材料成形装备及自动化_樊自田_第四章2
材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化ce
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常见的金属材料热加工成形的主要装备
A、铸造成形
1）重力作用下的铸造 砂型铸造：各类造型机、制芯机、铸型输送机及辅助装备、落砂机、 砂处理设备、清理设备等
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常见的金属材料热加工成形的主要装备
A、铸造成形
1）重力作用下的铸造
金属型铸造：金属型铸造机
组合成有机的联合体，用各种控 制装置和执行机构进行控制，协 调各台设备（或各工序）的动作， 校正误差、检验质量，使生产全 过程按照人们的要求自动实现， 并尽量减少人为的操作与干预。
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2) 工业自动化系统一般由如下部分组成
自动化生产中应用的系统一般包括： 自动机床； 物料自动搬运系统； 自动装配机； 流水生产线； 信号检测数据采集系统； 计算机过程控制系统； 支持制造活动用来收集数据、进行规划和做出
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1. 材料的分类
① 金属材料：钢铁、铜合金、铝合金、镁合金等 ② 有机高分子材料：塑料、树脂、橡胶等。 ③ 无机非金属材料：几乎包括除金属材料、高分子材料以外的
所有材料，主要有：陶瓷、玻璃、胶凝材料（水泥、石灰和 石膏等）、混凝土、耐火材料、天然矿物材料等。 ④ 复合材料：“由两个或两个以上独立的物理相，包括粘结材 料（基体）和粒料、纤维或片状材料所组成的一种固体产 物”。复合材料的组成分为两大部分：基体与增强材料。 ⑤ 材料还可以根据其性能特征、用途、状态等分类。如下表：
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结构材料
力学性能 （建筑、机器等）
1. 材料的分类
材料的分类
材料成型装备及自动化课程大纲
《材料成型装备及自动化》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：材料成形装备及自动化英文名称：Material Forming Equipment and Automation二、课程编码及性质课程编码：0809571课程性质：专业核心课，必修课三、学时与学分总学时：48学分：3.0四、先修课程机械原理、机械设计、工程控制基础、液压传动、材料加工工程五、授课对象本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设，也可以供材料科学与工程专业和电子封装技术专业学生选修。
六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程是本专业的核心课程之一，其教学目的主要包括：1.系统全面掌握材料成形装备及自动化方向的专业知识，具备应用这些知识分析、解决材料成型及控制工程专业中的成形装备及其自动化控制复杂问题的能力；2.掌握各种类材料成形设备的工作原理、结构特点、应用范围、控制方法等，具备操作、调控设备及仪器参数，进行测控和维护的能力；3.理解不同材料的成型特点与共性问题，掌握金属材料成形（含铸、锻、焊、高分子塑料成形、快速成形等典型工艺装备及其自动化控制系统，具备针对不同需求设计研发各类材料成型新设备的能力；4.了解材料成形装备及自动化技术的发展前沿，掌握其发展特点与动向，具备研发高端材料成型装备及控制系统的基础与能力。
表1课程目标对毕业要求的支撑关系七、教学重点与难点：教学重点：1）材料的种类繁多，成形方法及装备各异，本课程以介绍材料的成形装备为主体、以讲述成形装备的自动化为重点；2）在全面了解与掌握材料成形装备种类及结构特点的基础上，重点学习金属材料成形、高分子塑料成形、快速成形等装备及其自动化技术；3）课程将重点或详细介绍各种材料成形装备及方法中的主要设备和自动化程度较高的新型设备，而对次要设备或较旧式设备只作简要介绍或自学。
4）重点学习的章节内容包括：第2章“金属液态成形装备及自动化”（8学时）、第3章“金属塑性成形装备及自动化”（8学时）、第4章“金属连接成形装备及自动化”（8学时）、第6章“快速成形装备及控制”（6学时）。
材料成形装备及自动化_樊自田_第四章3
通电加热：凸点压溃
形 核
冷却结晶：压力维持
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4.3.4 缝焊装备
缝焊是点焊的一种演变，它用滚轮电极取代点焊电极，焊件装配成搭 接或对接接头形式并置于两滚轮电极之间，在滚轮连续或断续滚动并通已 连续或断续电流脉冲时，形成一系列焊点组成的缝焊焊缝。能进行这种电 阻焊方法的电阻焊机就称为缝焊机。 缝焊机除了必须具有与点焊机相同的加压和馈电功能外，还需带动焊 件移动，即须有使滚轮电极转动的传动机构。通用缝焊机的组成如图4-55 所示。
次整流式和逆变式） • 按电极类型可分为：单点、双点、多点
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（1）加压机构
