机械制造工艺基础第五版教案上课用

章节内容 绪 论授课班级 授课日期授课方式 讲授 作业练习目的要求 了解机械制造工艺的发展、本课程的性质和任务以及生产的过程重点难点 本课程的性质及任务、生产过程概述讲授内容和过程 方法与指导I 组织教学II 复习旧课III 引入新课IV 讲授新课V 小结布置作业讲授绪 论一、机械制造工艺基础机械制造工艺是是各种机械的制造方法和过程的总称。它是一门研究机械制造工艺方法和工艺过程的技术学科，涉及将原材料转变为成品的各种劳动，主要有：生产技术准备、毛坯制造、零件加工、装配和试验以及产品检测等。二、课程的性质和任务机械制造工艺基础是机械类通用工种的专业基础课，主要讲授机械制造工艺的基础知识，内容包括：毛坯制造工艺、切削加工工艺和机械加工工艺规程制订和装配四部分。本课程学习的基本要求是：（1） 以机械制造工艺过程为主线，了解毛坯制造、零件切削加工的各主要工种的工作内容、工艺特点、工艺装备和应用范围等基础知识；（2） 一般了解各工种主要设备（包括附件、工具）的基本工作原理和使用范围；（3） 初步掌握选择毛坯和零件加工方法的基本知识；（4） 初步掌握确定常见典型零件加工工艺过程的基本知识；（5） 了解装配的基本知识和典型机械、部件的装配方法。三、生产过程概述机械制造工艺过程一般是：铸造、锻压或焊接 切削加工和热处理 装配和试验金属材料 毛坯 零件 机械1、生产过程与工艺过程（1）生产过程：指将原材料转变为成品的全过程。不仅包括直接作用到生产对象上去的工作，还包括生产准备工作和生产辅助工作。（2）工艺过程：指改变生产对象的形状、尺寸及相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。包括毛坯制造、零件加工、热处理，以及产品的装配和试验等。（3）生产过程与工艺过程的关系如下：产品设计工艺规程编制及材料定额的制定生产准备过程 夹、刀、量具设计制造或购置机床设备的设计制造或购置生产计划的制定铸造工艺过程焊接工艺过程生产过程 工 艺 过 程 机械加工工艺过程热处理、表面处理工艺过程装配、试车工艺过程原材料购置及保管工具的修磨和修理生产辅助过程 机床设备的维修及保管成本核算及统计销售与服务2、工艺规程（1）工艺文件与工艺规程：指导工人操作和用于生产、工艺管理等的各种技术文件称为工艺文凭。工艺规程是规定产品或零冶叶倡条制造工艺过程和操作方法等的工艺文凭。（2）工艺规程的重要性：在正常条件下，必须按照工艺规程组织生产，以建立和保持正常的生产秩序。工艺规程是各项生产组织和管理工作的基本依据，是全体有关生产人员必须认真贯彻和严格执行的纪律性文件。章节内容1-1 概述1-2 砂型的制作1-3 浇注、落砂和清理1-4 特种铸造授课班级 授课日期授课方式 讲授 作业练习目的要求 了解铸造的特点和分类、砂型制作的材料、模样和芯盒的制作以及如何造芯、设置浇注系统和冒口、完成合型重点难点 制造模样的要求和浇注系统、冒口的设置铸件的外观检查及缺陷形成的原因讲授内容和过程 方法与指导I 组织教学II 复习旧课III 引入新课IV 讲授新课V 小结布置作业讲授第一章 铸造1-1 概述1、铸造的概念：将经过熔化的液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型中，冷却凝固后获得毛坯或零件的一种工艺方法。(铸造)2、铸造的方法：砂型铸造、特种铸造3、铸造的特点：(1)成型方便，适应性强：利用液态成形,适应各种形状、尺寸，不同材料的铸件。(2)生产成本低，较为经济：节省金属,材料来源广泛，设备简单。