项目三任务5：减速器各零件毛坯的确定

1、1,项目三 机械零件的毛坯生产,任务 减速器各零件毛坯的确定,一、布置任务,根据齿轮减速器中各零件的结构特点、性能要求和工作环境等条件，选择适合的毛坯生产方法。并对减速器中的主要零件齿轮、轴、箱体进行铸造工艺设计或锻造工艺设计，并撰写设计说明书。,二、教学目标,使学生带着问题与任务进行有目的的学习，明确学习方向，增强学生学习的积极性和主动性。教师在这的角色由传统的“教”变为更能发挥学生主动性的“导”； 通过学习使学生能根据零件的工作条件和受力情况选择合适的毛坯生产方法，了解毛坯生产的工艺过程； 熟悉各种基本造型方法以及选用的基本原则； 掌握基本造型方法的特点及其应用范围； 针对不同工件能正确判

2、断分型面的位置，并选择其合适的毛坯生产方法。 通过对同一零件用不同的毛坏生产方法所可能造成的性能影响进行对比，使学生在对比中强化知识，提高学生的综合分析能力。,三、相关知识的学习,5,第一讲 铸造 第二讲 锻压 第三讲 焊接,第一节 概述 第二节 铸造的工艺基础 第三节 砂型铸造 第四节 特种铸造,第一讲 铸造,铸造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其它工艺方法相比，它具有成本低，工艺灵活性大，适合生产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。,第一节 概 述,第二节 铸造的工艺基础,主要影响因素,第三节 砂型铸造,是指用砂粒制备铸型来生产铸件的铸造方法。可追溯到公元前3000400

3、0年，用石头和金属型做出铜器。,3.1、砂型铸造生产过程,砂型铸造生产过程包括以下步骤： 绘制零件铸造工艺图制造模样和芯盒造型和造芯下芯、合箱浇注落砂清理质量检验获得合格铸件。,3.2 基本造型方法,整模造型、分模造型、挖砂造型、活块造型、三箱造型,（1）.整模造型,特点： 分型面为平面，铸型型腔全部在一个砂箱内，造型简单，铸件不会产生错箱缺陷。 应用范围： 铸件最大截面在一端，且为平面。,（2）.分模造型,特点： 模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱内。造型方便，但制作模样较麻烦。 应用范围： 最大截面在中部，一般为对称性铸件。,（3）挖砂造型,特点： 模样为整体模，造型时需挖去阻

4、碍起模的型砂，故分型面是曲面。造型麻烦，生产率低。 应用范围： 单件小批生产模样薄、分模后易损坏或变形的铸件。,（4）活块造型,特点：将模样上妨碍起模的部分，做成活动的活快，便于起模。造型和制作模样都很麻烦，生产率低。 应用范围：单件小批生产带有突起部分的铸件。,（5）三箱造型,特点： 铸件两端截面尺寸比中间部分大，采用两箱无法起模，将铸型放在三个砂箱中，组合而成。三箱造型的关键是选配合适的中箱。造型复杂，易错箱，生产率低。 应用范围：单件小批生产具有两个分型面的铸件。,3.3分型面选择原则：,应尽量使铸件位于同一铸型内 尽量减少分型面 尽量使分型面平直 尽量使型腔和主要型芯位于下型,实例分析

5、及课堂讨论,请分析下列模样应该选择的正确造型方法 手轮 油盒盖 四方小刀台 燕尾槽滑块,课堂小结,铸造是脆性材料成型的唯一方法。 人类最早的金属制品是青铜铸件。 铸造是液态成型，造型应遵循实体相反原理。 选择造型方法应综合考虑零件的批量、大小、形状复杂程度、材质以及经济性等因素。,第四节 特种铸造,金属型铸造：,熔模铸造：工艺过程,特点和应用： 1、铸件尺寸精度高，表面光洁； 2、可铸造形状复杂零件； 3、工艺过程复杂，生产周期长，成本高； 4、适于铸造小尺寸的各类合金铸件，特别是少切削或 无切削精密铸件。,应用实例：航空发动机等轴晶叶片的制备 航空发动机叶片早期采用变形高温合金材料，随着合金