点焊机加压机构应具有刚性好、动作灵活、随动性好，以及具
有适应焊接工艺要求的压力变化曲线（恒定压力、阶梯形压力及马鞍 形压力等）。其常用加压机构类型及应用范围见表4-4。
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表4－4
常用加压机构类型
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④.由于直流电的集束效应，电流更集中地流过焊接的中心部， 使焊点在电极对轴向上尺寸长，穿透力强，可达到多层钢板一次焊成的
效果；
⑤.由于直流电主要受回路电阻影响，因此焊接回路电流可随焊 接区电阻的变化作自动补偿，从而可减小电极与焊件的粘损和喷溅、分 流的影响等。 二次整流点焊机的独特优点，使它的通用性很强，不仅能焊碳钢， 还能焊接导热性好的轻合金、铜合金，还适合于大型构件的焊接。
置等组成，其中电流控制器和程序控制器是两大核心部分。
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焊接电流的控制有简单的电磁接触器式和精确的电子开关式。由 于采用电子开关，可以实现与电网同步控制。它不但能使焊接电流在 电网电压的固定相位接通和断开，同时用移动相位角可实现热量控制。 焊接程序的控制通常由程序转换电路和定时电路组合的控制单元 实现。焊接程序实质上是一个电阻焊的循环程序。简单的循环程序为 预压、加热焊接、冷却结晶（维持加压），休止四个程序段。
专升本《材料成型装备及自动化》_试卷_答案
专升本《材料成型装备及自动化》一、（共44题,共150分）1. 材料通常是指可以用来制造有用的构件、器件或其他物品的( )。
（2分）A.物质B.材料C.构件D.器件.标准答案：A2. 金属塑性成形的设备有( )。
（2分）A.压力机B.弧焊机C.挤压铸造机D.车床.标准答案：A3. 气流紧实型砂的特点是，铸型沿高度方向的紧实度( )。
（2分）A.上高下低B.上低下高C.相同D.无规律.标准答案：B4. 按所用铸型不同，铸造成形又可分为：( )铸造、金属型铸造等。
（2分）A.砂型B.木型C.模锻D.拉拔.标准答案：A5. 压力铸造通常采用( )型模具。
（2分）A.砂型B.金属型C.陶瓷型D.壳型.标准答案：B6. 基本的焊接方法包括：熔焊、压焊和钎焊，常见的( )属于熔焊。
（2分）A.摩擦焊B.扩散焊C.炉钎焊D.电弧焊.标准答案：D7. 为了实现板料的自动冲压生产，必需要采用( )装置。
（2分）A.曲柄压力机B.磨擦压力机C.自动送料D.人工给料.标准答案：C8. 高分子材料主要包括塑料、( )和合成纤维。
（2分）A.木料B.石料C.橡胶D.水泥.标准答案：C9. 粉末冶金工艺的基本工序，主要包括：( )、加工成形、性能测试等。
（2分）A.称量B.混合C.压制D.粉末准备.标准答案：D10. 对于振动较大的锻压设备，为了减少工作时对地基的影响，常需要采用( )。
（2分）A.消声器 B.隔振装置 C.隔离方式 D.封闭方式.标准答案：B11. 材料成形装备的作用。
（5分）标准答案：1）大大提高了生产率、降低了工人的劳动强度；2）提高了产品质量与精度，降低了原材料消耗；3）缩短了产品设计至实际投产时间；4）减少制品的库存；5）改善操作环境，实现安全和清洁生产。
12. 简述自动浇注机的基本功能及常用形式。
（5分）标准答案：自动浇注机的基本功能包括浇注时的定位与同步、浇注流量控制、浇注速度控制、金属液补充及保温、安全保护等。
粉末冶金设备
课程简介
雾化法——通过高压雾化介质，如气体或水强
烈冲击液流，或通过离心力使之破碎、冷却凝固
来实现的。
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材料成形装备及自动化
一. 粉末制备设备
课程简介
蒸发凝聚法——是一种制备超微金属粉末的重要方法
，采用不同的能量输入方式，使金属气化，然后再在冷
凝壁上沉积从而获得金属粉末。由于粉末的粒度很小，
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三、烧结设备
2.热压烧结（Hot-press） 热压是指将无团聚的粉体在一定压力和温度下进行烧结 。它的优点是对于未掺杂的纳米粉体，通过应力有助于 烧结，可制备较高致密度的纳米材料，并且晶粒无明显 长大。而且在热压条件下纳米粉体的烧结能力大动化
三、烧结设备
真空感应炉是利用感应加热对被加热物品进行保护性
烧结的炉子，可分为工频、中频、高频等类型，可 以归属于真空烧结炉的子类。 真空感应烧结炉是在真空或保护气氛条件下，利用 中频感应加热的原理使硬质合金刀头及各种金属粉 末压制体实现烧结的成套设备，是为硬质合金、金 属镝、陶瓷材料的工业生产而设计的。
机械制粉
物理制粉
化学制粉
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一. 粉末制备设备
课程简介
粉末的制备
机械制粉
物理制粉
化学制粉
机械研磨
气流研磨
液体雾化
蒸发凝聚
气相沉积
还原化合
电化学法
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一. 粉末制备设备
课程简介
机械制粉
——利用动能来破坏材料的内结合力，使材料分裂
