全书教学课件：铸造装备

第一讲

一.课程简介(内容、历史沿革、目的及意义)二．课程安排(学时安排、考核方式)三．第1章绪论(材料及其成形装备分类、自动的化含义)内容提要概述１、本课程是我校机械大类平台课程(13门)体系下，“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）《材料加工工程》（３）《材料成形装备及自动化》（４）《模具CAD/CAM》＊讲课时数４8课程简介2、教材采用国家“十一五”规划教材：《材料成形装备及自动化》，

樊自田主编，机械工业出版社，2006.8（目前，第3次印刷）

全书共分为九章。主要内容包括（材料成型的主要设备及自动化）：（1）装备在材料成形加工中的作用及工业自动化的含义~2（2）金属液态成形装备及自动化~10（3）金属塑性成形装备及自动化~10（4）金属连接成形装备及自动化~10（5）高分子材料成形设备及自动化~4（6）快速成形装备及控制~6（7）陶瓷、玻璃等其它材料成形装备~2（8）热处理工业炉及其控制~2（9）材料成形加工中的环境保护装备~2课程简介概述课程简介3、本课程的历史沿革

1998年，国家教育部,将工科本科高校中原铸造、锻压、焊接、热处理等专业，合并调整为“材料成形及控制工程”专业；原铸造、锻压、焊接、热处理等各老专业的课程体系中，又分工艺、材料、装备及机械化等课程，以讲授金属材料热加工成形为主要内容，专业知识面相对较窄；原铸、锻、焊、热等专业的“机械设备及自动化”课程有：《铸造机械化》、《锻压设备》、《塑料成形机械》、《焊接设备及自动化》、《热处理工业炉》等；新的“材料成形及控制工程”专业，学习内容应包括金属、高分子、陶瓷等材料的成形及过程控制。经过几年的课程体系过渡，1998年~2004年。

2004年，华中科技大学开始“机械大类”教学体系改革，各专业设立“核心课”，《材料成型设备及自动化》被定为“材控”专业核心课，着手有关教材的编写。

2005年，樊自田教授主编的《材料成型设备及自动化》课程教材，并被列为国家“十一五”教材，于2006年8月正式出版。它是最早出版的国家“十一五”规划教材之一。概述

（１）装备是工业和国民经济的基础，工业的自动化与信息化是现代工业与国民经济发展的必然趋势；（２）材料成形装备及其自动化的进展是材料成形工业技术发展的主要标志之一。当代“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；（３）新的“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、热处理等老专业，还应包括塑料、陶瓷、玻璃等种类材料的成形及控制工程，内容繁多；（４）本课程及教材，以材料成形主要装备结构和原理为主体、以其控制与自动化为重点；（５）本课程既涉及了传统材料成形方法的装备及其自动化，又包括了高分子材料及其它材料的成形装备与控制，还增加了材料成形领域最新研究与应用成果，即环境保护、绿色加工成形技术装备。课程简介4、本课程的目的、意义及重点概述5、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》、《工程测试基础》、《工程控制基础》、《液压传动与气压传动》、《材料成形工艺》(<材料加工工程>)。（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自动化程度较高的新型设备，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。课程简介概述课程简介热式压铸机立式直压塑料注射机6、典型材料成形设备概述课程简介JB21系列锻压机概述快速成形设备系统课程简介焊接机器人概述主讲教师“材控2012级”卓越计划实验班：樊自田教授、莫健华教授、周龙早讲师（博士）联系方式（樊自田）：fanzt@办公电话：87540094(O)课程安排本课程的学时安排第1章绪论（２学时）

第2章金属液态成形装备及自动化（10学时）第3章金属塑性成形装备及自动化（10学时）第4章金属连接成形装备及自动化（10学时）第5章高分子材料成形设备及自动化（2学时）第6章快速成形装备及控制（6学时）

