材料成形裝備及自動化

EquipmentandAutomationofMaterialsProcess凌宏江副教授華中科技大學(xué)材料學(xué)院材料成形及控制工程專業(yè)核心課程材料學(xué)院材料成形裝備及自動化教案2014-2015學(xué)年第二學(xué)期材料成形裝備及自動化

EquipmentandAuto目錄第一章

緒

論（2學(xué)時）

第二章金屬液態(tài)成形裝備及自動化（10學(xué)時）

第三章

金屬塑性成形裝備及自動化（8學(xué)時）

第四章

金屬連接成形裝備及自動化（10學(xué)時）

第五章

高分子材料成形設(shè)備及自動化（2學(xué)時）

第六章

快速成形裝備及控制（8學(xué)時）第七章

其它材料成形裝備（2學(xué)時）第八章熱處理工業(yè)爐及其控制（2學(xué)時）第九章材料加工中的環(huán)境保護(hù)裝備（2學(xué)時）總結(jié)復(fù)習(xí)（2學(xué)時）

2EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院目錄第一章

緒

論（2學(xué)時）2EAMP材料成形裝第一章

緒

論1.1課程簡介1.2材料的分類及其成形裝備概述1.3裝備在材料成形加工中的作用1.4工業(yè)自動化的含義1.5本課程的目標(biāo)及主要內(nèi)容3EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院第一章

緒

論1.1課程簡介3EAMP材料成形裝備及1.1課程簡介本課程是我校機(jī)械大類平臺課程下，材料成型及控制工程專業(yè)的四門核心課之一(1)《材料成形理論基礎(chǔ)》(2)《材料成形工藝》(3)《材料成形裝備及自動化》(4)《模具CAD/CAM》＊講課時數(shù):48、實驗時數(shù):6＊教材《材料成形裝備及自動化》樊自田主編，機(jī)械工業(yè)出版社4EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院1.1課程簡介本課程是我校機(jī)械大類平臺課程1.主講教師（分二個課堂）凌宏江副教授、呂書林、葉春生副教授、呂衛(wèi)文講師（1-4班）凌宏江副教授、呂書林、陳柏金教授、夏衛(wèi)生副教授（5-8班）聯(lián)系方式（凌）： linghj@136598125225EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院1.主講教師（分二個課堂）凌宏江副教授、呂書林、葉春生副教第1章概論（２，凌、呂）第2章金屬液態(tài)成形裝備及自動化（10，凌、呂）

第3章金屬塑性成形裝備及自動化（10，葉春生、陳柏金）第4章金屬連接成形裝備及自動化（10，呂衛(wèi)文、周龍早）

第5章高分子材料成形設(shè)備及自動化（2，葉春生、陳柏金）第6章快速成形裝備及控制（6，葉春生、陳柏金）第7章其它材料成形裝備（2，凌、呂）第8章熱處理工業(yè)爐及其控制（2，凌、呂）第9章材料成型加工中的環(huán)境保護(hù)裝備（2，凌、呂）總結(jié)復(fù)習(xí)（2，凌、呂）實驗課：~6 （上課48學(xué)時、實驗6學(xué)時）2.本課程的主要內(nèi)容及學(xué)時安排6EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院第1章概論（２，凌、呂）2.本課程的主要內(nèi)容及學(xué)時安排壓力鑄造裝備及過程控制實驗SLS快速成形裝備及其自動控制實驗焊接機(jī)器人自動焊接過程控制實驗實驗課程內(nèi)容7EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院壓力鑄造裝備及過程控制實驗實驗課程內(nèi)容7EAMP材料成形3.本課程的目的、意義及重點(diǎn)裝備是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，工業(yè)的自動化與信息化又是現(xiàn)代工業(yè)與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢；材料成形裝備的進(jìn)展是材料成形工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志之一，“材料成形及控制工程”專業(yè)的大學(xué)生，全面了解并掌握材料成形裝備及自動化方面的知識是對大學(xué)生的必然要求；“材料成形及控制工程”專業(yè)的知識內(nèi)容，覆蓋了原鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等原各老專業(yè)，還包括塑料、陶瓷、玻璃等種類材料的成形及過程控制的內(nèi)容；本課程以講述材料成形裝備的結(jié)構(gòu)和原理為主體、以講述裝備的控制與自動化為重點(diǎn)；本課程內(nèi)容既涉及到了傳統(tǒng)材料成形加工方法的裝備及其自動化容，且包括了高分子材料及其它材料的成形裝備與控制，還增加了材料加工成形領(lǐng)域的最新研究與應(yīng)用成果，重視環(huán)境保護(hù)、綠色加工成形技術(shù)的裝備。8EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院3.本課程的目的、意義及重點(diǎn)裝備是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，工業(yè)的自4.本課程的基礎(chǔ)、要求1)本課程的基礎(chǔ)課程：《機(jī)械零件與機(jī)械設(shè)計》、《工程制圖》、《工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》、《工程控制基礎(chǔ)》、《液壓傳動與氣壓傳動》、《材料成形工藝》。2)本課程的要求：材料成形裝備種類繁多，本課程將重點(diǎn)或詳細(xì)介紹各材料成形裝備及方法中的主要設(shè)備和新型設(shè)備，而對其中的次要設(shè)備或較舊式設(shè)備只作簡要介紹或不作介紹。因此，通過本課程學(xué)習(xí)，要求重點(diǎn)掌握各材料成形工藝中的主要設(shè)備和新型設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用范圍、控制方法等。9EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院4.本課程的基礎(chǔ)、要求1)本課程的基礎(chǔ)課程：9EAMP平時成績20~30％：到課情況、課堂作業(yè)、課外作業(yè)、聽課紀(jì)律等；考試成績70~80％

