材料成型及控制工程與自動化技術(shù)的應(yīng)用

1、材料成型及控制工程與自動化技術(shù)的應(yīng)用材料成型及控制工程有四個方向：焊接、鑄造、熱處理、鍛壓。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā) 展材料成型也變得越來越機(jī)械化和自動化。當(dāng)今制造技術(shù)的主要發(fā)展趨勢是：制造技術(shù) 向著自動化、集成化和智能化的方向發(fā)展。焊接：近20年來，隨著數(shù)字化，自動化，計(jì)算機(jī)，機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，以及對 焊接質(zhì)量的高度重視，自動焊接已發(fā)展成為一種先進(jìn)的制造技術(shù)，自動焊接設(shè)備在各工 業(yè)的應(yīng)用中所發(fā)揮的作用越來越大，應(yīng)用范圍正在迅速擴(kuò)大。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，焊接 生產(chǎn)過程的機(jī)械化和自動化是焊接機(jī)構(gòu)制造工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢。焊接采用加熱 和加壓或其他方法使熱塑性塑料制品的兩個或多個表面熔合成為一個整體的

2、方法。自動 化采用具有自動控制，能自動調(diào)節(jié)、檢測、加工的機(jī)器設(shè)備、儀表，按規(guī)定的程序或指 令自動進(jìn)行作業(yè)的技術(shù)措施。其目的在于增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低成本和勞動強(qiáng)度、 保障生產(chǎn)安全等。自動化程度已成為衡量現(xiàn)代國家科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志 之一?，F(xiàn)代自動化技術(shù)主要依靠計(jì)算機(jī)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。焊接生產(chǎn)自動化是焊接結(jié)構(gòu)生 產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的方向。現(xiàn)代焊接自動化技術(shù)將在高性能的微機(jī)波控焊接電源基礎(chǔ)上發(fā)展智 能化焊接設(shè)備，在現(xiàn)有的焊接機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展柔性焊接工作站和焊接生產(chǎn)線，最終實(shí) 現(xiàn)焊接計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS。在焊接設(shè)備中發(fā)展應(yīng)用微機(jī)自動化控制技術(shù)，如數(shù)控焊接電源、智能焊機(jī)、全自動 專用焊機(jī)和柔

3、性焊接機(jī)器人工作站。微機(jī)控制系統(tǒng)在各種自動焊接與切割設(shè)備中的作用 不僅是控制各項(xiàng)焊接參數(shù)，而且必須能夠自動協(xié)調(diào)成套焊接設(shè)備各組成部分的動作，實(shí) 現(xiàn)無人操作，即實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)數(shù)控化、自動化與智能化。微機(jī)控制焊接電源已成為自動 化專用焊機(jī)的主體和智能焊接設(shè)備的基礎(chǔ)。如微機(jī)控制的晶閘管弧焊電源、晶體管弧焊 電源、逆變弧焊電源、多功能弧焊電源、脈沖弧焊電源等。微機(jī)控制的IGBT式逆變焊 接電源，是實(shí)現(xiàn)智能化控制的理想設(shè)備。數(shù)控式的專用焊機(jī)大多為自動 TIG焊機(jī)，如全 自動管/管TIG焊機(jī)、全自動管/板TIG焊機(jī)、自動TIG焊接機(jī)床等。在焊接生產(chǎn)中經(jīng)常 需要根據(jù)焊件特點(diǎn)設(shè)計(jì)與制造自動化的焊接工藝裝備，如焊

4、接機(jī)床、焊接中心、焊接生 產(chǎn)線等自制的成套焊接設(shè)備，大多可采用通用的焊接電源、自動焊機(jī)頭、送絲機(jī)構(gòu)、焊 車等設(shè)備組合，并由一個可編程的微機(jī)控制系統(tǒng)將其統(tǒng)一協(xié)調(diào)成一個整體。鑄造：熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀、尺寸、 成分、組織和性能鑄件的成形方法。鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已 有約6000年的歷史。中國約在公元前1700前1000年之間已進(jìn)入青銅鑄件的全盛期， 工藝上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。鑄造是指將室溫中為液態(tài)但不久后將固化的物質(zhì)倒入特定 形狀的鑄模待其凝固成形的加工方式。被鑄物質(zhì)多為原為固態(tài)但加熱至液態(tài)的金屬（例: 銅、鐵、鋁、錫、鉛等），而鑄模的

