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绪论1

0.1　材料成形设备分类及特点1

0.2　材料成形设备发展趋势3

0.3　本课程的内容及教学要求6

参考文献7

第一篇 金属液态成形设备及自动化11

第1章　概论11

1.1 液态成形设备与工艺关系11

1.1.1　砂型铸造工艺及设备11

1.1.2　离心铸造工艺及设备12

1.1.3　连续铸造工艺及设备12

1.1.4　压力铸造工艺及设备13

1.1.5　低压铸造工艺及设备13

1.1.6　喷射成形工艺及设备13

1.1.7　真空实型铸造工艺及设备13

1.2　液态成形设备的分类14

1.2.1　型砂芯砂混制设备15

1.2.2　造型设备15

1.2.3　熔炼浇注设备15

1.2.4　落砂清理设备15

1.3　液态成形设备的发展趋势15

1.3.1　造型设备16

1.3.2　砂处理设备17

1.3.3　清理设备17

思考题18

第2章　熔炼设备及控制19

2.1 配料设备19

2.1.1　金属炉料称量设备19

2.1.2　非金属炉料称量设备22

2.2　加料设备27

2.2.1　单轨式加料机27

2.2.2　爬式加料机27

2.3　料位检测及炉后控制30

2.3.1 炉气差压式料位器30

2.3.2　机械式料位器31

2.3.3　穿透式料位器31

2.4　浇注机械32

2.4.1　倾转式浇注机32

2.4.2　气压式浇注机32

2.4.3　底注式浇注机33

2.4.4　电磁式浇注机35

2.4.5　浇注过程机械控制的关键问题36

思考题37

第3章　砂处理设备及控制38

3.1 混砂机38

3.1.1　碾轮式混砂机39

3.1.2　转子式混砂机40

3.1.3　摆轮式混砂机41

3.1.4　连续式混砂机41

3.2　松砂机43

3.2.1　梳式松砂机45

3.2.2　双轮式松砂机45

3.3　筛砂机45

3.3.1　滚筒破碎筛砂机46

3.3.2　振动筛砂机46

3.3.3　振动电机筛47

3.4　辅助装置49

3.4.1　料斗49

3.4.2　料斗闸门49

3.4.3　给料器49

3.5　定量器51

3.5.1　栅格式定量器51

3.5.2　杠杆式称量斗52

3.5.3　电子称量斗53

思考题53

第4章　造型设备及控制54

4.1　震击及震压造型机54

4.1.1　震压机构57

4.1.2　压头58

4.1.3　起模机构60

4.2　气动微震压实造型机60

4.3　射芯机及壳芯机63

4.3.1　Z8612B热芯盒射芯机63

4.3.2　K87壳芯机65

4.4　垂直分型无箱射压造型机69

4.5　高压造型机74

4.5.1　多触头高压造型机的结构74

4.5.2　高压造型机高压压实机构75

4.5.3　高压造型机多触头压头机构77

4.5.4　高压造型机加砂机构78

4.5.5　高压造型机模板更换装置80

4.6　气冲造型机81

4.6.1　气冲紧实机理82

4.6.2　气冲造型紧实度分布及其他工艺特性82

4.6.3　气冲造型中影响紧实度分布的因素83

思考题84

第5章　落砂与清理设备及控制85

5.1　落砂设备85

5.1.1　振动落砂机86

5.1.2　滚筒落砂机89

5.2　清理设备89

5.2.1　抛丸器89

5.2.2　抛丸清理设备92

5.2.3　喷丸清理设备95

5.2.4　清理滚筒98

思考题98

第6章　现代液态成形设备及控制99

6.1　离心浇注机99

6.1.1　立式离心铸造机100

6.1.2　卧式离心铸造机100

6.2　连铸机102

6.2.1　浇注设备102

6.2.2　结晶器及振动装置104

6.2.3　二次冷却装置106

6.2.4　拉坯矫直机106

6.3　压铸机108

6.3.1　热室压铸机108

6.3.2　冷室压铸机109

6.3.3　压铸机的基本结构110

