材料成形装备及自动化 材料成形装备及自动化 吕

1、精选精选ppt材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 Equipment and Automation of Materials Process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2015-2016学年第二学期吕吕 书书 林林华中科技大学材料学院华中科技大学材料学院精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 2目 录第一章第一章 绪绪 论（论（2 2学时）学时） 第二章第二章 金属液态成形装备及自动化（金属液态成形装备及自动化（10学时）学时） 第三章第三章 金属塑性成形装备及自动化金属塑性成形装备及自动

2、化（8学时）学时） 第四章第四章 金属连接成形装备及自动化金属连接成形装备及自动化（10学时）学时） 第五章第五章 高分子材料成形设备及自动化高分子材料成形设备及自动化（2学时）学时） 第六章第六章 快速成形装备及控制快速成形装备及控制（8学时）学时）第七章第七章 其它材料成形装备（其它材料成形装备（3学时）学时）第八章第八章 热处理工业炉及其控制（热处理工业炉及其控制（2学时）学时）第九章第九章 材料加工中的环境保护装备（材料加工中的环境保护装备（3学时）学时）精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 3第二章第二章 金属液态成

3、形装备及自动化金属液态成形装备及自动化2.1 概述概述2.2 金属熔化及浇注装备金属熔化及浇注装备2.3 造型设备及自动化生产线造型设备及自动化生产线2.4 砂处理装备及自动检测系统砂处理装备及自动检测系统2.5 铸件清理自动化铸件清理自动化2.6 压力铸造装备及自动化压力铸造装备及自动化2.7 低压铸造装备及自动化低压铸造装备及自动化2.8 消失模精密铸造装备及生产线消失模精密铸造装备及生产线2.9 半固态成形装备半固态成形装备精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 42.7 低压铸造装备及自动化低压铸造装备及自动化 低压铸造

4、低压铸造是金属液体在（气）压力作用下由下而上地充填型腔并在压力下凝固成形的一种方法，由于所用的压力较低（通常压力较低（通常0.020.06 MPa)，故称之为低压铸造。 低压铸造装备一般由保保温炉温炉及其附属装置、模具模具开合机构、气压系统和开合机构、气压系统和控制系统组成控制系统组成。精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 5低压铸造工艺流程图低压铸造工艺流程图精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 62.7.1 低压铸造机的类型及构造低压铸造机的类型及构造 按

5、模具与保温炉的连接方式连接方式，可分为顶置式顶置式低压铸造机和侧置式侧置式低压铸造机。1-坩埚；坩埚；2-升液管；升液管；3-金属液；金属液；4-进气管；进气管；5-密封盖；密封盖；6-浇道；浇道；7-型腔；型腔；8-铸型铸型顶置式低压铸造机顶置式低压铸造机侧置式低压铸造机侧置式低压铸造机精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 71) 顶置式低压铸造机顶置式低压铸造机特点：特点：结构简单结构简单，制造容易，操作制造容易，操作方便方便；但生产效率较低但生产效率较低，因因保温炉上只能放置一付模具，保温炉上只能放置一付模具，操作均在炉

6、上进行，故一个周操作均在炉上进行，故一个周期内，保温炉一半时间空闲。期内，保温炉一半时间空闲。其次，其次，下模受下模受保温炉炉盖的保温炉炉盖的热辐射影响，冷却缓慢热辐射影响，冷却缓慢，使铸件凝固时间延长；使铸件凝固时间延长；且且下模下模不能设置顶杆装置不能设置顶杆装置，给模具给模具设计增加不便。此外，设计增加不便。此外，保温炉保温炉的密封、保养和合金处理的密封、保养和合金处理均不方便均不方便。 精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 82) 侧置式低压铸造机侧置式低压铸造机特点特点：将将铸型置于保温炉的侧铸型置于保温炉的侧面面，

