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

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

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)）

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（壓力鑄造、低壓鑄造）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

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

42.7.2低壓鑄造裝備及自動(dòng)化

低壓鑄造是金屬液體在（氣）壓力作用下由下而上地充填型腔并在壓力下凝固成形的一種方法，由于所用的壓力較低（通常0.02~0.06MPa)，故稱(chēng)之為低壓鑄造。低壓鑄造裝備一般由保溫爐及其附屬裝置、模具開(kāi)合機(jī)構(gòu)、氣壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

5EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院低壓鑄造工藝流程圖

6（1）低壓鑄造機(jī)的類(lèi)型及構(gòu)造

按模具與保溫爐的連接方式，可分為頂置式低壓鑄造機(jī)和側(cè)置式低壓鑄造機(jī)。1-坩堝；2-升液管；3-金屬液；4-進(jìn)氣管；5-密封蓋；6-澆道；7-型腔；8-鑄型頂置式低壓鑄造機(jī)側(cè)置式低壓鑄造機(jī)EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

71)頂置式低壓鑄造機(jī)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，操作方便；但生產(chǎn)效率較低，因保溫爐上只能放置一付模具，操作均在爐上進(jìn)行，故一個(gè)周期內(nèi)，保溫爐一半時(shí)間空閑。其次，下模受保溫爐爐蓋的熱輻射影響，冷卻緩慢，使鑄件凝固時(shí)間延長(zhǎng)；且下模不能設(shè)置頂桿裝置，給模具設(shè)計(jì)增加不便。此外，保溫爐的密封、保養(yǎng)和合金處理均不方便。

EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

82)側(cè)置式低壓鑄造機(jī)特點(diǎn)：將鑄型置于保溫爐的側(cè)面，鑄型和保溫爐由升液管聯(lián)結(jié)。一臺(tái)保溫爐上同時(shí)可為兩付以上的模型提供金屬液，生產(chǎn)效率提高。裝料、扒渣和合金液處理等操作方便；鑄型的受熱條件得到改善。但側(cè)置式機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用受限制。EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

93)低壓鑄造保溫爐

一般采用坩堝式電阻爐，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，溫控方便。電阻式坩堝爐（用于頂置式）1-爐體2-排鋁孔3-爐殼4-電阻元件5-鑄鐵坩鍋6-升液管7-密封蓋EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

104)低壓鑄造裝備主液壓缸側(cè)液壓缸金屬模具保溫爐控制系統(tǒng)液壓系統(tǒng)EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

11（2）低壓鑄造的自動(dòng)加壓控制系統(tǒng)1)氣體加壓原理主要控制:

氣體的流量氣體的壓力具有較高的壓力自動(dòng)補(bǔ)償能力，壓力曲線重復(fù)性好，不受保溫爐泄露、供氣管路氣壓波動(dòng)、金屬液面波動(dòng)的影響。EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

121)氣體加壓原理典型數(shù)字組合閥結(jié)構(gòu)8通道數(shù)字組合閥原理圖

每組通道由一個(gè)電磁閥、一個(gè)節(jié)流閥和一個(gè)截止閥組成。電磁閥控制通道的開(kāi)啟或閉合，節(jié)流閥控制流量，截止閥常開(kāi)。一個(gè)通道即對(duì)應(yīng)一種流量，可獲得256種不同的充型速率。響應(yīng)和調(diào)節(jié)速度快，兩種不同狀態(tài)之間的切換時(shí)間僅80ms。EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

132)簡(jiǎn)單的低壓鑄造液面加壓工藝曲線加壓工藝曲線的數(shù)學(xué)模型式中：d(i)/dt

-氣體升壓速度；

-第i段壓差值；ρ

-

液體金屬密度；A

-

坩堝截面積；Ai

-

型腔第i段處截面積；Vi-

型腔第i段上要求的液體金屬充型速度；

-

氣體升壓速度補(bǔ)償系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定；g

-

重力加速度。耐壓件p3壓力時(shí)間薄件厚件t4t3t2t1p2p1金屬型低壓鑄造工藝曲線簡(jiǎn)單件EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