6.4　低压铸造设备113

6.5　喷射成形设备117

6.6　真空实型铸造设备119

6.7　快速成形设备123

6.7.1　紫外激光器125

6.7.2　激光束扫描装置125

6.7.3　树脂容器系统125

6.7.4　数控系统和控制软件126

6.7.5　后固化装置126

思考题126

参考文献128

第二篇 金属塑性成形设备及自动化131

第7章　概论131

7.1 塑性成形设备与工艺关系131

7.2 塑性成形设备的分类及特点133

7.2.1　塑性成形设备的分类方式133

7.2.2　压力机的全周期载荷谱设计的基本思想135

7.2.3 塑性成形设备的驱动与传动方式138

7.3　塑性成形设备的发展趋势140

7.3.1　塑性成形设备的数控化140

7.3.2　高效精密成形设备141

7.3.3　塑性成形的柔性加工系统144

7.3.4　塑性成形设备的大型化144

思考题147

第8章　通用机械压力机149

8.1 概述149

8.1.1 通用机械压力机的工作原理149

8.1.2　机械压力机的特点152

8.1.3　机械压力机的主要性能参数152

8.2　曲柄滑块机构154

8.2.1 曲柄滑块机构的运动和受力分析154

8.2.2 曲柄滑块机构的设计计算161

8.3　传动系统168

8.3.1 传动系统关键零部件的放置方式168

8.3.2　传动级数和各级速比分配169

8.3.3 离合器和制动器的安放位置170

8.3.4　传动系统的布置与传动参数170

8.4　离合器与制动器173

8.4.1　结构形式174

8.4.2　摩擦离合器的设计计算179

8.4.3　制动器的设计计算180

8.5 电动机与飞轮181

8.5.1 电动机功率的选择与校核182

8.5.2　飞轮校核183

8.6　机械压力机的计算机控制185

8.6.1 塑性成形设备计算机控制系统的特点185

8.6.2　塑性成形设备计算机控制系统的组成185

8.6.3　机械压力机的计算机控制186

思考题188

第9章　液压机189

9.1 概述189

9.1.1　液压机基本组成及其类型189

9.1.2　液压机的主要技术参数190

9.2　液压机动力装置192

9.2.1　泵直接传动192

9.2.2　泵—蓄能器传动方式193

9.3　液压机的典型液压系统194

9.4　液压缸部件196

9.4.1 液压缸部件的种类及液压缸的支撑形式196

9.4.2　液压缸的强度计算198

9.4.3　柱塞201

9.5　机身202

9.6　液压机的计算机控制206

思考题208

第10章　螺旋压力机209

10.1 概述209

10.1.1　螺旋压力机的工作原理209

10.1.2　螺旋压力机的发展历史211

10.1.3　螺旋压力机的优缺点212

10.1.4　螺旋压力机的主要技术参数214

10.1.5　螺旋压力机的用途217

10.2　螺旋压力机的结构218

10.2.1　摩擦压力机218

10.2.2　电动螺旋压力机221

10.2.3　液压螺旋压力机224

10.2.4　离合器式螺旋压力机226

10.3　螺旋压力机的力能关系229

10.3.1 螺旋压力机工作时能量的转化229

10.3.2　整体飞轮的力能关系230

10.3.3　螺旋压力机的能量调节231

10.3.4　组合式飞轮的力能关系232

10.4 电动螺旋压力机的计算机控制233

10.4.1 电动螺旋压力机的计算机控制的必要性233

10.4.2 打击能量的计算机控制方案234

10.4.3　回程位置的计算机控制236

思考题239

第11章　高速压力机240

11.1 高速压力机现状及其发展趋势240

11.1.1　引言240

11.1.2　现代高速压力机的特点241

11.1.3 国内外高速压力机的性能综合对比分析249

11.2　高速压力机的主要技术参数与典型产品结构252

11.3　高速压力机的发展趋势256

