2022年材料成型设备及控制课程考查试卷 .pdf

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1、上海理工大学20092010 学年第 2 学期材料成型设备及控制课程考查试卷学号： 0714030210 姓名：张群得分：答题要求：1.答案请列于下列题目之后，手写或打印皆可，A4 幅面，提交书面装订件，有电子文件者请同时提交；2.禁止相互抄袭，被发现有内容重复度超过60%以上者，均以0分计入成绩。一、知识归纳总结：试述曲柄压力机、液压机、摩擦压力机的结构、功能、特点、用途，三者之间有何异同。（20分）答：1.曲柄压力机：曲柄压力机的 结构组成为：1、传动系统：由带传动、齿轮传动机构将电动机的运动传递给工作机构。2、工作机构：由曲柄滑块机构将传动系统的旋转运动变为滑块的往复运动。3、操纵系统：

2、由离合器、制动器等控制系统，保证压力机安全、准确地运转。4、能源系统：电动机飞轮。5、支承部件：机身、工作台和紧固件等。6、辅助系统：过载保护装置、打料装置、润滑系统等。功能曲柄压力机是冲压及锻压生产中广泛使用的一种压力加工设备。特点运动特性图 139是曲柄滑块机构运动分析原理图。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页图中 R 为曲柄半径， L 为连杆长度， 为曲柄的旋转方向和角速度。曲柄的旋转中心节点有时偏离滑块的直线运动方向，偏离的距离e 称为偏置距 ，这种机构称为偏置机构。向前偏称正偏置机构反之为负偏置机构。当e

3、=0 0，即节点在滑块运动方向上称正置机构。图 1310 J31315 压力机滑块位移速度及加速度曲线受力特性 : 图 1311 为曲柄滑块机构受力分析简图。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页拉深压力机特点：一是有可靠的压边装置。在进行拉深工艺时，毛坯的边缘要起皱，为了防止起皱需有压边装置。压边装置可以用装在模具中的弹簧来完成，也可以用装在单动压力机中的拉深垫来完成，但对于复杂的零件，则需用双动拉深压力机的外滑块来实现。二是滑块的工作行程较大，并且滑块在工作行程中的速度要求慢而平稳。因而其传动机构复杂。用途通用压力

4、机用于多种工艺用途，如冲裁、弯曲、成形、浅拉深等。专用压力机用途较单一，如拉深压力机、板料弯折机、剪切机、挤压机等。根据工艺用途也可将曲柄压力机进行如下分类：A 板料冲压压力机(1)通用压力机。用于冲裁、落料、弯曲、成形和浅拉深等工艺。(2)拉深压力机。用于拉深工艺。(3)板冲高速自动机。适用于连续传送板料的自动冲压工艺。(4)板冲多工位自动机。适用于连续传送工件的自动冲压工艺。B 体积模锻压力机(1)挤压机。用于冷挤压工艺。(2)热模压力机。用于热模锻工艺。(3)精压机。用于平面精压、体积精压和表面压印等工艺。(4)平锻机。用于平锻工艺。(5)冷镦自动机。用于制造如螺钉螺母等各种标准件。(6

5、)精锻机。用于精锻各种轴类工件。C 剪切机(1)板料剪切机。用于裁剪板料。(2)棒料剪切机。用于截裁棒料。2.液压机结构液压机一般由本体及液压系统两部分组成：最常见的液压机本体结构见图如图13-19 所示。它由上横梁 1，下横梁 3，4 个立柱 2 和 16 个内外螺母组成一个封闭框架，框架承受全部的工作载荷。工作缸9 固定在上横梁1 上，工作缸内装有工作柱塞8，它与活动横梁7 相连接，活动横梁以4 根立柱为导向，在上下横梁之间往复活动。许多中下型液压机采用活塞式工作缸，如图13-20 所示。当活塞的上腔与下腔交替通入高压液体时，可以相继实现工作行程与回程，而不需单独设置回程缸。功能以液体为工

6、作介质，用来传递能量以实现各种工艺的机器。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页特点(1)基于液压传动的原理，执行元件(缸及柱塞或活塞)结构简单。结构上易于实现很大的作用力，较大的工作空间及较长的行程，因此适应性强，便于压制大型工件或较长较高的工件。(2)在行程的任何位置均可产生压力机额定的最大压力。可以在下转换点长时间保压，这对许多工艺是十分需要的。(3)可以用简单的方法(各种阀门 )在一个工作循环中调压或限压，而不至超载，容易保护各种模具。(4)滑块 (活动横梁 )的总行程可以在一定范围内任意地无级地改变，滑块行程