第7章其它材料成形装备（２学时）第8章热处理工业炉及其控制（２学时）第9章材料成型加工中的环境保护装备（２学时）总结复习（２学时）实验课：3次（６学时）（上课48学时、实验6学时）课程安排实验课程内容（１）压力铸造装备及过程控制实验（2学时）（２）ＳＬＳ快速成形装备及其自动控制实验（2学时）

（３）焊接机器人自动焊接过程控制实验（2学时）课程安排学习方法：

1、尝试在实验班中，开展基于问题的学习（PBL－ProblemBasedLearning）。教师提出问题，学生带着问题，去学习。

2、课堂有问题随时举手、交流。

3、课外作业的一般要求：

每位同学选择1种材料加工设备(如:自动压铸机、锻压机组、焊接机器人等)，用PPT介绍它们的机械结构、工作原理、驱动系统、控制系统，介绍时间10-15分钟。复杂设备可以2人一组。可以在第３周某个时间，或第11-12周某个时间。作为平时成绩。PBL－ProblemBasedLearning问题：1、材料有哪些种类，常用的金属材料有哪几种？2、金属材料、非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，不同零部件（3-5个，塑料瓶、玻璃杯、铁郎头、空调壳、汽车发动机）的材料及其成形工艺，采用的主要设备。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。

也可以对上述问题（1个或多个）的回答或思考，作为平时成绩，交个东西给我。不能相同的回答。做1个问题，不能少于5000汉字。最后一次课交给我，3月20日、5月22号。学习方法

本课程的考核方式成绩计算：（１）平时成绩20~30％：到课情况、课堂作业、课外作业、听课纪律等；

（２）实验及实验报告成绩~10％；（３）考试成绩70~80％。

考核方式：考试（开卷或闭卷）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）、作报告。考核方式1.1材料的分类及其成形装备概述1.1.1材料的分类复合材料材料分类金属材料无机非金属材料有机高分子材料天然材料人造材料天然材料人造材料天然材料人造材料第1章绪论结构材料现代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、货币材料的作用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年前第1章绪论1.1材料的分类及其成形装备概述金属材料

金属间化合物传统金属材料新型金属材料

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。第1章绪论1.1材料的分类及其成形装备概述（1）金属材料：钢铁、铜合金、铝合金、镁合金等（2）有机高分子材料：塑料、树脂、橡胶等。（3）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。（4）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。（5）材料还可以根据其性能特征、用途、状态等分类。

第1章绪论1.1材料的分类及其成形装备概述1.1.2材料的成形方法分类及装备概述（1）金属材料加工成形方法

通常分为冷加工、热加工两大类：

1）冷加工成形是指切削加工，如：车削、刨削、磨削、铣削、镗削等；

2）热加工成形有：铸造（或液态成形）、锻压（挤压）、焊接、粉末冶金等。铸造成形和焊接成形又称为金属的液态成形，金属的锻压（挤压）成形又称为塑性成形，当金属处于半固态下成形叫做半固态铸造、液态锻压成形或半固态成形。第1章绪论1.1材料的分类及其成形装备概述金属加工成形技术传统金属加工技术先进金属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模锻激光焊接计算机集成制造（CIMS）数控加工技术微细加工技术特点：专业分工不明确第1章绪论1.1材料的分类及其成形装备概述（2）常见的金属材料热加工成形的主要装备

（本课程的主要内容）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、型第1章绪论1.1材料的分类及其成形装备概述B、塑性成形：

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：必须有外力焊接的本质特点：

液态金属局部成形装备特点：必须有局部高温源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：钎焊设备第1章绪论1.1材料的分类及其成形装备概述（3）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（4）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

（5）材料的快速成形设备，主要有：1）立体平版印刷机(SLA----StereoLithographyApparatus)2）分层物体制造(LOM----LaminatedObjectManufacturing)3）选择性激光烧结(SLS----SelectiveLaserSintering)4）熔丝沉积制造(FDM----FusedDepositionModeling)5）粉末材料选择性粘结（TDP----ThreeDimensionalPrinting）等

