机械制造基础第三学习情境一阶梯轴的毛坯热加工学习教案

1、会计学1机械制造基础第三学习情境机械制造基础第三学习情境(qngjng)一阶一阶梯轴的毛坯热加工梯轴的毛坯热加工第一页，共181页。第1页/共180页第二页，共181页。第2页/共180页第三页，共181页。的损耗量越少，则机械加工成本(chngbn)就越低，但是毛坯的制造成本(chngbn)却因采用了先进的设备而提高。学习情境学习情境(qngjng)(qngjng)一阶梯轴的毛一阶梯轴的毛坯热加工坯热加工第3页/共180页第四页，共181页。第4页/共180页第五页，共181页。（3）为了提高机械加工生产率，可将多个零件做成一个毛坯。如短小(dun xio)的轴套、垫圈和螺母等零件，在选择棒

2、料、钢管等毛坯时就可采用这种方法，加工到一定阶段再切割分离成单个零件，也有利于保证加工质量。（4）还应注意铸件的分型面、拔模斜度、铸造圆角、锻件敷料、分模面、模锻斜度及圆角半径等。第5页/共180页第六页，共181页。第6页/共180页第七页，共181页。第7页/共180页第八页，共181页。第8页/共180页第九页，共181页。第9页/共180页第十页，共181页。图14标准(biozhn)拉伸试样 图15退火(tu hu)低碳钢的拉伸曲线如图1-5所示，当载荷F为零时，伸长量也为零。当载荷逐渐由零加大到Fe 时，试样的伸长量与载荷成比例增加。此时卸除载荷，试样能完全恢复到原来的形状和尺寸，

3、即试样处于弹性变形阶段。 第10页/共180页第十一页，共181页。第11页/共180页第十二页，共181页。第12页/共180页第十三页，共181页。第13页/共180页第十四页，共181页。第14页/共180页第十五页，共181页。第15页/共180页第十六页，共181页。第16页/共180页第十七页，共181页。第17页/共180页第十八页，共181页。图1-3 布氏硬度试验(shyn) 原理示意图第18页/共180页第十九页，共181页。第19页/共180页第二十页，共181页。图1-4 洛氏硬度试验(shyn)原理示意图 第20页/共180页第二十一页，共181页。第21页/共180

4、页第二十二页，共181页。第22页/共180页第二十三页，共181页。第23页/共180页第二十四页，共181页。图1-5 冲击(chngj)试样 第24页/共180页第二十五页，共181页。图1-6 摆锤一次冲击(chngj) 试验原理图1摆锤;2机架;3试样;4表盘;5指针;6支座 第25页/共180页第二十六页，共181页。图1-7 温度(wnd)对冲击韧性值的影响 第26页/共180页第二十七页，共181页。第27页/共180页第二十八页，共181页。图1-8 金属材料的疲劳曲线 第28页/共180页第二十九页，共181页。碳钢价格低廉，加工容易，通过不同的热处理工艺可以满足一定的力学

5、性能，因此碳钢在机器制造业中得到广泛应用。但是碳钢淬透性不好，热硬性低，不能用于大尺寸、受重载荷的零件，也不能用于耐热、耐磨、耐蚀等方面的零件，因而其使用受到了一定的限制。为了满足现代科学技术的发展，在碳钢的基础(jch)上加入一些合金元素，形成合金钢。 碳的质量分数（C）小于2.11%的铁碳合金称为碳素钢，简称碳钢。由于碳钢具有一定的力学性能和良好的工艺性能，且价格低廉，因此碳钢是工业中用量最大的金属材料，在机械制造、建筑及交通运输工业中得到广泛应用。第29页/共180页第三十页，共181页。第30页/共180页第三十一页，共181页。第31页/共180页第三十二页，共181页。表1-3碳素

6、工具钢的牌号(piho)、化学成分、力学性能和用途举例牌号牌号化学成分（化学成分（% %）退火状态退火状态HBSHBS样式淬火样式淬火HRCHRC用途举例用途举例C CSiSiMnMnT8T8AT8T8A0.750.840.750.840.350.350.400.40187187780800780800水水 6262承受冲击、要求较高硬度的承受冲击、要求较高硬度的工具，如冲头、压缩空气工工具，如冲头、压缩空气工具、木工工具具、木工工具T10T10AT10T10A0.951.040.951.040.350.350.400.40197197760780760780水水 6262不受剧烈冲击、高硬度

