材料成形装备及自动化 第3章
材料成形装备及自动化 材料成形装备及自动化 吕c2e3
充氧压铸是将干燥的氧气 充入压室和压铸模型腔，以取 代其中的空气和其它气体。
当铝合金压入压室和压铸 模腔时与氧气发生化合，生成 三氧化二铝，形成均匀分布的 三氧化二铝小颗粒（直径在 1μm以下），从而减少或消除 了气孔，提高了压铸件的致密 性。
1) 开合模机构
曲肘合模机构示意图 1—合模液压缸 2—活塞 3—连杆 4—三角形铰链 5—螺母 6—力臂 7—齿轮
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曲肘式合模机构实物照片
曲肘式合型机构的优点
①合模力大。合模力放大16~26倍
，合模缸直径大大减小，液压油的工 作压力、耗油量亦可降低。
材料成形及控制工程专业核心课程 材料学院材料成形装备及自动化教案
材料成形装备及自动化
Equipment and Automation of Materials Process
吕书林
华中科技大学材料学院
2015-2016学年第二学期
目录
第一章 绪 论（2学时） 第二章 金属液态成形装备及自动化（10学时） 第三章 金属塑性成形装备及自动化（8学时） 第四章 金属连接成形装备及自动化（10学时） 第五章 高分子材料成形设备及自动化（2学时） 第六章 快速成形装备及控制（8学时） 第七章 其它材料成形装备（3学时） 第八章 热处理工业炉及其控制（2学时） 第九章 材料加工中的环境保护装备（3学时）
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2.6.4 新型压铸机 1)吸入式真空压铸机
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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 材料成形装备及自动化ppt课件
“三合一〞加热炉
将铸件落砂、 热处置、砂再生 结合在一同称之 为“三合一〞的 加热炉。
“三合一〞加热炉任务原理
TOTAL RECLAMATION 完全再生
新 NEW 砂 SAND
0.3% 14,7%
6%
80%
POURING AND COOLING
9.6.1 旧砂回用与旧砂再生
旧砂回用是指：将用过的旧砂块经破碎、去磁、 筛分、除尘、冷却等处置后反复或循环运用。
旧砂再生是指：将用过的旧砂块经破碎、并去 除废旧砂粒上包裹着的残留粘结剂膜及杂物，恢复 近于新砂的物理和化学性能替代新砂运用。
旧砂再生与旧砂回用的区别在于：旧砂再生除 了要进展旧砂回用的各工序外，还要进展再生处置。 即：旧砂再生等于“旧砂回用〞+“去除旧砂粒外表 残留粘结剂膜〞的再生处置。
2 .化学法〔多为深度处置工艺中采用〕
① 混凝法：处置含油废水、染色废水、煤气站废水 ② 中和法 ③ 氧化复原法：含酚、氰、硫废水的处置 ④ 电解法：含铬废水 ⑤ 萃取法：有机废水 ⑥ 吹脱法：含CO2、H2S、HCN废水 ⑦ 吸附法：有毒废水深度处置 ⑧ 电渗析法：运用离子交换膜含粉、氰废水
3 . 污水处置工艺流程
我国工现业有企企业业允的许噪消声费级车/dB间(A或) 作90业9场3 所96的9允9 许噪
声级 最高允许噪噪声无污染物，属于觉得公害，受生理与心思要素的影响 ② 噪声污染是暂时的，不会积累 ③ 噪声的能量最后消逝为空气的热能，传播间隔不太远 ④ 影响面广
例如，日本“非清洁工业〞的2/3至4/5已转移到 东南区和拉丁美洲；美国危害生态的工业部门的国 外投资的39%在开展中国家；原联邦德国的化学工 业投资27%在开展中国家。
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。
材料成型装备及自动化复习
绪论1.材料分为金属材料、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。
第二章金属液态成形装备及自动化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：常有夹杂物分离设备、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。
最常见：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。
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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第3章精密成形技术_图文
第3章精密成形技术精密成型技术是指零件成型后，仅需少量加工或不再加工(近净成型技术或净成型技术)就可用做机械构件的一种成型技术。
它是建立在新材料、新能源、信息技术、自动化技术等多学科高新技术成果的基础上，改造了传统的毛坯成型技术，使之由粗糙成型变为优质、高效、高精度、轻量化、低成本、无公害的成型技术。
它使得成型的机械零件具有精确的外形、高的尺寸精度和形位精度、低的表面粗糙度。