思考题257

第12章　直线电动机驱动的压力机258

12.1 直线电动机驱动的压力机的特点258

12.2 国内直线电动机驱动的压力机的结构259

12.2.1　台式串行结构259

12.2.2　框架式直线电动机式压力机260

12.2.3　打箔用直线电动机压力机263

12.3 国外直线电动机驱动的压力机的结构264

12.3.1 开式机身的直线电动机驱动的压力机264

12.3.2　应用带有隔磁装置的直线电动机驱动的压力机265

12.4　带有增力方式的直线电动机式压力机的结构269

思考题269

第13章 现代数控成形设备的现状及发展趋势271

13.1　概述271

13.2　数控机床的基本构成273

13.3 现代数控塑性成形设备的现状275

13.3.1 金属板材数控渐进成形机275

13.3.2　数控回转头冲床276

13.3.3　数控折弯机277

13.3.4　数控激光切割机278

13.3.5　数控剪板机278

13.3.6　数控卷板机279

13.3.7　数控旋压设备280

13.3.8　无模多点成形设备281

13.3.9　交流伺服电机和异步电动机联合拖动机械压力机282

13.3.10　机电一体化全自动冲压技术283

13.3.11 多连杆压力机及拉伸垫技术283

13.3.12　单机联线自动化冲压生产线284

13.3.13　大型多工位压力机285

13.3.14　交流伺服电机直接驱动的压力机286

13.3.15 数控框架板料冲压液压机289

13.3.16　新型液压机上液压垫装置289

13.3.17　机械压力机上气垫装置290

13.3.18　变压边力控制系统291

13.3.19　泵控缸电液技术292

13.4　数控塑性成形机床的发展趋势296

思考题297

参考文献298

第三篇 金属焊接成形设备及自动化305

第14章　概论305

14.1 金属焊接成形设备与工艺关系305

14.1.1　电弧焊工艺及设备305

14.1.2　电阻焊工艺及设备307

14.1.3　高能束焊工艺及设备307

14.1.4　摩擦焊工艺及设备309

14.2　金属焊接成形设备的分类310

14.3 金属焊接成形设备的发展趋势310

14.3.1　逆变技术的应用310

14.3.2　数字化技术的应用311

14.3.3　现代控制技术的应用312

14.3.4　焊接机器人及柔性制造系统的发展313

思考题313

第15章　电弧焊设备及控制314

15.1 弧焊电源314

15.1.1 焊接电弧的基本知识314

15.1.2　弧焊电源的基础知识317

15.1.3　弧焊电源的分类318

15.1.4　变压器式弧焊电源319

15.1.5　晶闸管整流式弧焊电源320

15.1.6　逆变式弧焊电源321

15.1.7　数字化焊接电源327

15.2　埋弧焊设备336

15.2.1　埋弧焊的特征及应用336

15.2.2　埋弧焊的自动调节原理337

15.2.3　埋弧焊设备分类及组成342

15.2.4　多丝埋弧焊工艺343

15.3　熔化极气体保护焊设备344

15.3.1 熔化极气体保护焊的特征345

15.3.2　熔化极气体保护焊熔滴过渡345

15.3.3 熔化极气体保护焊设备组成349

15.3.4　先进熔化极气体保护焊技术及设备351

15.4　钨极氩弧焊设备354

15.4.1 钨极氩弧焊的特征及应用354

15.4.2　钨极氩弧焊的电流种类354

15.4.3　钨极氩弧焊设备组成356

15.5　等离子弧焊（PAW）设备357

15.5.1　等离子弧焊的特征357

15.5.2　等离子弧焊设备组成359

15.6　电弧焊过程自动控制360

15.6.1　焊缝跟踪控制技术360

15.6.2　焊缝尺寸控制技术363

思考题366

第16章　电阻焊设备及控制367

16.1 电阻焊机主电源368

16.1.1　单相工频交流焊机369

16.1.2　二次整流焊机373

