材料成形裝備及自動化_第一章 緒論

1、材料成形裝備及自動化材料成形裝備及自動化 Equipment and Automation of Materials Process 2目 錄 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)自動化的含義工業(yè)自動化的含義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 4 本課程是機(jī)械大類平臺課程下，材料成型及控制工程專業(yè)的專業(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化 (4)模具CAD/CAM 講課時數(shù): 28、實(shí)驗(yàn)時

2、數(shù): 4 教材材料成形裝備及自動化 樊自田主編，機(jī)械工業(yè)出版社 53. 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化方面的知識是對大學(xué)生的必然要求；“材料成形及控制工程”專業(yè)的知識內(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化為重點(diǎn)；本課程內(nèi)容既涉及到了傳統(tǒng)材

3、料成形加工方法的裝備及其自動化容，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。 64. 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、工程測試技術(shù)基礎(chǔ)、工程控制基礎(chǔ)、液壓傳動與氣壓傳動、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，而對其中的次要設(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、

4、控制方法等。 7平時成績30：到課情況、課堂作業(yè)、課外作業(yè)、聽課紀(jì)律等；考試成績70初定：開卷考試5. 本課程的考核方式本課程的考核方式 81.2 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 91. 材料的分類材料的分類 101. 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：“由兩個或兩個以上獨(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”

5、。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： 111. 材料的分類材料的分類 12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成形方法分類及裝備概述 13A、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)、振動緊實(shí)臺、熱干砂冷卻系統(tǒng)

6、、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)態(tài)金屬成形金屬成形 裝備特點(diǎn)：裝備特點(diǎn)： 必須有必須有 模、型模、型 14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 外外 力力B. 塑性成形塑性成形 15C. 焊焊機(jī)機(jī)電電子子束束焊：焊：電電子子束束焊焊機(jī)機(jī)激激光光焊：焊：激激光光焊焊機(jī)機(jī)等等離離子子弧弧焊：焊：等等離離子子弧弧焊焊機(jī)機(jī)2）壓壓

7、焊：焊：電電阻阻焊：焊：電電阻阻點(diǎn)點(diǎn)焊焊機(jī)機(jī)和和電電阻阻縫縫焊焊機(jī)機(jī)摩摩擦擦焊：焊：摩摩擦擦焊焊機(jī)機(jī)3）釬釬焊：焊：釬釬焊焊設(shè)設(shè)備備焊接的本質(zhì)特點(diǎn)： 液 態(tài) 金屬 局部成形 裝備特點(diǎn)： 必須有 局部高溫源局部高溫源 16D. 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)

8、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 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)電一體化機(jī)電一體化 17 社會的進(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、降低了工人的勞動強(qiáng)度； 以自動化壓鑄機(jī)為例，每小時可壓鑄60-180次，最高可達(dá)500次2）提高了產(chǎn)品質(zhì)量

9、與精度，降低了原材料消耗；自動化生產(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 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 183）縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)至實(shí)際投產(chǎn)時間；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)、評價、修改、制造等過程形成了一個整體的閉環(huán)系統(tǒng)，大大縮短了新產(chǎn)品的研制時間和用。4）減少制品的庫存；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理自動化，可及時、準(zhǔn)確地處理大量數(shù)據(jù)，對器件、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)備的使用，生產(chǎn)廢料（廢渣、廢氣、

10、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)和對環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展 191. 工業(yè)自動化的定義及組成1) 工業(yè)自動化是指： 將多臺設(shè)備（或多個工序）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)各臺設(shè)備（或各工序）的動作，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)自動化的含義工業(yè)自動化的含義 202) 工業(yè)自動化系統(tǒng)一般由如下部分組成u自動機(jī)床；u物料自動搬運(yùn)系統(tǒng)；u自動裝配機(jī)；u流水生產(chǎn)線；u信號檢測數(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)。 2

11、1表表1-2 生產(chǎn)過程中的三大環(huán)節(jié)及八個主要過程生產(chǎn)過程中的三大環(huán)節(jié)及八個主要過程 22綜上所述，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化所研究的內(nèi)容主要有兩個方面：1）對上述各個過程，實(shí)現(xiàn)不同程度自動化時的各種方法和手段；2）對上述幾個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)模的自動線、自動化車間或自動化工廠。 實(shí)際上由物質(zhì)流和信息流兩個主要部分組成：1）物質(zhì)流是指物質(zhì)的流動和處理，包括原材料、毛坯、工夾具、模具、半成品、成品、廢料、能源的流動、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）的流動和處理。 231. 學(xué)習(xí)材料成形主要裝備的結(jié)構(gòu)原理及其自動化控制

12、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化為重點(diǎn)，使學(xué)生獲得必要的裝備及自動方面的基本知識，了解材料成形裝備及自動化技術(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)生對材料成形加工設(shè)備與自動化技術(shù)的興

13、趣及感性認(rèn)識，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 241、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)自動化的定義、組成及主要內(nèi)容。 25 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。 26司母戊鼎司母戊鼎1.33米1.1米 重832.84Kg每個坩堝(用來熔化金屬的器皿)能冶煉銅12.5千克，鑄造該鼎需要70多個坩堝。 27酒酒器器盥（盥（gun)水器水器樂器樂器銅鏡銅鏡 28食器食器兵器兵器農(nóng)具農(nóng)具 29四羊方尊蕉葉形蕉葉形紋理清晰紋理清晰四只大卷角羊四只大卷角羊羊的前腿羊的前腿司母戊鼎司母戊鼎 30 學(xué)者們認(rèn)為三學(xué)者們認(rèn)為三星堆文化距今約三星堆文化距