(3)铸件组织性能差：铸件晶粒粗大，力学性能差。1-2 砂型的制作砂型铸造是以砂为主要造型材料制备铸型的一种铸造方法。目前 90%以上的铸件是用砂型铸造方法生产的。一、砂型铸造的工艺过程二、造型材料制造铸型用的材料称为造型材料，砂型铸造使用主要是型砂和芯砂，它们是由砂、粘结剂和附加物组成。型砂：按一定比例配合的造型材料，经过混制，符合造型要求的混合料称为型砂。芯砂：按一定比例配合的造型材料，经过混制，符合造芯要求的混合料称为芯砂。砂型在浇注和凝固过程中要承受熔融金属的冲刷、静压力和高温的作用，并要排出大量气体，型芯要承受凝固时的收缩压力，因此造型材料应具备以下性能：1、可塑性：型砂和芯砂在外力作用下要易于成形。2、足够的强度：型砂和芯砂在外力作用下要不易破坏。3、耐火性：型砂和芯砂在高温下要不易软化、烧结、粘附。4、透气性：型砂和芯砂紧实后要易于通气。5、退让性：型砂和芯砂在冷却时其体积可以被压缩。三、模样与芯盒1、模样与芯盒是制造铸型和型芯的工具。2、模样形成铸件的外形，其外形相当于铸件的外部形状；型芯形成铸件的内腔形状。芯盒是制造型芯的工具。3、砂型铸造多用木材制造模样和芯盒。4、特种铸造用金属模、塑料模和其它模样。5、制造模样和芯盒时要注意以下几点：（1）合理选择分型面：分型面是铸型组元间的接合面。选择分型面就具有最大水平投影尺寸；尽量满足浇注位置的要求；起模方便，简化造型工艺。分型面尽量为平面，不用或少用曲面，使造型简化并确保铸件质量。分型面数量应尽可能少。分型面应能使整个铸件、或铸件的重要面、基准面在铸型的同一组元（最好是下型）内，以减少错箱、飞边等缺陷。分型面的选择应避开活块，减少型芯或使型芯安置方便、稳固。三、模样与芯盒5、制造模样和芯盒时要注意以下几点：（2）加工余量：指为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸件工艺设计时预先增加而在机械加工时切去的金属层厚度。（3）收缩余量：指为了补偿铸件收缩，模样比铸件图样尺寸增大的数值。（4）起模斜度：指为使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒中脱出，平行于起模方向在模样或芯盒上的斜度。（5）铸造圆角：制造模样时，凡相邻两表面的交角，都应做成圆角。（6）芯头：指模样上的突出部分，它在型内形成芯座，以放置芯头。四、造型方法按造型操作方法的不同，可分为：1、手工造型：填砂、紧实、起模等主要有人工完成，操作灵活，生产率低，主要用于单件小批量生产。主要方法有：分模造型、整模造型、刮板造型、挖砂造型、三箱造型、假箱造型、活块造型。2、机器造型填砂、紧实、起模等实现机械化，生产率高，投资大，主要用于批量生产。主要方法有：振压紧实、抛砂紧实五、造芯及合箱1、造型芯：型芯是为获得铸件的内孔或局部外形，用芯砂或共创材料制成的安放在型腔内部的铸型组元。型芯的作用一是形成铸件的内腔，二是简化模型的外形，以制出铸件上的台和槽等。型芯采用比型砂更好的造型材料。造芯方法也有手工造芯和机器造芯两种。2、合箱：铸型的装配工序简称合箱。合箱前，在铸型中放好型芯、扣上上箱、放置浇口杯。合箱后，两箱要卡紧，防止错箱和抬箱。1-3 浇注、落砂和清理一、铸铁的熔炼及浇注1、铸铁的熔炼设备有冲天炉和感应炉等。其原料有金属料、燃料和熔剂。2、浇注系统：是为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。