机械制造基础PPT完整全套教学课件

机械制造基础01篇第1单元金属材料的性能机械制造基础01篇第2单元机械制造中常用的材料机械制造基础02篇第1单元铸造成型机械制造基础02篇第2单元锻压成型机械制造基础02篇第3单元焊接成型机械制造基础03篇第1单元金属切削加工概述机械制造基础03篇第2单元车削加工机械制造基础03篇第3单元铣削加工机械制造基础03篇第4单元刨削与插削机械制造基础03篇第5单元拉削加工机械制造基础03篇第6单元镗削机械制造基础03篇第7单元钻削加工机械制造基础03篇第8单元磨削加工机械制造基础03篇第9单元齿轮加工机械制造基础03篇第10单元螺纹加工机械制造基础03篇第11单元数控机床机械制造基础04篇第1单元机械零件加工工艺组成及规程机械制造基础04篇第2单元典型表面与典型零件的加工工艺机械制造基础05篇第1单元特种加工概述机械制造基础05篇第2单元电解加工机械制造基础05篇第3单元激光加工机械制造基础05篇第4单元电火花加工机械制造基础05篇第5单元超声加工机械制造基础05篇第6单元电子束加工及水射流加工机械制造基础05篇第7单元数控高速切削机械制造基础05篇第8单元超精密加工机械制造基础第一单元金属材料的性能01篇

机械加工材料介绍教学目标:1.了解金属材料的分类。2.掌握金属材料的力学性能。3.了解金属材料的物理性能、化学性能与工艺性能。教学重点和难点:

1.金属材料的分类。2.强度概念与抗拉强度、屈服强度、抗压强度、抗弯强

度等强度指标。3.塑性、伸长率、断面收缩率概念。4.硬度概念及布氏、洛氏、维氏三种硬度的特点。5.冲击韧度（韧性）的概念与特点。6.疲劳强度的概念与特点。7.金属材料的物理性能与化学性能。1.1.1机械工程材料

机械工程材料是指用于制造各类机械零件、构件的材料。

机械工程材料按属性分，可分为非金属材料和金属材料两大类。其中金属材料应用最为广泛。1.1.2金属材料

金属是指具有良好的导电性和导热性等物理属性，同时具有一定的强度和塑性，并具有光泽的物质。

金属材料按功能和化学成分分，可分为纯金属、合金和特种金属材料等。

金属材料从外观颜色和组成元素来分类，可分为钢铁材料（或黑色金属）和非铁金属（或有色金属）两大类。1.1.3

金属材料的性能

金属材料的性能分为力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能等。一、金属材料的力学性能

力学性能是指金属材料在外力作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力应变关系的性能，主要包括强度、塑性、刚度、硬度、韧性、疲劳强度等。1、强度和塑性（1）强度材料在受载荷过程中一般会出现三个过程，即弹性变形、塑性变形和断裂。

弹性变形是指材料在载荷卸除后能恢复到原形的变形，而塑性变形是载荷卸除后永久保留下来的变形。使用中一般多用静拉伸试验法（如图1-1）来测定金属材料的强度和塑性指标。低碳钢试棒的拉伸过程具有典型意义。将拉伸试棒按GB6397—86的规定，制成如图1-2所示的试棒，在拉伸试验机上缓慢增加载荷，记录载荷与变形量的数值，直至试样拉断为止，便可获得如图1-3所示的载荷与变形量之间的关系曲线，即拉伸曲线。（a）拉伸试验原理（b）新型拉伸试验机图1-1

拉伸试验图1-2拉伸试样（a）（b）

常用的拉伸试样有长、短两种试棒，如图1-3(a)所示。其中短试样要求L0≥5d0，长试样要求L0≥10d0。图1-3退火低碳钢拉伸曲线金属材料在外力作用下，其内部会产生相应的作用力以抵抗变形，这种作用力称为内力。单位截面上承受的内力称为应力，用σ表示。金属材料的强度用应力来表示。式中：σ——应力（MPa）；

F——载荷（N）；

S0——试样的原始截面面积（mm2）。常用的强度指标有弹性极限、屈服强度和抗拉强度。1）弹性极限

弹性极限是试样在弹性变形范围内承受的最大拉应力，用符号σe表示。即：式中：σe——应力（MPa）；

Fe——载荷（N）；

S0——试样的原始截面面积（mm2）。2）屈服强度

试棒屈服时的应力为材料的屈服点，称为屈服强度，用σS表示。σS表示金属抵抗小量塑性变形的应力。即：式中：σS——屈服强度（MPa）;

FS——试样屈服时载荷（N）;

S0——试样的原始截面面积（mm2）。3）抗拉强度

抗拉强度是指试样在拉断前所承受的最大拉应力。即：式中：σb——抗拉强度（MPa）；

Fb——试样在断裂前的最大载荷（N）；

S0——试样的原始截面面积（mm2）。（2）塑性

金属材料在载荷作用下，在断裂前产生塑性变形的能力称为塑性。常用的塑性指标有伸长率δ和断面收缩率ψ两种。1）伸长率

伸长率是试样被拉断时的标距长度的伸长量与原始标距长度的百分比，用符号δ表示。即：式中：L0——试样原始标距长度（mm）；L1——试样拉断时的标距长度（mm）。2）断面收缩率

断面收缩率是指试样被拉断时，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号ψ表示。即：式中：S1——试样被拉断时缩颈处最小横截面积（mm2）；

S0——原始截面面积（mm2）。2、刚度

在外力作用下，材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。衡量刚度大小的指标是弹性模量。弹性模量是材料在弹性变形范围内，应力与应变（即试样的相对伸长量ΔL/L0）的比值，即：式中：E——弹性模量（Pa）；σ——在弹性范围内的应力（Pa）；ε弹——在弹性范围内的应变（%）。3、硬度

硬度是材料表面抵抗局部塑性变形的能力，是反映材料软硬程度的力学性能指标。硬度值是通过试验测得的。常见硬度有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度三种。（1）布氏硬度

布氏硬度试验原理如图1-4所示。用一定直径的淬火钢球或硬质合金球以一定的试验力压入所测表面，保持一定时间后卸除试验力，随即在金属表面出现一个压坑（压痕）。以压痕单位面积上所承受试验力的大小确定被测材料的硬度值，用符号HBS（淬火钢球压头）或HBW（硬质合金钢球压头）表示。图1-4布氏硬度试验原理示意图式中：

F——试验力（kgf）；

S——表面积（mm2）；H——压痕深度（mm）；D——压头直径（mm）。

由于压痕深度H的测量比较困难，而测量压痕直径d比较方便，因此上式中H可换算成压痕直径d。即：式中：d——压痕直径（mm）。

在进行布氏硬度试验时，钢球直径D、试验力F与力保持时间应根据所测试金属的种类和试样厚度，按表1-1所示布氏硬度试验规范，正确进行选择。表1-1布氏硬度试验规范

（2）洛氏硬度

洛氏硬度试验法采用金刚石圆锥体或淬火钢球压入金属表面，如图1-5所示。经规定的保持时间后卸除主载荷，根据压痕深度确定金属硬度值。

根据所用压头种类和所加试验力，洛氏硬度分为HRA、HRB及HRC等。表1-2所列为有关洛氏硬度指标的规定。图1-5洛氏硬度试验原理表1-2洛氏硬度及其应用范围（3）维氏硬度

维氏硬度的测试原理是使用规定的试验力，将顶部两相对面夹角为136度的金刚石正四棱锥体压头压入试样表面，保持规定的时间后撤除试验力，测量试样表面压痕对角线长度见图1-6（a）所示,目前常用的维氏硬度计见图1-6（b)所示。图1-6维氏硬度试验原理4、冲击韧性

实际上有许多工件是在冲击载荷作用下工作的，如冷冲模上的冲头、锻锤的锤杆、飞机的起落架、变速箱的齿轮等。对于这些承受冲击载荷的工件，不仅要有高的强度和一定的塑性，还必需有足够的冲击韧性。

金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力称为冲击韧性。目前测量冲击韧性最普通的方法是一次摆锤弯曲冲击试验。将材料制成带缺口的标准试样，如图1-7所示。

