《机械制造基础》一体化教案2

1、机械制造基础教案2016 2017 学年第 1 学期课程类型： 一体化 授课班级： 机电15 授课教师： 蔡文华 2016 年 10 月 09 日课题名称锻压工艺基础授课课时4教学目标1、锻压工艺概述（生产特点、适用范围、发展趋势）。2、铸造工艺基础（塑性变形过程、组织性能变化、锻造性）。4、培养学生动手能力；培养学生团队合作意识；5、培养学生观察、分析能力；遵守劳动纪律和操作规程。实训课时2理论课时2授课日期2016.10.17-10.21教 具多媒体、实物、挂图教学重点锻造工艺概论教学难点锻压工艺基础教学回顾说明 任课教师签名：蔡文华 专业部主任签名： 蔡振坚 日期：10.10 教 学 过

2、 程 第 页一、组织教学。（5分钟）1、点名并登记好出勤情况。2、讲解注意事项、检查学生自身安全隐患并排除。3、让学生合编成几个小组、以小组组长为每组负责人。二、导入新课。（5分钟）铸造是金属液态成形的一种方法，它能铸造各种尺寸、形状复杂的毛坯货零件，铸造具有实用性广、成本低廉的特点，是机械零件毛坯或零件成品热加工的一种重要工艺方法。本节开始将对铸造工艺概论基础知识进行讲解。铸造工艺生产特点，在本讲开始，将讲解另外一种关于制造机械零件或零件毛坯的方法，即锻压法。三、理论新授。（一）锻造工艺概论（35分钟）（重点讲解）1、锻造生产的特点 锻压是一种借助工具或模具在冲击力或静压力作用下，对金属坯料

3、施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状及性能，用以铸造机械零件或零件毛坯的成形加工方法。它是锻造和冲压总称。锻压包括轧制、挤压、拉拨、自由锻造、模型锻造、冲压等加工方法，其典型工序实例如图所示。 锻造件特点：晶粒细化、组织致密；具有连贯的锻造流线，力学性能好。优点：（ 1 ）能改善金属内部组织，提高金属的力学性能。 （ 2 ）节省金属材料。与直接切削钢材的成形相比，还可以节省金属材料的消耗，而且也节省加工工时。 （ 3 ）生产效率较高。 如齿轮轧制、滚轮轧制等制造方法均比机械加工的生产率高出几倍甚至几十倍以上。 缺点：（ 1 ） 不能获得形状很复杂的制件 , 其制件的尺寸精度、形状精度和表

4、面质量还不够高 ； （ 2 ） 加工设备比较昂贵 , 制件的成本比铸件高。2、锻造生产的适用范围（结合实物讲解）锻压加工是以金属的塑性变形为基础的 , 各种钢和大多数非铁金属及其合金都具有不同程度的塑性 , 因此它们可在冷态或热态下进行锻压加工 , 而脆性材料 (如灰铸铁、铸造铜合金、铸造铝合金等)则不能进行锻压加工。 应用范围广，几乎所有运动的重大受力构件锻造生产的发展趋势新材料的方面计算机技术在锻压技术中的应用如何制造出性能要求更高的锻件 （二）锻压工艺基础（20分钟）（难点，通过观看视频方法讲解）1、单晶体的塑性变形单晶体的变形方式有滑移和孪生两种。 【滑移】看作是晶体的一部分相对于另一

5、部分产生错动的结果，如图所示。实际金属中，滑移是通过晶体内位错缺陷沿着滑移面移动来实现的。【孪生】是晶体的一部分相对于另一部分发生切变 , 而且发生切变的部分与未切变部分的晶体结构呈对称形式分布。2、多晶体的塑性变形各个晶粒塑性变形的综合结果。此外,在多晶体晶粒之间还有少量的相互移动和转动 , 这部分塑性变形为晶间变形,如图所示。由于每个晶粒在塑性变形时都要受到周围晶粒及晶界的影响和阻碍,故多晶体塑性变形时的抗力要比单晶体高得多。加工硬化、回复和再结晶 【冷变形强化】在冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的所有强度指标和硬度都有所提高 ,但塑性有所下降的现象。变形后,金属的晶格严重畸变,变形

6、金属的晶粒被压扁或拉长,形成纤维组织,如图所示。冷变形强化使金属的可锻性降低，冲压时产生“织耳”，制件厚度不均等缺陷。退火处理【回复】是指将冷变形后的金属加热至一定温度后，使原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减小的现象。 回复时不改变晶粒形状，金属的强度、硬度略有下降；塑性、韧性有所回升；内应力有较明显下降。某些物理、化学性能则显著减小。冷拔弹簧钢丝绕制弹簧后常进行低温退火 (也称定形处理), 其实质就是利用回复保持冷拔钢丝的高强度 , 消除冷卷弹簧时产生的内应力 。 【再结晶】当加热温度较高时 , 塑性变形后的金属组织与性能在加热时全部恢复的过程，也是被拉长了的晶粒重新生核长大 , 变为细