它包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道四个部分组成。浇注系统简称浇口，其作用是：保证熔融金属平衡、均匀、连续地充满型腔；阻止熔渣、气体和砂粒随熔融金属进入型腔；控制铸件的凝固顺序；供给铸件冷凝收缩时所需补充的金属熔液。二、落砂和清理1、落砂：将浇注成形后的铸件从型砂和砂箱中分离出来的工序，它分为出箱和清砂两个过程。有手工落砂和机械落砂两种方法。出箱的温度一般不高于 500 度，以免铸件产生内应力或开裂。清砂是清除型砂和芯砂的过程，有水力清砂和水爆清砂两种方法。2、清理：去除浇口、冒口、飞边、毛刺以及表面粘砂的工序。去除表面粘砂的方法有滚筒清理、喷射清理和抛丸清理等方法。3、检验：其任务是确定合格的铸件，去除有缺陷的铸件。主要包括外观检验、内部检验、化学性能和金相检验等。三、铸件的缺陷（1）气孔：产生气孔的原因有造型材料中水分过多或含有大量的发气物质、砂型和型芯的透气性差，以及浇注速度过快，使型腔中的气体来不及排出等。（2）缩孔：产生缩孔的原因是铸件在凝固过程中收缩时得不到足够熔融金属的补充，即由于补缩不良造成。（3）砂眼：产生砂眼的原因有型砂强度不够或型砂紧实度不足，以及浇注速度太快等。（4）粘砂：产生粘砂的原因是型砂的耐火性差或浇注温度过高。（5）裂纹：产生裂纹的原因是由于铸件壁厚相差大，浇注系统开设不当、砂型与型芯的退让性差等。1-4 特种铸造一、金属型铸造将液态金属注入用金属制成的铸型中，以获得铸件的方法。1 、金属型的结构金属型是指用金属材料制成的铸型。根据分型面位置的不同，金属型可分为垂直分型式、水平分型式和复合分型式等。2、金属型的特点及应用金属型铸造实现了“一型多铸” （几百次至几万次） ，节省了造型材料和工时，提高了生产率，改善了劳动条件。由于金属型本身的精度比较高，再加上其冷却快，从而使金属型铸件的精度高，力学性能好。但是金属型制造成本高，不适于小批量生产，同时，熔融金属在金属型中的流动性较差，易产生浇不到、冷隔等缺陷。金属型铸造主要适用于大批量生产形状简单的有色金属铸件和灰铸铁件，如内燃机活塞、气缸体、轴瓦、衬套等。二、压力铸造将熔融的金属在高压下，快速压入金属铸型的型腔中，并在压力下凝固，以得到铸件的一种铸造方法。1、工艺过程：2、压力铸造的特点及应用压力铸造以金属型铸造为基础，又增加了高压下高速充型的功能，从根本上解决了金属的流动性问题。压力铸造可以直接铸出零件上的各种孔眼、螺纹、齿形等，压铸件由于是在压力下结晶，因此，铸件的组织更细腻，其力学性能比砂型铸造提高 20%到 40%。压铸件的精度和表面质量较高，精度可达 IT12IT10 ，粗糙度 Ra3.20.8m。可铸出形状复杂的薄壁件和镶嵌件。压力铸造生产率高，易实现自动化，压铸机每小时可压铸几百个零件。但是，由于液态金属的充型速度快，排气困难，常常在铸件的表皮下形成许多小孔。这些皮下小孔充满高压气体，受热时因气体膨胀而导致铸件表皮产生突起的缺陷，甚至使整个铸件变形。因此，压力铸造不能进行热处理。此外，压力铸造不适合高熔点合金的生产，如钢、铸铁等；设备投资较大，主要适于大批量生产。目前，压力铸造主要用于有色金属薄壁小铸件的大批量生产，例如，铝、镁、锌等有色金属铸件。压铸件在仪器、仪表、汽车、兵器等领域得到了广泛应用。三、离心铸造将熔融的金属浇入高速旋转的铸型中，使金属液在离心力的作用下凝固成形，以得到铸件的一种铸造方法。、离心铸造过程离心铸造机根据轴线位置的不同分为立式、卧式、倾斜式三种，当铸型绕垂直轴回转时，金属液因重力作用，使铸件内垂直表面成抛物线状，即壁上薄下厚。