5、材料可以是沙、金屬甚至陶瓷。因應(yīng)不同要求，使用 的方法也會有所不同。隨著科技技術(shù)的發(fā)展國內(nèi)的鑄造技術(shù)也飛速發(fā)展近年開發(fā)推廣了 一些先進(jìn)熔煉設(shè)備，提高了金屬液溫度和綜合質(zhì)量，開始引進(jìn) AOD、VOD等精煉設(shè)備 和技術(shù)，提高了高級合金鑄鋼的內(nèi)在質(zhì)量。直讀光譜儀和熱分析儀，爐前有效控制了金 屬液成分，采用超聲波等檢測方法控制鑄件質(zhì)量。一些大中型鑄造企業(yè)開始在熔煉方面 用計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制金屬液成分、溫度及生產(chǎn)率等。成都科技大學(xué)研制成砂處理在線控 制系統(tǒng)，清華大學(xué)等開發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助砂型控制系統(tǒng)軟件，華中科技大學(xué)成功開發(fā)商品 化鑄造CAE軟件。鑄造業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展快速，部分鑄造企業(yè)網(wǎng)上電子商務(wù)活動活躍，如一

6、些鑄造模具廠實(shí)現(xiàn)了異地設(shè)計(jì)和遠(yuǎn)程制造。鑄造專家系統(tǒng)研究雖然起步晚，但進(jìn)步快。先后推出了型砂質(zhì)量管理專家系統(tǒng)、鑄 造缺陷分析專家系統(tǒng)、自硬砂質(zhì)量分析專家系統(tǒng)、壓鑄工藝參數(shù)設(shè)計(jì)及缺陷診斷專家系 統(tǒng)等。機(jī)械手、機(jī)器人在落砂、鑄件清理、壓鑄及熔模鑄造生產(chǎn)中開始應(yīng)用。精確成形 技術(shù)和近精確成形技術(shù)，大力發(fā)展可視化鑄造技術(shù)，推動鑄造過程數(shù)值模擬技術(shù)CAE向 集成、虛擬、智能、實(shí)用化發(fā)展；基于特征化造型的鑄造CAD系統(tǒng)將是鑄造企業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn) 代化生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和前提，新一代鑄造CAD系統(tǒng)應(yīng)是一個集模擬分析、專家系統(tǒng)、 人工智能于一體的集成化系統(tǒng)。采用模塊化體系和統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，且與 CAM/ CAPP?ERP

7、 / RPM等無縫集成；促使鑄造工裝的現(xiàn)代化水平進(jìn)一步提高，全面展開CAD /CAM /CAE /RPM、反求工程、并行工程、遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)與制造、計(jì)算機(jī)檢測與控制系統(tǒng) 的集成化、智能化與在線運(yùn)行，催發(fā)傳統(tǒng)鑄造業(yè)的革命性進(jìn)步。鍛壓是鍛造和沖壓的合稱，是利用鍛壓機(jī)械的錘頭、砧塊、沖頭或通過模具對坯料 施加壓力，使之產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的制件的成形加工方法?！板憠骸?作為金屬加工的主要方法和手段之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，是裝備制造 業(yè)，特別是機(jī)械、汽車行業(yè)，以及軍工、航空航天工業(yè)中的不可或缺的主要加工工藝。 隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的不斷深化，作為支柱產(chǎn)業(yè)的汽車制造業(yè)的大發(fā)展，為我國

8、的鍛壓行 業(yè)發(fā)展?fàn)I造了一個非常好的機(jī)會。近幾年在設(shè)備制造技術(shù)和加工技術(shù)上都取得很大的進(jìn) 展，行業(yè)的競爭力得到提升，某些技術(shù)水平已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。但隨著中國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，國產(chǎn)鍛造設(shè)備存在的不足日益凸顯。其中，擁有 中國自己產(chǎn)權(quán)的通用鍛壓設(shè)備多處于較低的水平，目前鍛壓設(shè)備發(fā)展趨勢是集機(jī)械、電 子、液壓、氣動及檢測等方面的最新技術(shù)于一體，自動化程度高、換?？焖?、工作可靠、 噪聲低、防護(hù)完善、精度高。近年來又發(fā)展了數(shù)控系統(tǒng)，能和電子計(jì)算機(jī)、工業(yè)機(jī)器人、 自動換模系統(tǒng)及自動倉庫等相結(jié)合，構(gòu)成多種系列的柔性制造單元（FMC）和柔性制造 系統(tǒng)（FMS），并向電子計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的方向逼

9、近。金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持 一定時間后，又以不同速度在不同的介質(zhì)中冷卻，通過改變金屬材料表面或內(nèi)部的顯微 組織結(jié)構(gòu)來控制其性能的一種工藝。在熱處理過程中對溫度的檢測和記錄非常的重要， 溫度控制的不好對產(chǎn)品的影響十分的大，所以溫度的檢測十分的重要，在整個過程的溫 度的變化趨勢也顯得十分的重要，導(dǎo)致在熱處理的過程中必須對溫度的變化進(jìn)行記錄， 可以方便以后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，也可以查看到底是哪段時間溫度沒有達(dá)到要求。這樣對以 后的熱處理進(jìn)行改進(jìn)起到非常大的作用實(shí)現(xiàn)一定程度上的自動化。日前，中鋼邢機(jī)通過對熱處理爐群的自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，在所屬異型公

