本书共9 章, 介绍了成形装备在材料成形加工中的作用及工业生产自动化与智能化的含义､金属液态成形装备及自动化､金属塑性成形装备及自动化､金属焊接成形设备及自动化､高分子材料成型设备及自动化､增材制造装备及系统､陶瓷和玻璃等其他重要的材料成形装备､工业炉及其控制､材料加工中的环境保护装备｡
本书是在普通高等教育“十一五” 规划教材《材料成形装备及自动化》的基础上修订而成的, 可供高等院校材料成形及控制工程专业本科生､材料加工工程专业研究生使用, 也可供机械大类和材料大类专业学生及从事相关专业生产与科学研究工作的工程技术人员参考｡
第2版前言
本书的第1 版于2006 年出版, 至今已有十余年, 2006 年被选定为普通高等教育“十一五” 国家级规划教材, 编者认为它是较能体现“材料成型及控制工程” 专业主要知识特点的课程教材, 知识内容宽泛, 在主体介绍金属材料成形(液态成形､塑性成形､焊接成形)装备及自动化特点的同时, 还介绍了非金属材料成形(陶瓷､玻璃等) 装备及控制系统,以及现代材料成形装备新发展(增材制造､半固态成形､绿色材料成形), 符合当今对大学生宽知识面､多适应性的时代要求｡
经过十多年的技术进步, 材料成形装备及自动化又有了新的发展, 智能化被确定为更高的发展目标, 绿色材料及绿色成形制造技术更受重视, “快速成形” 演变成为“增材制造”或“3D 打印”｡因此, 本书的修订必须有所改进､完善及发展, 以适应时代的快速进步｡
编者在十多年的教学实践积累与装备知识更新的基础上, 修改完善了本书的知识内容,更正了第1 版中的错误, 统一了章节编写结构, 增加了装备智能化的知识介绍, 使书中的章节结构更加合理, 知识层次更加分明, 更加与时俱进｡
本书(第2 版) 由华中科技大学樊自田教授担任主编, 六位华中科技大学教授(副教授)､一位武汉工程大学教授参加了编写工作｡具体的编写分工为: 第1 ~ 2 章, 樊自田教授; 第3 章, 华中科技大学陈柏金教授; 第4 章, 华中科技大学周龙早副教授; 第5 章, 华中科技大学叶春生副教授; 第6 章, 华中科技大学莫健华教授; 第7 章, 华中科技大学蒋文明副教授; 第8 章, 华中科技大学吕书林副教授; 第9 章, 武汉工程大学吴和保教授｡全书由樊自田教授最终审定｡
由于涉及的内容繁多, 加之编者水平有限, 书中难免有不当之处, 敬请读者批评指正｡
编 者
目录
第2 版前言
第1 版前言
第1 章 绪论 1
1. 1 材料的分类及其成形装备概述 1
1. 1. 1 材料的分类 1
1. 1. 2 材料的成形方法及装备概述 2
1. 2 成形装备在材料成形加工中的作用 5
1. 3 工业生产自动化与智能化的含义 6
1. 3. 1 工业生产过程 6
1. 3. 2 工业生产自动化内容 7
1. 3. 3 工业生产智能化内容 8
1. 4 本课程的知识基础及教学目标 11
思考题 11
第2 章 金属液态成形装备及自动化 12
2. 1 概述 12
2. 2 金属熔化及浇注装备 13
2. 2. 1 冲天炉熔化 14
2. 2. 2 电炉熔化 18
2. 2. 3 自动浇注装备 19
2. 3 砂处理装备及自动检测系统 24
2. 3. 1 砂处理装备概述 24
2. 3. 2 旧砂处理装备 24
2. 3. 3 混砂装备 26
2. 3. 4 砂处理系统的自动检测/监测 32
2. 4 造型设备及自动化生产线 33
2. 4. 1 黏土砂用造型装备 33
2. 4. 2 树脂砂(水玻璃砂) 振动
紧实台 48
2. 4. 3 造型生产线 49
2. 5 制芯设备及自动控制系统 52
2. 5. 1 热芯盒射芯机 53
2. 5. 2 冷芯盒射芯机 55
2. 5. 3 壳芯机 57
2. 6 铸件落砂与清理装备及自动化 59
2. 6. 1 铸件落砂 59
2. 6. 2 铸件清理 61
2. 7 特种铸造装备及自动化 65
2. 7. 1 压力铸造装备及自动化 65
2. 7. 2 低压铸造装备及自动化 76
2. 8 消失模精密铸造装备及生产线 79
2. 8. 1 泡沫塑料模样的成形装备 79
2. 8. 2 造型装备及生产线 81
2. 9 半固态铸造成形装备及生产线 84
2. 9. 1 半固态浆料的制备装备 84
2. 9. 2 半固态铸造成形装备 85
2. 9. 3 半固态铸造的其他装备 86
2. 9. 4 半固态铸造生产线及自动化 87
2. 10 典型铸造工业机器人及无人工厂 89
2. 10. 1 典型铸造工业机器人 89
