材料成形装备及自动化C7E1

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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凌宏江 副教授华中科技大学材料学院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2009-2010学年第二学期目 录第一章第一章绪绪 论论（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

2、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（2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（2学时）学时）总结复习（总结复习（2学时）学时） 2EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院第七章第七章 其它材料成形装备其它材料成形装备7.1陶瓷成形装备陶瓷成形装备7.2玻璃成形装备玻璃成形装备7.3粉末材料成形装备粉末材料成形装备3EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中

3、科技大学材料学院7.1 陶瓷成形装备陶瓷成形装备人面鱼纹彩陶盆新石器时代仰韶文化(约5000年) 高16.5厘米，口径39.5厘米。20世纪50年代陕西省西安市半坡村出土，现藏中国历史博物馆。4EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院7.1.1 陶瓷技术装备概述陶瓷技术装备概述(1) 硅酸盐制品或材料主要包括：陶瓷、玻璃、硅酸盐制品或材料主要包括：陶瓷、玻璃、水泥；水泥；(2) 以粘土为主要原料烧成的多晶、多相聚集以粘土为主要原料烧成的多晶、多相聚集体制品，包括土器、陶器、瓷器等统称为体制品，包括土器、陶器、瓷器等统称为陶瓷陶瓷；5EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备

4、 华中科技大学材料学院6EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院7.1.2 原材料制备装备原材料制备装备 陶瓷技术装备包括原材料制备、釉料制备、成陶瓷技术装备包括原材料制备、釉料制备、成形、烧成等专业装备；形、烧成等专业装备； 陶瓷技术装备按其在生产过程中的主要用途可陶瓷技术装备按其在生产过程中的主要用途可划分为划分为10大类（详见参考书）；大类（详见参考书）； 按装备的来源和使用特性，陶瓷装备又可分为按装备的来源和使用特性，陶瓷装备又可分为三大类：三大类： 1）行业专业装备（如滚压成形机、自动压砖机）行业专业装备（如滚压成形机、自动压砖机 等）；等）； 2）行业通用装备

5、（如球磨机、泥浆泵）；）行业通用装备（如球磨机、泥浆泵）； 3）通用装备（各行业都可用的装备，如皮带运）通用装备（各行业都可用的装备，如皮带运 输机等）输机等）7EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院1) 球磨机球磨机球磨机：硬质材料的粉磨和混合球磨机：硬质材料的粉磨和混合特特 点：效率高、物料细（点：效率高、物料细（4060um）种种 类：瓷瓶球磨机、中心转动球磨机、震动球磨类：瓷瓶球磨机、中心转动球磨机、震动球磨机等机等8EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院(1) 球磨机的结构球磨机的结构球磨机筒体球磨机筒体球磨机料口球磨机料口球磨机内衬板

6、球磨机内衬板球磨机磨球球磨机磨球9EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院(2) 球磨机的转速球磨机的转速球磨机的转速对球磨效率影响很大，如果球磨球磨机的转速对球磨效率影响很大，如果球磨机以临界速度或更高速度旋转，起不到粉碎的作用。机以临界速度或更高速度旋转，起不到粉碎的作用。理论和实践证明，球磨机临界转速为：理论和实践证明，球磨机临界转速为：球磨机转速太快球磨机转速正常球磨机转速太慢泻落式泻落式抛落式抛落式离心式离心式D: 球磨机的直径球磨机的直径 (m)10EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院(3)球磨机物料装填量球磨机物料装填量 在湿磨过程

7、中，球石的装填量达到球磨机净体积的在湿磨过程中，球石的装填量达到球磨机净体积的55%时时，能达到，能达到最佳状态，可以用经验公式估算球磨机中球体的重量：最佳状态，可以用经验公式估算球磨机中球体的重量：G: 球石装填量球石装填量(kg)；r：球磨机筒体半径：球磨机筒体半径(cm)；d：球石比重：球石比重(g/cm3)L：球磨机长度：球磨机长度(cm) 球磨机的初始球石级配为：大球球磨机的初始球石级配为：大球30%，中球，中球40%，小球，小球30%，实际，实际中主要取决于被磨物料的粒度，也要适当考虑球磨机的直径和转速中主要取决于被磨物料的粒度，也要适当考虑球磨机的直径和转速11EAMP其它材料成

8、形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院2) 压滤机压滤机厢式压滤机过滤脱水结构原理1滤板2滤布3滤腔（形成滤饼）4阴阳螺栓12EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院(3) 真空练泥机真空练泥机 在陶瓷工业中，通常采用真空练泥机对泥料进行加工，清除泥浆中的气泡，提高泥料组分的均匀性和致密性双轴式真空练泥机的结构示意图1-电动机2-齿轮箱3-加料口4-梳状挡泥板5-上绞刀轴 6-筛板 7-真空管道8-真空室照明灯9-真空表10-真空室11-下绞刀轴12-机头13-机嘴13EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院7.1.3 成形机械装备成形机械装备