快速成形的本质特点：

增长成形装备特点：必须有机电一体化第1章绪论1.1材料的分类及其成形装备概述1.2装备在材料成形加工中的作用（1）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；（2）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。（3）装备在材料成形加工中的作用归纳为如下几个方面：

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）第1章绪论

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）第1章绪论1.2装备在材料成形加工中的作用1.3工业自动化的含义（1）工业自动化的定义及组成1）工业自动化是指：将多台设备（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。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；*.为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。

第1章绪论(2)工业生产过程

第1章环节主要过程功能作用设计设计过程产品设计、工装模具设计、专用加工设备设计等

制造

生产准备过程原材料准备、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（种类切削加工）、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生产过程中的三大环节及八个主要过程

绪论1.3工业自动化的含义（1）设计过程

在采用CAD（计算机辅助设计）技术之前，机械（或材料加工）工业的设计人员约占技术人员的10%~15%，设计工作的50%~60%的工作量是制图与其它一些重复性劳动，且设计多凭经验设计，工作量大、周期长、设计图纸修改不便，设计的安全系数通常较大。随着计算机技术的广泛采用，设计过程中可应用计算机辅助进行产品设计、性能分析、模拟试验等，进一步的发展是将CAD技术与CAE（计算机辅助工程）技术和CAM（计算机辅助制造）技术等结合起来，实现CAD/CAE/CAM一体化。从而大大缩短了设计过程、提高了设计的准确性与可靠性，设计方案与图纸的修改和保存也非常便利，设计过程的发展趋势是设计自动化。

第1章绪论1.4工业自动化内容第1章（2）生产准备过程该过程包括：根据公司企业销售和市场信息部门提出的产品订货订单，考虑生产纲领、本厂设备及库存情况；编制材料、刀具、元器件、专用设备等需用、采购、外协加工委托计划；必要时，甚至包括专用生产基地厂房的建设等任务。在这些工作中相应地采用各种自动化技术与手段可提高效益、减少差错。

（3）工艺准备过程该过程包括：根据设计图纸、技术装备水平及产品批量等因素，选择加工设备；确定加工工艺及技术要求；设计零件制造、产品装配的工艺过程，编制材料明细表；确定工装模具、量具等的设计制造，准备外协加工件的验收方法及手段。在这些工作中，有些已经实现了相当程度的自动化，如工艺过程模拟及自动设计方面。

绪论1.4工业自动化内容第1章（4）加工过程自动化的加工过程包括：从大批量生产中采用的各种高效专用机床、组合机床、自动化生产线，到多品种、小批量生产中采用的数控机床、组合机床，直至近年来采用的成组技术和柔性加工系统。各种类型的调节器、控制器，特别是计算机，微型机的大量应用，加快了加工过程自动化速度。（5）检验试验过程在自动化单机、自动线等的工作过程中，出于保证产品质量、提高精度和为操作者提供安全保护等目的，往往需要进行自动测试。各种传感器的出现使原材料、毛坯、零部件等的性能、外形尺寸、特征，加工和装配的工位状况，设备工作状况，材料、零件的传送情况，产品性能等的检测试验都成为可能。各种各样的放大器、转换器、传送器显示记录装置促进了自动检测技术的发展，使得机械及材料加工工业的检测技术由过去的离线、被动、单参数、接触式逐步转向使用计算机的在线、主动、多参数、非接触式快速检测。绪论1.4工业自动化内容第1章（6）装配过程装配作业自动化包括零件供给、装配作业、装配成品、运送等方面的自动化。从装配作业来看，方向是研制高生产率的数控装配机、自动装配线，装配机器人；从整个生产过程来看，是如何将装配作业与CAM、零件后处理和自动化立体仓库相联接。（7）辅助生产过程该过程包括毛坯、原材料、工件、刀具、工夹具、废料等的处理、搬运、抓取、中间存贮、检修等，由于该过程的时间占生产时间的95%以上，费用占30%~40%，因此研制各种自动化物流装置得到各国普遍重视。各种悬挂输送、自动小车输送，高架立体仓库、机械手和工业机器人已广泛应用于各个领域。绪论1.4工业自动化内容第1章（8）生产管理过程生产管理包括车间或工厂的各种原材料、工具、存货的管理，生产调度，中长期规划，生产作业计划，产品订货与销售，市场预测与分析，财务管理，工资计算，人事管理等。生产管理自动化就是利用计算机技术按照订货或任务要求，通过各个管理子系统可及时、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，保证在规定的时间、人力和消耗限额（包括能源、资金、器材等）内完成生产任务。绪论1.4工业自动化内容综上所述，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，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。