将试件放在冲击试验机的机座上，让一重量为G的摆锤自高度为H处自由下摆，摆锤冲断试样后又升至高度为h处，如图1-8所示。摆锤冲断试样所失去的能量即为试样在被冲断过程中吸收的功，用Ak表示。断口处单位面积上所消耗的冲击吸收功（Ak）即为材料的冲击韧性，用ak表示，即：式中:ak——冲击韧性（J·cm-2）；

F——试样缺口处的横截面积(cm2)；

Ak——冲击吸收功(J)；

G——摆锤重力(kgf);

H——摆锤初始高度(m)；

h——摆锤冲断试样后上升的高度(m)。图1-7冲击试样图1-8摆锤式冲击试验原理图5、疲劳强度

有些机器零件，如轴、齿轮、连杆、弹簧等，在交变载荷长期作用下，往往在工作应力低于屈服强度的情况下突然破坏，这种现象称为疲劳。

金属在交变应力作用下产生疲劳裂纹并使其扩展而导致的断裂称为疲劳断裂。疲劳断裂具有很大的危险性，常造成严重的事故。交变应力是指大小、方向随时间呈周期性变化的应力；疲劳强度是指材料经受无数次的应力循环仍不断裂的最大应力。二、材料的其他性能1、物理性能

考虑金属材料的性能除了力学性能外，物理性能也是很重要的，主要包含6个方面：（1）密度：指单位体积中材料的质量。（2）熔点：指材料的熔化温度（3）热膨胀性：材料在不同温度的热膨胀性通常用线胀系数表示。（4）磁性：材料能导磁的性能称为磁性。（5）导热性（6）导电性2、化学性能

化学性能是指金属在常温或高温时抵抗各种化学作用的能力。3、工艺性能

工艺性能是指材料在加工制造工艺过程中材料适应加工的性能。主要包括铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性、热处理工艺性。谢谢！机械制造基础第二单元机械制造中常用的材料01篇

机械加工材料介绍教学目标:

1.了解常用工程材料的分类。2.掌握碳素钢与合金钢的牌号与含义。教学重点和难点:

1.常用工程材料分类。2.碳素钢、合金钢的分类和牌号。3.铸铁、铸钢类型和牌号。4.铝和铝合金、铜和铜合金。5.常用非金属材料。一、常用工程材料分类工程材料金属材料碳素钢合金钢碳素结构钢碳素工具钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁有色金属：铜合金、铝合金等非金属材料高分子材料：塑料、橡胶、复合材料等陶瓷材料：普通瓷、氧化铝陶瓷、氧化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷钢（一）碳素钢分类和牌号二、常用金属材料1）按钢的含碳量分类：

低碳钢中碳钢高碳钢2）按钢的质量分类（有害杂质硫、磷的含量分）普通碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢1、分类3）按用途分为：

碳素结构钢：制造各种机器零件及工程构件，大都是低碳钢、中碳钢，属普通碳素钢或优质碳素钢。碳素工具钢：制造各种刃具、量具和模具等，大都是高碳钢，属优质钢或高级优质钢。4）按冶炼时脱氧程度的不同分类沸腾钢：不脱氧的钢；镇静钢：完全脱氧钢；半镇静钢：半脱氧钢。2、普通碳素结构钢含碳量在0.06%--0.38%之间，硫、磷含量较高，在供应状态下使用，不需热处理；常用于一般工程结构及普通零件。其牌号（表示方法）由代表屈服点的字母Q、屈服点的数值、质量等级符号(A、B、C、D)和脱氧方法符号(F、b、Z、TZ)组成。如Q235--A·F,表示其屈服点为235MPa，质量等级为A级，沸腾钢。3、优质碳素结构钢按化学成分和力学性能供应，杂质含量少，表面质量、组织结构的均匀性较好，需经热处理；用于重要的零件。其牌号采用两位数字来表示，表示该钢号的平均含碳量的万分之几。根据含锰量不同分为普通含锰量（0.25%-0.8%）和较高含锰量（0.75%-1.2%）两种，后者加“Mn”；如20钢为含碳0.2%；65Mn为含碳0.65%，较高含锰量。（二）合金钢分类和牌号1、分类特殊性能钢不锈钢耐热钢耐磨钢磁钢渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢合金工具钢刃具钢模具钢量具钢建筑及工程用钢或构件用钢合金结构钢机器制造用钢1）按用途分2）按合金元素含量（质量分数）分3）按所含合金元素种类分铬钢、锰钢、镍钢、铬锰钢、硅锰钢等。低合金钢（合金元素总含量<5%）中合金钢（合金元素总含量5%-10%）高合金钢（合金元素总含量>10%）2、合金结构钢数字+化学元素符号+数字；前面数字表示钢的平均含碳量，以万分之几表示；后面数字表示该合金元素的平均含量，以百分之几表示，但低于1.5%时不标；若为高级优质钢在最后加“A”字。如60Si2Mn；滚动轴承钢，GCr15SiMn。4、特殊性能钢数字+化学元素符号+数字；前面数字表示钢的平均含碳量，以千分之几表示，但当平均含碳量小于等于0.03%时标为00，小于等于0.08%时标为0；如2Cr13。3、合金工具钢数字+化学元素符号+数字；前面数字表示钢的平均含碳量，以千分之几表示，但高于1.0%时不标，高速钢例外，其低于1.0%时也不标；其余同合金结构钢。如5CrMnMo。铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金，一般含碳量2.5%--4.0%；含有较多的硅、锰、硫、磷等杂质。

根据碳在铸铁中的存在形态可分为：1、白口铸铁：即生铁,碳除少量溶于铁素体外，绝大部分以渗碳体形式存在，其断口呈银白色。特点是硬和脆，难以加工，但耐磨。一般不直接用来制造机器零件，常用作炼钢原料或制造可锻铸铁件。2、灰铸铁：碳主要以自由状态的片状石墨形态存在，断口为暗灰色。强度低，塑性差，但易切削，减摩消振性好，且铸造性能好，应用最广泛。（三）铸铁和铸钢

3、可锻铸铁：碳主要以团絮状石墨形态存在，因而有较高的塑性和韧性。用于受冲击和振动的薄壁小件。由白口铸铁经高温退火处理获得。4、球墨铸铁：铁液在浇注前经球化处理，碳大部分或全部以自由状态的球状石墨存在,有时出现少量团絮状。强度、塑性均高于可锻铸铁，抗拉强度甚至高于碳钢。5、铸钢1）铸钢件：将钢液直接铸成零件毛坯，以后不再进行锻造的钢件。常用于要求较高而复杂的零件。2）铸造碳钢的含碳量在0.20%--0.60%之间，含碳量太高则塑性差，易冷裂；硫、磷含量在0.040%以下。3）牌号：“ZG+两组数字”表示，数字分别表示最低屈服强度和最低抗拉强度的值。如ZG200-400。（四）有色金属

纯铜的性能特点：具有很高的导电导热性，仅次于银；化学稳定性高，抗大气腐蚀性好，无磁性，塑性好；但强度低。

工业生产中通常称铁和铁基合金为黑色金属，而把铁和铁基合金以外的金属称为有色金属。1、铜及铜合金

铜及其合金是人类应用最早的金属，目前工业上使用的主要有工业纯铜、黄铜、青铜。1）工业纯铜

纯铜呈玫瑰红色，因表面经常形成一层紫红色的氧化物，俗称紫铜，电解铜。其熔点为10830C，密度为8.96g/cm3，为面心立方晶格。牌号：工业纯铜牌号为T+顺序号，共有T1,T2,T3,T4；序号越大，纯度越低。

2）黄铜

黄铜：以锌为主要合金元素的铜基合金。它具有良好的力学性能、加工成形性、导电性和导热性，价格较低，是重有色金属中应用最广的金属材料。可分为普通和特殊黄铜两类，按加工方式分为压力加工黄铜和铸造黄铜。

青铜：除黄铜、白铜以外的铜合金均称为青铜。工业上常用的有锡青铜、铝青铜、铍青铜等。一般都有高的耐蚀性、较高的导电导热性及良好的切削加工性。分为压力加工青铜和铸造青铜两类。前者的代号为Q+第一个主加元素的化学符号及其名义质量分数-数字（其它合金元素的名义质量分数），如QSn4-3表示含锡4%，含锌3%,。后者的代号为ZCu+合金元素1的化学符号及其名义质量分数+合金元素2及其名义质量分数+……如ZCuSn10Zn2。3）青铜2、铝及铝合金1）工业纯铝：2）铝合金