2. 10. 2 铸造无人工厂简介 91
思考题 93
第3 章 金属塑性成形装备及自动化 95
3. 1 概述 95
3. 1. 1 金属塑性成形装备在现代工业中的
地位 95
3. 1. 2 金属塑性成形装备的发展趋势 95
3. 1. 3 金属塑性成形装备的分类 97
3. 2 曲柄压力机 97
3. 2. 1 曲柄压力机工作原理及组成 98
3. 2. 2 曲柄滑块机构的工作特性 99
3. 2. 3 通用曲柄压力机 103
3. 3 液压机 112
3. 3. 1 液压机的组成与工作原理 112
3. 3. 2 液压机本体结构 116
3. 3. 3 液压系统 122
3. 4 螺旋压力机 125
3. 4. 1 工作原理 125
3. 4. 2 力能特性 126
3. 4. 3 基本参数与特点 127
3. 4. 4 摩擦螺旋压力机 129
3. 4. 5 液压螺旋压力机 130
3. 4. 6 离合器式螺旋压力机 131
3. 4. 7 电动螺旋压力机 132
3. 5 伺服压力机 133
3. 5. 1 伺服压力机工作原理 133
3. 5. 2 伺服压力机传动结构 134
3. 5. 3 伺服压力机特点 137
3. 5. 4 伺服压力机控制系统 138
3. 6 其他塑性成形装备 140
3. 6. 1 数控电液锻锤 140
3. 6. 2 数控板料折弯机 142
3. 6. 3 数控转塔压力机 147
3. 6. 4 精冲压力机 152
3. 6. 5 多工位压力机 156
3. 6. 6 板料渐进成形机 160
3. 7 塑性加工柔性系统及其数字化工厂 163
3. 7. 1 板材加工柔性系统 164
3. 7. 2 数字化工厂 168
思考题 170
第4 章 金属焊接成形设备及
自动化 171
4. 1 概述 171
4. 1. 1 焊接的定义及其分类 171
4. 1. 2 金属焊接成形设备的发展趋势 171
4. 2 电弧焊设备及自动化 172
4. 2. 1 电弧静特性和弧焊电源基本
特性 172
4. 2. 2 埋弧焊设备 175
4. 2. 3 熔化极氩弧焊设备 180
4. 2. 4 CO2 气体保护电弧焊设备 185
4. 2. 5 钨极氩弧焊设备 188
4. 2. 6 等离子弧焊设备 193
4. 3 电阻焊装备及自动化 198
4. 3. 1 概述 198
4. 3. 2 电阻焊机的基本结构 199
4. 3. 3 点焊装备 206
4. 3. 4 缝焊装备 209
4. 3. 5 对焊装备 212
4. 4 激光焊接设备 216
4. 4. 1 概述 216
4. 4. 2 激光器的结构 218
4. 4. 3 固体激光焊接机 218
4. 4. 4 气体激光焊接机 224
4. 5 焊接机器人 229
4. 5. 1 概述 229
4. 5. 2 点焊机器人 230
4. 5. 3 弧焊机器人 234
4. 5. 4 焊接机器人的应用 237
思考题 239
第5 章 高分子材料成型设备及
自动化 241
5. 1 概述 241
5. 1. 1 高分子材料的加工性能 241
5. 1. 2 高分子材料成型方法分类 242
5. 1. 3 高分子材料加工成型设备的
特点 242
5. 2 塑料注射机 244
5. 2. 1 塑料注射机的基本原理 244
5. 2. 2 注射部分主要性能参数 246
5. 2. 3 合模力性能参数 251
5. 2. 4 注射工艺控制流程 254
5. 2. 5 注射机的电气控制系统 257
5. 3 其他高分子材料成型设备 263
5. 3. 1 橡胶成型设备及自动化 263
5. 3. 2 压制成型设备及自动化 267
5. 3. 3 压延成型设备及自动化 270
5. 3. 4 板材成型设备及自动化 270
5. 3. 5 成型装备的发展趋势 271
思考题 272
第6 章 增材制造装备及系统 273
6. 1 概论 273
6. 1. 1 引言 273
6. 1. 2 增材制造基本原理 273
6. 1. 3 分类及发展 274
6. 1. 4 典型应用 278
6. 2 三维模型与数据处理 279
6. 2. 1 概述 279
6. 2. 2 正向工程三维建模 281
6. 2. 3 逆向工程三维建模 282
6. 2. 4 数据处理 293
6. 3 液态树脂光固化成形装备 297
6. 3. 1 概述 297
6. 3. 2 光固化成形原理 297
6. 3. 3 光固化成形系统 298
6. 3. 4 光固化成形工艺 300
