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文档简介

锻造工艺学1锻造工艺学辅导教案材料科学与工程学院材料加工工程系第一次讲课一、讲授内容第一章绪论一、锻造工艺学及其性质二、锻造生产的特点及其在国民经济中的作用三、我国锻造生产的历史,现状及发展趋势四、锻造生产方法的分类及工艺流程五、课程的任务。第二章锻造用原材料及下料方法第一节锻造用钢锭及型材一、钢锭及其冶炼二、钢锭的结构三、钢锭的内部缺陷四、型材及其常见缺陷第二节下料方法一、剪切法二、锯切法三、砂轮片切割法四、折断法锻造工艺学2五、气割法六、其它下料方法二、难点1、钢锭和型材的缺陷产生原因及其危害。2、各种下料方法的原理。三、基本概念偏析、夹杂、缩孔、疏松、溅疤、划痕、折迭、粗晶环四、思考题1、试阐述镇静钢锭的结构及其主要缺陷的产生部位。2、钢锭常见缺陷有哪些它们产生的原因和危害性是什么3、常见的型材缺陷有哪些它们产生的原因和危害性是什么4、锻造用型材常采用哪些方法下料各自有何特点5、铸锭作为锻造坯料时如何下料五、要求重点掌握的知识点1、钢锭结构及其常见内部缺陷。2、型材及其常见缺陷。3、常用下料方法及其选择原则。六、所需学时2小时第二次讲课一、讲授内容第三章锻造的热规范WWWBZFXWCOM锻造工艺学3第节金属的锻前加热一、加热的目的二、加热方法第二节金属加热时产生的缺陷及防止措施一、氧化二、脱碳三、过热四、过烧五、裂纹第三节锻造温度范围的确定一、始锻温度的确定二、终锻温度的确定第四节金属的加热规范一、加热规范制定的原则及方法二、钢锭的加热规范三、中、小型钢坯的加热规范二、难点1、氧化和脱碳的共性和异性。2、过热和过烧的相关性及其区别3、加热过程温度应力、组织应力和残余应力的产生机理及其应力分析。4、始锻温度和终锻温度正确选择的必要性。5、加热速度的影响因素及其影响规律。WWWBZFXWCOM锻造工艺学4三、基本概念加热规范、氧化、脱碳、过热、过烧、过热温度、过烧温度、始锻温度、终锻温度、锻造温度范围、金属加热规范、最大可能的加热温度、允许的加热温度、温度头、均热保温、最小保温时间、最大保温时间四、思考题1、试说明锻前加热的目的和方法。2、氧化和脱碳有哪些共性和异性3、氧化和脱碳可产生哪些危害如何防止4、过烧和过热有哪些危害如何防止5、导致裂纹产生的内应力有几种清阐述它们相应的应力状态。6、通常圆柱形坯料产生加热裂纹的危险位置在何处原因何在如何防止7、锻造温度范围的确定原则和基本方法是什么8、怎样确定碳钢的始锻和终锻温度它们受到哪些因素的影响9、为什么要制定合理的加热规范加热规范包括哪些内容其核心问题是什么10、两种不同概念的加热速度实质上反映了什么因素的影响11、选择加热速度的原则是什么提高加热速度的措施有哪些12、均热保温的目的是什么13、冷锭和热锭的加热规范各有什么特点为什么五、要求重点掌握的知识点1、锻前加热的目的和方法。WWWBZFXWCOM锻造工艺学52、加热金属的常见缺陷及其危害。3、金属加热过程中缺陷的产生原因和防止措施。4、加热规范的内容、制定原则和方法。六、所需学时2学时第三次讲课一、讲授内容第三章锻造的热规范第五节少无氧化加热一、快速加热二、介质保护加热三、少无氧化火焰加热第六节金属的锻后冷却一、锻后冷却常见缺陷产生的原因和防止措施二、锻件的冷却方法三、锻件的冷却规范第七节锻件的热处理一、中、小锻件热处理二、大型锻件热处理二、难点1、少无氧化火焰加热法的工作原理。2、冷却过程温度应力、组织应力和残余应力的产生机理及其应力分析。WWWBZFXWCOM锻造工艺学63、冷却速度的影响因素及其影响规律。三、基本概念冷却规范、白点、网状碳化物四、思考题1、少无氧化加热主要有哪几种方法其中火焰加热法的基本工作原理是什么2、金属断后冷却常见缺陷有哪些各自产生原因是什么3、为什么硬钢锻后冷却易产生表面纵向裂纹4、金属锻后冷却规范一般包括哪些内容5、锻件热处理的目的是什么6、中小锻件通常采用哪些热处理各自作用是什么7、通常大锻件采用哪些热处理各自作用是什么五、要求重点掌握的知识点1、少无氧化加热方法及其工作原理。2、金属锻后冷却常见缺陷及其危害。3、金属锻后冷却中缺陷的产生原因和防止措施。4、冷却规范的内容、制定原则和方法。5、常用的锻件热处理方法。六、所需学时2学时第四次讲课一、讲授内容WWWBZFXWCOM锻造工艺学7第四章自由锻主要工序分析第节概述一、影响金属塑性变形流动的几个基本因素二、局部加载时沿加载方向的应力分布规律三、金属塑性变形的不均匀性四、塑性变形时金属的流动方向第二节镦粗一、镦粗工序的主要质量问题和变形流动特点二、镦粗时的注意事项第三节拔长、矩形截面坯料的拔长二、圆截面坯料的拔长三、空心件拔长二、难点1金属塑性变形的基本规律和影响因素。2在几种变形工序中金属流动规律的分析。3镦粗时金属流动特点及其缺陷产生机理(包括圆截面和矩形截面坯料)。4拔长时金属流动特点及其缺陷产生机理(包括矩形截面、圆截面和空心截面坯料)。三、基本概念镦粗、拔长、镦粗比、锻造比、进料比(相对送进量)、相对压缩程度WWWBZFXWCOM锻造工艺学8四、思考题1、导致金属塑性变形不均匀性的原因是什么2、镦粗和拔长各有哪些用途3、镦粗工序主要存在哪些质量问题试分析它们产生的原因及其预防措施。4、拔长工序主要存在哪些质量问题试分析它们产生的原因及其预防措施。