其熔点为660.370C，密度为2.7g/cm3,为面心立方晶格，呈银白色；强度（=80—100MPa）和硬度(20HBS)很低，塑性(=80%)很高。有良好的导热导电性。工业纯铝为L1-L7，其顺序数越大，纯度越低。

由于纯铝的强度低，不宜作承力结构材料，向纯铝中加入适量的硅、铜、镁、锌、锰等元素，通过固溶强化，沉淀硬化及组织强化，而得到的高强度合金。三、非金属材料

通常认为除金属材料以外的材料都是非金属材料，主要有高分子材料、陶瓷材料。1、塑料：以有机合成树脂为主，加入适量的添加剂，在一定温度和压力作用下加工成形的玻璃态高分子材料。塑料的组成：合成树脂和某些添加剂。塑料的分类：1）按热性能分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料：加热软化，可熔成粘稠状的液体，冷却时硬化成所需的形状。再加热时又重新软化。如聚氯乙烯，聚酰胺等。热固性塑料：树脂受热先软化，继续加热又硬固化，大分子由线型结构变成体型网状结构，固化后加热则不再软化。如酚醛塑料。2）按应用范围分：通用塑料、工程塑料、特种塑料2、橡胶是指在很宽的温度范围（-50-1500C），均处于高弹态，在很小的力作用下可发生很大的弹性变形，外力去除后能瞬间恢复原来的状态的经过硫化，并加入了配合剂的高分子材料。

橡胶的组成：生产中把未经硫化的天然胶与合成胶称为生胶，硫化后的胶称为橡胶。为提高橡胶制品的性能，常添加各种配合剂。橡胶的分类：按来源分为天然橡胶和合成橡胶两大类。常用橡胶有：天然橡胶，丁苯橡胶，顺丁橡胶。特种橡胶有；聚胺脂橡胶，硅橡胶等。3、陶瓷陶瓷是陶器和瓷器的总称，发展到近代泛指全部硅酸盐材料，而现代则扩展到所有无机非金属材料。它与金属材料，高分子材料构成三大固体材料。

陶瓷是由金属元素和非金属元素的化合物构成的多晶材料，其显微组织是由晶相、玻璃相、气相组成的。

陶瓷生产工艺特点：先成形，后烧结。如传统陶瓷选用天然原料，粘土，高岭土等，经粉碎，成形，干燥，烧结而成。常用工业陶瓷的分类：1）普通陶瓷:粘土类陶瓷，以高岭土、长石、石英为原料制成，产量大，应用广；日用陶瓷、瓷器，建筑业等。2）氧化铝陶瓷：以Al2O3位主要成分的陶瓷，也称高铝陶瓷；其熔点高，耐高温，并有较高的强度、硬度及耐磨性，但脆性大。用于制造耐高温材料、刀具材料和电绝缘材料。3）碳化硅陶瓷：以碳化硅为主要成分的陶瓷；具有优异的高温强度，良好的热稳定性、耐磨性、耐蚀性及抗蠕变性。主要用于制造热电偶套管、炉管、火箭喷嘴、高温轴承、热交换器、砂轮、磨料等。4）氮化硅陶瓷：以氮化硅为主要成分的陶瓷；稳定性极强，除氢氟酸外，能耐各种酸、碱的腐蚀，具有良好的耐磨性，摩擦系数和热膨胀系数小，具有自润滑性。用于制造耐磨、耐腐蚀、耐高温、绝缘及切削刀具等。谢谢！机械制造基础第一单元铸造成型02篇

毛坯成型教学目标:

1.掌握常用铸造方法。2.掌握砂型铸造的工艺过程。3.掌握常用造型工具的使用方法。4.掌握常用造型与造芯方法。5.掌握铸造的浇注速度和浇注温度的控制方法。6.能分析铸件缺陷。7.了解特种铸造方法。8.能分析铸件结构的工艺性。教学重点和难点:

1.砂型铸造的工艺过程。2.砂型的结构组成。3.模样和芯盒的制作。4.型、芯砂的组成及应具备的主要功能。5.型砂和芯砂的制备。6.机器造型与手工造型方法。7.浇注速度和浇注温度。8.铸件的落砂、清理。9.铸件缺陷分析。10.特种铸造方法。11.铸件结构的工艺性。2.1.1概述

铸造是把熔化后的金属浇注到与所需零件的形状以及尺寸相似的铸型型腔中，冷却凝固获得毛坯的方法。这种通过铸造得到的毛坯称为铸件。1.铸造特点（1）能铸造出外形、内腔较复杂的箱体、壳体、底座、支架等零件，铸件的大小和重量几乎不受限制。（2）铸件加工余量较少，节省了材料及切削加工工时，成本较低。（3）过程较复杂，易产生缺陷，力学性能较低。（4）生产条件较差。2.铸造的应用

铸造在机器制造业中广泛应用，生产的铸件在各种机器中占很大的比例，如在机床、内燃机中所占的总重量为70％～90％，压气机占60％～80％，拖拉机占50％～70％，各种农业机械占40％～70％。3.铸造方法

铸造分为砂型铸造与特种铸造。砂型铸造分为手工造型与机器造型两类。特种铸造分为金属型铸造、离心铸造、熔模铸造、压力铸造等方法。其中砂型铸造是最基本、应用最普遍的铸造方法。2.1.2砂型铸造

砂型铸造是指利用一定性能的原材料作为造型材料，在砂型中生产铸件的方法。砂型铸造的适应性较强，几乎不受铸件的形状尺寸、材质、质量及生产批量的限制。2.1.2.1砂型铸造的工艺过程、结构组成、模样和芯盒1.砂型铸造的工艺过程

工艺过程包括制造模样和芯盒、制备型砂及芯砂、造型、造芯、合箱、熔化金属及浇注、铸件凝固后开型落砂、表面清理及质量检验。如图2-1所示为铸造生产过程。图2-1铸造生产过程2.砂型的结构组成

砂型结构如图2-2所示。上、下两砂箱中紧实型砂，连同砂箱分别叫做上砂型、下砂型。取出砂型中的模样后留下的空腔称为型腔。在上、下砂型间的结合面称为分型面。有些铸件需要使用型芯，其目的主要是获得铸件的内孔，型芯外伸的部分称为芯头，用来支撑和定位砂芯。在铸型中用以放置芯头的空腔称为芯座。图2-2砂型

砂型的结构还包括浇口及浇道，外浇口、各浇道的布置如图2-3所示。从外浇口浇入的金属液经过直浇道、横浇道以及内浇道再流入型腔。由通气孔排出型砂以及型腔中的气体，由芯通气孔排出被高温金属液所包围的气体。图2-3浇口及各浇道布置示意图3.模样和芯盒

造芯、造型时用的模具是芯盒和模样。芯盒用来造芯，模样用来造型。芯盒用来形成铸件的内腔，模样用来形成铸件的外形。

模样和芯盒在制造之前，均要以零件图作为依据，同时要考虑铸造工艺的特点，再绘制铸造工艺图。通常在绘制时，主要考虑零件的加工余量、分型面、拔模斜度、芯头和芯座、铸造圆角及收缩余量等。2.1.2.2型砂、芯砂

制造铸型用的材料称为造型材料，制造型芯用的材料称为造芯材料，主要由型砂、芯砂、粘结剂、水和附加物按一定比例混合制成的。黏结剂的种类较多，其中粘土应用最广。型砂、芯砂用粘土作为粘结剂称为粘土砂。粘土砂结构如图2-4所示。图2-4粘土砂结构示意图2、型、芯砂应具备的主要功能

型、芯砂应具备流动性、透气性、溃散性、耐火性、强度、韧性等主要功能。1.型、芯砂的组成

型、芯砂主要由原砂、水、粘结剂及附加物等组成。3、型砂和芯砂的制备a.型、芯砂组成物配制

组成物必须按照一定的比例进行配制，主要是为了保证型、芯砂的性能要求。型砂又有面砂与背砂之分。b.型、芯砂的制备方法

配砂的工艺会影响到型、芯砂的性能。一般来说，混制得越均匀，型、芯砂性能就越好。混砂机用来进行型、芯砂混制，目前常用的混砂机是碾轮式混砂机，如图2-5所示。图2-5碾轮式混砂机

