華中科技大學(xué)材料學(xué)院材料成形及控制工程專(zhuān)業(yè)核心課程華中科技大學(xué)精品課及責(zé)任教授課程材料成形裝備及自動(dòng)化

EquipmentandAutomationofMaterialsProcess2024-2025學(xué)年第二學(xué)期EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

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2目錄第一章

緒

論（2學(xué)時(shí)）

第二章金屬液態(tài)成形裝備及自動(dòng)化（10學(xué)時(shí)，5次）

第三章

金屬塑性成形裝備及自動(dòng)化（10學(xué)時(shí)）

第四章

金屬連接成形裝備及自動(dòng)化（10學(xué)時(shí)）

第五章

高分子材料成形設(shè)備及自動(dòng)化（2學(xué)時(shí)）

第六章

快速成形裝備及控制（6學(xué)時(shí)）第七章

其它材料成形裝備（4學(xué)時(shí)）第八章熱處理工業(yè)爐及其控制（2學(xué)時(shí)）第九章材料加工中的環(huán)境保護(hù)裝備（2學(xué)時(shí)）

3第二章

金屬液態(tài)成形裝備及自動(dòng)化2.1概述2.2金屬熔化及澆注裝備2.3砂處理裝備及自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)2.4造型設(shè)備及自動(dòng)化生產(chǎn)線2.5制芯設(shè)備及自動(dòng)控制系統(tǒng)2.6鑄件落砂與清理裝備及自動(dòng)化2.7特種鑄造裝備及自動(dòng)化2.8消失模精密鑄造裝備及生產(chǎn)線2.9半固態(tài)鑄造成形裝備及生產(chǎn)線2.10典型鑄造工業(yè)機(jī)器人及無(wú)人工廠EAMP

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42.7壓力鑄造裝備及自動(dòng)化

壓力鑄造（簡(jiǎn)稱(chēng)壓鑄）是指在高壓作用下，金屬液以高速充填型腔并在壓力作用下凝固獲得鑄件的成形方法。在鋁合金、鋅合金、鎂合金鑄件等生產(chǎn)上應(yīng)用廣泛。壓鑄機(jī)是壓力鑄造生產(chǎn)的最基本設(shè)備，一般分為熱室壓鑄機(jī)和冷室壓鑄機(jī)兩大類(lèi)，而冷室壓鑄機(jī)按開(kāi)合模及壓射方向又分為臥式壓鑄機(jī)和立式壓鑄機(jī)兩種。EAMP

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5壓力鑄造實(shí)例EAMP

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62.7.1壓鑄機(jī)分類(lèi)及結(jié)構(gòu)壓力鑄造教學(xué)錄像！EAMP

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7（1）熱室壓鑄機(jī)

它的壓射室與坩鍋連成一體，因壓射室浸于液體金屬中而得名，而壓射機(jī)構(gòu)則裝在保溫坩鍋上方。EAMP

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8熱室壓鑄機(jī)工作原理熱室壓鑄機(jī)工作原理圖EAMP

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9熱室壓鑄機(jī)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單，效率高；金屬消耗少，工藝穩(wěn)定；壓射入型腔的金屬液體干凈，鑄件質(zhì)量好。壓鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。缺點(diǎn)：壓射室、壓射沖頭長(zhǎng)期浸泡在液體金屬中，影響使用壽命。用途：熱室壓鑄機(jī)主要用于壓鑄鎂、鋅等低熔點(diǎn)合金的小型鑄件。EAMP

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10(2)冷室壓鑄機(jī)

冷室壓鑄機(jī)的壓射室與保溫爐是分開(kāi)的，壓鑄時(shí)從保溫坩鍋中舀取液體金屬倒入壓鑄機(jī)上的壓射室后進(jìn)行壓射。立式冷室壓鑄過(guò)程示意圖1-壓射沖頭2-壓射室3-金屬液4-定模5-動(dòng)模6-射嘴7-型腔8-反料沖頭9-余料EAMP

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11臥式冷室壓鑄機(jī)EAMP

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12臥式冷室壓鑄機(jī)臥式冷室壓鑄機(jī)EAMP

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13(3)壓鑄機(jī)的主要機(jī)構(gòu)壓鑄機(jī)的主要機(jī)構(gòu)1

開(kāi)合模機(jī)構(gòu)2

壓射機(jī)構(gòu)3

頂出機(jī)構(gòu)5模板調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)4抽芯機(jī)構(gòu)6抽大杠機(jī)構(gòu)液壓油缸驅(qū)動(dòng)液壓動(dòng)力系統(tǒng)電控系統(tǒng)雙向液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)中小型機(jī)：無(wú)此功能大型機(jī)：液壓油缸驅(qū)動(dòng)EAMP