5、为什么采用平砧小压缩量拔长圆截面坯料时效率低且质量差应怎样解决6、空心件拔长时孔内壁和端面裂纹产生的原因是什么应采取哪些措施加以解决五、要求重点掌握的知识点1、金属塑性变形所遵循的基本规律和影响因素。2、镦粗、拔长工序的金属受力分析。3、镦粗、拔长工序的金属变形和流动特点。4、镦粗、拔长时常见金属缺陷、产生机理及其预防措施。六、所需学时3学时第五次讲课一、讲授内容第四章自由锻主要工序分析第四节冲孔WWWBZFXWCOM锻造工艺学9一、冲孔的受力变形分析二、冲孔的质量分析第五节扩孔一、冲子二、芯轴三、辗压第六节弯曲第七节其它工序(补充内容)一、错移二、扭转二、难点1、冲孔时受力、变形和缺陷产生原因的分析。2、扩孔时受力、变形和缺陷产生原因的分析。3、弯曲时受力、变形和缺陷产生原因的分析。三、基本概念冲孔、走样、扩孔、弯曲四、思考题1、试阐述开式冲孔时金属变形和流动特点并画出相应的应力、应变图。2、冲孔时易出现哪些质量问题应采取什么措施解决3、试阐述冲子扩孔时金属变形和流动特点并画出相应的应力、应变图。4、芯轴扩孔时金属主要沿切向流动的原因是什么此时锻件尺寸变化特点是什么应怎样防止壁厚不均WWWBZFXWCOM锻造工艺学105、辗压扩孔的工艺特点是什么生产时易产生哪些质量缺陷怎样防止6、弯曲时坯料易产生哪些缺陷它们产生的原因是什么五、要求重点掌握的知识点1、冲孔、扩孔、弯曲工序的应力、应变分析。2、冲孔、扩孔、弯曲工序的金属变形和流动特点。3、冲孔、扩孔、弯曲工序中常见的加工缺陷种类、产生原因及其预防措施。六、所需学时2学时第六次讲课一、讲授内容第五章自由锻工艺第节自由锻件的分类第二节自由锻件变形方案的确定第三节自由锻工艺过程的制定一、锻件图的制定二、确定坯料的重量和尺寸三、确定变形工艺和锻造比四、确定锻造设备吨位第四节大型锻件锻造的特点(自学)、钢锭冶金质量对锻件的影响WWWBZFXWCOM锻造工艺学11二、大型钢锭的加热特点三、热锻变形对金属组织和性能的影响四、大锻件变形工艺分析二、难点自由锻件变形方案的确定三、基本概念机械加工余量、锻造余块、试样余块、锻件工称尺寸、锻造比四、思考题1、自由锻工艺的特点及其主要用途是什么不同材料自由锻面临的主要问题是什么为什么2、试述自由锻件的分类及其采用的基本工序。3、自由锻工艺过程的制定包括哪些内容4、锻造比对锻件组织和力学性能有哪些影响其选择与锻件大小有何关系5、确定自由锻设备吨位有几种方法为什么水压机锻造所依据的变形力能参数不同五、要求重点掌握的知识点1、常见自由锻件的分类。2、自由锻件变形方案的选择原则和实际应用。3、考虑机械加工余量、锻造公差、锻造余块、试样余块等影响所绘制的锻件图。4、坯料重量的计算方法。WWWBZFXWCOM锻造工艺学125、变形工艺特别是工序顺序、工序尺寸、锻造比等的确定。6、设备吨位的计算公式。六、所需学时1学时第七次讲课与课堂练习一、讲授内容第五章第三节五、自由锻工艺过程制定举例第六章模锻成形工序分析第一节概述二、难点1、如何掌握自由锻工艺过程设计方法3、所选择的自由锻过程中各工序尺寸的确定。三、思考题模具形状对金属变形和流动的主要影响表现在哪些方面五、要求重点掌握的知识点1、自由锻工艺过程设计方法。2、模具形状对金属塑性变形和流动的影响。3、课堂进行一简单锻件的自由锻工艺过程设计。六、所需学时2学时第八次讲课一、讲授内容WWWBZFXWCOM锻造工艺学13第六章模锻成形工序分析第二节开式模锻一、开式模锻各阶段的应力应变分析二、开式模锻时影响金属成形的主要因素第三节闭式模锻一、闭式模锻的变形过程分析二、坯料体积和模膛体积变化对锻件尺寸的影响三、打击能量和模压力对成形质量的影响四、各类锻压设备闭式模锻的特点二、难点1、开式模锻的应力应变分析。2、闭式模锻的变形过程分析。三、基本概念开式模锻、闭式模锻、飞边槽四、思考题1、试分析开式模锻三变形阶段的应力应变状态及其成形特点。2、开式模锻时影响金属成形主要有哪些因素3、飞边槽由几部分组成它们各自的作用是什么4、桥口阻力与哪些因素有关怎样依据模膛充满的难易程度或设备类型来确定桥口尺寸5、闭式模锻的优点是什么它的正常生产条件及其用途是怎样的6、试述闭式模锻三变形阶段的变形情况。WWWBZFXWCOM锻造工艺学147、闭式模锻模壁受力情况与锻件尺寸关系有何关系8、闭式模锻时坯料和体积的变化反映在锻件的哪些尺寸上影响它们变化的因素有哪些五、要求重点掌握的知识点1、开式模锻各阶段的应力应变图及其分析。2、模膛尺寸和形状对金属成形的影响。3、飞边槽的作用、类型及其选择。4、终锻前坯料尺寸和形状对金属成形的影响。5、坯料自身性质不均对金属成形的影响。6、设备工作速度对金属成形的影响。7、闭式模锻的变形过程分析。8、坯料体积、模膛体积、打击能量和模压力变化对闭式模锻成形质量的影响。六、所需学时2学时第九次讲课一、讲授内容第六章模锻成形工序分析第四节挤压一、挤压的应力应变分析二、挤压时筒内金属的变形流动三、关于“死区”的应力应变分析WWWBZFXWCOM锻造工艺学15四、挤压时常见缺陷的分析五、径向挤压第五节顶镦一、顶镦二、电热镦粗三、在带有导向的模具中镦粗二、难点1、挤压的应力应变分析2、挤压筒内金属的变形流动特点、规律及其影响因素。3、关于“死区”的应力应变分析及其对成形质量的不良影响。4、常见挤压缺陷及其预防措施。5、径向挤压的变形分析及其张力计算。6、两种顶镦情况模具设计原则。