检测型、芯砂的性能应用性能试验仪。对于单件、小批量生产，可用如图2-6所示的手捏检验法。图2-6型砂性能手捏检验法2.1.2.3造型工具如图2-7所示为常用的造型工具。图2-7砂箱及造型工具2.1.2.4造型与造芯

造型分机器造型和手工造型两类。1.机器造型

机器造型按照紧实的方式不同，分为震击造型、压实造型、射砂造型和抛砂造型。其工作原理如图2-8、2-9、2-10、2-11所示。（a）震击前（b）震击后图2-8震击造型示意图（a）压实前（b）压实后图2-9压实造型示意图1-射砂筒2-射膛3-射砂孔4-排气孔5-砂斗6-砂闸板7-进气阀8-储气筒9-射砂头10-射砂板11-芯盒12-工作台图2-10射砂机工作原理图1-外壳2-型砂入口3-砂团出口4-被紧实的砂团5-砂箱图2-11抛砂紧实原理图图2-12震压式造型机1-压实气缸2-震实气缸3-压实活塞4-震实活塞5-工作台6-砂箱7-模板8-压头9-震实进气口10-震实排气

造型机常用的有震压式造型机，其工作原理如图2-12所示。2.手工造型

手工造型主要用于小批单或件生产，主要有分模造型、整模造型、假箱造型、挖砂造型及刮板造型等多种手工造型方法。（1）整模造型

整模造型的模样是一个整体，在造型时，其模样全部放在一个砂箱（下砂箱）内，分型面为平面。其工艺过程如图2-14所示。

整模造型操作过程简单，铸件不会因上、下砂型的错位会产生错型缺陷，铸件形状、尺寸较准确。整模造型主要应用于一端为平面且为最大截面的铸件。图2-14

整模造型过程示意图（a）在底板上放置模样（b）摆好下砂箱，撒上面砂，再加填充砂（c）均匀捣实并刮去多余型砂（d）翻转下砂箱，用墁刀修光分型面（e）套上上砂箱，撒分型砂（f）放浇口棒，充砂并紧实，刮平，扎通气孔，拔浇口棒，挖外浇口，划合型线（g）取下上砂箱（h）在下砂箱上挖出内浇道，用毛笔蘸水把模样边缘润湿（i）用拔模针取出模样（j）修型，吹去多余砂粒（k）合型，紧固上、下砂型或上压铁（l）浇注（2）分模造型

分模造型方法常应用于最大截面在中间的铸件。模样沿其最大处截面分为上、下两个半模，并且用销钉定位两个半模。造型时，以模样上分开的平面作为分型面，在上、下砂箱内分别放置模样。如图2-15所示为一套筒铸件的分模造型过程。

使用分模造型，型腔分别处于上型、下型中。修型以及拔模比较方便，但在合型时注意不要使上、下型错位，否则会产生错型缺陷。

分模造型在模样的外形最大截面位置处设有分模面，分模面一般为平面。分模造型操作较简单，主要适用于复杂形状的铸件，尤其是有孔的铸件。图2-15套筒铸件分模造型过程（3）三箱造型

当铸件外形为中间截面小、两端截面大时，铸件模样应该从小截面位置处分开，并分为上、中、下共三部分。这种有三个砂箱、两个分型面的造型方法称为三箱造型。三箱造型如图2-16所示。三箱造型生产率较低、操作复杂。分型面多会增大错型的可能性，同时中箱的高度要求要适当。三箱造型方法只适用于小批、单件生产。图2-16三箱造型（4）挖砂造型

有些铸件的外形轮廓为阶梯面或曲面，其最大截面也为曲面，而制造分模或模样太薄有困难，在不便把模样分成两半时，可将模样制为整体铸造。

挖砂造型时，用手工的方法挖去那些阻碍拔模造型的型砂，这种方法称为挖砂造型。铸件模样在制作时，由于分型面不平，模样不能分为上、下两半。手轮挖砂造型过程如图2-17所示。挖砂造型生产率低，操作过程相当麻烦，技术程度要求高。同时因很难保证准确挖出模样的最大截面，在铸件的分型面处会产生毛刺，这样会影响铸件外形及尺寸精度，因此挖砂造型只适应于单件、小批量生产。图2-17挖砂造型（4）假箱造型

造型时将模样放置在已成型的木质底板上，如图1-18（a）所示，这种造型方法称为假箱造型。也可以用强度高、含粘土量多的型砂紧实制成砂质成型底板，这种成型底板称为假箱，其结构如图2-18（b）所示。

假箱造型时，将模样先放在假箱或成型底板上造下型，再翻转造上型。用假箱造型可以省去挖砂过程，其主要应用于小批量或者成批生产。图2-18假箱造型（5）活块造型

模样制作时，先将零件上能妨碍拔模的小凸台、肋等制成活动的模样，称为活块。在活块造型拔模时，应先取出模样的主体，再从侧面取出活块，这种造型方法称为活块造型，其过程如图2-19所示。

活块主要用燕尾形状或销子与模样的主体连接，在造型过程中应注意防止活块移动或紧坏。活块造型的铸件其尺寸精度比较低，效率较低，一般只能适用于单件、小批量生产。图2-19活块造型（6）刮板造型

对于大中型回转体铸件，若其形状为等截面，且生产批量很少，则在造型时模样可采用一个与铸件的截面形状相同的刮板来代替，用刮板来刮出模型的型腔，这种造型方法称为刮板造型。如图2-20为圆盖铸件的刮板造型过程。

刮板造型能减少模样制造所需费用、节约材料、缩短生产周期，同时铸件尺寸越大，越能显示这些优点。但刮板造型操作技术水平要求高，生产率低，只能适用于具有等截面的大、中型回转体铸件的单件、小批量生产。图2-20圆盖铸件的刮板造型3.造芯（1）芯的用途及要求

芯的主要用来形成铸件的内腔，也可用来形成铸件的局部外形。由于芯在浇注过程中受到高温金属液流的冲击，并且浇注后芯大部分被金属液所包围，因此，芯要求具有高的强度、透气性、韧性和耐火性，并且要便于清理。

芯砂除了应按要求配制外，在造芯的过程中还要采取以下措施，用来满足上述性能的要求：（a）提高强度，在芯中放置芯骨，以便于下芯以及吊运。（b）提高排气能力，在芯中设置通气孔。通气孔应贯穿芯子内部，并从芯头引出。对于形状简单的芯子，通气孔可用通气针扎出；对于形状比较复杂的芯子，可按如图2-21（a）所示方法；大芯子在制作时，为了改善韧性和易于排出气体，可按如图2-21（b）所示在芯的内部埋放焦炭，用来减少砂层的厚度，并增加孔隙。（c）防止铸件粘砂，在芯的表面刷涂一层耐火材料。（d）提高芯的透气性和强度，可将芯烘干。（a）用蜡线做通气孔（b）用焦炭通气图2-21芯的通气（2）制芯方法

可用机器、手工造芯，成批、大量生产过程中，大量采用机器造芯；单件、小批量生产中，多数采用手工造芯。

手工造芯时可用芯盒，也可以用刮板。如图2-22（a）所示为手工芯盒造芯。在制造尺寸较大、形状较简单的芯时，为降低制芯的成本，可采用手工刮板造芯，其过程如图2-22（b）所示。图2-22手工造芯简图图2-23用芯盒造芯过程用手工造芯方法，应用最普遍，如图2-23所示为手工造芯过程全过程。2.1.2.5铸造的熔炼与浇注

铸造的熔炼是保证铸件获得高质量的重要环节，其主要目的是要得到一定温度和成分的铁液。

铸造熔炼的设备主要有冲天炉、电弧炉、反射炉及工频炉等。目前冲天炉是使用较多的熔炼设备。冲天炉结构如图2-24所示。1-支柱2-炉底板3-炉底门4-炉底5-风口6-加料桶7-加料机8-火花罩9-烟囱