6、材料强度要求的提高，人们采用合金化的方法来提高强度，效果明显，但同时也增加了材料的加工难度。,压力铸造：,大型压铸机及压铸模,特点和应用： 1、浇注时间短，易于机械化、自动化作业； 2、铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好； 3、铸件尺寸精度高，表面光洁； 4、凝固速度快，排气困难，易形成疏松和缩孔； 5、模具成本高，铸件尺寸受限； 6、适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产。,低压铸造：,低压铸造火车车轮示意图,特点和应用： 1、充型压力和充型速度易于控制，气孔、夹渣较少； 2、铸型散热快，组织致密，机械性能好； 3、无需冒口设置，金属利用率高； 4、铸件尺寸精度高，表面光洁； 5、适于生产质

7、量要求高的铝镁等有色金属铸件。,2、改善金属的流动性，提高了充型能力； 3、简化了中空圆柱形铸件的生产过程； 4、成分偏析严重，尺寸难以控制； 5、特别适于横截面呈圆柱的铸件生产。,特点和应用： 1、离心力改善了补缩条件，缩孔等缺陷减少；,离心铸造：,33,第二讲 锻压,第一节 工艺基础,1、本质 利用固态金属的塑性，使其受力，改变形状、尺寸并改善组织，性能，获得所需形状、尺寸和可靠性能的毛坯或零件。,2、条件 ）塑性材料。低碳钢、铝、铜合金最好； ）受力塑性变形、满足屈服条件：s（材料屈服强度）。,、方法 ）锻造 自由锻造和模膛锻造,自 由 锻 造,模 膛 锻 造,）板料冲压,）冷拔和冷镦,

8、）轧制、挤压等,第二节 锻造方法与工艺,、自由锻造 垂直方向（Z向） 受力； 水平方向（X、Y 向） 自由变形。,设备 ： 空气锤、蒸汽空气锤；,工序： 镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切断等；,应用 ： 单件、小批量生产, 大型锻件的唯一锻造方法；,、模膛锻造 金属热坯在锻模模膛内三向压应力状态下的塑性变形。,特点：锻件精度高，锻造曲线合理，力学性能 好；生产效率高；金属消耗少。,应用 ： 能锻制难以形成的复杂锻件，如汽车连 杆、前梁、曲轴等。,）锻模材料 要求：高温下具有足够的强度、硬度、韧性 耐磨性、抗热疲劳性、回火稳定性等。,热处理：淬火中温回火（400500 ）,钢种：热作模具钢 CrNiM

9、o 4Cr5MoSiV(H11) 4Cr5MoSiV1(H13) 等。,工作温度：400600 ,、锻模,2）功能模膛 上下模腔封闭时所构成的模膛，每个锻模模膛完成一定功能。,制坯模膛,拔长模膛,滚压模膛,弯曲模膛,成形模膛 预锻模膛：使坯料形状、 尺寸更接近锻件，一般 不设置飞边槽。 终锻模膛：最终变形到 所需要的外形与尺寸， 分模面四周设有飞边槽。,）飞边与冲孔连皮 飞边坯料沿分模面锻挤出来的部分多余金属，于飞边槽内积聚而成。 飞边槽的作用： 容纳多余金属形成飞边； 飞边先冷却，增加坯料流动阻力，便于金属充满模膛。,冲孔连皮： 对于通孔锻件，孔的中部垂直横截面上下预留一薄层金属而不贯通，称

10、为冲孔连皮，以防止上、下模的冲孔凸模不至直接相撞。,飞边与冲孔连皮通过 切边与冲孔而至终 消除 。,、模锻设备,模锻锤,热模锻压力机,平锻机,水压机,、自由锻造工艺,）绘制锻件图,）计算坯料及尺寸 G坯G锻G烧损G料损,3）确定锻造温度范围 碳钢： 始锻温度 1200； 终锻温度 800。,4）确定变形工序 镦粗、拔长、弯曲、冲孔等。,5）编写锻造工艺卡（以带中心孔的盘类锻件例）,、模锻工艺与锻模结构设计,）绘制模锻件图锻模设计的依据,设计内容： 确定分模面上、下锻模的分界面 原则：选择锻件最大水平投影面，模膛深度浅且沿分模面对称。,追加加工余量、工艺余块，规定锻件公差。 设计模锻斜度和锻造圆