三、基本概念挤压、正挤压、反挤压、挤压比、径向挤压、张模力、顶镦四、思考题1、试进行挤压过程的应力应变分析并阐明轴向应力突变的原因。2、平底凹模正挤压时金属在挤压筒内的流动主要有哪三种情形为什么3、平底凹模正挤压时区最小主应力3的数值受到哪三种因素的影响它们的影响规律是怎样的4、试讨论在各种不同的具体条件下平底凹模内正挤时所出现的金属变形和流动情况。WWWBZFXWCOM锻造工艺学165、“死区”产生的原因是什么一般“死区”存在哪两种变形情况6、“死区”容易产生哪些缺陷怎样防止7、挤压时常存在哪些缺陷可采取什么措施防止8、径向挤压变形过程的主要特征是什么张模力与何因素有关9、挤压缩孔产生的原因是什么挤压制品裂纹的产生与哪些因素有关五、要求重点掌握的知识点1、挤压的应力应变分析2、挤压筒内金属的变形流动特点、规律及其影响因素。3、“死区”产生原因、应力应变分析及其对成形质量的不良影响。4、常见挤压缺陷的形成原因及其预防措施。5、径向挤压的用途、变形分析及其张模力计算。6、顶镦用途及其模具设计原则。六、所需学时2学时第十次讲课一、讲授内容第七章模锻工艺第一节常用模锻设备及其工艺特点(自学)一、模锻锤二、热模锻压力机WWWBZFXWCOM锻造工艺学17三、螺旋压力机四、平锻机第二节模锻工艺及模锻件分类一、长轴类锻件二、短轴类圆饼类锻件三、顶镦类锻件四、复合类型锻件第三节模锻件图设计一、锤上模锻锻件图设计二、热模锻压力机上模锻件图设计特点三、螺旋压力机上模锻件图设计特点四、平锻机上模锻件图设计特点二、难点1、鉴于塑性成形设备课程的讲授在本课程之后,因此,“常用模锻设备及其工艺特点”的知识理解较为困难,建议作为一般了解的知识由学生自学。2、不同模锻设备上模锻件图的设计特点比较。3、分模面和冲孔连皮的确定。4、顶镦的三规则。三、基本概念分模面、锻件形状复杂系数、模锻斜度、冲孔连皮四、思考题WWWBZFXWCOM锻造工艺学181、简述各类模锻件所采用的主要变形工布。2、模锻件的冷、热锻件图的作用各是什么其锻件图设计内容与自由锻件相比有何不同3、锤上模锻选择分模位置的最基本原则是什么4、为什么模锻件的正偏差大于负偏差它的机械加工余量和公差怎样选择和确定5、模锻斜度和圆角半径的作用是什么为什么它们应选择合适值6、锤上模锻时有几种形式的冲孔连皮为什么要选择厚度合适的冲孔连皮7、试比较各类模锻设备上模锻件图设计特点。五、要求重点掌握的知识点1、模锻工艺和模锻件的分类原则及其主要类别。2、模锻件图设计的主要内容和方法。3、各类模锻设备上模锻件图设计特点,特别是分模面、机械加工和锻造公差、模锻斜度等的选择原则。4、冲孔连皮的作用、类型及其选择。5、顶镦三规则的正确应用。六、所需学时3学时第十一次讲课一、讲授内容第七章模锻工艺WWWBZFXWCOM锻造工艺学19第四节模锻工艺过程制定的内容和模锻工艺方案选择一、模锻工艺过程制定的内容二、模锻工艺方案选择第五节模锻变形工步的确定一、长轴类锻件制坯工步选择二、难点1、计算毛坯的设计、简化和计算毛坯图绘制。2、金属流动繁重系数及其在制坯工步选择中的作用。三、基本概念模锻工艺过程、计算毛坯图、金属流动繁重系数四、思考题1、模锻工艺过程主要有哪些工序组成它的制定包括哪些内容且较自由锻工艺过程相比有什么变化2、模锻工艺方案选择主要涉及哪些方面基本原则是什么3、试述计算毛坯图的内容及其在制坯工步中的作用。4、长轴类锻件通常采用的主要制坯工步有哪些如何确定5、金属流动繁重系数是如何反映制坯工作量的大小它在制坯工步选择中有何作用五、要求重点掌握的知识点1、模锻工艺过程与自由锻工艺过程的异同点。2、计算毛坯的有关计算及其相应图的绘制。3、复杂计算毛坯的简化。WWWBZFXWCOM锻造工艺学204、应用金属流动繁重系数选择长轴类锻件的制坯工步。六、所需学时2学时第十二次讲课一、讲授内容第七章模锻工艺第五节模锻变形工步的确定二、短轴类锻件制坯工步选择三、顶镦类锻件变形工步确定二、难点1、短轴类锻件的制坯工步选择原则。2、确定粗大部分杆类锻件变形工步的有关计算和原则。3、在聚集工步设计时有关注意事项。三、基本概念成形镦粗(预成性)、滚压、局部镦粗(聚集)、顶镦规则四、思考题1、短轴类锻件通常采用的主要制坯工步有哪些经坯料镦粗后的制坯尺寸确定原则是什么2、在热模锻压力机上可采用何种短轴类锻件制坯工步原因何在3、顶镦类锻件通常采用的主要制坯工步有哪些4、试比较分别在凸模内或凹模内聚集的优缺点。5、为什么要确定冲孔芯料的合理厚度正确的设计原则是什么WWWBZFXWCOM锻造工艺学216、试比较在透孔和不透孔锻件中分别采用平冲头和尖冲头进行冲孔成形的优缺点。五、要求重点掌握的知识点1、短轴类锻件主要制坯工步。2、短轴类锻件坯料镦粗后的制坯尺寸确定原则。3、在热模锻压力机上和螺旋压力机上短轴类锻件制坯工步的特点。4、顶镦类锻件主要制坯工步。5、不同模式聚集工步的特点。6、冲孔芯料的设计原则、冲孔成形工步以及冲头的选择。7、几种不同情况的管类锻件局部顶镦变形。六、所需学时2学时第十三次讲课一、讲授内容第七章模锻工艺第六节坯料尺寸的确定一、长轴类锻件二、短轴类锻件三、顶镦类锻件第七节设备吨位的确定一、模锻锤吨位的确定二、热模锻压力机吨位的确定WWWBZFXWCOM锻造工艺学22三、螺旋压力机吨位的确定四、平锻机吨位的确定二、难点1、不同类型锻件的坯料制定方法。2、顶镦类锻件计算毛坯图及坯料直径确定原则。