产生新的界面。 能够提供动能的方法可以设计出许多种，例如有锤捣、 研磨、辊轧、等，其中除研磨外，其他几种粉碎方法主要 是用于物料破碎及粗粉制备的。
材料成型装备及自动化
一、无模铸造的基本概念无模铸型制造工艺(Patternless Casting Manufacturing，PCM)是将快速成形技术应用到传统的砂型制造工艺中。
PCM工艺也是基于快速成形技术的离散／堆积成形原理，但它是不同于传统砂型制造工艺的造型方法。
PCM工艺的基本原理如下图所示。
首先从零件CAD模型得到铸型CAD模型；由铸型CAD模型的STL文件分层，得到截面轮廓信息，再以层面信息产生控制信息；造型时，第一个喷头在每层铺好的型砂上由计算机控制精确地喷射粘结剂，第二个喷头再沿同样的路径喷射催化剂；两者发生交联反应，一层层固化型砂堆积成形。
这样在粘结剂和催化剂共同作用的地方，型砂被粘结在一起，其它地方原砂仍为颗粒态。
固化完一层后再粘接下一层，所有的层粘接完之后就得到一个空间实体。
在粘结剂没有喷射的地方仍是散砂，比较容易清除。
清理出中间未固化的散砂，就可以得到一个有一定壁厚的铸型，在砂型的表面涂敷或浸渍涂料之后就可用于浇注金属。
PCM是一种结合计算机技术对树脂砂造型工艺进行改造的技术。
它不仅能使铸造过程自动化、敏捷化,降低工人劳动强度,而且在技术上突破了传统工艺的许多障碍,使设计、制造的约束条件大大减少,具有传统铸型制造工艺无可比拟的优越性。
PCM铸型的表面质量直接影响到原型件和铸件的表面质量。
在PCM工艺中,除了因为分层产生的“台阶效应”,铸型表面还常常存在着结瘤、毛刺等缺陷,这给铸型的后处理造成了困难,并影响铸件的尺寸精度和表面质量。
为解决这个问题,主要从以下几个方面进行了研究。
1、提高扫描线的质量在PCM工艺中,扫描线的质量决定了铸型轮廓的质量。
采用离散式喷头,喷射得到的扫描线具有离散特征。
首先要减小喷嘴直径(孔径),同样的条件下,喷嘴直径小,流量就小,线宽就小,扫描线质量就越高。
为了避免喷头堵塞和提高造型效率,喷嘴直径不能太小。
其次要根据扫描速度,设置较高的振动频率和中等的占空比,这样可使喷射的液滴更细小,单元体和间隙更小。
材料成形装备及自动化 材料成形装备及自动化(2)
.其它材料成形装备
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（1） 球磨机
球磨机：硬质材料的粉磨和混合 特 点：效率高、物料细（40~60um） 种 类：瓷瓶球磨机、中心转动球磨机、震动球磨
机等
.其它材料成形装备
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球磨机内衬板
1) 球磨机的结构
.其它材料成形装备
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第七章 其它材料成形装备
7.1 陶瓷成形装备 7.2 玻璃成形装备 7.3 粉末材料成形装备
.其它材料成形装备
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7.1 陶瓷成形装备
人面鱼纹彩陶盆
新石器时代·仰韶文化(约5000年前) 高16.5厘米，口径39.5厘米。 20世纪50年代陕西省西安市半坡村出土，现藏中国历史博物馆。
球磨机的初始球石级配为：大球30%，中球40%，小球30%，实际 中主要取决于被磨物料的粒度，也要适当考虑球磨机的直径和转速。
.其它材料成形装备
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（2） 压滤机
头板
横梁
滤板
尾板
液压缸
厢式压滤机过滤脱水结构原理
1－滤板 2－滤布 3－滤腔 （形成滤饼） 4－阴阳螺栓
全自动快开式压滤机（三次开板）
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2)滚压成形机
1-主电动机 2-凸轮轴 3-主轴离合器凸轮 4-滚头升降凸轮 5-滚头架 6-滚头电机 7-滚头轴 8-滚头 9-模座 10-主轴 11-摩擦离合器 12-联轴器 13-蜗杆轴 14-蜗杆
.其它材料成形装备
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材料成形装备及自动化_樊自田_第四章4
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激光器 红宝石激光器 钕玻璃激光器 YAG激光器 YAG激光器
封闭式CO2激光 封闭式CO 器 横流式CO 横流式CO2激光 器 快速轴流式CO 快速轴流式CO2 激光器
10.6 10.6 10.6
0~5000
4.4.2 固体激光焊接机 固体激光器中最常用的是红宝石、钕玻璃（即掺Nd3+玻璃）和掺钕 钇铝石榴石（Nd3+：Y3Al5O12,简称Nd：YAG）。 固体激光焊接机主要包括固体激光器、导光装置和数控工作台等 部分组成。 （1）Nd：YAG激光器 激光器由Nd：YAG棒、聚光器、泵灯（脉冲氙灯）和电源等部分 组成，如图4-69所示。 （2）导光装置 导光装置也可称为光学系统,它包括激光束的传播、聚焦系统和观 察系统。如图4-70所示
1）反射镜 反射镜有普通反射镜和聚焦反射镜二种。前者的镜面 （辐射面）一般为平面，起变换激光传输路线的作用；后者的镜面一般为 凹面，常见的是球面和抛物面，起聚焦和换向作用。
