材料成形装备及自动化 材料成形装备及自动化 吕ppt课件

1、资料成形配备及自动化资料成形配备及自动化 Equipment and Automation of Materials Process资料成形及控制工程专业中心课程资料学院资料成形配备及自动化教案2021-2021学年第二学期吕吕 书书 林林华中科技大学资料学院华中科技大学资料学院目 录第一章第一章 绪绪 论论2 2学时学时 第二章第二章 金属液态成形配备及自动化金属液态成形配备及自动化1010学时学时 第三章第三章 金属塑性成形配备及自动化金属塑性成形配备及自动化8 8学时学时 第四章第四章 金属衔接成形配备及自动化金属衔接成形配备及自动化1010学时学时 第五章第五章 高分子资料成形设备及自

2、动化高分子资料成形设备及自动化2 2学时学时 第六章第六章 快速成形配备及控制快速成形配备及控制8 8学时学时第七章第七章 其它资料成形配备其它资料成形配备3 3学时学时第八章第八章 热处置工业炉及其控制热处置工业炉及其控制2 2学时学时第九章第九章 资料加工中的环境维护配备资料加工中的环境维护配备3 3学时学时第二章第二章 金属液态成形配备及自动化金属液态成形配备及自动化2.1 概述概述2.2 金属熔化及浇注配备金属熔化及浇注配备2.3 外型设备及自动化消费线外型设备及自动化消费线2.4 砂处置配备及自动检测系统砂处置配备及自动检测系统2.5 铸件清理自动化铸件清理自动化2.6 压力铸造配备

3、及自动化压力铸造配备及自动化2.7 低压铸造配备及自动化低压铸造配备及自动化2.8 消逝模精细铸造配备及消费线消逝模精细铸造配备及消费线2.9 半固态成形配备半固态成形配备2.7 低压铸造配备及自动化低压铸造配备及自动化 低压铸造是金属液体在气压力作用下由下而上地充填型腔并在压力下凝固成形的一种方法，由于所用的压力较低通常0.020.06 MPa)，故称之为低压铸造。 低压铸造配备普通由保温炉及其附属安装、模具开合机构、气压系统和控制系统组成。低压铸造工艺流程图低压铸造工艺流程图2.7.1 低压铸造机的类型及构造低压铸造机的类型及构造 按模具与保温炉的衔接方式，可分为顶置式低压铸造机和侧置式低

4、压铸造机。1-坩埚；坩埚；2-升液管；升液管；3-金属液；金属液；4-进气管；进气管；5-密封盖；密封盖；6-浇道；浇道；7-型腔；型腔；8-铸型铸型顶置式低压铸造机顶置式低压铸造机侧置式低压铸造机侧置式低压铸造机1) 顶置式低压铸造机顶置式低压铸造机特点：特点：构造简单，制造容易，操构造简单，制造容易，操作方便；但消费效率作方便；但消费效率较低，因保温炉上只较低，因保温炉上只能放置一付模具，操能放置一付模具，操作均在炉上进展，故作均在炉上进展，故一个周期内，保温炉一个周期内，保温炉一半时间空闲。一半时间空闲。其次，下模受保温炉炉盖其次，下模受保温炉炉盖的热辐射影响，冷却的热辐射影响，冷却缓慢

5、，使铸件凝固时缓慢，使铸件凝固时间延伸；且下模不能间延伸；且下模不能设置顶杆安装，给模设置顶杆安装，给模具设计添加不便。此具设计添加不便。此外，保温炉的密封、外，保温炉的密封、保养和合金处置均不保养和合金处置均不方便。方便。 2) 侧置式低压铸造机侧置式低压铸造机特点：特点：将铸型置于保温炉的侧面，将铸型置于保温炉的侧面，铸型和保温炉由升液管铸型和保温炉由升液管结合。结合。一台保温炉上同时可为两一台保温炉上同时可为两付以上的模型提供金属付以上的模型提供金属液，消费效率提高。液，消费效率提高。装料、扒渣和合金液处置装料、扒渣和合金液处置等操作方便；铸型的受等操作方便；铸型的受热条件得到改善。但侧

6、热条件得到改善。但侧置式机器构造复杂，运置式机器构造复杂，运用受限制。用受限制。3) 低压铸造保温炉低压铸造保温炉 普通采用坩埚式电阻炉，其优点是构造简单，温控方便。电阻式坩埚炉用于顶置式电阻式坩埚炉用于顶置式1-.1-.炉体炉体 2- 2-排铝孔排铝孔 3- 3-炉壳炉壳 4- 4-电阻元件电阻元件5-5-铸铁坩锅铸铁坩锅 6- 6-升液管升液管 7- 7-密封盖密封盖4) 低压铸造配备低压铸造配备主液压缸主液压缸侧液压缸侧液压缸金属模具金属模具保温炉保温炉控制系统控制系统 液压系统液压系统2.7.2 低压铸造的自动加压控制系统低压铸造的自动加压控制系统1) 气体加压原理气体加压原理主要控制