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14臥式冷室壓鑄機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1-固定螺母，2-連接底板，3-導(dǎo)桿，4-連桿，5-頂出液壓缸，6-頂桿，7-動(dòng)模板，8-哥林柱，9-定模板，10-壓射室，11-壓射沖頭，12-壓射桿，13-連軸器，14-活塞桿，15-壓射液壓缸，16-壓射連桿，17-機(jī)座，18-頂板，19-T型槽，20-滑動(dòng)板，21-連接銷(xiāo)，22-銷(xiāo)套，23-鎖模機(jī)頭，24-合模液壓缸開(kāi)合模機(jī)構(gòu)壓射機(jī)構(gòu)頂出機(jī)構(gòu)EAMP

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151)開(kāi)合模機(jī)構(gòu)曲肘合模機(jī)構(gòu)示意圖1—合模液壓缸；2—活塞；3—連桿；4—三角形鉸鏈；5—螺母；6—力臂；7—齒輪EAMP

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161)開(kāi)合模機(jī)構(gòu)曲肘式合模機(jī)構(gòu)實(shí)物照片

曲肘式合型機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)①合模力大。合模力放大16~26倍，合模缸直徑大大減小，液壓油的工作壓力、耗油量亦可降低。②運(yùn)動(dòng)特性好，合型速度快。在合型過(guò)程中曲肘離“死點(diǎn)”愈近，動(dòng)模移動(dòng)速度愈慢，使兩半型緩慢閉合。同樣在剛開(kāi)型時(shí)，動(dòng)模運(yùn)動(dòng)速度亦慢，有利于鑄件頂出和抽芯。③合型機(jī)構(gòu)剛性大。EAMP

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17（a）齒輪傳動(dòng)（b）鏈傳動(dòng)（c）渦輪蝸桿傳動(dòng)動(dòng)模板定模板開(kāi)檔調(diào)節(jié)裝置1)開(kāi)合模機(jī)構(gòu)EAMP

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18開(kāi)檔調(diào)節(jié)裝置實(shí)物照片1)開(kāi)合模機(jī)構(gòu)EAMP

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19兩板壓鑄機(jī)——壓鑄機(jī)發(fā)展新方向鎖模液壓缸1)開(kāi)合模機(jī)構(gòu)EAMP

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202)壓射機(jī)構(gòu)壓射機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)壓鑄工藝的關(guān)鍵、核心部分。壓鑄機(jī)的壓射過(guò)程：慢壓射；快壓射；增壓慢壓射：沖頭將壓射室內(nèi)的金屬液送入內(nèi)澆口之前的運(yùn)動(dòng)，將壓室中的金屬液充滿(mǎn)壓室，要求：不能過(guò)多降低合金液溫度、有利于排除壓室中的氣體。速度：0.1--0.4m/s范圍內(nèi)?？靿荷洌簺_頭以高速運(yùn)動(dòng)，金屬液通過(guò)澆注系統(tǒng)充填型腔。速度：4—6m/s范圍內(nèi)。高速切換點(diǎn)：指壓射沖頭由慢壓射速度換成快壓射速度時(shí)沖頭在壓室中所處的位置。增壓：金屬液充填型腔后，在壓力下的凝固。20—40MPa。EAMP

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21壓射過(guò)程中，壓力、速度與時(shí)間的關(guān)系圖：2)壓射機(jī)構(gòu)EAMP

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22慢壓射速度高速切換點(diǎn)因此，壓射機(jī)構(gòu)必須控制壓射速度、高速切換點(diǎn)、增壓壓力大小。(a)過(guò)低(b)過(guò)高(c)合適2)壓射機(jī)構(gòu)EAMP

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23慢壓射原理油箱油泵（流量Q，壓力P）節(jié)流閥壓射油缸慢壓射速度節(jié)流閥后流量Q1，壓力P1A增壓油缸2)壓射機(jī)構(gòu)EAMP

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24快壓射原理壓射桿速度只有調(diào)節(jié)流量，才能調(diào)節(jié)壓射速度泵的流量有限，無(wú)法提供瞬間的大流量快壓射速度高、時(shí)間短瞬時(shí)大流量蓄能器（reservior）·快壓射蓄能器比例流量閥2)壓射機(jī)構(gòu)EAMP

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25增壓原理P2A2A1P1增壓蓄能器比例減壓閥2)壓射機(jī)構(gòu)EAMP

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26壓射機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)慢壓射→快壓射→增壓2)壓射機(jī)構(gòu)EAMP

