机械制造基础(上海交大出版社) PPT课件

1、,1,1、教材介绍,机械制造基础是为适应金属工艺学理论与实践教学而精心编写的一本较为成功的教材。从1998年5月第一版问世以来，受到全国许多高校同仁的厚爱，使用量已达5万多册，十多所高校采用为授课教材，数十所高校将其作为教学参考书。2001年3月第二版出版，2005年11月第三版发行。 本书第一版获上海市优秀教材三等奖，第二版于2004年获上海市教材二等奖，并于今年被定为国家十一五规划教材。 为了更好地使用本教材，作者根据在上海大学金工理论教学和实践教学的多年积累，编著了与教材配套的多媒体教材。,1,2,机械制造基础多媒体教材分为上、下二册，每册8辑，共16辑。包含了金工实习和工程材料、热加工

2、、冷加工理论教学的全部内容。上册包括： 第一辑：工程材料 第二辑：铸造成形（上） 第三辑：铸造成形（下） 第四辑：锻压成形（上） 第五辑：锻压成形（下） 第六辑：焊接成形（上） 第七辑：焊接成形（下） 第八辑：非金属材料成形和快速成形,2、多媒体教材介绍,2,3,下册包括：,第一辑：测量 金属切削基础 第二辑：钳工 第三辑：车削加工和螺纹加工 第四辑：铣削加工/刨削加工/镗削加工/拉削加工 第五辑：齿轮加工/磨削加工/精密加工 第六辑：数控加工 第七辑：特种加工和CAD/CAM技术 第八辑：机械制造工艺过程/现代制造技术的发展,3,4,第一辑工程材料 工程材料部分主要包含了以下内容：,4,1.

3、5.1 固溶体 1.5.2 固溶体的性能 1.6 铁碳合金 1.6.1 铁碳合金基本组织 1.6.2 铁碳合金相图 1.6.3 铁碳合金室温组织性能 随成分的变化规律 1.7 钢的热处理 1.7.1 概述 1.7.2 钢在加热时的转变 1.7.3 钢在冷却时的转变 1.7.4 常用的钢的热处理1.8 塑料 1.8.1 塑料的组成 1.8.2 塑料的分类和性能 1.9 现代结构材料 1.9.1 铝合金,1.1 概 述 1.1.1 金属材料的发展 1.1.2 非金属材料及复合材料 的发展 1.1.3 新材料的发展趋势 1.2 金属材料简介 1.2.1 金属材料的种类 1.2.2 金属材料的性能 1

4、.3 晶体的结构 1.3.1 晶体与非晶体 1.3.2 实际金属的晶体结构 1.4 金属的结晶 1.4.1 结晶的概念 1.4.2 金属结晶过程 1.4.3 铸态晶粒的大小 1.4.4 金属的同素异构1.5 二元合金的晶体结构,1.9.2 钛合金 1.9.3 镍及镍合金 1.9.4 镁及镁合金 1.9.5 难熔金属 1.9.6 先进陶瓷 1.9.7 复合材料 1.10 功能材料 1.10.1 传感器用敏感材料 1.10.2 电功能材料 1.10.3 磁功能材料 1.10.4 新能源材料 1.10.5 光学功能材料 1.10.6 热功能材料 1.10.7 力学、声学功能材料 1.11 纳米材料

5、1.11.1 纳米材料的发展 1.11.2 纳米材料的应用及前景,5,6,实验证明，金属材料能承受的交变应力与断裂前应力循环次数 N 有如图1-6所示的规律。由图所知，当低于某一值时，曲线与横坐标平行，表示材料可经无限次循环而不断裂，这一应力称疲劳强度或疲劳极限。 用1表示光滑试样对称弯 曲疲劳强度。一般钢的循环次数为107，有色金属为108。,疲劳强度（续）,动画: 疲劳强度曲线,疲劳强度曲线,6,7,7. 高温下的力学性能,材料在高温下其力学性能与常温下是完全不同的。 许多机械零件在高温下工作，所以在室温下测定的性能指标就不能代表其在高温下的性能。 一般来说，随着温度的升高，弹性模量E、屈

6、服强度S、硬度等值都将降低，而塑性将会增加，除此之外，还会发生蠕变现象。 蠕变是指金属在高温长时间应力作用下，即使所加应力小于该温度下的屈服强度，也会逐渐产生明显的塑性变形直至断裂。有机高分子材料，即使在室温下也会发生蠕变现象。,7,8,在9.11恐怖事件中，美国引以为傲的纽约世界贸易中心大楼完全倒塌。恐怖分子劫持的客机撞击大楼中上部，为何会造成整栋大楼完全倒塌？大楼为何会垂直塌落而不是倾倒？ 这里可能部分牵涉到材料在高温下的力学性能问题。,教学视频:世界贸易中心大楼倒塌,纽约世贸大楼曾是世界第一高楼，它高411m，单个塔楼的重量约5万t。撞击大楼的波音757飞机起飞重量104t，波音767飞