第1章绪论1.4工业自动化内容1.5本课程的目标及主要内容（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。

第1章绪论思考题1、材料有哪些种类，常用的金属材料有哪几种？2、金属材料、非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，不同零部件（3-5个，塑料瓶、玻璃杯、铁郎头、空调壳、汽车发动机）的材料及其成形工艺，采用的主要设备。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。第1章绪论谢谢砂型铸造的主要工部

熔化浇注工部：准备金属液，将金属液浇入铸型中；

砂处理工部：旧砂处理回用、型砂的准备；

造型工部：制造铸型（砂型）；

制芯工部：制造砂芯；

落砂清理工部：将铸件与砂型（砂芯）分开，铸件清理等。

金属液态成形装备及自动化第2章2.5铸件落砂及清理自动化2.5.1铸件落砂

落砂就是待铸件冷却到一定温度后，将铸型破碎，使铸件从砂型中分离出来。落砂工序通常由落砂机完成。目前落砂机广泛采用振动落砂法,也用滚筒分离。振动落砂法是由周期振动的落砂栅床将铸型抛起，然后铸型又自由下落与栅床碰撞，经过反复撞击，砂型破坏，最终铸件和型砂分离。第2章金属液态成形装备及自动化振动落砂落砂滚筒图6-1单轴惯性振动落砂机结构简图图6-2双轴惯性振动落砂机结构简图1-弹簧2-栅床3-主轴4-偏心块5-铸型1-偏心块2-栅床3-弹簧1）双侧激振输送落砂机1—栅床2—振动电动机3—弹簧振动落砂机的结构简单、成本低等优点，但是噪音大，灰尘多，工作环境差。

第2章金属液态成形装备及自动化2.5.1

铸件落砂振动电机振动筛双振动电机驱动设备I振动输送振动提升双振动电机驱动设备II振动落砂振动紧实双振动电机驱动设备III2）振动式落砂滚筒的工作原理目前工业化国家比较广泛使用：a.普通式落砂滚筒b.振动式落砂滚筒c.机械手等。图2-64振动式落砂滚筒的工作原理1—工作部分2－增幅机构3－激振源4－振动电机第2章金属液态成形装备及自动化2.5.1

铸件落砂滚筒+振动3）落砂机械手图2-65机械手的动作示意图图2-66机械手的主从操纵方式示意图1，3—速度/位移传感器2—伺服电机

第2章金属液态成形装备及自动化2.5.1

铸件落砂2.5.2铸件清理抛丸清理是：利用高速旋转的叶轮将弹丸抛向铸件，靠弹丸的冲击打掉铸件表面粘砂和氧化皮。该清理方法效果好，生产率高，劳动强度低，自动化程度高，在生产中应用广泛。其缺点是抛射方向不能任意改变，灵活性差。喷丸清理是：利用压缩空气将弹丸喷射到铸件表面来实现的。喷枪的操作灵活，可清理复杂内腔和深孔的铸件；但生产效率低，工作环境恶劣，不易实现自动化，一般用于清理复杂铸件或作为抛丸清理的补充手段。第2章金属液态成形装备及自动化铸件清理包括表面清理和除去多余的金属两部分。前者是除去铸件表面的砂子和氧化皮；后者主要包括去除浇冒口、飞边毛刺等。铸件表面清理的常用方法有：抛丸清理、喷丸清理等。抛丸/喷丸原理:图6-12高速丸流的形成图6-13抛丸清理示意图1-氧化皮绣斑体2-塑性变形区3-弹性变形区图6-9喷丸器的工作原理抛丸生产线及抛丸设备(钢铁铸件)喷丸生产线及抛丸设备(有色铸件)常用清理装备的型式及其特点