7、铸型和保温炉，铸型和保温炉由升液由升液管联结管联结。一台保温炉上同时可为两付一台保温炉上同时可为两付以上的模型提供金属液，以上的模型提供金属液，生生产效率提高产效率提高。装料、扒渣和合金液处理等装料、扒渣和合金液处理等操作方便操作方便；铸型的受热铸型的受热条件得到改善条件得到改善。但但侧置式侧置式机器机器结构复杂，应用受限制结构复杂，应用受限制。精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 93) 低压铸造保温炉低压铸造保温炉 一般采用坩埚式电阻炉，其优点是结构简单，温控方便。电阻式坩埚炉（用于顶置式）电阻式坩埚炉（用于顶置式）1-.

8、1-.炉体炉体 2-2-排铝孔排铝孔 3-3-炉壳炉壳 4-4-电阻元件电阻元件5-5-铸铁坩锅铸铁坩锅 6-6-升液管升液管 7-7-密封盖密封盖精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 104) 低压铸造装备低压铸造装备主液压缸主液压缸侧液压缸侧液压缸金属模具金属模具保温炉保温炉控制系统控制系统 液压系统液压系统精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 11 低压铸造的自动加压控制系统低压铸造的自动加压控制系统1) 气体加压原理气体加压原理精选精选ppt 材料成形

9、装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 12典型数字组合阀结构典型数字组合阀结构8通道数字组合阀原理图通道数字组合阀原理图 每组通道由一个每组通道由一个电磁阀电磁阀、一个、一个节流阀节流阀和一个和一个截止阀截止阀组成。电磁阀控制组成。电磁阀控制通道的开启或闭合，节流阀控制流量，截止阀常开。一个通道即对应一种通道的开启或闭合，节流阀控制流量，截止阀常开。一个通道即对应一种流量，可获得流量，可获得256 种种不同的充型速率。不同的充型速率。响应和调节速度快响应和调节速度快，两种不同状态，两种不同状态之间的切换时间仅之间的切换时间仅80ms。1) 气体加压原

10、理气体加压原理精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 132) 简单的低压铸造液面加压工艺曲线简单的低压铸造液面加压工艺曲线加压工艺曲线的数学模型加压工艺曲线的数学模型)1 ()1 (iiiivvAAgdtPd式中：d(i)/dt -气体升压速度； -第i段压差值； - 液体金属密度；A - 坩埚截面积；Ai - 型腔第i段处截面积；Vi - 型腔第i段上要求的液体金属充型速度； - 气体升压速度补偿系数补偿系数，由实验确定；g - 重力加速度。精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华

11、中科技大学材料学院院 143) 低压铸造计算机控制原理低压铸造计算机控制原理 计算机控制计算机控制系统系统采用实时控制，对整采用实时控制，对整个生产工艺过程进行个生产工艺过程进行闭环控制闭环控制。为了便于。为了便于编制程序和简化起见，编制程序和简化起见，采用块程序结构形式，采用块程序结构形式，即每一块程序完成一即每一块程序完成一个特定的功能。程序个特定的功能。程序之间的联系有跳转、之间的联系有跳转、调用和建立公用参数调用和建立公用参数区三种方式。区三种方式。 该系统的主控制该系统的主控制程序包括引导工作程程序包括引导工作程序、开关量状态检测序、开关量状态检测程序和中断服务程序程序和中断服务程序

12、等。等。 计算机控制的低压铸造生产过程示意图计算机控制的低压铸造生产过程示意图 低压铸造计算机控制原理图低压铸造计算机控制原理图低低低低精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 154) 低压铸造举例发动机缸体低压铸造机系统精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 16精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 17精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大

13、学材料学院院 182.8 消失模精密铸造装备及生产线消失模精密铸造装备及生产线基本原理基本原理： 采用泡沫塑料模样泡沫塑料模样代替普通模样紧实造型，造好铸型后不取出模样、直接浇入金属液不取出模样、直接浇入金属液，在高温金属液的作用下，泡沫塑料模样受热气化、燃烧而消失受热气化、燃烧而消失，金属液取代原来泡沫塑取代原来泡沫塑料模样占据的空间位置料模样占据的空间位置，冷却凝固后即获得所需的铸件。精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 192) 典型的消失模铸造零件精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技

