第一講精品課程

一.課程簡介(內容、歷史沿革、目的及意義)二．課程安排(學時安排、考核方式)三．第1章緒論(材料及其成形裝備分類、自動的化含義)內容提要精品課程概述１、本課程是我校機械大類平臺課程(13門)體系下，“材料成型及控制工程”專業的四門核心課之一：（１）《材料成形理論基礎》（２）《材料加工工程》（３）《材料成形裝備及自動化》（４）《模具CAD/CAM》＊講課時數４8課程簡介精品課程2、教材采用國家“十一五”規劃教材：《材料成形裝備及自動化》，

樊自田主編，機械工業出版社，2006.8（目前，第3次印刷）

全書共分為九章。主要內容包括（材料成型的主要設備及自動化）：（1）裝備在材料成形加工中的作用及工業自動化的含義~2（2）金屬液態成形裝備及自動化~10（3）金屬塑性成形裝備及自動化~10（4）金屬連接成形裝備及自動化~10（5）高分子材料成形設備及自動化~4（6）快速成形裝備及控制~6（7）陶瓷、玻璃等其它材料成形裝備~2（8）熱處理工業爐及其控制~2（9）材料成形加工中的環境保護裝備~2課程簡介概述精品課程課程簡介3、本課程的歷史沿革

1998年，國家教育部,將工科本科高校中原鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等專業，合并調整為“材料成形及控制工程”專業；原鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等各老專業的課程體系中，又分工藝、材料、裝備及機械化等課程，以講授金屬材料熱加工成形為主要內容，專業知識面相對較窄；原鑄、鍛、焊、熱等專業的“機械設備及自動化”課程有：《鑄造機械化》、《鍛壓設備》、《塑料成形機械》、《焊接設備及自動化》、《熱處理工業爐》等；新的“材料成形及控制工程”專業，學習內容應包括金屬、高分子、陶瓷等材料的成形及過程控制。經過幾年的課程體系過渡，1998年~2004年。

2004年，華中科技大學開始“機械大類”教學體系改革，各專業設立“核心課”，《材料成型設備及自動化》被定為“材控”專業核心課，著手有關教材的編寫。

2005年，樊自田教授主編的《材料成型設備及自動化》課程教材，并被列為國家“十一五”教材，于2006年8月正式出版。它是最早出版的國家“十一五”規劃教材之一。概述精品課程

（１）裝備是工業和國民經濟的基礎，工業的自動化與信息化是現代工業與國民經濟發展的必然趨勢；（２）材料成形裝備及其自動化的進展是材料成形工業技術發展的主要標志之一。當代“材料成形及控制工程”專業的大學生，全面了解并掌握材料成形裝備及自動化方面的知識是對大學生的必然要求；（３）新的“材料成形及控制工程”專業的知識內容，覆蓋了原鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等老專業，還應包括塑料、陶瓷、玻璃等種類材料的成形及控制工程，內容繁多；（４）本課程及教材，以材料成形主要裝備結構和原理為主體、以其控制與自動化為重點；（５）本課程既涉及了傳統材料成形方法的裝備及其自動化，又包括了高分子材料及其它材料的成形裝備與控制，還增加了材料成形領域最新研究與應用成果，即環境保護、綠色加工成形技術裝備。課程簡介4、本課程的目的、意義及重點概述精品課程5、本課程的基礎、要求（１）本課程的基礎課程：