初定：開卷考試基本要求:不曠課、不遲到、不早退，上課筆記、按時交作業(yè)（課堂或課外）5.本課程的考核方式10EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院平時成績20~30％：到課情況、課堂作業(yè)、課外作業(yè)、聽課紀(jì)律材料石器時代物質(zhì)基礎(chǔ)人類發(fā)展史的里程碑銅器時代鐵器時代衣食住行約8000年5000年前3000年前1.2材料的分類及其成形裝備概述11EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院材料石器時代物質(zhì)基礎(chǔ)人類發(fā)展史的里程碑銅器時代鐵器時代衣金屬材料金屬間化合物傳統(tǒng)金屬材料新型金屬材料金屬玻璃金屬基復(fù)合材料鋼鐵銅鋅鋁鎂鈦鎳最重要的工程結(jié)構(gòu)材料廠房、橋梁、機(jī)械、工具最重要的輕合金材料最重要的高溫合金材料黑色金屬有色金屬最重要的耐磨材料納米晶粒金屬先進(jìn)復(fù)合材料中的一個重要領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn)：高強(qiáng)度、高彈性模量和低膨脹系數(shù)外、優(yōu)良的韌性，抗沖擊，抗熱振，對表面缺陷沒有樹脂基復(fù)合材料敏感，耐熱性高，橫向力學(xué)性能好，不燃燒，不吸潮，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性好，耐輻射，以及高真空環(huán)境穩(wěn)定等新型材料或稱先進(jìn)材料，是指那些新近開發(fā)或正在開發(fā)的具有優(yōu)異性能和特殊用途的材料。它是發(fā)展高新技術(shù)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

1.材料的分類12EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院金屬材料金屬間化合物傳統(tǒng)金屬材料新型金屬材料金屬玻璃金屬1.材料的分類金屬材料：鋼鐵、銅合金、鋁合金、鎂合金等有機(jī)高分子材料：塑料、樹脂、橡膠等。無機(jī)非金屬材料：幾乎包括除金屬材料、高分子材料以外的所有材料，主要有：陶瓷、玻璃、膠凝材料（水泥、石灰和石膏等）、混凝土、耐火材料、天然礦物材料等。復(fù)合材料：“由兩個或兩個以上獨(dú)立的物理相，包括粘結(jié)材料（基體）和粒料、纖維或片狀材料所組成的一種固體產(chǎn)物”。復(fù)合材料的組成分為兩大部分：基體與增強(qiáng)材料。材料還可以根據(jù)其性能特征、用途、狀態(tài)等分類。如下表：13EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院1.材料的分類金屬材料：鋼鐵、銅合金、鋁合金、鎂合金等13結(jié)構(gòu)材料材料的分類功能材料特種材料力學(xué)性能（建筑、機(jī)器等）物理、化學(xué)性能（防腐、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、導(dǎo)熱）裝飾、貨幣1.材料的分類14EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院結(jié)構(gòu)材料材料的分類功能材料特種材料力學(xué)性能物理、化學(xué)性能（防金屬成形方法傳統(tǒng)金屬加工技術(shù)先進(jìn)金屬加工技術(shù)機(jī)械冷加工機(jī)械熱加工鑄造焊接鍛造切削加工材料加工工程機(jī)械制造工程快速成形技術(shù)噴射成形技術(shù)快速凝固技術(shù)激光加工技術(shù)精確鑄造精密鍛造激光焊接計算機(jī)集成制造數(shù)控加工技術(shù)微細(xì)加工技術(shù)特點(diǎn)：專業(yè)分工不明確金屬液態(tài)成形金屬塑性成形金屬連接成形2.材料的成形方法分類及裝備概述15EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院金屬成形方法傳統(tǒng)金屬加工技術(shù)先進(jìn)金屬加工技術(shù)機(jī)械冷加工機(jī)械熱常見的金屬材料熱加工成形的主要裝備A、鑄造成形1）重力作用下的鑄造

砂型鑄造：各類造型機(jī)、制芯機(jī)、鑄型輸送機(jī)及輔助裝備、落砂機(jī)砂處理設(shè)備、清理設(shè)備等金屬型鑄造：金屬型鑄造機(jī)熔模鑄造：壓蠟機(jī)、結(jié)殼生產(chǎn)線、焙燒爐等

消失模鑄造：模樣成形機(jī)、振動緊實臺、熱干砂冷卻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)等2）外力作用下的鑄造

離心鑄造：離心鑄造機(jī)

壓力鑄造：冷室壓鑄機(jī)、熱室壓鑄機(jī)

低壓鑄造：低壓鑄造機(jī)