10-铸铁砖11-翻火砖12-加料口13-炉身14-层焦15-金属料16-密筋炉胆

17-风槽18-炉缸19-过道20-前炉21-出渣口22-出铁口23-铁水包图2-24冲天炉结构示意图2.浇注

浇注是将熔炼的金属从浇包中注入铸型的过程，是铸造生产中的一个重要环节。

浇包是一种浇注容器，用来盛放、浇注和输送熔融金属，如图2-25所示是常用的浇包。1.冲天炉的炉料冲天炉的炉料主要由金属炉料、溶剂及燃料等组成。图2-25浇包在浇注时要注意控制好浇注速度和浇注温度。（1）浇注速度

浇注速度是指在单位时间内所浇入到铸型中金属液的重量。要求浇注速度要适中。（2）浇注温度

浇注温度过低，铸件会产生浇不足、冷隔和皮下气孔等缺陷；温度过高，液体收缩大，铁液中含气量大，对型砂的热作用剧烈，导致铸件易产生缩孔、气孔、豁砂和缩松等缺陷。2.1.2.6铸件的落砂、清理1.铸件的落砂

落砂是指把铸件与型砂及砂箱分开的过程，该过程应在铸件得到充分冷却后再进行。通常对于重量小于10kg、形状简单的铸件，落砂一般在浇注1h左右后就可以进行。

小型铸件采用手工落砂，用手锤和铁钩进行。为提高生产率及改善劳动条件，落砂常采用震动落砂机，如图2-28所示。图2-28惯性振动落砂机2.铸件的清理

铸件落砂后必须清理，包括清除芯砂、表面砂、浇冒口、氧化皮和飞边等。由于手工清理的条件差、效率低、劳动强度大，现在多用机械代替。较常用的机械清理工具有清理滚筒、抛丸及喷砂机等，如图2-29所示为最简单又普遍的机械清理工具清理滚筒。图2-29清理滚筒2.1.2.7铸件缺陷分析

常见的铸件缺陷及产生的主要原因有气孔、缩孔、砂眼、裂纹、冷隔、浇不足、错型等。1.气孔图2-30气孔2.缩孔图2-31缩孔3.砂眼图2-32砂眼4.裂纹图2-33裂纹5.冷隔图2-34冷隔6.浇不足7.错型2.1.3特种铸造

与砂型铸造有着显著区别的铸造方法称为特种铸造。特种铸造有金属型铸造、离心铸造、压力铸造、低压铸造及熔模铸造等。1.金属型铸造

金属型铸造是指将液态的金属浇入到金属铸型中来获得铸件的方法。如图2-35所示为铝活塞金属型铸造示意图。1-左半型2-右半型3、4-组合型芯5-销孔型芯图2-35金属型铸造示意图金属型铸造的优点如下：（1）生产工序较简单，易实现自动化、机械化，提高了生产率。（2）铸件的精度高。（3）“一型多铸”。2.离心铸造

将熔融的金属注入到高速旋转的铸型中，金属在离心力作用下逐渐填充铸型并冷却结晶，获得铸件，这种方法称为离心铸造，如图2-36所示。离心铸造过程必须在专门的离心铸造机上完成。（a）立式（b）卧式图2-36离心铸造示意图3.压力铸造

压力铸造是指在高压下，将液态的合金迅速压入到金属铸型中，在压力的作用下合金凝固，从而获得铸件的方法，简称压铸。如图2-37所示为立式压铸机的工作过程示意图。1-定型2-压射活塞3-动型4-下活塞5-余料6-压铸件7-压室图2-37立式压铸机工作过程示意图压力铸造的特点如下：（1）铸件的硬度和强度都较高。（2）可以压铸出镶嵌件及形状复杂的薄壁件。（3）铸件的表面质量及精度比其他铸造方法都高。（4）生产率极高。（5）黑色金属由于熔点高，压型的寿命短，目前黑色金属的压铸在生产中应用得不多。（6）压力铸造的速度极高，型腔中的气体因此很难完全排除，在铸件中存留气孔。（7）压铸型成本高、制造周期长，一般只适用于大批量的生产中。4.低压铸造

低压铸造是指介于压力铸造与金属型铸造间的一种铸造方法，如图2-38所示。低压铸造是在较低压力下，把金属液注入到型腔，同时在压力下凝固而获得铸件。1-铸型2-密封盖3-坩埚4-金属液5-升液导管图2-38低压铸造5.熔模铸造

熔模铸造是指用易熔材料（如蜡料）制成模样，在模样表面上刷耐火涂料，硬化后将模样熔化并排出型外，以此获得带浇注系统、无分型面、无拔模斜度的整体铸型来进行铸造的方法。如图2-39为其铸造工艺过程。图2-39熔模铸造工艺过程熔模铸造的特点如下：（1）成型壳体用高级耐火材料，能铸造各种合金。（2）制成的铸件表面光洁，粗糙度为Ra12.5～Ra1.6μm；尺寸与形状精确，公差等级可达ITll～14级，可实现少、无切削加工。（3）不受生产批量的限制，适用于单件、成批、大量生产。（4）可铸出不便分型以及形状较复杂的薄壁铸件。（5）工艺过程复杂、材料昂贵、生产周期长，成本是砂型铸造的数倍。由于蜡模容易变形，要求铸件重量、尺寸都不能太大。2.1.4铸件结构的工艺性

铸件结构的工艺性是指铸件本身的结构符合铸造的生产要求，即铸件整个加工工艺过程，要有利于产品质量的保证。应从下述几个方面考虑铸件结构的工艺性。1.铸件结构应利于避免产生铸件缺陷。（1）力求铸件的壁厚均匀。如图2-40所示为铸件顶盖的两种结构设计，图2-40（b）中壁厚结构的均匀性明显优于2-40(a)。图2-40顶盖结构设计应尽量减少铸件上筋条分布的交叉，防止形成较大的热节。在如图2-41所示筋条分布中，将（a）图的交叉接头改成（b）图的交错接头，或者采用（c）图的环形接头，来减少金属的积聚，以避免产生缩松、缩孔等缺陷。图2-41筋条的分布（2）壁厚合理

如图2-42所示的加强筋等结构。（3）避免较大的水平面

如图2-43所示。（4）铸件壁的正确连接

如图2-44、2-45、2-46所示。2.铸件的结构应有利于简化铸造工艺

为了减少工艺制造及简化造型、造芯的工作量，以便清理和下芯，铸件结构要求如下：（1）铸件的结构斜度

铸件上不加工且垂直于分型面的结构最好设计成斜度，以便于拔模。如图2-47中的a、b、c、d铸件结构未设计成斜度，不便于拔模，而e、f、g、h的结构带一定斜度。对于结构不允许有斜度的铸件，在模样上应留出拔模斜度。（2）铸件的内腔结构应符合工艺要求

如图2-48所示是悬臂支架结构设计的两种方案，（a）图采用了方形空心截面，必须要用型芯，而（b）图改用工字形截面后，可以省掉型芯。（3）应尽量简化铸件外形

如图为铸造端盖的两种结构，图2-49（a）中分形面明显多于图2-49（b），给铸件的制作带来难度，且图2-49（b）中的结构重量也轻些，属于优化的外形结构。（4）组合铸件的应用

对于形状复杂或大型铸件，可以采用组合结构。如图2-50（a）是大型坐标镗床身示意图，图（b）为水压机工作缸的组合结构示意图。3.铸件结构要有利于后续加工

如图2-51为电机端盖的铸造件。（a）图不便于装夹，（b）图经改进采用工艺搭子的结构，能使电机端盖定位环φD和轴孔φd在一次装夹中完成，能较好地保证图纸规定的同轴度要求。谢谢！机械制造基础第二单元锻压成型02篇

毛坯成型教学目标:

1.掌握常用金属的锻造温度范围。2.掌握锻件常见的冷却方法3.掌握自由锻基本工序4.了解胎膜锻、锤上模锻的种类及特点和应用5.掌握冲压的基本工序6.掌握冲压件的结构工艺性教学重点和难点:

1.常用金属的锻造温度范围2.锻件常见的冷却方法3.自由锻基本工序4.模锻的特点及应用5.胎膜种类及胎膜锻的特点和应用6.锤上模锻的种类及特点和应用7.常用冲压设备的结构与特点8.冲压的基本工序9.冲压件的结构工艺性2.2.1锻压概述