7、耐磨不受剧烈冲击、高硬度耐磨工具，如车刀、刨头、冲头、工具，如车刀、刨头、冲头、钻头、手锯条钻头、手锯条T12T12AT12T12A1.151.241.151.240.350.350.400.40207207760780760780水水 6262不受剧烈冲击、高硬度耐磨不受剧烈冲击、高硬度耐磨工具，如锉刀、刮刀、精车工具，如锉刀、刮刀、精车刀、丝锥、量具刀、丝锥、量具T13T13AT13T13A1.251.351.251.350.350.350.400.40217217760780760780水水 6262同上，要求更耐磨的工具，同上，要求更耐磨的工具，如刮刀、剃刀如刮刀、剃刀第32页/共18

8、0页第三十三页，共181页。第33页/共180页第三十四页，共181页。第34页/共180页第三十五页，共181页。第35页/共180页第三十六页，共181页。第36页/共180页第三十七页，共181页。第37页/共180页第三十八页，共181页。第38页/共180页第三十九页，共181页。第39页/共180页第四十页，共181页。第40页/共180页第四十一页，共181页。第41页/共180页第四十二页，共181页。第42页/共180页第四十三页，共181页。第43页/共180页第四十四页，共181页。第44页/共180页第四十五页，共181页。第45页/共180页第四十六页，共181页。第

9、46页/共180页第四十七页，共181页。第47页/共180页第四十八页，共181页。第48页/共180页第四十九页，共181页。第49页/共180页第五十页，共181页。第50页/共180页第五十一页，共181页。第51页/共180页第五十二页，共181页。第52页/共180页第五十三页，共181页。第53页/共180页第五十四页，共181页。第54页/共180页第五十五页，共181页。第55页/共180页第五十六页，共181页。第56页/共180页第五十七页，共181页。图1-13晶体结构示意图第57页/共180页第五十八页，共181页。图1-14体心(t xn)立方晶格第58页/共180

10、页第五十九页，共181页。图1-15面心立方(lfng)晶格第59页/共180页第六十页，共181页。图1-16 密排六方晶格(jn )第60页/共180页第六十一页，共181页。第61页/共180页第六十二页，共181页。图1-17固溶体的两种类型(lixng)（a）置换固溶体 (b) 间隙固溶体 第62页/共180页第六十三页，共181页。第63页/共180页第六十四页，共181页。图1-18第64页/共180页第六十五页，共181页。图1-19结晶(jijng)过程示意图第65页/共180页第六十六页，共181页。图1-9 纯铁的冷却(lngqu) 曲线示意图 第66页/共180页第六十

11、七页，共181页。第67页/共180页第六十八页，共181页。图1-10 简化(jinhu)的Fe-Fe3C相图 图中:L为液相;A为奥氏体相;F为铁素体相;Fe3C（Fe3C 、 Fe3C ）为渗碳体相;P为珠光体相;Ld 为莱氏体相 第68页/共180页第六十九页，共181页。第69页/共180页第七十页，共181页。图1-22 含碳量对碳钢力学性能的影响(yngxing)第70页/共180页第七十一页，共181页。第71页/共180页第七十二页，共181页。第72页/共180页第七十三页，共181页。第73页/共180页第七十四页，共181页。第74页/共180页第七十五页，共181页。

12、第75页/共180页第七十六页，共181页。图1-23 热处理工艺(gngy)曲线热处理可分为普通热处理和表面热处理两大类。普通热处理包括:退火、正火、淬火和回火。 表面热处理包括:表面淬火:火焰加热、感应加热。 化学热处理:渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属等。 根据在零件加工过程中的工序位置不同，热处理可分为预备热处理（如退火、正火）和最终热处理（如淬火、回火）。 在机器零件或工模具等的加工制造过程中，退火和正火作为预备热处理工序被安排在工件毛坯生产之后，切削（粗）加工之前(zhqin)，用以消除前一工序带来的某些缺陷，并为后一工序做好组织准备，而淬火和回火作为最终热处理，以保证其性能。第76页