擠壓鑄造：擠壓鑄造機(jī)鑄造的本質(zhì)特點(diǎn)：

液態(tài)金屬成形裝備特點(diǎn)：必須有模、型16EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院常見的金屬材料熱加工成形的主要裝備A、鑄造成形鑄造的本質(zhì)特點(diǎn)軋制：各類軋機(jī)擠壓：各類壓力機(jī)拉拔：各類拉拔（或拉力）機(jī)自由鍛：各類鍛錘模鍛：各類鍛錘或壓力機(jī)板料沖壓：各類壓力機(jī)鍛造的本質(zhì)特點(diǎn)：金屬塑性成形裝備特點(diǎn)：必須有外力B.塑性成形17EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院軋制：各類軋機(jī)鍛造的本質(zhì)特點(diǎn)：B.塑性成形17EAMP材C.焊接成形1）熔焊：電弧焊：各類弧焊機(jī)電渣焊：電渣焊機(jī)電子束焊：電子束焊機(jī)激光焊：激光焊機(jī)等離子弧焊：等離子弧焊機(jī)2）壓焊：電阻焊：電阻點(diǎn)焊機(jī)和電阻縫焊機(jī)摩擦焊：摩擦焊機(jī)3）釬焊：釬焊設(shè)備焊接的本質(zhì)特點(diǎn)：

液態(tài)金屬局部成形裝備特點(diǎn)：必須有局部高溫源18EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院C.焊接成形1）熔焊：焊接的本質(zhì)特點(diǎn)：18EAMP材料成D.高分子材料成形設(shè)備

1）高分子塑料制品成形，主要有：擠出機(jī)、注射機(jī)等。2）橡膠成形裝備E.粉末材料的成形設(shè)備（粉末冶金）

制粉設(shè)備、成型設(shè)備、燒結(jié)設(shè)備等F.快速成形設(shè)備，主要有：1)立體平版印刷機(jī)(SLA---StereoLithographyApparatus)2)分層物體制造(LOM----LaminatedObjectManufacturing)3)選擇性激光燒結(jié)(SLS---SelectiveLaserSintering)4)熔絲沉積制造(FDM----FusedDepositionModeling)5)粉末材料選擇性粘結(jié)(TDP---ThreeDimensionalPrinting)等快速成形的本質(zhì)特點(diǎn)：

增長成形裝備特點(diǎn)：必須有機(jī)電一體化19EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院D.高分子材料成形設(shè)備快速成形的本質(zhì)特點(diǎn)：19EAMP社會的進(jìn)步:可歸結(jié)為人類不斷創(chuàng)造工具以延伸自身的能力；從原始人類的工具到今天各種現(xiàn)代化工具、精密加工裝備等，都是在延伸人的體力與能力。

1）大大提高了生產(chǎn)率、降低了工人的勞動強(qiáng)度；以自動化壓鑄機(jī)為例，每小時可壓鑄60-180次，最高可達(dá)500次2）提高了產(chǎn)品質(zhì)量與精度，降低了原材料消耗；自動化生產(chǎn)可避免人力生產(chǎn)中的人為因素，保障產(chǎn)品的質(zhì)量與精度，大大降低原材料的消耗法國70年代投產(chǎn)的650MN大型模鍛壓機(jī)我國的8萬噸壓機(jī)(圖紙)1.3裝備在材料成形加工中的作用20EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院社會的進(jìn)步:可歸結(jié)為人類不斷創(chuàng)造工具以延伸3）縮短了產(chǎn)品設(shè)計至實際投產(chǎn)時間；快速成形技術(shù)及裝備的出現(xiàn)，使得新產(chǎn)品的設(shè)計、評價、修改、制造等過程形成了一個整體的閉環(huán)系統(tǒng)，大大縮短了新產(chǎn)品的研制時間和用。4）減少制品的庫存；實現(xiàn)生產(chǎn)管理自動化，可及時、準(zhǔn)確地處理大量數(shù)據(jù)，對器件、設(shè)備、人力、技術(shù)資料進(jìn)行組織、協(xié)調(diào)，大大減少生產(chǎn)制品的庫存量。

5）改善操作環(huán)境，實現(xiàn)安全和清潔生產(chǎn)。除塵設(shè)備、降噪設(shè)備的使用，生產(chǎn)廢料（廢渣、廢氣、廢水等）再生回用（或無害處理），可大大減少了生產(chǎn)資源浪費(fèi)和對環(huán)境的污染，實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展21EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院3）縮短了產(chǎn)品設(shè)計至實際投產(chǎn)時間；快速成形技術(shù)及裝備的出現(xiàn)，1.工業(yè)自動化的定義及組成1)工業(yè)自動化是指：將多臺設(shè)備（或多個工序）組合成有機(jī)的聯(lián)合體，用各種控制裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，協(xié)調(diào)各臺設(shè)備（或各工序）的動作，校正誤差、檢驗質(zhì)量，使生產(chǎn)全過程按照人們的要求自動實現(xiàn)，并盡量減少人為的操作與干預(yù)。1.4工業(yè)自動化的含義22EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院1.工業(yè)自動化的定義及組成1.4工業(yè)自動化的含義22E2)工業(yè)自動化系統(tǒng)一般由如下部分組成自動機(jī)床；物料自動搬運(yùn)系統(tǒng)；自動裝配機(jī)；流水生產(chǎn)線；信號檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；計算機(jī)過程控制系統(tǒng)；支持制造活動用來收集數(shù)據(jù)、進(jìn)行規(guī)劃和做出決策的計算機(jī)控制系統(tǒng)。23EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院2)工業(yè)自動化系統(tǒng)一般由如下部分組成自動機(jī)床；23EAMP環(huán)節(jié)主要過程功能作用設(shè)計設(shè)計過程產(chǎn)品設(shè)計CAD/CAM、工裝模具設(shè)計、專用加工設(shè)備設(shè)計等