9、 现代陶瓷的成形方法可分为四类：塑性成形法、注浆成形法、粉料压力成形法（干压法）和特种成形法。 塑性成形法在日用陶瓷工业、电瓷工业中广泛采用，常用的塑性成形设备中又包括滚压成形机、旋坯机、挤坯机等。 本节介绍常用的滚压成形机和注浆成形机及生产线。14EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院(1) 滚压成形机及生产线滚压成形机及生产线15EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院1) 滚压成形的基本原理 阴模滚压成形（外成形） 阳模滚压成形（内成形）16EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院(2) 注浆成形机注浆成形机 注浆成形是

10、利用模型具有吸水能力用泥浆浇注成形的。在日用陶瓷中，形状复杂的制品，大都采用注浆成形。 1）泥浆的真空处理设备 1搅拌机2截止阀3、5高、低液面探极4贮浆槽6调节阀传统的定义：在石膏模的毛细管力作用下，含有一定水分的粘土泥浆脱水硬化、成型的过程。 17EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院1) 空心注浆 成型时，将注浆坯料（泥浆）注入石膏模内，利用石膏模的吸水性，当水分渗入石膏模后，贴近模壁的泥浆变稠，形成和模具型腔形状相同的泥层，随着时间的延长，泥层逐渐增厚，当达到所需厚度时，将多余的泥料倒出，当泥层脱水收缩到一定的程度就与模壁脱离，即可取出，形成坯体。这种方法适用于

11、形状复杂或不规则的容器成型。18EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院2) 实心注浆实心注浆 实心注浆是将泥浆注入两个合起来的石膏模之间的空腔中。由于石膏模不断吸收泥浆中的水分，泥浆量自然会不断减少，因此注浆时必须陆续补充泥浆，直到泥浆全部形成坯体，注浆口已无法续补泥浆为止。19EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院3) 离心注浆机离心注浆机离心注浆机机械传动示意图1、3电动机2凸轮轴4皮带拔叉5带式制动器6工作轮7惰轮8主轴9模座10压盖11截止阀12泥浆管离心注浆机的工作循环图20EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院

12、7.2 玻璃成形装备玻璃成形装备21EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院7.2.1 基本概念 玻璃的主要成分是硅酸盐，通常是一种透明或半透明的无定形物质。 玻璃被认为是：“熔融液体冷却时不析出结晶，逐渐硬化而成形的无机物质”或“熔体因受冷却，粘度逐渐增大而形成的非晶固体物质”。 玻璃制品生产的工艺过程。主要有：配料、熔制、成形、退火、加工、检验等工序。 玻璃的人工成形方法主要：人工吹制、自由成形（无模型成形）、人工拉制和人工压制等。 机械成形的方法有：压制法、吹制法、拉制法、压延法、浇铸法和烧结法等。22EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院玻

13、玻璃璃工工业业2 2、原料、原料4 4、反应原理、反应原理主要原料主要原料：纯碱、石灰石和石英纯碱、石灰石和石英1 1、组成、组成NaNa2 2O O CaOCaO 6SiO6SiO2 25 5、玻璃态物质、玻璃态物质6 6、几种常见的玻璃、几种常见的玻璃3 3、生产设备、生产设备玻璃熔炉玻璃熔炉没有一定的熔点而在某一温度范围没有一定的熔点而在某一温度范围Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO223EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院7.2.2 玻璃成形的主要装备玻璃成形的主要装备（1）供料机）供料机1）供料道：）供料

14、道：K型供料道砖结构示意图24EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院2) 供料机供料机25EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院(2) 成形方法及机械成形方法及机械1）平板玻璃的成形）平板玻璃的成形玻璃液在锡液面上浮起高度 26EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院浮法玻璃工艺示意图27EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院28EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院浮法玻璃生产线图示浮法玻璃生产线图示29EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院2) 瓶罐

15、玻璃的成形瓶罐玻璃的成形“吹吹法”成形工艺流程.装料、.瓶口成形、.吹成雏型料泡、.雏型料泡翻转、.落入成形模、.重热、.吹气成形、.钳移30EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院7.3 粉末材料成形装备粉末材料成形装备粉末冶金是用金属粉末或金属与非金属粉末的混合物做原料，经成型和烧结，制成各种类型的金属制品和金属材料的方法。31EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院7.3.1 粉末冶金加工工艺过程粉末冶金加工工艺过程(1)粉末冶金的主要工序粉末冶金的主要工序32EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院7.3.1粉末的主要制