13、/共180页第七十七页，共181页。第77页/共180页第七十八页，共181页。第78页/共180页第七十九页，共181页。第79页/共180页第八十页，共181页。图1-24 几种退火(tu hu)与正火的加热温度范围及工艺曲线第80页/共180页第八十一页，共181页。第81页/共180页第八十二页，共181页。图1-25 碳钢的淬火加热温度(wnd)范围第82页/共180页第八十三页，共181页。第83页/共180页第八十四页，共181页。第84页/共180页第八十五页，共181页。第85页/共180页第八十六页，共181页。第86页/共180页第八十七页，共181页。第87页/共180

14、页第八十八页，共181页。第88页/共180页第八十九页，共181页。第89页/共180页第九十页，共181页。图1-26【任务分析】根据零件图先选定毛坯材料，根据其结构尺寸确定加工工艺和参数，如轴径尺寸相差(xin ch)不大，可选同轴径材料进行切削加工，如各段轴径尺寸相差(xin ch)较大，就考虑是否能锻造。第90页/共180页第九十一页，共181页。第91页/共180页第九十二页，共181页。图1-27 砂型铸造(zhzo)工艺过程流程图第92页/共180页第九十三页，共181页。图1-28齿轮(chln)毛坯的砂型铸造过程简图第93页/共180页第九十四页，共181页。 对型砂、芯砂

15、性能的要求 强度 指型砂、芯砂在造型后能承受外力而不被破坏的能力。砂型及型芯在搬运、翻转、合箱及浇注金属时，有足够强度才会保证不被破坏、塌落和胀大。若型砂、芯砂的强度不好，铸件容易产生砂眼、夹砂、塌落等缺陷。 透气性 指型砂、芯砂孔隙透过气体的能力。在浇注过程中，铸型与高温金属液接触，水分汽化、有机物燃烧和液态金属冷却析出的气体，必须通过铸型排出，否则将在铸件内产生气孔或使铸件浇注不足。 耐火度 指型砂、芯砂经受高温热作用的能力。耐火度主要取决于石英砂中SiO2 的含量，若耐火度不够，就会在铸件表面或内腔形成一层黏砂层，不但清理困难、影响外观，而且给机械加工增加了困难。 退让性 指铸件凝固和冷

16、却过程中产生收缩时，型砂、芯砂能被压缩和退让的性能。型砂、芯砂的退让性不足，会使铸件收缩时受到阻碍，产生内应力、变形和裂纹等缺陷。 可塑性 指型砂、芯砂在外力作用(wi l zu yn)下变形，去除外力后仍能保持变形的能力。可塑性好，型砂、芯砂柔软易变形，起模和修型时不易破碎和掉落。第94页/共180页第九十五页，共181页。第95页/共180页第九十六页，共181页。图1-29 整模造型的主要(zhyo)过程第96页/共180页第九十七页，共181页。图1-30 分模造型的主要(zhyo)过程第97页/共180页第九十八页，共181页。图1-31 挖砂造型的主要(zhyo)过程第98页/共1

17、80页第九十九页，共181页。图1-32 活块造型的主要(zhyo)过程第99页/共180页第一百页，共181页。图1-33振压式紧砂方法(fngf) 图1-34 顶箱起模法第100页/共180页第一百零一页，共181页。图1-35 型芯的结构(jigu)第101页/共180页第一百零二页，共181页。图1-36用型芯盒造芯示意图1型芯;2芯盒;3定位(dngwi)销;4夹钳第102页/共180页第一百零三页，共181页。图1-37典型浇注系统的组成1铸件(zhjin);2冒口;3盆形外浇道（浇口盆）;4漏斗形外浇道（浇口杯）;5直浇道;6横浇道;7内浇道（两个）第103页/共180页第一百零

18、四页，共181页。第104页/共180页第一百零五页，共181页。第105页/共180页第一百零六页，共181页。图1 -38壁厚设计举例(j l) 图1 -39 圆角和尖角对铸件质量的影响第106页/共180页第一百零七页，共181页。图1 -40几种(j zhn)壁间连接结构的对比第107页/共180页第一百零八页，共181页。图1 -41考虑补缩的铸件(zhjin)结构 第108页/共180页第一百零九页，共181页。图1 -42 铸件(zhjin)结构的对比方案第109页/共180页第一百一十页，共181页。图1-43轮辐(lnf)的设计第110页/共180页第一百一十一页，共181页