制造

生產(chǎn)準(zhǔn)備過程原材料準(zhǔn)備、采購及外協(xié)加工委托計劃等工藝準(zhǔn)備過程工藝圖紙準(zhǔn)備、加工設(shè)備選擇、工裝模具制造等加工過程冷加工（切削加工）、熱加工（鑄、鍛、焊等）、各類生產(chǎn)線等檢驗試驗過程加工過程中工藝參數(shù)的自動檢測、加工后產(chǎn)品的性能檢測等裝配過程零件供給、產(chǎn)品裝配與輸送等輔助生產(chǎn)過程產(chǎn)品的后續(xù)處理、廢舊料回用、設(shè)備檢修維護(hù)等管理生產(chǎn)管理過程原材料（工具、配件等）管理、生產(chǎn)調(diào)度、人事管理、企業(yè)規(guī)劃等表1-2生產(chǎn)過程中的三大環(huán)節(jié)及八個主要過程

2.工業(yè)生產(chǎn)過程24EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院環(huán)節(jié)主要過程功能作用設(shè)計設(shè)計過程產(chǎn)品設(shè)計CAD/CAM、工裝綜上所述，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化所研究的內(nèi)容主要有兩個方面：1）對上述各個過程，實現(xiàn)不同程度自動化時的各種方法和手段；2）對上述幾個過程或全部過程按照一定的目標(biāo)和要求聯(lián)系起來，組成不同規(guī)模的自動線、自動化車間或自動化工廠。實際上由物質(zhì)流和信息流兩個主要部分組成：1）物質(zhì)流是指物質(zhì)的流動和處理，包括原材料、毛坯、工夾具、模具、半成品、成品、廢料、能源的流動、處理（加工）、變換2）信息流指信息（包括加工指令、數(shù)據(jù)、反映生產(chǎn)過程各種狀態(tài)的資料等）的流動和處理。3.工業(yè)自動化內(nèi)容25EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院綜上所述，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化所研究的內(nèi)容主要有兩個方面：3.1.學(xué)習(xí)材料成形主要裝備的結(jié)構(gòu)原理及其自動化控制技術(shù)2.具體的教學(xué)目標(biāo)及內(nèi)容如下：1）材料的種類繁多，成形方法及裝備各異，本課程以介紹材料的成形裝備為主體、講述成形裝備的自動化為重點(diǎn)，使學(xué)生獲得必要的裝備及自動方面的基本知識，了解材料成形裝備及自動化技術(shù)的發(fā)展前沿；2）在全面了解與掌握材料成形裝備種類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)學(xué)習(xí)金屬材料成形、高分子塑料成形、快速成形等裝備及其自動化技術(shù)，結(jié)合21世紀(jì)綠色制造成形的發(fā)展趨勢重視環(huán)境保護(hù)裝備的應(yīng)用，為培養(yǎng)新時代高素質(zhì)的材料成形加工人才奠定基礎(chǔ)；3）裝備及自動化課程是實踐性極強(qiáng)的課程之一，本課程將密切結(jié)合學(xué)生的生產(chǎn)實習(xí)、課程設(shè)置、實驗課等實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生對材料成形加工設(shè)備與自動化技術(shù)的興趣及感性認(rèn)識，提高授課質(zhì)量與效果。1.5本課程的目標(biāo)及主要內(nèi)容26EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院1.學(xué)習(xí)材料成形主要裝備的結(jié)構(gòu)原理及其自動化控制技術(shù)1.5思考題1、材料有哪些種類，常用的金屬材料有哪幾種？2、金屬材料有哪些常見的成形方法，舉例說明其特點(diǎn)3、舉例說明，不同的材料及成形工藝的主要設(shè)備及其作用。4、闡述工業(yè)裝備在材料成形加工中的作用。5、概述工業(yè)自動化的定義、組成及主要內(nèi)容。27EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院思考題1、材料有哪些種類，常用的金屬材料有哪幾種？27E謝謝28EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院謝謝28EAMP材料成形裝備及自動化華中科中國古代鑄鐵中國最早的鐵器---鐵刃銅鉞（商代）

1972年在河北藁(gao)城臺西村(公元前14世紀(jì))遺址中出土了一件鐵刃銅鉞。全鉞殘長11.1厘米，闌寬8.5厘米，外刃部斷失，殘存刃部包入銅內(nèi)約1厘米，已全部氧化。29EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院中國古代鑄鐵中國最早的鐵器29EAMP材料成形裝備及自動司母戊鼎1.33米1.1米重832.84Kg每個坩堝(用來熔化金屬的器皿)能冶煉銅12.5千克，鑄造該鼎需要70多個坩堝。30EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院司母戊鼎1.33米1.1米重832.84Kg30EAMP酒器盥（guàn)水器樂器銅鏡31EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院酒盥（guàn)水器樂器銅鏡31EAMP材料成形裝備及自食器兵器農(nóng)具32EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院食器兵器農(nóng)具32EAMP材料成形裝備及自動化四羊方尊蕉葉形紋理清晰四只大卷角羊羊的前腿司母戊鼎33EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院四羊方尊蕉葉形四只大卷角羊羊的前腿司母戊鼎33EAMP材料學(xué)者們認(rèn)為三星堆文化距今約三千多年，是商朝時期我國西南成都平原上古蜀人的文化。造型獨(dú)特34EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院學(xué)者們認(rèn)為三星堆文化距今約三千多年，是商朝時青銅立人像青銅面具青銅神樹35EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院青銅立人像青銅面具青銅神樹35EAMP材料成形裝備及自動化CAD的發(fā)展歷程70年代初期，主要是二維繪圖（2D）60-70年代主要用于科學(xué)計算70年代中期，出現(xiàn)三維線框模型和基于B-spline或NURBS的曲面模型80年代初期，基于實體的三維建模技術(shù)80年代中期，基于參數(shù)化特征的實體的建模80年代后期~90年代，CAD向集成方向發(fā)展36EAMP