7、主要控制: 气体的流量气体的流量 气体的压力气体的压力典型数字组合阀构造典型数字组合阀构造8通道数字组合阀原理图通道数字组合阀原理图 每组通道由一个电磁阀、一个节流阀和一个截止阀组成。电磁阀控制每组通道由一个电磁阀、一个节流阀和一个截止阀组成。电磁阀控制通道的开启或闭合，节流阀控制流量，截止阀常开。一个通道即对应一种通道的开启或闭合，节流阀控制流量，截止阀常开。一个通道即对应一种流量，可获得流量，可获得256 种不同的充型速率。呼应和调理速度快，两种不同形状种不同的充型速率。呼应和调理速度快，两种不同形状之间的切换时间仅之间的切换时间仅80ms。1) 气体加压原理气体加压原理2) 简单的低压铸

8、造液面加压工艺曲线简单的低压铸造液面加压工艺曲线加压工艺曲线的数学模型加压工艺曲线的数学模型)1 ()1 (iiiivvAAgdtPd式中：d(i)/dt -气体升压速度； -第i段压差值； - 液体金属密度；A - 坩埚截面积；Ai - 型腔第i段处截面积；Vi - 型腔第i段上要求的液体金属充型速度； - 气体升压速度补偿系数，由实验确定；g - 重力加速度。3) 低压铸造计算机控制原理低压铸造计算机控制原理 计算机控制系统采用实时控制，对整个消费工艺过程进展闭环控制。为了便于编制程序和简化起见，采用块程序构造方式，即每一块程序完成一个特定的功能。程序之间的联络有跳转、调用和建立公用参数区

9、三种方式。 该系统的主控制程序包括引导任务程序、开关量形状检测程序和中断效力程序等。 计算机控制的低压铸造消费过程表示图计算机控制的低压铸造消费过程表示图 低压铸造计算机控制原理图低压铸造计算机控制原理图低低低低4) 低压铸造举例发动机缸体低压铸造机系统2.8 消逝模精细铸造配备及消费线消逝模精细铸造配备及消费线根本原理：根本原理： 采用泡沫塑料容貌替代普通容貌紧实外型，造好铸型采用泡沫塑料容貌替代普通容貌紧实外型，造好铸型后不取出容貌、直接浇入金属液，在高温金属液的作用下，后不取出容貌、直接浇入金属液，在高温金属液的作用下，泡沫塑料容貌受热气化、熄灭而消逝，金属液取代原来泡沫泡沫塑料容貌受热

10、气化、熄灭而消逝，金属液取代原来泡沫塑料容貌占据的空间位置，冷却凝固后即获得所需的铸件。塑料容貌占据的空间位置，冷却凝固后即获得所需的铸件。2) 典型的消逝模铸造零件(2) 主要配备 泡沫塑料容貌的成形加工配备，外型配备及型砂处置配备，涂料的制备及烘干配备。白白 区区黄黄 区区黑黑 区区预发泡预发泡组组 模模2.8.1 泡沫塑料容貌的成形配备 容貌制造的方法有两种：一是发泡成形；二是利用机床加工泡沫容貌板材成形。 前者主要设备有：预发泡机、成形发泡机等。(1) 预发泡机 间隙式蒸汽预发泡工艺流程间隙式蒸汽预发泡工艺流程a)称量称量(b)加料加料 (c)预发泡预发泡 (d)卸料卸料1称量传感器称

11、量传感器2原珠粒原珠粒3光电管光电管4蒸汽蒸汽间歇式蒸汽预发泡机该设备的关键是：该设备的关键是：蒸汽进入不宜过于集中，压力和流蒸汽进入不宜过于集中，压力和流量不能过大，以免呵斥结块、量不能过大，以免呵斥结块、发泡不均，甚至部分珠粒因过发泡不均，甚至部分珠粒因过度预发而破坏；度预发而破坏；由于珠粒直接与蒸汽接触，预发泡由于珠粒直接与蒸汽接触，预发泡珠粒中水的质量分数高达珠粒中水的质量分数高达10%左右，因此卸料后必需经过枯左右，因此卸料后必需经过枯燥处置。燥处置。 这种预发泡不是经过时间这种预发泡不是经过时间而是经过预发泡的容积定量而是经过预发泡的容积定量即珠粒的预发泡密度定量即珠粒的预发泡密度

12、定量来控制预发泡质量，控制方便、来控制预发泡质量，控制方便、效果良好。效果良好。(a) 立式成形机立式成形机 (b) 卧式成形机卧式成形机1.固定任务台固定任务台 2.定模定模 3.动模动模 4.移开任务台移开任务台 5.导杆导杆 6.液压缸液压缸(2) 成形发泡机简易型成形机成型过程：a. 参与预发珠粒；b. 通入蒸汽发泡成形；c. 通水冷却定形；d. 开模取件。2.8.2 外型配备及消费线 主要配备有：雨淋加砂器、振动紧实台、真空系统、旧砂冷却除尘系统、保送辊道、浇注设备等。其中关键设备是：振动紧实台。 消逝模铸造采用干沙振动外型，而不是粘土砂外型。(1) 振动紧实台 振动紧实台分为一维紧