7、的下转换点可以根据压力或行程的位置来控制或改变。(5)滑块速度可在一定范围内进行调节，从而适应工艺过程对滑块速度的不同要求。用泵直接传动时，滑块速度的调节与压力及行程无关。(6)与锻锤相比，工作平稳，撞击、振动和噪声较小；对工人健康、厂房基础，周围环境及设备本身都有很大好处。液压机优点：1. 容易获得很大压力。 2. 容易获得很大的工作行程，并能在行程的任意位置发挥全压。 3. 容易获得大的工作空间。4. 压力和速度可以在较大范围内方便地进行无极调节，同时由于能够可靠的控制液压，可以可靠的防止过载。 5. 工作平稳，噪声小，对工人健康，厂房基础及设备本身要很大好处。6. 液压元件的通用化、标准

8、化、系列化给液压机的设计制造和维修带来了方便。液压机缺点：1. 由于采用高压液体作为工作介质，对液压元件精度要求较高，结构较复杂，维修调试比较困难。2. 高压液体的泄漏难免发生，不但污染环境，浪费压精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页力，对于 热加工场所还有火灾的危险。3. 液体流动存在压力损失，导致效率较低，运动速度慢，降低了生产率。 4. 工作缸升压及降压都需要一定时间，在机构的响应速度上不如机械压力机。用途液压机应用广泛，按用途分为十个组别：1.手动液压机。一般为小型液压机，用于压制、压装等工艺。2.锻造液压机

9、。用于自由锻造、钢锭开胚以及有色金属及黑色金属模锻。3.冲压液压机。用于各种板材冲压。4.一般用途液压机。用于各种工艺，通常称为万能（通用）液压机。5.校正压装液压机。用于零件校形及装配。6.层压液压机。用于胶合板、刨花板、纤维板及绝缘材料板的压制。7.挤压液压机。用于挤压各种有色金属及黑色金属的线材、管材、棒材及型材。8.压制液压机。用于粉末冶金及塑料制品的压制成型等。9.打包、压块液压机。用于将金属切削等压成块及打包等。10.其他液压机。包括轮轴压装、冲孔等专门用途的液压机。3.摩擦压力机结构机器的传动链由一级皮带传动、正交圆盘摩擦传动和螺旋滑块机构组成。其工作原理为：电机通过三角带带动传

10、动轴朝一个方向旋转（从机器左侧看为顺时针旋转），安装在传动轴上的左右两个摩擦盘随传动轴一起旋转。当按动滑块下行按钮，换向阀换向，操纵缸活塞向下移动，经杠杆系统使主轴沿轴向右移，左摩擦盘压紧飞轮，依靠摩擦，驱动飞轮旋转（从机器上方俯视为顺时针方向旋转）通过螺旋机构将飞轮的圆周运动转变为滑块的直线运动。滑块通过模具接触工件后，飞轮及滑块在运动中积蓄的能量全部释放，飞轮的惯性力矩通过螺旋机构转变为滑块对工件的锻击力，一次锻击结束后，按滑块上升按钮，换向阀换向，操纵缸活塞向上移动，经杠杆系统，右摩擦盘压紧飞轮，飞轮反向旋转，滑块回程，滑块上升到预定位置时，换向阀换向，复位弹簧使摩擦盘恢复中位，同时制动

11、动作使滑块停止在设定的位置。此时本机的一次工作循环即完成。功能利用摩擦盘与飞轮之间相互接触传递动力，并根据螺杆与螺母相互运动，使滑块产生上下往复运动的锻压机械。特点双盘摩擦压力机器属于螺旋压力机的一种传统的结构形式，其主要特征是飞轮由摩擦机构传动。摩擦压力机有较好的工艺适用性，结构简单，制造和使用成本较低，因此特别适用于校正成型等冲压工艺。用途摩擦压力机机是一种万能性较强的压力加工机器，应用较为广泛，在压力精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页加工的各种行业中都能使用。在机械制造工业中，摩擦压力机的应用更为广泛，可用来