材料成形裝備及自動化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院CAD的發(fā)展歷程70年代初期，主要是二維繪圖（2D）“七五”

“八五”

“九五”

計算機(jī)輔助繪圖

計算機(jī)輔助設(shè)計

計算機(jī)輔助產(chǎn)品開發(fā)

我國CAD應(yīng)用的普及與深化歷程甩圖板概念形狀設(shè)計“十五”

計算機(jī)輔助產(chǎn)品制造

“十一五”

虛擬制造

37EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院“七五”“八五”“九五”計算機(jī)輔助計算機(jī)輔助計算大型運(yùn)輸機(jī)38EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院大型運(yùn)輸機(jī)38EAMP材料成形裝備及自動化航空母艦39EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院航空母艦39EAMP材料成形裝備及自動化華大型客機(jī)40EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院大型客機(jī)40EAMP材料成形裝備及自動化華41EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院41EAMP材料成形裝備及自動化華中科技大材料成形裝備及自動化

EquipmentandAutomationofMaterialsProcess凌宏江副教授華中科技大學(xué)材料學(xué)院材料成形及控制工程專業(yè)核心課程材料學(xué)院材料成形裝備及自動化教案2014-2015學(xué)年第二學(xué)期材料成形裝備及自動化

EquipmentandAuto目錄第一章

緒

論（2學(xué)時）

第二章金屬液態(tài)成形裝備及自動化（10學(xué)時）

第三章

金屬塑性成形裝備及自動化（8學(xué)時）

第四章

金屬連接成形裝備及自動化（10學(xué)時）

第五章

高分子材料成形設(shè)備及自動化（2學(xué)時）

第六章

快速成形裝備及控制（8學(xué)時）第七章

其它材料成形裝備（2學(xué)時）第八章熱處理工業(yè)爐及其控制（2學(xué)時）第九章材料加工中的環(huán)境保護(hù)裝備（2學(xué)時）總結(jié)復(fù)習(xí)（2學(xué)時）

43EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院目錄第一章

緒

論（2學(xué)時）2EAMP材料成形裝第一章

緒

論1.1課程簡介1.2材料的分類及其成形裝備概述1.3裝備在材料成形加工中的作用1.4工業(yè)自動化的含義1.5本課程的目標(biāo)及主要內(nèi)容44EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院第一章

緒

論1.1課程簡介3EAMP材料成形裝備及1.1課程簡介本課程是我校機(jī)械大類平臺課程下，材料成型及控制工程專業(yè)的四門核心課之一(1)《材料成形理論基礎(chǔ)》(2)《材料成形工藝》(3)《材料成形裝備及自動化》(4)《模具CAD/CAM》＊講課時數(shù):48、實驗時數(shù):6＊教材《材料成形裝備及自動化》樊自田主編，機(jī)械工業(yè)出版社45EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院1.1課程簡介本課程是我校機(jī)械大類平臺課程1.主講教師（分二個課堂）凌宏江副教授、呂書林、葉春生副教授、呂衛(wèi)文講師（1-4班）凌宏江副教授、呂書林、陳柏金教授、夏衛(wèi)生副教授（5-8班）聯(lián)系方式（凌）： linghj@1365981252246EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院1.主講教師（分二個課堂）凌宏江副教授、呂書林、葉春生副教第1章概論（２，凌、呂）第2章金屬液態(tài)成形裝備及自動化（10，凌、呂）

