1、材料成形裝備及自動(dòng)化 Equipment and Automation of Materials Process,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 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)）,2,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

2、成形加工中的作用 1.4 工業(yè)自動(dòng)化的含義 1.5 本課程的目標(biāo)及主要內(nèi)容,3,1.1 課程簡介,本課程是機(jī)械大類平臺(tái)課程下，材料成型及控制工程專業(yè)的專業(yè)課程之一： (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(dòng)化 (4)模具CAD/CAM 講課時(shí)數(shù): 28、實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù): 4 教材材料成形裝備及自動(dòng)化 樊自田主編，機(jī)械工業(yè)出版社,4,3. 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(dòng)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(dòng)化方面

3、的知識(shí)是對(duì)大學(xué)生的必然要求； “材料成形及控制工程”專業(yè)的知識(shí)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(dòng)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(dòng)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。,5,4. 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(jì)、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(dòng)與氣壓傳動(dòng)、材料成形工藝。 2)

4、 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(duì)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。,6,平時(shí)成績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 初定：開卷考試,5. 本課程的考核方式,7,材 料,石器時(shí)代,物質(zhì)基礎(chǔ),人類發(fā)展史的里程碑,銅器時(shí)代,鐵器時(shí)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,8,金屬材料,金屬間化合物,傳統(tǒng)金屬材料

5、,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(gè)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(duì)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,9,1. 材料的分類,金屬材料：鋼鐵、銅合

6、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(gè)或兩個(gè)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：,10,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,11,金屬成形方法,傳統(tǒng)金屬加工技

7、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(jì)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,12,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(dòng)緊實(shí)臺(tái)、熱干

8、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,13,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,14,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

9、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,15,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-Stereo Lithography Apparatus) 2) 分層物體制造(LOM-Laminated Object Manufacturing) 3) 選擇性激光燒結(jié)(SLS-Selective Laser Sintering) 4) 熔絲沉

10、積制造(FDM-Fused Deposition Modeling) 5) 粉末材料選擇性粘結(jié)(TDP-Three Dimensional Printing) 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,16,社會(huì)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(dòng)強(qiáng)度； 以自動(dòng)化壓鑄機(jī)為例，每小時(shí)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(dòng)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

11、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,17,3）縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)至實(shí)際投產(chǎn)時(shí)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(jì)、評(píng)價(jià)、修改、制造等過程形成了一個(gè)整體的閉環(huán)系統(tǒng)，大大縮短了新產(chǎn)品的研制時(shí)間和用。 4）減少制品的庫存；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理自動(dòng)化，可及時(shí)、準(zhǔn)確地處理大量數(shù)據(jù)，對(duì)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(shí)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(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展

12、,18,1. 工業(yè)自動(dòng)化的定義及組成 1) 工業(yè)自動(dòng)化是指： 將多臺(tái)設(shè)備（或多個(gè)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(tái)設(shè)備（或各工序）的動(dòng)作，校正誤差、檢驗(yàn)質(zhì)量，使生產(chǎn)全過程按照人們的要求自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，并盡量減少人為的操作與干預(yù)。,1.4 工業(yè)自動(dòng)化的含義,19,2) 工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)一般由如下部分組成,自動(dòng)機(jī)床； 物料自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)； 自動(dòng)裝配機(jī)； 流水生產(chǎn)線； 信號(hào)檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)； 計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)； 支持制造活動(dòng)用來收集數(shù)據(jù)、進(jìn)行規(guī)劃和做出決策的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。,20,生產(chǎn)準(zhǔn)備過程,表1-2 生產(chǎn)過程中的三大環(huán)節(jié)及八個(gè)主要過程,2. 工業(yè)生產(chǎn)過程,21,綜上所述

13、，工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化所研究的內(nèi)容主要有兩個(gè)方面： 1）對(duì)上述各個(gè)過程，實(shí)現(xiàn)不同程度自動(dòng)化時(shí)的各種方法和手段； 2）對(duì)上述幾個(gè)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(dòng)線、自動(dòng)化車間或自動(dòng)化工廠。 實(shí)際上由物質(zhì)流和信息流兩個(gè)主要部分組成： 1）物質(zhì)流是指物質(zhì)的流動(dòng)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(dòng)、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(dòng)和處理。,3. 工業(yè)自動(dòng)化內(nèi)容,22,1. 學(xué)習(xí)材料成形主要裝備的結(jié)構(gòu)原理及其自動(dòng)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

14、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(dòng)化為重點(diǎn)，使學(xué)生獲得必要的裝備及自動(dòng)方面的基本知識(shí)，了解材料成形裝備及自動(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)化課程是實(shí)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(shí)習(xí)、課程設(shè)置、實(shí)驗(yàn)課等實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)材料成形加工設(shè)備與自動(dòng)化技術(shù)的興趣及感性認(rèn)識(shí)，提高授課質(zhì)量與效果。,1.5 本課程的目標(biāo)及主要

15、內(nèi)容,23,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(dòng)化的定義、組成及主要內(nèi)容。,24,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(tái)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。,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,司母戊鼎,1.33米,1.1米,重832.84Kg 每個(gè)坩堝(用來熔化金屬的器皿)能冶煉銅12.5千克，鑄造該鼎