2）透射镜 透射镜多为聚焦透射镜。有时在平面透射镜的表面镀功 能膜，制成复合透射镜，以调整光的透射率（谐振腔的激光输出窗口）。 聚焦透镜和平面反射镜组合成平面镜──透镜聚焦系统是激光焊接的 常用光路（见图4-70中所示）。
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图4-75 单向导光系统示意图
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材料成形装备及自动化C2E4
低
计算机控制的低压铸造生产过程示意图
低
低压铸造计算机控制原理图
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4) 低压铸造举例：
发动机缸体低压铸造机系统
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2.8 消失模精密铸造装备及生产线
1) 顶置式低压铸造机
特点： • 结构简单，制造容易，
操作方便；但生产效率 较低，因保温炉上只能 放置一付模具，操作均 在炉上进行，故一个周 期内，保温炉一半时间 空闲。 • 其次，下模受保温炉炉 盖的热辐射影响，冷却 缓慢，使铸件凝固时间 延长；且下模不能设置 顶杆装置，给模具设计 增加不便。此外，保温 炉的密封、保养和合金 处理均不方便。
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(2) 气流搅拌法制浆装置
熔炼炉 升降系统
输液泵
旋转系统
热电偶、转杆和送粉管 预热炉 处理炉
振动台
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2.9.3 成 形 装 备
瑞士 BÜHLER 公司推出的触变压铸设备
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半固态铸锻技术
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3) 低压铸造计算机控制原理
计算机控制系统采 用实时控制，对整个 生产工艺过程进行闭 环控制。为了便于编 制程序和简化起见， 采用块程序结构形式， 即每一块程序完成一 个特定的功能。程序 之间的联系有跳转、 调用和建立公用参数 区三种方式。
该系统的主控制程 序包括引导工作程序、 开关量状态检测程序 和中断服务程序等。
材料成形装备及自动化
金属塑性成形发展趋势数控成形、精密少切削、柔性加工与计算机，数控，微电子结合。
1液压机原理以液体为介质来传递能量实现压力加工的设备特点获得大的工作力，长时间保压，长行程，滑块能在全行程的任意位置发挥出全部力，能够停留或返回；力、速度和行程可在一定范围内任意调节。
慢速，效率低基本参数公称力液压机的主参数，反映设备主要工作能力。
为液压机名义上能发出的最大工作压力，数值上等于液体最大压力×工作柱塞总工作面积开口高度H活动横梁停在上限位置时从工作台上表面到活动横梁下表面的距离。
开口高度是重要参数，影响液压机总高，立柱长度，安装厂房高度，模具高度最大行程S活动横梁能够移动的最大距离。
根据工件成形所需最大行程确定允许最大偏心距工件变形阻力接近公称力时所能允许的最大偏心值2板材冲压液压机用来进行板料的冲裁、弯曲及拉深成形等工序原理1机架的上横梁由四根立柱支承，通过立柱内的拉杆预紧固定，形成一个封闭的预应力框架，承受冲压变形压力。
拉深工作缸和压边工作缸均安装上横梁内，拉深柱塞与拉深滑块联接固定，压边柱塞与压边滑块联接固定2每根机架有两根可调导轨，分别作为拉深滑块和压边滑块的导向。
滑块需要导向机构保持直线度和垂直度3下横梁上面装有移动工作台，并可前后移动，以便更换模具，在下横梁下部中间装有顶出缸，通过顶杆顶出制件或成形内凹形制件。
在拉深滑块和压边滑块的下平面均开有T形槽以分别固定上模的凸模部分和压边部分，在工作台的上平面也开有T形槽，用于固定下模部分。
3锻造液压机自由锻造液压机，在液压机压力的作用下，通过上下砧块和一些简单的通用工具，使钢锭或坯料产生塑性变形，以获得所需形状和尺寸的锻件基本本体结构单臂式、四柱式、上传动、双柱下拉式3精冲压力机机械式，液压式原理1冲裁过程，受3个力。
齿圈压边力P齿，同时，反向顶杆产生的背压力P反与齿圈压板力作用方向相反，将材料夹紧。
主冲裁力P冲由传动系统产生。
变形区处于三向压应力状态2卸裁过程，受2个力。
华中科技大学：材料成形装备及其自动化 教学大纲
材料成形装备及其自动化教学大纲<前言>装备是整个工业和国民经济的基础，工业的自动化与信息化又是现代工业与国民经济发展的必然趋势。
材料成形装备及其自动化的进展是材料成形工业技术发展的主要标志，当代“材料成形及控制工程”专业的大学生，全面了解并掌握材料成形装备及自动化方面的知识是对大学生的必然要求。
经过数十年的发展，原铸造、压锻、焊焊、热处理等各老专业自成体系，相对较为独立。
各原专业又分成形工艺、成形材料、成形装备等研究方向，且以讲授金属材料的热加工成形内容为主，专业学习的知识面较窄。
新的“材料成形及控制工程”专业的知识内容，覆盖了原铸造、锻压、焊接、热处理等原各老专业，还包括塑料、陶瓷、玻璃等种类材料的成形及过程控制的内容；其中的“成形装备及自动化”课程方面也包含了原来的《铸造机械化》、《锻压设备》、《焊接设备及自动化》、《热处理工业炉》、《塑料成形机械》、《陶瓷工业机械设备》、《玻璃加工机械》等课程内容。