7、机起飞重量156t 。它们的飞行速度大约是每小时1000km。从速度比这小得多的汽车相撞事故，可以想象这次大型客机撞击大楼的冲击力有多么的巨大。,世贸大楼倒塌,案例,8,9,教学视频：倒塌原因分析,这次撞击大楼的波音757飞机大约可载35t燃油，波音767飞机可载51t燃油，由于是从美国东部飞往西部的远程航班，所以飞机上的油箱估计装满了燃油。在起飞后这些飞机很快改变航线撞击纽约世界贸易中心大楼，机上燃油消耗很少，几乎将它的满满一油箱的优质航空煤油都撒到了大楼里，并燃起了熊熊大火。,但据幸存者描述，飞机的撞击使大楼虽然晃动了近1m，但整幢大楼无论是内部还是外部并没有严重塌落，这是大量楼内工作人员

8、得以逃生的关键。,9,10,2.晶格、晶胞和晶格常数,动画：晶体中原子排列示意图,在空间点阵中取一单位体积（通常为六面体）作为点阵的最小组成单元，称为晶胞。晶胞的大小和形状以晶胞的棱边长a、b、c 和棱边之间的夹角、来表示。,10,11,金属溶液在凝固后一般都以晶质状态存在，即内部原子由不规则的排列转变到规则排列，形成晶体的过程。 金属的结晶过程是不断形成晶核和晶核不断长大的过程，即由晶核的产生和长大两个基本过程组成的。,1.4.2 金属结晶过程,教学视频：金属的结晶,11,动画：金属的结晶,12,2)亚共析钢结晶过程,动画：亚共析钢结晶过程,12,13,(3) 分级淬火法。将加热的工件在Ms

9、点附近的盐浴或碱浴中淬火，然后取出缓冷的淬火方法。其特点是显著减少淬火变形与开裂，是用于截面尺寸较小淬透性较高的钢件。 (4) 等温淬火。将加热工件在稍高于Ms点附近温度的盐浴或碱浴中冷却并保温足够时间而获得下贝氏体组织的淬火方法。其特点是工件具有良好的综合力学性能，一般不必回火。多用于形状复杂和要求较高的小件。,13,动画：淬火冷却方法,淬火冷却方法,14,（4）电接触加热表面淬火。其特点是工件变形小，工艺简单，不需回火，但硬化层薄、形状复杂的工件不宜采用。,（5）激光加热表面淬火。激光加热表面淬火是以高能量激光束扫描工件表面，使工件表面快速加热到钢的临界点以上，利用工件基体的热传导实现自冷

10、淬火，实现表面相变硬化。 激光加热表面淬火最佳的原始组织是调质组织，淬火后零件变形极小，表面质量很高，特别适用于拐角、沟槽、盲孔底部及深孔内壁的热处理，而这些部位是其他表面淬火方法极难做到的。,14,动画： 电接触加热表面火,电接触和激光表面淬火,15,第二辑：铸造成形(1),铸造成形（1）部分主要包含了以下内容：,15,2.1 概 述 2.2 铸件形成理论基础 2.2.1 金属的充型 2.2.2 合金的收缩 2.3 造型方法 2.3.1 手工造型 2.3.2 机器造型 2.3.3 造型生产线 2.4 铸造工艺分析 2.4.1 浇注位置和分型面的确定 2.4.2 浇注系统的确定 2.4.3 型

11、芯的形式 2.4.4 主要工艺参数的确定 2.4.5 铸造工艺图的制定,16,目录,17,北京明朝永乐青铜大钟重达46.5t，钟高6.75m，钟唇厚22cm，外径3.3m，钟体内遍铸经文22.7万字，击钟时尾音长达2min以上，传距20km。永乐青铜大钟外形和内腔如此复杂、重量如此巨大、质量要求如此之高，若不采用铸造方法和具有精湛的铸造技术，是难以用其他任何方法制造的。,教学视频：永乐大钟,17,18,缩孔的防止方法可以考虑采用冒口补充热节圆处的金属液体，和采用冷铁激冷远离冒口处的金属，在生产上一般称为定向凝固补缩原则。即远离冒口处的金属先凝固，靠近冒口处的金属后凝固，冒口处的金属最后凝固，形

12、成一条畅通的补缩通道，如下图所示。,动画：定向凝固,18,19,三箱造型的特点是只能手工造型。因此，造型时工艺操作比较麻烦，只适应于单件小批生产。由于三箱造型的中箱高度与中箱模样的高度相等，故中箱的通用性较差。并且由于机器造型不能采用三箱造型，在大批生产时，往往采用外型芯环，从而使槽轮铸件的三箱造型变为两箱造型。,19,动画：变三箱造型为两箱造型,20,(5)应尽量使加工基准面与大部分加工面在同一砂箱内,动画：分型面选择原则5,20,以确保铸件的加工精度。,21,浇注系统的类型很多，根据合金种类和具体铸件情况不同，按照内浇道在铸件上开设位置的不同，可将浇注系统分为顶注式、底注式、中间注入式和分

