1、材料成形装备及自动化 Equipment and Automation of Materials Process,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（2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（2学时） 总结复习（2学时）,2,第一章 绪 论,1.1 课程简介 1.2 材料的分类及其成形装备概述 1.3 装备在材料
2、成形加工中的作用 1.4 工业自动化的含义 1.5 本课程的目标及主要内容,3,1.1 课程简介,本课程是机械大类平台课程下，材料成型及控制工程专业的专业课程之一： (1)材料成形理论基础 (2)材料成形工艺 (3)材料成形装备及自动化 (4)模具CAD/CAM 讲课时数: 28、实验时数: 4 教材材料成形装备及自动化樊自田主编，机械工业出版社,4,3. 本课程的目的、意义及重点,装备是国民经济的基础，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； 材料成形装备的进展是材料成形工业技术发展的主要标志之一，“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
3、知识是对大学生的必然要求； “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； 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； 本课程内容既涉及到了传统材料成形加工方法的装备及其自动化容，且包括了高分子材料及其它材料的成形装备与控制，还增加了材料加工成形领域的最新研究与应用成果，重视环境保护、绿色加工成形技术的装备。,5,4. 本课程的基础、要求,1) 本课程的基础课程：机械零件与机械设计、工程制图、工程测试技术基础、工程控制基础、液压传动与气压传动、材料成形工艺。2) 本课
4、程的要求：材料成形装备种类繁多，本课程将重点或详细介绍各材料成形装备及方法中的主要设备和新型设备，而对其中的次要设备或较旧式设备只作简要介绍或不作介绍。因此，通过本课程学习，要求重点掌握各材料成形工艺中的主要设备和新型设备的工作原理、结构特点、应用范围、控制方法等。,6,平时成绩30：到课情况、课堂作业、课外作业、听课纪律等； 考试成绩70初定：开卷考试,5. 本课程的考核方式,7,材 料,石器时代,物质基础,人类发展史的里程碑,铜器时代,铁器时代,衣,食,住,行,约8000年,5000年前,3000年前,1.2 材料的分类及其成形装备概述,8,金属材料,金属间化合物,传统金属材料,新型金属材
5、料,金属玻璃,金属基复合材料,钢铁,铜锌,铝镁,钛镍,最重要的工程结构材料 厂房、桥梁、机械、工具,最重要的轻合金材料,最重要的高温合金材料,黑色金属,有色金属,最重要的耐磨材料,纳米晶粒金属,先进复合材料中的一个重要领域。优点：高强度、高弹性模量和低膨胀系数外、优良的韧性，抗冲击，抗热振，对表面缺陷没有树脂基复合材料敏感，耐热性高，横向力学性能好，不燃烧，不吸潮，导电和导热性好，耐辐射，以及高真空环境稳定等,新型材料或称先进材料，是指那些新近开发或正在开发的具有优异性能和特殊用途的材料。它是发展高新技术的重要物质基础。,1. 材料的分类,9,1. 材料的分类,金属材料：钢铁、铜合金、铝合金、
6、镁合金等 有机高分子材料：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。 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。 材料还可以根据其性能特征、用途、状态等分类。如下表：,10,结构材料,材料的分类,功能材料,特种材料,力学性能 （建筑、机器等）,物理、化学性能（防腐、导电、导磁、导热）,装饰、货币,1. 材料的分类,11,金属成形方法,传统金属加工技术,先进金属
7、加工技术,机械冷加工,机械热加工,铸造,焊接,锻造,切削加工,材料加工工程,机械制造工程,快速成形技术,喷射成形技术,快速凝固技术,激光加工技术,精确铸造,精密锻造,激光焊接,计算机集成制造,数控加工技术,微细加工技术,特点：专业分工不明确,金属液态成形,金属塑性成形,金属连接成形,2. 材料的成形方法分类及装备概述,12,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、清理设备等金属型铸造：金属型铸造机熔模铸造：压蜡机、结壳生产线、焙烧炉等消失模铸造：模样成形机、振动紧实台、热干砂冷却系统、真空系统等
8、 2）外力作用下的铸造离心铸造：离心铸造机压力铸造：冷室压铸机、热室压铸机低压铸造：低压铸造机挤压铸造：挤压铸造机,铸造的本质特点：液 态金属成形 装备特点：必须有 模、型,13,轧制：各类轧机 挤压：各类压力机 拉拔：各类拉拔（或拉力）机 自由锻：各类锻锤 模锻：各类锻锤或压力机 板料冲压：各类压力机,锻造的本质特点：金属 塑 性 成形 装备特点：必须有 外 力,B. 塑性成形,14,C. 焊接成形,1）熔焊：电弧焊：各类弧焊机电渣焊：电渣焊机电子束焊：电子束焊机激光焊：激光焊机等离子弧焊：等离子弧焊机 2）压焊：电阻焊：电阻点焊机和电阻缝焊机摩擦焊：摩擦焊机 3）钎焊：钎焊设备,焊接的本质
