華中科技大學材料學院材料成形及控制工程專業(yè)核心課程華中科技大學精品課及責任教授課程材料成形裝備及自動化

EquipmentandAutomationofMaterialsProcess2024-2025學年第二學期EAMP

材料成形裝備及自動化

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2目錄第一章

緒

論（2學時）

第二章金屬液態(tài)成形裝備及自動化（10學時）

第三章

金屬塑性成形裝備及自動化（10學時）第四章

金屬連接成形裝備及自動化（10學時）第五章

高分子材料成形設備及自動化（2學時）

第六章

快速成形裝備及控制（6學時）第七章

其它材料成形裝備（4學時）第八章熱處理工業(yè)爐及其控制（2學時）第九章材料加工中的環(huán)境保護裝備（2學時）7.1陶瓷成形裝備7.2玻璃成形裝備7.2.3以制瓶機為中心的生產線7.2.4玻璃制品的加工裝備7.3粉末材料成形裝備第七章

其它材料成形裝備EAMP

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47.2.3以制瓶機為中心的生產線圖7－33以制瓶機為中心的生產線布置示意圖1－加料機2－池窯3－供料道4－供料機5－制瓶機6－出瓶輸送帶7－轉盤式拔瓶器8－送瓶機9－退火窯10－單行排列輸送器11－曲線轉盤12－抽查檢驗13－檢驗輸送帶14－瓶口檢驗器15－應力檢驗器16－目視外觀檢查17－包裝機18－托板輥道19－托板EAMP

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57.2.4玻璃制品的加工裝備電腦控制箱切割橋切割頭導軌切床1）切割設備EAMP

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67.2.4玻璃制品的加工裝備2)砂輪磨邊機1－工作臺2－砂帶3－電機及砂帶張緊裝置4－吸塵罩5－吸塵管6－除塵器EAMP

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77.2.4玻璃制品的加工裝備3)玻璃鉆孔機1－鑄鐵座2－弓形工作臂3－工作臺4－主軸5－上下夾具（聯接器）6－傳動裝置7－操縱桿8－玻璃壓緊裝置9－玻璃蕊噴吸器及收集箱10－控制盒EAMP

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87.2.4玻璃制品的加工裝備4)真空吸盤裝置1－吊桿2－吸盤架3－真空吸盤4－真空泵5－三通閥6－真空計7－電源開關8－外側真空管路旋塞9－電源軟線10－把手11－保護網EAMP

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97.2.4玻璃制品的加工裝備5)熱模壓成形EAMP

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107.2.4玻璃制品的加工裝備6）熱封接成形浸漬封接法是利用在玻璃上直接通電所產生的熱達到金屬熔封目的。它是基于玻璃在高溫時屬于離子導電，且隨溫度的升高，電阻迅速下降，比金屬更易導電的原理，高溫下玻璃的導電性能較金屬的更好。EAMP

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117.3粉末材料成形裝備粉末材料的種類多，主要有金屬材料粉末、陶瓷材料粉末、塑料粉末等，成形工藝有粉末冶金成形、陶瓷粉末壓制成形、粉末材料注射成形。EAMP

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127.3.1粉末冶金加工工藝過程（1）粉末冶金的主要工序EAMP

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13粉末制備方法及設備粉末制備方法大致可分為機械法和物理化學法。機械法主要有機械研磨法、漩渦研磨法、霧化法。物理化學法主要有還原法、化合法、氣相沉積法、液相沉積法、電解法等。機械法（1）機械研磨法原理：靠工作室中磨球對物料的擊碎、磨削作用。設備：球磨機、振動球磨機、攪動球磨機。適用：脆性金屬及合金（2）漩渦研磨法原理：靠被研磨物料顆粒間、顆粒與工作室內壁間及顆粒與回轉打擊子間的撞擊。設備：漩渦研磨機適用：軟塑性金屬EAMP

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14粉末制備方法及設備（3）霧化法1）二流霧化法：高速高壓氣流或水流2）離心霧化法：離心力2.物理化學法（1）還原法代表反應式：MeO+XXO+Me（2）電解法粉末純度高；呈樹枝狀，壓制成形性好，可控粒度。耗電大，成本高。EAMP

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15一種離心粉末制備方法EAMP

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16粉末成形方法粉末成形方法傳統方法新技術模壓+燒結冷等靜壓+燒結壓坯+熱等靜壓模壓+燒結+熱等靜壓熱等靜壓溫壓高速壓制技術動力磁性壓制放電等離子燒結流動溫壓爆炸壓制選擇性激光熔化粉末鍛造注射成形EAMP

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177.3.1粉末冶金加工工藝過程（2）粉末的主要成形方法1）普通模壓成形圖4－19模壓成形示意圖模壓法成形是：指粉料在常溫下、在封閉的鋼模中、按規(guī)定的壓力（一般為150~600Mpa），在普通機械式壓力機或自動液壓機上將粉料制成壓坯的方法。這種成形方法通常由下列工步組成：稱粉、裝粉、壓制、保壓、脫模等。EAMP

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187.3.1粉末冶金加工工藝過程2）等靜壓成形圖7-42等靜壓成形示意圖工作原理：帕斯卡原理應用領域：粉末冶金，陶瓷鑄造，原子能，塑料，永磁體，高壓電瓷等。