精密成型技术具有以下特点：(1)可方便快捷地制出过去很难制出的结构件，为新产品的开发提供有力的技术支持，并具有对市场要求做出迅速响应的能力；(2)较理想地保留了材料组织的连续结构，提高了零件的机械、力学和物理综合性能；(3)近净成型尺寸及形位精度高，为后续采取高效率、高精度加工提供了理想的毛坯；(4)高效率、低消耗、低成本，为缩短产品开发周期、降低产品成本提供了有利条；(5)较传统成型产品改善了生产条件、减少了对环境的污染，是一种清洁生产技术。
因此，精密成型技术将成为今后推广应用的重要绿色制造技术，是新工艺、新材料、新设备，以及各项新技术成果的综合集成技术。
常见的少无切削加工技术包括：粉末成形技术、精密液态成形技术、精密固态成形技术、精密焊接技术，以及最近几年才发展起来的快速原型技术等。
3.1精密液态成形技术铸造是一种液态金属成形方法。
长期以来，应用最广泛的是普通砂型铸造。
随着科学技术的不断发展和生产水平的不断提高以及人类社会生活、生产的需要，在继承古代铸造技术和应用近代科学技术成就的基础上，开创了许多新的铸造方法和工艺。
使现代铸造技术朝着“精密、洁净、高效”方向发展。
现代铸造技术以熔体洁净、铸件组织细密（性能高）和表面光洁、尺寸精度高、生产效率高为主要特征，可以简称为精密洁净高效铸造工艺技术。
精密洁净铸造是采用各种特殊的工艺方法实现的。
常见的包括:精密砂型铸造（组芯造型铸造、熔模铸造、陶瓷型铸造、壳型铸造），消失模铸造，高效金属型铸造（挤压铸造、压力铸造、低压铸造），半固态铸造，近终形状铸造等。
材料成型概论 第三章 轧制成型2
轧机按轧辊装配形式分类
按轧辊的数目、放置、大小来区分轧机的基本型式 为：表3－2
3.4.1 轧钢生产系统
轧钢生产工艺过程： 由钢锭或钢坯轧成具有一定规格和性能的钢材的一 系列加工工序的组合。
❖ 在提高质量和产量的同时，力求降低成本是制定轧 钢生产工艺过程的总任务和总依据。
❖ 碳素钢和合金钢的基本典型生产工艺过程如下图所 示。
3.4.1 轧钢生产系统
轧钢生产工艺过程总包括六大工序： 热轧工艺系统—— 坯料准备→加热→轧制→冷却→精整→验收入库 冷轧工艺系统—— 坯料准备→酸洗→轧制→退火→精整→验收入库
材料也比较稀贵，产量不大而产品种类繁多。 ❖ 常属中型或小型的型钢生产系统或混合生产系统。
❖ 各种轧钢生产系统组成见下表。
3.4.1 轧钢生产系统
轧材生产系统的发展： ❖ 向大型化、连续化、自动化方向发展。 ❖ 工艺流程经历了“长流程”到“短流程”的发展过
程。 ❖ 目前“长流程”和“短流程”共存。 ❖ 长流程主要吃铁水，短流程主要吃废钢。
❖ 采用连铸板坯作为轧制板带钢的原料是今后发展的 必然趋势。
3.4.1 轧钢生产系统
型钢生产系统 热轧线材、热轧棒材、热轧H型钢、热轧型钢
❖ 型钢生产系统的规模往往不很大，就规模而言可分 为大型、中型和小型三种生产系统。
❖ 年产100万t以上的称大型生产系统；年产30～ 100万t称中型生产系统；年产30万t以下的称小型 生产系统。
材料成形装备及自动化2【精品课件】全
2ST
3YA
1YA
5. 加砂
变量轴向柱塞泵
6).关闭造型室 ：1YA通电，3YA断电，5YA通电，阀5左位。
气动大通径充液阀
5YA
6YA
7YA
3YA
4YA
1YA
2YA
变量轴向柱塞泵
液压系统电磁铁的动作顺序表
工序号
1 2 3 4 5 6
工序名称 发令元件
电液阀及其位向
阀1
阀2
阀3 阀4
1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA
夹紧器
芯盒
砂芯 取芯杆
热芯盒射芯机工序
1 加砂: 振动电机工作,砂斗振动并向射砂筒加砂;加砂完毕振 动电机停止工作; 振动电动机
热芯盒射芯机工序
2芯盒夹紧: 夹紧气缸推动夹紧器完成芯盒的闭合,升降气缸推 动工作台上升完成芯盒夹紧;
振动电动机
工作台及其 升降缸
夹紧 气缸
夹紧器
芯盒
热芯盒射芯机工序
射砂
起动按钮 ST1
;+
+
起模Ⅰ 压力继电 +
+
器
推出合型 到位开关 +
+
ST4
起模Ⅱ 到位开关 +
+
ST5
关闭造型 到位开关 +
+
室
ST2
总结 (1)造型过程的六道工序自动循环过程的控制系统是 电、气、液联合构成：
液压部分可通过电磁阀的开合分别控制主油缸和增速油缸 的5个进排油孔A、B、C、D、E 的开闭；
夹紧 气缸
ZZ8625型射芯机（射芯工位）气动系统原理图
快速排气阀 快速射砂阀
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
EAMP 材料成形装备及自动化(4)
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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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EAMP 材料成形装备及自动化(4)
