材料成形装备及自动化_第一章 绪论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,材料成形装备及自动化,Equipment and Automation of Materials Process,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）,2,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,3,1.1,课程简介,本课程是机械大类平台课程下，材料成型及控制工程专业的专业课程之一：,(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,: 28,、实验时数,: 4,教材,材料成形装备及自动化,樊自田主编，机械工业出版社,4,3.,本课程的目的、意义及重点,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；,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；,“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；,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,；,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。,5,4.,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。,6,平时成绩,30,：到课情况、课堂作业、课外作业、听课纪律等；,考试成绩,70,初定：开卷考试,5.,本课程的考核方式,7,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,8,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,9,1.,材料的分类,金属材料,：钢铁、铜合金、铝合金、镁合金等,有机高分子材料：,塑料、树脂、橡胶等。,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。,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。,材料还可以根据其性能特征、用途、状态等分类。如下表：,10,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,11,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,12,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,13,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,14,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,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,15,D.,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-Stereo Lithography Apparatus),2),分层物体制造,(LOM-Laminated Object Manufacturing),3),选择性激光烧结,(SLS-Selective Laser Sintering),4),熔丝沉积制造,(FDM-Fused Deposition Modeling),5),粉末材料选择性粘结,(TDP-Three Dimensional Printing),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,16,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,17,3,）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,18,1.,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。,1.4,工业自动化的含义,19,2),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；,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。,20,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,21,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,22,1.,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。,1.5,本课程的目标及主要内容,23,思 考 题,1,、材料有哪些种类，常用的金属材料有哪几种？,2,、金属材料有哪些常见的成形方法，举例说明其特点,3,、举例说明，不同的材料及成形工艺的主要设备及其作用。,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。,24,中国古代铸铁,中国最早的铁器,-,铁刃铜钺 （商代）,1972,年在河北藁,(gao,),城台西村,(,公元前,14,世纪,),遗址中出土了一件铁刃铜钺。全钺残长,11.1,厘米，阑宽,8.5,厘米，外刃部断失，残存刃部包入铜内约,1,厘米，已全部氧化。,EAMP,材料成形装备及自动化,华中科技大学材料学院,25,司母戊鼎,1.33,米,1.1,米,重,832.84Kg,每个坩埚,(,用来熔化金属的器皿,),能冶炼铜,12.5,千克，铸造该鼎需要,70,多个坩埚。,26,酒,器,盥（,gu,n),水器,乐器,铜镜,27,食器,兵器,农具,28,四羊方尊,蕉叶形,纹理清晰,四只大卷角羊,羊的前腿,司母戊鼎,29,学者们认为三星堆文化距今约三千多年，是商朝时期我国西南成都平原上古蜀人的文化,。,造型独特,30,青铜立人像,青铜面具,青铜神树,31,CAD的发展历程,70,年代初期，主要是二维绘图（,2D,）,60-70,年代主要用于科学计算,70,年代中期，出现三维线框模型和基,于,B-spline,或,NURBS的曲面,模型,80,年代初期，基于实体的三维建模技术,80,年代中期，基于参数化特征的实体的建模,80,年代后期,90,年代，,CAD,向集成方向发展,32,“,七,五”,“,八,五”,“,九,五”,计算机辅助,绘图,计算机辅助,设计,计算机辅助,产品开发,我国,CAD,应用的普及与深化历程,甩图板,概念形状设计,“,十,五”,计算机辅助,产品制造,“,十一,五”,虚拟制造,33,大型运输机,34,航空母舰,35,大型客机,36,37,