机械制造技术第01次课-第一章

机械工程与自动化专业技术基础课 工程材料及机械制造技术 北京化工大学 机电工程学院 基础系 机制教研室 李方俊 工程材料 机械制造技术 公差与配合 掌握各种工艺方法的规律、应用和相互联系 掌握零件的加工工艺过程和结构工艺性 为后续课程及今后从事设计制造工作奠定基础 具有选择加工方法的能力 具有工艺分析的能力（包括工艺过程和结构工艺性） 具有制订中等复杂零件加工工艺规程的能力 课程设置 课程目的 课程任务 课程概述 第 1章 铸造（ 5学时） 第 2章 塑性成形（ 5） 第 3章 焊接（ 5） 第 4章 切削加工工艺基础（ 6） 第 5章 特种加工与快速成形（ 3） 第 6章 典型表面的加工（ 2） 第 7章 机械加工工艺规程设计（ 6） 第 8章 机械装配工艺过程设计（ 4） 第 9章 数控加工技术（ 2） 第 10章 先进制造技术与生产模式（ 2） 态成形基础 用铸造合金的 铸造性能 型铸造工艺 种铸造 件结构设计 造技术发展 教学内容与进度安排 课程概述 教学内容与进度安排 课程概述 第 1章 铸造（ 5学时） 第 2章 塑性成形（ 5） 第 3章 焊接（ 5） 第 4章 切削加工工艺基础（ 6） 第 5章 特种加工与快速成形（ 3） 第 6章 典型表面的加工（ 2） 第 7章 机械加工工艺规程设计（ 6） 第 8章 机械装配工艺过程设计（ 4） 第 9章 数控加工技术（ 2） 第 10章 先进制造技术与生产模式（ 2） 性成形基础 由锻 锻 料冲压 压件结构工艺性 他塑性成形方法 教学内容与进度安排 课程概述 第 1章 铸造（ 5学时） 第 2章 塑性成形（ 5） 第 3章 焊接（ 5） 第 4章 切削加工工艺基础（ 6） 第 5章 特种加工与快速成形（ 3） 第 6章 典型表面的加工（ 2） 第 7章 机械加工工艺规程设计（ 6） 第 8章 机械装配工艺过程设计（ 4） 第 9章 数控加工技术（ 2） 第 10章 先进制造技术与生产模式（ 2） 焊 用金属的焊接性能 接件结构设计 他焊接技术 教学内容与进度安排 课程概述 第 1章 铸造（ 5学时） 第 2章 塑性成形（ 5） 第 3章 焊接（ 5） 第 4章 切削加工工艺基础（ 6） 第 5章 特种加工与快速成形（ 3） 第 6章 典型表面的加工（ 2） 第 7章 机械加工工艺规程设计（ 6） 第 8章 机械装配工艺过程设计（ 4） 第 9章 数控加工技术（ 2） 第 10章 先进制造技术与生产模式（ 2） 削加工概述 属切削刀具 属切削过程中的物理 现象 通刀具切削加工方法 削加工方法 密加工方法 工精度和表面质量 教学内容与进度安排 课程概述 第 1章 铸造（ 5学时） 第 2章 塑性成形（ 5） 第 3章 焊接（ 5） 第 4章 切削加工工艺基础（ 6） 第 5章 特种加工与快速成形（ 3） 第 6章 典型表面的加工（ 2） 第 7章 机械加工工艺规程设计（ 6） 第 8章 机械装配工艺过程设计（ 4） 第 9章 数控加工技术（ 2） 第 10章 先进制造技术与生产模式（ 2） 种加工 速成形 教学内容与进度安排 课程概述 第 1章 铸造（ 5学时） 第 2章 塑性成形（ 5） 第 3章 焊接（ 5） 第 4章 切削加工工艺基础（ 6） 第 5章 特种加工与快速成形（ 3） 第 6章 典型表面的加工（ 2） 第 7章 机械加工工艺规程设计（ 6） 第 8章 机械装配工艺过程设计（ 4） 第 9章 数控加工技术（ 2） 第 10章 先进制造技术与生产模式（ 2） 圆面加工方案 圆面加工方案 面加工方案 纹表面的加工 轮加工 教学内容与进度安排 课程概述 第 1章 铸造（ 5学时） 第 2章 塑性成形（ 5） 第 3章 焊接（ 5） 第 4章 切削加工工艺基础（ 6） 第 5章 特种加工与快速成形（ 3） 第 6章 典型表面的加工（ 2） 第 7章 机械加工工艺规程设计（ 6） 第 8章 