19、。图1 -44增强(zngqing)开孔处承载能力的凸台 第111页/共180页第一百一十二页，共181页。图1-45 防止变形的铸件(zhjin)结构 第112页/共180页第一百一十三页，共181页。图1-46减少铸件(zhjin)分型面的结构 第113页/共180页第一百一十四页，共181页。图1 -47 使分型面平直的铸件(zhjin)结构第114页/共180页第一百一十五页，共181页。图1 -48 减少(jinsho)型芯的铸件结构第115页/共180页第一百一十六页，共181页。图1 -49避免取活块的铸件(zhjin)结构第116页/共180页第一百一十七页，共181页。图1

20、-50 考虑(kol)结构斜度的铸件结构 第117页/共180页第一百一十八页，共181页。图1 -51便于型芯固定、排气和清理的铸件(zhjin)结构 第118页/共180页第一百一十九页，共181页。图1-52 垂直分型式(xn sh)金属型1底座;2活动半型;3定位销;4固定半型第119页/共180页第一百二十页，共181页。图1-53 熔模铸造的工艺(gngy)过程第120页/共180页第一百二十一页，共181页。第121页/共180页第一百二十二页，共181页。图1-54卧式冷压室压铸机工作(gngzu)原理图压力铸造是在高压高速下注入金属液的，可得到形状复杂的薄壁件，其生产率高。由

21、于压力铸造保留了金属型铸造的一些特点，合金又是在压力下结晶的，所以铸件晶粒细，组织致密，强度较高第122页/共180页第一百二十三页，共181页。图1-55 离心(lxn)铸造示意图由于离心力的作用，金属液中质量轻的气体、熔渣都集中于铸件的内表面，并使金属呈定向性结晶，因而铸件组织致密，力学性能较好，但其内表面质量较差，所以应增加内孔的加工余量。离心铸造可以省去型芯并不设浇注系统，因此减少了金属液的消耗量。离心铸造主要用于生产圆形中空铸件，如各种管子、缸套、轴套、圆环等。 第123页/共180页第一百二十四页，共181页。第124页/共180页第一百二十五页，共181页。表1-4 常见铸造缺陷

22、的名称、特征以及产生(chnshng)的主要原因类别名称图例及特征产生的主要原因气孔铸件在分型面处有错移熔炼工艺不合理、金属液吸收了较多的气体；铸型中的气体侵入金属液；起模时刷水过多，型芯未干；铸型透气性差；浇注温度偏低；浇包工具未烘干砂眼铸件表面或内部有型砂充填在当中型砂、芯砂强度不够，紧实较松，合型时松落或被液态金属冲垮；型腔或浇口内散砂未吹净；铸件结构不合理，无圆角或圆角太小夹渣铸件表面上有不规则并含有熔渣的孔眼浇注时挡渣不良；浇注温度太低，熔渣不易上浮；浇注时断流或未充满浇口，渣和液态金属一起流入型腔裂纹在夹角处或厚薄交接处的表面或内层产生裂纹铸件厚薄不均，冷缩不一；浇注温度太高；型砂

23、、芯砂退让性差；合金内含硫、磷较高粘砂铸件表面粘砂粒浇注温度太高型砂选用不当，耐火度差未刷涂料或涂料太薄第125页/共180页第一百二十六页，共181页。第126页/共180页第一百二十七页，共181页。图1-56轧制(zh zh)示意图 图1-57型钢(xnggng)第127页/共180页第一百二十八页，共181页。图1-58 挤压(j y)示意图第128页/共180页第一百二十九页，共181页。图1-59 挤压(j y)产品截面形状图第129页/共180页第一百三十页，共181页。图1-60拉拔(l b)示意图 图1-61拉拔产品截面形状图第130页/共180页第一百三十一页，共181页。