13、段注入式等。,1)顶注式浇注系统,2.浇注系统的类型,优点是易于充满型腔，型腔中金属的温度自下而上递增，因而补缩作用好、简单易做、节省金属。但对铸型冲击较大，有可能造成冲砂、飞溅和加剧金属的氧化。所以这类浇注系统多用于重量小，高度低和形状简单的铸件。,动画：顶注式浇注系统,21,22,2.4.3 型芯的形式,1.型芯的作用 型芯是砂型的一部分，在制造中空铸件或有妨碍起模的凸台铸件时，往往要采用型芯。,教学视频：型芯的作用,22,23,4.型芯的制作,教学视频：手工制芯,教学视频：机器制芯,23,24,铸造成形（2）部分主要包含了以下内容：,24,2.5 特种铸造 2.5.1 金属型铸造 2.5

14、.2 离心铸造 2.5.3 压力铸造 2.5.4 低压铸造 2.5.5 熔模铸造 2.5.6 壳型铸造 2.5.7 陶瓷型铸造 2.5.8 磁性铸造 2.5.9 石墨型铸造 2.5.10 真空吸铸 2.5.11 差压铸造 2.6 常用铸造方法的比较 2.7 铸造新工艺新技术简介 2.7.1 真空密封造型 2.7.2 气流冲击造型 2.7.3 消失模造型,2.7.3 消失模造型 2.7.4 冷冻造型法 2.7.5 半固态金属铸造 2.7.6 SSM技术在全世界应用日益广泛 2.8 铸造技术的发展趋势,第3辑：铸造成形(2),25,26,2.5 特种铸造,所谓特种铸造，是指有别于砂型铸造方法的其他

15、铸造工艺。 特种铸造一般能至少实现以下一种性能：,提高铸件的尺寸精度和表面质量 提高铸件的物理及力学性能 提高金属的利用率(工艺出品率) 减少原砂消耗量 适宜高熔点、低流动性、易氧化合金铸造 改善劳动条件，便于实现机械化和自动化,26,27,随着大工业的到来，机器造型和特种铸造的需求日益上升，金属型开始进入使用。 砂型 一次型 泥型 半永久型 金属型 永久型,动画：整体式金属型铸造,27,28,压铸模是进行压铸生产的主要工艺装备，压铸生产过程能否顺利进行，铸件质量有无保证，在很大程度上取决于模具结构的合理性和技术上的先进性。 压铸模主要由动模和定模两大部分组成，其总体结构如下图所示。,3.压铸

16、模,动画：压铸模,28,29,型壳熔模铸造工艺如下视频所示。用易熔材料(蜡或塑料等)制成精确的可熔性模型,并进行蜡模组合，涂以若干层耐火涂料，经干燥硬化成整体型壳，加热型壳熔失模型，经高温焙烧而成耐火型壳，在型壳中浇注铸件。,教学视频 熔模铸造工艺,29,型壳熔模铸造工艺,30,铸造生产中，砂型（芯）直接承受液体金属作用的只是表面一层厚度仅为数毫米的砂壳，其余的砂只起支撑这一层砂壳的作用。若只用一层簿壳来制造铸件，将减少砂处理工部的大量工作，并能减少环境污染。 1940年，Johannes Croning发明用热法制造壳型，称为“C法”或“壳法”(shell process)，或叫壳型造型(s

17、hell molding)，目前该法不仅可用于造型，更主要的是用于制壳芯。,2.5.6 壳型铸造,30,31,1.壳型铸造（翻斗法） 该法用酚醛树脂作黏结剂，配制的型（芯）砂叫覆膜砂，像干砂一样松散。其制壳的方法有两种：翻斗法和吹砂法。翻斗法常用于制造壳型，吹砂法用于制造壳芯。,31,动画：壳型铸造（翻斗法）,32,教学视频：壳形铸造,32,33,磁性铸造是德国在研究消失模铸造的基础上发明的铸造方法，其实质是采用铁丸代替型砂及型芯砂，用磁场作用力代替铸造黏结剂，用泡沫塑料气化模代替普通模样的一种新的铸造方法。其质量状况与实型铸造相同，同时比实型铸造更减少了铸造材料的消耗。经常用于自动化生产线上

18、，可铸材料和大小范围广，常用于汽车零件等精度要求高的中小型铸件生产。,2.5.8 磁性铸造,33,动画：磁型铸造,34,差压铸造装置如动画所示，其工作原理是：浇注前密封室内有一定的压力（或真空度），然后借往密封室A中加压或由密封室B减压，使A、B室之间形成压力差，进进行升液、充型和结晶。,34,动画：差压铸造,2.差压铸造的工作原理,35,2.6常用铸造方法的比较,表2-7常用铸造方法与砂型铸造方法的比较,常用铸造方法与砂型铸造方法的比较见表2-7。,35,36,锻压成形(1)部分主要包含了以下内容：,36,3.1 金属的塑性变形及锻造性能 3.1.1 金属的塑性变形 3.1.2 金属及合金的

