材料成形工藝與控制

前言

　　材料成形技術(shù)一般包括鑄造成形、鍛壓成形、焊接成形和非金屬材料成形等工藝技術(shù)。材料成形加工是制造業(yè)的重要組成部分，據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界75％的鋼材經(jīng)塑性加工，45％的金屬結(jié)構(gòu)用焊接成形。我國在金屬鑄造、焊接、塑模、塑料加工等行業(yè)就業(yè)的人員已經(jīng)超過100萬人?！　‰S著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對產(chǎn)品性能的要求越來越高，某種材料的應用不僅取決于材料本身的各種性能，還取決于它的可加工成形性能，因此材料成形學科的任務不只是要研究如何使工件獲得必要的幾何尺寸，而更重要的是要研究如何通過過程控制獲得質(zhì)量優(yōu)良的工件。通過材料成形過程的自動控制可以提高設備使用效率；提高工序質(zhì)量，利用有限的資源，制造質(zhì)量好、性能穩(wěn)定、價格合理的產(chǎn)品；在人力不能勝任的復雜工作環(huán)境中或者人不能靠近的場合中實現(xiàn)自動操作?！　≡趯嶋H生產(chǎn)中，材料成形與工程控制已經(jīng)成為從材料到部件的重要過程之一，它涉及國民生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。盡管材料成形行業(yè)一直伴隨著高新技術(shù)的發(fā)展不斷前進，我國材料成形與控制技術(shù)目前仍有待進一步提高，體現(xiàn)在過程控制自動化的三大基本要素上，即工藝數(shù)學模型與控制數(shù)學模型的完善、與此相適應的控制系統(tǒng)以及可靠性高的檢測器和計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展?！　≌莆詹牧铣尚芜^程與自動控制理論及技術(shù)已經(jīng)成為從事材料加工的工程師、工程技術(shù)人員所必須具備的一項基本技能。目前，迫切需要一本教材系統(tǒng)全面地介紹各種材料成形過程及自動控制的基本理論與應用技術(shù)?！　”窘滩臑檫m應專業(yè)教學改革的新方向，有機地將材料成形與控制工程專業(yè)課程整合起來，形成一門邏輯性強、內(nèi)容廣泛而新穎、重點突出的課程。根據(jù)近年來材料成形與控制工程領(lǐng)域技術(shù)和理論的發(fā)展動態(tài)并結(jié)合教學改革的需求形勢，在充分進行市場調(diào)研基礎(chǔ)上計劃編撰的新版教材，其可作為高等院校材料成型與控制工程專業(yè)（鑄造、焊接、鍛壓、模具等方向）的教師用書、學生教材或相關(guān)工程師、工程技術(shù)人員參考書使用?！　”窘滩暮w了材料成形原理概述、自動控制基礎(chǔ)、鑄造過程的自動控制、焊接過程的自動控制、鍛壓過程自動控制、模具成形過程自動控制、軋制成形過程自動控制基本內(nèi)容。在自動控制理論的基礎(chǔ)上，將鑄造、焊接、鍛壓、模具、軋制材料成形過程共性部分進行有機地整合，分別對其成形過程控制有選擇性地重點論述，并解析一定的成形過程控制應用實例，有機地補充一些國內(nèi)外材料成形控制的發(fā)展前沿?！　”窘滩挠商旖蚶砉ご髮W李云濤主編。編寫人員分工：第4、7章由天津理工大學李云濤編寫，并負責全書統(tǒng)稿；第1、3、5章由天津理工大學王志華編寫；第6章由河北工業(yè)大學李海鵬編寫；第2章由天津大學楊立軍編寫。　　在編寫的過程中，得到了許多同志的幫助和支持，在此表示衷心的感謝，并向本書中所引用文獻的作者深表謝意?！　∮捎谧髡咚接邢蓿瑫须y免有不當之處，敬請廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本教材共分為7章，主要內(nèi)容包括：材料成形原理概述、自動控制基礎(chǔ)、鑄造過程的自動控制、焊接過程的自動控制、鍛壓過程的自動控制、模具成形過程的自動控制、軋制成形過程的自動控制。在編寫過程中，注重理論分析與實際應用相結(jié)合：既有一定的理論深度，又注重深淺適度。在闡述材料成形原理、過程的基礎(chǔ)上，分別對其成形過程控制有選擇性地重點論述，并解析一定的成形過程控制應用實例，有機地補充一些國內(nèi)外材料成形控制的發(fā)展前沿，從而將會給新版的教材帶來一定的創(chuàng)新性，適合作為材料成型與控制工程專業(yè)應用型本科、?？茖W生學習教材，也可作為相關(guān)專業(yè)學生和工程師、技術(shù)人員的參考用書。通過對該教材的學習，可對材料成形過程自動控制有較深入和系統(tǒng)的理解，為以后的學習和工作奠定一定的理論和實踐基礎(chǔ)。