三、思考题1、试比较模锻坯料尺寸与自由锻坯料尺寸确定的异同点。2、试阐述长轴类模锻件坯料尺寸确定的一般步骤。3、试阐述短轴类模锻件坯料尺寸确定的一般步骤。4、试阐述顶镦类锻件的坯料选择原则及其机理。5、带孔锻件坯料直径确定的原则是什么6、模锻设备吨位有哪几种方法四、要求重点掌握的知识点1、长轴类、短轴类和顶镦类模锻件坯料尺寸确定的一般步骤。2、顶镦类锻件计算毛坯图。3、带孔锻件坯料直径确定原则。4、各类模锻设备吨位计算公式的正确使用。五、所需学时2学时第十四次讲课一、讲授内容第八章锻模设计WWWBZFXWCOM锻造工艺学23第节锤用锻模一、模锻模膛设计二、制坯模膛设计三、锻模结构设计二、难点1、预锻模膛、终锻模膛的结构及其设计。2、终锻时锻件缺陷产生原因的分析。三、基本概念终锻模膛、预锻模膛、钳口、折迭四、思考题1、锻模设计包括哪些内容常用的模锻工步有哪些2、终锻模膛设计包括哪些主要内容3、热锻件图与锻件图有何差异绘制时应注意哪些问题4、试述飞边槽的组成及其常见结构型式。5、试述钳口的作用及其常见结构型式。6、预锻模膛的采用原因及其作用什么它所引起的不利影响是什么7、终锻时产生折迭和充不满的原因分别是什么应采取什么措施加以抑制8、为什么锤上模锻高肋件时要采用预锻设计该模膛的主要出发点是什么通常在设计中应采取哪些方法9、什么情况下终锻和预锻模膛的设计基本相同此时两者之间还存在哪些差异WWWBZFXWCOM锻造工艺学24五、要求重点掌握的知识点1、锻模设计的内容和常用的模锻工步。2、终锻模膛和预锻模膛设计的内容和方法。3、热锻件图绘制。4、飞边槽和钳口的选择。5、终锻时锻件缺陷产生的原因和防止措施。6、采用预锻模膛的必要性及其设计原则。六、所需学时2学时第十五次讲课一、讲授内容第八章锻模设计第节锤用锻模二、制坯模膛设计三、锻模结构设计二、难点1、滚压模膛的设计原则和公式。2、拔长模膛的设计原则和公式。3、模膛的布排要点。4、平衡锁扣及其对应的模膛中心位置确定。5、错移力的平衡和导向。三、基本概念WWWBZFXWCOM锻造工艺学25滚压工步、成形工步、锁扣、锻模中心、模膛中心、模块中心、错移力四、思考题1、制坯工步主要采用哪几种模膛这些模膛的作用是什么2、滚压模膛有几种结构形式它们的设计原则如何3、拔长模膛有几种分类原则其设计内容及其相应方法是什么4、弯曲模膛和成形模膛的设计要点分别是什么5、试述镦粗台和压扁台的作用、设计方法及其在模块上的位置。6、试述切断模膛在模块上的位置和设计方法。7、锻模结构设计应着重解决哪些问题什么情况下锻模中心和模膛中心重合8、终锻和预锻模膛布排设计的中心任务是什么9、锻模中心和模膛中心不重合时会产生哪些不良后果10、为什么要确定带平衡锁扣模膛的中心位置一般中心位置有几种情况11、错移力产生的原因是什么应从哪两方面考虑减小它的不良影响12、欲减小错移力的影响模具结构设计中主要采用哪些方法13、模具的主要破坏形式有哪些各自产生的原因是怎样的14、试比较平衡锁扣和导向锁扣的异同点。五、要求重点掌握的知识点1、模锻时常用的制坯工步及其确定原则。2、制坯工步采用的模膛及其作用。3、各种制坯模膛的结构类型、设计内容、设计原则和相关公式。4、锻模结构设计的目的和任务。WWWBZFXWCOM锻造工艺学265、终锻和预锻模膛布排设计的中心任务。7、各种制坯模膛在模快上的位置选择。8、锻模中心和模膛中心的重合问题。9、平衡锁扣的类型及其在锻模结构中的作用。10、错移力产生的原因、危害及其消除措施。11、模具破坏的主要形式及其产生原因。12、基于强度考虑的锻模有关尺寸设计。13、模块尺寸设计。六、所需学时3学时第十六次讲课一、讲授内容第八章锻模设计第二节热模锻压力机用锻模一、模膛设计特点二、锻模结构特点第三节螺旋压力机用锻模一、锻模设计特点二、锻模结构特点第四节平锻机用锻模(自学)一、平锻模的固定及固定空间二、平锻模结构设计特点WWWBZFXWCOM锻造工艺学27三、模膛设计二、难点1、热模锻压力机预锻模膛的设计要点。2、热模锻压力机的锻模闭合高度。3、螺旋压力机锻模设计特点。三、基本概念模具闭合高度、压力机最小闭合高度四、思考题1、热模锻压力机要采用哪些变形工步其预锻和终端模膛设计与锤上模锻相比有哪些特点2、热模锻压力机的锻模结构有什么特点3、螺旋压力机的锻模设计与锤上模锻相比有哪些特点其锻模模块有哪几种紧固形式4、螺旋压力机锻模的导向装置有几种类型各自用途如何5、平锻机模具分为哪三个部分它由几个分模面其结构设计特点如何6、平锻机模具固定空间最重要的参数是什么依据何在五、要求重点掌握的知识点1、热模锻压力机采用的变形工步及其锻模设计特点。2、热模锻压力机的锻模结构特点。3、螺旋压力机采用的变形工步及其锻模设计特点。4、螺旋压力机的锻模结构特点。WWWBZFXWCOM锻造工艺学28六、所需学时2学时第十七次讲课一、讲授内容第八章锻模设计第五节自由锻锤上模锻与胎模锻锻模一、胎模锻锻模二、固定模模锻锻模第六节锻模材料一、锤锻模用材料二、摩擦压力机锻模用材料三、热模锻压力机锻模用材料四、平锻机锻模用材料五,液压机锻模用材料第七节锻模设计实例一、锻件图设计二、计算锻件的主要参数三、锻锤吨位的确定四、确定飞边槽的型式和尺寸五,终锻模膛设计六、预锻模膛设计七、绘制计算毛坯图WWWBZFXWCOM锻造工艺学29八、制坯工步选择九、确定坯料尺寸十、制坯模膛设计十一、锻模结构设计十二、连杆模锻工艺流程二、难点1、热锻模具材料的基本性能。