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(jì)，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(guó)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(guò)100萬(wàn)人?！　‰S著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品性能的要求越來(lái)越高，某種材料的應(yīng)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(xué)科的任務(wù)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(guò)過(guò)程控制獲得質(zhì)量?jī)?yōu)良的工件。通過(guò)材料成形過(guò)程的自動(dòng)控制可以提高設(shè)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(jià)格合理的產(chǎn)品；在人力不能勝任的復(fù)雜工作環(huán)境中或者人不能靠近的場(chǎng)合中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作?！　≡趯?shí)際生產(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(guò)程之一，它涉及國(guó)民生產(chǎn)的各個(gè)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(jìn)，我國(guó)材料成形與控制技術(shù)目前仍有待進(jìn)一步提高，體現(xiàn)在過(guò)程控制自動(dòng)化的三大基本要素上，即工藝數(shù)學(xué)模型與控制數(shù)學(xué)模型的完善、與此相適應(yīng)的控制系統(tǒng)以及可靠性高的檢測(cè)器和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展?！　≌莆詹牧铣尚芜^(guò)程與自動(dòng)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(xiàng)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(guò)程及自動(dòng)控制的基本理論與應(yīng)用技術(shù)?！　”窘滩臑檫m應(yīng)專業(yè)教學(xué)改革的新方向，有機(jī)地將材料成形與控制工程專業(yè)課程整合起來(lái)，形成一門邏輯性強(qiáng)、內(nèi)容廣泛而新穎、重點(diǎn)突出的課程。根據(jù)近年來(lái)材料成形與控制工程領(lǐng)域技術(shù)和理論的發(fā)展動(dòng)態(tài)并結(jié)合教學(xué)改革的需求形勢(shì)，在充分進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研基礎(chǔ)上計(jì)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(xué)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(dòng)控制基礎(chǔ)、鑄造過(guò)程的自動(dòng)控制、焊接過(guò)程的自動(dòng)控制、鍛壓過(guò)程自動(dòng)控制、模具成形過(guò)程自動(dòng)控制、軋制成形過(guò)程自動(dòng)控制基本內(nèi)容。在自動(dòng)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(guò)程共性部分進(jìn)行有機(jī)地整合，分別對(duì)其成形過(guò)程控制有選擇性地重點(diǎn)論述，并解析一定的成形過(guò)程控制應(yīng)用實(shí)例，有機(jī)地補(bǔ)充一些國(guó)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(xué)李云濤主編。編寫人員分工：第4、7章由天津理工大學(xué)李云濤編寫，并負(fù)責(zé)全書統(tǒng)稿；第1、3、5章由天津理工大學(xué)王志華編寫；第6章由河北工業(yè)大學(xué)李海鵬編寫；第2章由天津大學(xué)楊立軍編寫。　　在編寫的過(guò)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(xiàn)的作者深表謝意。　　由于作者水平有限，書中難免有不當(dāng)之處，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)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(dòng)控制基礎(chǔ)、鑄造過(guò)程的自動(dòng)控制、焊接過(guò)程的自動(dòng)控制、鍛壓過(guò)程的自動(dòng)控制、模具成形過(guò)程的自動(dòng)控制、軋制成形過(guò)程的自動(dòng)控制。在編寫過(guò)程中，注重理論分析與實(shí)際應(yīng)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(guò)程的基礎(chǔ)上，分別對(duì)其成形過(guò)程控制有選擇性地重點(diǎn)論述，并解析一定的成形過(guò)程控制應(yīng)用實(shí)例，有機(jī)地補(bǔ)充一些國(guó)內(nèi)外材料成形控制的發(fā)展前沿，從而將會(huì)給新版的教材帶來(lái)一定的創(chuàng)新性，適合作為材料成型與控制工程專業(yè)應(yīng)用型本科、?？茖W(xué)生學(xué)習(xí)教材，也可作為相關(guān)專業(yè)學(xué)生和工程師、技術(shù)人員的參考用書。