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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

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