《機械零件與機械設計》、《工程制圖》、《工程測試基礎》、《工程控制基礎》、《液壓傳動與氣壓傳動》、《材料成形工藝》(<材料加工工程>)。（２）本課程的要求：材料成形裝備種類繁多，本課程將重點或詳細介紹各材料成形裝備及方法中的主要設備和自動化程度較高的新型設備，而對其中的次要設備或較舊式設備只作簡要介紹或不作介紹。因此，通過本課程學習，要求重點掌握各材料成形工藝中的主要設備和新型設備的工作原理、結構特點、應用范圍、控制方法等。課程簡介概述精品課程課程簡介熱式壓鑄機立式直壓塑料注射機6、典型材料成形設備概述精品課程課程簡介JB21系列鍛壓機概述快速成形設備系統精品課程課程簡介焊接機器人概述精品課程主講教師“材控2012級”卓越計劃實驗班：樊自田教授、莫健華教授、周龍早講師（博士）聯系方式（樊自田）：fanzt@辦公電話：87540094(O)課程安排精品課程本課程的學時安排第1章緒論（２學時）

第2章金屬液態成形裝備及自動化（10學時）第3章金屬塑性成形裝備及自動化（10學時）第4章金屬連接成形裝備及自動化（10學時）第5章高分子材料成形設備及自動化（2學時）第6章快速成形裝備及控制（6學時）

第7章其它材料成形裝備（２學時）第8章熱處理工業爐及其控制（２學時）第9章材料成型加工中的環境保護裝備（２學時）總結復習（２學時）實驗課：3次（６學時）（上課48學時、實驗6學時）課程安排精品課程實驗課程內容（１）壓力鑄造裝備及過程控制實驗（2學時）（２）ＳＬＳ快速成形裝備及其自動控制實驗（2學時）

（３）焊接機器人自動焊接過程控制實驗（2學時）課程安排學習方法：

1、嘗試在實驗班中，開展基于問題的學習（PBL－ProblemBasedLearning）。教師提出問題，學生帶著問題，去學習。

2、課堂有問題隨時舉手、交流。

3、課外作業的一般要求：

每位同學選擇1種材料加工設備(如:自動壓鑄機、鍛壓機組、焊接機器人等)，用PPT介紹它們的機械結構、工作原理、驅動系統、控制系統，介紹時間10-15分鐘。復雜設備可以2人一組。可以在第３周某個時間，或第11-12周某個時間。作為平時成績。精品課程PBL－ProblemBasedLearning問題：1、材料有哪些種類，常用的金屬材料有哪幾種？2、金屬材料、非金屬材料有哪些常見的成形方法？舉例說明其特點3、舉例說明，不同零部件（3-5個，塑料瓶、玻璃杯、鐵郎頭、空調殼、汽車發動機）的材料及其成形工藝，采用的主要設備。４、闡述工業裝備在材料成形加工中的作用。５、概述工業自動化的定義、組成及主要內容。

也可以對上述問題（1個或多個）的回答或思考，作為平時成績，交個東西給我。不能相同的回答。做1個問題，不能少于5000漢字。最后一次課交給我，3月20日、5月22號。學習方法精品課程

本課程的考核方式成績計算：（１）平時成績20~30％：到課情況、課堂作業、課外作業、聽課紀律等；

（２）實驗及實驗報告成績~10％；（３）考試成績70~80％。

考核方式：考試（開卷或閉卷）基本要求:不曠課、不遲到、不早退，上課筆記、按時交作業（課堂或課外）、作報告。考核方式精品課程1.1材料的分類及其成形裝備概述1.1.1材料的分類復合材料材料分類金屬材料無機非金屬材料有機高分子材料天然材料人造材料天然材料人造材料天然材料人造材料第1章緒論精品課程結構材料現代材料的分類功能材料特種材料力學性能（建筑、機器等）物理、化學性能（防腐、導電、導磁、導熱）裝飾、貨幣材料的作用石器時代物質基礎人類發展史的里程碑銅器時代鐵器時代,衣食住行約8000年5000年前3000年前第1章緒論1.1材料的分類及其成形裝備概述精品課程金屬材料

