1、材料成形裝備及自動(dòng)化 Equipment and Automation of Materials Process,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(dòng)化教案,2009-2010學(xué)年第二學(xué)期,EAMP其它材料成形裝備 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（8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（8學(xué)時(shí)） 第七章 其它材料成形裝備（2學(xué)時(shí)） 第八章

2、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)） 總結(jié)復(fù)習(xí)（2學(xué)時(shí)）,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,3,第七章 其它材料成形裝備,7.1 陶瓷成形裝備 7.2 玻璃成形裝備 7.3 粉末材料成形裝備,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,4,7.1 陶瓷成形裝備,人面魚紋彩陶盆 新石器時(shí)代仰韶文化(約5000年) 高16.5厘米，口徑39.5厘米。20世紀(jì)50年代陜西省西安市半坡村出土，現(xiàn)藏中國歷史博物館。,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,5,7.1.1 陶瓷技術(shù)裝備概述,(1) 硅酸鹽制品或材料主要包括：陶瓷、玻璃、水泥；

3、 (2) 以粘土為主要原料燒成的多晶、多相聚集體制品，包括土器、陶器、瓷器等統(tǒng)稱為陶瓷；,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,6,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,7,7.1.2 原材料制備裝備,陶瓷技術(shù)裝備包括原材料制備、釉料制備、成形、燒成等專業(yè)裝備； 陶瓷技術(shù)裝備按其在生產(chǎn)過程中的主要用途可劃分為10大類（詳見參考書）； 按裝備的來源和使用特性，陶瓷裝備又可分為三大類： 1）行業(yè)專業(yè)裝備（如滾壓成形機(jī)、自動(dòng)壓磚機(jī) 等）； 2）行業(yè)通用裝備（如球磨機(jī)、泥漿泵）； 3）通用裝備（各行業(yè)都可用的裝備，如皮帶運(yùn) 輸機(jī)等）,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,

4、8,1) 球磨機(jī),球磨機(jī)：硬質(zhì)材料的粉磨和混合 特 點(diǎn)：效率高、物料細(xì)（4060um） 種 類：瓷瓶球磨機(jī)、中心轉(zhuǎn)動(dòng)球磨機(jī)、震動(dòng)球磨機(jī)等,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,9,(1) 球磨機(jī)的結(jié)構(gòu),EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,10,(2) 球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速,球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速對球磨效率影響很大，如果球磨機(jī)以臨界速度或更高速度旋轉(zhuǎn)，起不到粉碎的作用。理論和實(shí)踐證明，球磨機(jī)臨界轉(zhuǎn)速為：,瀉落式,拋落式,離心式,D: 球磨機(jī)的直徑 (m),EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,11,(3) 球磨機(jī)物料裝填量,在濕磨過程中，球石的裝填量達(dá)到球磨機(jī)凈體積的55%時(shí)，能達(dá)

5、到最佳狀態(tài)，可以用經(jīng)驗(yàn)公式估算球磨機(jī)中球體的重量： G: 球石裝填量(kg)；r：球磨機(jī)筒體半徑(cm)；d：球石比重(g/cm3) L：球磨機(jī)長度(cm) 球磨機(jī)的初始球石級(jí)配為：大球30%，中球40%，小球30%，實(shí)際中主要取決于被磨物料的粒度，也要適當(dāng)考慮球磨機(jī)的直徑和轉(zhuǎn)速,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,12,2) 壓濾機(jī),廂式壓濾機(jī)過濾脫水結(jié)構(gòu)原理 1濾板2濾布3濾腔（形成濾餅）4陰陽螺栓,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,13,(3) 真空練泥機(jī),在陶瓷工業(yè)中，通常采用真空練泥機(jī)對泥料進(jìn)行加工，清除泥漿中的氣泡，提高泥料組分的均勻性和致密性,雙軸式真空

