材料成形裝備與自動化-第一章緒論

材料成形裝備與自動化_第一章緒論第一頁，共37頁。第一章

緒

論（2學時）

第二章金屬液態(tài)成形裝備及自動化（10學時）

第三章

金屬塑性成形裝備及自動化（8學時）

第四章

金屬連接成形裝備及自動化（10學時）

第五章

高分子材料成形設(shè)備及自動化（2學時）

第六章

快速成形裝備及控制（8學時）第七章

其它材料成形裝備（2學時）第八章熱處理工業(yè)爐及其控制（2學時）第九章材料加工中的環(huán)境保護裝備（2學時）總結(jié)復習（2學時）

第二頁，共37頁。1.1課程簡介1.2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1.4工業(yè)自動化的含義1.5本課程的目標及主要內(nèi)容第三頁，共37頁。

本課程是機械大類平臺課程下，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、實驗時數(shù):4＊教材《材料成形裝備及自動化》

樊自田主編，機械工業(yè)出版社第四頁，共37頁。裝備是國民經(jīng)濟的基礎(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)濟發(fā)展的必然趨勢；材料成形裝備的進展是材料成形工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主要標志之一，“材料成形及控制工程”專業(yè)的大學生，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；本課程內(nèi)容既涉及到了傳統(tǒng)材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、綠色加工成形技術(shù)的裝備。第五頁，共37頁。1)本課程的基礎(chǔ)課程：

《機械零件與機械設(shè)計》、《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，本課程將重點或詳細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，通過本課程學習，要求重點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、應(yīng)用范圍、控制方法等。第六頁，共37頁。平時成績30％：到課情況、課堂作業(yè)、課外作業(yè)、聽課紀律等；考試成績70％

初定：開卷考試第七頁，共37頁。材料石器時代物質(zhì)基礎(chǔ)人類發(fā)展史的里程碑銅器時代鐵器時代衣食住行約8000年5000年前3000年前第八頁，共37頁。金屬材料

金屬間化合物傳統(tǒng)金屬材料新型金屬材料

金屬玻璃金屬基復合材料鋼鐵銅鋅鋁鎂鈦鎳

最重要的工程結(jié)構(gòu)材料廠房、橋梁、機械、工具

最重要的輕合金材料

最重要的高溫合金材料黑色金屬有色金屬最重要的耐磨材料納米晶粒金屬先進復合材料中的一個重要領(lǐng)域。優(yōu)點：高強度、高彈性模量和低膨脹系數(shù)外、優(yōu)良的韌性，抗沖擊，抗熱振，對表面缺陷沒有樹脂基復合材料敏感，耐熱性高，橫向力學性能好，不燃燒，不吸潮，導電和導熱性好，耐輻射，以及高真空環(huán)境穩(wěn)定等新型材料或稱先進材料，是指那些新近開發(fā)或正在開發(fā)的具有優(yōu)異性能和特殊用途的材料。它是發(fā)展高新技術(shù)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

第九頁，共37頁。金屬材料：鋼鐵、銅合金、鋁合金、鎂合金等有機高分子材料：塑料、樹脂、橡膠等。無機非金屬材料：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。復合材料：“由兩個或兩個以上獨立的物理相，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”。復合材料的組成分為兩大部分：基體與增強材料。材料還可以根據(jù)其性能特征、用途、狀態(tài)等分類。如下表：第十頁，共37頁。結(jié)構(gòu)材料材料的分類功能材料特種材料力學性能（建筑、機器等）物理、化學性能（防腐、導電、導磁、導熱）裝飾、貨幣第十一頁，共37頁。金屬成形方法傳統(tǒng)金屬加工技術(shù)先進金屬加工技術(shù)機械冷加工機械熱加工鑄造焊接鍛造切削加工材料加工工程機械制造工程快速成形技術(shù)噴射成形技術(shù)快速凝固技術(shù)激光加工技術(shù)精確鑄造精密鍛造激光焊接計算機集成制造數(shù)控加工技術(shù)微細加工技術(shù)特點：專業(yè)分工不明確金屬液態(tài)成形金屬塑性成形金屬連接成形第十二頁，共37頁。A、鑄造成形1）重力作用下的鑄造

砂型鑄造：各類造型機、制芯機、鑄型輸送機及輔助裝備、落砂機砂處理設(shè)備、清理設(shè)備等金屬型鑄造：金屬型鑄造機熔模鑄造：壓蠟機、結(jié)殼生產(chǎn)線、焙燒爐等

消失模鑄造：模樣成形機、振動緊實臺、熱干砂冷卻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)等2）外力作用下的鑄造

離心鑄造：離心鑄造機

壓力鑄造：冷室壓鑄機、熱室壓鑄機

低壓鑄造：低壓鑄造機

擠壓鑄造：擠壓鑄造機鑄造的本質(zhì)特點：

液態(tài)金屬成形裝備特點：必須有模、型第十三頁，共37頁。軋制：各類軋機擠壓：各類壓力機拉拔：各類拉拔（或拉力）機自由鍛：各類鍛錘模鍛：各類鍛錘或壓力機板料沖壓：各類壓力機鍛造的本質(zhì)特點：金屬塑性成形裝備特點：必須有外力第十四頁，共37頁。1）熔焊：電弧焊：各類弧焊機電渣焊：電渣焊機電子束焊：電子束焊機激光焊：激光焊機等離子弧焊：等離子弧焊機2）壓焊：電阻焊：電阻點焊機和電阻縫焊機摩擦焊：摩擦焊機3）釬焊：釬焊設(shè)備焊接的本質(zhì)特點：