2、模膛设计时考虑实际生产经验对有关设计计算尺寸的修改和形状的简化。三、思考题1、胎模锻与自由镦相比有哪些优点其锻模按用途分为哪三大类2、固定胎模锻在模锻时上、下模块为什么易错移应采取哪些措施加以防止3、热锻模具材料应具备哪些基本性能4、各类锻压设备可共同采用哪两种热锻模具材料其道理是什么四、要求重点掌握的知识点1、胎模锻特点、种类及其用途。2、固定胎模结构及其安装。3、热锻模具材料的基本性能。4、常用热锻模具材料及其选用原则。5、初步了解和掌握锻模及其工艺设计的全过程。五、所需学时2学时WWWBZFXWCOM锻造工艺学30第十八次讲课一、讲授内容第九章模锻的后续工序第一节切边、冲孔及其模具设计一、切边和冲孔的基本方式及模具类型二、切边模三、冲孔模和切边冲孔复合模四,切边力和冲孔力的计算第二节精压和校正的应用及模具设计一、精压二、校正第三节模锻件的表面清理二、难点1、切边模和冲孔模中凸凹模的作用特点。2、切边模模具闭合高度及其与凸模高度的关系。3、切边冲孔复合模设计。三、基本概念简单模、连续模、复合模、精压、切边模具闭合高度、压力机最大封闭高度、压力机最小封闭高度四、思考题1、试比较切边模和冲孔模中凸、凹模的作用。2、试比较热切(冲)和冷切(冲)两种工作方式的特点。WWWBZFXWCOM锻造工艺学313、切边模有哪几部分组成它有几种类型4、切边凹模有哪几种刃口它们各自用途是怎样的5、为什么要合理确定切边模凸、凹模之间的间隙6、切边模具闭合高度及其凸模高度怎样确定7、精压工序的目的是什么试阐述它的分类和变形特点。8、校正工序的目的是什么试阐述它的分类和用途。9、试阐述表面清理工序的目的和方法。五、要求重点掌握的知识点1、切边模和冲孔模的组成部分及其作用和设计方法。2、精压工序的目的、分类和变形特点。3、校正工序的目的、分类和确定原则。4、表面清理工序的目的和方法。六、所需学时2学时参考资料1、吕炎锻造工艺学机械工业出版社,1995年2、张志文锻造工艺学机械工业出版社,1983年3、汪大年塑性成性原理机械工业出版社,1987年4、李培武,杨文成塑性成形设备机械工业出版社,1994年5、崔忠圻金属学与热处理机械工业出版社,1994年所需总学时38学时所授课程的重点、难点、要点、基本概念、基本要求和有关教学参考WWWBZFXWCOM锻造工艺学32资料、辅助资料,课程进度和学时分配等等。第二节自由锻自由锻利用冲击力或压力,使金属在上、下砧铁之间,产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。自由锻造时,除与上、下砧铁接触的金属部分受到约束外,金属坯料朝其它各个方向均能自由变形流动,不受外部的限制,故无法精确控制变形的发展。自由锻分类手工锻造和机器锻造两种。手工锻造只能生产小型锻件,生产率也较低。机器锻造是自由锻的主要方法。自由锻的特点工具简单、通用性强,生产准备周期短。自由锻件的质量范围可由不及一千克到二、三百吨,对于大型锻件,自由锻是唯一的加工方法,这使得自由锻在重型机械制造中具有特别重要的作用,例如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆、重要的齿轮等零件在工作时都承受很大的载荷,要求具有较高的力学性能,常采用自由锻方法生产毛坯。由于自由锻件的形状与尺寸主要靠人工操作来控制,所以锻件的精度较低,加工余量大,劳动强度大,生产率低。自由锻主要应用于单件、小批量生产,修配以及大型锻件的生产和新产品的试制等。一、自由锻工序自由锻工序基本工序、辅助工序和修整工序。(一)基本工序WWWBZFXWCOM锻造工艺学33使金属坯料产生一定程度的塑性变形,以得到所需形状、尺寸或改善材质性能的工艺过程。它是锻件成形过程中必需的变形工序,如镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转和错移等。实际生产中最常用的是镦粗、拔长和冲孔三个工序。镦粗沿工件轴向进行锻打,使其长度减小,横截面积增大的操作过程。常用来锻造齿轮坯、凸缘、圆盘等零件,也可用来作为锻造环、套筒等空心锻件冲孔前的预备工序。镦粗可分为全镦粗和局部镦粗两种形式,如图27所示。镦粗时,坯料不能过长,高度与直径之比应小于25,以免镦弯,或出现细腰、夹层等现象。坯料镦粗的部位必须均匀加热,以防止出现变形不均匀。图27镦粗A)全镦粗B)局部镦粗拔长拔长是沿垂直于工件的轴向进行锻打,以使其截面积减小,而长度增加的操作过程,如图28所示。常用于锻造轴类和杆类等零件。对于圆形坯料,一般先锻打成方形后再进行拔长,最后锻成所需形状,或使用V型砧铁进行拔长,如图29所示,在锻造过程中要将坯料绕轴线不断翻转。WWWBZFXWCOM锻造工艺学34图28拔长图29使用V型砧铁拔长圆坯料冲孔利用冲头在工件上冲出通孔或盲孔的操作过程。常用于锻造齿轮、套筒和圆环等空心锻件,对于直径小于25MM的孔一般不锻出,而是采用钻削的方法进行加工。在薄坯料上冲通孔时,可用冲头一次冲出。若坯料较厚时,可先在坯料的一边冲到孔深的23深度后,拔出冲头,翻转工件,从反面冲通,以避免在孔的周围冲出毛刺,如图210所示。实心冲头双面冲孔时,圆柱形坯料会产生畸变。畸变程度与冲孔前坯料直径D0、高度H0和孔径D1等有关。