7、小、均匀等轴晶粒的过程。再结晶恢复了变形金属的可锻性。【再结晶温度】再结晶是在一定的温度范围内进行的 , 开始产生再结晶现象的最低温度称为再结晶温度。 纯金属的再结晶温度为： T 再 0.4 T 熔 金属的再结晶温度与变形程度、杂质（或合金元素）的含量及加热速度、加热时间等有关。如变形程度愈大，再结晶温度便愈低。 再结晶退火：经过塑性变形的金属 , 加热到再结晶温度以上 , 使其发生再结晶的处理称为再结晶退火。 再结晶退火可以消除金属材料的冷变形强化 , 提高其塑性 , 便于其继续锻压加工。 如冷轧、冷拉、冷冲压过程中 , 需在各工序中穿插再结晶退火。晶粒长大 冷变形的金属 , 通过再结晶一般

8、都能得到细小而均匀的等轴晶粒。但是如果加热温度过高或加热时间过长, 则晶粒会明显长大 , 成为粗晶粒组织 。热变形对金属组织和性能的影响 【热变形】在再结晶温度以上的变形。 【冷变形】在再结晶温度以下的变形。大多数锻件的锻压加工是在再结晶温度以上进行的,这样,由变形引起的强化现象,会因随后的再结晶过程而消失 , 所以锻造毛坯可以连续地锻压变形。只要终锻温度控制好,锻件的晶粒是细小的。再加之锻坯中孔洞的被压合,所以热变形可提高金属材料的力学性能。 【锻造流线】也称流纹，在锻造时,金属的脆性杂质被打碎 ,顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布 , 这样

9、热锻后的金属组织就具有一定的方向性。 锻造流线使金属性能呈现异向性；沿着流线方向 (纵向)抗拉强度较高 , 而垂直于流线方向 (横向)抗拉强度较低。生产中若能利用流线组织纵向强度高的特点 , 使锻件中的流线组织连续分布并且与其受拉力方向一致 , 则会显著提高零件的承载能力。例如, 吊钩采用弯曲工序成形时 , 就能使流线方向与吊钩受力方向一致 (下图a), 从而可提高吊钩承受拉伸载荷的能力。图b所示锻压成形的曲轴中,其流线的分布是合理的。图c 是切削成形的曲轴 , 由于流线不连续 , 所以流线分布不合理。 3、可锻性v【可锻性】材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力。金属可锻性可用塑性和塑性

10、变形抗力来综合衡量。塑性越高，变形抗力越小，金属的可锻性就越好；低的塑性变形抗力使设备耗能少；优良的塑性使产品获得准确的外形而不遭破裂。 金属的内在因素和外部加工条件影响金属的可锻性。 内在因素：（1）、化学成分的影响（2）、金属组织的影响 外部加工条件：（1）、 变形温度的影响（2）、 变形速度的影响 (3)、应力状态的影响（三）自由锻工艺（15分钟）1、概述将加热好的金属坯料，放在锻造设备的上、下砧铁之间，施加冲击力或静压力，使之产生塑性变形，从而获得所需锻件的一种加工方法。坯料在锻造过程中，除与上、下砧板或辅助工具接触的表面外，都是自由表面，变形不受限制，故称为自由锻。分类及特点：手工自

11、由锻和机器自由锻自由锻的优点：所用工具简单、通用性强、灵活性大、适合单件或小批量，特别是特大型锻件的生产。缺点：精度低、加工余量大、效率低、劳动强度大。2、自由锻设备 锤锻自由锻和水压机自由锻。锤锻自由锻又可分为空气锤和蒸汽-空气自由锻3、自由锻工序n 1.基本工序（镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接 ）n 2.辅助工序（倒棱、压肩）n 3.修整工序（修整鼓形、平整端面、校直弯曲）(1) 拔长nn 也称延伸 ,它是使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序。拔长常用于锻造杆、轴类零件 。拔长的方法主要有两种 : n 1) 在平砧上拔长。 2) 在芯棒上拔长(2) 镦粗 是使毛坯高度减小

12、 , 横断面积增大的锻造工序。 镦 粗工序主要用于锻造齿轮坯、圆饼类锻件。 镦 粗工序可以有效地改善坯料组织 , 减小力学性能的异向性。 镦 粗与拔长的反复进行 , 可以改善高合金工具钢中碳化物的形态和分布状态。 镦粗主要有以下三种形式 : n 1) 完全镦粗。完全镦粗是将坯料竖直放在砧面上 (图a), 在上砧的锤击下, 使坯料产生高度减小 , 横截面积增大的塑性变形。 n 2) 端部镦粗。 将坯料加热后 , 一端放在漏盘或胎模内 , 限制这一部分的塑性变形 , 然后锤击坯料的另一端 , 使之镦粗成形。图b是用漏盘的镦粗方法 , 多用于小批量生产 ； 胎模 镦粗 的方法 , 多用于大批量生产。

