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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 2009 2010学年第二学期 EAMP其它材料成形装备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其它材料成形装备华中科技大学材料学院 3 第七章其它材料成形装备 7 1陶瓷成形装备7 2玻璃成形装备7 3粉末材料成形装备 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 4 7 1陶瓷成形装备 人面鱼纹彩陶盆新石器时代 仰韶文化 约5000年 高16 5厘米 口径39 5厘米 20世纪50年代陕西省西安市半坡村出土 现藏中国历史博物馆 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 5 7 1 1陶瓷技术装备概述 1 硅酸盐制品或材料主要包括 陶瓷 玻璃 水泥 2 以粘土为主要原料烧成的多晶 多相聚集体制品 包括土器 陶器 瓷器等统称为陶瓷 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 6 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 7 7 1 2原材料制备装备 陶瓷技术装备包括原材料制备 釉料制备 成形 烧成等专业装备 陶瓷技术装备按其在生产过程中的主要用途可划分为10大类 详见参考书 按装备的来源和使用特性 陶瓷装备又可分为三大类 1 行业专业装备 如滚压成形机 自动压砖机等 2 行业通用装备 如球磨机 泥浆泵 3 通用装备 各行业都可用的装备 如皮带运输机等 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 8 1 球磨机 球磨机 硬质材料的粉磨和混合特点 效率高 物料细 40 60um 种类 瓷瓶球磨机 中心转动球磨机 震动球磨机等 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 9 1 球磨机的结构 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 10 2 球磨机的转速 球磨机的转速对球磨效率影响很大 如果球磨机以临界速度或更高速度旋转 起不到粉碎的作用 理论和实践证明 球磨机临界转速为 泻落式 抛落式 离心式 D 球磨机的直径 m EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 11 3 球磨机物料装填量 在湿磨过程中 球石的装填量达到球磨机净体积的55 时 能达到最佳状态 可以用经验公式估算球磨机中球体的重量 G 球石装填量 kg r 球磨机筒体半径 cm d 球石比重 g cm3 L 球磨机长度 cm 球磨机的初始球石级配为 大球30 中球40 小球30 实际中主要取决于被磨物料的粒度 也要适当考虑球磨机的直径和转速 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 12 2 压滤机 厢式压滤机过滤脱水结构原理1 滤板2 滤布3 滤腔 形成滤饼 4 阴阳螺栓 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 13 3 真空练泥机 在陶瓷工业中 通常采用真空练泥机对泥料进行加工 清除泥浆中的气泡 提高泥料组分的均匀性和致密性 双轴式真空练泥机的结构示意图1 电动机2 齿轮箱3 加料口4 梳状挡泥板5 上绞刀轴6 筛板7 真空管道8 真空室照明灯9 真空表10 真空室11 下绞刀轴12 机头13 机嘴 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 14 7 1 3成形机械装备 现代陶瓷的成形方法可分为四类 塑性成形法 注浆成形法 粉料压力成形法 干压法 和特种成形法 塑性成形法在日用陶瓷工业 电瓷工业中广泛采用 常用的塑性成形设备中又包括滚压成形机 旋坯机 挤坯机等 本节介绍常用的滚压成形机和注浆成形机及生产线 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 15 1 滚压成形机及生产线 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 16 1 滚压成形的基本原理 阴模滚压成形 外成形 阳模滚压成形 内成形 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 17 2 注浆成形机 注浆成形是利用模型具有吸水能力用泥浆浇注成形的 在日用陶瓷中 形状复杂的制品 大都采用注浆成形 1 泥浆的真空处理设备 1 搅拌机2 截止阀3 5 高 低液面探极4 贮浆槽6 调节阀 传统的定义 在石膏模的毛细管力作用下 含有一定水分的粘土泥浆脱水硬化 成型的过程 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 18 1 空心注浆 成型时 将注浆坯料 泥浆 注入石膏模内 利用石膏模的吸水性 当水分渗入石膏模后 贴近模壁的泥浆变稠 形成和模具型腔形状相同的泥层 随着时间的延长 泥层逐渐增厚 当达到所需厚度时 将多余的泥料倒出 当泥层脱水收缩到一定的程度就与模壁脱离 即可取出 形成坯体 这种方法适用于形状复杂或不规则的容器成型 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 19 2 实心注浆 实心注浆是将泥浆注入两个合起来的石膏模之间的空腔中 由于石膏模不断吸收泥浆中的水分 泥浆量自然会不断减少 因此注浆时必须陆续补充泥浆 直到泥浆全部形成坯体 注浆口已无法续补泥浆为止 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 20 3 离心注浆机 离心注浆机机械传动示意图1 3 电动机2 凸轮轴4 皮带拔叉5 带式制动器6 工作轮7 惰轮8 主轴9 模座10 压盖11 截止阀12 泥浆管 离心注浆机的工作循环图 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 21 7 2玻璃成形装备 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 