11、角。,）选定模锻工步，确定锻模模膛。,根据锻件的形状和尺寸来定。,）计算坯料重量，追加20%25%的飞边与冲孔连皮。,）确定后续工序切边、冲孔、校正、热处理及表面氧 化皮清理等。,）选择锻造设备。,第三节 板料冲压,前提 ： 塑性良好的薄板容易成形，可以冲压成复杂空间立体零件，且省料、省力，产品精度高，表面质量好。,板料要求： 低碳钢、铝、铜、镁合金等。厚度一般不超过10 mm，表面无伤痕。 设备： 剪板机（剪成条料）、冲床、液压机等。,冲压基本工序,）金属板料的分离过程 冲裁模的凸模（头）与凹模都有锋利刃口。两者间有间隙。,、分离工序（冲裁）包括落料和冲孔。 分别在落料和冲孔模中进行。,）弯

12、曲 ：,、变形工序 包括弯曲、拉深、翻边和局部成形等。,）拉深,压边,拉深废品及缺陷,起皱,拉裂,）翻边,）局部变形,旋压,压肋,81,第三讲 焊接,第一节 概述,一.焊接的概念： 通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。 二,特点: (1)节省金属材料，结构重量轻。 (2)以小拼大、化大为小，制造重型、复杂的机器零部件，简化铸造、锻造及切削加工工艺，获得最佳技术经济效果。 (3)能够制造双金属结构，使材料的性能得到充分利用。,三、应用：焊接技术在机器制造、造船工业、建筑工程、电力设备生产、航空及航天工业等应用十分广泛。 四、不足：焊接技术也还存在一些不足之

13、处，如焊接结构不可拆卸，给维修带来不便；焊接结构中会存在焊接应力和变形；焊接接头的组织性能往往不均匀，并会产生焊接缺陷等。,第二节 焊条电弧焊,一、焊接电弧： 电弧：引燃焊接电弧时，通常是将两电极（一极为工件，另一极为填充金属丝或焊条）接通电源，短暂接触并迅速分离，两极相互接触时发生短路，形成电弧。这种方式称为接触引弧。电弧形成后，只要电源保持两极之间一定的电位差，即可维持电弧的燃烧。,电弧特点：电压低、电流大、温度高、能量密度大、移动性好等，一般2030V的电压即可维持电弧的稳定燃烧，而电弧中的电流可以从几十安培到几千安培以满足不同工件的焊接要求，电弧的温度可达5000度以上，可以熔化各种金

14、属。 电弧组成： 1-电极 2-直流电源 3-弧柱区 4-工件 5-阳极区 6-阴极区,二、焊接设备： 1、交流弧焊机：实际上是符合焊接要求的降压变压器。工作电压是30V。 2、直流弧焊机：弧焊整流器是一种将交流电变为直流电的电焊机，重量轻、结构简单、无噪声、制造维修较为方便。 3、焊接用具：焊钳、面罩、焊接电缆、焊条保温筒、敲渣锤、皮革手套、帆布工作服、护脚及绝缘胶鞋。,1、焊芯：作为电极，产生电弧，并传导焊接电流，焊芯熔化后作为填充金属成为焊缝的一部分。焊条直径是由焊丝直径来表示的，一般为1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、6.0、8.0mm等规格，长度为300450mm。 2

15、、药皮：压涂在焊芯表面的涂料层，它的主要作用是保证电弧稳定燃烧；造气、造渣以隔绝空气，保护熔化金属；对熔化金属进行脱氧、去硫、渗合金元素等。 3、焊条的型号及牌号：,三、焊条： 电弧焊所使用的焊接材料，由心部的金属焊芯和表面药皮涂层组成。,1）、按所含氧化物的酸碱性分为： 酸性焊条：熔渣中以酸性氧化物为主（TiO2、SiO2 等） ，氧化性强，合金元素烧损大，故焊缝的塑性和韧度不高，且焊缝中氢含量高，抗裂性差，但酸性焊条具有良好的工艺性，对油、水、锈不敏感，交直流电源均可用，广泛用于一般结构件的焊接。 碱性焊条：药皮中以碱性氧化物以莹石为主（CaO、Na2O等） ，并含较多铁合金，脱氧、除氢、