16.1.3　三相低频焊机374

16.1.4　电容储能焊机375

16.1.5　逆变焊机377

16.1.6　几种电阻焊机主电源焊接性能比较378

16.2 电阻焊机的机械结构和装置379

16.2.1　点焊机和凸焊机379

16.2.2　缝焊机382

16.2.3　对焊机384

16.3 电阻焊机的控制及质量监控387

16.3.1　控制装置387

16.3.2　质量监控394

思考题403

第17章　高能束焊接设备404

17.1　电子束焊接设备404

17.1.1　电子束焊接特点404

17.1.2 电子束焊机工作原理和分类404

17.1.3　电子束焊机系统结构405

17.1.4　真空系统416

17.1.5　工作台运动控制417

17.1.6　电子束焊接过程控制418

17.1.7 电子束焊机技术性能与特点419

17.2　激光焊接设备及控制420

17.2.1　概述420

17.2.2　激光焊接原理与分类421

17.2.3　激光焊接设备组成423

17.2.4　激光焊接用激光器424

17.2.5　光路系统427

17.2.6　工艺介质输送系统430

17.2.7　激光加工机431

17.2.8　激光焊接设备的控制433

17.2.9　激光焊接设备的选用依据434

17.2.10　激光焊接安全防护437

思考题438

第18章　摩擦焊设备及控制440

18.1　连续驱动摩擦焊机441

18.1.1 连续驱动摩擦焊机的构造441

18.1.2　连续驱动摩擦焊的工艺参数443

18.1.3 连续驱动摩擦焊的特点及用途444

18.1.4　连续驱动摩擦焊机的分类444

18.2　惯性摩擦焊机446

18.2.1　惯性摩擦焊机的构造446

18.2.2　惯性摩擦焊的工艺参数447

18.2.3　惯性摩擦焊机的特点及用途447

18.2.4　惯性摩擦焊机的分类447

18.3　线性摩擦焊机448

18.3.1　线性摩擦焊的焊接过程449

18.3.2　线性摩擦焊机的特点及用途449

18.4　搅拌摩擦焊机450

18.4.1　搅拌摩擦焊机的构造450

18.4.2　搅拌摩擦焊的特点453

18.4.3　搅拌摩擦焊工艺参数454

18.4.4　搅拌摩擦焊的用途457

18.4.5　搅拌摩擦焊机的分类458

18.4.6　搅拌摩擦焊新技术新设备462

18.5　摩擦焊机的自动控制464

18.5.1 连续驱动摩擦焊焊接参数检测及控制465

18.5.2　搅拌摩擦焊的自动控制及应用466

思考题468

第19章　焊接机器人及控制469

19.1　概述469

19.1.1　焊接机器人分类469

19.1.2　焊接机器人系统组成471

19.1.3　焊接机器人选择准则473

19.2　焊接机器人工作原理474

19.2.1　机器人运动学474

19.2.2　焊接机器人驱动方式478

19.2.3　焊接机器人控制技术479

19.3　典型焊接机器人系统481

19.3.1　点焊机器人工作站482

19.3.2　弧焊机器人工作站485

19.3.3　切割机器人工作站488

19.3.4　群控机器人工作站490

19.4　焊接机器人技术发展491

19.4.1　焊接导引与焊缝跟踪491

19.4.2　焊接机器人离线编程控制494

19.4.3　焊接机器人远程控制494

19.4.4 焊接机器人焊接质量控制496

思考题499

参考文献500

第四篇 塑料成形设备及自动化507

第20章　概论507

20.1 塑料成形设备与工艺关系507

20.2　塑料成形设备的分类508

20.3 塑料成形设备的发展趋势509

第21章　挤出成形设备及控制512

21.1 概述512

21.1.1　挤出成形现状和发展512

21.1.2　挤出成形设备的组成及分类512

21.2　单螺杆挤出机514

21.2.1　单螺杆挤出机的组成514

21.2.2　单螺杆挤出机的主要技术参数515