铸型转速越慢，铸件高度越大，则其壁厚差越大2、离心铸造的特点及应用离心铸造时，在离心力的作用下，金属液充型能力得到提高，可浇注流动性较差的铸件；在离心力的作用下,金属的结晶从外向内顺序进行，因而能获得组织致密的铸件，与砂型铸造相比，力学性能可提高 10%20%;铸造圆形空心铸件时，不用型芯；还可铸造双金属铸件，如钢套内镶铜。离心铸件尺寸公差等级可达 IT14IT12 ，表面粗糙度Ra12.56.3m。离心铸造导致铸件内表面粗糙不平，质量较差，尺寸也不准确。离心铸造主要用于制造铸钢、铸铁、非铁金属等材料的种类管状零件的毛坯。四、熔模铸造将蜡料制成模样，在上面涂以若干层耐火涂料制成型壳，然后加热型壳，使模样熔化、流出，并焙烧成有一定强度的型壳，再经浇注，去壳而得到铸件的一种铸造方法。1、工艺过程：（1）制造压型（2）压制蜡模（3）组合蜡模（4）制造型壳（5）脱蜡（6）浇注、落砂和清理2、熔模铸造的特点及应用熔模铸造可以生产形状复杂、轮廓清晰、薄壁且无分型面、质量较高的铸件，一般的小孔凸台均可直接铸出。实现了少、无、切削加工，节省了金属材料。因此熔模铸造也被称为精密铸造。熔模铸造能铸造各种合金铸件，特别适于高熔点、难切削和用别的加工方法难以成形的合金，如耐热合金、磁钢、不锈钢等。它的生产批量也不受限制，可实现机械化流水生产。但是，由于蜡模容易变形、型壳强度不高等原因，不易生产比较大的铸件，同时，它的工艺过程复杂，生产周期较长，生产成本较高。熔模铸造的应用正在日益扩大，主要用于生产汽轮机、涡轮发动机的叶片或叶轮、切削刀具、运输工具以及机床上的小型零件。章节内容 2-1 概述 2-2 金属的加热和锻件的冷却2-3 自由锻授课班级 授课日期授课方式 讲授 作业练习目的要求 了解锻造的工艺特点以及金属加热和锻件冷却的方法掌握自由锻的方法的基本工序重点难点 锻造的工艺特点以及金属加热和锻件冷却的方法自由锻的方法讲授内容和过程 方法与指导I 组织教学II 复习旧课III 引入新课IV 讲授新课V 小结布置作业讲授2-1 概述一、压力加工和锻造1、概念：利用外力使金属产生塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法称为金属压力加工。2、压力加工的种类有：轧制、拉拔、挤压、锻造、自由锻、模锻、板料冲压。3、变形弹性变形、塑性变形4、锻造的特点改善金属的内部组织，提高金属的力学性能具有较高的劳动生产率能获得与零件相接近的锻件，大大节省了金属材料和减少了切削加工工时适应范围广不能锻造出形状复杂的零件5、冲压的特点在分离或成形的过程中，板料厚度变化小，内部组织也不产生变化生产率很高，易实现机械化、自动化生产冲压制件尺寸精确，表面光洁，一般不需要再加工适应范围广冲压模具精度高，制造复杂，成本高2-2 金属的加热和锻件的冷却一、锻造温度1、始锻温度：应尽可能高一些，这样可以提高金属塑性，延长锻造时间。但温度过高，超过一定限度时，金属将产生过热或过烧的缺陷，使金属塑性急剧降低，可锻性变差。2、终锻温度：应尽可能低一些，这样可以延长锻造时间，减少加热次数。但温度过低，金属塑性降低，变形抗力增大，可锻性同样边差，金属还会产生加工硬化，甚至开裂。若温度过高，锻件会因晶粒比较粗大而降低力学性能。3、锻造温度范围4、加热速度二、锻件冷却方法冷却过程中温度与时间的关系称为冷却规范。不同的冷却方法具有不同的冷却规范。1、空冷 2、堆冷 3、坑冷 4、灰砂冷 5、炉冷2-3 自由锻一、自由锻概述1、概念：自由锻是利用冲击力或压力使金属在上、下两个抵铁之间变形。