19、锻造性能 3.2 锻造 3.2.1 自由锻造 3.2.2 胎模锻 3.2.3 模型锻造 3.2.4 压力机上模锻 3.2.5 锻造自动生产线,第4辑：锻压成形(1),37,38,锻压是利用金属的塑性变形，改变坯料的尺寸和形状，并改善其内部组织和力学性能，获得所需毛坯或零件的成形加工方法。 锻造和冲压是锻压成形的主要方法之一。 锻造一般是将轧制圆钢、方钢（中、小锻件）或钢锭（大锻件）加热到高温状态后进行加工。锻造能够改善铸态组织、锻合铸造缺陷（缩孔、气孔等），使锻件组织紧密、晶粒细化、成份均匀，从而显著提高金属的力学性能。因此，锻造主要用来制造那些承受重载、冲击载荷、交变载荷的重要的机械零件或毛

20、坯，如各种机床的主轴和齿轮、汽车发动机的曲轴和连杆、起重机吊钩及各种刀具、模具等。,第3章 锻压成形,38,39,3.1.1 金属的塑性变形,3.1 金属的塑性变形及锻造性能,动画：单晶体正应力拉伸,1. 塑性变形 金属在外力作用下，内部产生应力和应变。当应力小于屈服强度时，内部只发生弹性应变；当应力超过屈服强度时，迫使组成金属的晶粒内部产生滑移或孪晶，同时晶粒间也产生滑移和转动，因而形成了宏观的塑性变形。 1）弹性变形及破断 当金属受外力作用时，外力可分为正应力和切应力，正应力使金属产生弹性变形或破断。,39,40,2）单晶体塑性变形,实验表明，晶体只有在切应力的作用下才会发生塑性变形。室温

21、下，单晶体的塑性变形主要是通过滑移和孪生进行的。滑移是指在切应力作用下，晶体的一部分相对于晶体的另一部分沿滑移面作整体滑动，动画为单晶体在切应力作用下的滑移变形过程。,动画：单晶体在切应力作用下的滑移变形,40,41,动画：几种常用锻压方法的应力状态,41,42,综上所述，金属的锻造性不仅取决于金属的本质，还取决于变形的工艺条件。因此，进行压力加工时，要力求创造最有利的变形条件,充分发挥金属的塑性，降低变形抗力，使能量消耗最少,用最经济的方法达到加工的目的。,教学视频：锻造性及其影响因素,42,43,2自由锻的基本工序,自由锻的基本工序是指锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工艺过程。主要包括镦

22、粗、拔长、弯曲、冲孔、扭转、错移等，其中最常用的是镦粗、拔长和冲孔。 1) 镦粗 使坯料整体或一部分高度减小、截面积增大的工序 (1)镦粗的种类。分为完全镦粗、局部镦粗和垫环镦粗等。,动画：镦粗,43,44,4） 弯曲 5） 扭转,教学视频：弯曲,教学视频：扭转,将毛坯弯成所需形状的工序，在进行弯曲变形前，先要将毛坯锻成所需形状，使体积合理分配。便于获得合格产品。,将毛坯一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的工序。,44,45,2)典型锻件的自由锻工艺示例,45,表3-2 自由锻工艺,46,46,典型锻件的自由锻工艺示例 （续）,典型锻件的自由锻工艺示例（续）,47,1胎模锻锻模的种类、结

23、构及用途,47,表3-3 胎模的种类、结构和用途,48,锻压成形(2)部分主要包含了以下内容：,48,3.3 板料冲压 3.3.1 概述 3.3.2 冲压设备 3.3.3 冲压的基本工序 3.3.4 冲模 3.4 粉末冶金 3.4.1 粉末冶金的概念及工艺过程 3.4.2 粉末冶金的特点与应用 3.5 锻压新工艺,3.5.1 超塑性成形 3.5.2 粉末锻造 3.5.3 液态模锻 3.5.4 多向模锻 3.5.5 半固态金属塑性成形 3.5.6 高能率成形 3.5.7 精密冲裁 3.5.8 回转成形 3.5.9 其他成形,第4辑：锻压成形(1),49,50,板料冲压是在冲床上用冲模使金属或非金