6、練泥機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 1-電動(dòng)機(jī)2-齒輪箱3-加料口4-梳狀擋泥板5-上絞刀軸 6-篩板 7-真空管道 8-真空室照明燈9-真空表10-真空室11-下絞刀軸12-機(jī)頭13-機(jī)嘴,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,14,7.1.3 成形機(jī)械裝備,現(xiàn)代陶瓷的成形方法可分為四類：塑性成形法、注漿成形法、粉料壓力成形法（干壓法）和特種成形法。 塑性成形法在日用陶瓷工業(yè)、電瓷工業(yè)中廣泛采用，常用的塑性成形設(shè)備中又包括滾壓成形機(jī)、旋坯機(jī)、擠坯機(jī)等。 本節(jié)介紹常用的滾壓成形機(jī)和注漿成形機(jī)及生產(chǎn)線。,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,15,(1) 滾壓成形機(jī)及生產(chǎn)線,EAMP其它材料

7、成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,16,1) 滾壓成形的基本原理,陰模滾壓成形（外成形） 陽模滾壓成形（內(nèi)成形）,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,17,(2) 注漿成形機(jī),注漿成形是利用模型具有吸水能力用泥漿澆注成形的。在日用陶瓷中，形狀復(fù)雜的制品，大都采用注漿成形。 1）泥漿的真空處理設(shè)備,1攪拌機(jī) 2截止閥 3、5高、低液面探極 4貯漿槽 6調(diào)節(jié)閥,傳統(tǒng)的定義：在石膏模的毛細(xì)管力作用下，含有一定水分的粘土泥漿脫水硬化、成型的過程。,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,18,1) 空心注漿,成型時(shí)，將注漿坯料（泥漿）注入石膏模內(nèi)，利用石膏模的吸水性，當(dāng)水分滲入石膏模

8、后，貼近模壁的泥漿變稠，形成和模具型腔形狀相同的泥層，隨著時(shí)間的延長，泥層逐漸增厚，當(dāng)達(dá)到所需厚度時(shí)，將多余的泥料倒出，當(dāng)泥層脫水收縮到一定的程度就與模壁脫離，即可取出，形成坯體。這種方法適用于形狀復(fù)雜或不規(guī)則的容器成型。,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,19,2) 實(shí)心注漿,實(shí)心注漿是將泥漿注入兩個(gè)合起來的石膏模之間的空腔中。由于石膏模不斷吸收泥漿中的水分，泥漿量自然會(huì)不斷減少，因此注漿時(shí)必須陸續(xù)補(bǔ)充泥漿，直到泥漿全部形成坯體，注漿口已無法續(xù)補(bǔ)泥漿為止。,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,20,3) 離心注漿機(jī),離心注漿機(jī)機(jī)械傳動(dòng)示意圖 1、3電動(dòng)機(jī)2凸輪軸4皮

9、帶拔叉5帶式制動(dòng)器6工作輪7惰輪8主軸9模座10壓蓋11截止閥12泥漿管,離心注漿機(jī)的工作循環(huán)圖,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,21,7.2 玻璃成形裝備,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,22,7.2.1 基本概念,玻璃的主要成分是硅酸鹽，通常是一種透明或半透明的無定形物質(zhì)。 玻璃被認(rèn)為是：“熔融液體冷卻時(shí)不析出結(jié)晶，逐漸硬化而成形的無機(jī)物質(zhì)”或“熔體因受冷卻，粘度逐漸增大而形成的非晶固體物質(zhì)”。 玻璃制品生產(chǎn)的工藝過程。主要有：配料、熔制、成形、退火、加工、檢驗(yàn)等工序。 玻璃的人工成形方法主要：人工吹制、自由成形（無模型成形）、人工拉制和人工壓制等。 機(jī)械成

10、形的方法有：壓制法、吹制法、拉制法、壓延法、澆鑄法和燒結(jié)法等。,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,23,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,24,7.2.2 玻璃成形的主要裝備,（1）供料機(jī) 1）供料道：,K型供料道磚結(jié)構(gòu)示意圖,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,25,2) 供料機(jī),EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,26,(2) 成形方法及機(jī)械,1）平板玻璃的成形,玻璃液在錫液面上浮起高度,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,27,浮法玻璃工藝示意圖,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,28,EAMP其它材料成形裝備