现有的课程教材都无法满足新专业的教学内容的要求，必须建设和新编适于材料成形及控制工程专业的《材料成形设备及自动化》课程教材，以满足专业合并改造后的教学及人材培养要求。
近年来，我国各工科高校都在探索专业课程体系改革的思路，基本的想法是在机械大类（含机械、材料、交通、能源等学科）的课程体系之上，建立“材料成形及控制工程”专业的课程新体系，“材料成形理论基础”、“材料成形工艺”、“材料成形装备及自动化”、“模具CAD/CAM”等已被许多高校列入专业核心课程。
本课程作为“材料成形及控制工程”专业的核心专业课程之一，将为培养新时代“材料成形及控制工程”专业的高级人材做出贡献。
本课程以讲述材料成形装备的结构和原理为主体、以讲述装备的控制与自动化为重点。
其内容，既涉及到了传统材料成形加工方法（铸造、锻压、焊接、热处理）的装备及其自动化的内容，且包括了高分子材料（塑料、橡胶等）及其它材料（陶瓷材料、玻璃等）的成形装备与控制，还增加了材料加工成形领域的最新研究与应用成果“材料的快速成形装备控制”、“半固态金属成形装备”等现代先进材料成型加工技术的内容介绍，是一本知识面广、内容新的教科书；鉴于21世纪对环境保护、绿色加工成形技术的重视与发展，本教材将“材料成形加工中的环境保护装备”加以介绍，符合材料成形加工及制造行业绿色可持续发展的时代要求。
材料成型装备及自动化
材料成型装备及自动化第二章1.冲天炉的结构、部分作用、工作原理。
（P14 图2-1）结构：炉底、炉体、炉顶，三部分组成。
作用：炉底：支撑作用炉体：冲天炉主要工作区域炉顶：排出炉气工作原理：空气经鼓风机升压后，送入风箱，然后，由各风口进入炉内，与底焦层中的焦炭，发生燃烧反应，生成大量的热量和CO、CO2等气体。
高温炉气向上流动，使底焦面上的第一批金属炉料熔化。
熔化后的液滴在下落过程中，被进一步加热，温度上升。
高温液体汇集后，由出铁口放出，而炉渣则由出渣口排出。
2.感应电炉的工作原理。
当线圈中通一定频率的交流电时，在坩埚中产生磁场，使得处于该磁场内的金属材料中，形成感应电流。
由于，金属材料有电阻，因此金属材料便发热而熔化。
3.气压式自动浇注机的工作原理。
在密封浇包的金属液面上，施加压力，金属液在压力的作用下沿浇注槽上升，金属液到达浇注口后，便自然下落，浇入到铸型。
浇注完毕，金属液面上的气体泄压，金属液回落。
为保证浇注平稳，浇筑前，金属液面上应施加一个预压力，使金属液到达浇注槽的预定位置，而且每浇注一次，浇包内的金属液面下降，该预压力应随着液面的下降而自动补偿。
4.旧砂再生方法：干法再生、湿法再生、热法再生5.震击/震压造型机的震击紧实原理。
工作台砂箱连同型砂被举升到一定高度，然后下降与机体发生碰撞。
撞击时，型砂的下落速度变成很大的冲击力，作用在下面的型砂上，使型砂层层得到紧实。
震击若干次后，可得到所需的型砂紧实度。
6.紧实率：粘土砂的紧实率是指湿态的型砂混合料在一定紧实力的作用下其体积变化的百分率，用试样紧实前后高度变化的百分数来表示。
7.压实造型：用直接加压的方法，紧实型砂。
8.射砂紧实：利用压缩空气，将型（芯）砂以很高的速度射入，型腔或芯盒内，而得到紧实。
9.垂直分型无箱射压造型机的工作原理。
造型室由造型框及正反压板组成。
正反压板上有模样，封住造型室后，由上面射砂填砂；再由正反压板两面加压，紧实成两面有型腔的型块；然后，反压板退出造型室，并向上翻起，让出型块通道；接着，由正压板，将造好的型块从造型室退出，且一直前推，使其与前一块型块推合，并且还讲整个型块列，向前推过一个型块的厚度；此后，正压板退回，反压板放下，并封闭造型室，机器进入下一造型循环。
材料成型装备及自动化
1.材料分类：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料等种类。
2.金属材料包括钢铁、铜合金、铝合金、镁合金等。
高分子材料包括塑料、树脂、橡胶等。
无机非金属材料几乎包括除金属材料、高分子材料以外的所有材料，主要有陶瓷、玻璃、胶凝材料（水泥、石灰和石膏等）、混凝土、耐火材料、天然矿物材料等。
3.复合材料是指由两个或两个以上独立的物理相，包括粘结材料（基体）和粒料、纤维或片状材料所组成的一种固体产物。
4.常见的金属材料热加工成形方法：1）铸造成型：（1）重力作用下的铸造成形：砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、消失模铸造；（2）外力作用下的铸造成形：离心铸造、压力铸造、低压铸造、挤压铸造。
2）塑性成形：轧制塑性成形、挤压塑性成形、拉拔塑性成形、自由锻成形、模锻成形、板料冲压成形。
3）焊接成形：电弧焊、电渣焊、电子束焊、等离子弧焊、电阻焊、摩擦焊、钎焊。
5.装备在材料成形加工中的作用：1）大大提高了生产率，降低了工人的劳动强度；2）提高了产品质量与精度，降低了原材料消耗；3）缩短了产品设计至实际投产时间；4）减少制品的库存；5）改善操作环境，实现安全和清洁生产。
铸造1.铸造可分为“砂型铸造”和“特种铸造”。
2.铸铁合金广泛采用冲天炉熔化，铸钢常用电弧炉或感应电炉熔炼，铝合金常用电阻炉或油、气炉熔化等。
3.砂处理设备的分类：1）新砂的处理、贮存、输运系统2）旧砂的回用和再生系统3）辅料的贮存和输运系统4）型砂的混制和输运系统5）型砂质量控制系统4.旧砂处理装备：夹杂物分离设备、旧沙冷却装备等。
