机械制造工程实训 课件 第2、3章 热处理、铸造

机械制造工程实训第一章机械制造实训基础知识第二章热处理第三章铸造第四章锻压第五章焊接第六章车削加工第八章钳工与装配第十章数控加工第七章铣削、刨削、磨削加工第九章数控加工基础知识第十一章特种加工第二章热处理实训目的和要求1.了解热处理的基本原理、目的、分类及使用范围。2.了解常用的热处理工艺。3.能正确使用热处理加热设备、冷却设备、质量检测设备（金相显微镜、硬度计等）及常用工具等进行正确的热处理工艺操作。实训安全守则1.参加实训的人员在工作前要穿戴好规定的劳动保护用品，实训场地不准穿高跟鞋、拖鞋，不准赤膊操作。2.实训操作前应了解热处理设备的结构、特点和使用方法，并在实训老师的指导下正确使用热处理设备。3.实训场地要保持通道畅通，应配备必要的消防器材。4.热处理实训操作时，工件进出炉应先切断电源再送取工件，送取工件应轻拿轻放，不要碰坏炉底和炉衬。5.经热处理出炉的工件要迅速放入冷却介质中，或置于远离易燃物的空地上，严禁手摸或随意乱扔。6.严禁在车间内的深井炉和水池、油池旁边玩耍。7.学生操作时必须注意防电、防热、防火。8.各种废液、废料应分类存放统一回收和处理，禁止随意倒入下水道或垃圾箱，防止环境污染。9.实训完毕必须把工具放回原处，不得乱丢乱放。第一节概述第二节常用热处理设备简介一、加热设备1.箱式电阻炉2.井式电阻炉第二节常用热处理设备简介3.盐浴炉二、温控设备三、冷却设备四、质量检测设备第三节钢的热处理工艺第三节钢的热处理工艺1.退火2.正火第三节钢的热处理工艺二、钢的淬火与回火1.淬火（1）淬火加热温度淬火加热温度主要取决于钢的化学成分，图2-7所示为碳钢的淬火加热温度范围。（2）淬火冷却介质常用的有水、油、盐水等，其冷却能力决定了工件淬火时的冷却速度。第三节钢的热处理工艺第三节钢的热处理工艺2.回火三、表面热处理1.表面淬火2.化学热处理第四节热处理常见缺陷一、热处理工艺对质量的影响1.过热和过烧2.氧化和脱碳3.硬度不足或不均4.变形和开裂二、合理的热处理工序位置1）预备热处理是为了调整、改善原始组织，保证工件最终热处理质量或切削加工质量而预先进行的热处理。2）最终热处理在于使工件获得最终所需要的使用性能。3）补充热处理一般是指在最终热处理之后，为进一步提高工件的组织稳定性而进行的热处理。第四节热处理常见缺陷三、正确的热处理操作第五节热处理训练训练项目一碳钢的淬火热处理操作训练一、实训目的1.了解碳钢不同加热温度、冷却速度对热处理后钢性能（硬度）的影响。2.熟悉和掌握碳钢淬火的基本热处理操作方法。3.能按照所给材料及要求通过查阅资料确定材料的热处理工艺参数。二、实验仪器、设备及材料1.箱式电阻炉及控温仪表。2.洛氏硬度计。3.淬火冷却介质：冷水、油、空气。4.实验用材料：45钢，T8钢。三、实训步骤第五节热处理训练（1）实验分为两个方向的内容，同学们根据以下内容以及表2-2中常用钢的临界点温度先确定热处理相关工艺参数，填入表2-3中。1）淬火温度对钢硬度的影响。2）淬火冷却介质对钢硬度的影响。第五节热处理训练（2）每个同学根据安排领取一个试样，根据试样尺寸确定保温时间填入表2-3，按表2-3中确定的加热温度、保温时间和冷却介质进行加热、保温和冷却。