机械装配工艺过程设计（ 4） 第 9章 数控加工技术（ 2） 第 10章 先进制造技术与生产模式（ 2） 本概念 件结构工艺性分析 床夹具与工件定位 位基准的选择 艺路线的制订 工余量及工序尺寸的 确定 艺尺寸链 型零件加工工艺过程 教学内容与进度安排 课程概述 第 1章 铸造（ 5学时） 第 2章 塑性成形（ 5） 第 3章 焊接（ 5） 第 4章 切削加工工艺基础（ 6） 第 5章 特种加工与快速成形（ 3） 第 6章 典型表面的加工（ 2） 第 7章 机械加工工艺规程设计（ 6） 第 8章 机械装配工艺过程设计（ 4） 第 9章 数控加工技术（ 2） 第 10章 先进制造技术与生产模式（ 2） 述 配尺寸链 证装配精度的装配 方法 配工艺规程的制订 教学内容与进度安排 课程概述 第 1章 铸造（ 5学时） 第 2章 塑性成形（ 5） 第 3章 焊接（ 5） 第 4章 切削加工工艺基础（ 6） 第 5章 特种加工与快速成形（ 3） 第 6章 典型表面的加工（ 2） 第 7章 机械加工工艺规程设计（ 6） 第 8章 机械装配工艺过程设计（ 4） 第 9章 数控加工技术（ 2） 第 10章 先进制造技术与生产模式（ 2） 控技术简述 控机床的组成及原理 控机床的加工及工艺 规划 控加工编程 教学内容与进度安排 课程概述 第 1章 铸造（ 5学时） 第 2章 塑性成形（ 5） 第 3章 焊接（ 5） 第 4章 切削加工工艺基础（ 6） 第 5章 特种加工与快速成形（ 3） 第 6章 典型表面的加工（ 2） 第 7章 机械加工工艺规程设计（ 6） 第 8章 机械装配工艺过程设计（ 4） 第 9章 数控加工技术（ 2） 第 10章 先进制造技术与生产模式（ 2） 精密加工与微细 加工 速切削 算机集成制造系统 他先进生产模式 1、平时成绩 (20%) 2、考试成绩 (80%但必须及格 ) 1、不迟到，不早退，不无故旷课 2、遵守课堂纪律，积极听讲 3、认真、独立完成作业 考核方式 教学要求 1、邓文英主编 . 金属工艺学 . 上、下册 (第三版 ). 北京：高等教育出版社 , 1997 2、傅水根主编 . 机械制造工艺学 基础 (金属工艺学冷加工部分 ). 北京：清华大学出版社 , 1998 参考教材 课程概述 第一章 铸造 铸造的定义、特点与发展方向 第一节 液态成形基础 第二节 常用铸造合金的 铸造性能 1、 合金铸造性能 2、 充型能力 3、 铸造性能对质量的影响 第三节 砂型铸造工艺 1、 铸铁 2、 铸钢 1、 造型方法 第一章 铸造 铸造的定义 铸造的主要优点 将液态金属浇铸到铸型中，冷却凝固后获得毛坯或零件的一种工艺方法。 1）适应性强 2）成本低 1）生产过程复杂 2）影响因素多，废品率高 1） 特大型铸件的铸造技术 2）计算机模拟仿真技术应用 3）铸件强韧化、精密化 铸造的主要缺点 铸造的发展方向 宁夏银川长城须崎公司最大铸件达 30T 福建松溪湛卢公司最小铸件达 3G 一、合金的铸造性能 第一节 液态成形基础 合金在铸造的整个过程中，为获得外形正确、内部无缺陷的铸件而表现出来的性能 1）定义： 液态金属本身的流动能力，称为合金的流动性，是合金主要铸造性能之一。 1、合金的流动性 2）评价标准： “ 螺旋形试样 ” 的长度 3）影响因素： 合金的化学成分是影响合金流动性最显著的因素 铸铁流动性/ 灰 铸 铁 硅 黄 铜 铸钢 逐层凝固 糊状凝固 中间凝固 一、合金的铸造性能 第一节 液态成形基础 1）定义： 铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩小的现象，称为收缩。 2、合金的收缩 2）合金收缩经历的三个阶段 3）影响因素 （ 1）液态收缩： 01，危害？ （ 2）凝固收缩： 12 ，危害？ （ 3）固态收缩： 23 ，危害？ （ 1）化学成分：铸钢的收缩最大，灰铸铁的收缩最小 （ 2）浇注温度：温度愈高，收缩越大，缩孔、缩松及气孔的倾向愈大 （ 3）铸型条件和铸件结构：铸件的壁厚、铸型和型芯材料的退让性 0 1 2 3 二、合金的充型能力 第一节 液态成形基础 1、定义 1）合金的流动性 2）铸型条件 液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状完整的铸件的能力，称作液态合金的充型能力。 2、影响因素 3）浇注条件 4）铸件结构 （ 1）铸型材料： 导热系数和比热大，充型能力低 （ 2）铸型温度： 温度高、冷却慢，充型能力高。 （ 3）铸型排气能力： 排气能力差，充型能力低。 （ 1）浇注温度： 浇注温度高，充型能力高。但过 高会引起诸多缺陷，因此，不宜过高。 （ 2）充型压力： 充型压力越高，充型能力越高。 （ 1）铸件的壁厚： 厚壁铸件的充型能力较高。 （ 2）铸件结构复杂程度： 结构越复杂，铸型对金 属液充型时的阻力就越大，充型能力越低。 合金的流动性： 流动性越好，充型能力越高。 三、铸造性能对铸件质量的影响 第一节 液态成形基础 1、缩孔和缩松 1）概念 在合金的结晶过程中，因金属液态收缩和凝固收缩得不到金属液的及时补充时，铸件在其 最后凝固部位 处将形成表面粗糙、形状极不规则的孔洞，容积较大的孔洞称其为 缩孔；若孔洞在铸件 截面积 上弥散分布，呈细小或裂隙状，则称其为 缩松 。 2）形成过程 倒 锥 形 缩孔的形成过程 多而分散 缩松的形成过程 1 2 3 0 三、铸造性能对铸件质量的影响 第一节 液态成形基础 1、缩孔和缩松 3）缩孔和缩松的防止措施 顺序凝固 是指在铸件可能出现缩孔的厚大部位（如热节、内浇道、冒口颈等）通过安放冒口、冷铁等工艺措施，使远离冒口部位率先凝固，然后向着冒口方向逐点先后有序地凝固，冒口则是最后凝固。 (1) 产生缩孔的合金及防止措施： 无或窄凝固温度范围的合金 “ 顺序凝固 ” (2) 产生缩松的合金及防止措施： 宽凝固温度范围的合金 避开宽凝固范围的合金或振动 三、铸造性能对铸件质量的影响 第一节 液态成形基础 2、铸件的应力、变形和裂纹 1）铸造应力 铸件凝固完成后，继续冷却时发生的固态收缩受到阻碍，在其内部产生的应力称 铸造应力 。保留到室温的铸造应力称为 残余应力 。 (1)热应力 A、概念： 由于铸件壁厚不均匀，各处的冷却速度有差异，致使铸件各部固态收缩不一致而产生的铸造应力称作热应力。 B、热应力的形成： ( ( ( 对于铸钢与铸铁件而言： =620 650 +（ -） 拉（压）应力 厚拉 薄压 塑 塑 塑 弹 塑 弹 弹 弹 弹 弹 弹 弹 三、铸造性能对铸件质量的影响 第一节 液态成形基础 2、铸件的应力、变形和裂纹 (2)机械应力 A、概念： 铸件在铸型中冷却时，其固态线收缩受到铸型、型芯的阻碍而产生的铸造应力。 B、性质与危害： 机械应力一般都是拉应力或剪切应力。该应力是暂时的，但与热应力共同作用可能引起铸件的裂纹。 (3)铸造应力的预防及减少措施： A、 “ 同时凝固 ” ： 薄壁处开浇口，厚壁处放冷铁；壁厚均匀 B、提前打箱和减小铸型的紧实度，提高铸型的退让性 C、时效处理：自然时效：露天，风吹日晒，几个月以上 人工失效：铸件加热到 550650 C 去应力退火 振动时效：小铸件在滚筒内碰撞，大铸件共振 “同时凝固 ” 原则示意图 三、铸造性能对铸件质量的影响 第一节 液态成形基础 2、铸件的应力、变形和裂纹 2)铸件的裂纹 (1)热裂 A、热裂 是铸件在高温（凝固末期的温度）下产生的裂纹。 B、影响热裂形成的因素： 合金性质： 宽凝固温度范围与 铸型阻力： 铸型的退让性对热裂的形成有重要影响。 (2)冷裂 A、冷裂 是铸件在不太高的温度下产生的裂纹。 B、影响冷裂形成的因素： 合金种类： 灰口铸铁、白口铸铁等脆性大的合金易冷裂 化学成分： 含 裂倾向大。 当铸造内应力没超过金属的强度极限时，铸件将产生 变形 ；超过强度极限时，将产生 裂纹 。 