14、大学材料学华中科技大学材料学院院 20(2) 主要装备 泡沫塑料模样的成形加工装备模样的成形加工装备，造型装造型装备及型砂处理装备备及型砂处理装备，涂料的制备及烘干装备涂料的制备及烘干装备。白白 区区黄黄 区区黑黑 区区预发泡预发泡组组 模模精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 21 泡沫塑料模样的成形装备 模样制作的方法有两种：一是发泡成形；二是利用机床加工（泡沫模样板材）成形。 前者主要设备有：预发泡机、成形发泡机等。(1) 预发泡机 间隙式蒸汽预发泡工艺流程间隙式蒸汽预发泡工艺流程(a)称量称量(b)加料加料 (c)预发

15、泡预发泡 (d)卸料卸料1称量传感器称量传感器2原珠粒原珠粒3光电管光电管4蒸汽蒸汽精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 22间歇式蒸汽预发泡机该设备的关键是：该设备的关键是：蒸汽蒸汽进入进入不宜过于集中，压力不宜过于集中，压力和流量不能过大和流量不能过大，以免造成，以免造成结结块、发泡不均块、发泡不均，甚至部分珠粒，甚至部分珠粒因因过度预发过度预发而破坏；而破坏；因为珠粒直接与蒸汽接触，预因为珠粒直接与蒸汽接触，预发泡珠粒中水的质量分数高达发泡珠粒中水的质量分数高达10%左右，因此卸料后必须经左右，因此卸料后必须经过过干燥处

16、理干燥处理。 这种预发泡不是通过时间这种预发泡不是通过时间而是通过预发泡的容积定量而是通过预发泡的容积定量（即珠粒的（即珠粒的预发泡密度预发泡密度定量）定量）来控制预发泡质量，控制方便、来控制预发泡质量，控制方便、效果良好。效果良好。精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 23(a) 立式成形机立式成形机 (b) 卧式成形机卧式成形机1.固定工作台固定工作台 2.定模定模 3.动模动模 4.移动工作台移动工作台 5.导杆导杆 6.液压缸液压缸(2) 成形发泡机简易型成形机成型过程：成型过程：a. 加入预发珠粒；加入预发珠粒；b.

17、 通入蒸汽发泡成形；通入蒸汽发泡成形；c. 通水冷却定形；通水冷却定形；d. 开模取件。开模取件。精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 242.8.2 造型装备及生产线 主要装备有：雨淋加砂器、振动紧实台、真雨淋加砂器、振动紧实台、真空系统、旧砂冷却除尘系统、输送辊道、浇注设空系统、旧砂冷却除尘系统、输送辊道、浇注设备等备等。其中关键设备是：振动紧实台振动紧实台。 消失模铸消失模铸造采用干沙干沙振动造型振动造型，而不是粘土砂造型。精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料

18、学院院 25(1) 振动紧实台 振动紧实台分为一维紧实台、二维紧实台、三维紧实台及多维紧实台。三维振动紧实台结构示意图三维振动紧实台结构示意图1砂箱砂箱 2夹紧装置夹紧装置3振动台体振动台体 4振动电机振动电机5空气弹簧空气弹簧 6底座底座一维振动紧实台结构示意图一维振动紧实台结构示意图1砂箱砂箱 2振动台体振动台体 3振动电机振动电机4橡胶橡胶弹簧弹簧 5高度限位杆高度限位杆6空气弹簧空气弹簧 7底座底座精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 26一种三维振动紧实台的照片精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化