（3）热处理后的试样在测硬度前应用砂纸磨去氧化皮。（4）测出硬度值，并将测试硬度值填入表2-3中。（5）各组的数据供全班共享，一起填入表2-3中。训练项目二碳钢的回火及调质热处理操作训练一、实训目的1.了解碳钢不同回火温度对热处理后钢性能（硬度）的影响。2.熟悉和掌握碳钢回火、调质的基本热处理操作方法。3.能按照所给材料及要求通过查阅资料确定材料的热处理工艺参数。二、实验仪器、设备及材料第五节热处理训练1.箱式电阻炉及控温仪表。2.洛氏硬度计。3.冷却介质：冷水。4.实验用材料：45钢、T12钢。三、实训步骤（1）同学们根据以下内容以及表2-2中常用钢的临界点先确定热处理相关工艺参数，填入表2-4中。第五节热处理训练（2）每个同学根据安排领取一个试样，根据试样尺寸确定保温时间填入表2-4，按表2-4中确定的加热温度、保温时间和冷却介质进行加热、保温和冷却完成淬火操作，并在硬度计上测量淬火后的硬度。（3）淬火硬度合格的试样按照回火工艺进行回火热处理操作。（4）测出硬度值，并将测试硬度值填入表2-4中。（5）各组的数据供全班共享，一起填入表2-4中。第三章铸造实训目的和要求1.了解铸造生产过程、特点及应用。2.了解砂型铸造工艺的主要内容，了解型砂、芯砂应具备的性能、组成及制备。3.了解铸型结构，了解模样、铸件和零件间的关系和差异。4.了解型芯的作用、结构及制造方法。5.熟悉铸型分型面的选择；掌握手工两箱造型（整模、分模、挖砂等）的特点及应用；了解三箱、刮板等造型方法的特点及应用；了解机器造型的特点；能独立完成简单铸件的两箱造型。6.了解浇注系统的作用和组成。7.了解熔炼设备及浇注工艺，铸铁和有色金属的熔化过程及浇注的基本方法。8.能识别常见的铸造缺陷、分析其产生原因及防治方法。9.了解常用特种铸造方法的特点及应用。10.了解铸造生产安全技术，能够不断提高自己的实践能力。实训安全守则1.实训时要穿戴好工作服、手套等防护用品。2.造型实训时不得用嘴吹砂，以防砂进入眼中。3.舂砂时不得将手放在砂箱上。4.在造型现场要小心行走，以免损坏砂型。5.实训浇注时，不进行浇注操作的同学应远离浇包。6.不得用手触摸尚未冷凉的铸件或铁块，以防烫伤。7.清理铸件时，不得对着人，以免伤人。第一节概述1）适应性强，能铸造形状复杂，特别是有复杂内腔的铸件。2）铸件的尺寸和重量不受限制，铸件大到十几米、数百吨，小到几毫米、几克。3）铸件形状与零件接近，节省了大量的金属材料和加工工时。4）铸造生产既能适应单件小批量生产，也能适应成批大量生产。第二节砂型铸造一、砂型铸造简介1.砂型铸造的工艺过程第二节砂型铸造2.砂型的组成第二节砂型铸造3.模样、芯盒与砂箱（1）分型面的选择两相邻的铸型之间的接触面称为分型面，对于两箱造型，是指上下砂型间的分界面。（2）加工余量加工余量是指铸件上预先增加而在机械加工时要切去的金属层厚度。第二节砂型铸造第二节砂型铸造（3）起模斜度起模斜度是指平行于起模方向的模样壁的斜度。（4）铸件收缩率铸件收缩率是指铸件自高温冷却至室温的尺寸收缩率，以尺寸的缩小值与铸件名义尺寸的百分比表示。（5）芯头和芯座铸件上直径大于25mm的孔需用型芯铸出。