24、属板料产生分离或变形而获得制件的加工方法。板料冲压通常在室温下进行，所以又叫冷冲压。用于冲压的材料必须具有良好的塑性，常用的有低碳钢、高塑性合金钢、铝和铝合金、铜和铜合金等金属材料以及皮革、塑料、胶木等非金属材料。冲压的优点是生产率高、成本低；成品的形状复杂、尺寸精度高、表面质量好且刚度大、强度高、重量轻，无需切削加工即可使用。因此在汽车、拖拉机、电机、电器、日常生活用品及国防工业生产中得到广泛应用。,3.3 板料冲压3.3.1 概述,50,51,冲压常用的设备有剪床和冲床等。剪床的作用是把板料切成一定宽度的条料，为后续的冲压备料。冲床的作用是完成冲压的各道工序，生产出合格的产品。,3.3.2

25、 冲压设备,动画：剪床工作原理,剪床,51,52,1）翻边 所谓翻边就是将零件的孔边缘或外边缘在模具作用下，翻成竖立边缘的一种冲压工艺方法。,4. 其他成形工序简介,动画：翻边,教学视频：翻边,52,53,冲模是实现坯料分离或变形必不可少的工艺装备，工作时必须保证冲出合格的制件，同时能适应生产规模的需要，还应使模具制造及维修方便，操作简单、安全可靠。 1.冲模的结构组成和作用 一副完整的冲模应由工作零件、定位零件、卸料零件、导向零件、基础零件及紧固零件六大部分组成。,3.3.4 冲模,动画：模具剖视,53,54,教学视频：冲模,54,55,3)板料的真空成形和吹塑成形,将超塑性板料放在模具中，

26、并与模具一起加热到超塑性温度后，将模具内的空气抽出（真空成形）或向模具内吹入压缩空气（吹塑成形），利用气压差使板坯紧贴在模具上，从而获得所需形状的工件。这种方法主要适合于成形钛合金、铝合金、锌合金等形状复杂的壳体零件。 通常零件厚度 在0.44mm之间的 薄板用真空成形法， 而厚度较大、强度 较高的板料用吹塑 法。,真空成形和吹塑成形,55,56,2. 粉末锻造的工艺流程,粉末锻造的工艺流程为： 制粉 混粉 冷压制坯 烧结加热 模锻 热处理 成品。,动画：粉末锻造的工艺流程,56,57,3.5.6 高能率成形,高能率成形是利用炸药或电装置在极短时间内释放出化学能、电能、电磁能等，通过空气或水等

27、传压介质产生的高压冲击波使板坯迅速变形和贴模而获得制件的成形方法。 常用的高能率成形方法有爆炸成形、电液成形、电磁成形等。它们的共同特点是模具简单，零件精度高、表面质量好，能加工塑性差的难成形材料，生产周期短、,成本低。 1. 爆炸成形 爆炸成形是利用高能炸药在爆炸瞬间释放出的巨大化学能对金属毛坯进行加工的一种高能率成形方法。,动画：爆炸成形,57,58,与模锻件相比，辊锻件力学性能较好，尺寸稳定，可节省材料，但尺寸和形状精度不高并且只能使截面变小，不能使截面变大，故主要适用于生产长轴类、长杆类锻件或锻坯。目前，辊锻工艺已用于制造汽车、拖拉机的前梁、连杆、传动轴、转向节以及涡轮机叶片等零件。,

28、教学视频：辊锻,动画：辊锻,58,59,焊接成形(1)部分主要包含了以下内容：,59,4.1 概论 4.2 手工电弧焊 4.2.1 焊接电弧 4.2.2 焊缝形成过程 4.2.3 电焊条 4.3 其他焊接方法 4.3.1 气焊与气割 4.3.2 二氧化碳气体保护焊 4.3.3 氩弧焊 4.3.4 埋弧自动焊 4.3.5 电渣焊 4.3.6 电阻焊 4.3.7 钎焊 4.3.8 摩擦焊 4.4 焊接接头 4.4.1 焊接接头的组织与性能 4.4.2. 焊接接头的缺陷,第6辑：焊接成形(1),60,61,4.1 概论,焊接是现代制造技术中重要的金属连接技术。焊接成形技术的本质在于：利用加热或者同时

29、加热加压的方法，使分离的金属零件形成原子间的结合，从而形成新的金属结构。 1. 连接方法分类 可拆式连接：螺纹联接、摩擦联接 不可拆式连接：焊接、粘接、铆接 焊接方法种类很多。根据焊接过程的特点，可以把常用的焊接方法分为: 熔化焊 压力焊 钎焊,61,62,1.引弧过程,焊接时,先将焊条与焊件瞬时接触,发生短路.强大的短路电流流经少数几个接触点,致使接触点处温度急剧升高并熔化,甚至部分发生蒸发。当焊条迅速提起时，焊条头温度已升得很高，在两电极间的电场作用下，产生了热电子发射。飞速,的电子撞击焊条端头与焊件间的空气，使之电离成正离子和负离子。电子和负离子流向正极，正离子流向负极。这些带电质点的定

