材料成形装备及自动化 材料成形装备及自动化 吕c2e3

1、材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 equipment and automation of materials process吕书林吕书林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2015-2016学年第二学期华中科技大学材料学院华中科技大学材料学院eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 2目 录第一章第一章 绪绪 论（论（2 2学时）学时）第二章第二章 金属液态成形装备及自动化（金属液态成形装备及自动化（10学时）学时）第三章第三章金属塑性成形装备及自动化金属塑性成形装备及自动化（8学时）学时）第四章第四章金属连接成形装

2、备及自动化金属连接成形装备及自动化（10学时）学时）第五章第五章高分子材料成形设备及自动化高分子材料成形设备及自动化（2学时）学时）第六章第六章快速成形装备及控制快速成形装备及控制（8学时）学时）第七章第七章 其它材料成形装备（其它材料成形装备（3学时）学时）第八章第八章 热处理工业炉及其控制（热处理工业炉及其控制（2学时）学时）第九章第九章 材料加工中的环境保护装备（材料加工中的环境保护装备（3学时）学时）eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 3第二章第二章金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化2.1概述概述2.2金属熔化及浇注装备金

3、属熔化及浇注装备2.3砂处理装备及自动检测系统砂处理装备及自动检测系统2.4造型设备及自动化生产线造型设备及自动化生产线2.5铸件清理自动化铸件清理自动化2.6压力铸造装备及自动化压力铸造装备及自动化2.7消失模精密铸造装备及生产线消失模精密铸造装备及生产线2.8半固态成形装备半固态成形装备eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 42.5铸件清理自动化铸件清理自动化2.5.1 铸件落砂 落砂就是待铸件冷却到一定温度后，将铸型破碎，使铸件从砂型中分离出来。 落砂工序通常由落砂机完成。目前工业化国家比较广泛使用：普通式落砂滚筒；振动式落砂滚筒；机械手等

4、。 振动落砂法是由周期振动的落砂栅床将铸型抛起，然后铸型又自由下落与栅床碰撞，经过反复撞击，砂型破坏，最终铸件和型砂分离。eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 5(1) 双侧激振输送落砂机1栅床栅床2振动电动机振动电动机3弹簧弹簧振动落砂机的结构简单、成本低等优点，但是噪音大，振动落砂机的结构简单、成本低等优点，但是噪音大，灰尘多，工作环境差。灰尘多，工作环境差。 eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 6(2) 振动式落砂滚筒的工作原理振动式落砂滚筒的工作原理振动式落砂滚筒的工作原理1-1-工作部分

5、工作部分 2 2增幅机构增幅机构 3 3激振源激振源 4 4振动电机振动电机eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 7(3) 落砂机械手机械手的动作示意图机械手的动作示意图机械手的主从操纵方式示意图机械手的主从操纵方式示意图1，3速度速度/位移传感器位移传感器 2伺服电机伺服电机 eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 82.5.2 铸件清理铸件清理铸件清理包括表面清理和除去多余的金属两部分。前者是除去铸件清理包括表面清理和除去多余的金属两部分。前者是除去铸件表面的砂子和氧化皮；后者主要包括去除浇冒口、

6、飞边毛刺等。铸件表面的砂子和氧化皮；后者主要包括去除浇冒口、飞边毛刺等。铸件表面清理的常用方法有：抛丸清理、喷丸清理等。铸件表面清理的常用方法有：抛丸清理、喷丸清理等。抛丸清理抛丸清理：利用高速旋转的叶轮将弹丸抛向铸件，靠弹丸的冲击打掉铸件表面粘砂和氧化皮。该清理方法效果好，生产率高，劳动强度低，自动化程度高，在生产中应用广泛。其缺点是抛射方向不能任意改变，灵活性差。喷丸清理喷丸清理：利用压缩空气将弹丸喷射到铸件表面来实现的。喷枪的操作灵活，可清理复杂内腔和深孔的铸件；但生产效率低，工作环境恶劣，不易实现自动化，一般用于清理复杂铸件或作为抛丸清理的补充手段。eamp金属液态成形装备及自动化金属

7、液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 9常用清理装备的型式及其特点eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 10常用清理装备的型式及其特点eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 112.6压力铸造装备及自动化压力铸造装备及自动化 压力铸造（简称压铸）是指在高压作用下，金属液以高速充填型腔并在压力作用下凝固获得铸件的成形方法。在铝合金、锌合金、镁合金铸件等生产上应用广泛。 压铸机是压力铸造生产的最基本设备，一般分为热室压铸机和冷室压铸机两大类，而冷室压铸机按开合模及压射方向又分为卧式压铸机和立式