锻压是指在锻造或冲压等外力作用下，坯料产生塑性变形，从而获得零件所需的形状、尺寸以及性能等的加工方法。

锻造按成形方式可分为自由锻、模锻。2.2.2锻造2.2.2.1坯料加热的目的和要求

锻造前要加热金属坯料，以获得较低的变形抗力和良好塑性，有利于锻造成形。

按热源不同金属加热分为电炉加热、火焰炉加热。2.2.2.2锻造温度范围

锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的间隔。始锻温度是指锻坯开始锻造时的温度，终锻温度是指锻坯锻造终止时的温度。一般来说，始锻温度以使锻坯不产生过烧、过热等缺陷为前提下应尽可能取高些；而终锻温度则使锻坯在锻造中以不产生冷变形强化为前提下，应尽可能低些，以便减少加热次数及提高劳动生产率。表2-1为常用金属的锻造温度范围。

金属的温度在锻造时可用仪表测量，但在实际生产中，锻工一般都通过观察金属坯料火色的颜色来判断加热温度。表2-2为碳钢的加热温度与火色的关系。2.2.2.3锻件的冷却

锻件锻造后需冷却，冷却是锻造过程的重要环节，方法选择不当，会使锻件产生裂纹、变形等缺陷。锻件常见的冷却方法如下。1.空冷

空冷是指热态锻件在空气中自然冷却的方法，其冷却速度较快。2.灰砂冷

灰砂冷是指把热态的锻件埋入炉砂、炉灰或炉渣中缓慢冷却的方法。3.炉冷

炉冷是指锻后把锻件放入炉中再缓慢冷却的方法，其冷却速度要低于灰砂冷。4.坑冷

坑冷是指把热态的锻件放在地坑中缓慢冷却的方法。2.2.2.4自由锻

自由锻是指坯料在上、下铁砧间受到压力或冲击作用后产生变形，从而获得锻件所需几何形状的方法，如图2-52所示。图2-52自由锻

自由锻方法分手工自由锻、机器自由锻，基本工序包括墩粗、拔长、冲孔、弯曲、错移及扭转等。1.自由锻基本工序（1）墩粗

墩粗主要有三种形式：①完全墩粗：如图2-53（a）所示。②端部墩粗：如图2-53（b）为漏盘墩粗方法，图2-53（c）为胎模墩粗方法。③中间墩粗如图2-53（d）所示。（2）拔长

拔长是指使坯的料横断面积减小、长度增加的锻造工序。主要有以下两种方法：

①心轴上拔长如图2-54（a）所示。

②平砧上拔长如图2-54（b）所示。图2-54拔长示意图（3）冲孔

冲孔是指用冲头在已墩粗的坯料上冲出不透孔或透孔的锻造工序。冲孔方法主要有以下两种：

①单面冲孔法如图2-55所示。

②双面冲孔法如图2-56所示。图2-55单面冲孔的过程图2-56双面冲孔过程（4）弯曲

弯曲是指将毛坯在一定的工模具上弯成所规定的外形的锻造工序，常用于锻造弯板、角尺及吊钩等弯曲轴线的锻件。方法主要有以下两种：

①垫模弯曲法如图2-57所示。

②锻锤压紧弯曲法如图2-58所示。图2-57用垫模弯曲法图2-58锻锤压紧弯曲法（5）错移

错移是指将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离的锻造工序，如图2-59所示。图2-59错移（6）扭转

扭转是将坯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。小型坯料的扭转角度不大时，用如图2-60所示的锤击方法。图2-60用锤击扭转2.自由锻的生产特点和应用

自由锻是指坯料只有部分位置与上、下砧铁接触产生塑性变形，其余部分为自由表面。

自由锻工艺灵活性较大，在更改锻件的品种时，准备时间较短；锻件精度不高，不能锻造形状复杂的锻件；生产率低，应用于单件、小批量生产中，是大型锻件的主要生产方法。2.2.2.5模锻

模锻是将坯料放置在一定形状的锻模模膛内，在压力或冲击力的作用下将坯料充满整个模膛的方法，如图2-61所示。

模锻一般适用于大批量生产，在批量不大，但对锻件的性能和形状有较高要求的场合也可用模锻。模锻件相对于自由锻件毛坯，其加工余量小、精度高。2.2.2.6胎膜锻

胎膜锻是指在自由锻设备上采用可移动的模具来生产锻件的一种锻造方法。胎模锻广泛应用在小型锻件生产上。1.胎模的种类

胎模根据其结构特点，可以分为扣模、摔子、合模和套模四种。（1）扣模（2）摔子（3）合模（4）套模闭式套模：2.胎膜锻的特点和应用胎膜锻有以下特点：①锻件的形状由模膛控制，坯料成型较快，生产率比自由锻高1～5倍。②坯料在模膛内成型，锻件表面较光洁，尺寸较精确，流线组织分布较合理，质量较高。③锻件余块少，加工余量较小，可节省金属材料，同时又减少了机械加工工时。④能锻出形状比较复杂的锻件。⑤胎膜的使用寿命较短。

胎膜锻只能生产小型锻件；需要吨位较大的锻锤；劳动强度较大，一般要靠人力来搬动胎膜。用于生产小、中批量的锻件。2.2.2.7锤上模锻1.锻模的种类

锻模是指使坯料成型以获得模锻件的工具，分单模膛锻模、多模膛锻模。（1）单模膛锻模

单模膛锻模及锻件成型过程如图2-67所示。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-成型锻件图2-67单模膛锻模及锻件成型过程（2）多模膛锻模

多模膛锻模是指在同一副锻模上能够进行各种墩粗、拔长及弯曲等预锻工序、终锻工序。对于形状较复杂的锻件，必须经过几道预锻工序才能使坯料的形状接近锻件形状，最后才在终锻模膛中成型。如图2-68为弯曲轴线类锻件的锻模和锻件成型过程图。1-锻件2-零件图3-延伸模膛4-滚压模膛5-终锻模膛6-预锻模膛7-弯曲模腔8-坯料9-延伸坯料10-滚压坯料11-弯曲坯料12-预锻坯料13-带飞边锻件图2-68弯曲轴线类锻件的锻模及锻件成型过程2.锤上模锻的特点和应用

锤上模锻与胎膜锻、自由锻比较，有以下优点：

（1）操作简单，劳动强度比胎膜锻、自由锻都低。

（2）表面质量高，尺寸准确，加工余量小，余块少甚至没有，可节省大量金属材料及机械加工工时，生产率高。2.2.3冲压

冲压是指利用冲模使板料成型或分离而得到零件的加工方法。通常在室温下进行，故又称为冷冲压。1.板料冲压的特点（1）产品具有较低的表面粗糙度和足够的精度，互换性好。（2）需要专门的冲模，冲模制造周期较长、费用高。（3）冲压过程操作简单，便于实现自动化、机械化。（4）能获得刚度和强度较高、材料消耗少、质量轻的零件。2.冲压设备

冲压设备常用的主要有冲床、剪板机等。（1）冲床

冲床的传动机构大多为曲柄连杆滑块机构，故又称曲柄压力机。如图2-69所示为开式双柱可倾斜式冲床。（2）剪板机

剪板机常用来剪裁直线边缘的板料毛坯的机床，其外形如图2-70（a）所示。剪板机工作原理如图2-70（b）所示。3.冲压的基本工序

冲压的基本工序分为成型和分离两大类。成型工序是指板料的一部分相对于另一部分产生了位移但不被破裂，如拉深（如图2-71）、弯曲等。分离工序是指使坯料的一部分与另一部分产生相互分离，如冲孔、切断、落料、切边、切口等，见表2-3。4.冲压件的结构工艺性

