材料成型及控制工程与自动化技术的应用

材料成型及控制工程与自动化技术的应用材料成型及控制工程有四个方向：焊接、铸造、热处理、锻压。

随着科学技术的发展材料成型也变得越来越机械化和自动化。

当今制造技术的主要发展趋势是：制造技术向着自动化、集成化和智能化的方向发展。

焊接：近20年来，随着数字化，自动化，计算机，机械设计技术的发展，以及对焊接质量的高度重视，自动焊接已发展成为一种先进的制造技术，自动焊接设备在各工业的应用中所发挥的作用越来越大，应用范围正在迅速扩大。

在现代工业生产中，焊接生产过程的机械化和自动化是焊接机构制造工业现代化发展的必然趋势。

焊接采用加热和加压或其他方法使热塑性塑料制品的两个或多个表面熔合成为一个整体的方法。

自动化采用具有自动控制，能自动调节、检测、加工的机器设备、仪表，按规定的程序或指令自动进行作业的技术措施。

其目的在于增加产量、提高质量、降低成本和劳动强度、保障生产安全等。

自动化程度已成为衡量现代国家科学技术和经济发展水平的重要标志之一。

现代自动化技术主要依靠计算机控制技术来实现。

焊接生产自动化是焊接结构生产技术发展的方向。

现代焊接自动化技术将在高性能的微机波控焊接电源基础上发展智能化焊接设备，在现有的焊接机器人基础上发展柔性焊接工作站和焊接生产线，最终实现焊接计算机集成制造系统CIMS。

在焊接设备中发展应用微机自动化控制技术，如数控焊接电源、智能焊机、全自动专用焊机和柔性焊接机器人工作站。

微机控制系统在各种自动焊接与切割设备中的作用不仅是控制各项焊接参数，而且必须能够自动协调成套焊接设备各组成部分的动作，实现无人操作，即实现焊接生产数控化、自动化与智能化。

微机控制焊接电源已成为自动化专用焊机的主体和智能焊接设备的基础。

如微机控制的晶闸管弧焊电源、晶体管弧焊电源、逆变弧焊电源、多功能弧焊电源、脉冲弧焊电源等。

微机控制的IGBT式逆变焊接电源，是实现智能化控制的理想设备。

数控式的专用焊机大多为自动TIG焊机，如全自动管/管TIG焊机、全自动管/板TIG焊机、自动TIG焊接机床等。

在焊接生产中经常需要根据焊件特点设计与制造自动化的焊接工艺装备，如焊接机床、焊接中心、焊接生产线等自制的成套焊接设备，大多可采用通用的焊接电源、自动焊机头、送丝机构、焊车等设备组合，并由一个可编程的微机控制系统将其统一协调成一个整体。

铸造：熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状、尺寸、成分、组织和性能铸件的成形方法。

铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。

中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。

铸造是指将室温中为液态但不久后将固化的物质倒入特定形状的铸模待其凝固成形的加工方式。

被铸物质多为原为固态但加热至液态的金属（例：铜、铁、铝、锡、铅等），而铸模的材料可以是沙、金属甚至陶瓷。

因应不同要求，使用的方法也会有所不同。

随着科技技术的发展国内的铸造技术也飞速发展近年开发推广了一些先进熔炼设备，提高了金属液温度和综合质量，开始引进AOD、VOD等精炼设备和技术，提高了高级合金铸钢的内在质量。

直读光谱仪和热分析仪，炉前有效控制了金属液成分，采用超声波等检测方法控制铸件质量。

一些大中型铸造企业开始在熔炼方面用计算机技术，控制金属液成分、温度及生产率等。

成都科技大学研制成砂处理在线控制系统，清华大学等开发了计算机辅助砂型控制系统软件，华中科技大学成功开发商品化铸造CAE软件。

铸造业互联网发展快速，部分铸造企业网上电子商务活动活跃，如一些铸造模具厂实现了异地设计和远程制造。

铸造专家系统研究虽然起步晚，但进步快。

先后推出了型砂质量管理专家系统、铸造缺陷分析专家系统、自硬砂质量分析专家系统、压铸工艺参数设计及缺陷诊断专家系统等。

机械手、机器人在落砂、铸件清理、压铸及熔模铸造生产中开始应用。

精确成形技术和近精确成形技术，大力发展可视化铸造技术，推动铸造过程数值模拟技术CAE向集成、虚拟、智能、实用化发展；基于特征化造型的铸造CAD系统将是铸造企业实现现代化生产工艺设计的基础和前提，新一代铸造CAD系统应是一个集模拟分析、专家系统、人工智能于一体的集成化系统。

采用模块化体系和统一数据结构，且与CAM／CAPP?ERP／RPM等无缝集成；促使铸造工装的现代化水平进一步提高，全面展开CAD ／CAM／CAE／RPM、反求工程、并行工程、远程设计与制造、计算机检测与控制系统的集成化、智能化与在线运行，催发传统铸造业的革命性进步。

锻压是锻造和冲压的合称，是利用锻压机械的锤头、砧块、冲头或通过模具对坯料施加压力，使之产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的制件的成形加工方法。