24、图1-62 自由锻 图1-63模锻 第131页/共180页第一百三十二页，共181页。图1-64拉深第132页/共180页第一百三十三页，共181页。第133页/共180页第一百三十四页，共181页。图1-65 拔长示意图第134页/共180页第一百三十五页，共181页。图1-66 镦粗示意图 第135页/共180页第一百三十六页，共181页。第136页/共180页第一百三十七页，共181页。图1-67双面冲孔(chn kn)的过程第137页/共180页第一百三十八页，共181页。图1-68单面冲孔(chn kn)的过程第138页/共180页第一百三十九页，共181页。图1-69锻锤(dunc

25、hu)压紧弯曲法 图1-70用垫模弯曲法 第139页/共180页第一百四十页，共181页。图1-71 错移图1-72 用锤击(chu j)扭转第140页/共180页第一百四十一页，共181页。图1-73摔子简图第141页/共180页第一百四十二页，共181页。图1-74扣模简图在扣模中锻造时，坯料(p lio)不翻转。扣形后将坯料(p lio)翻转90，再用上、下砧平整锻件的侧面。 第142页/共180页第一百四十三页，共181页。图1-75开式套模简图 图1-76闭式套模简图 第143页/共180页第一百四十四页，共181页。图1-77 合模简图 与前述几种胎模锻相比，合模锻生产的锻件的精度

26、和生产率都比较高，但是模具制造(zhzo)也比较复杂，所需锻锤的吨位也比较大。第144页/共180页第一百四十五页，共181页。图1-78 单模膛锻模及锻件成形(chn xn)过程1砧座;2、4、8楔铁;3模座;5下模;6坯料;7上模;9锤头;10坯料;11带飞边的锻件;12切下的飞边;13成形(chn xn)锻件第145页/共180页第一百四十六页，共181页。图1-79 弯曲轴线类锻件的锻模(dun m)及锻件成形过程1锻件;2零件图;3延伸模膛;4滚压模膛;5终锻模(dun m)膛;6预锻模(dun m)膛;7弯曲模膛;8坯料;9延伸坯料;10滚压坯料;11弯曲坯料;12预锻坯料;13带

27、飞边锻件 第146页/共180页第一百四十七页，共181页。图1-80 切断示意图1、8下刀刃(dorn);2、6上刀刃(dorn);3导轨;4、5滑块;7、11钢板;9工作台;10挡铁第147页/共180页第一百四十八页，共181页。图1-81 冲裁示意图第148页/共180页第一百四十九页，共181页。第149页/共180页第一百五十页，共181页。图1-82弯曲(wnq)件的结构工艺性 弯曲件上合理加肋，可以增加制件的刚性，减小板料厚度，节省金属材料。在图1-83中，图（a）结构改为图（b）结构后，t2 t1 ，既省材料，又减小弯曲力。（3）拉深件的结构工艺性要求 拉深件的形状应尽量对称

28、。轴向对称的零件，在圆周围方向上的变形(bin xng)比较均匀，模具也容易制造，工艺性最好。 空心拉深件的凸缘和深度应尽量小。如图1-84所示的制件，其结构工艺性就不好，一般应使d凸3d，h2d。拉深件的制造精度（如制件的内径、外径和高度）要求不宜过高。第150页/共180页第一百五十一页，共181页。图1-83 弯曲(wnq)件加肋 图1-84拉深件的结构(jigu)工艺性 第151页/共180页第一百五十二页，共181页。图1-85 手工电弧(dinh)焊原理图1焊件;2焊缝;3电弧(dinh);4焊条;5焊钳;6接焊钳的电缆;7电焊机;8接焊件的电缆第152页/共180页第一百五十三页

29、，共181页。图1-86焊接(hnji)电弧的产生过程示意图第153页/共180页第一百五十四页，共181页。第154页/共180页第一百五十五页，共181页。图1-87 焊接电弧(dinh)的组成 图1-88直流弧焊时的极性选用(xunyng) 2.气焊气焊是利用可燃气体乙炔和助燃气体氧按一定比例混合后，从焊矩喷嘴喷出，点燃后形成高温火焰（温度可达3000），将焊件加热到一定温度后，再将焊丝熔化，充填焊缝，然后用火焰将接头吹平，待其冷凝后，便形成焊缝，如图1-89所示。第155页/共180页第一百五十六页，共181页。图1-89气焊示意图1焊件;2焊缝;3焊丝(hn s);4火焰;5焊矩气焊