書籍目錄

第1章  材料成形原理概述  1.1  液態(tài)成形  1.2  固態(tài)塑性成形  1.3  固態(tài)材料的連接成形  1.4  粉末壓制和常用復合材料成形  1.5  非金屬材料成形  1.6  材料模擬成形發(fā)展概況  習題與思考題第2章  自動控制基礎(chǔ)  2.1  自動控制基本概念  2.2  自動控制系統(tǒng)的類型  2.3  材料成形過程自動控制系統(tǒng)的特性  2.4  材料成形過程自動控制的常用控制策略簡介  習題與思考題第3章鑄造過程的自動控制  3.1  沖天爐熔煉過程自動控制  3.2  連鑄機自動控制  3.3  真空差壓鑄造自動控制  3.4  低壓鑄造自動控制  3.5  熱室壓鑄自動控制  3.6  鉛錠澆注自動控制  習題與思考題第4章  焊接過程的自動控制  4.1  焊接過程自動控制概述  4.2  電弧焊自動控制基礎(chǔ)  4.3  埋弧焊設備及控制  4.4  鎢極氬弧焊（TIG）設備及控制  4.5  熔化極氬弧焊（MIG）的設備及控制  4.6  CO2氣體保護電弧焊設備及控制  4.7  真空釬焊爐的自動控制  4.8  弧焊機器人  4.9  管道全位置焊接計算機控制系統(tǒng)設計  習題與思考題第5章  鍛壓過程自動控制  5.1  自由鍛造自動控制  5.2  熱模鍛自動控制  5.3  快速鍛造壓力機自動控制  5.4  鍛壓過程自動控制實例分析  習題與思考題第6章  模具成形過程自動控制  6.1  沖壓成形設備的結(jié)構(gòu)和工作原理  6.2  沖壓成形設備的控制技術(shù)  6.3  沖壓成形設備自動控制實例分析  6.4  塑壓成形過程自動控制  6.5  擠壓成形過程的自動控制  6.6  模具加工過程的自動控制  習題與思考題第7章  軋制成形過程自動控制  7.1  軋制成形過程自動化概述  7.2  軋制過程自動化控制的基本形式  7.3  軋制成形的計算機控制系統(tǒng)  7.4  位置自動控制  7.5  厚度自動控制  7.6  帶鋼板形自動控制  7.7  連軋時張力的自動控制  習題與思考題參考文獻

章節(jié)摘錄

　　離心鑄造用的機器稱為離心鑄造機。按照鑄型的旋轉(zhuǎn)軸方向不同，離心鑄造機分為臥式、立式和傾斜式3種。臥式離心鑄造機主要用于澆注各種管狀鑄件，如灰鑄鐵、球墨鑄鐵的水管和煤氣管，管徑最小75mm，最大可達3000mm。此外可澆注造紙機用大口徑銅輥筒，各種碳鋼、合金鋼管以及要求內(nèi)外層有不同成分的雙層材質(zhì)鋼軋輥。立式離心鑄造機則主要用以生產(chǎn)各種環(huán)形鑄件和較小的非圓形鑄件?！　‰x心鑄造所用的鑄型，根據(jù)鑄件形狀、尺寸和生產(chǎn)批量不同，可選用非金屬型（如砂型、殼型或熔模殼型）、金屬型或在金屬型內(nèi)敷以涂料層或樹脂砂層的鑄型。鑄型的轉(zhuǎn)數(shù)是離心鑄造的重要參數(shù)，既要有足夠的離心力以增加鑄件金屬的致密性，離心力又不能太大，以免阻礙金屬的收縮。尤其是對于鉛青銅，過大的離心力會在鑄件內(nèi)外壁間產(chǎn)生成分偏析。一般轉(zhuǎn)速在每分鐘幾十轉(zhuǎn)到1500轉(zhuǎn)左右?！　‰x心鑄造的特點是金屬液在離心力作用下充型和凝固，金屬補縮效果好，鑄件組織致密，力學性能好；鑄造空心鑄件不需澆冒口，金屬利用率可大大提高。因此對某些特定形狀的鑄件來說，離心鑄造是一種節(jié)省材料、節(jié)省能耗、高效益的工藝，但須特別注意采取有效的安全措施?！　。?）半固態(tài)成形半固態(tài)金屬加工技術(shù)屬于21世紀前沿性金屬加工技術(shù)。20世紀麻省理工學院（MI‘I、）弗萊明斯教授發(fā)現(xiàn)金屬在凝固過程中，進行強烈攪拌或通過控制凝固條件，抑制樹枝晶的生成或破碎所生成的樹枝晶，形成具有等軸、均勻、細小的初生相均勻分布于液相中的懸浮半固態(tài)漿料。這種漿料在外力作用下即使固相率達到60％仍具有較好的流動性?？衫脡鸿T、擠壓、模鍛等常規(guī)工藝進行加工。由于半固態(tài)合金是將合金熔化后，待合金冷卻到液相線溫度以下時，使固態(tài)組分達到40％～609／6（類似糊狀懸液）并具有一定的流動性的合金。利用半固態(tài)合金實現(xiàn)澆注或壓注成形的方法稱為半固態(tài)成形（簡稱SSM）?！　　?/pre>








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