（6）不铸出的孔和槽过小的孔、槽由于铸造困难，一般不子铸出，其尺寸与合金种类、生产条件有关。（7）铸造圆角为了便于造型以及避免铸件在冷缩时尖角处产生裂纹和粘砂等缺陷，模型两壁相交处内角制成圆角。二、型砂和芯砂1.型（芯）砂的性能要求（1）强度型（芯）砂抵抗外力破坏的能力称为强度。第二节砂型铸造（2）透气性型（芯）砂通过气体的能力称为透气性。（3）耐火度型（芯）砂在高温液体金属作用下不熔融、不烧结的性能称为耐火度。（4）退让性铸件冷凝收缩时，型（芯）砂的体积能被压缩而不阻碍铸件收缩的性能称次退让性。（5）流动性在外力或本身重量的作用下，型砂砂粒间相对移动的能力称流动性。（6）可塑性型（芯）砂在外力的作用下变形后，当去除外力时，保持变形的能力称为可塑性。（7）溃散性是指型砂浇注后容易溃散的性能。2.型（芯）砂的组成第二节砂型铸造（1）原砂原砂是型砂的主体，常用二氧化硅含量较高的硅砂或海（河）砂作为原砂。（2）黏结剂黏结剂的作用是使砂粒黏结成具有一定可塑性及强度的型砂。（3）附加物为了改善型（芯）砂的性能而加入的其他物质称附加物。（4）水水能使原砂与黏土混成一体，并保持一定的强度和透气性。（5）涂料为提高铸件表面质量，可在砂型或型芯表面上涂料。3.型（芯）砂的配制第二节砂型铸造三、手工造型第二节砂型铸造第二节砂型铸造1.整模造型第二节砂型铸造2.分模造型第二节砂型铸造第二节砂型铸造3.挖砂造型第二节砂型铸造4.假箱造型第二节砂型铸造5.活块造型第二节砂型铸造第二节砂型铸造第二节砂型铸造第二节砂型铸造第二节砂型铸造四、机器造型1.震压造型2.微震压实造型第二节砂型铸造第二节砂型铸造3.射压造型第二节砂型铸造4.抛砂造型五、造芯1.造芯工艺（1）安放芯骨增强型芯的强度和刚度，在型芯中要安置与型芯形状相适宜的芯骨。第二节砂型铸造（2）开通气孔顺利排出型芯中的气体，要开出通气道。（3）刷涂料刷涂料的作用是防止铸件粘砂，改善铸件内腔表面的粗糙度。（4）烘干烘干的目的是提高其强度和透气性。第二节砂型铸造2.造芯方法第二节砂型铸造第二节砂型铸造六、浇冒口系统1.浇注系统的作用1）使金属液能连续、平稳、均匀地进入型腔，以获得轮廓完整清晰的铸件。2）挡渣，防止熔渣、砂粒或其他杂质进入型腔。3）控制金属液流入型腔的速度和方向。4）调节铸件各部分的凝固顺序和补给铸件在冷凝收缩时所需的金属液。5）有利于排气。第二节砂型铸造2.浇注系统的组成（1）外浇口通常做成漏斗形或盆形，用以减少浇注时金属液对砂型的冲击和使熔渣浮于表面，并引导金属液平稳流入直浇道。（2）直浇道一般做成锥形，以便造型。（3）横浇道截面多为梯形，位于直浇道之下，内浇道之上，其作用是阻止熔渣流入型腔内，并分配金属液流入内浇道。（4）内浇道截面形状多为扁梯形，一般开在下砂箱分型面上。1）封闭式浇注系统。2）开放式浇注系统。3）半封闭式浇注系统。第二节砂型铸造3.冒口1）冒口的凝固时间应大于或等于铸件被补缩部分的凝固时间，应尽量放在铸件被补缩部位的上部或是最后凝固的地方。2）冒口内应有足够的金属液补充铸件的收缩，应尽量放在铸件最高而又较厚的部位，以便利用金属液的自重来进行补缩。3）冒口应与铸件上被补缩的部位之间存在补缩通道，尽可能不阻碍铸件的收缩。4）冒口最好布置在铸件需要机械加工的表面上，以减少铸件精整时的工时。