第3章金屬塑性成形裝備及自動化（10，葉春生、陳柏金）第4章金屬連接成形裝備及自動化（10，呂衛(wèi)文、周龍早）

第5章高分子材料成形設(shè)備及自動化（2，葉春生、陳柏金）第6章快速成形裝備及控制（6，葉春生、陳柏金）第7章其它材料成形裝備（2，凌、呂）第8章熱處理工業(yè)爐及其控制（2，凌、呂）第9章材料成型加工中的環(huán)境保護(hù)裝備（2，凌、呂）總結(jié)復(fù)習(xí)（2，凌、呂）實驗課：~6 （上課48學(xué)時、實驗6學(xué)時）2.本課程的主要內(nèi)容及學(xué)時安排47EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院第1章概論（２，凌、呂）2.本課程的主要內(nèi)容及學(xué)時安排壓力鑄造裝備及過程控制實驗SLS快速成形裝備及其自動控制實驗焊接機(jī)器人自動焊接過程控制實驗實驗課程內(nèi)容48EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院壓力鑄造裝備及過程控制實驗實驗課程內(nèi)容7EAMP材料成形3.本課程的目的、意義及重點(diǎn)裝備是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，工業(yè)的自動化與信息化又是現(xiàn)代工業(yè)與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢；材料成形裝備的進(jìn)展是材料成形工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志之一，“材料成形及控制工程”專業(yè)的大學(xué)生，全面了解并掌握材料成形裝備及自動化方面的知識是對大學(xué)生的必然要求；“材料成形及控制工程”專業(yè)的知識內(nèi)容，覆蓋了原鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等原各老專業(yè)，還包括塑料、陶瓷、玻璃等種類材料的成形及過程控制的內(nèi)容；本課程以講述材料成形裝備的結(jié)構(gòu)和原理為主體、以講述裝備的控制與自動化為重點(diǎn)；本課程內(nèi)容既涉及到了傳統(tǒng)材料成形加工方法的裝備及其自動化容，且包括了高分子材料及其它材料的成形裝備與控制，還增加了材料加工成形領(lǐng)域的最新研究與應(yīng)用成果，重視環(huán)境保護(hù)、綠色加工成形技術(shù)的裝備。49EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院3.本課程的目的、意義及重點(diǎn)裝備是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，工業(yè)的自4.本課程的基礎(chǔ)、要求1)本課程的基礎(chǔ)課程：《機(jī)械零件與機(jī)械設(shè)計》、《工程制圖》、《工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》、《工程控制基礎(chǔ)》、《液壓傳動與氣壓傳動》、《材料成形工藝》。2)本課程的要求：材料成形裝備種類繁多，本課程將重點(diǎn)或詳細(xì)介紹各材料成形裝備及方法中的主要設(shè)備和新型設(shè)備，而對其中的次要設(shè)備或較舊式設(shè)備只作簡要介紹或不作介紹。因此，通過本課程學(xué)習(xí)，要求重點(diǎn)掌握各材料成形工藝中的主要設(shè)備和新型設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用范圍、控制方法等。50EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院4.本課程的基礎(chǔ)、要求1)本課程的基礎(chǔ)課程：9EAMP平時成績20~30％：到課情況、課堂作業(yè)、課外作業(yè)、聽課紀(jì)律等；考試成績70~80％

初定：開卷考試基本要求:不曠課、不遲到、不早退，上課筆記、按時交作業(yè)（課堂或課外）5.本課程的考核方式51EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院平時成績20~30％：到課情況、課堂作業(yè)、課外作業(yè)、聽課紀(jì)律材料石器時代物質(zhì)基礎(chǔ)人類發(fā)展史的里程碑銅器時代鐵器時代衣食住行約8000年5000年前3000年前1.2材料的分類及其成形裝備概述52EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院材料石器時代物質(zhì)基礎(chǔ)人類發(fā)展史的里程碑銅器時代鐵器時代衣金屬材料金屬間化合物傳統(tǒng)金屬材料新型金屬材料金屬玻璃金屬基復(fù)合材料鋼鐵銅鋅鋁鎂鈦鎳最重要的工程結(jié)構(gòu)材料廠房、橋梁、機(jī)械、工具最重要的輕合金材料最重要的高溫合金材料黑色金屬有色金屬最重要的耐磨材料納米晶粒金屬先進(jìn)復(fù)合材料中的一個重要領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn)：高強(qiáng)度、高彈性模量和低膨脹系數(shù)外、優(yōu)良的韌性，抗沖擊，抗熱振，對表面缺陷沒有樹脂基復(fù)合材料敏感，耐熱性高，橫向力學(xué)性能好，不燃燒，不吸潮，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性好，耐輻射，以及高真空環(huán)境穩(wěn)定等新型材料或稱先進(jìn)材料，是指那些新近開發(fā)或正在開發(fā)的具有優(yōu)異性能和特殊用途的材料。它是發(fā)展高新技術(shù)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

1.材料的分類53EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院金屬材料金屬間化合物傳統(tǒng)金屬材料新型金屬材料金屬玻璃金屬1.材料的分類金屬材料：鋼鐵、銅合金、鋁合金、鎂合金等有機(jī)高分子材料：塑料、樹脂、橡膠等。無機(jī)非金屬材料：幾乎包括除金屬材料、高分子材料以外的所有材料，主要有：陶瓷、玻璃、膠凝材料（水泥、石灰和石膏等）、混凝土、耐火材料、天然礦物材料等。復(fù)合材料：“由兩個或兩個以上獨(dú)立的物理相，包括粘結(jié)材料（基體）和粒料、纖維或片狀材料所組成的一種固體產(chǎn)物”。復(fù)合材料的組成分為兩大部分：基體與增強(qiáng)材料。材料還可以根據(jù)其性能特征、用途、狀態(tài)等分類。如下表：54EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院1.材料的分類金屬材料：鋼鐵、銅合金、鋁合金、鎂合金等13結(jié)構(gòu)材料材料的分類功能材料特種材料力學(xué)性能（建筑、機(jī)器等）物理、化學(xué)性能（防腐、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、導(dǎo)熱）裝飾、貨幣1.材料的分類55EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院結(jié)構(gòu)材料材料的分類功能材料特種材料力學(xué)性能物理、化學(xué)性能（防金屬成形方法傳統(tǒng)金屬加工技術(shù)先進(jìn)金屬加工技術(shù)機(jī)械冷加工機(jī)械熱加工鑄造焊接鍛造切削加工材料加工工程機(jī)械制造工程快速成形技術(shù)噴射成形技術(shù)快速凝固技術(shù)激光加工技術(shù)精確鑄造精密鍛造激光焊接計算機(jī)集成制造數(shù)控加工技術(shù)微細(xì)加工技術(shù)特點(diǎn)：專業(yè)分工不明確金屬液態(tài)成形金屬塑性成形金屬連接成形2.材料的成形方法分類及裝備概述56EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院金屬成形方法傳統(tǒng)金屬加工技術(shù)先進(jìn)金屬加工技術(shù)機(jī)械冷加工機(jī)械熱常見的金屬材料熱加工成形的主要裝備A、鑄造成形1）重力作用下的鑄造

