材料成形裝備及自動(dòng)化c1e1

1、材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 Equipment and Automation of Materials Process 凌宏江 副教授 華中科技大學(xué)材料學(xué)院 材料成形及控制工程專業(yè)核心課程 材料學(xué)院材料成形裝備及自動(dòng)化教案 2013-2014學(xué)年第二學(xué)期 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 2 目 錄 第一章第一章 緒緒 論（論（2 2學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 第二章第二章 金屬液態(tài)成形裝備及自動(dòng)化（金屬液態(tài)成形裝備及自動(dòng)化（1010學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 第三章第三章 金屬塑性成形裝備及自動(dòng)化（金屬塑性成形裝備及自動(dòng)化（8 8學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）

2、第四章第四章 金屬連接成形裝備及自動(dòng)化（金屬連接成形裝備及自動(dòng)化（1010學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 第五章第五章 高分子材料成形設(shè)備及自動(dòng)化（高分子材料成形設(shè)備及自動(dòng)化（2 2學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 第六章第六章 快速成形裝備及控制（快速成形裝備及控制（8 8學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 第七章第七章 其它材料成形裝備（其它材料成形裝備（2 2學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 第八章第八章 熱處理工業(yè)爐及其控制（熱處理工業(yè)爐及其控制（2 2學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 第九章第九章 材料加工中的環(huán)境保護(hù)裝備（材料加工中的環(huán)境保護(hù)裝備（2 2學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 總結(jié)復(fù)習(xí)（總結(jié)復(fù)習(xí)（2 2學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材

3、料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 3 第一章第一章 緒緒 論論 1.1 課程簡介課程簡介 1.2 材料的分類及其成形裝備概述材料的分類及其成形裝備概述 1.3 裝備在材料成形加工中的作用裝備在材料成形加工中的作用 1.4 工業(yè)自動(dòng)化的含義工業(yè)自動(dòng)化的含義 1.5 本課程的目標(biāo)及主要內(nèi)容本課程的目標(biāo)及主要內(nèi)容 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 4 本課程是我校機(jī)械大類平臺(tái) 課程下，材料成型及控制工程專 業(yè)的四門核心課之一 (1)材料成形理論基礎(chǔ) (2)材料成形工藝 (3)材料成形裝備及自動(dòng)化 (4)模具CAD/CAM 講課時(shí)數(shù): 48、實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù):

4、 6 教材材料成形裝備及自動(dòng)化 樊自田主編，機(jī)械工業(yè)出版社 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 5 1. 主講教師（分二個(gè)課堂）主講教師（分二個(gè)課堂） l凌宏江副教授、葉春生副教授、呂衛(wèi)文講 師（1-3班） l凌宏江副教授、陳柏金教授、夏衛(wèi)生副教 授（4-6班） l聯(lián)系方式（凌）： EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 6 第1章概論（，凌） 第2章金屬液態(tài)成形裝備及自動(dòng)化 （10，凌） 第3章金屬塑性成形裝備及自動(dòng)化 （10，葉春生） 第4章金屬連接成形裝備及自動(dòng)化 （10，

5、呂衛(wèi)文） 第5章高分子材料成形設(shè)備及自動(dòng)化 （2，葉春生） 第6章快速成形裝備及控制 （6，葉春生） 第7章其它材料成形裝備（2，凌） 第8章熱處理工業(yè)爐及其控制 （2，凌） 第9章材料成型加工中的環(huán)境保護(hù)裝備 （2，凌） 總結(jié)復(fù)習(xí) （2，凌） 實(shí)驗(yàn)課： 6（上課48學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)） 2. 本課程的主要內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排本課程的主要內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 7 壓力鑄造裝備及過程控制實(shí)驗(yàn) SLS快速成形裝備及其自動(dòng)控 制實(shí)驗(yàn) 焊接機(jī)器人自動(dòng)焊接過程控制 實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容 EAMP 材料成形裝備及自

6、動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 8 3. 本課程的目的、意義及重點(diǎn)本課程的目的、意義及重點(diǎn) 裝備是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，工業(yè)的自動(dòng)化與信息化又是現(xiàn) 代工業(yè)與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢； 材料成形裝備的進(jìn)展是材料成形工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo) 志之一，“材料成形及控制工程”專業(yè)的大學(xué)生，全面 了解并掌握材料成形裝備及自動(dòng)化方面的知識(shí)是對(duì)大學(xué) 生的必然要求； “材料成形及控制工程”專業(yè)的知識(shí)內(nèi)容，覆蓋了原鑄 造、鍛壓、焊接、熱處理等原各老專業(yè)，還包括塑料、 陶瓷、玻璃等種類材料的成形及過程控制的內(nèi)容； 本課程以講述材料成形裝備的結(jié)構(gòu)和原理為主體、以講 述裝備的控制與自動(dòng)化為重