第2章金属液态成形装备及自动化2.5.2铸件清理金属液态成形装备及自动化2.5.2铸件清理第2章2.6压力铸造装备及自动化2.6.1压铸机分类及结构压力铸造（简称压铸）是指在高压作用下，金属液以高速充填型腔并在压力作用下凝固获得铸件的成形方法。在铝合金、锌合金、镁合金铸件等生产上应用广泛。压铸机是压力铸造生产的最基本设备，一般分为热室压铸机和冷室压铸机两大类，而冷室压铸机按开合模及压射方向又分为卧式压铸机和立式压铸机两种。

第2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第2章（1）热室压铸机

1）它的压射室与坩锅连成一体，因压射室浸于液体金属中而得名，而压射机构则装在保温坩锅上方。第2章金属液态成形装备及自动化2.6.1压铸机分类及结构2.6.1压铸机分类及结构第2章金属液态成形装备及自动化2）热室压铸机的特点：热室压铸机的优点是生产工序简单，效率高；金属消耗少，工艺稳定；压射入型腔的金属液体干净，铸件质量好。压铸机的结构紧凑，易于实现自动化。但压射室、压射冲头长期浸泡在液体金属中，影响使用寿命。热室压铸机主要用于压铸镁、锌等低熔点合金的小型铸件。

第2章金属液态成形装备及自动化2.6.1压铸机分类及结构（2）冷室压铸机

1）冷室压铸机的压射室与保温炉是分开的，压铸时从保温坩锅中舀取液体金属倒入压铸机上的压射室后进行压射。图2-68立式压铸过程示意图1－压射冲头2—压射室3—金属液4—定模5—动模6—射嘴7—型腔8—反料冲头9—余料第2章金属液态成形装备及自动化2.6.1压铸机分类及结构（2）卧式冷式压铸第2章金属液态成形装备及自动化2.6.1压铸机分类及结构第2章金属液态成形装备及自动化2.6.1压铸机分类及结构2）卧式压铸机结构示意图图2-70卧式压铸机结构示意图1－固定螺母2—连接底板3—导杆4—连杆5—顶出液压缸6—顶杆7—动模板8—哥林柱9—定模板10—压射室11—压射冲头12—压射杆13—连轴器14—活塞杆15—压射液压缸16—压射连杆17—机座18—顶板19—T型槽20—滑动板21—连接销22—销套23—锁模机头24—合模液压缸第2章金属液态成形装备及自动化2.6.1压铸机分类及结构（3）压铸机的主要机构

主要由开合模机构、压射机构、顶出机构以及液压动力系统和控制系统等组成。1）开合模机构

图2-71曲肘合模机构示意图1—合模液压缸2—活塞3—连杆4—三角形铰链5—螺母6—力臂7—齿轮第2章金属液态成形装备及自动化2.6.1压铸机分类及结构2）压射机构

a.DDV（DirectDigitalValve）方式的调速压射装置

图2-72DDV控制压射原理图1—型腔2—压射室3—压射液压缸4—感应器5—导杆6—蓄能器7—直接数字阀第2章金属液态成形装备及自动化2.6.1压铸机分类及结构b.数字阀结构

图2-73DDV阀结构示意图

1—阀芯2—连杆3—零位传感器4—脉冲电机5—联轴器6—法兰7—阀座8—油腔图2-74电动阀结构示意图

1—节流口2—油腔3—阀芯4—驱动板第2章金属液态成形装备及自动化2.6.1压铸机分类及结构3）顶出机构

图2-75顶出机构原理示意图（c）机械式（a）液压缸固定液压式（b）液压缸移动液压式第2章金属液态成形装备及自动化2.6.1压铸机分类及结构2.6.2压铸机的液压及电气控制（自学）（1）自动浇注装置