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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。
【材料成型原理--铸造】第3章 液态金属凝固热力学与动力学
（2）生长过程：生长时，界面上突起的晶体将快 速伸入过冷液体中，一次晶臂甚至长出二次晶臂， 二次晶臂甚至长出三次晶臂，最终成为树枝晶。
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二、晶体微观长大方式
• 1、固液界面的微观结构 • （1）粗糙界面：界面固相一侧的点阵位置有50%左右
被固相原子占据，另一部分位置空着，其微观上是粗 糙的，高低不平，称为粗糙界面。
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4、共格对应关系
固体质点的某一晶面和晶核的原子排列规律相似， 原子间距离相近或在一定范围内成比例，就可能实现界 面共格对应，该固体质点就可能成为形核的衬底。这种 对应关系叫共格对应关系。
共格对应关系用点阵失配度δ衡量，即：
as ac 100%
ac
式中，as和ac分别为夹杂物、晶核原子距离。
• （3）非平衡凝固：不仅大范围内溶质的扩散不充分， 即使固液界面附近溶质原子也不能充分扩散，凝固界面 上溶质的迁移远离平衡状态，称非平衡凝固。如快速凝 固、激光重熔等，冷速可达106℃/s以上。
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第二节 均质形核
生核方式：（1）均质形核； （2）非均质形核（异质形核）。
• 1、概念 均质形核：依靠液态金属内部自身的结构自发地形核。
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• 3、影响形核率的因素 （1）过冷度：过冷度越大，形核率越大； （2）界面： ➢ 1）夹杂物基底与晶核润湿，形核率大； ➢ 2）界面形态也有影响，凹形基底的夹杂物，形核需原
子数最少，形核率大。 ➢ 3）界面越多，形核率越大。
不同曲面衬底上形核示意图
（3）液态金属的过热及持续时间：液态金属过热，异质 核心熔化或表面失去活性，形核率降低。
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应用
• 形核剂：能作为生核衬底，促进形核的外加固体质点叫 形核剂。选形核剂的依据：
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。
材料成形装备及自动化 材料成形装备及自动化(1)
2. 高温箱式电阻炉
按其最高工作温度可 分为1200℃和1350℃两 种。
1200℃高温箱式电阻 炉的电热元件采用 0Cr27Al7Mo2高温铁铬 铝电热材料，炉底板用 碳化硅板制成。
推杆式光亮淬火连续炉
2. 连续式热处理炉的控制系统
前
炉子共有： 前室门、前炉 门、前推料机、 侧推料机、升 降台等11个运 动部件。
图8-6 可控气氛连续式热处理炉（立体图）
前侧推料液压缸 前推料液压缸可控Fra bibliotek氛连续式炉液压系统
清洗机门液压缸
后炉门液压缸
纵向运输液压缸 前室门液压缸 前炉门液压缸
油下推料液压缸 后侧拔料液压缸
8.2.1 热处理工艺概述
1. 热处理的作用可归纳为：改变工件的机械、加工性能，或获得某种使 用性能；使工件内部成分均匀化、消除内应力；化学热处理（渗碳等） 可以改变工件表面成本，使工件得到特殊的性能（耐磨性等）。
2. 热处理工艺有：淬火（水冷、油冷）、退火（炉冷、砂冷）、正火（ 空气冷却）、回火和化学热处理。
8.1.1 热能的产生与热交换概述
8.1.2 工业炉的种类及特点
由于传统的工业组合和分工不同，“工业炉” 的范围不是很严格。在我国，工业炉仅指轧钢加热 炉、锻造炉、热处理炉、窑炉、铸造熔化炉等，不 包括冶金行业的高炉、平炉和转炉，而焦炉和动力 锅炉属于能量转换装置、煤气发生装置属于化工用 炉。
通常，工业炉的种类、作用及特点可归纳为表 8-1所示（详见参考书）。按使用行业的不同进行分 类，有：铸造熔化炉、轧钢加热炉、锻造炉、热处 理加热炉（又分退火炉、渗碳炉等）、陶瓷烧结炉、 玻璃退火炉等等。
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。
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冲压生产过程为三大类型：
➢ ① 定值控制系统
在生产中要求被控量保持在规定的小范围附近，此规定 值就是控制器的设定值。设定值是固定不变的，引起系统变 化的只是扰动信号。可以认为，以扰动量为输入的系统是定 值控制系统。
➢ ② 随动控制系统
随着设定值的无规律变化，被控量相当准确而又及时地 跟随设定值变化，自动达到平衡的位置。
➢ 主机:完成冲压工序加工的各类压力机和必要的各类其他加工机床。
➢ 附设机构：完成自动线各种辅助工作所需要的机械装置和检测装置。
采用自动送料装置是冲压生产自动化的主要内容