9、特点：液 态 金属 局部成形 装备特点：必须有 局部高温源,15,D. 高分子材料成形设备 1）高分子塑料制品成形，主要有：挤出机、注射机等。2）橡胶成形装备 E. 粉末材料的成形设备（粉末冶金 ）制粉设备、成型设备、烧结设备等 F. 快速成形设备，主要有： 1) 立体平版印刷机(SLA-Stereo Lithography Apparatus) 2) 分层物体制造(LOM-Laminated Object Manufacturing) 3) 选择性激光烧结(SLS-Selective Laser Sintering) 4) 熔丝沉积制造(FDM-Fused Deposition Modeli
10、ng) 5) 粉末材料选择性粘结(TDP-Three Dimensional Printing) 等,快速成形的本质特点：增 长 成形 装备特点：必须有 机电一体化,16,社会的进步: 可归结为人类不断创造工具以延伸自身的能力；从原始人类的工具到今天各种现代化工具、精密加工装备等，都是在延伸人的体力与能力。 1）大大提高了生产率、降低了工人的劳动强度； 以自动化压铸机为例，每小时可压铸60-180次，最高可达500次 2）提高了产品质量与精度，降低了原材料消耗；自动化生产可避免人力生产中的人为因素，保障产品的质量与精度，大大降低原材料的消耗,法国70年代投产的650MN大型模锻压机,我国的8万
11、吨压机(图纸),1.3 装备在材料成形加工中的作用,17,3）缩短了产品设计至实际投产时间；快速成形技术及装备的出现，使得新产品的设计、评价、修改、制造等过程形成了一个整体的闭环系统，大大缩短了新产品的研制时间和用。 4）减少制品的库存；实现生产管理自动化，可及时、准确地处理大量数据，对器件、设备、人力、技术资料进行组织、协调，大大减少生产制品的库存量。 5）改善操作环境，实现安全和清洁生产。除尘设备、降噪设备的使用，生产废料（废渣、废气、废水等）再生回用（或无害处理），可大大减少了生产资源浪费和对环境的污染，实现绿色可持续发展,18,1. 工业自动化的定义及组成 1) 工业自动化是指：将多台
12、设备（或多个工序）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。,1.4 工业自动化的含义,19,2) 工业自动化系统一般由如下部分组成,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、进行规划和做出决策的计算机控制系统。,20,生产准备过程,表1-2 生产过程中的三大环节及八个主要过程,2. 工业生产过程,21,综上所述，工业生产过程自动化所研究的内容主要有两个方面： 1）对上述各个过程
13、，实现不同程度自动化时的各种方法和手段； 2）对上述几个过程或全部过程按照一定的目标和要求联系起来，组成不同规模的自动线、自动化车间或自动化工厂。 实际上由物质流和信息流两个主要部分组成： 1）物质流是指物质的流动和处理，包括原材料、毛坯、工夹具、模具、半成品、成品、废料、能源的流动、处理（加工）、变换 2）信息流指信息（包括加工指令、数据、反映生产过程各种状态的资料等）的流动和处理。,3. 工业自动化内容,22,1. 学习材料成形主要装备的结构原理及其自动化控制技术 2. 具体的教学目标及内容如下：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、讲述成形装备的自动化
14、为重点，使学生获得必要的装备及自动方面的基本知识，了解材料成形装备及自动化技术的发展前沿；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，结合21世纪绿色制造成形的发展趋势重视环境保护装备的应用，为培养新时代高素质的材料成形加工人才奠定基础；3）装备及自动化课程是实践性极强的课程之一，本课程将密切结合学生的生产实习、课程设置、实验课等实践环节，培养学生对材料成形加工设备与自动化技术的兴趣及感性认识，提高授课质量与效果。,1.5 本课程的目标及主要内容,23,思 考 题,1、材料有哪些种类，常用的金属材料有哪几种？ 2、
15、金属材料有哪些常见的成形方法，举例说明其特点 3、举例说明，不同的材料及成形工艺的主要设备及其作用。 4、阐述工业装备在材料成形加工中的作用。 5、概述工业自动化的定义、组成及主要内容。,24,中国古代铸铁,中国最早的铁器-铁刃铜钺 （商代）1972年在河北藁(gao)城台西村 (公元前14世纪)遗址中出土了一件铁刃铜钺。全钺残长11.1厘米，阑宽 8.5厘米，外刃部断失，残存刃部包入铜内约 1厘米，已全部氧化。,EAMP 材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院,25,司母戊鼎,1.33米,1.1米,重832.84Kg 每个坩埚(用来熔化金属的器皿)能冶炼铜12.5千克，铸造该鼎需要70多个坩埚。,26,酒 器,盥（gun)水器,乐器,铜镜,27,食器,兵 器,农 具,28,四羊方尊,蕉叶形 纹理清晰,四只大卷角羊,羊的前腿,司母戊鼎,29,造型独特,30,青铜立人像,青铜面具,青铜神树,31,CAD的发展历程,32,“七五”,“八五”,“九五”,计算机辅助 绘图,计算机辅助 设计,计算机辅助 产品开发,我国CAD应用的普及与深化历程,“十五”,计算机辅助 产品制造,“十一五”,虚拟制造,33,大型运输机,34,航空母舰,35,大型客机,36,37,