16、渗金属作用强，其焊缝金属的含氢量较低，有益元素较多，有害元素较少，因此焊缝力学性能与抗裂性好，但碱性焊条工艺性较差，电弧稳定性差，对油污、水、锈较敏感，抗气孔性能差，一般要求采用直流焊接电源，主要用于焊接重要的钢结构或合金钢结构。,2）、按焊条的用途不同：焊条可分为结构钢焊条（碳钢焊条及低合金焊条）、不锈钢焊条、铸铁电焊条、耐热钢电焊条、低温电焊条、堆焊焊条、铜和铜合金、镍和镍合金、铝及铝合金焊条等，其中结构钢焊条应用最广。 碳钢焊条的编制 碳钢焊条的型号由字母“E”四位数字组成。字母“E”表示焊条；前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，碳钢焊条分E43(熔敷金属抗拉强度420Mpa)和E5

17、0(熔敷金属抗拉强度490Mpa)两个系列；第三位数字表示焊条的焊接位置，“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接（平、立、仰、横焊），“2”表示焊条适用于平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊；第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型，,焊接电源种类及药皮类型,四、焊接工艺： 1、焊接接头、坡口及焊接缝位置：焊接接头由焊缝金属、熔合区和焊接热影响区组成。 焊缝金属的组织和性能 焊缝金属是由母材和焊条（丝）熔化形成的熔池冷却结晶而成的。由于焊缝组织是铸态组织，故晶粒粗大、成分偏析，组织不致密。但由于焊丝本身的杂质含量低及合金化作用，使焊缝化学成分优于母材，所以焊缝金属的力学性能一般

18、不低于母材。,2、焊缝布置 焊缝位置对焊接接头的质量、焊接应力和变形以及焊接生产率均有较大影响，因此在布置焊缝时，应考虑： 1）焊缝位置应便于施焊，有利于保证焊缝质量 焊缝可分为平焊缝、横焊缝、立焊缝和仰焊缝四种型式，如图所示。其中施焊操作最方便、焊接质量最容易保证的是平焊缝，因此在布置焊缝时应尽量使焊缝能在水平位置进行焊接。a)平焊 b)横焊 c)立焊 d)仰焊,除焊缝空间位置外，还应考虑各种焊接方法所需要的施焊操作空间。下图所示为考虑手工电弧焊施焊空间时，对焊缝的布置要求； 手工电弧焊对操作空间的要求 a）合理 b）不合理,2）、焊缝布置应有利于减少焊接应力和变形： （1）尽量减少焊缝数量

19、 采用型材、管材、冲压件、锻件和铸钢件等作为被焊材料。如下图所示箱体构件，如采用型材或冲压件图b焊接，可较板材图a减少两条焊缝。,（2）尽可能分散布置焊缝 如图所示。焊缝集中分布容易使接头过热，材料的力学性能降低。两条焊缝的间距一般要求大于三倍或五倍的板厚。 分散布置焊缝 a）不合理 b）合理,（3）尽可能对称分布焊缝 如图所示。焊缝的对称布置可以使各条焊缝的焊接变形相抵销，对减小梁柱结构的焊接变形有明显的效果。 对称分布焊缝 a）不合理 b）合理,3）焊缝应尽量避开最大应力和应力集中部位： 以防止焊接应力与外加应力相互叠加，造成过大的应力而开裂。不可避免时，应附加刚性支承，以减小焊缝承受的应力。 焊缝避开最大应力集中部位 a）不合理 b）合理,4）焊缝应尽量避开机械加工面 ：一般情况下，焊接工序应在机械加工工序之前完成，以防止焊接损坏机械加工表面。此时焊缝的布置也应尽量避开需