材料成形裝備與自動(dòng)化-第一章緒論

材料成形裝備與自動(dòng)化_第一章緒論第一頁(yè)，共37頁(yè)。第一章

緒

論（2學(xué)時(shí)）

第二章金屬液態(tài)成形裝備及自動(dòng)化（10學(xué)時(shí)）

第三章

金屬塑性成形裝備及自動(dòng)化（8學(xué)時(shí)）

第四章

金屬連接成形裝備及自動(dòng)化（10學(xué)時(shí)）

第五章

高分子材料成形設(shè)備及自動(dòng)化（2學(xué)時(shí)）

第六章

快速成形裝備及控制（8學(xué)時(shí)）第七章

其它材料成形裝備（2學(xué)時(shí)）第八章熱處理工業(yè)爐及其控制（2學(xué)時(shí)）第九章材料加工中的環(huán)境保護(hù)裝備（2學(xué)時(shí)）總結(jié)復(fù)習(xí)（2學(xué)時(shí)）

第二頁(yè)，共37頁(yè)。1.1課程簡(jiǎn)介1.2材料的分類(lèi)及其成形裝備概述1.3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1.5本課程的目標(biāo)及主要內(nèi)容第三頁(yè)，共37頁(yè)。

本課程是機(jī)械大類(lèi)平臺(tái)課程下，材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課程之一：(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):28、實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù):4＊教材《材料成形裝備及自動(dòng)化》

樊自田主編，機(jī)械工業(yè)出版社第四頁(yè)，共37頁(yè)。裝備是國(guó)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(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)；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(zhuān)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(zhuān)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(zhuān)業(yè)，還包括塑料、陶瓷、玻璃等種類(lèi)材料的成形及過(guò)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。第五頁(yè)，共37頁(yè)。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(cè)試技術(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(lèi)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)其中的次要設(shè)備或較舊式設(shè)備只作簡(jiǎn)要介紹或不作介紹。因此，通過(guò)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。第六頁(yè)，共37頁(yè)。平時(shí)成績(jī)30％：到課情況、課堂作業(yè)、課外作業(yè)、聽(tīng)課紀(jì)律等；考試成績(jī)70％

初定：開(kāi)卷考試第七頁(yè)，共37頁(yè)。材料石器時(shí)代物質(zhì)基礎(chǔ)人類(lèi)發(fā)展史的里程碑銅器時(shí)代鐵器時(shí)代衣食住行約8000年5000年前3000年前第八頁(yè)，共37頁(yè)。金屬材料

金屬間化合物傳統(tǒng)金屬材料新型金屬材料

金屬玻璃金屬基復(fù)合材料鋼鐵銅鋅鋁鎂鈦鎳

最重要的工程結(jié)構(gòu)材料廠房、橋梁、機(jī)械、工具

最重要的輕合金材料

最重要的高溫合金材料黑色金屬有色金屬最重要的耐磨材料納米晶粒金屬先進(jìn)復(fù)合材料中的一個(gè)重要領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn)：高強(qiáng)度、高彈性模量和低膨脹系數(shù)外、優(yōu)良的韌性，抗沖擊，抗熱振，對(duì)表面缺陷沒(méi)有樹(shù)脂基復(fù)合材料敏感，耐熱性高，橫向力學(xué)性能好，不燃燒，不吸潮，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性好，耐輻射，以及高真空環(huán)境穩(wěn)定等新型材料或稱(chēng)先進(jìn)材料，是指那些新近開(kāi)發(fā)或正在開(kāi)發(fā)的具有優(yōu)異性能和特殊用途的材料。它是發(fā)展高新技術(shù)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

第九頁(yè)，共37頁(yè)。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(shù)脂、橡膠等。無(wú)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(lèi)。如下表：第十頁(yè)，共37頁(yè)。結(jié)構(gòu)材料材料的分類(lèi)功能材料特種材料力學(xué)性能（建筑、機(jī)器等）物理、化學(xué)性能（防腐、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、導(dǎo)熱）裝飾、貨幣第十一頁(yè)，共37頁(yè)。金屬成形方法傳統(tǒng)金屬加工技術(shù)先進(jìn)金屬加工技術(shù)機(jī)械冷加工機(jī)械熱加工鑄造焊接鍛造切削加工材料加工工程機(jī)械制造工程快速成形技術(shù)噴射成形技術(shù)快速凝固技術(shù)激光加工技術(shù)精確鑄造精密鍛造激光焊接計(jì)算機(jī)集成制造數(shù)控加工技術(shù)微細(xì)加工技術(shù)特點(diǎn)：專(zhuān)業(yè)分工不明確金屬液態(tài)成形金屬塑性成形金屬連接成形第十二頁(yè)，共37頁(yè)。A、鑄造成形1）重力作用下的鑄造

砂型鑄造：各類(lèi)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(xiàn)、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)：

液態(tài)金屬成形裝備特點(diǎn)：必須有模、型第十三頁(yè)，共37頁(yè)。軋制：各類(lèi)軋機(jī)擠壓：各類(lèi)壓力機(jī)拉拔：各類(lèi)拉拔（或拉力）機(jī)自由鍛：各類(lèi)鍛錘模鍛：各類(lèi)鍛錘或壓力機(jī)板料沖壓：各類(lèi)壓力機(jī)鍛造的本質(zhì)特點(diǎn)：金屬塑性成形裝備特點(diǎn)：必須有外力第十四頁(yè)，共37頁(yè)。1）熔焊：電弧焊：各類(lèi)弧焊機(jī)電渣焊：電渣焊機(jī)電子束焊：電子束焊機(jī)激光焊：激光焊機(jī)等離子弧焊：等離子弧焊機(jī)2）壓焊：電阻焊：電阻點(diǎn)焊機(jī)和電阻縫焊機(jī)摩擦焊：摩擦焊機(jī)3）釬焊：釬焊設(shè)備焊接的本質(zhì)特點(diǎn)：