21.2.3　单螺杆挤出机常规螺杆515

21.2.4　单螺杆的挤出过程及理论517

21.2.5　新型螺杆521

21.2.6　料筒525

21.2.7　加料装置527

21.2.8　传动系统528

21.2.9　加热冷却系统531

21.3　排气式挤出机535

21.3.1 排气式挤出机的基本结构535

21.3.2　排气式挤出机的工作原理535

21.3.3　排气式挤出机的分类536

21.4　双螺杆挤出机537

21.4.1 双螺杆挤出机的基本结构和类型537

21.4.2　双螺杆挤出机主要参数541

21.5　挤出过程熔体质量控制方法541

21.5.1　温度与压力检测542

21.5.2　熔体温度的串级控制543

21.5.3　熔体压力的控制543

21.5.4　熔体温度、压力多变量模糊控制系统实例545

思考题550

第22章　挤出成形辅机551

22.1 挤出成形辅机的分类及组成551

22.2　吹塑薄膜成形辅机552

22.2.1 吹塑薄膜辅机的设备及生产过程552

22.2.2　冷却定型装置555

22.2.3　内冷却装置555

22.2.4　牵引装置556

22.2.5　卷取切割装置558

22.3　塑料管材挤出成形559

22.3.1 挤管辅机组成及生产过程559

22.3.2　定型装置560

22.3.3　冷却装置562

22.3.4　牵引装置564

22.3.5　切割装置564

22.4　塑料板材挤出成形565

22.4.1 挤板辅机组成及生产过程565

22.4.2　压光机566

22.4.3　牵引装置567

22.4.4　切割装置568

22.4.5　卸料装置569

22.5　塑料异型材的生产过程569

22.5.1　概述569

22.5.2　塑料异型材机头570

22.5.3　定型装置572

22.5.4　贝加莱PCC在福田异型材生产线上的挤出应用575

思考题578

第23章　注射成形设备及控制579

23.1　概述579

23.1.1　注塑成形原理579

23.1.2　注塑机的组成580

23.1.3　注射成形机的分类580

23.1.4　注射成形机的主要参数581

23.1.5 注射成形机的标准及型号583

23.1.6　注射成形机的现状及发展583

23.2　注射装置584

23.2.1　注射系统的主要组成584

23.2.2　注射系统的工作原理585

23.2.3　注射装置的主要零部件585

23.2.4　注射部分技术参数586

23.3　合模系统589

23.3.1　合模系统的组成和类型589

23.3.2　调模装置593

23.3.3　顶出装置593

23.3.4　合模系统的主要技术参数594

23.4　驱动装置595

23.4.1　液压系统595

23.4.2　电力驱动装置596

23.5　注塑机的安全技术要求596

23.5.1 安全保护与检测系统的组成596

23.5.2 注射成形机的安全技术要求597

23.5.3　注射成形机的安全保护内容598

23.6　控制系统599

23.6.1 注塑机电气控制系统的组成及特点599

23.6.2　注射成形过程控制600

思考题608

第24章　压延成形设备及控制609

24.1　压延设备及压延原理609

24.1.1　压延设备609

24.1.2　压延原理612

24.2　辊筒612

24.2.1　对辊筒的要求613

24.2.2　辊筒结构613

24.2.3　辊筒变形614

24.3　影响压延的因素619

思考题620

第25章　混炼成形设备621

25.1 捏合机621

25.1.1　犁状转子混合机621

25.1.2　高速混合机622

25.2　开炼机623

25.2.1　开炼机的基本构造623

25.2.2　开炼机工作原理624

25.3　密炼机624

25.3.1　密炼机的基本构造624

25.3.2　工作原理及特点626

思考题626

参考文献627