13、实台、二维紧实台、三维紧实台及多维紧实台。三维振动紧实台构造表示图三维振动紧实台构造表示图1砂箱砂箱 2夹紧安装夹紧安装3振动台体振动台体 4振动电机振动电机5空气弹簧空气弹簧 6底座底座一维振动紧实台构造表示图一维振动紧实台构造表示图1砂箱砂箱 2振动台体振动台体 3振动电机振动电机4橡胶橡胶弹簧弹簧 5高度限位杆高度限位杆6空气弹簧空气弹簧 7底座底座一种三维振动紧实台的照片(2) 双电机振动紧实 双电机驱动可产生垂直方向圆振动的紧实台，由于有着独特的干砂充填性能，近年来运用逐渐扩展，有取代三维紧实台的趋势。1不同相位的双电机驱动 相位差能使在砂箱各处构成一样振幅、一样振动加速度即均匀一致

14、的垂直面圆振动，从而使型砂具有良好的流动充填性能。 主要控制参数为：振幅：0.30.5mm；振动加速度：9.811.76m/s2。双电机振动台任务原理图双电机振动台任务原理图2) 双电机振动模型双电机反向转动双电机反向转动 双电机同向转动双电机同向转动 单电机转动单电机转动 (3) 消逝模铸造消费线消逝模自动化消费线布置图消逝模自动化消费线布置图1风力保送器风力保送器 2砂冷却安装砂冷却安装 3翻转翻转式落砂机式落砂机 4砂箱及辊道砂箱及辊道 5，7振动台振动台 6，8砂斗砂斗 9浇注浇注 10除尘器除尘器 11真空系统真空系统消逝模铸造消费线黑区三维视图冷却沙斗冷却沙斗落沙栅格落沙栅格提升机

15、提升机沙斗沙斗(3) 消逝模铸造消费线2.9 半固态铸呵斥形配备半固态铸呵斥形配备半固态铸呵斥形是在液态金属凝固的过程中进展搅拌可强可弱，使普通铸造凝固易于构成的树枝晶网络骨架被打碎而构成分散的颗粒状组织形状，从而制得半固态金属浆料，然后将其铸成坯料或压成铸件。2.9.1 半固态铸造的根本原理半固态铸造的根本原理dxBJPyLx0dxBJPyLx0制造汽车零部件制造汽车零部件转向节转向节空气罐空气罐油泵过滤器油泵过滤器发动机支架发动机支架制造电子产品制造电子产品壳体及框架壳体及框架(2) 半固态铸造方法及配备 按流变铸造和触变铸造分类，又有流变铸造配备和触变铸造配备。半固态铸呵斥形配备主要包括

16、：半固态浆料制备配备、半固态成形配备压铸、挤压铸造机、辅助安装等。1) 流变铸造流变铸造 将半固态将半固态金属浆料压铸金属浆料压铸或挤压成形，或挤压成形，俗称俗称“一步法一步法2) 触变铸造触变铸造 是先由连铸等方法制得的具有半固态组织的锭坯，然后切成所需长度，再加热到半固态状，然后再压铸或挤压成形，俗称“二步法。(2) 半固态铸造方法及配备2.9.2 半固态浆料的制备安装半固态浆料的制备安装(1) 机械搅拌式制浆安装单螺杆制浆安装表示图单螺杆制浆安装表示图双螺杆制浆安装表示图双螺杆制浆安装表示图(2) 电磁搅拌制浆安装电磁搅拌制浆安装压射室电磁搅拌制浆安装压射室电磁搅拌制浆安装(3) 低过热

17、度制浆安装低过热度制浆安装 机械搅拌可以制备出优良的半固态浆料，但搅拌工具寿命受限且容易机械搅拌可以制备出优良的半固态浆料，但搅拌工具寿命受限且容易污染金属。为防止这些问题，近年来出现了低过热度弱搅拌制浆技术，从污染金属。为防止这些问题，近年来出现了低过热度弱搅拌制浆技术，从晶粒的形核、长大热力学和动力学条件上着手，营造适宜的凝固条件如晶粒的形核、长大热力学和动力学条件上着手，营造适宜的凝固条件如浇注温度和冷却速率等来提高形核率并促使晶核以球状方式生长。浇注温度和冷却速率等来提高形核率并促使晶核以球状方式生长。SSR流变成形流变成形NRC流变成形流变成形(4) 气流搅拌制浆安装气流搅拌制浆安装气流搅拌制浆原理图气流搅拌制浆原理图气流复合振动制浆安装图气流复合振动制浆安装图(5) 超声波制浆安装超声波制浆安装超声制浆安装表示图超声制浆安装表示图1.超声发生控制器；超声发生控制器；2.电炉；电炉；3.变幅杆；变幅杆；4.换能器；换能器；5. 支撑架；支撑架；6.样杯；样杯； 7.升降杆；升降杆；8.支撑台；支撑台； 9. 温控