7、點(diǎn)； 本課程內(nèi)容既涉及到了傳統(tǒng)材料成形加工方法的裝備及 其自動(dòng)化容，且包括了高分子材料及其它材料的成形裝 備與控制，還增加了材料加工成形領(lǐng)域的最新研究與應(yīng) 用成果，重視環(huán)境保護(hù)、綠色加工成形技術(shù)的裝備。 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 9 4. 本課程的基礎(chǔ)、要求本課程的基礎(chǔ)、要求 1) 本課程的基礎(chǔ)課程： 機(jī)械零件與機(jī)械設(shè)計(jì)、工程制圖、工程測試j 技術(shù)基礎(chǔ)、工程控制基礎(chǔ)、液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)、 材料成形工藝。 2) 本課程的要求： 材料成形裝備種類繁多，本課程將重點(diǎn)或詳細(xì)介紹各材 料成形裝備及方法中的主要設(shè)備和新型設(shè)備，而對(duì)其中的

8、次 要設(shè)備或較舊式設(shè)備只作簡要介紹或不作介紹。 因此，通過本課程學(xué)習(xí)，要求重點(diǎn)掌握各材料成形工藝 中的主要設(shè)備和新型設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用范圍、 控制方法等。 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 10 平時(shí)成績2030：到課情況、課堂作業(yè)、 課外作業(yè)、聽課紀(jì)律等； 考試成績7080 初定：開卷考試 基本要求: 不曠課、不遲到、不早退，上 課筆記、按時(shí)交作業(yè)（課堂或課外） 5. 本課程的考核方式本課程的考核方式 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 11 1.2 材料的分

9、類及其成形裝備概述材料的分類及其成形裝備概述 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 12 1. 材料的分類材料的分類 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 13 1. 材料的分類材料的分類 金屬材料：鋼鐵、銅合金、鋁合金、鎂合金等 有機(jī)高分子材料：塑料、樹脂、橡膠等。 無機(jī)非金屬材料：幾乎包括除金屬材料、高分子材料以外的 所有材料，主要有：陶瓷、玻璃、膠凝材料（水泥、石灰和 石膏等）、混凝土、耐火材料、天然礦物材料等。 復(fù)合材料：“由兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立的物理相，包括粘結(jié)材 料（基

10、體）和粒料、纖維或片狀材料所組成的一種固體產(chǎn) 物”。復(fù)合材料的組成分為兩大部分：基體與增強(qiáng)材料。 材料還可以根據(jù)其性能特征、用途、狀態(tài)等分類。如下表： EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 14 1. 材料的分類材料的分類 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 15 金屬成形方法金屬成形方法 傳統(tǒng)金屬加工技術(shù)傳統(tǒng)金屬加工技術(shù)先進(jìn)金屬加工技術(shù)先進(jìn)金屬加工技術(shù) 金屬液金屬液 態(tài)成形態(tài)成形 金屬塑金屬塑 性成形性成形 金屬連金屬連 接成形接成形 2. 材料的成形方法分類及裝備概述材料的

11、成形方法分類及裝備概述 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 16 A、鑄造成形 1）重力作用下的鑄造 砂型鑄造：各類造型機(jī)、制芯機(jī)、鑄型輸送機(jī)及輔助裝備、落 砂機(jī) 砂處理設(shè)備、清理設(shè)備等 金屬型鑄造：金屬型鑄造機(jī) 熔模鑄造：壓蠟機(jī)、結(jié)殼生產(chǎn)線、焙燒爐等 消失模鑄造：模樣成形機(jī)、振動(dòng)緊實(shí)臺(tái)、熱干砂冷卻系統(tǒng)、真空 系統(tǒng)等 2）外力作用下的鑄造 離心鑄造：離心鑄造機(jī) 壓力鑄造：冷室壓鑄機(jī)、熱室壓鑄機(jī) 低壓鑄造：低壓鑄造機(jī) 擠壓鑄造：擠壓鑄造機(jī) 鑄造的本質(zhì)特點(diǎn)：鑄造的本質(zhì)特點(diǎn)： 液液 態(tài)金屬成形態(tài)金屬成形 裝備特點(diǎn)：裝備特點(diǎn)： 必須有必須有