11、 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,29,浮法玻璃生產(chǎn)線圖示,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,30,2) 瓶罐玻璃的成形,“吹吹法”成形工藝流程 .裝料、 .瓶口成形、 .吹成雛型料泡、 .雛型料泡翻轉(zhuǎn)、 .落入成形模、 .重?zé)帷?.吹氣成形、 .鉗移,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,31,7.3 粉末材料成形裝備,粉末冶金是用金屬粉末或金屬與非金屬粉末的混合物做原料，經(jīng)成型和燒結(jié)，制成各種類型的金屬制品和金屬材料的方法。,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,32,7.3.1 粉末冶金加工工藝過程,(1) 粉末冶金的主要工序,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大

12、學(xué)材料學(xué)院,33,7.3.1 粉末的主要制備方法,(1) 球磨 不適用：易生冷焊現(xiàn)象、具延展性的材料 適 用：脆性材料 缺點(diǎn)： 1. 能量消耗大:噪音及摩擦熱 2. 粒度越小所需要的時(shí)間和能量相對很大 3. 粉末加工硬化、不規(guī)則形狀、堆集性不良,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,34,(2) 電解法,優(yōu)點(diǎn)：高純度、呈樹枝狀或海棉狀、成形性佳、燒結(jié)性優(yōu)異。 缺點(diǎn)： 1. 粉末不規(guī)則狀，堆集性差。 2. 鹽浴的化學(xué)性非常敏感，污染物可阻止陰極生成產(chǎn)物。 3. 僅有元素粉末適用。 4. 產(chǎn)品須經(jīng)后續(xù)處理及清洗。,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,35,(3) 霧化法,霧化

13、法提供了大部分的粉末，因?yàn)榛瘜W(xué)性及形狀均可被掌握。 以下介紹氣霧法、水霧法。 1) 氣霧法（水平） 優(yōu)點(diǎn)： 保持高合度原料的完整性、粉末均勻呈球形，有良好堆集性,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,36,2) 氣霧法（垂直）,需加熱超越熔融,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,37,3) 水霧法,水霧法與氣霧法不同點(diǎn)： 1. 因冷卻速度過快，粉末呈不規(guī)則狀。 2. 粉末表面粗糙，含氧化物。 為改善此兩項(xiàng)缺點(diǎn)，合成油已逐漸取代水。,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,38,7.3.2 粉末的主要成形方法,普通模壓成形 指粉料在常溫下、在封閉的鋼模中、按規(guī)定的壓

14、力（一般為150600MPa），在普通機(jī)械式壓力機(jī)或自動(dòng)液壓機(jī)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。,模壓成形示意圖,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,39,一種國產(chǎn)壓力機(jī),EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,40,(2) 等靜壓成形,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,41,(3) 連續(xù)軋制成形,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,42,(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(xì)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

15、積到一 定形狀的接收體上成形。,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,43,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,44,(5) 注射成形,粉末注射成形是一種采用粘結(jié)劑固結(jié)金屬粉末、陶瓷粉末、復(fù)合材料、金屬間化合物的一種特殊成形方法 它是在傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合塑料工業(yè)的注射成形技術(shù)而發(fā)展起來的一種近凈成形技術(shù)。 主要包括粘結(jié)劑與粉末的混合、制粒、注射成形、脫脂及燒結(jié)五個(gè)步驟。,注射成形示意圖 1裝料斗2注射混合料3轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)模板11液壓中心頂桿12活動(dòng)時(shí)桿13注射液壓缸,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,45,7.3.3 燒結(jié)及氣體保護(hù)設(shè)備,（1）典型的燒結(jié)過程分類,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,46,(2) 鐘罩式燒結(jié)爐,特點(diǎn)： 1）間歇式燒結(jié) 2）外罩可連續(xù)使用，節(jié)約能源 3）效率高,1上蓋架 2下蓋架 3氣囊 4護(hù)蓋 5爐膛 6鋼內(nèi)罩 7爐底 8進(jìn)氣管 9排氣管 10熱電偶,EAMP其它材料成形裝備 華中科技大學(xué)材料學(xué)院,47,(3) 網(wǎng)帶傳送燒結(jié)爐,特點(diǎn)：連續(xù)作業(yè)、結(jié)構(gòu)緊湊、爐溫高；多用于鐵基粉末的燒結(jié),直通型網(wǎng)帶傳送式