冲压件的结构工艺性是指冲压件在设计其形状、结构、尺寸、精度要求及材料等方面时，尽可能要做到使模具的使用寿命长、产品制造容易、节省材料、同时少出现废品。（1）弯曲件的结构工艺性要求①如图2-72（a）所示，弯曲边长为h≥R+2t。h过小，弯曲边支持在模具上的长度过小，导致坯料易向其长边方向位移，降低弯曲精度。②弯曲半径应不小于坯料的最小弯曲半径，但也不应过大，否则不易控制回弹。4.冲压件的结构工艺性③在弯曲附近的孔容易产生变形。因此，应按如图2-72（c）所示设计孔的位置避开弯曲变形区。从弯曲半径中心到孔缘的距离应为L≥2t（t≥2mm时）或L≥t（t小于2mm时）。④坯料的一边局部弯曲时，根部易被撕裂，如图2-72（a）所示。可改成如图2-72（b）所示的结构或减小坯料宽（由A减为B）。⑤为增加制件的刚性，可在曲件上合理加肋，可以减小板料的厚度，节省材料。在图2-73中，图2-73（a）结构改为图2-73（b）结构后，t2＜t1，既省材料，又减小了弯曲力。（2）冲压件的结构工艺性要求①转角处应避免尖角，以圆弧过渡。②形状应力求对称、简单，尽可能采用矩形或圆形等规则形状，避免出现过窄过长的悬臂和槽。③冲孔不能太小，否则凸模会因强度不足导致折断。冲模一般能冲出的孔径的最小值与板料的厚度t有关，其具体数值参阅表2-4。④制件上的孔与孔之间、坯料边缘与孔之间的距离应不宜过小，否则制件质量和凹模强度都会降低。（3）拉深件的结构工艺性要求①拉深件形状应尽量对称。②拉深件的制造精度（如制件的高度、内径和外径）要求不宜过高。③空心拉深件的深度和凸缘应尽量小。如图2-74所示，制件的结构工艺性不好，一般要使d凸＜2d。谢谢！机械制造基础第三单元焊接成型02篇

毛坯成型教学目标:1.掌握各种焊接方法的工作原理、特点及应用2.能正确选择焊接方法焊接各种金属材料3.能正确处理及防止常用金属的焊接变形4.能正确处理焊件的结构工艺性教学重点和难点:

1.焊接的特点和分类2.手工电弧焊的工作原理、焊接电弧的极性及其选用、焊条类型及焊条的牌号表示方法3.气焊的工作原理、火焰类型及应用4.埋弧焊工艺原理、工艺特点和应用5.气体保护电弧焊类型及工艺原理、特点6.电阻焊的工艺原理及类型、特点7.钎焊的工艺原理及类型、特点8.气割原理、被切割的金属应要具备的条件9.常用金属的焊接性能及防止焊接变形的方法10.焊件的结构工艺性2.3.1焊接的特点和分类1.焊接的特点①接头致密性好，质量好，比铆接节约材料。②能简化大型以及复杂零件的制造过程，可实现“以小拼大”。③容易实现自动化，能改善劳动条件，降低劳动强度。④适应性好，能实现特殊结构的组合，如不同材料间的焊接成形。⑤焊接材料要求严格，有些材料的焊接性能较差。⑥焊接后的零件会产生较大的变形或应力，零件的性能会因焊接热影响区而受到影响。2.焊接的分类

金属焊接按工艺过程的特点可分为熔化焊、钎焊和压力焊三大类。

熔化焊常用的方法有气焊、电弧焊、电渣焊、电子束焊、激光焊和等离子束焊等。

钎焊有火焰钎焊、烙铁钎焊、炉中钎焊等。

压力焊有电阻焊、高频焊、摩擦焊、超声波焊、扩散焊等。2.3.2常用焊接方法2.3.2.1手工电弧焊

手工电弧焊又称为焊条电弧焊，是指手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，如图2-75所示。1.焊接电弧的产生

焊接电弧产生的方式有非接触引弧和接触引弧两种，手工电弧焊采用接触引弧。如图2-76所示为焊接电弧产生的过程。2.焊接电弧的构造及热量分布

如图2-77所示，焊接电弧分阳极区、阴极区和弧柱区三个区域。当采用直流电源时，如焊件接正极，焊条接负极，则阳极区在焊件上，阴极区在焊条的末端。3.焊接电弧的极性及其选用

用直流电源焊接时，有正接、反接两种接法。正接是指焊条接电源的负极、焊件接电源的正极；反接是指焊条接正极、焊件接负极。在采用直流焊接电源时，正、负极的接法的要根据焊件的厚薄来进行选择。一般情况下，较薄焊件的焊接应采用反接法，如图2-78（a）所示；较厚焊接件的焊接，采用正接法，如图2-78（b）所示。若用交流电源焊接时，则不存在正、反接的问题。4.焊条

焊条由药皮和焊芯组成的。焊芯是一根金属丝，有一定的长度和直径。

焊芯有两个作用：一是焊芯熔化后作为填充金属，与熔化的母材一起形成焊缝；二是作为电极，产生电弧。焊芯的直径用来表示焊条的直径，常用的直径为3.2～6mm，长度为350～450mm。药皮的主要作用如下：（1）添加合金元素，以提高金属焊缝的力学性能。（2）形成熔渣和产生大量气体以保护熔池的金属不被氧化，起机械保护熔池的作用。（3）使电弧容易引燃并稳定燃烧，以改善焊接的工艺性能。焊条类型及牌号类型：

按用途不同焊条可分为结构钢焊条、铸铁焊条、不锈钢焊条、耐热钢焊条、铝及铝合金焊条、铜及铜合金焊条等。

焊条按药皮熔渣化学性质的不同，可分为碱性焊条、酸性焊条两大类。焊条牌号：

GB/T5117-1995标准规定，手弧焊用碳钢焊条型号用字母“E”加四位数字组成，即Exxxx。“E”表示焊条，前两位数字表示熔敷金属的抗拉强度的最小值，第三位数字表示焊接的位置，“0”与“1”表示焊条适用于全位置的焊接（平焊、立焊、横焊、仰焊），“2”表示焊条适用于平角焊和平焊，第三位和第四位数字组合时，表示药皮类型及焊接电源的种类。

焊接行业标准规定结构钢焊条的牌号表示方法为：汉字拼音字首加三位数字，第3个数字，代表药皮类型，焊接电流要求，第1、2数：代表焊缝金属抗拉强度。以J507为例，其中J代表结构钢焊条，50代表焊缝金属的抗拉强度不低于490MPa，7代表低氢型药皮，直流。2.3.2.2气焊

气焊是利用助燃气体氧和可燃气体乙炔按照一定的比例混合后，气体由焊炬的喷嘴喷出，点燃后形成高温火焰，其温度可达到3000℃，将焊件加热到一定温度后将焊丝溶化，并充填焊缝，用火焰吹平接头，冷凝后，最后便形成焊缝，如图2-79所示。气焊时所用的火焰，按助燃气体氧（O2）与可燃气体乙炔（C2H2）的体积比值分为三种：（1）当VO2：VC2H2=1.0～1.2时称为中性焰，中性焰中氧与乙炔充分燃烧，没有过剩的氧和乙炔，这种火焰的用途最广。（2）当VO2：VC2H2＜1时称为碳化焰，火焰中乙炔过剩，有游离态的碳，有较强的还原作用，也有一定的渗碳作用。（3）当VO2：VC2H2＞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。

碳化焰主要用于焊接含碳量较高的高速钢、高碳钢及硬质合金等材料，也用于焊补铸铁件。中性焰主要应用于低碳钢、不锈钢、低合金钢、紫铜和高铬钢等材料的焊接。氧化焰主要应用于黄铜、青铜等材料的焊接。

碳钢焊接时直接用焊丝进行焊接，不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金、耐热钢进行焊接时，为防止金属被氧化及消除已形成的氧化物，必须用气焊溶剂。

气焊火焰由于温度比电弧低，热量少，主要应用于厚度在2mm左右的薄板的焊接。2.3.2.3埋弧焊

埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。1.埋弧焊工艺原理

如图2-80所示为埋弧焊工艺原理图。

埋弧焊按焊丝沿焊缝移动方法的不同，可分为埋弧自动焊、埋弧半自动焊两大类。

埋弧自动焊的焊接过程如图2-81所示。2.埋弧焊的工艺特点和应用

埋弧焊与手工电弧焊相比，具有以下优点：

操作简单，焊接质量好，节省焊接材料，劳动强度低，劳动条件较好，生产率高，易实现自动化。

埋弧焊的缺点是：

一般情况下，只能焊接平焊缝，不适宜于焊接结构复杂且有倾斜焊缝的焊件；设备的费用较高；看不见电弧，在焊接时焊缝质量检查不方便。

埋弧焊适用于低合金钢、低碳钢、不锈钢、铝、铜等金属材料厚板长焊缝的焊接。2.3.2.4气体保护电弧焊

气体保护电弧焊是指用外加的气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊，简称气体保护焊。最常用的气体保护焊有二氧化碳气体保护焊和氢弧焊。1.氢弧焊