对于化学粘结剂砂还包括旧砂再生设备。
5.混砂装备：按混砂装置可分为碾轮式、转子式、摆轮式、叶片式、逆流式等。
原理:1）碾轮式混砂机：适用于小零件。
传动系统带动混砂机主轴以一定转速转动时，安装在主轴十字头两侧的碾轮随之旋转，由于与砂层接触，碾轮又绕自身水平轴自转，在转动过程中将砂层压实。
安装在十字轴另两侧的刮板则将压实的砂层翻起、松散。
材料成形装备及自动化教学作者樊自田PPT课件
图4-34 钨极脉冲氩弧焊脉冲电流波形示意图
a）交流脉冲
b）直流脉冲 c）调制脉冲电流
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（2）焊枪 钨极氩弧焊焊枪的作用是夹持钨极、传导焊接 电流和输送保护气，其结构如图4-35所示。
图4-35 钨极氩弧焊焊枪结构图 1－钨极 2－喷嘴 3－铜丝网 4－钨极夹头 5－冷却水套 6－焊枪体 7－帽 罩
构件以及薄壁管子的全位置焊接的需要，控制焊接过程 的热输入，可采用脉冲钨极氩弧焊，即在焊接过程中电 流幅值按一定的规律周期性地变化，亦叫脉冲电流，如 图4-34所示脉冲频率可分为0.1~10Hz低频，10~1KHz中 频和1~30KHz高频，它是由脉冲电源产生。
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（3）供气和供水系统 统相同。
与熔化极氩弧焊供气、供水系
（4）控制系统 主要包括焊接电源的控制电路和焊接 程序控制电路。钨极氩弧焊为不熔化极电弧焊，根据非接触 引弧和氩弧焊工艺的需要，其程序有提前送气和滞后断气， 高频引弧和切断高频、焊接电流开始缓升和焊接结束时电流 缓降、填弧坑等过程。在自动加填丝焊中，还有行走机构和 送丝机构的起、停控制，图4-36为钨极氩弧焊程序控制顺序 图。
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a)
b)
图4-33 交流方波电源主回路及电源的原理框图
a)电源主回路
b)电源的原理框图
T1－弧焊变压器
L－直流电抗器 VT1~4－晶
闸管整流桥
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第四章
金属连接成形设备及自动化
材料成形装备及自动化 材料成形装备及自动化(2)
贴花纸 涂刷粘胶
贴花机示意图
1－机架 2－减速刷器 3－装载机械手 4－机械手 5－刷粘胶装置 装置 7－贴底款装置 8－吹平花纸装置 9－干燥器 10－镶金装置 轮轴 12－链条 13－链轮
6－贴花 11－凸
5) 施釉与装饰机械装备
贴花装置示意图
1-花纸盒 3-齿条 4-齿轮 5-吸头 8,9-升降机 11-压缩空气入管
产品
重烧
7.1.2 原材料制备装备
陶瓷技术装备包括原材料制备、釉料制备、成 形、烧成等专业装备；
陶瓷技术装备按其在生产过程中的主要用途可 划分为10大类（详见参考书）；
按装备的来源和使用特性，陶瓷装备又可分为 三大类：
1）行业专业装备（如滚压成形机、自动压砖机 等）；
2）行业通用装备（如球磨机、泥浆泵）； 3）通用装备（各行业都可用的装备，如皮带运
浇釉机
5) 施釉与装饰机械装备
浇釉机示意图
1－承座 2－主轴 3－机架 4－摩擦离合器 5－底釉管 6－踏板 7、9－传 动装置 8－电动机 10－搅拌机 11－釉浆桶 12－釉浆泵 13－凸轮轴 14 －外釉管 15－内釉管 16－抹水笔 17－釉盘 18－坯体
5) 施釉与装饰机械装备
贴花机
镶金边 干燥
1) 空心注浆
成型时，将注浆坯料（泥浆）注入石膏模内，利用石膏 模的吸水性，当水分渗入石膏模后，贴近模壁的泥浆变稠， 形成和模具型腔形状相同的泥层，随着时间的延长，泥层逐 渐增厚，当达到所需厚度时，将多余的泥料倒出，当泥层脱 水收缩到一定的程度就与模壁脱离，即可取出，形成坯体。 这种方法适用于形状复杂或不规则的容器成型。
球磨机的初始球石级配为：大球30%，中球40%，小球30%，实际 中主要取决于被磨物料的粒度，也要适当考虑球磨机的直径和转速。
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Q Uh
V 、Vf U I
t1
t2
t3
t4
t5
t
图4-36 钨极氩弧焊程序控制顺序示意图 Uh－高频或高压引弧电压 Q－保护气流 V－焊接速度 Vf －送丝速度 t1－提前送气时间 t2－电流上升时间 t3－正常焊接时间t4－电流衰减时间 t5－延迟断气时间
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图4-29 新型高频振荡器电路原理图
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b).高压脉冲引弧 电路原理如图4-30所示
图4-30
晶闸管高压脉冲引弧和稳弧电路原理图
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金属连接成形设备及自动化
②．稳弧器
在直流钨极氢弧焊时，由于电流不过零，
电弧一旦引燃后便能保证稳定燃烧，所以不需稳弧器。那 么交流，特别是工频正弦交流钨极氩弧焊时，电流每次由 正半波向负半波的过零时会出现断弧现象，因这时工件 （如铝及其合金）接负极，其发射电子能力弱，使电弧的 再引燃电压增高。为防止断弧，必须在这相位点及时加入 一个稳弧高压脉冲。