8、压铸机两种。eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 12eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 132.6.1 压铸机分类及结构压铸机分类及结构eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 14 它的压射室与坩锅连成一体，因压射室浸于液体金属中而得名，而压射机构则装在保温坩锅上方。eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 15热室压铸机工作原理图1) 热室压铸机工作原理eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自

9、动化(2) 华中科技大学材料学院 162) 热室压铸机的特点 优点优点：生产工序简单，效率高；金属消耗少，工艺稳定；压射入型腔的金属液体干净，铸件质量好。压铸机的结构紧凑，易于实现自动化。 缺点缺点：但压射室、压射冲头长期浸泡在液体金属中，影响使用寿命。 用途用途：热室压铸机主要用于压铸镁、锌等低熔点合金的小型铸件。eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 17(2) 冷室压铸机 冷室压铸机的压射室与保温炉是分开的，压铸时从保温坩锅中舀取液体金属倒入压铸机上的压射室后进行压射。立式压铸过程示意图立式压铸过程示意图1-压射冲头压射冲头 2-压射室压射室

10、 3-金属液金属液 4-定模定模 5-动模动模 6-射嘴射嘴 7-型腔型腔 8-反料冲头反料冲头 9-余料余料eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 181) 卧式冷式压铸eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 192)卧式压铸机结构示意图卧式压铸机结构示意图1-固定螺母固定螺母2-连接底板连接底板3-导杆导杆4-连杆连杆5-顶出液压缸顶出液压缸6-顶杆顶杆7-动模板动模板8-哥林柱哥林柱9-定模板定模板10-压射室压射室11-压射冲头压射冲头12-压射杆压射杆13-连轴器连轴器14-活塞杆活塞杆15-

11、压射液压缸压射液压缸16-压射连杆压射连杆17-机座机座18-顶板顶板19-t型槽型槽20-滑动板滑动板21-连接销连接销22-销套销套23-锁模机头锁模机头24-合模液压缸合模液压缸eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 20压铸机的主要机构压铸机的主要机构1 开合模机构开合模机构2 压射机构压射机构3 顶出机构顶出机构5 模板调节机构模板调节机构4 抽芯机构抽芯机构6 抽大杠机构抽大杠机构液压油缸驱动液压油缸驱动液压动力系统液压动力系统电控系统电控系统双向液压马达驱动双向液压马达驱动中小型机：无此功能中小型机：无此功能大型机：液压油缸驱动大型机

12、：液压油缸驱动(3) 压铸机的主要机构eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 211) 开合模机构开合模机构曲肘合模机构示意图曲肘合模机构示意图1合模液压缸合模液压缸2活塞活塞3连杆连杆4三角形铰链三角形铰链5螺母螺母 6力臂力臂 7齿轮齿轮eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 22曲肘式合模机构实物照片 曲肘式曲肘式合型机构的合型机构的优点优点合模力大合模力大。合模力放大合模力放大1626倍倍，合模缸直径大大减小，液压油的，合模缸直径大大减小，液压油的工作压力、耗油量亦可降低。工作压力、耗油量亦可降

13、低。运动特性好，合型速度快运动特性好，合型速度快。在合型过程中曲肘离在合型过程中曲肘离“死点死点”愈近愈近，动模移动速度愈慢，使两半型缓，动模移动速度愈慢，使两半型缓慢闭合。同样在刚开型时，动模运慢闭合。同样在刚开型时，动模运动速度亦慢，有利于铸件顶出和抽动速度亦慢，有利于铸件顶出和抽芯。芯。合型机构刚性大。合型机构刚性大。eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 23（a） 齿轮传动齿轮传动（b） 链传动链传动（c） 涡轮蜗杆传动涡轮蜗杆传动动动模模板板定定模模板板开档调节装置开档调节装置eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2

14、) 华中科技大学材料学院 24开档调节装置实物照片eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 25压铸机的压射过程：压铸机的压射过程：2) 压射机构慢压射；快压射；增压慢压射；快压射；增压 压射机构是实现压铸工艺的关键、核心关键、核心部分部分。慢压射：慢压射：冲头将压射室内的金属液送入内浇口送入内浇口之前的运动，将压室中的金属液充满压室，要求：不能过多降低合金液温度、有利于排除压室中的气体。速度：0.1-0.4m/s 0.1-0.4m/s 范围内。范围内。快压射：快压射：冲头以高速运动，金属液通过浇注系统充填型腔充填型腔。速度：4-6/s 4-6/s