金屬間化合物傳統金屬材料新型金屬材料

金屬玻璃金屬基復合材料鋼鐵銅鋅鋁鎂鈦鎳

最重要的工程結構材料廠房、橋梁、機械、工具

最重要的輕合金材料

最重要的高溫合金材料黑色金屬有色金屬最重要的耐磨材料納米晶粒金屬先進復合材料中的一個重要領域。優點：高強度、高彈性模量和低膨脹系數外、優良的韌性，抗沖擊，抗熱振，對表面缺陷沒有樹脂基復合材料敏感，耐熱性高，橫向力學性能好，不燃燒，不吸潮，導電和導熱性好，耐輻射，以及高真空環境穩定等新型材料或稱先進材料，是指那些新近開發或正在開發的具有優異性能和特殊用途的材料。它是發展高新技術的重要物質基礎。第1章緒論1.1材料的分類及其成形裝備概述精品課程（1）金屬材料：鋼鐵、銅合金、鋁合金、鎂合金等（2）有機高分子材料：塑料、樹脂、橡膠等。（3）無機非金屬材料：幾乎包括除金屬材料、高分子材料以外的所有材料，主要有：陶瓷、玻璃、膠凝材料（水泥、石灰和石膏等）、混凝土、耐火材料、天然礦物材料等。（4）復合材料：“由兩個或兩個以上獨立的物理相，包括粘結材料（基體）和粒料、纖維或片狀材料所組成的一種固體產物”。復合材料的組成分為兩大部分：基體與增強材料。（5）材料還可以根據其性能特征、用途、狀態等分類。

第1章緒論1.1材料的分類及其成形裝備概述精品課程1.1.2材料的成形方法分類及裝備概述（1）金屬材料加工成形方法

通常分為冷加工、熱加工兩大類：

1）冷加工成形是指切削加工，如：車削、刨削、磨削、銑削、鏜削等；

2）熱加工成形有：鑄造（或液態成形）、鍛壓（擠壓）、焊接、粉末冶金等。鑄造成形和焊接成形又稱為金屬的液態成形，金屬的鍛壓（擠壓）成形又稱為塑性成形，當金屬處于半固態下成形叫做半固態鑄造、液態鍛壓成形或半固態成形。第1章緒論1.1材料的分類及其成形裝備概述精品課程金屬加工成形技術傳統金屬加工技術先進金屬加工技術機械冷加工機械熱加工鑄造焊接鍛造切削加工材料加工工程機械制造工程快速成形技術噴射成形技術快速凝固技術激光加工技術精確鑄造精密模鍛激光焊接計算機集成制造（CIMS）數控加工技術微細加工技術特點：專業分工不明確第1章緒論1.1材料的分類及其成形裝備概述精品課程（2）常見的金屬材料熱加工成形的主要裝備