从而获得所需形状及尺寸的锻件。2、工艺特点：金属沿变形方向可以自由流动，不受限制。但精度不高、形状简单，主要用于单件、小批量生产。自由锻是生产大型锻件和特大型锻件唯一成型的方法。二、加热主要有火焰加热和电加热三、自由锻方法1、镦粗和局部镦粗：镦粗是使毛坯高度见效、横截面积增大的锻造工序，适于饼块类，盘套类。局部镦粗是指在坯料上某一部分进行的镦粗，加热是只对需要镦粗的部分加热。2、拔长：拔长是使毛坯横截面积减小、长度增加的锻造工序，适于轴类、杆类。拔长是用夹钳钳牢，锤击时应将坯料饶其轴线不断翻转，方法有反复 90翻转和沿螺旋线翻转两种。3、芯棒拔长和扩孔：芯棒拔长是在空心毛坯中加芯轴进行变形以减小空心毛坯外径（壁厚）而增加其长度的锻造工序。扩孔是减小空心毛坯壁厚而增加其内、外径的锻造方法。方法有冲头扩孔和芯轴扩孔两种。冲头扩孔是利用冲头锥面引起的径向分力进行扩孔的方法，由于受拉应力的影响，容易胀裂，故每次扩孔量不宜太大；芯轴扩孔是利用上砧和芯棒对空心坯料沿圆周依次连续压缩而实现扩孔的方法。拔长、镦粗经常交替反复使用。有时一头镦粗，另一头拔长。4、 （通孔、盲孔）冲孔：冲孔是在坯料上冲出通孔或盲孔的锻造工序。常用方法有双面冲孔和单面冲孔 。(1) 双面冲孔时，先试冲一凹痕，检查孔的位置是否正确，无误后，在凹痕中撒少许煤粉以利于冲子的取出，然后用冲子冲深至坯料厚度的 2/3-3/4，再翻转坯料将孔冲穿。(2) 单面冲孔是先确定孔的位置正确后直接将孔冲穿，主要用于较薄的坯料。5、弯形：弯形是采用一定的工模具将毛坯弯成所规定的外形的锻造方法。有自由弯形和成形弯形两种。6、切割：分割坯料，或去除锻件余量的工序。切割的方法有：单面切割、双面切割和四面切割、圆料切割7、其他自由锻方法：扭转：某一部分相对于另一部分转一定角度。错移：坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序，例如曲轴。章节内容 2-4 模锻 2-5 冲压授课班级 授课日期授课方式 讲授 作业练习目的要求 了解两种模锻的加工工艺方法掌握冲压的基本工序重点难点 冲压的工艺特点冲压的基本工序讲授内容和过程 方法与指导I 组织教学II 复习旧课III 引入新课IV 讲授新课V 小结布置作业讲授2-4 模锻概述在压力或冲击力作用下，金属坯料在锻模模膛内变形，从而获得锻件的工艺方法。此法生产的锻件尺寸精确、加工余量较小，结构也可较复杂，生产率高。其不足之处是锻件的质量较小；模锻设备投资大，在小批量生产是不经济。按使用设备不同分为：锤上模锻、胎模锻等。一、胎模锻胎模锻是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的工艺方法，一般采用自由锻方法制坯，然后在胎模中成型。胎模可分为制坯整形模、成形模和切边冲孔模等。1 模 图 3-22 筒模 图 3-23 合膜 图 3-24二、模锻在专门的模锻设备上锻造。锤上模锻所用设备为模锻锤。通常为蒸气- 空气锤、螺旋压力机等。对形状复杂锻件，先在制坯模膛内初步成形，然后在模锻模膛内锻造。2-5 冲压板料冲压又叫冷冲，是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法，当 810mm 时用热冲特点 ：(1)可冲形状复杂的零件，且废料少。(2)高精度，低粗糙度，零件互换性好。(3)重量轻，耗材少，强度刚度较好。(4)操作简单，生产率高。 板料冲压常用的材料：低碳钢、铜合金、铝合金等塑性好的材料。