借助高壓泵將流體介質壓入耐高壓的鋼制密封容器內，高壓流體的靜壓力直接作用在彈性模套內的粉料上，獲得密度分布均勻、強度較高的壓坯。EAMP

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19等靜壓成形優(yōu)點缺點成型制品密度高；壓坯密度均勻一致；產品長徑比不受限制；粉料中不需添加劑。工藝效率低；零件易磨損；設備昂貴。7.3.1粉末冶金加工工藝過程EAMP

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20等靜壓冷100~630MPa溫80~120℃300MPa熱>1000℃<200MPa7.3.1粉末冶金加工工藝過程EAMP

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21冷等靜壓分類干法成型

粉末裝入成型塑性袋，再放入加壓橡皮袋，不與液相直接接觸。濕法成型粉末裝入塑性袋，直接打入壓力介質，與液相接觸。EAMP

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22熱等靜壓（HoldIsostaticPressing,HIP）原理:在高溫和高壓同時作用下，使物料經受等靜壓的工藝技術。特點與應用:(1)粉末體的固結使傳統粉末冶金工藝成型與燒結兩步作業(yè)一并完成；(2)擴散粘結；(3)鑄件缺陷的消除；(4)高性能復雜零件的近凈成形。工況:溫度500-2200℃，壓力100-320MPa。介質:惰性氣體（氬氣、氦氣），通常用氬氣。包套:通常用軟鋼或玻璃。粉末熱等靜壓致密化成形原理示意圖1－上密封蓋；2－高壓缸；3－屏蔽罩；4－壓力介質；5－加熱體；6－包套；7－粉末；8－下密封蓋；9－泵123456897EAMP

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23熱等靜壓的典型應用應用主要目的典型材料應用鑄件致密化消除宏、微觀孔隙高溫合金、Ti合金、Al合金、Cu合金、鋼鐵等預燒結件致密化獲得全致密材料，避免晶粒過度長大WC、Si3N4、Al2O3、ZrO2等陶瓷、Be合金等粉末致密化獲得全致密材料，避免成分偏析，防止晶粒過度長大高速鋼、陶瓷、金屬間化合物、磁性材料、陶瓷超導材料等擴散連接同質、異質材料的擴散連接；涂層連接與致密化青銅-鋼、鎳合金-鋼、陶瓷-金屬其它應用消除光學材料的孔隙、化合物的合成ZnS、Sn-In-O、金屬間化合物EAMP

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24熱等靜壓的典型應用醫(yī)學器械異質材料連接近凈成形鑄件處理預成形+HIP的陶瓷件核原料EAMP

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25鎳基高溫合金蠕變性能比較合金加工條件測試條件壽命(×103s)延伸率(%)斷面收縮率(%)溫度(K)應力(MPa)IN738鑄造125315268.411.820.2鑄造＋HIP1253152189.020.520.6René77鑄造1253152183.619.437.0鑄造＋HIP1253152244.822.055.0IN792鑄造1143310630.09.26.5鑄造＋HIP11433101018.812.122.0René80鑄造1143310149.42.52.5鑄造＋HIP1143310507.611.511.7EAMP

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26HIP設備發(fā)展世界上第一臺HIP設備當前世界上最大的HIP設備（Giga-HIP）EAMP

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27日本神戶鋼鐵公司:超高溫、超高壓超高壓熱等靜壓設備1.0GPa×1600°C直徑70mmX高150mm超高壓熱等靜壓設備超高溫熱等靜壓設備超高溫熱等靜壓設備3000°C×196MPa直徑250mmX高600mmEAMP

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287.3.1粉末冶金加工工藝過程3）連續(xù)軋制成形EAMP

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297.3.1粉末冶金加工工藝過程4）噴射成形噴射成形（Osprey工藝）是用高壓惰性氣體將金屬液流霧化成細小液滴，并使其沿噴嘴的軸線方向高速飛行，在這些液滴尚未完全凝固之前，將其沉積到一定形狀的接收體上成形。噴射成形示意圖EAMP

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307.3.1粉末冶金加工工藝過程5）注射成形粉末注射成形是一種采用粘結劑固結金屬粉末、陶瓷粉末、復合材料、金屬間化合物的一種特殊成形方法它是在傳統粉末冶金技術基礎上，結合塑料工業(yè)的注射成形技術而發(fā)展起來的一種近凈成形技術。主要包括粘結劑與粉末的混合、制粒、注射成形、脫脂及燒結五個步驟。圖7－45注射成形示意圖1－裝料斗2－注射混合料3－轉動連軸器4－料筒5－螺桿6－加熱器7－制品8－冷卻套9－模具10－移動模板11－液壓中心頂桿12－活動時桿13－注射液壓缸EAMP

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317.3.2粉末材料壓力成形裝備（1）國產壓力機的照片EAMP

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327.3.2粉末材料壓力成形裝備（2）液壓系統圖圖7-47

HP1600型壓力機的液壓油路圖EAMP

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337.3.2粉末材料壓力成形裝備（3）HP1680型壓力機的工作循環(huán)圖圖7－48

HP1680型壓力機的工作循環(huán)圖EAMP

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347.3.2粉末材料壓力成形裝備（4）增壓缸的結構簡圖EAMP

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357.3.3燒結及氣體保護設備（1）典型的燒結過程分類EAMP

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367.3.3燒結及氣體保護設備（2）鐘罩式燒結爐1－上蓋架2－下蓋架3－氣囊4－護蓋5－爐膛6－鋼內罩7－爐底8－進氣管9－排氣管