143)低壓鑄造計(jì)算機(jī)控制原理

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)控制，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程進(jìn)行閉環(huán)控制。為了便于編制程序和簡(jiǎn)化起見(jiàn)，采用塊程序結(jié)構(gòu)形式，即每一塊程序完成一個(gè)特定的功能。程序之間的聯(lián)系有跳轉(zhuǎn)、調(diào)用和建立公用參數(shù)區(qū)三種方式。

該系統(tǒng)的主控制程序包括引導(dǎo)工作程序、開(kāi)關(guān)量狀態(tài)檢測(cè)程序和中斷服務(wù)程序等。

計(jì)算機(jī)控制的低壓鑄造生產(chǎn)過(guò)程示意圖

低壓鑄造計(jì)算機(jī)控制原理圖低低EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

154）低壓鑄造生產(chǎn)的典型零件低壓鑄造錄像EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

16低壓鑄造舉例發(fā)動(dòng)機(jī)缸體低壓鑄造機(jī)系統(tǒng)EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

17EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院低壓鑄造舉例

18EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院低壓鑄造舉例

192.8消失模精密鑄造裝備及生產(chǎn)線基本原理：采用泡沫塑料模樣代替普通模樣緊實(shí)造型，造好鑄型后不取出模樣、直接澆入金屬液，在高溫金屬液的作用下，泡沫塑料模樣受熱氣化、燃燒而消失，金屬液取代原來(lái)泡沫塑料模樣占據(jù)的空間位置，冷卻凝固后即獲得所需的鑄件。EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

20典型的消失模鑄造零件消失模鑄造錄像EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

21主要裝備

泡沫塑料模樣的成形加工裝備，涂料的制備及烘干裝備，造型裝備及型砂處理裝備。白區(qū)黃區(qū)黑區(qū)預(yù)發(fā)泡發(fā)泡成型涂料填砂抽真空系統(tǒng)澆注沙處理系統(tǒng)烘干組模動(dòng)緊實(shí)振EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

222.8.1

泡沫塑料模樣的成形裝備

模樣制作的方法有兩種：一是發(fā)泡成形；二是利用機(jī)床切削加工（泡沫模樣板材）成形。泡沫塑料模樣的成形方法：a）模具發(fā)泡成形；b）切削加工成形EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

23發(fā)泡成形主要設(shè)備有：預(yù)發(fā)泡機(jī)、成形發(fā)泡機(jī)等。(1)預(yù)發(fā)泡機(jī)

間隙式蒸汽預(yù)發(fā)泡工藝流程a)稱(chēng)量(b)加料(c)預(yù)發(fā)泡(d)卸料1－稱(chēng)量傳感器2－原珠粒3－光電管4－蒸汽EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院2.8.1

泡沫塑料模樣的成形裝備

24間歇式蒸汽預(yù)發(fā)泡機(jī)該設(shè)備的關(guān)鍵是：蒸汽進(jìn)入不宜過(guò)于集中，壓力和流量不能過(guò)大，以免造成結(jié)塊、發(fā)泡不均，甚至部分珠粒因過(guò)度預(yù)發(fā)而破壞；因?yàn)橹榱Ｖ苯优c蒸汽接觸，預(yù)發(fā)泡珠粒中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)10%左右，因此卸料后必須經(jīng)過(guò)干燥處理。

這種預(yù)發(fā)泡不是通過(guò)時(shí)間而是通過(guò)預(yù)發(fā)泡的容積定量（即珠粒的預(yù)發(fā)泡密度定量）來(lái)控制預(yù)發(fā)泡質(zhì)量，控制方便、效果良好。EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

25(2)成形發(fā)泡機(jī)簡(jiǎn)易型成形機(jī)成型過(guò)程：a.加入預(yù)發(fā)珠粒；b.通入蒸汽發(fā)泡成形；c.通水冷卻定形；d.開(kāi)模取件。(a)立式成形機(jī)(b)臥式成形機(jī)1.固定工作臺(tái)2.定模3.動(dòng)模4.移動(dòng)工作臺(tái)5.導(dǎo)桿6.液壓缸EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

262.8.2造型裝備及生產(chǎn)線

主要裝備有：雨淋加砂器、振動(dòng)緊實(shí)臺(tái)、真空系統(tǒng)、舊砂冷卻除塵系統(tǒng)、輸送輥道、澆注設(shè)備等。其中關(guān)鍵設(shè)備是：振動(dòng)緊實(shí)臺(tái)。