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（1）等离子弧的类型 将钨极氩弧压缩成等离子弧，就是依靠等离子枪的 水冷铜喷嘴的拘束作用实现的。由于喷嘴的拘束，使氩 弧受到机械压缩、热压缩和电磁压缩三种压缩的作用， 导致弧柱量密度及温度越来越高，而产生了电离程度很 高的等离子体电弧。 根据电源的连接方式，等离子弧分为非转移型电弧， 转移型电弧及联合型电弧三种，如图4-37所示，它们的 枪体结构一样，钨极都接电源的负极，只是电弧正极接 法不同。
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3－电弧 7－填充焊丝
4－焊缝 8－氩气
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应用：用于飞机、原子能、化工、纺织等工业产品的制造中，可以焊 应用 接易氧化的有色金属及其合金、不锈钢等金属构件，特别是具有的阴极 雾化作用，可以轻松地焊接铝及其合金。
分类：按操作方式可分为手工焊和自动焊；按电弧电流形式可分为交 分类 流（含正弦波和方波）、脉冲（含低频、中频、高频）和直流氩弧焊； 按填丝是否预热可分为冷丝和热丝钨极氩弧焊。
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第四章
（1）钨极氩弧焊的引弧、稳弧及交流电源整流现象和 隔直方式 为了保持钨极端部的形状，以及防止钨极熔化 造成焊缝夹钨，钨极氩弧焊不采用短路引弧方式，而是 采用非接触式引弧，所以不论哪种形式的电源，都设置 有引弧器，交流电源中还设置有稳弧器。 ① 引弧器 主要有高频高压引弧器和高压脉冲引弧器。 电路原理如图4-28所示，也称
a).高频高压引弧器 高频振荡器。
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图4-28 高频振荡器电路原理图 T1-升压变压器 P-火花放电器 C1-振荡电容器 T2-高频耦合变压器 C2-旁路电容器
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图4-29为另一种新型结构的高频振荡器，它由整流 桥VD1～4、限流电阻R、中频振荡电容C、稳压管VS、晶 闸管VT、二极管VD5、中频升压变压器T1、火花气体放电 器P、高频振荡电容Ck、高频耦合输出变压器T2等组成。
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应用： 应用 等离子弧既可以用于焊接，又可以用于切割，在 工业生产中得到了广泛应用，可以焊接钨极氩弧焊所 能焊接的金属材料。由于能量更集中，温度更高，一 次可焊厚度更大，速度更快；由于电弧挺直度好，小 电流时电弧稳定，特别适合于焊接薄板，微型零件， 而变形小。
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4.2.6 等离子弧焊接设备
等离子弧焊（Plasma Arc Welding）是在钨极氩弧焊的 基础上发展起来的一种焊接方法，也属于不熔化极电弧焊。 等离子弧是将自由钨极氩弧经压缩强化后而获得电离度更 高的电弧等离子体。与钨极氩弧在物理本质上没有区别， 仅是弧柱中电离程度上的不同，其能量密度可达105 ～106 W/cm2 ，温度可达24000～50000k，焰流速度可达300m/s以 上，是一种高能密束流。
图4-23带有电子电抗器控制的逆变式CO2焊机原理
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2）控制系统
CO2焊机控制系统： 电源控制电路：包括动特性控制环节
送丝控制电路：控制送丝速度
程序控制电路：引弧和收弧过程等
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引弧：为了提高引弧成功率，可采取提高初期短路电流上升速 引弧 度 和慢速送丝的措施，即增大瞬间短路电流值和接触电阻，让焊 丝快速熔断引弧，引燃后，立即恢复合适的和正常送丝速度进行焊 接。 收弧：为了克服收弧时的缺陷，焊接过程结束时采取减缓送丝 收弧 速度（即降低焊接电流），同时相应降低电弧电压，首先填弧坑， 待弧坑填满后，切断送丝电机两端电压，让电机惯性运行，自动衰 减送丝速度，直至停运，则焊接电流也随即衰减到零。此间电弧电 压也同时再降低维持电弧燃烧以达到去除焊丝端头的熔化金属小球 和避免了焊丝与熔池相粘，最后关断电源停止焊接。整个程序如图 4-24所示。
第四章
4.2.3 CO2气体保护电弧焊设备
保护气体：CO2气体 特点：成本低，高效率、焊接质量好 应用：船舶、车辆、石油化工机械等钢结构的制造。 分类： 操作方式：自动焊和半自动焊 送丝方式：等速送丝式和变速送丝 通常采用半自动焊、细焊丝（直径≤1.6mm）、等速送丝系统配以平特 性弧焊电源。 半自动CO2焊机的组成：焊接电源、送丝机、焊枪、供气系统和控制系统等部 分组成，下图所示。
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图4-37 等离子弧的类型 1－钨极 2－喷嘴 3－转移弧 4－非转移弧 5－工件 6－冷却水 7－弧焰 8－离子气