（本課程的主要內容）A、鑄造成形1）重力作用下的鑄造

砂型鑄造：各類造型機、制芯機、鑄型輸送機及輔助裝備、落砂機、砂處理設備、清理設備等

金屬型鑄造：金屬型鑄造機

熔模鑄造：壓蠟機、結殼生產線、焙燒爐等

消失模鑄造：模樣成形機、振動緊實臺、熱干砂冷卻系統、真空系統等2）外力作用下的鑄造

離心鑄造：離心鑄造機

壓力鑄造：冷室壓鑄機、熱室壓鑄機

低壓鑄造：低壓鑄造機

擠壓鑄造：擠壓鑄造機鑄造的本質特點：

液態金屬成形裝備特點：必須有模、型第1章緒論1.1材料的分類及其成形裝備概述精品課程B、塑性成形：

軋制：各類軋機

擠壓：各類壓力機

拉拔：各類拉拔（或拉力）機

自由鍛：各類鍛錘

模鍛：各類鍛錘或壓力機

板料沖壓：各類壓力機鍛造的本質特點：金屬塑性成形裝備特點：必須有外力焊接的本質特點：

液態金屬局部成形裝備特點：必須有局部高溫源C、焊接成形：

1）熔焊：

電弧焊：各類弧焊機

電渣焊：電渣焊機

電子束焊：電子束焊機

激光焊：激光焊機

等離子弧焊：等離子弧焊機

2）壓焊：

電阻焊：電阻點焊機和電阻縫焊機

摩擦焊：摩擦焊機

3）釬焊：釬焊設備第1章緒論1.1材料的分類及其成形裝備概述精品課程（3）高分子材料成形設備

1）高分子塑料制品成形，主要有：擠出機、注射機等。

2）橡膠成形裝備（4）粉末材料的成形設備（粉末冶金）制粉設備、成型設備、燒結設備等

（5）材料的快速成形設備，主要有：1）立體平版印刷機(SLA----StereoLithographyApparatus)2）分層物體制造(LOM----LaminatedObjectManufacturing)3）選擇性激光燒結(SLS----SelectiveLaserSintering)4）熔絲沉積制造(FDM----FusedDepositionModeling)5）粉末材料選擇性粘結（TDP----ThreeDimensionalPrinting）等

快速成形的本質特點：

增長成形裝備特點：必須有機電一體化第1章緒論1.1材料的分類及其成形裝備概述精品課程1.2裝備在材料成形加工中的作用（1）社會的進步，可歸結為人類不斷創造工具以延伸自身的能力；（2）從原始人類的工具到今天各種現代化工具、精密加工裝備等，都是在延伸人的體力與能力。（3）裝備在材料成形加工中的作用歸納為如下幾個方面：

1）大大提高了生產率、降低了工人的勞動強度；（以自動化壓鑄機為例，每小時可壓鑄60~180次，最高可達500次）

2）提高了產品質量與精度，降低了原材料消耗；（自動化生產可避免人力生產中的人為因素，保障產品的質量與精度，大大降低原材料的消耗）第1章緒論精品課程

3）縮短了產品設計至實際投產時間；（快速成形技術及裝備的出現，使得新產品的設計、評價、修改、制造等過程形成了一個整體的閉環系統，大大縮短了新產品的研制時間和用。）

4）減少制品的庫存；（實現生產管理自動化，可及時、準確地處理大量數據，對器件、設備、人力、技術資料進行組織、協調，大大減少生產制品的庫存量。）

5）改善操作環境，實現安全和清潔生產。（除塵設備、降噪設備的使用，生產廢料（廢渣、廢氣、廢水等）再生回用（或無害處理），可大大減少了生產資源浪費和對環境的污染，實現綠色可持續發展）第1章緒論1.2裝備在材料成形加工中的作用精品課程1.3工業自動化的含義（1）工業自動化的定義及組成1）工業自動化是指：將多臺設備（或多個工序）組合成有機的聯合體，用各種控制裝置和執行機構進行控制，協調各臺設備（或各工序）的動作，校正誤差、檢驗質量，使生產全過程按照人們的要求自動實現，并盡量減少人為的操作與干預。2）工業自動化系統一般由如下部分組成：*.自動機床；*.物料自動搬運系統；*.自動裝配機；*.流水生產線；*.信號檢測數據采集系統；*.計算機過程控制系統；*.為支持制造活動用來收集數據、進行規劃和做出決策的計算機控制系統。

第1章緒論精品課程(2)工業生產過程

第1章環節主要過程功能作用設計設計過程產品設計、工裝模具設計、專用加工設備設計等

制造

生產準備過程原材料準備、采購及外協加工委托計劃等工藝準備過程工藝圖紙準備、加工設備選擇、工裝模具制造等加工過程冷加工（種類切削加工）、熱加工（鑄、鍛、焊等）、各類生產線等檢驗試驗過程加工過程中工藝參數的自動檢測、加工后產品的性能檢測等裝配過程零件供給、產品裝配與輸送等輔助生產過程產品的后續處理、廢舊料回用、設備檢修維護等管理生產管理過程原材料（工具、配件等）管理、生產調度、人事管理、企業規劃等表1-2生產過程中的三大環節及八個主要過程