10、司成功完成單臺爐體單機(jī)控制向整個爐群單機(jī)管控的“集中化”轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)企業(yè)爐群自 動化控制的新突破?！凹谢惫芸鼐褪怯蓡闻_主機(jī)整體集中完成整個爐群的自動化控 制工作，通過建立熱處理爐群自動化控制的獨(dú)立整體管控網(wǎng)絡(luò)，改變每臺熱處理爐都有 一臺主機(jī)主控的傳統(tǒng)模式。企業(yè)探索實(shí)施“熱處理爐群控制集中化管理”，最初是基于對 企業(yè)擴(kuò)能上量后熱處理爐數(shù)量增多、生產(chǎn)用電不易調(diào)配問題的解決。經(jīng)過在異型公司試 點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際改造實(shí)施后，使熱處理爐群能夠結(jié)合排產(chǎn)計(jì)劃，對照峰谷用電時間段，實(shí)現(xiàn) 對每臺熱處理爐作業(yè)的自動程序化科學(xué)調(diào)控，從而大大降低了作業(yè)用電成本。同時使企 業(yè)設(shè)備管理更趨便捷科學(xué)，運(yùn)行效率明顯提升，目前每班只

11、需2人即可完成17臺熱處理 爐的日常作業(yè)管理。為了使工件在生產(chǎn)線上自如地完成整個所要求的熱處理工藝過程， 被特定設(shè)計(jì)的連續(xù)爐相互連接溝通。爐膛內(nèi)可多方位貫通，并可使工件料筐90 r角轉(zhuǎn)入 下道加熱區(qū)或過渡保溫箱，經(jīng)傳送抵達(dá)下一工序或進(jìn)入冷卻室冷卻。這種爐體結(jié)構(gòu)和傳 送裝置都具有相當(dāng)高的水平。以可控氣氛箱式爐為例，為滿足滲碳、碳氮共滲、氮碳共 滲、淬火或光亮淬火、等溫淬火等熱處理工藝的實(shí)施，料盤和料架上的工件以冷鏈驅(qū)動 的方式自動送入、通過和送出爐膛，在各自的爐子中完成所要求的工藝。箱式爐與相應(yīng) 的計(jì)算機(jī)輔助測量、控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)連用，形成各個獨(dú)立的模塊單元，易于相互連接， 構(gòu)成完善、靈活、組合式

12、自動熱處理系統(tǒng)。電子計(jì)算機(jī)在熱處理中的應(yīng)用，包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)（CAM）、 計(jì)算機(jī)輔助選材（CAMS）、熱處理事務(wù)辦公自動化（OA）、熱處理數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)等，它 為熱處理工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)、工藝過程的自動控制、質(zhì)量檢測與統(tǒng)計(jì)分析等，提供了先進(jìn) 的工具和手段。計(jì)算機(jī)在熱處理中的應(yīng)用，最初主要用于熱處理工藝程序和工藝參數(shù)（溫 度、時間、氣氛、壓力、流量等）的控制，現(xiàn)在也用于熱處理設(shè)備、生產(chǎn)線和熱處理車間 的自動控制和生產(chǎn)管理，還有的用計(jì)算機(jī)進(jìn)行熱處理工藝、熱處理設(shè)備、熱處理車間設(shè) 計(jì)中的各種計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)。在熱處理中引入計(jì)算機(jī)，可實(shí)現(xiàn)熱處理生產(chǎn)的自動化，保 證熱處理工藝的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量的再現(xiàn)性，并使熱處理設(shè)備向高效、低成本、柔性化 和智能化的方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)在熱處理中的應(yīng)用國外已十分普遍，例如，日本一家摩托 車廠的熱處理車間，有連續(xù)式滲碳爐、周期式滲碳爐、連續(xù)軟氮化爐等共37臺設(shè)備，從 開始送料，到最終產(chǎn)品檢驗(yàn)，全部由計(jì)算機(jī)控制，每班只需要三個人操作，一人在計(jì)算 機(jī)室內(nèi)負(fù)責(zé)全部生產(chǎn)、技術(shù)和質(zhì)量管理，一人在現(xiàn)場巡回檢查，一人負(fù)責(zé)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)， 生產(chǎn)效率極高。我國在熱處理行業(yè)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)還是近十多年的事情，目前國內(nèi)研制生 產(chǎn)的熱處設(shè)備已越來越多地引入了微機(jī)控