最低液面123图2-77浇注机械手实例图1—压射室2—机械手3—熔化坩埚第2章金属液态成形装备及自动化2.6.3压铸生产自动化图2-78负压浇注示意图1—液体金属2—加热器3—填料4—压射室5—型腔6—真空通道7—真空过滤器8—真空泵9—真空切断阀10—动模11—定模12—升液管第2章金属液态成形装备及自动化2.6.3压铸生产自动化（2）自动取件装置

图2-79四连杆自动取件装置工作示意图a）原始位置b）沿固定轨迹伸入型内c）直线前移，夹住铸件d）直线后退，退出型外，放下铸件第2章金属液态成形装备及自动化2.6.3压铸生产自动化图2-80取件机械手结构及原理图1—齿条2—传动齿轮3—曲柄转轴4—副液压缸5—弹簧6—主液压缸7—油管8—座板9—滑架10—活塞杆11—支架12—曲柄13—连杆14—摇杆15—手臂16—手掌第2章金属液态成形装备及自动化2.6.3压铸生产自动化2.4.压力铸造技术的新发展

为了解决缺陷问题，目前国内外有两个途径：

一是，改进现有设备，特别是对三级压射机构的压射机，控制压射速度、压力，控制模内气体；二是，发展特殊压铸工艺，如真空压铸、充氧压铸、半固态压铸等。

（1）克服压铸件的主要缺陷：气孔和疏松。（2）提高压铸模具的寿命；（3）降低成本、提高设备的控制性能。2.6.4新型压铸机1）真空吸入式压铸机第2章金属液态成形装备及自动化2）真空压铸

（真空罩及分型面抽真空示意图）第2章金属液态成形装备及自动化2.6.4新型压铸机真空压铸的特点是：可消除或减少压铸件内部的气孔，压铸件强度高，表面质量好，还可以进行热处理；减少了压铸时型腔的反压力，可用小型压铸机生产较大、较薄的铸件；但真空压铸的密封结构复杂，制造及安装困难，控制不当、效果不明显。第2章金属液态成形装备及自动化2.6.4新型压铸机3）电磁给料压铸机第2章金属液态成形装备及自动化2.6.4新型压铸机（4）充氧压铸

充氧压铸是将干燥的氧气充入压室和压铸模型腔，以取代其中的空气和其它气体。当铝合金压入压室和压铸模腔时与氧气发生化合，生成三氧化二铝，形成均匀分布的三氧化二铝小颗粒（直径在1μm以下），从而减少或消除了气孔，提高了压铸件的致密性。这些小颗粒分散在压铸件约占总质量的0.1~0.2%，不影响机械加工。充氧压铸仅适用于铝合金。第2章金属液态成形装备及自动化2.6.4新型压铸机第2章金属液态成形装备及自动化2.6.4新型压铸机消除或减少了压铸件内部的气孔，强度提高10%、伸长率增加1.5~2倍，压铸件可进行热处理；Al2O3有防蚀作用，充氧压铸件可在200~300℃的环境下工作；与真空压铸相比，充氧压铸的结构简单、操作方便、投资少。第2章金属液态成形装备及自动化2.6.4新型压铸机第2章金属液态成形装备及自动化2.6.4新型压铸机2）德国富来冷室压铸机第2章金属液态成形装备及自动化2.6.4新型压铸机3）德国富来热室压铸机第2章金属液态成形装备及自动化2.6.4新型压铸机4）深圳力劲压铸机第2章金属液态成形装备及自动化2.6.4新型压铸机第2章金属液态成形装备及自动化2.6.5典型压铸件2.6.5典型压铸件金属液态成形装备及自动化第2章2.6.5典型压铸件第2章金属液态成形装备及自动化第2章金属液态成形装备及自动化2.6.5典型压铸件本讲思考题1、常用铸件落砂的方法及特点2、常用铸件清理的方法及特点3、压铸机的种类、工作原理及结构特点4、为什么要实施真空压铸，真空压铸的特点是什么？第2章金属液态成形装备及自动化内容回顾2.1概述2.2金属熔化及浇注装备2.3砂处理装备及自动检测系统

