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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EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院2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）EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院3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EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院41.1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EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院51.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）：linghj@mail.hust.edu.cn13659812522EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院6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EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院7①压力铸造装备及过程控制实验②SLS快速成形装备及其自动控制实验③焊接机器人自动焊接过程控制实验实验课程内容EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院83.本课程的目的、意义及重点①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；②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；③“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；④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；⑤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。EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院94.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。EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院10①平时成绩20~30％：到课情况、课堂作业、课外作业、听课纪律等；②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EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院11材料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1.2材料的分类及其成形装备概述EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院12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。1.材料的分类EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院131.材料的分类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。如下表：EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院14结构材料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1.材料的分类EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院15金属成形方法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锻造激光焊接计算机集成制造数控加工技术微细加工技术特点：专业分工不明确金属液态成形金属塑性成形金属连接成形2.材料的成形方法分类及装备概述EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院16常见的金属材料热加工成形的主要装备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EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院17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B.塑性成形EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院18C.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EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院19D.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E.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F.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EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院20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；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。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装备在材料成形加工中的作用EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院213）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EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院221.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。1.4工业自动化的含义EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院232)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；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。EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院24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生产过程中的三大环节及八个主要过程2.工业生产过程EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院25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。3.工业自动化内容EAMP材料成形装备及自动化华中科技大学材料学院261.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