12、完成模锻、镦锻、弯曲、校正、精压等工作，有的无飞边锻造也用这种压力机来完成。由于压力机在使用上万能性较大，并且有结构、安装、操纵及辅助设备简单和价格低廉的优点，因此在机械制造、汽车、拖拉机和航空等工业中的冲压车间、锻造车间及模锻车间都广泛采用，也可进行冲裁和耐火材料的压制工作。三者的 异同：曲柄压力机、液压机、摩擦压力机，都是压力成型的一种成型机械，但它们的原理、特点有所不同。曲柄压力机是利用曲柄滑块机构的运动来提供压力，液压机 是利用液压系统提供压力，摩擦压力机是利用摩擦盘与飞轮之间相互接触传递动力。曲柄压力机与液压机的详细比较如右图所示：二、知识归纳总结：试述塑料挤出机、塑料注射成型机的结

13、构、功能、特点、用途，二者之间有何异同。（20 分）答：1. 塑料挤出机挤出机的 结构组成主机：挤压系统。主要由料筒和螺杆组成。塑料通过挤压系统塑化成均匀的熔体，并这一过程中所建立的压力下，连续地被螺杆定压定量定温地挤出机头。传动系统。给螺杆提供所需的转矩和转速。加热冷却系统。通过对料筒(或螺杆 )进行加热和冷却，保证成型过程工艺要求的温度范围内完成。辅机：机头。是制品成型的主要部件，熔融塑料通过它获得一定的几何截面和尺寸。定型装置。作用是将从机头中挤出的塑料的既定形状稳定下来，并对其进行精整，从而得到更为精确的截面形状、尺寸和光亮的表面。通常采用冷却和加压的方法达到一目的。冷却装置。由定型装

14、置出来的塑料在此得到充分的冷却，获得最终的形状和 尺寸。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页牵引装置。其作用为均匀地牵引制品，并对制品的截面尺寸进行控制，使挤 出过程稳定地进行。切割装置。其作用是将连续挤出的制品切成一定长度或宽度。卷取装置。其作用是将软制品(薄膜、软管、单丝等 )卷绕成卷。控制系统的组成。由各种电器、仪表和执行机构组成。根据自动化水平的高低，可控制挤出机的主机、辅机的拖动电机、驱动油泵、油 (汽)缸和其他各种执行机构按所需的功率、速度和轨迹运行以及检测。控制主辅机的温度、压力、流量，最终实现对整个挤

15、出机组的自动控制和对产品质量的控制。控制系统的功能：1)控制挤出设备主、辅机的电动机，使其满足工艺条件所需的转速和功率。2)控制主、辅机的温度、压力、流量，保证制品质量。3)实现整个挤出机组的自动控制，保证主、辅机协调地运行。功能将固态的塑料在一定的温度、压力条件下，熔融，塑化，利用挤出机的螺杆加压，使其通过特定断面形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续型材。特点挤出成型的特点：生产过程是连续的，因而其产品都是连续的；生产效率高，应用范围广，能生产管材、棒材、板材、薄膜、单丝、电线、电缆、异型材、中空制品等；投资少，收效快，用挤出成型生产的产品广泛地应用于人民生活以及农业、建筑业、石油化工、

16、机械制造、国防等工业部门。单螺杆挤出机的主要参数螺杆长径比。用LD 表示。其中L 为螺杆的工作部分长度，即有螺纹部分的长度， D 为螺杆直径。螺杆的转速范围。用nmaxnmin表示,nmax表示最高转速， nmin表示最低转速，用 n(rmin)表示螺杆转速。驱动电机功率。用P表示，单位 kW。料筒加热段数。用N 表示。料筒加热功率。用PE表示，单位 kW。挤出机生产率（挤出机生产能力）。用Q 表示，单位 kgh。机器的中心高。用H 表示，指螺杆中心线到地面的高度，单位mm。机器的外形尺寸。长，宽，高，单位mm。用途用于连续化生产塑料管材、板材、薄膜、异型材、电线电缆、挤出造粒等。2. 塑料注

17、射成型机结构精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页注射机的组成(1)注射装置。使塑料均匀地塑化成熔融状态，并以足够的速度和压力将一定量的熔料注射进模具型腔的系统。(2)合模装置。也称锁模装置。保证注射模具可靠地闭合，实现模具开、合动作以及顶出制件的系统。(3)液压和电器控制系统。保证注射机按预定工艺过程的要求(如压力、温度、速度和时间 )和动作程序准确有效工作的系统。注射机生产工作过程1合模与锁紧； 2注射装置前移； 3注射与保压； 4制件冷却与预塑化；5注射装置后退； 6开模与顶出制件。功能塑料注射成型机是将热塑性塑