砂型鑄造：各類造型機(jī)、制芯機(jī)、鑄型輸送機(jī)及輔助裝備、落砂機(jī)砂處理設(shè)備、清理設(shè)備等金屬型鑄造：金屬型鑄造機(jī)熔模鑄造：壓蠟機(jī)、結(jié)殼生產(chǎn)線、焙燒爐等

消失模鑄造：模樣成形機(jī)、振動緊實臺、熱干砂冷卻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)等2）外力作用下的鑄造

離心鑄造：離心鑄造機(jī)

壓力鑄造：冷室壓鑄機(jī)、熱室壓鑄機(jī)

低壓鑄造：低壓鑄造機(jī)

擠壓鑄造：擠壓鑄造機(jī)鑄造的本質(zhì)特點(diǎn)：

液態(tài)金屬成形裝備特點(diǎn)：必須有模、型57EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院常見的金屬材料熱加工成形的主要裝備A、鑄造成形鑄造的本質(zhì)特點(diǎn)軋制：各類軋機(jī)擠壓：各類壓力機(jī)拉拔：各類拉拔（或拉力）機(jī)自由鍛：各類鍛錘模鍛：各類鍛錘或壓力機(jī)板料沖壓：各類壓力機(jī)鍛造的本質(zhì)特點(diǎn)：金屬塑性成形裝備特點(diǎn)：必須有外力B.塑性成形58EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院軋制：各類軋機(jī)鍛造的本質(zhì)特點(diǎn)：B.塑性成形17EAMP材C.焊接成形1）熔焊：電弧焊：各類弧焊機(jī)電渣焊：電渣焊機(jī)電子束焊：電子束焊機(jī)激光焊：激光焊機(jī)等離子弧焊：等離子弧焊機(jī)2）壓焊：電阻焊：電阻點(diǎn)焊機(jī)和電阻縫焊機(jī)摩擦焊：摩擦焊機(jī)3）釬焊：釬焊設(shè)備焊接的本質(zhì)特點(diǎn)：

液態(tài)金屬局部成形裝備特點(diǎn)：必須有局部高溫源59EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院C.焊接成形1）熔焊：焊接的本質(zhì)特點(diǎn)：18EAMP材料成D.高分子材料成形設(shè)備

1）高分子塑料制品成形，主要有：擠出機(jī)、注射機(jī)等。2）橡膠成形裝備E.粉末材料的成形設(shè)備（粉末冶金）

制粉設(shè)備、成型設(shè)備、燒結(jié)設(shè)備等F.快速成形設(shè)備，主要有：1)立體平版印刷機(jī)(SLA---StereoLithographyApparatus)2)分層物體制造(LOM----LaminatedObjectManufacturing)3)選擇性激光燒結(jié)(SLS---SelectiveLaserSintering)4)熔絲沉積制造(FDM----FusedDepositionModeling)5)粉末材料選擇性粘結(jié)(TDP---ThreeDimensionalPrinting)等快速成形的本質(zhì)特點(diǎn)：

增長成形裝備特點(diǎn)：必須有機(jī)電一體化60EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院D.高分子材料成形設(shè)備快速成形的本質(zhì)特點(diǎn)：19EAMP社會的進(jìn)步:可歸結(jié)為人類不斷創(chuàng)造工具以延伸自身的能力；從原始人類的工具到今天各種現(xiàn)代化工具、精密加工裝備等，都是在延伸人的體力與能力。

1）大大提高了生產(chǎn)率、降低了工人的勞動強(qiáng)度；以自動化壓鑄機(jī)為例，每小時可壓鑄60-180次，最高可達(dá)500次2）提高了產(chǎn)品質(zhì)量與精度，降低了原材料消耗；自動化生產(chǎn)可避免人力生產(chǎn)中的人為因素，保障產(chǎn)品的質(zhì)量與精度，大大降低原材料的消耗法國70年代投產(chǎn)的650MN大型模鍛壓機(jī)我國的8萬噸壓機(jī)(圖紙)1.3裝備在材料成形加工中的作用61EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院社會的進(jìn)步:可歸結(jié)為人類不斷創(chuàng)造工具以延伸3）縮短了產(chǎn)品設(shè)計至實際投產(chǎn)時間；快速成形技術(shù)及裝備的出現(xiàn)，使得新產(chǎn)品的設(shè)計、評價、修改、制造等過程形成了一個整體的閉環(huán)系統(tǒng)，大大縮短了新產(chǎn)品的研制時間和用。4）減少制品的庫存；實現(xiàn)生產(chǎn)管理自動化，可及時、準(zhǔn)確地處理大量數(shù)據(jù)，對器件、設(shè)備、人力、技術(shù)資料進(jìn)行組織、協(xié)調(diào)，大大減少生產(chǎn)制品的庫存量。