“锻压”作为金属加工的主要方法和手段之一，在国民经济中占有举足轻重的地位，是装备制造业，特别是机械、汽车行业，以及军工、航空航天工业中的不可或缺的主要加工工艺。

随着经济结构调整的不断深化，作为支柱产业的汽车制造业的大发展，为我国的锻压行业发展营造了一个非常好的机会。

近几年在设备制造技术和加工技术上都取得很大的进展，行业的竞争力得到提升，某些技术水平已进入世界先进行列。

但随着中国汽车工业的快速发展，国产锻造设备存在的不足日益凸显。

其中，拥有中国自己产权的通用锻压设备多处于较低的水平，目前锻压设备发展趋势是集机械、电子、液压、气动及检测等方面的最新技术于一体，自动化程度高、换模快速、工作可靠、噪声低、防护完善、精度高。

近年来又发展了数控系统，能和电子计算机、工业机器人、自动换模系统及自动仓库等相结合，构成多种系列的柔性制造单元（FMC）和柔性制造系统（FMS），并向电子计算机集成制造系统（CIMS）的方向逼近。

金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度在不同的介质中冷却，通过改变金属材料表面或内部的显微组织结构来控制其性能的一种工艺。

在热处理过程中对温度的检测和记录非常的重要，温度控制的不好对产品的影响十分的大，所以温度的检测十分的重要，在整个过程的温度的变化趋势也显得十分的重要，导致在热处理的过程中必须对温度的变化进行记录，可以方便以后进行数据分析，也可以查看到底是哪段时间温度没有达到要求。

这样对以后的热处理进行改进起到非常大的作用实现一定程度上的自动化。

日前，中钢邢机通过对热处理炉群的自动化控制系统进行创新改进，在所属异型公司成功完成单台炉体单机控制向整个炉群单机管控的“集中化”转变，实现企业炉群自动化控制的新突破。

“集中化”管控就是由单台主机整体集中完成整个炉群的自动化控制工作，通过建立热处理炉群自动化控制的独立整体管控网络，改变每台热处理炉都有一台主机主控的传统模式。

企业探索实施“热处理炉群控制集中化管理”，最初是基于对企业扩能上量后热处理炉数量增多、生产用电不易调配问题的解决。

经过在异型公司试点进行实际改造实施后，使热处理炉群能够结合排产计划，对照峰谷用电时间段，实现对每台热处理炉作业的自动程序化科学调控，从而大大降低了作业用电成本。

同时使企业设备管理更趋便捷科学，运行效率明显提升，目前每班只需2人即可完成17台热处理炉的日常作业管理。

为了使工件在生产线上自如地完成整个所要求的热处理工艺过程，被特定设计的连续炉相互连接沟通。

炉膛内可多方位贯通，并可使工件料筐90℃角转入下道加热区或过渡保温箱，经传送抵达下一工序或进入冷却室冷却。

这种炉体结构和传送装置都具有相当高的水平。

以可控气氛箱式炉为例，为满足渗碳、碳氮共渗、氮碳共渗、淬火或光亮淬火、等温淬火等热处理工艺的实施，料盘和料架上的工件以冷链驱动的方式自动送入、通过和送出炉膛，在各自的炉子中完成所要求的工艺。

箱式炉与相应的计算机辅助测量、控制与调节系统连用，形成各个独立的模块单元，易于相互连接，构成完善、灵活、组合式自动热处理系统。

电子计算机在热处理中的应用，包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助生产(CAM)、计算机辅助选材(CAMS)、热处理事务办公自动化(OA)、热处理数据库和专家系统等，它为热处理工艺的优化设计、工艺过程的自动控制、质量检测与统计分析等，提供了先进的工具和手段。

计算机在热处理中的应用，最初主要用于热处理工艺程序和工艺参数(温度、时间、气氛、压力、流量等)的控制，现在也用于热处理设备、生产线和热处理车间的自动控制和生产管理，还有的用计算机进行热处理工艺、热处理设备、热处理车间设计中的各种计算和优化设计。

在热处理中引入计算机，可实现热处理生产的自动化，保证热处理工艺的稳定性和产品质量的再现性，并使热处理设备向高效、低成本、柔性化和智能化的方向发展。

计算机在热处理中的应用国外已十分普遍，例如，日本一家摩托车厂的热处理车间，有连续式渗碳炉、周期式渗碳炉、连续软氮化炉等共37台设备，从开始送料，到最终产品检验，全部由计算机控制，每班只需要三个人操作，一人在计算机室内负责全部生产、技术和质量管理，一人在现场巡回检查，一人负责产品质量检验，生产效率极高。

我国在热处理行业中应用计算机还是近十多年的事情，目前国内研制生产的热处设备已越来越多地引入了微机控制，极大地提高了设备的自动化水平和生产效率。

在热处理工艺过程的实时控制、计算机辅助设计、计算机模拟和数学模型的开发应用等方面，也取得了一定的成绩。

机器人在热处理中的应用，可以有效地改善工人的劳动条件，提高产品质量和劳动生产率。

目前主要是用来进行自动装卸料。

由于热处理的生产环境差、劳动强度较大，也由于热处理生产向自动化、集成化、柔性化的方向发展，因此，今后机器人在热处理生产中的应用将日趋增多。