22 7 2 1基本概念 玻璃的主要成分是硅酸盐 通常是一种透明或半透明的无定形物质 玻璃被认为是 熔融液体冷却时不析出结晶 逐渐硬化而成形的无机物质 或 熔体因受冷却 粘度逐渐增大而形成的非晶固体物质 玻璃制品生产的工艺过程 主要有 配料 熔制 成形 退火 加工 检验等工序 玻璃的人工成形方法主要 人工吹制 自由成形 无模型成形 人工拉制和人工压制等 机械成形的方法有 压制法 吹制法 拉制法 压延法 浇铸法和烧结法等 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 23 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 24 7 2 2玻璃成形的主要装备 1 供料机1 供料道 K型供料道砖结构示意图 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 25 2 供料机 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 26 2 成形方法及机械 1 平板玻璃的成形 玻璃液在锡液面上浮起高度 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 27 浮法玻璃工艺示意图 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 28 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 29 浮法玻璃生产线图示 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 30 2 瓶罐玻璃的成形 吹 吹法 成形工艺流程 装料 瓶口成形 吹成雏型料泡 雏型料泡翻转 落入成形模 重热 吹气成形 钳移 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 31 7 3粉末材料成形装备 粉末冶金是用金属粉末或金属与非金属粉末的混合物做原料 经成型和烧结 制成各种类型的金属制品和金属材料的方法 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 32 7 3 1粉末冶金加工工艺过程 1 粉末冶金的主要工序 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 33 7 3 1粉末的主要制备方法 1 球磨不适用 易生冷焊现象 具延展性的材料适用 脆性材料缺点 1 能量消耗大 噪音及摩擦熱2 粒度越小所需要的时间和能量相对很大3 粉末加工硬化 不规则形状 堆集性不良 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 34 2 电解法 优点 高纯度 呈树枝状或海棉状 成形性佳 烧结性优异 缺点 1 粉末不规则状 堆集性差 2 盐浴的化学性非常敏感 污染物可阻止阴极生成产物 3 仅有元素粉末适用 4 产品须经后续处理及清洗 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 35 3 雾化法 雾化法提供了大部分的粉末 因为化学性及形状均可被掌握 以下介绍气雾法 水雾法 1 气雾法 水平 优点 保持高合度原料的完整性 粉末均匀呈球形 有良好堆集性 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 36 2 气雾法 垂直 需加热超越熔融 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 37 3 水雾法 水雾法与气雾法不同点 1 因冷却速度过快 粉末呈不规则状 2 粉末表面粗糙 含氧化物 为改善此两项缺点 合成油已逐渐取代水 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 38 7 3 2粉末的主要成形方法 普通模压成形指粉料在常温下 在封闭的钢模中 按规定的压力 一般为150 600MPa 在普通机械式压力机或自动液压机上将粉料制成压坯的方法 这种成形方法通常由下列工步组成 称粉 装粉 压制 保压 脱模等 模压成形示意图 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 39 一种国产压力机 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 40 2 等静压成形 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 41 3 连续轧制成形 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 42 4 喷射成形 喷射成形 Osprey 工艺是用高压惰性气体将金属液流雾化成细小液滴 并使其沿喷嘴的轴线方向高速飞行 在这些液滴尚未完全凝固之前 将其沉积到一定形状的接收体上成形 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 43 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 44 5 注射成形 粉末注射成形是一种采用粘结剂固结金属粉末 陶瓷粉末 复合材料 金属间化合物的一种特殊成形方法它是在传统粉末冶金技术基础上 结合塑料工业的注射成形技术而发展起来的一种近净成形技术 主要包括粘结剂与粉末的混合 制粒 注射成形 脱脂及烧结五个步骤 注射成形示意图1 装料斗2 注射混合料3 转动连轴器4 料筒5 螺杆6 加热器7 制品8 冷却套9 模具10 移动模板11 液压中心顶杆12 活动时杆13 注射液压缸 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 45 7 3 3烧结及气体保护设备 1 典型的烧结过程分类 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 46 2 钟罩式烧结炉 特点 1 间歇式烧结2 外罩可连续使用 节约能源3 效率高 1 上盖架2 下盖架3 气囊4 护盖5 炉膛6 钢内罩7 炉底8 进气管9 排气管10 热电偶 EAMP其它材料成形装备华中科技大学材料学院 47 3 网带传送烧结炉 特点 连续作业 结构紧凑 炉温高 多用于铁基粉末的烧结 直通型网带传送式烧