 顶出机构
动模板后的顶出油缸示意图
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2.6.2 压铸机的液压及电气控制（自学）
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(1) 双侧激振输送落砂机
1—栅床
2—振动电动机
ห้องสมุดไป่ตู้
3—弹簧
振动落砂机的结构简单、成本低等优点，但是噪音大， 灰尘多，工作环境差。
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(2) 振动式落砂滚筒的工作原理
振动式落砂滚筒的工作原理 1-工作部分 2－增幅机构 3－激振源 4－振动电机
(2) 冷室压铸机
冷室压铸机的压射室与保温炉是分开的，压铸时从保温 坩锅中舀取液体金属倒入压铸机上的压射室后进行压射。
立式压铸过程示意图 1-压射冲头 2-压射室 3-金属液 4-定模 5-动模 6-射嘴 7-型腔 8-反料冲头 9-余料
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数字阀结构
DDV阀结构示意图
1-阀芯 2-连杆 3-零位传感器 4-脉冲电机 5-联轴器 6-法兰 7-阀座 8-油腔
电动阀结构示意图 1-节流口 2-油腔 3-阀芯 4-驱动板
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• 顶出机构原理
3) 顶出机构
(a) 液压缸固定液压式
中的金属液充满压室，要求：不能过多降低合金液温度、有利于排除 压室中的气体。速度：0.1--0.4m/s 范围内。
快压射：冲头以高速运动，金属液通过浇注系统充填型腔。速度：
4--6/s 范围内。
高速切换点：指压射冲头由慢压射速度换成快压射速度时冲头在
压室中所处的位置。
增压：金属液充填型腔后，在压力下的凝固。20—40MPa。
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(3) 落砂机械手
机械手的主从操纵方式示意图 1，3—速度/位移传感器 2—伺服电机
机械手的动作示意图
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2.5.2 铸件清理
铸件清理包括表面清理和除去多余的金属两部分。前者是除去铸 件表面的砂子和氧化皮；后者主要包括去除浇冒口、飞边毛刺等。铸 件表面清理的常用方法有：抛丸清理、喷丸清理等。 抛丸清理：利用高速旋转的叶轮将弹丸抛向铸件，靠弹丸的冲击打掉 铸件表面粘砂和氧化皮。该清理方法效果好，生产率高，劳动强度低， 自动化程度高，在生产中应用广泛。其缺点是抛射方向不能任意改变， 灵活性差。 喷丸清理：利用压缩空气将弹丸喷射到铸件表面来实现的。喷枪的操 作灵活，可清理复杂内腔和深孔的铸件；但生产效率低，工作环境恶 劣，不易实现自动化，一般用于清理复杂铸件或作为抛丸清理的补充 手段。
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2.5 铸件清理自动化
2.5.1 铸件落砂
落砂就是待铸件冷却到一定温度后，将铸型破碎， 使铸件从砂型中分离出来。
落砂工序通常由落砂机完成。目前工业化国家比 较广泛使用：普通式落砂滚筒；振动式落砂滚筒；机 械手等。
振动落砂法是由周期振动的落砂栅床将铸型抛起， 然后铸型又自由下落与栅床碰撞，经过反复撞击，砂 型破坏，最终铸件和型砂分离。
1) 卧式冷式压铸
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2) 卧式压铸机结构示意图
1-固定螺母 2-连接底板 3-导杆 4-连杆 5-顶出液压缸 6-顶杆 7-动模板 8-哥林柱 9-定模板 10-压射室 11-压射冲头 12-压射杆 13-连轴器 14-活塞杆 15-压射液压缸 16-压射连杆 17-机座 18-顶板 19-T型槽 20-滑动板 21-连接销 22-销套 23-锁模机头 24-合模液压缸
比例流量阀
·
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• 增压原理
2) 压射机构
增压蓄能器 比例减压阀
A2 P2
A1 P1
P1 • A1 P2 • A2
( A1 A2 )
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2) 压射机构 压射机构整体结构
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(3) 压铸机的主要机构