氢弧焊是用氢气作为保护气体的电弧焊。氢弧焊按电极在焊接过程中是否熔化而分为熔化极氢弧焊（如图2-82（a）所示）和非熔化极氢弧焊（如图2-82（b）所示）两种。

氢弧焊与其他电弧焊方法相比，焊接时不必用焊剂就可获得高质量焊缝。由于是明弧焊接，操作和观察都比较方便，可进行各种空间位置的焊接。

氢弧焊几乎可用于所有金属材料的焊接，尤其是焊接化学性质较活泼的金属材料。目前氢弧焊多用于焊接铝、不锈钢、低合金钢、镁、铜及其合金、耐热钢等材料。2.二氧化碳气体保护焊

如图2-83所示。

二氧化碳气体保护焊的优点是生产率高。二氧化碳气体的价格比氢气低，电能消耗少，成本低。由于电弧热量集中，所以熔池小、焊件变形小、焊接质量高。缺点是不宜焊接容易氧化的有色金属等材料，也不宜在有风的场地工作，电弧光强，熔滴飞溅较严重，焊缝成型不够光滑。

二氧化碳气体保护焊常用碳钢、低合金钢、不锈钢和耐热钢的焊接，也适用于修理机件，如磨损零件的堆焊。2.3.2.5电阻焊

电阻焊是指通过电极施加压力于装配好的焊件上，利用电流通过接头的接触面以及临近区域所产生的电阻热，将焊件加热至塑性或者熔化状态，在外力作用下形成原子间结合的焊接方法，又称接触焊。电阻焊按接触方式可分为对焊、点焊和缝焊，如图2-84所示。2.3.2.6钎焊

钎焊是指用比母材熔点低的金属材料作钎料，将钎料和焊件加热到低于母材熔点、高于钎料熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。

钎焊过程如图2-85所示。图（a）是将钎料放置在接头处，并加热钎料和焊件；图（b）是钎料熔化后并开始流入钎缝间隙；图（c）是钎料填满整个钎缝间隙，凝固后形成钎焊接头。

钎焊的特点是焊件接头不熔化，钎料熔化。钎焊时，用钎剂清除焊件和钎料表面的氧化物，以便使钎焊部分连接牢固、增强钎料的附着作用。

常用的钎料一般有软钎料、和硬钎料两类。

钎焊在机械、仪表、无线电、电机等制造业中应用广泛。2.3.2.7气割

气割是根据高温的金属能在纯氧中燃烧的原理进行的，它与气焊有着本质不同的过程，即气割是金属在纯氧中燃烧，而气焊是熔化金属。

气割原理如图2-86所示。切割的过程实际为重复进行预热→燃烧→去渣的过程。被切割的金属应要具备以下条件：①金属燃烧时应能放出足够的热量，且金属本身的热导性要低，有利于切割过程能不间断地进行。②燃烧所生成的金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点，且要有较好的流动性，以便熔化并吹掉氧化物。③金属的燃点应低于其熔点，否则金属在切割前已融化，不能形成整齐切口导致切口凹凸不平。

综合所述，能满足气割条件的金属材料是低碳钢、中碳钢及部分低合碳钢。

气割时，可用割炬代替焊炬，其余设备与气焊相同。割炬构造如图2-87所示。

割炬与焊炬相比，割炬增加了输送切割氧气的阀门和管道，割嘴结构与焊嘴的也不同。割嘴出口有两条通道，其中间通道为切割氧的出口，周围的一圈是氧气与乙炔混合气体的出口，两者互不相通。

气割与其他切割方法相比较，最大的优点是适应性强、灵活方便，它可在任意方向和任意位置割出任意厚度与形状的工件。气割设备操作简单、方便、切口质量好、生产率高，但金属材料的适用范围有一定的限制。气割应用在低碳钢、低合金钢等材料的加工中是非常普遍的。2.3.3常用金属的焊接性能1.金属的焊接性

金属的焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性。金属的焊接性包括使用性能和工艺性能。使用性能是指在一定的焊接工艺条件下，焊接接头对其使用要求的适应性。工艺性能是指在一定的焊接工艺条件下，金属对形成裂纹等焊接缺陷的敏感性；低碳钢的焊接性要比铸铁好，铸铁的焊接性差。2.碳钢和低合金结构钢的焊接性（1）低碳钢的焊接性低碳钢焊接性好，低碳钢几乎适用于各种焊接方法的焊接。低碳钢进行焊接时一般不需要预热，只有在焊接较厚的焊件或在气候寒冷时才考虑预热。（2）中碳钢的焊接性

中碳钢焊接时，在热影响区容易生成淬硬组织。当焊接工艺不当、焊件的厚度较大时，这时很容易出现冷裂纹。与此同时，焊件接头处部分碳会融入焊缝熔池，提高焊缝金属的含碳量，导致焊缝塑性降低，在冷却凝固过程中很容易产生热裂纹。因此中碳钢的焊接性能要比低碳钢差。

中碳钢在焊接前进行预热，可以减小焊接接头的冷却速度，降低热影响区的淬硬倾向，防止冷裂纹的发生。预热温度一般为100℃～200℃。

中碳钢焊件的接头要开坡口，这样可以减小焊件金属融入到焊缝金属中的比例，防止热裂纹发生。（3）低合金结构钢的焊接性

强度等级较低的低合金结构钢因含碳量少，其淬硬倾向也小。但随着强度等级的提高，钢的含碳量也增大，加上其中合金元素的影响，会导致热影响区的淬硬倾向增大。而低合金结构钢焊件的热影响区的淬硬性会造成焊接接头处的塑性下降，随之冷裂纹产生的倾向也增大。由此可见，低合金结构钢的焊接性随其强度等级的提高而变差。

通常低合金结构钢在焊接时，应选择较小的焊接速度和较大的焊接电流，来减慢焊接接头的冷却速度。在焊前预热或者焊后及时进行热处理，均能有效防止冷裂纹的发生。3.铸铁的焊接性

铸铁的焊接性很差，在焊接时，一般容易出现以下问题：

（1）产生裂纹

（2）焊后容易产生白口组织

铸铁在生产上都不作为材料焊接用。只有当铸铁件的表面产生了不太严重的裂纹、气孔、缩孔等缺陷时，才采用焊补来弥补铸件缺陷。2.3.4焊接变形和焊件结构工艺性

焊接时，由于焊件受热不均匀，引起焊件内部产生收缩应力。这种应力会导致金属材料在焊接后形状发生变化，甚至还出现裂纹。1.防止焊接变形的方法（1）产生焊接变形的原因

焊接变形是指因焊接而产生的变形，焊接应力是指焊接构件内部因焊接而产生的内应力。产生变形与焊接应力的根本原因是焊件在焊接时局部加热和冷却的不均匀。

焊接变形的基本形式有扭曲变形、弯曲变形、波浪变形和角变形等，如图2-88所示。（2）焊接变形的防止方法①焊前固定法如图2-89（a）、2-89（b）所示为防止焊件变形图。焊接前，用重物或夹具压在焊件上，以抵抗焊接变形。也可以按如图2-89（c）所示方法进行焊接，预先将焊件通过点焊固定在平台上。一般在焊接时要用手锤敲击焊缝，及时释放焊接产生应力，以防止撤除固定装置后焊件再次发生变形，保持焊件的形状比较稳定。②反变形法

反变形法是指预先根据焊件容易变形的规律，在焊前使其形态按照焊接时发生变形的相反方向放置焊件，以抵消焊接后产生的变形。图3-15所示是根据板料焊接时容易产生角变形的规律，焊前将两块板料向下弯折一个角度放在垫块上，这个角度就是V形坡口焊后向上弯折的角度（如图2-90（a）），焊后两块板料就会按如图2-90（b）所示变得平直。③锤击焊缝法

锤击焊缝法是指焊件在焊接的过程中，用风锤或手锤敲击焊缝金属，以促进焊缝金属的塑性变形，减小焊接应力。④焊接顺序变换法

焊接顺序变换法是指通过变换焊接顺序，以尽快发散掉焊接时施加给焊件的热量，从而防止焊接发生变形的方法。如图2-91所示，常用的焊接顺序变换法有分段倒