一、冲压设备1、冲床 2、剪床二、基本工序 （一） 、分离工序 1、落料及冲孔（统称冲裁）落料落下部分为成品。冲孔落下部分为废品。冲裁变形过程 (1)弹性变形阶段(2)塑性变形阶段板料中的应力值达到屈服极限，板料金属产生塑性变形，产生硬化，凹凸模刃口处硬化加剧，出现裂纹。(3)断裂分离阶段上下裂缝重合，板料分离。分离面的质量主要和下列有关：a. 间隙有关 b.刃口锋利 c.模具有关 d.材料有关 e. 板厚有关2、切断指用剪刃或冲模将板料沿不封闭的轮廓进行分离的工序。（二）成形工序。1、拉深拉深过程底部金属一般不变性，只起传递拉力作用，厚度基本不变，坯料外径 D 与内径d 之间的环形部分金属切向受压应力的作用,形成拉深件的直壁，直壁的厚度有所减少。2、弯曲弯曲过程中，板料的内侧受压，外侧受拉，今拉应力超过抗拉强度时，金属破裂内万半径 r 越小越易破裂。弯曲时尽量使弯曲线垂直于纤维，以免破裂。3、翻边 在带孔的平面料上用扩孔的办法获得凸缘的工序。 4、成型成型利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序 。主要用于制造刚性的筋条，或增大半成品的部分内径。、小结：本次课程简单了解了模锻工艺， ，讲解了，冲压工艺，冲压设备和冲压工序。章节内容 31 概述32 焊条电弧焊33 气焊与气割授课班级 授课日期授课方式 讲授 作业练习目的要求 了解焊接的分类，特点及其应用重点难点 焊条电弧焊讲授内容和过程 方法与指导I 组织教学II 复习旧课III 引入新课IV 讲授新课V 小结布置作业讲授3-1 概述焊接是通过加热或加压或两者并用,并使用(或不用)填充材料,使工件达到结合的一种方法.一、 焊接的分类二、 焊接的特点和应用（1） 与铆接相比：焊接可节约金属材料。接头密封性好，容易实现机械和自动化。（2） 可用型材等，拼焊成焊结构件，以代替大型复杂的铸件，生产周期短，劳动强度低。（3） 设备简单，操作方便，产品成本低。3-2 焊条电弧焊焊条电弧焊又称手弧焊，是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。一、 焊接电弧电焊接电源供给的具有一定电压的两电极间或电极与母材间。通过气体介质产生的强烈而持久的放电现象称为焊接电弧。1、 引弧电弧焊时，引燃焊接电弧的过程称为引弧。2、 正接与反接二、 焊接电源1、 直流弧焊发电机2、 交流弧焊变压器3、 弧焊整流器三、 焊接用具1、 焊接电缆2、 焊钳3、 面罩4、 辅助器具四、 焊条（1） 机械保护（2） 冶金处理（3） 改善焊接工艺条件五、 常用焊接接头形式六、 焊接操作1、 电弧的引燃与控制（1） 引弧 引燃与控制（2） 电弧的控制2、 运条（1） 焊条送进运动（2） 焊条沿焊接方向移动（3） 焊条的横向摆动七、 焊接工艺参数的选择（1） 焊条直径（2） 焊接电流（3） 焊接速度八、 焊接缺陷（1） 未焊透（2） 夹渣（3） 气孔（4） 咬边（5） 旱瘤（6） 焊接裂缝3-3 气焊与气割一、 气焊、气割特点1、 气焊特点 气焊是利用气体火焰作为热源的一种熔焊方法。焊接时不需要电源。 气焊的火焰温度比电弧焊低，火焰控制容易。热输入调节方便，设备简单，使用灵活。 火焰热量比电弧分散。焊件受热面积大，变形也大，质量不如电弧焊。 生产率低气焊主要用于碳素钢，低合金钢。有色金属及其合金的薄。小件批量生产或维修场合。气焊火焰也可用作钎焊。氧气切割时预热以及火焰火的热源。 （小型零件）2、 气割的特点 气割是利用火焰对金属材料进行的一种热切割方法。由预热火焰将金属加热到燃点，然后