材料成形装备及自动化CE

材料成形装备及自动化

EquipmentandAutomationofMaterialsProcess凌宏江副教授华中科技大学材料学院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2014-2015学年第二学期目录第一章

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31.1课程简介本课程是我校机械大类平台课程下，材料成型及控制工程专业的四门核心课之一(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:48、实验时数:6＊教材《材料成形装备及自动化》樊自田主编，机械工业出版社41.主讲教师（分二个课堂）凌宏江副教授、吕书林、叶春生副教授、吕卫文讲师（1-4班）凌宏江副教授、吕书林、陈柏金教授、夏卫生副教授（5-8班）联系方式（凌）： linghj5第1章概论（２，凌、吕）第2章金属液态成形装备及自动化（10，凌、吕）

第3章金属塑性成形装备及自动化（10，叶春生、陈柏金）第4章金属连接成形装备及自动化（10，吕卫文、周龙早）

第5章高分子材料成形设备及自动化（2，叶春生、陈柏金）第6章快速成形装备及控制（6，叶春生、陈柏金）第7章其它材料成形装备（2，凌、吕）第8章热处理工业炉及其控制（2，凌、吕）第9章材料成型加工中的环境保护装备（2，凌、吕）总结复习（2，凌、吕）实验课：~6 （上课48学时、实验6学时）2.本课程的主要内容及学时安排6压力铸造装备及过程控制实验SLS快速成形装备及其自动控制实验焊接机器人自动焊接过程控制实验实验课程内容73.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。84.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。9平时成绩20~30％：到课情况、课堂作业、课外作业、听课纪律等；考试成绩70~80％