12、模、型模、型 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 17 軋制：各類軋機(jī) 擠壓：各類壓力機(jī) 拉拔：各類拉拔（或拉力）機(jī) 自由鍛：各類鍛錘 模鍛：各類鍛錘或壓力機(jī) 板料沖壓：各類壓力機(jī) 鍛造的本質(zhì)特點(diǎn)： 金屬 塑 性 成形 裝備特點(diǎn)： 必須有 外 力 B. 塑性成形塑性成形 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 18 焊接的本質(zhì)特點(diǎn)： 液 態(tài) 金屬 局部成形 裝備特點(diǎn)： 必須有 局部高溫源 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)

13、院 19 D. 高分子材料成形設(shè)備 1）高分子塑料制品成形，主要有：擠出機(jī)、注射機(jī)等。 2）橡膠成形裝備 E. 粉末材料的成形設(shè)備（粉末冶金 ） 制粉設(shè)備、成型設(shè)備、燒結(jié)設(shè)備等 F. 快速成形設(shè)備，主要有： 1) 立體平版印刷機(jī)(SLA-Stereo Lithography Apparatus) 2) 分層物體制造(LOM-Laminated Object Manufacturing) 3) 選擇性激光燒結(jié)(SLS-Selective Laser Sintering) 4) 熔絲沉積制造(FDM-Fused Deposition Modeling) 5) 粉末材料選擇性粘結(jié)(TDP-Three

14、 Dimensional Printing) 等 快速成形的本質(zhì)特點(diǎn)： 增 長 成形 裝備特點(diǎn)： 必須有 機(jī)電一體化 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 20 社會(huì)的進(jìn)步: 可歸結(jié)為人類不斷 創(chuàng)造工具以延伸自身的能力；從原始 人類的工具到今天各種現(xiàn)代化工具、 精密加工裝備等，都是在延伸人的體 力與能力。 1）大大提高了生產(chǎn)率、降低了工人 的勞動(dòng)強(qiáng)度； 以自動(dòng)化壓鑄機(jī)為例， 每小時(shí)可壓鑄60-180次，最高可達(dá) 500次 2）提高了產(chǎn)品質(zhì)量與精度，降低了 原材料消耗；自動(dòng)化生產(chǎn)可避免人力 生產(chǎn)中的人為因素，保障產(chǎn)品的質(zhì)量 與精度，大大降

15、低原材料的消耗 我國的我國的8萬噸壓機(jī)萬噸壓機(jī)(圖紙圖紙) 1.3 裝備在材料成形加工中的作用裝備在材料成形加工中的作用 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 21 3）縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)至實(shí)際投產(chǎn)時(shí)間；快速 成形技術(shù)及裝備的出現(xiàn)，使得新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、 評(píng)價(jià)、修改、制造等過程形成了一個(gè)整體的 閉環(huán)系統(tǒng)，大大縮短了新產(chǎn)品的研制時(shí)間和 用。 4）減少制品的庫存；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理自動(dòng)化， 可及時(shí)、準(zhǔn)確地處理大量數(shù)據(jù)，對(duì)器件、設(shè) 備、人力、技術(shù)資料進(jìn)行組織、協(xié)調(diào)，大大 減少生產(chǎn)制品的庫存量。 5）改善操作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)安全和清潔生產(chǎn)。 除塵設(shè)備、降噪設(shè)備的使

16、用，生產(chǎn)廢料（廢 渣、廢氣、廢水等）再生回用（或無害處 理），可大大減少了生產(chǎn)資源浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境 的污染，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 22 1. 工業(yè)自動(dòng)化的定義及組成 1) 工業(yè)自動(dòng)化是指： 將多臺(tái)設(shè)備（或多個(gè)工 序）組合成有機(jī)的聯(lián)合體， 用各種控制裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 進(jìn)行控制，協(xié)調(diào)各臺(tái)設(shè)備 （或各工序）的動(dòng)作，校正 誤差、檢驗(yàn)質(zhì)量，使生產(chǎn)全 過程按照人們的要求自動(dòng)實(shí) 現(xiàn)，并盡量減少人為的操作 與干預(yù)。 1.4 工業(yè)自動(dòng)化的含義工業(yè)自動(dòng)化的含義 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科

