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1、材料成形装备及自动化 Equipment and Automation of Materials Process,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,EAMP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 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（3学时） 第
2、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（3学时）,EAMP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 金属液态成形装备及自动化,2.1 概述 2.2 金属熔化及浇注装备 2.3 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 2.5 铸件清理自动化 2.6 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 2.8 半固态成形装备,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,4,2.5 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
3、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。 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(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 2振动电动机 3弹簧 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。,EAMP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 1-工作部分 2增幅机构 3激振源 4振动电机,EAMP金属液态成形装备及自
4、动化(2) 华中科技大学材料学院,7,(3) 落砂机械手,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,8,2.5.2 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。 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：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
5、；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(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(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(2) 华中科技大学材料学院,11,2.6 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
6、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压铸机两种。,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,12,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,13,2.6.1 压铸机分类及结构,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,14,(1) 热室压铸机,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(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(2) 华中科技大学材料学院,16,2) 热室
7、压铸机的特点,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：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：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(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 1-压射冲头 2-压射室 3-金属液 4-定模 5-动模 6-射嘴 7-型腔 8-反料冲头 9-余料,EAMP金属液态成形装备及自动
8、化(2) 华中科技大学材料学院,18,1) 卧式冷式压铸,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,19,2) 卧式压铸机结构示意图,1-固定螺母 2-连接底板 3-导杆 4-连杆 5-顶出液压缸 6-顶杆 7-动模板 8-哥林柱 9-定模板 10-压射室 11-压射冲头 12-压射杆 13-连轴器 14-活塞杆 15-压射液压缸 16-压射连杆 17-机座 18-顶板 19-T型槽 20-滑动板 21-连接销 22-销套 23-锁模机头 24-合模液压缸,EAMP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,1 开合模机构,2 压射机构,3
9、 顶出机构,5 模板调节机构,4 抽芯机构,6 抽大杠机构,液压油缸驱动,液压动力系统,电控系统,双向液压马达驱动,中小型机：无此功能,大型机：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(2) 华中科技大学材料学院,21,1) 开合模机构 曲肘合模机构示意图 1合模液压缸 2活塞 3连杆 4三角形铰链 5螺母 6力臂 7齿轮,EAMP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,曲肘式合型机构的优点 合模力大。合模力放大1626倍，合模缸直径大大减小，液压油的工作压力、耗油量亦可降低。 运动特性好，合型速度快。在合型过程中曲肘
10、离“死点”愈近，动模移动速度愈慢，使两半型缓慢闭合。同样在刚开型时，动模运动速度亦慢，有利于铸件顶出和抽芯。 合型机构刚性大。,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,23,开档调节装置,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 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(2) 华中科技大学材料学院,25,压铸机的压射过程：,2) 压射机构,慢压射；快压射；增压,压射机构是实现压铸工艺的关键、核心部分。,慢压射：冲头将压射室内的金属液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。
11、速度：0.1-0.4m/s 范围内。,快压射：冲头以高速运动，金属液通过浇注系统充填型腔。速度：4-6/s 范围内。,高速切换点：指压射冲头由慢压射速度换成快压射速度时冲头在压室中所处的位置。,增压：金属液充填型腔后，在压力下的凝固。2040MPa。,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,26,2) 压射机构,慢压射速度,高速切换点,因此，压射机构必须控制压射速度、高速切换点、增压压力大小。,慢压射原理,EAMP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,油泵 （流量Q，压力P）,节流阀,压射油缸,慢压射速度,节流阀后流量Q1，压力P1,A,增压油
12、缸,压射油缸,2) 压射机构,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,28,压射杆速度,只有调节流量，才能调节压射速度,泵的流量有限，无法提供瞬间的大流量,快压射速度高、时间短,瞬时大流量,蓄能器（reservoir）,快压射原理,2) 压射机构,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,29,增压原理,2) 压射机构,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,30,2) 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(2) 华中科技大学材料学院,31,2) 压射机构,DDV (Direct Digital Valve
13、) 方式的调速压射装置 DDV控制压射原理图 1型腔 2压射室 3压射液压缸 4感应器 5导杆 6蓄能器 7直接数字阀,EAMP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 1-阀芯 2-连杆 3-零位传感器 4-脉冲电机 5-联轴器 6-法兰 7-阀座 8-油腔,电动阀结构示意图 1-节流口 2-油腔 3-阀芯 4-驱动板,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,33,3) 顶出机构,顶出机构原理,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,34,3) 顶出机构,动模板后的顶出油缸示意图,EAMP金属液态成
14、形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,35,2.6.2 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(2) 华中科技大学材料学院,36,2.6.3 压铸生产自动化,自动浇注装置 机械式、负压式、压力式、电磁泵式。,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(2) 华中科技大学材料学院,37,负压浇注示意图,1液体金属 2加热器 3填料 4压射室 5型腔 6真空通道 7真空过滤器 8 真空泵 9真空切断阀 10动模 11定模 12升液管,EAMP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,四连杆自动取件机械手工作过
15、程图,座板,EAMP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,1齿条 2传动齿轮 3曲柄转轴 4副液压缸 5弹簧 6主液压缸 7油管 8座板 9滑架 10活塞杆 11支架 12曲柄 13连杆 14摇杆 15手臂 16手掌,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,40,2.6.4 新型压铸机,1)吸入式真空压铸机,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,41,2) 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(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
16、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(2) 华中科技大学材料学院,43,3) 电磁给料压铸机,EAMP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），从而减少或消除了气孔，提高了压铸件的致密性。 这些小颗粒分
17、散在压铸件约占总质量的0.10.2%，不影响机械加工。 充氧压铸仅适用于铝合金。,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,45,消除或减少了压铸件内部的气孔，强度提高10%、伸长率增加1.52倍，压铸件可进行热处理；Al2O3有防蚀作用，充氧压铸件可在200300的环境下工作； 与真空压铸相比，充氧压铸的结构简单、操作方便、投资少。,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,46,2）德国富来冷室压铸机,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,47,3）德国富来热室压铸机,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,48,4）香港力劲压铸机,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,49,4）东莞伊之密压铸机,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,50,2.6.5 典型压铸件,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,51,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,52,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,53,本讲思考题,1、常用铸件落砂的方法及特点 2、常用铸件清理的方法及特点 3、压铸机的种类、工作原理及结构特点 4、为什么要实施真空压铸，真空压铸的特点是什么？,