D0/D1愈小,畸变愈严重,另外冲孔高度过大时,易将孔冲偏,因此用于冲孔的坯料直径D0与孔径D1之比(D0/D1)应大于25,坯料高度应小于坯料直径。WWWBZFXWCOM锻造工艺学35图210冲孔A)薄坯料冲孔B)厚坯料冲孔1冲头2坯料3垫环4芯料冲孔错移扭转(二)辅助工序为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为辅助工序(压钳口、切肩等)。(三)修整工序用以减少锻件表面缺陷而进行的工序(如校正、滚圆、平整等)。二、自由锻工艺规程的制定制订工艺规程、编写工艺卡片是进行自由锻生产必不可少的技术准备工作,是组织生产、规范操作、控制和检查产品质量的依据。制订工艺规程,必须结合生产条件、设备能力和技术水平等实际情况,力求技术上先进、经济上合理、操作上安全,以达到正确指导生产的目的。自由锻工艺规程根据零件图绘制锻件图、计算坯料的质量与尺寸、确定锻造工序、选择锻造设备、确定坯料加热规范和填写工艺卡片等。(一)绘制自由锻件图WWWBZFXWCOM锻造工艺学36以零件图为基础,结合自由锻工艺特点绘制而成的图形,它是工艺规程的核心内容,是制定锻造工艺过程和锻件检验的依据。锻件图必须准确而全面反映锻件的特殊内容,如圆角、斜度等,以及对产品的技术要求,如性能、组织等。绘制时主要考虑以下几个因素1敷料对键槽、齿槽、退刀槽以及小孔、盲孔、台阶等难以用自由锻方法锻出的结构,必须暂时添加一部分金属以简化锻件的形状。为了简化锻件形状以便于进行自由锻造而增加的这一部分金属,称为敷料,如图211所示。2锻件余量在零件的加工表面上增加供切削加工用的余量,称之为锻件余量,如图211所示。锻件余量的大小与零件的材料、形状、尺寸、批量大小、生产实际条件等因素有关。零件越大,形状越复杂,则余量越大。3锻件公差锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量,其值的大小与锻件形状、尺寸有关,并受生产具体情况的影响。图211锻件余量及敷料1敷料2锻件余量自由锻件余量和锻件公差可查有关手册。钢轴自由锻件的余量和锻件公差,见表21。表21钢轴自由锻件余量和锻件公差(双边)(MM)零件长度零件直径WWWBZFXWCOM锻造工艺学3763160160250250400400100010002500大于至加工余量Z12515151515202525401515151520254063151515202530631001515202530353模锻斜度为便于从模膛中取出锻件,模锻件上平行于锤击方向的表面必须具有斜度,称为模锻斜度,一般为515之间。模锻斜度与模膛深度和宽度有关,通常模膛深度与宽度的比值(HB)较大时,模锻斜度取较大值。此外,模锻斜度还分为外壁斜度与内壁斜度,如图228所示。外壁指锻件WWWBZFXWCOM锻造工艺学55冷却时锻件与模壁离开的表面;内壁指当锻件冷却时锻件与模壁夹紧的表面。内壁斜度值一般比外壁斜度大25。生产中常用金属材料的模锻斜度范围见表28。图228模锻斜度表28各种金属锻件常用的模锻斜度锻件材料外壁斜度内壁斜度铝、镁合金钢、钛、耐热合金3557577、10、124模锻圆角半径模锻件上所有两平面转接处均需圆弧过渡,此过渡处称为锻件的圆角,如图229所示。圆弧过渡有利于金属的变形流动,锻造时使金属易于充满模膛,提高锻件质量,并且可以避免在锻模上的内角处产生裂纹,减缓锻模外角处的磨损,提高锻模使用寿命。图229模锻圆角半径WWWBZFXWCOM锻造工艺学56图230模锻件常用冲孔连皮钢的模锻件外圆角半径一般取15MM12MM,内圆角半径R比外圆角半径大23倍。模膛深度越深,圆角半径值越大。为了便于制模和锻件检测,圆角半径尺寸已经形成系列,其标准是1、15、2、25、3、4、5、6、8、10、12、15、20、25和30等,单位为MM。5冲孔连皮由于锤上模锻时不能靠上、下模的突起部分把金属完全排挤掉,因此不能锻出通孔,终锻后,孔内留有金属薄层,称为冲孔连皮(图224),锻后利用压力机上的切边模将其去除。常用的连皮形式是平底连皮,如图230所示,连皮的厚度T通常在48MM范围内,可按下式计算T045D025H50506H05MM式中D锻件内孔直径,单位为MM;H锻件内孔深度,单位为MM。连皮上的圆角半径R1,可按下式确定R1R01H2MM孔径D25MM或冲孔深度大于冲头直径的3倍时,只在冲孔处压出凹穴。上述各参数确定后,便可绘制锻件图。图231所示为齿轮坯模锻件图。图中双点划线为零件轮廓外形,分模面选在锻件高度方向的中部。由于零件轮辐部WWWBZFXWCOM锻造工艺学57分不加工,故无加工余量。图中内孔中部的两条直线为冲孔连皮切掉后的痕迹。图231齿轮坯模锻件图(二)计算坯料质量与尺寸坯料质量包括锻件、飞边、连皮、钳口料头以及氧化皮等的质量。通常,氧化皮约占锻件和飞边总和质量分数的254。(三)确定模锻工序模锻工序主要根据锻件的形状与尺寸来确定。根据已确定的工序即可设计出制坯模膛、预锻模膛及终锻模膛。模锻件按形状可分为两类长轴类零件与盘类零件,如图232所示。长轴类零件的长度与宽度之比较大,例如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等;盘类零件在分模面上的投影多为圆形或近于矩形,例如齿轮、法兰盘等。WWWBZFXWCOM锻造工艺学58图232模锻零件A长轴类零件B盘类零件1长轴类模锻件基本工序常用的工序有拔长、滚挤、弯曲、预锻和终锻等。