材料成形装备及自动化 第3章
材料成形装备及自动化 材料成形装备及自动化 吕c2e3
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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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。
材料成型装备及自动化
一、无模铸造的基本概念无模铸型制造工艺(Patternless Casting Manufacturing，PCM)是将快速成形技术应用到传统的砂型制造工艺中。
PCM工艺也是基于快速成形技术的离散／堆积成形原理，但它是不同于传统砂型制造工艺的造型方法。
PCM工艺的基本原理如下图所示。
首先从零件CAD模型得到铸型CAD模型；由铸型CAD模型的STL文件分层，得到截面轮廓信息，再以层面信息产生控制信息；造型时，第一个喷头在每层铺好的型砂上由计算机控制精确地喷射粘结剂，第二个喷头再沿同样的路径喷射催化剂；两者发生交联反应，一层层固化型砂堆积成形。
这样在粘结剂和催化剂共同作用的地方，型砂被粘结在一起，其它地方原砂仍为颗粒态。
固化完一层后再粘接下一层，所有的层粘接完之后就得到一个空间实体。
在粘结剂没有喷射的地方仍是散砂，比较容易清除。
清理出中间未固化的散砂，就可以得到一个有一定壁厚的铸型，在砂型的表面涂敷或浸渍涂料之后就可用于浇注金属。
PCM是一种结合计算机技术对树脂砂造型工艺进行改造的技术。
它不仅能使铸造过程自动化、敏捷化,降低工人劳动强度,而且在技术上突破了传统工艺的许多障碍,使设计、制造的约束条件大大减少,具有传统铸型制造工艺无可比拟的优越性。
PCM铸型的表面质量直接影响到原型件和铸件的表面质量。
在PCM工艺中,除了因为分层产生的“台阶效应”,铸型表面还常常存在着结瘤、毛刺等缺陷,这给铸型的后处理造成了困难,并影响铸件的尺寸精度和表面质量。
为解决这个问题,主要从以下几个方面进行了研究。
1、提高扫描线的质量在PCM工艺中,扫描线的质量决定了铸型轮廓的质量。
采用离散式喷头,喷射得到的扫描线具有离散特征。
首先要减小喷嘴直径(孔径),同样的条件下,喷嘴直径小,流量就小,线宽就小,扫描线质量就越高。
为了避免喷头堵塞和提高造型效率,喷嘴直径不能太小。
其次要根据扫描速度,设置较高的振动频率和中等的占空比,这样可使喷射的液滴更细小,单元体和间隙更小。
材料成型装备及自动化复习
绪论1.材料分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料等种类。
2.金属材料包括钢铁、铜合金、铝合金、镁合金等。
高分子材料包括塑料、树脂、橡胶等。
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。
3.复合材料是指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。
4.常见的金属材料热加工成形方法：1）铸造成型：（1）重力作用下的铸造成形：砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、消失模铸造；（2）外力作用下的铸造成形：离心铸造、压力铸造、低压铸造、挤压铸造。
2）塑性成形：轧制塑性成形、挤压塑性成形、拉拔塑性成形、自由锻成形、模锻成形、板料冲压成形。
3）焊接成形：电弧焊、电渣焊、电子束焊、等离子弧焊、电阻焊、摩擦焊、钎焊。
5.装备在材料成形加工中的作用：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。
第二章金属液态成形装备及自动化1.铸造可分为“砂型铸造”和“特种铸造”。
2.铸铁合金广泛采用冲天炉熔化，铸钢常用电弧炉或感应电炉熔炼，铝合金常用电阻炉或油、气炉熔化等。
3.砂处理设备的分类：1）新砂的处理、贮存、输运系统2）旧砂的回用和再生系统3）辅料的贮存和输运系统4）型砂的混制和输运系统5）型砂质量控制系统4.旧砂处理装备：常有夹杂物分离设备、旧沙冷却装备等。
对于化学粘结剂砂还包括旧砂再生设备。
5.混砂装备：按混砂装置可分为碾轮式、转子式、摆轮式、叶片式、逆流式等。
最常见：1）碾轮式混砂机：适用于小零件。
传动系统带动混砂机主轴以一定转速转动时，安装在主轴十字头两侧的碾轮随之旋转，由于与砂层接触，碾轮又绕自身水平轴自转，在转动过程中将砂层压实。
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.其它材料成形装备
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（1） 球磨机
球磨机：硬质材料的粉磨和混合 特 点：效率高、物料细（40~60um） 种 类：瓷瓶球磨机、中心转动球磨机、震动球磨
机等
.其它材料成形装备
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球磨机内衬板
1) 球磨机的结构
.其它材料成形装备
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第七章 其它材料成形装备
7.1 陶瓷成形装备 7.2 玻璃成形装备 7.3 粉末材料成形装备
.其它材料成形装备
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7.1 陶瓷成形装备