初定：开卷考试基本要求:不旷课、不迟到、不早退，上课笔记、按时交作业（课堂或课外）5.本课程的考核方式10材料石器时代物质基础人类发展史的的里程碑铜器时代铁器时代衣食住行约8000年5000年年前3000年年前1.2材材料的分类类及其成形形装备概述述11金属材料金属间化合合物传统金属材材料新型金属材材料金属玻璃金属基复合合材料钢铁铜锌铝镁钛镍最重要的工工程结构材材料厂房、桥梁梁、机械、工工具最重要的轻轻合金材料料最重要的高温合金材料黑色金属有色金属最重要的耐耐磨材料纳米晶粒金金属先进复合材材料中的一一个重要领领域。优点点：高强度度、高弹性性模量和低低膨胀系数数外、优良良的韧性，，抗冲击，，抗热振，，对表面缺缺陷没有树树脂基复合合材料敏感感，耐热性性高，横向向力学性能能好，不燃燃烧，不吸吸潮，导电电和导热性性好，耐辐辐射，以及及高真空环环境稳定等等新型材料或或称先进材材料，是指指那些新近近开发或正正在开发的的具有优异异性能和特特殊用途的的材料。它它是发展高高新技术的的重要物质质基础。1.材料料的分类121.材料料的分类金属材料：钢铁、铜铜合金、铝铝合金、镁镁合金等有机高分子子材料：塑料、树脂脂、橡胶等等。无机非金属属材料：几乎包括除除金属材料料、高分子子材料以外外的所有材材料，主要要有：陶瓷瓷、玻璃、、胶凝材料料（水泥、、石灰和石石膏等）、、混凝土、、耐火材料料、天然矿矿物材料等等。复合材料：：“由两个或两个个以上独立立的物理相，包括粘结结材料（基基体）和粒粒料、纤维维或片状材材料所组成成的一种固固体产物””。复合材材料的组成成分为两大大部分：基基体与增强强材料。材料还可以以根据其性性能特征、、用途、状状态等分类类。如下表表：13结构材料材料的分类类功能材料特种材料力学性能（建筑、机机器等）物理、化学学性能（防防腐、导电电、导磁、、导热）装饰、货币币1.材料料的分类14金属成形方方法传统金属加加工技术先进金属加加工技术机械冷加工工机械热加工工铸造焊接锻造切削加工材料加工工工程机械制造工工程快速成形技技术喷射成形技技术快速凝固技技术激光加工技技术精确铸造精密锻造激光焊接计算机集成成制造数控加工技技术微细加工技技术特点：专业业分工不明明确金属液态成成形金属塑性成成形金属连接成成形2.材料料的成形方方法分类及及装备概述述15常见的金属属材料热加加工成形的的主要装备备A、铸造成成形1）重力作作用下的铸铸造砂型铸造：各类造型机机、制芯机机、铸型输输送机及辅辅助装备、、落砂机砂处理设备备、清理设设备等金属型铸造造：金属型铸造造机熔模铸造：压蜡机、结结壳生产线线、焙烧炉炉等消失模铸造造：模样成形机机、振动紧紧实台、热热干砂冷却却系统、真真空系统等等2）外力作作用下的铸铸造离心铸造：离心铸造机机压力铸造：冷室压铸机机、热室压压铸机低压铸造：低压铸造机机挤压铸造：挤压铸造机机铸造的本质质特点：液态金属成形装备特点：：必须有模、型16轧制：各类类轧机挤压：各类类压力机拉拔：各类类拉拔（或或拉力）机机自由锻：各各类锻锤模锻：各类类锻锤或压压力机板料冲压：：各类压力力机锻造的本质质特点：金属塑性成形装备特点：：必须有外力B.塑性性成形17C.焊接接成形1）熔焊：：电弧焊：各各类弧焊机机电渣焊：电电渣焊机电子束焊：：电子束焊焊机激光焊：激激光焊机等离子弧焊焊：等离子子弧焊机2）压焊：：电阻焊：电电阻点焊机机和电阻缝缝焊机摩擦焊：摩摩擦焊机3）钎焊：：钎焊设备焊接的本质质特点：液态金属局部成形装备特点：：必须有局部高温源源18D.高分分子材料成成形设备1）高分子子塑料制品品成形，主主要有：挤挤出机、注注射机等。。2）橡胶成成形装备E.粉末末材料的成成形设备（（粉末冶金金）制粉设备、、成型设备备、烧结设设备等F.快速速成形设备备，主要有：1)立体体平版印刷刷机(SLA---StereoLithographyApparatus)2)分分层层物物体体制制造造(LOM----LaminatedObjectManufacturing)3)选选择择性性激激光光烧烧结结(SLS---SelectiveLaserSintering)4)熔熔丝丝沉沉积积制制造造(FDM----FusedDepositionModeling)5)粉粉末末材材料料选选择择性性粘粘结结(TDP---ThreeDimensionalPrinting)等等快速速成成形形的的本本质质特特点点：：增长长成形形装备备特特点点：：必须须有有机电电一一体体化化19社会会的的进进步步:可可归归结结为为人类类不不断断创创造造工具具以以延延伸伸自自身身的的能能力力；；从从原原始始人人类类的的工工具具到到今今天天各各种种现现代代化化工工具具、、精精密密加加工工装装备备等等，，都都是是在在延伸伸人人的的体体力力与与能能力力。。1））大大大大提提高高了了生生产产率率、、降降低低了了工工人人的的劳劳动动强强度度；以自自动动化化压压铸铸机机为为例例，，每每小小时时可可压压铸铸60-180次次，，最最高高可可达达500次次2））提提高高了了产产品品质质量量与与精精度度，，降降低低了了原原材材料料消消耗耗；自动动化化生生产产可可避避免免人人力力生生产产中中的的人人为为因因素素，，保保障障产产品品的的质质量量与与精精度度，，大大大大降降低低原原材材料料的的消消耗耗法国70年代投产的650MN大型模锻压机我国的8万吨压机(图纸)1.3装装备备在在材材料料成成形形加加工工中中的的作作用用203））缩缩短短了了产产品品设设计计至至实实际际投投产产时时间间；快速速成成形形技技术术及及装装备备的的出出现现，，使使得得新新产产品品的的设设计计、、评评价价、、修修改改、、制制造造等等过过程程形形成成了了一一个个整整体体的的闭闭环环系系统统，，大大大大缩缩短短了了新新产产品品的的研研制制时时间间和和用用。。4））减减少少制制品品的的库库存存；实现现生生产产管管理理自自动动化化，，可可及及时时、、准准确确地地处处理理大大量量数数据据，，对对器器件件、、设设备备、、人人力力、、技技术术资资料料进进行行组组织织、、协协调调，，大大大大减减少少生生产产制制品品的的库库存存量量。。5））改改善善操操作作环环境境，，实实现现安安全全和和清清洁洁生生产产。除尘尘设设备备、、降降噪噪设设备备的的使使用用，，生生产产废废料料（（废废渣渣、、废废气气、、废废水水等等））再再生生回回用用（（或或无无害害处处理理）），，可可大大大大减减少少了了生生产产资资源源浪浪费费和和对对环环境境的的污污染染，，实实现现绿绿色色可可持持续续发发展展211.工工业业自自动动化化的的定定义义及及组组成成1)工业自自动化是指：：将多台设备（（或多个工序序）组合成有有机的联合体体，用各种控控制装置和执执行机构进行行控制，协调调各台设备（（或各工序））的动作，校校正误差、检检验质量，使使生产全过程程按照人们的的要求自动实实现，并尽量量减少人为的的操作与干预预。1.4工工业自动化的的含义222)工业自自动化系统一一般由如下部部分组成自动机床；物料自动搬运运系统；自动装配机；；流水生产线；；信号检测数据据采集系统；；计算机过程控控制系统；支持制造活动动用来收集数数据、进行规规划和做出决决策的计算机机控制系统。。23环节主要过程功能作用设计设计过程产品设计CAD/CAM、工装模具设计、专用加工设备设计等