30、向运动形成了焊接电弧。,动画：电弧的形成,62,63,4.2.2 焊缝形成过程,焊缝形成过程如动画所示。焊接时，在电弧高热的作用下，被焊金属局部熔化，在电弧的吹力作用下，被焊金属上形成了卵形的凹坑。这个凹坑称为熔池。,由于焊接时焊条倾斜，在电弧的吹力作用下，熔池的金属被排向熔池后方，这样电弧就能不断地使深处的被焊金属熔化，达到一定的熔深。,动画：焊接过程,63,64,视频：手弧焊焊接,64,65,4.3 其他焊接方法4.3.1 气焊与气割,气焊如视频所示，是利用气体火焰作为热源的焊接方法。常用氧-乙炔火焰作为热源。氧气和乙炔在焊炬中混合，点燃后加热焊丝和工件。气焊焊丝一般选用和母材相近的金属丝

31、。焊接不锈钢、铸铁、铜合金、铝合金时，常使用焊剂去除焊接过程中产生的氧化物。 气焊在无电源的野外施工中应用很多，其他应用目前逐渐减少。,教学视频：气焊,65,66,2.气割,气割又称氧气切割，是广泛应用的下料方法。气割的原理是利用预热火焰将被切割的金属预热到燃点，再向此处喷射氧气流。被预热到燃点的金属在氧气流中燃烧形成金属氧化物。同时，这一燃烧过程放出大量的热量。这些热量将金属氧化物熔化,为熔渣。熔渣被氧气流吹掉，形成切口。接着，燃烧热与预热火焰又进一步加热并切割其它金属。因此，气割实质上是金属在氧气中燃烧的过程。金属燃烧放出的热量在气割中具有重要的作用。,教学视频：气割,66,67,钨极氩弧

32、焊和熔化极氩弧焊,1. 钨极氩弧焊（TIG焊） 钨极氩弧焊的特点是用钨作为电极。钨的熔点较高。钨极在焊接时不熔化，仅起产生电弧、发射电子的作用。焊接时，在钨极与工件之间建立电弧，填充焊缝的焊丝从一侧进入。钨极氩弧焊一般用于焊接4mm以下的薄板。 钨极氩弧焊正极的发热量和温度高于负极。为了避免钨极过热，除了焊铝合金以外，钨极氩弧焊都采用直流正接。,动画：钨极氩弧焊,67,68,4.3.6 电阻焊,电阻焊是利用接触电阻热将接头加热到塑性或熔化状态，再通过电极施加压力，形成原子间结合的焊接方法。 由于材料的接触电阻很小。所以电阻焊所用的电流很大（几千到几十万安培）。,电阻焊可分为点焊、缝焊、凸焊、对

33、焊。 1. 点焊 点焊如动画所示，在被焊工件上焊出单独的焊点。,动画：点焊,教学视频：电阻焊,68,69,4.3.8 摩擦焊,摩擦焊的焊接过程如动画所示。摩擦焊的热能来源于焊接端面的摩擦。其焊接过程如下：工件1高速旋转工件2向工件1方向移动两工件接触时减慢移动速度，加压摩擦生热接头被加热到一定温度工件1迅速停止旋转进一步加压工件2保压一定时间接头形成。,动画：摩擦焊,69,70,焊接成形(2)部分主要包含了以下内容：,70,4.5 常用金属材料的焊接 4.5.1 低碳钢的焊接 4.5.2.低合金结构钢的焊接 4.5.3 中碳钢的焊接 4.5.4 不锈钢的焊接 4.5.5 铸铁的焊接 4.5.6

34、 铝合金的焊接 4.6 焊接结构设计简介 4.6.1 焊接应力与变形 4.6.2 焊接接头与坡口 4.6.3 焊缝结构和位置的设计 4.7 胶接 4.7.1 胶接的基本原理 4.7.2 胶接的主要特点 4.7.3 胶接工艺 4.8 焊接新技术简介,4.8.1 等离子弧焊接和切割 4.8.2 激光焊接和切割 4.8.3 水射流切割 4.8.4 电子束焊 4.8.5 爆炸焊接 4.8.6 扩散焊 4.8.7 窄间隙焊 4.8.8 堆焊与喷涂 4.8.9 搅拌摩擦焊（FSW） 4.8.10 螺柱焊 4.8.11 焊接机器人,第7辑：焊接成形(2),71,72,2. 焊接变形的基本形式,不同的焊缝位置

35、、焊接顺序和工件自身的情况会引起如右图所示的各种焊接变形。,72,73,动画:火焰加热矫正,73,74,4.6.3 焊缝结构和位置的设计,表4-2常见焊缝结构和位置的设计,74,75,动画：等离子弧焊,(2)热压缩效应。采用一定流量的冷却水冷却喷嘴，以降低喷嘴的温度。当弧柱通过喷嘴孔道时，较低的喷嘴温度使喷嘴内壁形成一层冷气膜，迫使弧柱导电截面进一步减小，称为热压缩效应。 (3).磁压缩效应。电弧电流自身产生的磁场使弧柱向心收缩，从而使弧柱截面减小。电流密度越大，磁压（收）缩作用越强，这种由电流自身磁场产生的收缩称为磁压缩效应。,75,76,1.爆炸焊典型装置,爆炸焊典型装置有平行法和角度法两