人面鱼纹彩陶盆
新石器时代·仰韶文化(约5000年前) 高16.5厘米，口径39.5厘米。 20世纪50年代陕西省西安市半坡村出土，现藏中国历史博物馆。
球磨机的初始球石级配为：大球30%，中球40%，小球30%，实际 中主要取决于被磨物料的粒度，也要适当考虑球磨机的直径和转速。
.其它材料成形装备
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（2） 压滤机
头板
横梁
滤板
尾板
液压缸
厢式压滤机过滤脱水结构原理
1－滤板 2－滤布 3－滤腔 （形成滤饼） 4－阴阳螺栓
全自动快开式压滤机（三次开板）
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2)滚压成形机
1-主电动机 2-凸轮轴 3-主轴离合器凸轮 4-滚头升降凸轮 5-滚头架 6-滚头电机 7-滚头轴 8-滚头 9-模座 10-主轴 11-摩擦离合器 12-联轴器 13-蜗杆轴 14-蜗杆
.其它材料成形装备
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第3章精密成形技术_图文
第3章精密成形技术精密成型技术是指零件成型后，仅需少量加工或不再加工(近净成型技术或净成型技术)就可用做机械构件的一种成型技术。
它是建立在新材料、新能源、信息技术、自动化技术等多学科高新技术成果的基础上，改造了传统的毛坯成型技术，使之由粗糙成型变为优质、高效、高精度、轻量化、低成本、无公害的成型技术。
它使得成型的机械零件具有精确的外形、高的尺寸精度和形位精度、低的表面粗糙度。
精密成型技术具有以下特点：(1)可方便快捷地制出过去很难制出的结构件，为新产品的开发提供有力的技术支持，并具有对市场要求做出迅速响应的能力；(2)较理想地保留了材料组织的连续结构，提高了零件的机械、力学和物理综合性能；(3)近净成型尺寸及形位精度高，为后续采取高效率、高精度加工提供了理想的毛坯；(4)高效率、低消耗、低成本，为缩短产品开发周期、降低产品成本提供了有利条；(5)较传统成型产品改善了生产条件、减少了对环境的污染，是一种清洁生产技术。
因此，精密成型技术将成为今后推广应用的重要绿色制造技术，是新工艺、新材料、新设备，以及各项新技术成果的综合集成技术。
常见的少无切削加工技术包括：粉末成形技术、精密液态成形技术、精密固态成形技术、精密焊接技术，以及最近几年才发展起来的快速原型技术等。
3.1精密液态成形技术铸造是一种液态金属成形方法。
长期以来，应用最广泛的是普通砂型铸造。
随着科学技术的不断发展和生产水平的不断提高以及人类社会生活、生产的需要，在继承古代铸造技术和应用近代科学技术成就的基础上，开创了许多新的铸造方法和工艺。
使现代铸造技术朝着“精密、洁净、高效”方向发展。
现代铸造技术以熔体洁净、铸件组织细密（性能高）和表面光洁、尺寸精度高、生产效率高为主要特征，可以简称为精密洁净高效铸造工艺技术。
精密洁净铸造是采用各种特殊的工艺方法实现的。
常见的包括:精密砂型铸造（组芯造型铸造、熔模铸造、陶瓷型铸造、壳型铸造），消失模铸造，高效金属型铸造（挤压铸造、压力铸造、低压铸造），半固态铸造，近终形状铸造等。
材料成型概论 第三章 轧制成型2
轧机按轧辊装配形式分类
按轧辊的数目、放置、大小来区分轧机的基本型式 为：表3－2
3.4.1 轧钢生产系统
轧钢生产工艺过程： 由钢锭或钢坯轧成具有一定规格和性能的钢材的一 系列加工工序的组合。
❖ 在提高质量和产量的同时，力求降低成本是制定轧 钢生产工艺过程的总任务和总依据。
❖ 碳素钢和合金钢的基本典型生产工艺过程如下图所 示。
3.4.1 轧钢生产系统
轧钢生产工艺过程总包括六大工序： 热轧工艺系统—— 坯料准备→加热→轧制→冷却→精整→验收入库 冷轧工艺系统—— 坯料准备→酸洗→轧制→退火→精整→验收入库
材料也比较稀贵，产量不大而产品种类繁多。 ❖ 常属中型或小型的型钢生产系统或混合生产系统。
❖ 各种轧钢生产系统组成见下表。
3.4.1 轧钢生产系统
轧材生产系统的发展： ❖ 向大型化、连续化、自动化方向发展。 ❖ 工艺流程经历了“长流程”到“短流程”的发展过
程。 ❖ 目前“长流程”和“短流程”共存。 ❖ 长流程主要吃铁水，短流程主要吃废钢。
❖ 采用连铸板坯作为轧制板带钢的原料是今后发展的 必然趋势。
3.4.1 轧钢生产系统
型钢生产系统 热轧线材、热轧棒材、热轧H型钢、热轧型钢
❖ 型钢生产系统的规模往往不很大，就规模而言可分 为大型、中型和小型三种生产系统。
❖ 年产100万t以上的称大型生产系统；年产30～ 100万t称中型生产系统；年产30万t以下的称小型 生产系统。
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冲压生产过程为三大类型：
➢ ① 定值控制系统
在生产中要求被控量保持在规定的小范围附近，此规定 值就是控制器的设定值。设定值是固定不变的，引起系统变 化的只是扰动信号。可以认为，以扰动量为输入的系统是定 值控制系统。
➢ ② 随动控制系统
随着设定值的无规律变化，被控量相当准确而又及时地 跟随设定值变化，自动达到平衡的位置。
➢ 主机:完成冲压工序加工的各类压力机和必要的各类其他加工机床。
➢ 附设机构：完成自动线各种辅助工作所需要的机械装置和检测装置。
采用自动送料装置是冲压生产自动化的主要内容
➢ 自动送料装置通常可分为两大类型: 条料、卷料和板料送料装置,冲压 半成品送料装置。
➢ 板料送料装置 ：摩擦式 机械式 摩擦式送料装置：辊式和夹持式