2.4造型设备及自动化生产线2.5铸件落砂及清理自动化

2.6压力铸造装备及自动化2.7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2.9半固态铸造成形装备第2章金属液态成形装备及自动化2.7低压铸造装备及自动化2.7.1低压铸造机的类型及构造

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0.02~0.06MPa），故称之为低压铸造。低压铸造装备一般由保温炉及其附属装置、模具开合机构、气压系统和控制系统组成。按模具与保温炉的连接方式，可分为顶置式低压铸造机和侧置式低压铸造机。

(压力铸造:

高速,高压,通常金属铸型)第2章金属液态成形装备及自动化特点：结构简单，制造容易，操作方便；但生产效率较低，因保温炉上只能放置一付模具，操作均在炉上进行，故一个周期内，保温炉一半时间空闲。其次，下模受保温炉炉盖的热辐射影响，冷却缓慢，使铸件凝固时间延长；且下模不能设置顶杆装置，给模具设计增加不便。此外，保温炉的密封、保养和合金处理均不方便。

1-坩埚；2-升液管；3-金属液；4-进气管；5-密封盖；6-浇道；7-型腔；8-铸型1）顶置式低压铸造机第2章金属液态成形装备及自动化2.7.1

低压铸造机的类型及构造2）侧置式低压铸造机特点：将铸型置于保温炉的侧面，铸型和保温炉由升液管联结。一台保温炉上同时可为两付以上的模型提供金属液，生产效率提高。装料、扒渣和合金液处理都较方便；铸型的受热条件得到改善。但侧置式机器结构复杂，应用受限制。

1-坩埚；2-升液管；3-金属液；4-进气管；5-密封盖；6-浇道；7-型腔；8-铸型第2章金属液态成形装备及自动化2.7.1

低压铸造机的类型及构造3）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。

图2-83电阻式坩埚炉（用于顶置式）1—炉体2—排铝孔3—炉壳4—电阻元件5—铸铁坩锅6—升液管7—密封盖第2章金属液态成形装备及自动化2.7.1

低压铸造机的类型及构造低压铸造第2章金属液态成形装备及自动化2.7.1

低压铸造机的类型及构造2.7.2低压铸造的自动加压控制系统

1）气体加压原理图图2-84气体加压原理图主要控制：气体的压力、流量。第2章金属液态成形装备及自动化2）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为：式中：d(i)/dt-气体升压速度；

-第i段压差值；ρ-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，由实验确定；G-重力加速度。图2-85液面加压工艺曲线第2章金属液态成形装备及自动化2.7.1

低压铸造机的类型及构造3)低压铸造计算机控制原理

图2-86计算机控制的低压铸造生产过程示意图图2-87低压铸造计算机控制原理图低低计算机控制系统采用实时控制，对整个生产工艺过程进行闭环控制。为了便于编制程序和简化起见，采用块程序结构形式，即每一块程序完成一个特定的功能。程序之间的联系有跳转、调用和建立公用参数区三种方式。该系统的主控制程序包括引导工作程序、开关量状态检测程序和中断服务程序等。

第2章金属液态成形装备及自动化2.7.2低压铸造的自动加压控制系统

4）低压铸造举例：第2章金属液态成形装备及自动化2.7.2低压铸造的自动加压控制系统

2.7.2低压铸造的自动加压控制系统

第2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第2章2.7.2低压铸造的自动加压控制系统

2.8消失模精密铸造装备及生产线（1）基本原理：它采用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，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，金属液取代原来泡沫塑料模样占据的空间位置，冷却凝固后即获得所需的铸件。（2）主要装备包括：泡沫塑料模样的成形加工装备，造型装备及型砂处理装备，涂料的制备及烘干装备。第2章金属液态成形装备及自动化3)典型的消失模铸造零件第2章金属液态成形装备及自动化2.8消失模精密铸造装备及生产线2.8.1

