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。

安装在十字轴另两侧的刮板则将压实的砂层翻起、松散。

这样碾轮和刮板就不断地碾压、松散型砂，达到混砂目的。

2）转子式混砂机：其主要混砂机构是高速旋转的混砂转子，转子上焊有多个叶片。

根据底盘的转动方式，有底盘固定式、底盘旋转式两类。

当转子或底盘转动时，转子上的叶片迎着砂的流动方向，对型砂施以冲击力，使砂粒间彼此碰撞、混合，使粘土团破碎、分散；旋转的叶片同时对松散的砂层施以剪切力，使砂层间产生速度差，砂粒间相对运动，互相摩擦，将各种成分快速地混合均匀，在砂粒表面包覆上粘土膜。

6.混砂的自动检测及控制多以水分及紧实率的测量及控制为中心进行。

7.紧实就是将包覆有粘结剂的松散砂粒在模塑中形成具有一定强度和紧实度的砂块或砂型。

8.常用紧实度来衡量型砂被紧实的程度，一般用单位体积内型砂的质量或型砂表面的硬度表示紧实度。

9.紧实后的砂型性能：1）有足够的强度，能经受起搬运、翻转过程中的振动或浇注时金属液的冲刷而不破坏。

2）容易起模，起模时不易损坏或脱落，能保持型腔的精确度。

3）有必要的透气性，避免产生气孔等缺陷。

10.常用紧实型砂的方法（简称实砂）有震击紧实、压实紧实、射砂紧实、气流紧实等。

11.压实/高压造型机：1）不同型砂的压实紧实曲线，表示了砂型平均紧实度与压实比压的变化关系。

无论哪一种型砂，在压实开始时，p增加很小，就引起紧实度很大的变化；但当压实比压逐渐增高时，紧实度的增长减慢，在高比压阶段，虽然弘增大很多，紧实度的增加却很微小。

（图2-36）2）当砂箱比较高或模样比较复杂时，采用平板压实，砂型内的紧实度分布很不均匀。

图2-37是平压板采用上压式后砂型各部分紧实度的分布曲线。

中线1表示砂型中心部分，沿整个砂型的高度上，紧实度大致相同；但靠近箱壁或砂箱角处的摩擦阻力较大，紧实度沿砂箱高度分布严重不均匀。

为获得紧实度均匀一致的砂型，实际应用中一般采用成形压板或多触头压头。

12. 射砂紧实是利用压缩空气将型（芯）砂以很髙的速度射入型腔或（芯盒）内而得到紧实。

射砂紧实过程包括加砂、射砂、排气紧实三个工序。

13. 垂直分型无箱射压造型机：1）垂直分型无箱射压造型机的造型原理（如图2-41）。

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（图a）；再由正、反压板两面加压，紧实成两面有型腔的型块（图b）；然后反压板退出造型室并向上翻起让出型块通道（图3）；接着正压板将造好的型块从造型室推出，且一直前推，使其与前一块型块推合，并且还将整个型块列向前推过一个型块的厚度（图d）；此后正压板退回（图e），反压板放下并封闭造型室（f），机器进入下一造型循环。

2）特点：①用射压方法紧实砂型，所得型块紧实度高而均匀。

②型块的两面都有型腔，铸型由两个型块间的型腔组成，分型面是垂直的。

③连续造出的型块互相推合，形成一个很长的型块列。

浇注系统设在垂直分型面上。

由于型块互相推住，在型块列的中间浇注时，几块型块与浇注平台之间的摩擦力可以抵住浇注压力，型块之间仍保持密合，不需卡紧装置。

④一个型块即相当一个铸型，而射压都是快速造型方法，所以造型机的生产率很高。

14. 气冲紧实时最底层的砂所受的冲击力最大，因而紧实度最高；砂层越高，所受冲击力越小，紧实度越低。

15. 消失模铸造可分为三个部分：一是泡沫塑料模样的成形加工及组装部分，通常称为白区；二是造型、浇注、清理及型砂处理部分，又称为黑区；三是涂料的制备及模样上涂料、烘干部分，也称为黄区。

因此，消失模精密铸造的装备包括三方面：泡沫塑料模样的成形加工装备；造型装备及型砂处理装备；涂料的制备及烘干装备。

16. 半固态铸造成形是在液态金属凝固的过程中进行强烈的搅动，使普通铸造凝固易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而形成分散的颗粒状组织形态，从而制得半固态金属液，然后将其铸成坯料或压成铸件。

根据其工艺流程的不同，半固态铸造可分为流变铸造和触变铸造两大类。

1）流变铸造是将从液相到固相冷却过程中的金属液进行强烈搅动，在一定的固相分数下将半固态金属浆料压铸或挤压成形，又称“一步法”；2）触变铸造是先由连续铸造方法制得具有半固态组织的锭坯，然后切成所需长度，再加热到半固态状，再压铸或挤压成形，又称“二步法”。