拔长和滚挤时,坯料沿轴线方向流动,金属体积重新分配,使坯料的各横截面积与锻件相应的横截面积近似相等。坯料的横截面积大于锻件最大横截面积时,可只选用拔长工序;当坯料的横截面积小于锻件最大横截面积时,应采用拔长和滚挤工序。锻件的轴线为曲线时,还应选用弯曲工序。对于小型长轴类锻件,为了减少钳口料和提高生产率,常采用一根棒料上同时锻造数个锻件的锻造方法,因此应增设切断工序,将锻好的工件分离。WWWBZFXWCOM锻造工艺学59当大批量生产形状复杂、终锻成形困难的锻件时,还需选用预锻工序,最后在终锻模膛中模锻成形。某些锻件选用周期轧制材料作为坯料时,如图233所示,可省去拔长、滚挤等工序,以简化锻模,提高生产率。图233轧制坯料模锻A周期轧制材料B模锻后形状盘类模锻件基本工序常选用镦粗、终锻等工序。对于形状简单的盘类零件,可只选用终锻工序成形。对于形状复杂,有深孔或有高肋的锻件,则应增加镦粗、预锻等工序。修整工序坯料在锻模内制成模锻件后,还须经过一系列修整工序,以保证和提高锻件质量。修整工序包括以下内容。(1)切边与冲孔模锻件一般都带有飞边及连皮,须在压力机上进行切除。切边模如图234A所示,由活动凸模和固定凹模组成。凹模的通孔形状与锻件在分模面上的轮廓一致,凸模工作面的形状与锻件上部外形相符。冲孔模如图234B所示,凹模作为锻件的支座,冲孔连皮从凹模孔中落下。WWWBZFXWCOM锻造工艺学60图234切边模及冲孔模A)切边模B)冲孔模1凸模2凹模(2)校正在切边及其它工序中都可能引起锻件的变形,许多锻件,特别是形状复杂的锻件在切边冲孔后还应该进行校正。校正可在终锻模膛或专门的校正模内进行。(3)热处理目的是消除模锻件的过热组织或加工硬化组织,以达到所需的力学性能。常用的热处理方式为正火或退火。(4)清理为了提高模锻件的表面质量,改善模锻件的切削加工性能,模锻件需要进行表面清理,去除在生产中产生的氧化皮、所沾油污及其它表面缺陷等。(5)精压对于要求尺寸精度高和表面粗糙度小的模锻件,还应在压力机上进行精压。精压分为平面精压和体积精压两种。平面精压如图235A所示,用来获得模锻件某些平行平面间的精确尺寸。体积精压如图235B所示,主要用来提高锻件所有尺寸的精度、减小模锻件的质量差别。精压模锻件的尺寸精度偏差可达01025MM,表面粗糙度R可达WWWBZFXWCOM锻造工艺学610804M。图235精压A平面精压B体积精压弯曲连杆模锻工序如图226所示,坯料经过拔长、滚挤、弯曲三个工序后,形状接近于锻件,然后经预锻及终锻两个模膛制成有飞边的锻件,最后切边,得到弯曲连杆模锻件。(四)选择锻造设备锤上模锻的设备蒸汽空气锤、无砧座锤、高速锤等。(五)确定锻造温度范围模锻件的生产也在一定温度范围内进行,与自由锻生产相似。四、锤上模锻件的结构工艺性设计模锻零件时,应根据模锻特点和工艺要求,使其结构符合下列原则1模锻零件应具有合理的分模面,以使金属易于充满模膛,模锻件易于从锻模中取出,且敷料最少,锻模容易制造。2模锻零件上,除与其它零件配合的表面外,均应设计为非加工表面。模锻件的非加工表面之间形成的角应设计模锻圆角,与分模面垂直的非加工表面,应设计出模锻斜度。WWWBZFXWCOM锻造工艺学623零件的外形应力求简单、平直、对称,避免零件截面间差别过大,或具有薄壁、高肋、等不良结构。一般说来,零件的最小截面与最大截面之比不要小于05,如图236A所示零件的凸缘太薄、太高,中间下凹太深,金属不易充型。如图236B所示零件过于扁薄,薄壁部分金属模锻时容易冷却,不易锻出,对保护设备和锻模也不利。如图236C所示零件有一个高而薄的凸缘,使锻模的制造和锻件的取出都很困难。改成如图236D所示形状则较易锻造成形。图236模锻件结构工艺性4在零件结构允许的条件下,应尽量避免有深孔或多孔结构。孔径小于30MM或孔深大于直径两倍时,锻造困难。如图237所示齿轮零件,为保证纤维组织的连贯性以及更好的力学性能,常采用模锻方法生产,但齿轮上的四个20MM的孔不方便锻造,只能采用机加工成形。WWWBZFXWCOM锻造工艺学63图237模锻齿轮零件5对复杂锻件,为减少敷料,简化模锻工艺,在可能条件下,应采用锻造焊接或锻造机械联接组合工艺,如图238所示。图238锻焊结构模锻零件A)模锻件B)焊合件五、其它模锻方法除了锤上模锻外,压力机上模锻和胎模锻等模锻方法也有着较为广泛的应用。(一)压力机上模锻用于模锻生产的压力机有摩擦压力机、平锻机、水压机、曲柄压力机等,其工艺特点的比较见表29。表29压力机上模锻方法的工艺特点比较WWWBZFXWCOM锻造工艺学64锻造方法设备类型工艺特点应用结构构造特点摩擦压力机上模锻摩擦压力机滑块行程可控,速度为(0510)M/S,带有顶料装置,机架受力,形成封闭力系,每分钟行程次数少,传动效率低特别适合于锻造低塑性合金钢和非铁金属;简化了模具设计与制造,同时可锻造更复杂的锻件;承受偏心载荷能力差;可实现轻、重打,能进行多次锻打,还可进行弯曲、精压、切飞边、冲连皮、校正等工序中、小型锻件的小批和中批生产曲柄压力机上模锻曲柄压力机工作时,滑块行程固定,无震动,噪音小,合模准确,有顶杆装置,设备刚度好金属在模膛中一次成形,氧化皮不易除掉,终锻前常采用预成形及预锻工步,不宜拔长、滚挤,可进行局部镦粗,锻件精度较高,模锻斜度小,生产率高,适合短轴类锻件大批大量生产平锻机上模锻平锻机滑块水平运动,行程固定,具有互相垂直的两组分模面,无顶出装置,合模准确,设备刚度好扩大了模锻适用范围,金属在模膛中一次成形,锻件精度较高,生产率高,材料利用率高,适合锻造带头的杆类和有孔的各种合金锻件,对非回转体及中心不对称的锻件较难锻造大批大量生产水压机上模锻水压机行程不固定,工作速度为(0103)M/S,无震动,有顶杆装置模锻时一次压成,不宜多膛模锻,适合于锻造镁铝合金大锻件,深孔锻件,不太适合于锻造小尺寸锻件大批大量生产(二)胎模锻胎模是一种不固定在锻造设备上的模具,结构较简单,制造容易,如图239所示。