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

1）工艺流程图2-89间隙式蒸汽预发泡工艺流程a)称量(b)加料(c)预发泡(d)卸料1－称量传感器2－原珠粒3－光电管4－蒸汽第2章金属液态成形装备及自动化2）间歇式蒸汽预发泡机

该设备的关键是：1）蒸汽进入不宜过于集中，压力和流量不能过大，以免造成结块、发泡不均，甚至部分珠粒因过度预发而破坏；2）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10%左右，因此卸料后必须经过干燥处理。这种预发泡不是通过时间而是通过预发泡的容积定量（即珠粒的预发泡密度定量）来控制预发泡质量，控制方便、效果良好。

第2章金属液态成形装备及自动化2.8.1

泡沫塑料模样的成形装备（2）成形发泡机

1）简易型成形机(a)立式成形机(b)卧式成形机图2－91成形机示意图1.固定工作台2.定模3.动模4.移动工作台5.导杆6.液压缸a.加入预发珠粒；b.通入蒸汽发泡成形；c.通水冷却定形；d.开模取件。第2章金属液态成形装备及自动化2.8.1

泡沫塑料模样的成形装备主要装备有：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、浇注设备等。其中关键设备是：振动紧实台。（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。

图2-94三维振动紧实台结构示意图1—砂箱2—夹紧装置3－振动台体4—振动电机5—空气弹簧6—底座图2-93一维振动紧实台结构示意图1—砂箱2—振动台体3—振动电机4—橡胶弹簧5—高度限位杆6－空气弹簧7—底座第2章金属液态成形装备及自动化2.8.2造型装备及生产线一种三维振动紧实台的照片第2章金属液态成形装备及自动化2.8.2造型装备及生产线（2）双电机振动紧实

双电机驱动、可产生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0.3～0.5mm；振动加速度9.8～11.76m/s2。图2-95双电机振动台工作原理图第2章金属液态成形装备及自动化2.8.2造型装备及生产线2).双电机振动模型

双电机反向转动双电机同向转动单电机转动

第2章金属液态成形装备及自动化2.8.2造型装备及生产线（3）消失模铸造生产线

1）年产1500t铸件消失模铸造生产线的黑区平面布置简图图2-98消失模自动化生产线布置图1—风力输送器2—砂冷却装置3—翻转式落砂机4—砂箱及辊道5，7—振动台6，8—砂斗9—浇注10—除尘器11—真空系统第2章金属液态成形装备及自动化2.8.2造型装备及生产线2）年产1500t铸件消失模铸造生产线的三维视图

第2章金属液态成形装备及自动化2.8.2造型装备及生产线2.9半固态铸造成形装备（1）原理：半固态铸造成形是在液态金属凝固的过程中进行强烈的搅动，使普通铸造凝固易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而形成分散的颗粒状组织形态，从而制得半固态金属液，然后将其铸成坯料或压成铸件。

第2章金属液态成形装备及自动化汽车零件在汽车产品方面的应用第2章金属液态成形装备及自动化2.9半固态铸造成形装备汽车零件（二）第2章金属液态成形装备及自动化2.9半固态铸造成形装备壳体及框架在电子产品方面的应用第2章金属液态成形装备及自动化2.9半固态铸造成形装备壳体及框架第2章金属液态成形装备及自动化2.9半固态铸造成形装备流变铸造触变铸造第2章金属液态成形装备及自动化2.9.1

半固态铸造的基本原理（2）半固态铸造方法及主要装备

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：半固态浆料制备装备、半固态成形装备、辅助装置等。1）流变铸造将从液相到固相冷却过程中的金属液进行强烈搅动，在一定的固相分数下将半固态金属浆料