热裂的特征：裂纹短、 裂缝宽、 形状曲折、 缝内呈氧化色 冷裂的特征：裂纹长、 裂缝窄、 形状直、 缝内无氧化色 三、铸造性能对铸件质量的影响 第一节 液态成形基础 2、铸件的应力、变形和裂纹 3)铸件的变形 A、概念： 铸件内存在的残余应力，使铸件厚的部分受拉伸，薄的部分受压缩，引起铸件的几何形状与图样不符，称作变形。 B、防止或减小变形的措施： 同减小应力的措施（同时凝固、提高退让性、加工前时效处理） “ 反变形 ” 工艺； 设置工艺肋：在容易变形的部位设置工艺肋。 当铸造内应力没超过金属的强度极限时，铸件将产生 变形 ；超过强度极限时，将产生 裂纹 。 第一节 液态成形基础 概念： 在浇注过程中，液态金属和铸型中的气体如果来不及排出而残留在铸件中所形成的孔洞，称为 防止或减少气孔的措施： 1)减少金属液的含气量： 使金属液与空气隔离 对金属液进行排气处理 降低浇注温度，减少气体溶解量 2)减少造型材料的发气量 控制铸型中的水分和型腔表面的油污 3)增加铸型的排气能力 三、铸造性能对铸件质量的影响 3、铸件的气孔 一、铸铁 第二节 常用铸造金属的铸造性能 铸铁是含碳量大于 的铁碳合金 根据碳在铸铁中的存在形式，铸铁可分为： 白口铸铁： 碳除微量溶于铁素体外，全部以渗碳体形式存在 灰口铸铁： 碳除微量溶于铁素体外，全部或大部以石墨形式存在 麻口铸铁： 碳除微量溶于铁素体外，以渗碳体形、石墨形式存在 根据铸铁中石墨的形态不同，灰口铸铁可分为 灰铸铁：石墨呈片状 球墨铸铁：石墨呈球状 可锻铸铁：石墨呈团絮状 蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状 第二节 常用铸造金属的铸造性能 一、铸铁 1、灰铸铁 1)组织： 基体（铁素体、铁素 体和珠光体、珠光体） 上分布着片状石墨 2)性能特点： (1)力学性能：抗拉强度与弹性模量低，塑性和韧性接近于零 (2)特殊性能 A、切削加工性能好，但不能锻造和冲压 B、减振性能好，石墨缓冲振动，阻止振动的传播 C、耐磨性能好 D、缺口敏感性低，本身存在大量的石墨割裂缺口 (3)铸造性能好 A、接近共晶成分，结晶温度低而恒定，故流动性好 B、石墨膨胀，减小了铸件体积的收缩，应力集中下降 牌号 铸件壁厚 拉强度 N/ 微 组 织 应 用 举 例 基体 石 墨 HT 0 20 30 0 30 50 130 100 90 80 F 粗片状 手工铸造用砂箱、 井盖 、下水管、机床底座、手轮等 50 0 20 30 10 20 30 50 175 145 130 120 F+P 较粗片状 机械常用铸件，如底座、手轮、刀架等；冶金 业中流渣槽、渣缸、轧钢机托辊等；机车用一般铸件，如水泵壳、阀体、阀盖等；动力机械中拉钩、框架、阀门、 油泵壳 等。 00 0 20 30 10 20 30 50 220 195 170 160 P 中等片状 一般运输机械中的气缸体、缸盖、飞轮等；一般机床中的 床身 、机床等；通用机械承受中等压力的泵体、阀体等；动力机械中的外壳、轴承座、水套筒等。 50 0 20 30 10 20 30 50 270 240 220 200 细 P 较细片状 运输机械中薄壁缸体、缸盖、线排气歧管；机床中立柱、横梁、床身、滑板、箱体等；冶金矿山机械中的轨道板、齿轮；动力机械中的 缸体 、缸套、活塞。 00 10 20 30 20 30 50 290250 230 细 P 细小片状 机床导轨、受力较大的机床床身、立柱机座等；通用 机械的水泵出口管、吸入盖等；动力机械中的液压阀体、蜗轮、气轮机隔板、泵壳、大型发动机缸体、缸盖。 50 10 20 30 20 30 50 340 290 260 细 P 细小片状 大型发动机气缸体、缸盖、衬套；水泵缸体、阀体、凸轮等；机 床 导轨 、工作台等摩擦件；需经表面淬火的铸件。 