制造

生产准备过程程原材料准备、采购及外协加工委托计划等工艺准备过程工艺图纸准备、加工设备选择、工装模具制造等加工过程冷加工（切削加工）、热加工（铸、锻、焊等）、各类生产线等检验试验过程加工过程中工艺参数的自动检测、加工后产品的性能检测等装配过程零件供给、产品装配与输送等辅助生产过程产品的后续处理、废旧料回用、设备检修维护等管理生产管理过程原材料（工具、配件等）管理、生产调度、人事管理、企业规划等表1-2生产过程中的的三大环节及及八个主要过过程2.工业生生产过程24综上所述，工工业生产过程程自动化所研研究的内容主主要有两个方方面：1）对上述各各个过程，实实现不同程度度自动化时的的各种方法和手段；；2）对上述几几个过程或全全部过程按照照一定的目标标和要求联系系起来，组成成不同规模的的自动线、自动动化车间或自自动化工厂。实际上由物质流和信息息流两个主要部分分组成：1）物质流是指物质的流流动和处理，，包括原材料料、毛坯、工工夹具、模具具、半成品、、成品、废料料、能源的流流动、处理（（加工）、变变换2）信息流指信息息（包括加工指指令、数据、、反映生产过过程各种状态态的资料等））的流动和处处理。3.工业自自动化内容251.学习材材料成形主要装备的结结构原理及其其自动化控制制技术2.具体的的教学目标及及内容如下：：1）材料的种种类繁多，成成形方法及装装备各异，本本课程以介绍绍材料的成形形装备为主体、讲述成形装装备的自动化化为重点，使学生获得得必要的装备备及自动方面面的基本知识，了解材料成成形装备及自自动化技术的的发展前沿；2）在全面了了解与掌握材材料成形装备备种类及结构构特点的基础础上，重点学习金属属材料成形、、高分子塑料料成形、快速速成形等装备备及其自动化化技术，结合21世纪纪绿色制造成成形的发展趋趋势重视环境境保护装备的的应用，为培培养新时代高高素质的材料料成形加工人人才奠定基础础；3）装备及自自动化课程是是实践性极强的课程之一，，本课程将密密切结合学生生的生产实习习、课程设置置、实验课等等实践环节，，培养学生对对材料成形加加工设备与自自动化技术的的兴趣及感性性认识，提高高授课质量与与效果。1.5本课课程的目标及及主要内容26思考题1、材料有哪哪些种类，常常用的金属材材料有哪几种种？2、金属材料料有哪些常见见的成形方法法，举例说明明其特点3、举例说明明，不同的