通過(guò)對(duì)該教材的學(xué)習(xí)，可對(duì)材料成形過(guò)程自動(dòng)控制有較深入和系統(tǒng)的理解，為以后的學(xué)習(xí)和工作奠定一定的理論和實(shí)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(fù)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(xí)題與思考題第2章  自動(dòng)控制基礎(chǔ)  2.1  自動(dòng)控制基本概念  2.2  自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型  2.3  材料成形過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的特性  2.4  材料成形過(guò)程自動(dòng)控制的常用控制策略簡(jiǎn)介  習(xí)題與思考題第3章鑄造過(guò)程的自動(dòng)控制  3.1  沖天爐熔煉過(guò)程自動(dòng)控制  3.2  連鑄機(jī)自動(dòng)控制  3.3  真空差壓鑄造自動(dòng)控制  3.4  低壓鑄造自動(dòng)控制  3.5  熱室壓鑄自動(dòng)控制  3.6  鉛錠澆注自動(dòng)控制  習(xí)題與思考題第4章  焊接過(guò)程的自動(dòng)控制  4.1  焊接過(guò)程自動(dòng)控制概述  4.2  電弧焊自動(dòng)控制基礎(chǔ)  4.3  埋弧焊設(shè)備及控制  4.4  鎢極氬弧焊（TIG）設(shè)備及控制  4.5  熔化極氬弧焊（MIG）的設(shè)備及控制  4.6  CO2氣體保護(hù)電弧焊設(shè)備及控制  4.7  真空釬焊爐的自動(dòng)控制  4.8  弧焊機(jī)器人  4.9  管道全位置焊接計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  習(xí)題與思考題第5章  鍛壓過(guò)程自動(dòng)控制  5.1  自由鍛造自動(dòng)控制  5.2  熱模鍛自動(dòng)控制  5.3  快速鍛造壓力機(jī)自動(dòng)控制  5.4  鍛壓過(guò)程自動(dòng)控制實(shí)例分析  習(xí)題與思考題第6章  模具成形過(guò)程自動(dòng)控制  6.1  沖壓成形設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理  6.2  沖壓成形設(shè)備的控制技術(shù)  6.3  沖壓成形設(shè)備自動(dòng)控制實(shí)例分析  6.4  塑壓成形過(guò)程自動(dòng)控制  6.5  擠壓成形過(guò)程的自動(dòng)控制  6.6  模具加工過(guò)程的自動(dòng)控制  習(xí)題與思考題第7章  軋制成形過(guò)程自動(dòng)控制  7.1  軋制成形過(guò)程自動(dòng)化概述  7.2  軋制過(guò)程自動(dòng)化控制的基本形式  7.3  軋制成形的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)  7.4  位置自動(dòng)控制  7.5  厚度自動(dòng)控制  7.6  帶鋼板形自動(dòng)控制  7.7  連軋時(shí)張力的自動(dòng)控制  習(xí)題與思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　離心鑄造用的機(jī)器稱為離心鑄造機(jī)。按照鑄型的旋轉(zhuǎn)軸方向不同，離心鑄造機(jī)分為臥式、立式和傾斜式3種。臥式離心鑄造機(jī)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(dá)3000mm。此外可澆注造紙機(jī)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(jī)則主要用以生產(chǎn)各種環(huán)形鑄件和較小的非圓形鑄件。　　離心鑄造所用的鑄型，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(duì)于鉛青銅，過(guò)大的離心力會(huì)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。　　離心鑄造的特點(diǎn)是金屬液在離心力作用下充型和凝固，金屬補(bǔ)縮效果好，鑄件組織致密，力學(xué)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(duì)某些特定形狀的鑄件來(lái)說(shuō)，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(jì)前沿性金屬加工技術(shù)。20世紀(jì)麻省理工學(xué)院（MI‘I、）弗萊明斯教授發(fā)現(xiàn)金屬在凝固過(guò)程中，進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌或通過(guò)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(xì)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(dá)到60％仍具有較好的流動(dòng)性。可利用壓鑄、擠壓、模鍛等常規(guī)工藝進(jìn)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(shí)，使固態(tài)組分達(dá)到40％～609／6（類似糊狀懸液）并具有一定的流動(dòng)性的合金。利用半固態(tài)合金實(shí)現(xiàn)澆注或壓注成形的方法稱為半固態(tài)成形（簡(jiǎn)稱SSM）?！　　?/pre>








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