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1）非转移型电弧
正极接在焊枪的喷嘴上，电弧在钨极与
喷嘴之间燃烧，如图4-37a）所示。依靠高速喷出的等离子气 弧焰带出，喷烧在被焊工件上。这种电弧适用于焊接或切割较 薄的金属及非金属； 2）转移型电弧 正极接在工件上，电弧直接在钨极与工件
7－帽
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（3）供气和供水系统 统相同。 （4）控制系统
与熔化极氩弧焊供气、供水系
主要包括焊接电源的控制电路和焊接
程序控制电路。钨极氩弧焊为不熔化极电弧焊，根据非接触 引弧和氩弧焊工艺的需要，其程序有提前送气和滞后断气， 高频引弧和切断高频、焊接电流开始缓升和焊接结束时电流 缓降、填弧坑等过程。在自动加填丝焊中，还有行走机构和 送丝机构的起、停控制，图4-36为钨极氩弧焊程序控制顺序 图。
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4.2.5 钨极氩弧焊设备
钨极氩弧焊（tungsten inert gas are welding）简称TIG焊，以惰性气体 （氩气、氦气）作为保护气体，使用纯钨或活化钨（钍钨、铈钨等）作为不 熔化电极引燃电弧进行焊接的一种方法，如图4-26所示。
图4-26 钨极氩弧焊示意图 1－喷嘴 2－钨极 5－工件 6－熔池
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图4-33 交流方波电源主回路及电源的原理框图 a)电源主回路 b)电源的原理框图 T1－弧焊变压器 L－直流电抗器 VT1~4－晶闸管整 流桥
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第四章
金属连接成形设备及自动化
3）脉冲电源 为了适应于一些热敏感的金属材料和薄板，超薄板 构件以及薄壁管子的全位置焊接的需要，控制焊接过程 的热输入，可采用脉冲钨极氩弧焊，即在焊接过程中电 流幅值按一定的规律周期性地变化，亦叫脉冲电流，如 图4-34所示脉冲频率可分为0.1~10Hz低频，10~1KHz中 频和1~30KHz高频，它是由脉冲电源产生。
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图4-34 钨极脉冲氩弧焊脉冲电流波形示意图 a）交流脉冲 b）直流脉冲 c）调制脉冲电流源自2/28/201225
（2）焊枪 钨极氩弧焊焊枪的作用是夹持钨极、传导焊接 电流和输送保护气，其结构如图4-35所示。
1－钨极 罩
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图4-35 钨极氩弧焊焊枪结构图 2－喷嘴 3－铜丝网 4－钨极夹头 5－冷却水套 6－焊枪体
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优点： 优点： (1)焊接成本低。CO2气体是酿造厂和化工厂的副产品，价格低、来源广 ，其焊接成本约为手弧焊和埋弧焊的40％～50％。 (2)焊接生产率高。由于焊丝自动送进，焊接时焊接电流密度大，焊丝的 熔化效率高，所以熔敷速度高。焊接生产率比手弧焊高2～3倍。 (3)应用范围广。可以焊接薄板、厚板以及全位置的焊接等。 (4)抗锈能力强。CO2焊对焊件上的铁锈、油污及水分等，不像其他焊接 方法那样敏感，具有较好的抗气孔能力。 (5)操作性好，具有手弧焊那样的灵活性。 缺点： 缺点： 一.焊接时飞溅较大.焊缝表面成型较差.焊接设备较复杂。 二.防风能力差.不能在有风（风大于每秒两米）环境下使用。
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4.2.4 CO2气体保护电弧焊设备
电弧电压
填充弧坑 送丝速度(焊接电流) 防止粘丝
CO2气体 提前送气
(去小球) 延时断气
图4-24 CO2半自动焊接过程程序控制图
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（3）供气系统 供气系统如图4-25所示。
图4-25 CO2焊气路系统示意图 1-CO2钢瓶 2-预热器 3-干燥器 4-减压器 5-溶量计 6-电磁气阀
设备组成：焊接电源、焊枪、焊丝送给装置及小车行走机构（自动填 设备组成 丝焊）、供气供水系统和控制系统等。如图4-27所示。
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图4-27
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钨极氩弧焊机结构图
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1）焊接电源
钨极氩弧焊由于可采用交流电弧，脉冲电弧和直流电弧，所以焊 接电源也相应分交流电源、脉冲电源和直流电源。交流电源中按所用 的功率器件及电路结构可分：普通弧焊变压器式、硅二极管（或晶闸 管）－电抗器式、逆变式。后二种为方波交流式。脉冲和交流电源有 ：硅整流式、晶闸管整流式、晶体管整流式、逆变式。钨极氩弧焊电 源的外特性采用陡降特性，以保证在弧长波动时引起焊接电流的变化 最小。