緒論1.3工業自動化的含義精品課程（1）設計過程

在采用CAD（計算機輔助設計）技術之前，機械（或材料加工）工業的設計人員約占技術人員的10%~15%，設計工作的50%~60%的工作量是制圖與其它一些重復性勞動，且設計多憑經驗設計，工作量大、周期長、設計圖紙修改不便，設計的安全系數通常較大。隨著計算機技術的廣泛采用，設計過程中可應用計算機輔助進行產品設計、性能分析、模擬試驗等，進一步的發展是將CAD技術與CAE（計算機輔助工程）技術和CAM（計算機輔助制造）技術等結合起來，實現CAD/CAE/CAM一體化。從而大大縮短了設計過程、提高了設計的準確性與可靠性，設計方案與圖紙的修改和保存也非常便利，設計過程的發展趨勢是設計自動化。

第1章緒論1.4工業自動化內容精品課程第1章（2）生產準備過程該過程包括：根據公司企業銷售和市場信息部門提出的產品訂貨訂單，考慮生產綱領、本廠設備及庫存情況；編制材料、刀具、元器件、專用設備等需用、采購、外協加工委托計劃；必要時，甚至包括專用生產基地廠房的建設等任務。在這些工作中相應地采用各種自動化技術與手段可提高效益、減少差錯。

（3）工藝準備過程該過程包括：根據設計圖紙、技術裝備水平及產品批量等因素，選擇加工設備；確定加工工藝及技術要求；設計零件制造、產品裝配的工藝過程，編制材料明細表；確定工裝模具、量具等的設計制造，準備外協加工件的驗收方法及手段。在這些工作中，有些已經實現了相當程度的自動化，如工藝過程模擬及自動設計方面。

緒論1.4工業自動化內容精品課程第1章（4）加工過程自動化的加工過程包括：從大批量生產中采用的各種高效專用機床、組合機床、自動化生產線，到多品種、小批量生產中采用的數控機床、組合機床，直至近年來采用的成組技術和柔性加工系統。各種類型的調節器、控制器，特別是計算機，微型機的大量應用，加快了加工過程自動化速度。（5）檢驗試驗過程在自動化單機、自動線等的工作過程中，出于保證產品質量、提高精度和為操作者提供安全保護等目的，往往需要進行自動測試。各種傳感器的出現使原材料、毛坯、零部件等的性能、外形尺寸、特征，加工和裝配的工位狀況，設備工作狀況，材料、零件的傳送情況，產品性能等的檢測試驗都成為可能。各種各樣的放大器、轉換器、傳送器顯示記錄裝置促進了自動檢測技術的發展，使得機械及材料加工工業的檢測技術由過去的離線、被動、單參數、接觸式逐步轉向使用計算機的在線、主動、多參數、非接觸式快速檢測。緒論1.4工業自動化內容精品課程第1章（6）裝配過程裝配作業自動化包括零件供給、裝配作業、裝配成品、運送等方面的自動化。從裝配作業來看，方向是研制高生產率的數控裝配機、自動裝配線，裝配機器人；從整個生產過程來看，是如何將裝配作業與CAM、零件后處理和自動化立體倉庫相聯接。（7）輔助生產過程該過程包括毛坯、原材料、工件、刀具、工夾具、廢料等的處理、搬運、抓取、中間存貯、檢修等，由于該過程的時間占生產時間的95%以上，費用占30%~40%，因此研制各種自動化物流裝置得到各國普遍重視。各種懸掛輸送、自動小車輸送，高架立體倉庫、機械手和工業機器人已廣泛應用于各個領域。緒論1.4工業自動化內容精品課程第1章（8）生產管理過程生產管理包括車間或工廠的各種原材料、工具、存貨的管理，生產調度，中長期規劃，生產作業計劃，產品訂貨與銷售，市場預測與分析，財務管理，工資計算，人事管理等。生產管理自動化就是利用計算機技術按照訂貨或任務要求，通過各個管理子系統可及時、準確地處理大量數據，對器件、