36、种。爆炸焊典型装置及金属流动见动画及教学视频。,教学视频：爆炸焊,动画：爆炸焊典型装置及金属流动,76,77,4.8.6 扩散焊,扩散焊的焊接过程如下：首先使工件紧密接触，然后在一定的温度和压力下保持一段时间，使接触面之间的原子相互扩散完成焊接。扩散焊不影响工件材料原有的组织和性能，接头经过扩散以后，其组织和性能与母材基本一致。所以，扩散焊接头的力,学性能很好。扩散焊可以焊接异种材料，可以焊接陶瓷和金属。对于结构复杂的工件，可同时完成成型连接，即所谓超塑成形-扩散连接工艺。,教学视频：扩散焊接,77,78,2.等离子弧喷涂,动画：等离子弧喷涂,教学视频：等离子弧喷涂及堆焊,等离子弧喷涂是将喷涂

37、材料加热到熔融状态，通过高速气流使其雾化（或粒化），并喷射到工件表面形成涂层，以赋予工件表面更高的耐磨等特殊性能。由于等离子弧焰流的温度高达1000以上，可喷涂几乎所有的固态工程材料。等离子焰流速度达1000m/s以上，熔融粉粒的飞行速度可达180600m/s以上，因而得到的涂层更致密，与基体的结合强度更高。,78,79,4.8.11 焊接机器人,近年来各国所安装的工业机器人中，大约一半是焊接机器人。焊接机器人大量使用在汽车制造等领域，适用于弧焊、点焊和切割。焊接机器人常安装在自动生产线上；或和自动上下料装置及自动夹具一起组成焊接工作站。,教学视频：汽车工业中的机器人,79,80,教学视频：焊

38、接机器人,工业机器人大量应用于焊接生产不是偶然的事情。这是由焊接工艺的必然要求所决定的。无论是电弧焊还是电阻焊，在由人工进行操作的时候，都要求焊枪或焊钳在空间保持一定的角度。随着焊枪或焊钳的移动，这个角度不断地由操作者人为地进行调整。也就是说，焊接时焊枪或焊钳不仅 需要有位置的移动，同时应该 有“姿态”的控制。满足这种要 求的自动焊机就是焊接机器人。 焊接机器人的应用，可以提高 焊接质量。改善工人的工作条 件，是焊接自动化的重大进展。,80,81,1.机器人的执行系统,机器人的执行系统指的是手部、臂部、腕部、机身等机械部件。,教学视频：机器人的执行系统,81,82,教学视频：机器人的控制系统,

39、82,83,教学视频：机器人的应用前景,83,84,本部分主要包含了以下内容：,84,5.1 塑料的成形与加工 5.1.1 塑料的成形方法 5.1.2 塑料的加工方法 5.2 橡胶的成形加工 5.2.1 橡胶的组成 5.2.2 橡胶的分类和性能 5.2.3 橡胶的成形加工 5.3 陶瓷的成形加工 5.3.1 陶瓷材料简介 5.3.2 陶瓷的成形加工 5.3.3 陶瓷材料的发展和应用 5.4 复合材料的成形 5.4.1 复合材料的成形方法 5.4.2 复合材料的二次加工,6.1概述 6.1.1 快速原型制造(RP) 6.1.2 快速模具制造（RT） 6.1.3 快速精铸（Quick Castin

40、g） 6.1.4 快速逆向工程（RE） 6.1.5 逆向工程在工业领域中的应用 6.2 快速成形技术的基本过程及特点 6.2.1 RP技术的工艺过程 6.2.2 RP技术的功能 6.3 几种常用RP技术的工艺原理 6.3.1 立体光固化 (SLA) 6.3.2 分层实体制造 (LOM ) 6.3.3 选择性激光烧结 (SLS) 6.3.4 熔融沉积成形（FDM） 6.3.5 三维打印(3D-P) 6.3.6 形状沉积快速成形（SDM） 6.4 RP技术的应用领域,第8辑：非金属材料成形和快速成形,85,86,非金属材料是除金属材料以外的其他一切材料的总称，主要包括有机高分子材料、无机非金属材料

41、和复合材料三大类。与金属材料相比，非金属材料最突出的优点是密度小、重量轻、抗腐蚀性能优良且电绝缘性较好；同时其材料来源十分广泛，成形工艺简单，生产成本较低，因此在各行各业中的应用日益广泛。目前在工程领域应用最多的非金属材料是塑料、橡胶、陶瓷及复合材料等。,第5章非金属材料的成形,86,87,1. 注射成形,动画：注射成形,注射成形是将粉状或粒状的塑料原料经料斗装入料筒，并在其内加热至熔融状态，在注射机柱塞或螺杆作用下注入模具，冷却固化后脱模即得所需形状的塑料制品的方法。 注射成形工艺包括成形前的准备、注射成形过程和制件成形后的修饰与处理三个阶段。,87,88,压制成形分为模压法和层压法，是将粉