液態(tài)金屬局部成形裝備特點：必須有局部高溫源第十五頁，共37頁。D.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、注射機等。

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(SLA---StereoLithographyApparatus)2)分層物體制造(LOM----LaminatedObjectManufacturing)3)選擇性激光燒結(jié)(SLS---SelectiveLaserSintering)4)熔絲沉積制造(FDM----FusedDepositionModeling)5)粉末材料選擇性粘結(jié)(TDP---ThreeDimensionalPrinting)等快速成形的本質(zhì)特點：

增長成形裝備特點：必須有機電一體化第十六頁，共37頁。

社會的進步: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度；以自動化壓鑄機為例，每小時可壓鑄60-180次，最高可達500次2）提高了產(chǎn)品質(zhì)量與精度，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法國70年代投產(chǎn)的650MN大型模鍛壓機我國的8萬噸壓機(圖紙)第十七頁，共37頁。3）縮短了產(chǎn)品設(shè)計至實際投產(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、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；實現(xiàn)生產(chǎn)管理自動化，可及時、準確地處理大量數(shù)據(jù)，對器件、設(shè)備、人力、技術(shù)資料進行組織、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、廢水等）再生回用（或無害處理），可大大減少了生產(chǎn)資源浪費和對環(huán)境的污染，實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展第十八頁，共37頁。1.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）組合成有機的聯(lián)合體，用各種控制裝置和執(zhí)行機構(gòu)進行控制，協(xié)調(diào)各臺設(shè)備（或各工序）的動作，校正誤差、檢驗質(zhì)量，使生產(chǎn)全過程按照人們的要求自動實現(xiàn)，并盡量減少人為的操作與干預。第十九頁，共37頁。自動機床；物料自動搬運系統(tǒng)；自動裝配機；流水生產(chǎn)線；信號檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；計算機過程控制系統(tǒng)；支持制造活動用來收集數(shù)據(jù)、進行規(guī)劃和做出決策的計算機控制系統(tǒng)。第二十頁，共37頁。環(huán)節(jié)主要過程功能作用設(shè)計設(shè)計過程產(chǎn)品設(shè)計CAD/CAM、工裝模具設(shè)計、專用加工設(shè)備設(shè)計等

制造

生產(chǎn)準備過程原材料準備、采購及外協(xié)加工委托計劃等工藝準備過程工藝圖紙準備、加工設(shè)備選擇、工裝模具制造等加工過程冷加工（切削加工）、熱加工（鑄、鍛、焊等）、各類生產(chǎn)線等檢驗試驗過程加工過程中工藝參數(shù)的自動檢測、加工后產(chǎn)品的性能檢測等裝配過程零件供給、產(chǎn)品裝配與輸送等輔助生產(chǎn)過程產(chǎn)品的后續(xù)處理、廢舊料回用、設(shè)備檢修維護等管理生產(chǎn)管理過程原材料（工具、配件等）管理、生產(chǎn)調(diào)度、人事管理、企業(yè)規(guī)劃等表1-2生產(chǎn)過程中的三大環(huán)節(jié)及八個主要過程

第二十一頁，共37頁。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。第二十二頁，共37頁。1.學習材料成形主要裝備的結(jié)構(gòu)原理及其自動化控制技術(shù)2.具體的教學目標及內(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，使學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)特點的基礎(chǔ)上，重點學習金屬材料成形、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世紀綠色制造成形的發(fā)展趨勢重視環(huán)境保護裝備的應(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踐性極強的課程之一，本課程將密切結(jié)合學生的生產(chǎn)實習、課程設(shè)置、實驗課等實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生對材料成形加工設(shè)備與自動化技術(shù)的興趣及感性認識，提高授課質(zhì)量與效果。第二十三頁，共37頁。1、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。第二十四頁，共37頁。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)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。第二十五頁，共37頁。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。第二十六頁，共37頁。酒器盥（guàn)水器樂器銅鏡第二十七頁，共37頁。食器兵器農(nóng)具第二十八頁，共37頁。四羊方尊蕉葉形紋理清晰四只大卷角羊羊的前腿司母戊鼎第二十九頁，共37頁。

學者們認為三星堆文化距今約三千多年，是商朝時期我國西南成都平原上古蜀人的文化。造型獨特第三十頁，共37頁。青銅立人像青銅面具青銅神樹第三十一頁，共37頁。CAD的發(fā)展歷程70年代初期，主要是二維繪圖（2D）60-70年代主要用于科學計算70年代中期，出現(xiàn)三維線框模型和基于B-spline或NURBS的曲面模型80年代初期，基于實體的三維建模技術(shù)