➢ 自动送料装置通常可分为两大类型: 条料、卷料和板料送料装置,冲压 半成品送料装置。
➢ 板料送料装置 ：摩擦式 机械式 摩擦式送料装置：辊式和夹持式
第3章
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冲压自动线形式： 直流型自动线 转子型自动线
➢ 直流型： 压力机从工序间的传送装置是按顺序直线排列， 在不同的时间内完成毛坯的加工和传送工作，在压力机进 行冲压时，毛坯不动，在传送毛坯时、冲压加工要停止。
➢ 转子型：毛坯的加工是在模具及毛坯同时连续移动的过程 中进行的。
物料输送、零件加工直 至工件运送输出的全过
程。同时，可以在很短 的时间内更换产品品种。
FMS既保持了刚性流水 线生产自动化水平较高，
生产效率高的优点，又 增加了生产的灵活性和
适应能力。
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刚性联系自动线
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➢ 柔性联系自动线：设备之间设有储料器，储存一部分半成 品来进行补偿，设备之间不严格要求绝对协调：
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按其工序间的联系特件分类：
刚性联系自动线 柔性联系自动线
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刚性联系自动线：工序之间无半成品储备作为补偿，严格要 求各台设备之间同步。
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➢ 第四阶段；柔性加工系统（FMS）。柔性加工系统包括多台加工机床或加工单元组成的自动化 加工系统、物料输送系统和计算机信息系统三大部分。
➢ FMS可以自动完成从零 件设计、制订加工工艺、
机械式送料装置：钩式和夹刃式等
➢ 半成品送料装置：由于冲压件的形状多种多样，送料装置的形式比较 多。通常这类送料装置的基本结构由以下几大部分组成：送料机构、 储料斗、料槽、分配机构、定向机构、出件机构和理件机构等。
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叶主春讲：生莫健主华讲
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本章主要内容
➢ 概述 ➢ 液压成形装备 ➢ 精冲压力机 ➢ 多工位压力机 ➢ 数控冲压装备 ➢ 伺服压力机 ➢ 塑性成形自动化
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锻压生产的柔性包括三个方面：加工过程的柔性、加工工艺的柔性及生产管理的柔 性加工过程的柔性：强化加工设备本身的功能，并且增加设备与设备之间柔性的工件 传送，使生产系统利用尽可能少的设备，可以适应尽可能多的加工程序。
➢ 加工工艺的柔性：加工工艺能适合多种类型工件的成型和加工。无模具加工的各种新 工艺，如激光切割、等离子切割、水射切割等加工工艺都具有很好的柔性。
➢ 生产管理的柔性：生产系统能灵活地制订、调整和修改作业计划。
➢ 实现锻压生产的柔性，主要依赖于锻压设备的自动化、物流的自动化和信息流的自动 化。
➢ 锻压生产的柔性加工系统是锻压生产当前发展的最高阶段。锻压生产的FMS，特别是板 材加工的FMS技术已相当成熟。
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板料冲压生产线自动化
（1）冲压生产自动化的特点 以冲裁为例，由四个部分组成自动化系统：①普通曲柄压力机；②冲压模具；③自
动上下料机构；④自动控制系统。
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锻压生产的柔性加工系统 ➢ 锻压生产的发展大致可分
为四个阶段：
➢ 第一阶段：手工操作的单机加工 。由人工操作和控制一台加工机 械。
➢ 第二阶段：数控机床单机加工。 加工机械由数控系统控制。 但加工机械之间的物料传输 由人工完成。
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➢ 在大批量生产冲压件的企业中，自动化生产得到 广泛应用.
➢ 自动化生产线的应用可以降低成本，提高生产率.
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➢ 第三阶段：柔性加工单元（FMC），在计算机控制（CNC）下，加工单 元可以独立地完成零件加工。坯料的送入与工件的退出、模具的更换
等都按照加工程序自动完成。
➢ ③ 程序控制系统：
控制系统的设定值按生产工艺要求有规律地变化，被控
量需要按规定的程序自动进行，保证冲压生产过程顺利完成
，达到程序控制的目的。
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（2）板料冲压生产自动化
➢ 冲压生产自动化构成：主机和附设机构。