18、料或热固性塑料利用塑料成型模具制成塑料制件的主要成型设备 ,是目前塑料成型设备中增长最快、产量最多、应用最广的塑料成型设备。特点注射机的分类1立式注射成型机。注射装置与合模装置铅锤排列优点：占地面积小，模具拆装方便缺点：不易实现全自动化操作，机器稳定性差。应用于小型注射机2卧式注射成型机。注射装置与合模装置水平排列特点：稳定好，容易实现全自动操作广泛用于大、中、小型注射机3角式注射成型机。注射装置与合模装置相互垂直排列特别适合于成型制品中心不允许留有浇口痕迹的制件注射机主要技术参数1注射量注射量也称公称注射量。它是指对空注射的条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注

19、射量。2注射压力注射压力的选取很重要。注射压力过高，制件可能产生毛边，脱模困难，影响制件的表面粗糙度，使制件产生较大的内应力，甚至成为废品，同时还会影响注射机的使用寿命。若注射压力过低，则易产生物料充不满型腔，甚至根本不能成型等现象。3注射速度、注射速率与注射时间合理地提高注射速率，能缩短生产周期，降低制件的尺寸公差，能在较低的模温下顺利地获得优良的制件. V=s/4塑化能力塑化能力是指单位时间内所能塑化的物料量。目前注射机的塑化能力有了较大的提高。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页5锁模力注射机合模机构必须有足够

20、的锁模力。锁模力同注射量一样，也在一定程度上反映出注射机所能塑制制件的大小，是一个重要参数，所以有的国家采用最大锁模力作为注射机的规格标称。用途注射成型机具有能一次成型外型复杂、尺寸精确或带有金属嵌件的质地密致的塑料制品，被广泛应用于国防、机电、汽车、交通运输、建材、包装、农业、文教卫生及人们日常生活各个领域。异同：塑料挤出机、塑料注射成型机都是将高分子聚合物树脂加工成型为塑料制品的设备，它们都利用螺杆来加压、送料，它们的结构组成与成型工艺有所不同。塑料挤出机是将塑料加热使之呈黏流状态，在加压的情况下，使之通过具有一定形 状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续体然后通过冷却，使具有一定几何形状

21、和尺寸的塑料由黏流态变为高弹态，最后冷却定型为玻璃态，得到所需要的制品。主要用来生产连续型材。塑料注射成型机是利用注射装置将注射机筒中已经熔化的热塑性或热固性塑料以高压、高速注入到闭合的成型模具型腔中，经冷却固化定型后，制成与模具型腔的形状几乎完全一致的塑料制品。注射成型机是将塑料熔体注入型腔中，因此它有注射系统、合模系统；而塑料挤出机是将塑化的塑料通过设计好的口模中挤出成为型材，因此有挤压系统、传动系统以及定型、牵引等装置。三、创新创造设计规划：请选做以下所列任意一题：（60分）a)以上海通用雪佛兰科鲁兹车型左前车门金属面板冲压成型为设计对象，年产量 2430 万扇，请调研、设计、规划生产该

22、车门所需的材料成型设备、规格、配置、生产线构成，内容翔实、图文参数并茂者为佳。b)以上海大众朗逸车型驾驶舱仪表台面板的注塑成型为设计对象，年产量2430 万台，请调研、设计、规划生产该车门所需的材料成型设备、规格、配置、生产线构成，内容翔实、图文参数并茂者为佳。c)自选材料成型零件及其年产量，请调研、设计、规划生产该零件所需的材料成型设备、规格、配置、生产线构成，内容翔实、图文参数并茂者为佳。图一所示为盖板零件结构图，零件材料为Q235，厚度为3mm，属于大批量生产。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页一冲压工艺性与

23、工艺方案一般对于这样的工件，通常采用先落料、冲孔，再弯曲的加工方法。由于该工件的生产批量较大，如果把三道工序放在一起，可以大大提高生产效率，并减轻工作量，节约能源，降低成本，而且可以避免原有的加工方法中需要将手伸进模具中的问题，对保护操作者的安全也很有利。该制件的形状较为简单且对称，弯曲部分由R=2.5mm 的圆角过渡。除个别有精度要求外，其他精度要求不高，材料为Q235 刚，冲压性能较好，孔与边缘的厚度较大，满足复合模中的凸凹模壁厚强度的要求。因此，可选用复合模加工。由于工件对称，可以一模两件，采用落料、冲孔、弯曲、切断复合模。二工艺计算1. 展开长度计算图 一精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页