注意：铸件壁厚越大，其力学性能越差 第二节 常用铸造金属的铸造性能 一、铸铁 2、球墨铸铁 1)组织： 基体（铁素体、铁素体和珠光体、珠光体、下贝氏 体）上分布着球状石墨 2)性能特点： (1)机械性能相当于钢 (2)特殊性能相当于灰铸铁 (3)铸造性能好，但比灰铸铁差 A、球化处理和孕育处理使铁水温度下降，流动性变差 B、球状石墨析出时的膨胀使缩孔与缩松易于产生 牌号 基体组织 力学性能 应 用 举 例 b / / 小于 素体 400 250 18 130 180 承受冲击、振动的零件，如汽车、拖拉机轮毂、驱动桥壳体、差速器壳、 拨叉 ，中低压阀门，管道，齿轮箱等 素体 400 250 15 130 180 素体 450 310 10 160 210 素体 + 珠光体 500 320 7 170 230 机座、 传动轴 、飞轮、电动机架，油泵齿 轮、机车轴瓦等 光体 + 铁素体 600 370 3 190 270 载荷大、受力复杂的零件，如汽车、拖拉机的曲轴、连杆、 凸轮轴 、气缸套，部分机床的主轴、机床蜗杆、蜗轮，轧钢机轧辊、大齿轮，小型水轮机主轴，气缸体， 起重机大小滚轮等 光体 700 420 2 225 305 光体或 回火组织 800 430 2 245 335 氏体或回 火马氏体 900 600 2 280 360 高强度齿轮，如 汽车后桥螺旋锥齿轮 、大 减速器齿轮，内燃机曲轴，凸轮轴等 第二节 常用铸造金属的铸造性能 一、铸铁 3、可锻铸铁 1)组织： 基体（铁素体、珠光体）上分布着团絮状石墨，分 别称为黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁 2)性能特点 (1)力学性能高于灰铸铁，低于球墨铸铁 (2)黑心可锻铸铁的塑性、韧性较好，而强度、硬度低些， 珠光体可锻铸铁与之相反 (3)铸造性能好 A、为亚共晶成分，铸造性能好 B、浇注成型后无石墨析出，收缩量大，应注意补缩 种类 牌号 试样 直径 /学性能 应 用 举 例 b/ 小于 黑 心 可 锻 铸 铁 2 或 15 300 6 150 弯头， 三通管件 ，中低压阀门等 30 8 扳手，犁刀，车轮壳等 50 200 10 汽车、拖拉机前后轮壳、减速器壳 、转向节壳、制动器及铁道零件等 70 12 珠 光 体 可 锻 铸 铁 2 或 15 450 270 6 150 200 载荷较高的耐磨损零件，如 曲轴 、凸轮轴，连杆、齿轮、活塞环、轴套、耙片、万向接头、棘轮、扳手、传动链条等 50 340 4 180 250 50 430 2 210 260 00 530 2 240 290 第二节 常用铸造金属的铸造性能 二、铸钢 1、铸造用钢的种类 1)铸造碳钢： )铸造低合金钢： )铸造高合金钢： 、铸钢的铸造工艺特点 1)铸造性能差： 熔点高、流动性差、收缩量大、易氧化 2)结构设计及铸造工艺上采取的措施 (1) 合理设计结构：壁匀且大于 8毫米，平滑过渡，避免热节 (2) 合理设计冒口、冷铁，实现 “ 顺序凝固 ” 或 “ 同时凝固 ” (3) 保证砂型性能，耐火性、退让性、强度、透气性要好 (4) 严格控制浇注温度 3、铸钢件的热处理 退火或正火，以细化晶粒均匀化组织，消除应力 钢号 化学成分 热处理 性能 应用 C i b s 火 或 正火 400 200 25 机座、 变速箱壳体 50 240 20 机座、锤轮、箱体 00 280 16 飞轮 、蒸汽锤 80 320 12 联轴器 、齿轮 50 350 10 联轴器、齿轮 第三节 砂型铸造工艺设计 生产工序包括： 制 模、配砂、制芯、 造型、合型、熔炼 浇注、落砂、清理 和检验。 铸造工艺设计的内容包括： 造型方法、浇注位置、分型面、工艺参数的确定等。 砂型铸造的种类： 按 紧实型砂和起模的方 法，可将砂型铸造分 为手工造型与机器造 型两种。 第三节 砂型铸造工艺设计 一、造型方法的选择 1、手工造型 1)特点： 设备简单、操作灵活、方法多样 效率低、强度大、技术水平要求高 造型方法 特 点 应用范围 合 型 示