16、备方法粉末的主要制备方法(1) 球磨不适用：易生冷焊现象、具延展性的材料适 用：脆性材料缺点：1. 能量消耗大:噪音及摩擦熱2. 粒度越小所需要的时间和能量相对很大3. 粉末加工硬化、不规则形状、堆集性不良33EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院(2) 电解法优点：高纯度、呈树枝状或海棉状、成形性佳、烧结性优异。缺点：1. 粉末不规则状，堆集性差。2. 盐浴的化学性非常敏感，污染物可阻止阴极生成产物。3. 仅有元素粉末适用。4. 产品须经后续处理及清洗。34EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院(3) 雾雾化法化法 雾化法提供了大部分的粉末，因

17、为化学性及形状均可被掌握。 以下介绍气雾法、水雾法。1) 气雾法（水平）优点优点：保持高合度原料的完整保持高合度原料的完整性性、粉末均粉末均匀匀呈球形，呈球形，有良好堆有良好堆集集性性35EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院2) 气雾法（垂直）气雾法（垂直）需加需加热热超越熔融超越熔融36EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院3) 水水雾雾法法 水水雾雾法法与气雾与气雾法不同法不同点点：1. 因冷因冷却却速度速度过过快，快，粉末呈不粉末呈不规则状规则状。2. 粉末表面粗糙，含粉末表面粗糙，含氧化物。氧化物。为为改善此改善此两项两项缺缺点点，合成

18、油已逐合成油已逐渐渐取代取代水。水。37EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院7.3.2 粉末的主要成形方法粉末的主要成形方法(1) 普通模压成形普通模压成形 指粉料在常温下、在封指粉料在常温下、在封闭的钢模中、按规定的压力闭的钢模中、按规定的压力（一般为（一般为150600MPa），），在普通机械式压力机或自动在普通机械式压力机或自动液压机上将粉料制成压坯的液压机上将粉料制成压坯的方法。方法。 这种成形方法通常由下这种成形方法通常由下列工步组成：称粉、装粉、列工步组成：称粉、装粉、压制、保压、脱模等。压制、保压、脱模等。模压成形示意图模压成形示意图38EAMP其它材料

19、成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院一种国产压力机一种国产压力机39EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院(2) 等静压成形等静压成形40EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院(3) 连续轧制成形连续轧制成形41EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院(4) 喷射成形喷射成形 喷射成形（Osprey）工艺是用高压惰性气体将金属液流雾化成细小液滴，并使其沿喷嘴的轴线方向高速飞行，在这些液滴尚未完全凝固之前，将其沉积到一定形状的接收体上成形。42EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院43EAMP

20、其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院(5) 注射成形注射成形粉末注射成形是一种采用粘结剂固结金属粉末、陶瓷粉末、复合材料、金属间化合物的一种特殊成形方法它是在传统粉末冶金技术基础上，结合塑料工业的注射成形技术而发展起来的一种近净成形技术。主要包括粘结剂与粉末的混合、制粒、注射成形、脱脂及烧结五个步骤。注射成形示意图1装料斗2注射混合料3转动连轴器4料筒5螺杆6加热器7制品8冷却套9模具10移动模板11液压中心顶杆12活动时杆13注射液压缸44EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院7.3.3 烧结及气体保护设备烧结及气体保护设备（1）典型的烧结过程分类）

21、典型的烧结过程分类45EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院(2) 钟罩式烧结炉钟罩式烧结炉特点：特点：1）间歇式烧结）间歇式烧结2）外罩可连续）外罩可连续使用，节约使用，节约能源能源3）效率高）效率高1上盖架上盖架2下盖架下盖架3气囊气囊4护盖护盖5炉膛炉膛6钢内罩钢内罩7炉底炉底8进气管进气管9排气管排气管10热电偶热电偶46EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院(3) 网带传送烧结炉网带传送烧结炉特点：连续作业、结构紧凑、炉温高；多用于铁基粉末的烧结直通型网带传送式烧结炉纵剖面图直通型网带传送式烧结炉纵剖面图47EAMP其它材料成形装备其它

22、材料成形装备 华中科技大学材料学院(4) 保护气体发生装置保护气体发生装置煤气发生装置放热型煤气发生器示意图48EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院本节思考题本节思考题1、概述陶瓷成形装备的种类、特点。、概述陶瓷成形装备的种类、特点。2、简简述述陶陶瓷瓷件件施施釉釉、装装饰饰的的目目的的，其其主主要要设设备备的的原原理与特点。理与特点。3、概述玻璃成形的工艺过程及其主要加工设备。、概述玻璃成形的工艺过程及其主要加工设备。4、以以玻玻璃璃制制瓶瓶机机生生产产线线为为例例，概概述述其其工工艺艺过过程程及及设设备特点。备特点。5、简述粉末冶金加工工艺过程及主要设备原理。、简述粉末冶金加工工艺过程及主要设备原理。6、比比较较粉粉末末材材料料压压力力成成形形装装备备与与其其它它压压力力成成形形机机的的异同。异同。49EAMP其它材料成形装备其它材料成形装备 华中科技大学材料学院