材料成形装备及自动化 材料成形装备及自动化c2e2.ppt
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1、材料成形装备及自动化 Equipment and Automation of Materials Process,吕书林 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,2015-2016学年第二学期,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,4,2.3 砂处理装备及自动检测系统,2.3.1 砂处理装备概述 砂处理装备,一般包括旧砂的回用(或再生)处理装备、混砂装备、搬运及辅
3、助装备等。 旧砂回用装备:去除旧砂中的金属屑、杂质灰尘、降温冷却及贮藏等。 再生装备:化学粘结剂砂(树脂砂和水玻璃砂等),其作用是去除包覆在砂粒表面的残留粘结剂膜。 混砂装备:完成砂、粘结剂及附加物等的称量和混制,获得满足造型要求的高质量型砂。 根据粘结剂的不同,分为粘土砂、水玻璃砂、树脂砂三类。,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) 型砂制备工艺流程图,原材料运入,烘干,破碎,磨粉,吸送,烘干,破碎,磨粉,吸送,破碎,烘干,过筛,吸送,煤粉斗,粘土斗,新砂斗,旧砂斗,松砂,混 砂 机,造型,浇注,落砂,破碎,冷却,增湿,过筛,磁选,造芯,旧砂再生 (干法或
4、湿法),废砂斗,废砂运出,原材料处理工段,型砂制备工段,旧砂处理工段,旧砂再生工段,带式输送,带式输送,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) 一个典型的粘土旧砂处理系统,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,7,旧砂回用系统的自动化重点是: 旧砂冷却,即旧砂温度的检测与控制 为提高旧砂的冷却效率,普遍的方法是采用增湿冷却方法; 其原理是将水加入到热的旧砂中,水吸热汽化带走砂的热量使砂温降低; 因此,在自动化的旧砂回用系统中须设置型砂温度传感器、水分传感器、加水装置、搅拌装置、除尘装置等。 而型砂混制系统的自动化重点则是型砂性能的控制,
5、其主要控制对象是以型砂紧实率为中心的型砂性能在线检测装置、水分检测装置、加水装置等。,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,8,2.3.2 旧砂处理装备,粘土旧砂处理装备常有:夹杂物分离设备、冷却设备等。对于化学粘结剂砂还包括旧砂的再生设备。,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,9,(1) 夹杂物分离设备,对于混杂在旧砂中的断裂浇冒口、飞边、铁豆等铁磁性物质可用磁分离的方法去除。 对于没有磁性的金属、砂芯芯头等则可用筛分的方法去除。 常用的磁分离设备有:磁分离滚筒、磁分离带轮和带式磁分离机三种; 常用的筛分装置有:滚筒筛砂机、摆动筛砂机、振动筛
6、砂机等。,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,常用的磁分离设备:,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,11,(2) 旧砂冷却装备,自动化造型生产线的型砂使用频率很高,浇注后型砂温度升高,必须对旧砂进行冷却。 常用的冷却装备中有加水和吹冷空气冷却方法。采用吹冷空气方法的设备有冷却提升机、振动沸腾冷却床等。,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,振动提升冷却设备,集冷却与垂直提升于一体。,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,振动沸腾冷却:,EAMP金属液态成形装备及自动化(2)
7、华中科技大学材料学院,14,(3) 旧砂再生装备,对于化学粘结剂砂(树脂砂、水玻璃砂等)而言,如象粘土旧砂一样,对旧砂进行简单的处理(破碎、去磁、除尘等)较难达到回用之目的,必须对旧砂进行再生。 随着环保要求的日益严格和资源的减少,旧砂再生已成为现代化的铸造企业必须考虑的重要课题之一。 旧砂再生的方法很多,不同的旧砂由于其性质的明显不同,适合不同的再生方法。根据其再生原理可分为:干法再生、湿法再生、热法再生等。 各种旧砂再生装备系统将在第9章中介绍。,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,15,2.3.3 混砂装备,混砂装备是自动化砂处理系统中最重要的设备,应根据铸件大
8、小、造型方法、型砂类型、粘结剂等来选择合适的混砂装备。混砂装备种类繁多,结构各异。,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,(1) 粘土砂混砂机,粘土砂混砂机,按混砂装置可分为:碾轮式、转子式、摆轮式、叶片式、逆流式等。 混砂机对混制粘土砂的要求是:将各种成分混合均匀,使水分均匀湿润所有物料;使粘结剂膜均匀地包覆在砂粒表面;将混砂过程中产生的粘土团破碎,使型砂松散。,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,17,1) 碾轮式混砂机,目前使用最广泛的混砂装备之一,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,18,碾轮的运动分析,
9、在碾轮上的任一点的速度都由三个分速度合成。这三个分速度表示了碾轮的三种运动,从而形成了对型砂的三种作用:垂直方向的碾压作用,水平方向的搓碾作用,碾轮轴向的拖抹作用。,2) 转子式混砂机,是目前混砂效率最高的混砂装备之一 结构特点: 一个或多个偏心安装的混合器,按要求形成顺向、逆向的物流 静止的刮板或旋转的刮板为混合物提供连续垂直作用,加强物料混合 混合容器:旋转或不旋转 性能优势 型砂质量好、性能均匀 高的生产效率和短的混砂周期 操作过程环境友好,无粉尘、粉料的泄漏 维护费用低,方便的开门易于耐磨零件的更换,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,(2) 化学粘结剂
10、砂混砂机,用于化学粘结剂如树脂、水玻璃砂的混砂机有双螺旋连续式混砂机和球形混砂机,只要求充分搅拌。 1) 球形混砂机,1-转轴 2-球型外壳 3-搅拌叶片 4-反射叶片 5-卸料门,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,21,2) 双螺旋连续式混砂机,1螺旋混砂装置 2,4闸门气缸 3机身 5快速混砂装置,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,22,(3) 粘土混砂的自动控制及在线检测,1) 型砂中的水分是影响型砂质量的关键要素,型砂紧实率是反映型砂性能的重要指标。因此,混砂的自动检测及控制多以水分及紧实率的测量及控制为中心进行。 2) 混砂自动
11、控制装置的控制方法:,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,型砂性能在线检测仪工作原理图,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,24,以紧实率为目标的自动混砂系统,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,25,2.4 造型设备及自动化生产线,造型是金属液态成形的主要工艺过程,其目的是获得一个紧实高而且分布均匀的砂型。 造型过程主要包括:填砂、紧实、起模、下芯、合箱及砂型、砂箱的运输等工序。 造型机是整个造型过程的核心装备,它的作用有三个:填砂、紧实和起模。其中紧实是关键的一环。所谓的紧实就是:将包覆有粘结剂的松散砂粒在
12、模型中形成具有一定强度和紧实度的砂块或砂型。,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,紧实后的砂型应具有如下性能,(1) 有足够的强度。能经受起搬运、翻转过程中的震动或浇注时金属液的冲刷而不破坏。 (2) 容易起模。起模时不能损坏或脱落,能保持型腔的精确度。 (3) 有必要的透气性。避免产生气孔等缺陷。 上述要求,有时互相矛盾。,EAMP金属液态成形装备及自动化(2) 华中科技大学材料学院,27,2.4.1 粘土砂用造型设备,常用紧实型砂的方法(简称实砂)有震击紧实、压实紧实、射砂紧实、气流紧实等。 根据其紧实原理造型机可分为震击/震压造型机、高压造型机、射压造型机
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