6. 3. 5 典型应用 307
6. 4 粉末选择性激光烧结(SLS) / 熔融
成形(SLM) 装备 308
6. 4. 1 概述 308
6. 4. 2 工作原理 309
6. 4. 3 SLS 成形系统 310
6. 4. 4 SLM 成形系统 311
6. 4. 5 成形工艺 311
6. 5 熔丝沉积成形装备 313
6. 5. 1 概述 313
6. 5. 2 FDM 成形技术工作原理 314
6. 5. 3 工业级设备及控制系统 315
6. 5. 4 典型应用 316
6. 6 微滴喷射成形装备 317
6. 6. 1 概述 317
6. 6. 2 3D 打印工作原理 319
6. 6. 3 3D 打印成形系统 321
6. 7 薄材叠层成形装备 325
6. 7. 1 概述 325
6. 7. 2 工作原理 326
6. 7. 3 控制系统 327
6. 7. 4 LOM 成形设备 330
思考题 331
第7 章 其他重要的材料成形装备 332
7. 1 陶瓷成形装备 332
7. 1. 1 陶瓷技术装备概述 332
7. 1. 2 陶瓷原料生产加工装备 333
7. 1. 3 成形机械装备 338
7. 1. 4 施釉与装饰机械装备 346
7. 2 玻璃成形装备 348
7. 2. 1 玻璃制品生产的工艺过程 348
7. 2. 2 玻璃成形的主要装备 349
7. 2. 3 玻璃制品的冷加工装备 353
7. 3 粉末材料成形装备 356
7. 3. 1 粉末冶金加工工艺过程简介 356
7. 3. 2 粉末材料注射成形装备 358
7. 3. 3 粉末材料挤压成形装备 359
7. 3. 4 烧结及气体保护装备 360
思考题 363
第8 章 工业炉及其控制 364
8. 1 工业炉 364
8. 1. 1 热能的产生与热交换概述 364
8. 1. 2 工业炉的种类及特点 365
8. 1. 3 工业炉的基本要求及其主要
组成 365
8. 2 热处理工业炉 366
8. 2. 1 热处理工艺概述 366
8. 2. 2 连续淬火热处理炉 367
8. 2. 3 可控气氛热处理炉 369
8. 2. 4 真空热处理炉 376
8. 3 热处理自动生产线 381
8. 3. 1 盐浴炉及其热处理生产线 381
8. 3. 2 可控气氛推杆炉生产线 384
8. 3. 3 钢板弹簧热处理生产线 385
8. 4 其他工业用炉 389
8. 4. 1 多用途箱式电阻炉 389
8. 4. 2 室式锻造加热炉 390
8. 4. 3 干燥炉 392
8. 5 炉温检测及控制系统 394
8. 5. 1 常用的测温方法 394
8. 5. 2 温度检测系统组成 395
8. 5. 3 炉温自动控制系统举例 395
思考题 398
第9 章 材料成形加工中的环境保护
装备 399
9. 1 环境保护的意义及国家的环境
保护法 399
9. 1. 1 可持续发展与绿色制造 399
9. 1. 2 国家的环境保护法简介 399
9. 1. 3 材料加工中的环保设备概述 400
9. 2 除尘装备 401
9. 2. 1 粉尘的危害及其最高容许浓度 401
9. 2. 2 除尘设备 401
9. 3 噪声及振动控制装备 403
9. 3. 1 噪声的危害及其允许等级 403
9. 3. 2 噪声控制 403
9. 3. 3 压力加工设备的隔振装置 404
9. 4 废气净化装备 405
9. 4. 1 废气的最高容许浓度及其净化
方法 405
9. 4. 2 冲天炉喷淋式烟气净化装置 406
9. 4. 3 消失模铸造(EPC) 废气净化
装置 406
9. 5 污水处理设备 407
9. 5. 1 污水的排放标准及处理方法 407
9. 5. 2 污水处理工艺流程 408
9. 5. 3 水玻璃砂污水处理设备 409
9. 5. 4 压铸铝合金铸件清洗污水处理
设备 410
9. 6 旧砂再生回用设备 411
9. 6. 1 旧砂回用与旧砂再生 411
9. 6. 2 旧砂再生的方法及选择 411
9. 6. 3 典型再生设备的结构原理及使用
特点 412
9. 6. 4 再生砂的后处理 413
9. 6. 5 典型的旧砂干法再生系统 414
9. 6. 6 典型的旧砂湿法再生系统 415
9. 6. 7 典型的旧砂热法再生系统 417
思考题 418
参考文献 419
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