第三章金属塑性成型装备及自动化1.液压机的工作循环：充油，加压，回程，停止2.液压机的特点：优点：（1）结构简单，可产生很大的作用力，工作空间，行程大，工艺适应性强（2）滑块在任何位置都实现额定的工作压力，并能保持载荷（3）容易实现工作行程中的调压和限压，以保护模具不受损（4）滑块的行程可在一定范围内无级可调，转换点可根据压力和行程控制（5）滑块速度可在一定范围内调整（6）与锻锤相比，工作平稳，噪声小，振动小缺点：（1）泵直接传动压力机安装功率大（2）响应速度不如机械压力机快（3）回程时产生振动（4）工作液有一定寿命，要定量更换3.曲柄压力机是一种最常用的冷冲压设备，用作冷冲压模具的工作平台4.曲柄压力机的工作过程：电动机通过V带把运动传给大带轮，再经过小齿轮，大齿轮传给曲柄，通过连杆转换为滑块的往复直线运动，若在滑块和工作台上分别安装上、下模，可完成相应的材料成型工艺5.曲柄压力机的分类（1）板料冲压压力机（2）体积模锻压力机分为挤压机（冷），热模锻压机，精压机、平锻机、冷锻机（3）剪切机分为棒料剪切机，板料剪切机第四章金属连接成形设备及自动化1.基本焊接方法：1）熔焊：（1）电弧焊：a.熔化极：螺栓焊，焊条电弧焊，埋弧焊，氩弧焊，CO2焊b不熔化极：钨极氩弧焊，原子氢焊，等离子弧焊（2）气焊：氧氢，氧乙炔空气乙炔（3）铝热焊（4）电渣焊（5）电子束焊（6）激光束焊2）压焊：电阻点、缝焊，电阻对焊，冷压焊，超声波焊，锻焊，爆炸焊，扩散焊，摩擦焊3）钎焊：火焰钎焊、感应钎焊、炉钎焊、盐浴钎焊、电子束钎焊2. 电弧焊设备的核心部分是弧焊电源，它是用来产生焊接电弧并维持电弧燃烧的供电器件，主要有以下几种：1）弧焊变压器2）矩形波交流弧焊电源3）直流弧焊发电机4）弧焊整流器5）弧焊逆变器6）脉冲弧焊电源4.电弧静态伏安特性：在一定的电弧条件下，电弧稳定燃烧，电弧电压Uf与电弧电流If之间的关系。

5. 焊接电弧是非线性负载，静特性近似呈U形曲线，可以看成是由3段（可分为I下降特性区，II平特性区，III上升特性区）组成。

在I段，电弧电压随电流的增加而下降，是一下降特性段；在II段，呈等压特性，即电弧电压基本不随电流变化，是平特性段；在III段，电弧电压随电流增加而上升，是上升特性段。

5.影响电弧静特性和电弧电压的因素：1）电弧的长度影响：U=EL随着电弧长度的增加，电弧电压增长，静特性曲线位置提高2）周围气体种类的影响：周围气体介质对电弧的冷却越显著，则电弧电压升高越多，静特性曲线上升越多3）周围气体介质压力的影响：压力大，气体粒子数量大，对电弧的冷却作用越显著，则电弧电压升高，静特性曲线上升越多6.电弧外特性：焊接电弧作为弧焊电源的负载，在改变负载时，电源输出的电压稳定值Uy 与输出的电流稳定值Iy之间的关系曲线称为弧焊电源的外特性，有平特性、下降特性等形状。

7.为了能在给定电弧电流和电压情况下，维持长时间的电弧稳定燃烧，这时应有Uf=Uy,If=Iy，即电源外特性曲线与电弧静特性曲线必须能够相交，如图4-3所示。

A0点和A1点保持“电源-电弧”系统的静态平衡。

当系统受到瞬时的外界干扰时，破坏了原来的静态平衡状态,造成了焊接工艺参数的变化；但当干扰消失之后，系统能够自动地恢复到原来的平衡点。

可见要达到这一条件，电弧静特性曲线在工作点上的斜率必须大于电源外特性曲线在工作点上的斜率。

显然图4-3中的如A0点是稳定工作点。

8. 熔化极弧焊时，根据送丝方式的不同可分为两种配合：1)等速送丝控制系统熔化极弧焊。

CO2气体保护焊、熔化极氩弧焊(MIG)、含有活性气体的混合气体保护焊（MAG）或细丝的直流埋弧焊时。

由于电极中的电流密度较大，电弧的自身调节作用较强，此时应尽可能配用平的电源外特性。

当弧长变化时，引起电流和焊丝熔化速度变化大，能很快恢复弧长原值。

2）变速送丝控制系统熔化极弧焊。

通常的埋弧焊（焊丝直径大于3mm）和一部分MIG焊，它们的电弧静特性是平的。

当弧长拉长时，电弧电压增大迫使送丝加快。

选择较陡的下降外特性。

9. 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。

10.电阻焊：是利用焊接区金属本身的电陌热和大量塑性变形能量，使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离，形成金属键，在结合面上产生足够量的共同晶粒而得到焊点，焊缝或对接接头。

电阻焊机的基本结构包含三个部分：主电力电路、机械结构、控制装置。

1）主电力电路：包括从电网开始的所有初、次级主电流所流经的路程组件。