消失模鑄造采用干砂振動(dòng)造型，而不是粘土砂造型。EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

27(1)振動(dòng)緊實(shí)臺(tái)

振動(dòng)緊實(shí)臺(tái)分為一維緊實(shí)臺(tái)、二維緊實(shí)臺(tái)、三維緊實(shí)臺(tái)及多維緊實(shí)臺(tái)。三維振動(dòng)緊實(shí)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖1—砂箱2—夾緊裝置3－振動(dòng)臺(tái)體4—振動(dòng)電機(jī)5—空氣彈簧6—底座一維振動(dòng)緊實(shí)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖1—砂箱2—振動(dòng)臺(tái)體3—振動(dòng)電機(jī)4—橡膠彈簧5—高度限位桿6－空氣彈簧7—底座EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

28一種三維振動(dòng)緊實(shí)臺(tái)的照片EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

29(2)雙電機(jī)振動(dòng)緊實(shí)

雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)可產(chǎn)生垂直方向圓振動(dòng)的緊實(shí)臺(tái)，由于有著獨(dú)特的干砂充填性能，近年來(lái)應(yīng)用逐漸擴(kuò)大，有取代三維緊實(shí)臺(tái)的趨勢(shì)。1）不同相位的雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)相位差能使在砂箱各處形成相同振幅、相同振動(dòng)加速度即均勻一致的垂直面圓振動(dòng)，從而使型砂具有良好的流動(dòng)充填性能。主要控制參數(shù)為：振幅：0.3～0.5mm；振動(dòng)加速度：9.8～11.76m/s2。雙電機(jī)振動(dòng)臺(tái)工作原理圖EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

302)雙電機(jī)振動(dòng)模型雙電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)雙電機(jī)同向轉(zhuǎn)動(dòng)單電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

31(3)負(fù)壓下澆注EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

32(4)消失模鑄造生產(chǎn)線消失模自動(dòng)化生產(chǎn)線布置圖1—風(fēng)力輸送器2—砂冷卻裝置3—翻轉(zhuǎn)式落砂機(jī)4—砂箱及輥道5，7—振動(dòng)臺(tái)6，8—砂斗9—澆注10—除塵器11—真空系統(tǒng)EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

33消失模鑄造生產(chǎn)線黑區(qū)三維視圖冷卻沙斗落沙柵格振動(dòng)提升冷卻機(jī)沙斗邊輥道電動(dòng)葫蘆EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院(4)消失模鑄造生產(chǎn)線

342.9半固態(tài)鑄造成形裝備

半固態(tài)鑄造成形是在液態(tài)金屬凝固的過(guò)程中進(jìn)行攪拌（可強(qiáng)可弱），使普通鑄造凝固易于形成的樹(shù)枝晶網(wǎng)絡(luò)骨架被打碎而形成分散的顆粒狀組織形態(tài)，從而制得半固態(tài)金屬漿料，然后將其鑄成坯料或鑄件。(1)半固態(tài)成形的概念EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

35(2)半固態(tài)鑄造方法及裝備

按流變鑄造和觸變鑄造分類(lèi)，又有流變鑄造裝備和觸變鑄造裝備。半固態(tài)鑄造成形裝備主要包括：半固態(tài)漿料制備裝備、半固態(tài)成形裝備（壓鑄、擠壓鑄造機(jī)）、輔助裝置等。1)流變鑄造將半固態(tài)金屬漿料直接壓鑄或擠壓成形，俗稱(chēng)“一步法”。EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

362)觸變鑄造

是先由連鑄等方法制得的具有半固態(tài)組織的錠坯，然后切成所需長(zhǎng)度，再加熱到半固態(tài)狀，然后再壓鑄或擠壓成形，俗稱(chēng)“二步法”。EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院(2)半固態(tài)鑄造方法及裝備

372.9.1

半固態(tài)鑄造的基本原理EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

38制造汽車(chē)零部件轉(zhuǎn)向節(jié)空氣罐油泵過(guò)濾器發(fā)動(dòng)機(jī)支架EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

39制造電子產(chǎn)品EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

40殼體及框架EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

412.9.2

半固態(tài)漿料的制備裝置(1)機(jī)械攪拌式制漿裝置單螺桿制漿裝置示意圖231雙螺桿制漿裝置示意圖EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