胎模锻是在自由锻设备上用胎模生产模锻件的工艺方法,因此胎模锻兼有自由锻和模锻的特点。胎模锻适合于中、小批量生产小型多品种的锻件,特别适合于没有模锻设备的工厂。WWWBZFXWCOM锻造工艺学65图239胎模示意图胎模锻工艺过程包括制订工艺规程、制造胎模、备料、加热、胎模锻及后续加工工序等。在工艺规程制订中,分模面的选取可灵活一些,分模面的数量不限于一个,而且在不同工序中可选取不同的分模面,以便于制造胎模和使锻件成形。第五节其它塑性成形方法随着工业的不断发展,人们对金属塑性成形加工生产提出了越来越高的要求,不仅要求生产各种毛坯,而且要求能直接生产出更多的具有较高精度与质量的成品零件。其它塑性成形方法在生产实践中也得到了迅速发展和广泛的应用,例如挤压、拉拔、辊轧、精密模锻、精密冲裁等。一、挤压WWWBZFXWCOM锻造工艺学66挤压指对挤压模具中的金属锭坯施加强大的压力作用,使其发生塑性变形从挤压模具的模口中流出,或充满凸、凹模型腔,而获得所需形状与尺寸制品的塑性成形方法。挤压法的特点(1)三向压应力状态,能充分提高金属坯料的塑性,不仅有铜、铝等塑性好的非铁金属,而且碳钢、合金结构钢、不锈钢及工业纯铁等也可以采用挤压工艺成形。在一定变形量下,某些高碳钢、轴承钢、甚至高速钢等也可以进行挤压成形。对于要进行轧制或锻造的塑性较差的材料,如钨和钼等,为了改善其组织和性能,也可采用挤压法对锭坯进行开坯。(2)挤压法可以生产出断面极其复杂的或具有深孔、薄壁以及变断面的零件。(3)可以实现少、无屑加工,一般尺寸精度为IT8IT9,表面粗糙度为RA3204M,从而(4)挤压变形后零件内部的纤维组织连续,基本沿零件外形分布而不被切断,从而提高了金属的力学性能。(5)材料利用率、生产率高;生产方便灵活,易于实现生产过程的自动化。挤压方法的分类1根据金属流动方向和凸模运动方向的不同可分为以下四种方式()正挤压金属流动方向与凸模运动方向相同,如图269所示。()反挤压金属流动方向与凸模运动方向相反,如图270所示。()复合挤压金属坯料的一部分流动方向与凸模运动方向相同,另一部分流动方向与凸模运动方向相反,如图271所示。WWWBZFXWCOM锻造工艺学67()径向挤压金属流动方向与凸模运动方向成90角,如图272所示。图269正挤压图270反挤压图271复合挤压WWWBZFXWCOM锻造工艺学68图272径向挤压2按照挤压时金属坯料所处的温度不同,可分为热挤压、温挤压和冷挤压三种方式()热挤压变形温度高于金属材料的再结晶温度。热挤压时,金属变形抗力较小,塑性较好,允许每次变形程度较大,但产品的尺寸精度较低,表面较粗糙。应用于生产铜、铝、镁及其合金的型材和管材等,也可挤压强度较高、尺寸较大的中、高碳钢、合金结构钢、不锈钢等零件。目前,热挤压越来越多地用于机器零件和毛坯的生产。()冷挤压变形温度低于材料再结晶温度(通常是室温)的挤压工艺。冷挤压时金属的变形抗力比热挤压大得多,但产品尺寸精度较高,可达IT8IT9,表面粗糙度为RA3204M,而且产品内部组织为加工硬化组织,提高了产品的强度。目前可以对非铁金属及中、低碳钢的小型零件进行冷挤压成形,为了降低变形抗力,在冷挤压前要对坯料进行退火处理。冷挤压时,为了降低挤压力,防止模具损坏,提高零件表面质量,必须采取润滑措施。由于冷挤压时单位压力大,润滑剂易于被挤掉失去润滑效果,所以对钢质零件必须采用磷化处理,使坯料表面呈多孔结构,以存储润滑剂,在高WWWBZFXWCOM锻造工艺学69压下起到润滑作用。常用润滑剂有矿物油、豆油、皂液等。冷挤压生产率高,材料消耗少,在汽车、拖拉机、仪表、轻工、军工等部门广为应用。()温挤压将坯料加热到再结晶温度以下高于室温的某个合适温度下进行挤压的方法,是介于热挤压和冷挤压之间的挤压方法。与热挤压相比,坯料氧化脱碳少,表面粗糙度较小,产品尺寸精度较高;与冷挤压相比,降低了变形抗力,增加了每个工序的变形程度,提高了模具的使用寿命。温挤压材料一般不需要进行预先软化退火、表面处理和工序间退火。温挤压零件的精度和力学性能略低于冷挤压零件。表面粗糙度为RA6532M。温挤压不仅适用于挤压中碳钢,而且也适用于挤压合金钢零件。挤压在专用挤压机上进行,也可在油压机及经过适当改进后的通用曲柄压力机或摩擦压力机上进行。二、拉拔拉拔在拉力作用下,迫使金属坯料通过拉拔模孔,以获得相应形状与尺寸制品的塑性加工方法,如图273所示。拉拔是管材、棒材、异型材以及线材的主要生产方法之一。WWWBZFXWCOM锻造工艺学70图273拉拔示意图1坯料2拉拔模3制品拉拔方法按制品截面形状可分为实心材拉拔与空心材拉拔。实心材拉

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