17、技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 23 2) 工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)一般由如下部分組成 u自動(dòng)機(jī)床； u物料自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)； u自動(dòng)裝配機(jī)； u流水生產(chǎn)線； u信號(hào)檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)； u計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)； u支持制造活動(dòng)用來收集數(shù)據(jù)、進(jìn)行規(guī)劃和做出 決策的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 24 表表1-2 1-2 生產(chǎn)過程中的三大環(huán)節(jié)及八個(gè)主要過程生產(chǎn)過程中的三大環(huán)節(jié)及八個(gè)主要過程 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 25 綜上所述，工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化所研究的內(nèi)容主要

18、有兩個(gè)方面： 1）對(duì)上述各個(gè)過程，實(shí)現(xiàn)不同程度自動(dòng)化時(shí)的各種方法和手段； 2）對(duì)上述幾個(gè)過程或全部過程按照一定的目標(biāo)和要求聯(lián)系起來， 組成不同規(guī)模的自動(dòng)線、自動(dòng)化車間或自動(dòng)化工廠。 實(shí)際上由物質(zhì)流和信息流兩個(gè)主要部分組成： 1）物質(zhì)流是指物質(zhì)的流動(dòng)和處理，包括原材料、毛坯、工夾具、 模具、半成品、成品、廢料、能源的流動(dòng)、處理（加工）、變 換 2）信息流指信息（包括加工指令、數(shù)據(jù)、反映生產(chǎn)過程各種狀 態(tài)的資料等）的流動(dòng)和處理。 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 26 1. 學(xué)習(xí)材料成形主要裝備的結(jié)構(gòu)原理及其自動(dòng)化控制技術(shù) 2. 具體的

19、教學(xué)目標(biāo)及內(nèi)容如下： 1）材料的種類繁多，成形方法及裝備各異，本課程以介紹材料 的成形裝備為主體、講述成形裝備的自動(dòng)化為重點(diǎn)，使學(xué)生獲得必 要的裝備及自動(dòng)方面的基本知識(shí)，了解材料成形裝備及自動(dòng)化技術(shù) 的發(fā)展前沿； 2）在全面了解與掌握材料成形裝備種類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上， 重點(diǎn)學(xué)習(xí)金屬材料成形、高分子塑料成形、快速成形等裝備及其自 動(dòng)化技術(shù)，結(jié)合21世紀(jì)綠色制造成形的發(fā)展趨勢重視環(huán)境保護(hù)裝備 的應(yīng)用，為培養(yǎng)新時(shí)代高素質(zhì)的材料成形加工人才奠定基礎(chǔ)； 3）裝備及自動(dòng)化課程是實(shí)踐性極強(qiáng)的課程之一，本課程將密切 結(jié)合學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)習(xí)、課程設(shè)置、實(shí)驗(yàn)課等實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì) 材料成形加工設(shè)備與自動(dòng)化技術(shù)的興

20、趣及感性認(rèn)識(shí)，提高授課質(zhì)量 與效果。 1.5 本課程的目標(biāo)及主要內(nèi)容本課程的目標(biāo)及主要內(nèi)容 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 27 1、材料有哪些種類，常用的金屬材料有哪幾 種？ 2、金屬材料有哪些常見的成形方法，舉例說 明其特點(diǎn) 3、舉例說明，不同的材料及成形工藝的主要 設(shè)備及其作用。 4、闡述工業(yè)裝備在材料成形加工中的作用。 5、概述工業(yè)自動(dòng)化的定義、組成及主要內(nèi)容。 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 28 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華

21、中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 29 中國古代鑄鐵 中國最早的鐵器 -鐵刃銅鉞 （商代） 1972年在河北藁(gao) 城臺(tái)西村 (公元前14世紀(jì)) 遺址中出土了一件鐵刃銅 鉞。全鉞殘長11.1厘米， 闌寬 8.5厘米，外刃部斷 失，殘存刃部包入銅內(nèi)約 1厘米，已全部氧化。 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 30 司母戊鼎司母戊鼎 1.33米 1.1米 重832.84Kg 每個(gè)坩堝(用來 熔化金屬的器 皿)能冶煉銅 12.5千克，鑄 造該鼎需要70 多個(gè)坩堝。 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 31 酒酒 器器 盥（盥（gun)水器水器 樂器樂器 銅鏡銅鏡 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化 華中科華中科 技大學(xué)材料學(xué)院技大學(xué)材料學(xué)院 32 食器食器 兵器兵器農(nóng)具農(nóng)具 EAMP 材料成形裝備及自動(dòng)化材料成形裝備及自動(dòng)化