13、 在单件生产条件下 , 可将需要 镦粗 的部分局部加热 , 或者全部加热后将不需要 镦粗 的部分在水中激冷 ， 然后进行镦粗。n 3) 中间镦粗。这种方法用于锻造中间断面大 , 两端断面小的锻件 , 例如双面都有凸台的齿轮坯就采用此法锻造 （图c）。坯料镦粗前 , 需先将坯料两端拔细 , 然后使坯料直立在两个漏盘中间进行锤击 , 使坯料中间部分镦粗。(3) 冲孔：是在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。 冲孔的方法主要有以下两种：n 1） 双面冲孔法。 2） 单面冲孔法(4) 弯曲 切割 错移 ：将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离，但仍保持轴心平行的的锻造工序 (下图),常用于锻造曲轴零

14、件。错移时，先对坯料进局部切割，然后在切口两侧分别施加大小相等、方法相反且垂直于轴线的冲击力或压力，使坯料实现错移。 锻接 ：将坯料在炉内加热至高温后，用锤快击 , 使两者在固态结合的锻造工序。 锻接的方法有搭接、对接、咬接等 , 如图所示。锻接后的接缝强度可达被连接材料强度的 70%80%。 扭转：是将毛料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。 该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件。小型坯料扭转角度不大时 , 可用锤击方法 , 如图所示。4、自由锻件的分类和锻造过程n分类：饼块、空心、轴杆、曲轴、弯曲、复杂形状等。n观看圆轴锻造、法兰锻造视频文件，加深对锻造过程的认识。四、

15、小结（5分钟）要求学生掌握自由锻方法概述、设备、自由锻工序、自由锻件的分类和锻造过程五、实操（一）模锻知识讲解（40分钟）1、模锻概述与分类【模锻】是指利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。金属材料通过模具锻造变形而得到的工件或毛坯 称为模锻件。 按所用设备不同 , 模锻可分为锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻等。按模膛在锻模中的个数 , 锻模分为单膛锻模和多膛锻摸 。2、锤上模锻（结合实物讲解）锤上模锻使用的设备：蒸汽-空气模锻锤、无砧底锤、高速锤。图为锤上模锻。锻模由上锻模和下锻模两部分组成 , 分别安装在锤头和模垫上 , 工作时上锻模随锤头一起上下运动。上模向下扣合时 , 对

16、模膛中的坯料进行冲击 , 使之充满整个模膛 , 从而得到所需锻件。功能分类（1）模锻模镗（终锻模镗、预锻模镗）（2）制坯模镗（拔长模镗、滚压模镗、弯曲模镗、切断模镗）单膛锻模 (l) 锻模圆角 为便于金属在模膛内流动及增加锻模强度 ，模膛内所有拐角都必须是圆角。 (2) 锻模斜度 为便于锻件从模膛内取出,模膛内在垂直于拔模方向上的壁必须有斜度，其中锻件的内壁斜角要比外壁斜角稍大。 (3)飞边槽 为了获得尺寸完整、轮廓清晰的锻件，必须使用金属充满整个模膛，故坯料体积常常大于模膛空积。为了容纳坯料充满模膛后的多余金属，模膛周围须开设飞边槽。若无飞边槽 ,锻模易损坏。 (4) 冲孔连皮 对于具有通孔

17、的模锻件,由于不可能依靠模膛内的上下冲芯将金属压透,模锻件的孔内总有一层冲孔连皮，因此，在设计上下冲芯的高度中，不能使其在合模时上下接触。 模锻后留下的冲孔连皮在其后的冲孔工序中去除。 (5) 收缩量 模膛尺寸要比锻件大一个收缩量。 多膛锻模有些锻件形状复杂，不能一步模锻成形，须分工步模锻，将多工步模膛安排在一个锻模内，便成为多膛锻模 (1) 拔长模膛 用它来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。 (2) 滚压模膛 用它来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积，使其按模锻件的形状来分布。 (3) 弯曲模膛 使坯料弯曲。 (4) 预锻模膛 使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，

18、为终锻作准备。 (5) 终锻模膛 使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，它的结构要求与单膛锻模相同。3、模锻工艺规程的制定（1）制定模锻锻件图（分模面、余量、公差和余块、模锻斜度、模锻圆角半径）（2）确定模锻工步模锻的形状和尺寸（3）选择模锻设备（吨位）（4）计算坯料尺寸（锻件、飞边、连皮、钳口料头、氧化皮）（5）修整工序（切边和冲孔、校正、热处理、清理、精压）分模面的选择原则保证能取出模锻件；保证容易充满模镗（选模镗深度最浅的位置）；避免错位现象；保证锻模容易制造；并减少对锻锤导轨的冲击。保证锻件上所加的余块最少；工步选择长轴类零件（台阶轴、连杆轴）：拔长、滚压、弯曲、预锻、终锻；一根棒料同时锻造几个锻件时，还应增加切断盘类零件（齿轮、法兰）：镦粗、终锻4、