30、时所用的火焰，按可燃气体乙炔（C2 H2）与助燃气体氧（O2）的体积(tj)比值分为三种: （1）当V O 2 VC 2 H 2 1.2时称为氧化焰 氧化焰中氧过剩，焊接时对金属有氧化作用。第156页/共180页第一百五十七页，共181页。第157页/共180页第一百五十八页，共181页。图1-90 埋弧焊工艺(gngy)原理图1焊件;2熔池;3熔滴;4焊剂; 5焊剂斗;6导电嘴;7焊丝;8熔渣;9渣壳;10焊缝第158页/共180页第一百五十九页，共181页。图1-91埋弧自动焊的焊接过程1垫板;2导向(do xin)板;3焊件;4焊缝;5挡板;6导电嘴;7焊丝;8焊剂管;9焊剂; 10电缆

31、;11熔池;12渣壳;13焊缝埋弧半自动焊是依靠手工沿焊缝移动焊丝的，这种方法仅适宜较短和不太规则焊缝的焊接。第159页/共180页第一百六十页，共181页。第160页/共180页第一百六十一页，共181页。图1-92 氩弧焊示意图1焊件;2熔滴;3氩气;4、10喷嘴;5、11氩气喷管(pn un);6熔化极焊丝;7、9导电嘴;8非熔化极钨丝;12外加焊丝（2）二氧化碳气体保护焊二氧化碳气体保护焊是在实心(shxn)焊丝连续送出的同时，用二氧化碳作为保护气体进行焊接的熔化电弧焊，如图1-93所示。 第161页/共180页第一百六十二页，共181页。图1-93 二氧化碳气体(qt)保护焊示意图1

32、焊件;2CO2 气体(qt);3喷嘴;4CO2 气瓶;5送气软管;6焊枪;7送丝机构;8焊丝;9绕丝盘;10电焊机;11焊缝金属;12导电嘴第162页/共180页第一百六十三页，共181页。图1-94 电阻(dinz)焊示意图第163页/共180页第一百六十四页，共181页。第164页/共180页第一百六十五页，共181页。第165页/共180页第一百六十六页，共181页。第166页/共180页第一百六十七页，共181页。第167页/共180页第一百六十八页，共181页。第168页/共180页第一百六十九页，共181页。第169页/共180页第一百七十页，共181页。图1 -95 焊接(hnj

33、i)变形分类（2）焊接变形的防止方法反变形法 根据(gnj)某些焊件易变形的规律，焊前在放置焊件时，使其形态与焊接时发生的变形方向相反，以抵消焊接后产生的变形。图1-96是针对板料焊接易产生角变形的规律，焊前将两块板料放在垫块上，使其向下弯折一个角度，这个角度就是V形坡口焊后向上弯折的角度，于是焊后的两块板料就平直了。第170页/共180页第一百七十一页，共181页。图1-96 防止(fngzh)角变形的反变形法焊前固定法 焊接前，用夹具或重物压在焊件上，以抵抗焊接应力，防止焊件变形，如图1-97（a）和图1-97（b）所示。也可预先将焊件点焊固定在平台上，然后再焊接，如图1-97（c）所示。

34、为了防止将固定装置去除后再发生变形，一般(ybn)在焊接时用手锤敲击焊缝，使焊接应力及时释放，使焊件形状比较稳定。第171页/共180页第一百七十二页，共181页。图1-97 焊前固定法防止变形1-焊件;2压铁;3焊缝;4、9平台;5垫铁;6压板(y bn);7螺栓;8定位焊点焊接顺序变换法 这是一种通过变换焊接的顺序，将焊接时施加给焊件的热量尽快(jnkui)发散掉，从而防止焊接变形的方法。常用的焊接顺序变换法有对称法、跳焊法和分段倒退法，如图1-98所示。图中小箭头为焊接时焊条运行的方向，数字由小到大为焊接顺序。第172页/共180页第一百七十三页，共181页。图1-98 焊接顺序(shnx)变换法锤击焊缝法 这种方法是在焊接过程中，用手锤或风锤敲击(qio j)焊缝金属，以促使焊缝金属产生塑性变形，焊接应力得以松弛减小。 2.焊件的结构工艺性