42(2)單輥旋轉(zhuǎn)制漿裝置單輥旋轉(zhuǎn)式制漿裝備1—輥筒2—加料口3—固定板4—檔板EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

43(3)電磁攪拌制漿裝置5432167圖2-102電磁攪拌式制漿裝置示意圖1-高頻加熱段2-攪拌段3-澆口杯4-防熱罩5-塞桿6-感應(yīng)線圈7-出料口壓射室電磁攪拌制漿裝置EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

44(4)低過(guò)熱度制漿裝置

機(jī)械攪拌能夠制備出優(yōu)良的半固態(tài)漿料，但攪拌工具壽命受限且容易污染金屬。為避免這些問(wèn)題，近年來(lái)出現(xiàn)了低過(guò)熱度弱攪拌制漿技術(shù)，從晶粒的形核、長(zhǎng)大熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件上著手，營(yíng)造合適的凝固條件（如澆注溫度和冷卻速率等）來(lái)提高形核率并促使晶核以球狀方式生長(zhǎng)。SSR流變成形NRC流變成形EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

45(5)超聲波制漿裝置超聲制漿裝置示意圖1.超聲發(fā)生控制器；2.電爐；3.變幅桿；4.換能器；5.支撐架；6.樣杯；7.升降桿；8.支撐臺(tái)；9.溫控儀.

超聲制漿裝置實(shí)物圖EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

46超聲波制漿效果無(wú)超聲超聲后EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

472.9.3半固態(tài)鑄造的其它裝置（1）二次加熱裝置

（2）重熔程度測(cè)定裝置半固態(tài)金屬重熔硬度測(cè)定裝置一種二次加熱裝置的原理圖EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

482.9.4觸變壓鑄裝備實(shí)例半固態(tài)鑄造錄像EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

492.10

典型鑄造工業(yè)機(jī)器人及無(wú)人工廠

工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多科學(xué)先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造重要的自動(dòng)化裝備。采用先進(jìn)適用的鑄造新技術(shù)，提高鑄造裝備自動(dòng)化，特別是工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，是鑄造企業(yè)實(shí)施實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措。

國(guó)外的一些企業(yè)已形成利用工業(yè)機(jī)器人替代人工進(jìn)行重力鑄造過(guò)程中的下芯、清模、澆注、取件、打磨等作業(yè)，開(kāi)始出現(xiàn)了無(wú)人鑄造工廠。EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

502.10.1

典型鑄造工業(yè)機(jī)器人

ABB公司開(kāi)發(fā)了“IRB6640機(jī)器人鋁合金鑄件去毛刺系統(tǒng)工作站”，該系統(tǒng)可提高鑄件清理效率、保證鑄件質(zhì)量的穩(wěn)定性。并且可配備不同的清理工具，具有高柔性和廣泛的通用性，其浮動(dòng)清理工具適用薄厚不均、多樣性的飛邊清理。IRB6640機(jī)器人有效荷重達(dá)235kg。

具有高密封防護(hù)性、抗腐蝕、耐高溫、可蒸汽清洗、能抵抗壓鑄環(huán)境中的鋁汁飛濺等諸多優(yōu)異性能。（1）去毛刺機(jī)器人系統(tǒng)ABB公司開(kāi)發(fā)的“IRB6640機(jī)器人鋁合金鑄件去毛刺系統(tǒng)工作站”EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

51（2）鑄造級(jí)專(zhuān)用的FANUC機(jī)器人在壓鑄、重力鑄造、砂型鑄造等各個(gè)領(lǐng)域，尤其在噴脫模劑、取件、機(jī)加工等各工序中，F(xiàn)ANUC專(zhuān)業(yè)鑄造機(jī)器人均承擔(dān)著重要工作，在鑄造領(lǐng)域的應(yīng)用中已取得巨大的成果。澆注機(jī)器人取件機(jī)器人噴涂機(jī)器人EAMP

材料成形裝備及自動(dòng)化

華中科技大學(xué)材料學(xué)院

52（3）KUKA鑄造砂芯機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)

KUKA機(jī)器人公司針對(duì)客戶(hù)的要求，開(kāi)發(fā)了重載型機(jī)器人KR500，用于鑄造砂芯柔性生產(chǎn)線自動(dòng)上下料、涂掛。機(jī)器人組芯下芯機(jī)器人工作錄像EAMP

材料成形裝備