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27DDV(DirectDigitalValve)方式的調(diào)速壓射裝置DDV控制壓射原理圖1—型腔2—壓射室3—壓射液壓缸4—感應(yīng)器5—導(dǎo)桿6—蓄能器7—直接數(shù)字閥2)壓射機(jī)構(gòu)EAMP

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28數(shù)字閥結(jié)構(gòu)DDV閥結(jié)構(gòu)示意圖1-閥芯2-連桿3-零位傳感器4-脈沖電機(jī)5-聯(lián)軸器6-法蘭7-閥座8-油腔電動(dòng)閥結(jié)構(gòu)示意圖1-節(jié)流口2-油腔3-閥芯4-驅(qū)動(dòng)板EAMP

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293)頂出機(jī)構(gòu)頂出機(jī)構(gòu)原理(c)機(jī)械式(a)液壓缸固定液壓式(b)液壓缸移動(dòng)液壓式頂出機(jī)構(gòu)原理示意圖EAMP

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30動(dòng)模板后的頂出油缸示意圖3)頂出機(jī)構(gòu)EAMP

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312.7.2壓鑄機(jī)的液壓及電氣控制（自學(xué)）壓鑄機(jī)的液壓及電氣控制（自學(xué)）EAMP

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322.7.3壓鑄生產(chǎn)自動(dòng)化1）自動(dòng)澆注裝置

機(jī)械式、負(fù)壓式、壓力式、電磁泵式。最低液面機(jī)械手自動(dòng)澆注原理、實(shí)物圖幾種自動(dòng)壓鑄錄像！EAMP

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33負(fù)壓澆注示意圖1—液體金屬2—加熱器3—填料4—壓射室5—型腔6—真空通道7—真空過(guò)濾器8—真空泵

9—真空切斷閥10—?jiǎng)幽?1—定模12—升液管EAMP

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342)自動(dòng)取件裝置四連桿自動(dòng)取件機(jī)械手工作過(guò)程圖滑架搖桿連桿曲柄座板EAMP

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35取件機(jī)械手結(jié)構(gòu)及原理圖1—齒條2—傳動(dòng)齒輪3—曲柄轉(zhuǎn)軸4—副液壓缸5—彈簧6—主液壓缸7—油管8—座板9—滑架10—活塞桿11—支架12—曲柄13—連桿14—搖桿15—手臂16—手掌EAMP

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36連桿式取件機(jī)械手電動(dòng)連桿式取件手機(jī)邊安裝實(shí)例EAMP

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372.7.4新型壓鑄機(jī)開(kāi)發(fā)的目的：

為了解決缺陷問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)外有兩個(gè)途徑：一是，改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備，特別是對(duì)三級(jí)壓射機(jī)構(gòu)的壓射機(jī)，控制壓射速度、壓力，控制模內(nèi)氣體；二是，發(fā)展特殊壓鑄工藝，如真空壓鑄、充氧壓鑄、半固態(tài)壓鑄等。（1）克服壓鑄件的主要缺陷：卷氣和疏松。（2）提高壓鑄模具的壽命；（3）降低成本、提高設(shè)備的自動(dòng)化程度。EAMP

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381)真空壓鑄抽出型腔內(nèi)的氣體，建立一定的真空度后進(jìn)行壓鑄的方法。真空閥EAMP

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39真空罩及分型面抽真空示意圖1)真空壓鑄EAMP

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40吸入式真空壓鑄機(jī)EAMP

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41真空壓鑄的特點(diǎn)可消除或減少壓鑄件內(nèi)部的氣孔，壓鑄件強(qiáng)度高，表面質(zhì)量好，還可以進(jìn)行熱處理；減少了壓鑄時(shí)型腔的反壓力，可用小型壓鑄機(jī)生產(chǎn)較大、較薄的鑄件；但真空壓鑄的密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造及安裝困難，控制不當(dāng)、效果不明顯。EAMP

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422)充氧壓鑄

充氧壓鑄是將干燥的氧氣充入壓室和壓鑄模型腔，以取代其中的空氣和其它氣體。當(dāng)鋁合金壓入壓室和壓鑄模腔時(shí)與氧氣發(fā)生化合，生成三氧化二鋁，形成均勻分布的三氧化二鋁小顆粒（直徑在1μm以下），從而減少或消除了氣孔，提高了壓鑄件的致密性。這些小顆粒分散在壓鑄件約占總質(zhì)量的0.1~0.2%，不影響機(jī)械加工。

充氧壓鑄僅適用于鋁合金。壓射沖頭氧氣排氣槽EAMP

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