第3章
金属塑性成形装备及自动化
冲压自动线形式： 直流型自动线 转子型自动线
➢ 直流型： 压力机从工序间的传送装置是按顺序直线排列， 在不同的时间内完成毛坯的加工和传送工作，在压力机进 行冲压时，毛坯不动，在传送毛坯时、冲压加工要停止。
➢ 转子型：毛坯的加工是在模具及毛坯同时连续移动的过程 中进行的。
物料输送、零件加工直 至工件运送输出的全过
程。同时，可以在很短 的时间内更换产品品种。
FMS既保持了刚性流水 线生产自动化水平较高，
生产效率高的优点，又 增加了生产的灵活性和
适应能力。
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3.8 塑性成形自动化技术
第3章
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刚性联系自动线
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➢ 柔性联系自动线：设备之间设有储料器，储存一部分半成 品来进行补偿，设备之间不严格要求绝对协调：
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3.8 塑性成形自动化技术
按其工序间的联系特件分类：
刚性联系自动线 柔性联系自动线
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刚性联系自动线：工序之间无半成品储备作为补偿，严格要 求各台设备之间同步。
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➢ 第四阶段；柔性加工系统（FMS）。柔性加工系统包括多台加工机床或加工单元组成的自动化 加工系统、物料输送系统和计算机信息系统三大部分。
➢ FMS可以自动完成从零 件设计、制订加工工艺、
机械式送料装置：钩式和夹刃式等
➢ 半成品送料装置：由于冲压件的形状多种多样，送料装置的形式比较 多。通常这类送料装置的基本结构由以下几大部分组成：送料机构、 储料斗、料槽、分配机构、定向机构、出件机构和理件机构等。
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3.8 塑性成形自动化技术
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塑性成形自动化技术
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叶主春讲：生莫健主华讲
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本章主要内容
➢ 概述 ➢ 液压成形装备 ➢ 精冲压力机 ➢ 多工位压力机 ➢ 数控冲压装备 ➢ 伺服压力机 ➢ 塑性成形自动化
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锻压生产的柔性包括三个方面：加工过程的柔性、加工工艺的柔性及生产管理的柔 性加工过程的柔性：强化加工设备本身的功能，并且增加设备与设备之间柔性的工件 传送，使生产系统利用尽可能少的设备，可以适应尽可能多的加工程序。
➢ 加工工艺的柔性：加工工艺能适合多种类型工件的成型和加工。无模具加工的各种新 工艺，如激光切割、等离子切割、水射切割等加工工艺都具有很好的柔性。
➢ 生产管理的柔性：生产系统能灵活地制订、调整和修改作业计划。
➢ 实现锻压生产的柔性，主要依赖于锻压设备的自动化、物流的自动化和信息流的自动 化。
➢ 锻压生产的柔性加工系统是锻压生产当前发展的最高阶段。锻压生产的FMS，特别是板 材加工的FMS技术已相当成熟。
金属塑性成形装备及自动化
板料冲压生产线自动化
（1）冲压生产自动化的特点 以冲裁为例，由四个部分组成自动化系统：①普通曲柄压力机；②冲压模具；③自
动上下料机构；④自动控制系统。
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3.8 塑性成形自动化技术
锻压生产的柔性加工系统 ➢ 锻压生产的发展大致可分
为四个阶段：
➢ 第一阶段：手工操作的单机加工 。由人工操作和控制一台加工机 械。
➢ 第二阶段：数控机床单机加工。 加工机械由数控系统控制。 但加工机械之间的物料传输 由人工完成。
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3.8 塑性成形自动化技术
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➢ 在大批量生产冲压件的企业中，自动化生产得到 广泛应用.
➢ 自动化生产线的应用可以降低成本，提高生产率.
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➢ 第三阶段：柔性加工单元（FMC），在计算机控制（CNC）下，加工单 元可以独立地完成零件加工。坯料的送入与工件的退出、模具的更换
等都按照加工程序自动完成。
➢ ③ 程序控制系统：
控制系统的设定值按生产工艺要求有规律地变化，被控
量需要按规定的程序自动进行，保证冲压生产过程顺利完成
，达到程序控制的目的。
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（2）板料冲压生产自动化
➢ 冲压生产自动化构成：主机和附设机构。