5）改善操作環(huán)境，實現(xiàn)安全和清潔生產(chǎn)。除塵設(shè)備、降噪設(shè)備的使用，生產(chǎn)廢料（廢渣、廢氣、廢水等）再生回用（或無害處理），可大大減少了生產(chǎn)資源浪費(fèi)和對環(huán)境的污染，實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展62EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院3）縮短了產(chǎn)品設(shè)計至實際投產(chǎn)時間；快速成形技術(shù)及裝備的出現(xiàn)，1.工業(yè)自動化的定義及組成1)工業(yè)自動化是指：將多臺設(shè)備（或多個工序）組合成有機(jī)的聯(lián)合體，用各種控制裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，協(xié)調(diào)各臺設(shè)備（或各工序）的動作，校正誤差、檢驗質(zhì)量，使生產(chǎn)全過程按照人們的要求自動實現(xiàn)，并盡量減少人為的操作與干預(yù)。1.4工業(yè)自動化的含義63EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院1.工業(yè)自動化的定義及組成1.4工業(yè)自動化的含義22E2)工業(yè)自動化系統(tǒng)一般由如下部分組成自動機(jī)床；物料自動搬運(yùn)系統(tǒng)；自動裝配機(jī)；流水生產(chǎn)線；信號檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；計算機(jī)過程控制系統(tǒng)；支持制造活動用來收集數(shù)據(jù)、進(jìn)行規(guī)劃和做出決策的計算機(jī)控制系統(tǒng)。64EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院2)工業(yè)自動化系統(tǒng)一般由如下部分組成自動機(jī)床；23EAMP環(huán)節(jié)主要過程功能作用設(shè)計設(shè)計過程產(chǎn)品設(shè)計CAD/CAM、工裝模具設(shè)計、專用加工設(shè)備設(shè)計等

制造

生產(chǎn)準(zhǔn)備過程原材料準(zhǔn)備、采購及外協(xié)加工委托計劃等工藝準(zhǔn)備過程工藝圖紙準(zhǔn)備、加工設(shè)備選擇、工裝模具制造等加工過程冷加工（切削加工）、熱加工（鑄、鍛、焊等）、各類生產(chǎn)線等檢驗試驗過程加工過程中工藝參數(shù)的自動檢測、加工后產(chǎn)品的性能檢測等裝配過程零件供給、產(chǎn)品裝配與輸送等輔助生產(chǎn)過程產(chǎn)品的后續(xù)處理、廢舊料回用、設(shè)備檢修維護(hù)等管理生產(chǎn)管理過程原材料（工具、配件等）管理、生產(chǎn)調(diào)度、人事管理、企業(yè)規(guī)劃等表1-2生產(chǎn)過程中的三大環(huán)節(jié)及八個主要過程

2.工業(yè)生產(chǎn)過程65EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院環(huán)節(jié)主要過程功能作用設(shè)計設(shè)計過程產(chǎn)品設(shè)計CAD/CAM、工裝綜上所述，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化所研究的內(nèi)容主要有兩個方面：1）對上述各個過程，實現(xiàn)不同程度自動化時的各種方法和手段；2）對上述幾個過程或全部過程按照一定的目標(biāo)和要求聯(lián)系起來，組成不同規(guī)模的自動線、自動化車間或自動化工廠。實際上由物質(zhì)流和信息流兩個主要部分組成：1）物質(zhì)流是指物質(zhì)的流動和處理，包括原材料、毛坯、工夾具、模具、半成品、成品、廢料、能源的流動、處理（加工）、變換2）信息流指信息（包括加工指令、數(shù)據(jù)、反映生產(chǎn)過程各種狀態(tài)的資料等）的流動和處理。3.工業(yè)自動化內(nèi)容66EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院綜上所述，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化所研究的內(nèi)容主要有兩個方面：3.1.學(xué)習(xí)材料成形主要裝備的結(jié)構(gòu)原理及其自動化控制技術(shù)2.具體的教學(xué)目標(biāo)及內(nèi)容如下：1）材料的種類繁多，成形方法及裝備各異，本課程以介紹材料的成形裝備為主體、講述成形裝備的自動化為重點(diǎn)，使學(xué)生獲得必要的裝備及自動方面的基本知識，了解材料成形裝備及自動化技術(shù)的發(fā)展前沿；2）在全面了解與掌握材料成形裝備種類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)學(xué)習(xí)金屬材料成形、高分子塑料成形、快速成形等裝備及其自動化技術(shù)，結(jié)合21世紀(jì)綠色制造成形的發(fā)展趨勢重視環(huán)境保護(hù)裝備的應(yīng)用，為培養(yǎng)新時代高素質(zhì)的材料成形加工人才奠定基礎(chǔ)；3）裝備及自動化課程是實踐性極強(qiáng)的課程之一，本課程將密切結(jié)合學(xué)生的生產(chǎn)實習(xí)、課程設(shè)置、實驗課等實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生對材料成形加工設(shè)備與自動化技術(shù)的興趣及感性認(rèn)識，提高授課質(zhì)量與效果。1.5本課程的目標(biāo)及主要內(nèi)容67EAMP

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華中科技大學(xué)材料學(xué)院1.學(xué)習(xí)材料成形主要裝備的結(jié)構(gòu)原理及其自動化控制技術(shù)1.5思考題1、材料有哪些種類，常用的金屬材料有哪幾種？2、金屬材料有哪些常見的成形