第三节金属的熔炼与浇注一、常用的铸造合金1.铸铁2.铸钢3.铸造铝合金4.铸造铜合金5.铸造镁合金6.铸造锌合金二、铸铁的熔炼第三节金属的熔炼与浇注三、铸钢的熔炼第三节金属的熔炼与浇注第三节金属的熔炼与浇注四、铝合金的熔炼五、合型及浇注1.合型1）检验型腔、浇注系统及表面有无浮砂，排气道是否通畅。2）型芯安放位置要适当、稳固，并注意型芯的排气孔位置是否妥当。3）上、下铸型要对齐，以免造成错型，致使铸件形状尺寸不合格。4）上、下铸型要紧固，以免浇注时由于铁液浮力将上型抬起，造成跑火。第三节金属的熔炼与浇注2.浇注1）严格控制浇注温度。2）掌握好浇注速度。3）掌握好浇注技术。第四节铸件的落砂、清理和缺陷分析一、铸件的落砂、清理1）去除浇冒口。2）去除型芯。3）去除粘砂。4）铸件的修整。二、铸件缺陷分析第四节铸件的落砂、清理和缺陷分析第五节特种铸造一、熔模铸造1）制造的铸件精度高，表面光洁。2）能够铸造各种合金铸件。3）铸件形状可以比较复杂。4）铸件质量不宜太大。第五节特种铸造二、金属型铸造第五节特种铸造三、压力铸造第五节特种铸造四、低压铸造第五节特种铸造五、离心铸造第六节铸造技术的发展趋势一、铸造合金材料、成形及智能化1）以强韧化、轻量化、精密化、高效化目标，开发铸铁新材料；采用铁液脱硫、过滤技术来提高铁液质量；开发薄壁高强度灰铸铁件制造技术、铸铁复合材料制造技术（如原位增强颗粒铁基复合材料制备技术等）、铸铁件表面或局部强化技术（如表面激光强化技术等）。2）研制耐磨、耐蚀、耐热特种合金新材料；开发铸造合金钢新品种（如含氮不锈钢等性能价格比高的铸钢材料），在海工装备用耐海水腐蚀双相铸造不锈钢材料、核电设备用大型不锈钢铸件和新型火电设备用耐高温铸件、大型复杂曲面异性工件电渣熔铸技术及工程应用、航发单晶叶片铸造技术等方面进行拓展，提高材质性能、利用率，降低成本，缩短生产周期。3）开发优质铝合金材料，特别是铝基复合材料。4）研究耐热性能更好的以钛铝化合物为基的高温钛合金；研究高强度耐热铸造镁合金铸件凝固理论及成形工艺等。5）开发铸造复合新材料，如金属基复合材料、母材基体材料和增强强化组分材料；加强颗粒、短第六节铸造技术的发展趋势纤维、晶须非连续增强金属基复合材料、原位铸造金属基复合材料研究；开发金属基复合材料后续加工技术；开发降低生产成本、材料再利用和减少环境污染的技术；拓展铸造钛合金应用领域，降低铸件成本。6）开展铸造合金成分的计算机优化设计，重点模拟设计性能优异的铸造合金，实现成分、组织与性能的最佳匹配。7）开发精确成形技术和近精确成形技术，大力发展可视化铸造技术，推动铸造过程数值模拟技术CAE向集成、虚拟、智能、实用化发展；基于特征化造型的铸造CAD系统将是铸造企业实现现代化生产工艺设计的基础和前提，新一代铸造CAD系统应是一个集模拟分析、专家系统、人工智能于一体的集成化系统。二、铸造原辅材料、装备及检测技术1）建立新的与高密度黏土型砂相适应的原辅材料体系，根据不同合金、铸件特点、生产环境，开发不同品种的原砂、少无污染的优质壳芯砂，抓紧我国原砂资源的调研与开发，开展取代特种砂的研第六节铸造技术的发展趋势究和开发人造铸造用砂；将湿型砂黏结剂发展重点放在新型煤粉及取代煤粉的附加物开发上