19、(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 27(2) 双电机振动紧实 双电机驱动双电机驱动可产生垂直方向圆振动垂直方向圆振动的紧实台，由于有着独特的干砂充填性能，近年来应用逐渐扩大，有取代三维紧实台的趋势。1）不同相位的双电机驱动 相位差能使在砂箱各处形成相同振相同振幅、相同振动加速度幅、相同振动加速度即均匀一致的垂直面圆振动，从而使型砂具有良好的流动充填性能。 主要控制参数为：振幅：；振动加速度：2。双电机振动台工作原理图双电机振动台工作原理图精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 282) 双电机振动模型双电机反向转

20、动双电机反向转动 双电机同向转动双电机同向转动 单电机转动单电机转动 精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 29(3) 消失模铸造生产线消失模自动化生产线布置图消失模自动化生产线布置图1风力输送器风力输送器 2砂冷却装置砂冷却装置 3翻转式落砂机翻转式落砂机 4砂箱及辊道砂箱及辊道 5，7振动台振动台 6，8砂斗砂斗 9浇注浇注 10除尘器除尘器 11真空系统真空系统精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 30消失模铸造生产线黑区黑区三维视图冷却沙斗冷却沙斗落沙

21、栅格落沙栅格提升机提升机沙斗沙斗(3) 消失模铸造生产线精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 312.9 半固态铸造成形装备半固态铸造成形装备半固态铸造成形是在液态金属凝固的凝固的过程中进行搅拌（可过程中进行搅拌（可强可弱）强可弱），使普通铸造凝固易于形成的树树枝晶枝晶网络骨架被打碎而形成分散的颗粒状颗粒状组织形态，从而制得半固态金属浆料半固态金属浆料，然后将其铸成坯料或压成铸件。精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 32.1 半固态铸造半固态铸造的基本原理的

22、基本原理dxBJPyLx0dxBJPyLx0精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 33制造汽车零部件制造汽车零部件转向节转向节空气罐空气罐油泵过滤器油泵过滤器发动机支架发动机支架精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 34制造电子产品制造电子产品精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 35壳体及框架壳体及框架精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技

23、大学材料学院院 36(2) 半固态铸造方法及装备 按流变铸造和触变铸造分类，又有流变铸造装备和触变铸造装备。半固态铸造成形装备主要包括：半固态浆料制备半固态浆料制备装备装备、半固态成形装备（压铸、挤压铸造机）半固态成形装备（压铸、挤压铸造机）、辅助装置等。1) 流变铸造流变铸造 将半固态金属浆料压铸或挤压成形，俗称“一步法一步法”精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 372) 触变铸造触变铸造 是先由连铸等方法制得的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，然后再压铸或挤压成形，俗称“二步法二步法”。(2) 半

24、固态铸造方法及装备精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 382.9.2 半固态浆料的制备装置半固态浆料的制备装置(1) 机械搅拌式制浆装置单螺杆制浆装置示意图单螺杆制浆装置示意图双螺杆制浆装置示意图双螺杆制浆装置示意图精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 39(2) 电磁搅拌制浆装置电磁搅拌制浆装置压射室电磁搅拌制浆装置压射室电磁搅拌制浆装置精选精选ppt 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化(4) 华中科技大学材料学华中科技大学材料学院院 40(3) 低

25、过热度制浆装置低过热度制浆装置 机械搅拌能够制备出优良的半固态浆料，但搅拌工具寿命受限且容易机械搅拌能够制备出优良的半固态浆料，但搅拌工具寿命受限且容易污染金属。为避免这些问题，近年来出现了污染金属。为避免这些问题，近年来出现了低过热度弱搅拌低过热度弱搅拌制浆技术制浆技术，从晶粒的形核、长大热力学和动力学条件上着手，营造合适的凝固条件，从晶粒的形核、长大热力学和动力学条件上着手，营造合适的凝固条件（如浇注温度和冷却速率等）来（如浇注温度和冷却速率等）来提高形核率提高形核率并促使并促使晶核以球状方式生长晶核以球状方式生长。SSR流变成形流变成形NRC流变成形流变成形精选精选ppt 材料成形装备及自动