15、范围内。范围内。高速切换点：高速切换点：指压射冲头由慢压射慢压射速度换成快压射快压射速度时冲头在压室中所处的位置。增压：增压：金属液充填型腔后，在压力下的凝固压力下的凝固。2040mpa。eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 262) 压射机构慢压射速度高速切换点因此，压射机构必须控制因此，压射机构必须控制压射速度、高速切换点、增压压射速度、高速切换点、增压压力大小。压力大小。 慢压射原理慢压射原理eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 27油箱油箱油泵油泵（流量（流量q，压力，压力p）节流阀节流阀压

16、射油缸压射油缸慢压射速度慢压射速度aqv1节流阀后流量节流阀后流量q1，压力，压力p1a增压油缸增压油缸压射油缸压射油缸2) 压射机构eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 28aqv 压射杆速度压射杆速度只有只有调节流量调节流量，才能调节，才能调节压射速度压射速度泵的流量有限，无法提供瞬间的大流量泵的流量有限，无法提供瞬间的大流量快压快压射速度高、时间短射速度高、时间短瞬时大流量瞬时大流量蓄能器蓄能器（reservoir）快压射蓄能器快压射蓄能器比例流量阀比例流量阀 快压射原理快压射原理2) 压射机构eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装

17、备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 292211apap)(21aa p2a2a1p1增压蓄能器增压蓄能器比例减压阀比例减压阀 增压原理增压原理2) 压射机构eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 302) 压射机构压射机构整体结构eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 312) 压射机构ddv (direct digital valve) 方式的调速压射装置ddv控制压射原理图控制压射原理图1型腔型腔2压射室压射室3压射液压缸压射液压缸4感应器感应器5导杆导杆6蓄能器蓄能器7直接数字阀直接数字阀e

18、amp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 32数字阀结构ddv阀结构示意图阀结构示意图1-阀芯阀芯 2-连杆连杆 3-零位传感器零位传感器 4-脉冲电机脉冲电机5-联轴器联轴器 6-法兰法兰 7-阀座阀座 8-油腔油腔电动阀结构示意图电动阀结构示意图1-节流口节流口 2-油腔油腔 3-阀芯阀芯 4-驱动板驱动板eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 333) 顶出机构(c) (c) 机械式机械式(a) 液压缸固定液压式液压缸固定液压式(b) 液压缸移动液压式液压缸移动液压式顶出机构原理示意图 顶出机构原理顶

19、出机构原理eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 343) 顶出机构动模板后的顶出油缸示意图动模板后的顶出油缸示意图eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 352.6.2 压铸机的液压及电气控制（自学）eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 362.6.3 压铸生产自动化(1) 自动浇注装置 机械式、负压式机械式、负压式、压力式、电磁泵式。最低液面最低液面机械手自动浇注原理、实物图eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材

20、料学院 37负压浇注示意图负压浇注示意图1液体金属液体金属 2加热器加热器 3填料填料 4压射室压射室 5型腔型腔 6真空通道真空通道 7真空过滤器真空过滤器 8 真空泵真空泵 9真空切断阀真空切断阀 10动模动模 11定模定模 12升液管升液管 eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 38(2) 自动取件装置四连杆四连杆自动取件机械手工作过程图滑架滑架摇杆连杆曲柄座板eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 39取件机械手结构及原理图取件机械手结构及原理图1齿条齿条2传动齿轮传动齿轮3曲柄转轴曲柄转轴4

21、副液压缸副液压缸5弹簧弹簧6主液压缸主液压缸7油管油管8座板座板9滑架滑架10活塞杆活塞杆11支架支架12曲柄曲柄13连杆连杆14摇杆摇杆15手臂手臂16手掌手掌eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 402.6.4 新型压铸机1)吸入式真空压铸机吸入式真空压铸机eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 412) 真空压铸真空罩及分型面抽真空示意图eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 42真空压铸的特点是 可消除或减少压铸件内部的气孔，压铸件强度高，表面质量好，还可以进行热处理； 减少了压铸时型腔的反压力，可用小型压铸机生产较大、较薄的铸件； 但真空压铸的密封结构复杂，制造及安装困难，控制不当、效果不明显。eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 433) 电磁给料压铸机eamp金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院 44(4) 充氧压铸 充氧压铸是将干燥的氧气充入压室和压铸模型腔，以取代其中的空气和其它气体。当铝合金压入压室和压铸模腔时与氧气发生化合，生成三氧化二铝，形成均匀分布的三氧化二铝小颗粒（直径在1m以下），从而减