液態(tài)金屬局部成形裝備特點(diǎn)：必須有局部高溫源第十五頁(yè)，共37頁(yè)。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---StereoLithographyApparatus)2)分層物體制造(LOM----LaminatedObjectManufacturing)3)選擇性激光燒結(jié)(SLS---SelectiveLaserSintering)4)熔絲沉積制造(FDM----FusedDepositionModeling)5)粉末材料選擇性粘結(jié)(TDP---ThreeDimensionalPrinting)等快速成形的本質(zhì)特點(diǎn)：

增長(zhǎng)成形裝備特點(diǎn)：必須有機(jī)電一體化第十六頁(yè)，共37頁(yè)。

社會(huì)的進(jìn)步:可歸結(jié)為人類(lèi)不斷創(chuàng)造工具以延伸自身的能力；從原始人類(lèi)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，大大降低原材料的消耗法國(guó)70年代投產(chǎn)的650MN大型模鍛壓機(jī)我國(guó)的8萬(wàn)噸壓機(jī)(圖紙)第十七頁(yè)，共37頁(yè)。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(guò)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(kù)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(kù)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)備的使用，生產(chǎn)廢料（廢渣、廢氣、廢水等）再生回用（或無(wú)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)展第十八頁(yè)，共37頁(yè)。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(guò)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)。第十九頁(yè)，共37頁(yè)。自動(dòng)機(jī)床；物料自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)；自動(dòng)裝配機(jī)；流水生產(chǎn)線(xiàn)；信號(hào)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)；支持制造活動(dòng)用來(lái)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)。第二十頁(yè)，共37頁(yè)。環(huán)節(jié)主要過(guò)程功能作用設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過(guò)程產(chǎn)品設(shè)計(jì)CAD/CAM、工裝模具設(shè)計(jì)、專(zhuān)用加工設(shè)備設(shè)計(jì)等

制造

生產(chǎn)準(zhǔn)備過(guò)程原材料準(zhǔn)備、采購(gòu)及外協(xié)加工委托計(jì)劃等工藝準(zhǔn)備過(guò)程工藝圖紙準(zhǔn)備、加工設(shè)備選擇、工裝模具制造等加工過(guò)程冷加工（切削加工）、熱加工（鑄、鍛、焊等）、各類(lèi)生產(chǎn)線(xiàn)等檢驗(yàn)試驗(yàn)過(guò)程加工過(guò)程中工藝參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)、加工后產(chǎn)品的性能檢測(cè)等裝配過(guò)程零件供給、產(chǎn)品裝配與輸送等輔助生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)品的后續(xù)處理、廢舊料回用、設(shè)備檢修維護(hù)等管理生產(chǎn)管理過(guò)程原材料（工具、配件等）管理、生產(chǎn)調(diào)度、人事管理、企業(yè)規(guī)劃等表1-2生產(chǎn)過(guò)程中的三大環(huán)節(jié)及八個(gè)主要過(guò)程

第二十一頁(yè)，共37頁(yè)。綜上所述，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化所研究的內(nèi)容主要有兩個(gè)方面：1）對(duì)上述各個(gè)過(guò)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(guò)程或全部過(guò)程按照一定的目標(biāo)和要求聯(lián)系起來(lái)，組成不同規(guī)模的自動(dòng)線(xiàn)、自動(dòng)化車(chē)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(guò)程各種狀態(tài)的資料等）的流動(dòng)和處理。第二十二頁(yè)，共37頁(yè)。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.具體的教學(xué)目標(biāo)及內(nèi)容如下：

1）材料的種類(lèi)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(lèi)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(shì)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)的興趣及感性認(rèn)識(shí)，提高授課質(zhì)量與效果。第二十三頁(yè)，共37頁(yè)。1、材料有哪些種類(lèi)，常用的金屬材料有哪幾種？2、金屬材料有哪些常見(jiàn)的成形方法，舉例說(shuō)明其特點(diǎn)3、舉例說(shuō)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。第二十四頁(yè)，共37頁(yè)。中國(guó)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(zhǎng)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。第二十五頁(yè)，共37頁(yè)。司母戊鼎1.33米1.1米

重832.84Kg每個(gè)坩堝(用來(lái)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。第二十六頁(yè)，共37頁(yè)。酒器盥（guàn)水器樂(lè)器銅鏡第二十七頁(yè)，共37頁(yè)。食器兵器農(nóng)具第二十八頁(yè)，共37頁(yè)。四羊方尊蕉葉形紋理清晰四只大卷角羊羊的前腿司母戊鼎第二十九頁(yè)，共37頁(yè)。

學(xué)者們認(rèn)為三星堆文化距今約三千多年，是商朝時(shí)期我國(guó)西南成都平原上古蜀人的文化。造型獨(dú)特第三十頁(yè)，共37頁(yè)。青銅立人像青銅面具青銅神樹(shù)第三十一頁(yè)，共37頁(yè)。CAD的發(fā)展歷程70年代初期，主要是二維繪圖（2D）60-70年代主要用于科學(xué)計(jì)算70年代中期，出現(xiàn)三維線(xiàn)框模型和基于B-spline或NURBS的曲面模型80年代初期，基于實(shí)體的三維建模技術(shù)