42、状、粒状的塑料原料（模压法）或片状的塑料坯料（层压法）放入模具中，经加热和加压而成形为塑料制品的方法。,3.压制成形,88,动画：层压法压制成形,动画：模压法压制成形,89,教学视频：陶瓷成形,(4)固体成形 是先将粉料制成一定强度的块料或经过预烧制成有一定强度的坯料，然后再进行车、铣、刨、钻等加工成形的方法。,89,90,（1）挤压成形法,90,动画：金属基复合材料挤压成形,金属基复合材料的成形比树脂基复合材料要困难得多。目前比较常用的成形方法有挤压成形法、旋压成形法、模锻成形法、粉末冶金法和爆炸成形法等。 (1)挤压成形法 是利用挤压机使短纤维、晶须及颗粒增强复合材料的坯料发生塑性变形，以

43、制取棒材、型材和管材的方法。此法还可制造金属包覆材料，如铜包铝、铝包钢等输电线。,91,6.1概述 20世纪80年代后期发展起来的快速成形/制造( Rapid Prototyping (H为最大锯切深度）。,可调式：L250、300mm,H=74mm。,动画18 锯弓的构造,141,142,2. 锤子,锤子由锤头和锤柄两部分组成。锤子的规格是根据锤头的质量来决定的。钳工用的锤子有0.25kg、0.5kg、1kg等几种。 1）握锤 紧握锤法（动画29）,动画29 锤子紧握法,用右手食指、中指、无名指和小指紧握锤柄，锤柄伸出1530mm，大拇指压在食指上。, 松握锤法（动画30） 只有大拇指和食指

44、始终握紧锤柄。锤,击过程中，当锤子打向錾子时，中指、无名指、小指一个接一个依次握紧锤柄，挥锤时以相反的次序放松，此方法用熟练可增加锤击力。,动画30 锤子松握法,142,143,3.平面刮削方法,平面刮削方法有手刮法和挺刮法两种。手刮法如动画39所示。刮削时右手握刮刀柄，右手4指向下蜷曲握住刮刀近头部约50mm处，刮刀和刮面成2530角。左脚向前跨一步，上身随着刮削而向前倾斜，以增加左手压力，以便于看清刮刀前面的研点情况。右臂利用上身摆动使刮刀向前推进，在推进的同时，左手下压，引导刮刀前进，当推到所需距离后，左手迅速提起，这样就完成了一个手刮动作。,动画39 平面刮削,143,144,9.4.

45、3 平面刮削实例,视频6为平面刮削实例。,视频6 平面刮削,144,145,9.5 钻削加工,9.5.1 钻削加工基本特征和类型,钻削加工在切削加工中应用很广，主要有钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、攻丝和套丝等。钻削加工一般可在钻床上和在车床上进行，在钻床上可完成表2所示内容。,表8-2 在钻床上可完成的工作,145,146,9.6.3 典型零件的装配,动画52为减速部件装配图。锥齿轮轴组件的装配步骤如下：,动画52 锥齿轮齿圈装配顺序,1.减速器部件装配,146,147,视频12 车床尾座的装配,147,148,第10章 车工 主要包括以下内容,10.1 概述 10.1.1 车削刀具 10.1.2

46、车削加工的工艺特点 10.2 卧式车床 10.2.1 卧式车床的组成 10.2.2 车床的传动系统 10.2.3 车床常用附件 10.3 车削加工基本方法 10.3.1 车削外圆 10.3.2 车削端面 10.3.3 车削锥面 10.3.4 车成形面,10.3.5 车螺纹 10.4 其他车床简介 10.4.1 六角车床(转塔车床） 10.4.2 立式车床 10.4.3 重型卧式车床 10.4.4 落地车床 10.4.5 自动和半自动车床 10.4.6 仿形车床 10.4.7 其他几种车床,148,149,150,第10章 车削加工,在车床上的车削加工是指用车刀进行切削加工。车削加工时，工件作回

47、转运动，车刀作进给运动，刀尖点的运动轨迹在工件回转表面上，切除一定的材料，从而形成所要求的工件的形状。工件的回转为主运动，而刀具的进给运动可以是直线运动，也可以是曲线运动。不同的进给方式，车削形成不同的工件表面。在原理上，车削所形成的工件表面总是与工件的回转轴线是同轴的。车削能形成的工件型面有内表面和外表面的圆柱面、端面、圆锥面、球面、椭圆柱面、沟槽、螺旋面和其它特殊型面，如表1所示。 10.1.1 车削刀具,10.1 概述,150,151,表1 车削的加工类型,151,152,10.2.3 车床常用附件,为了满足各种车削工艺的需要，车床上常配备各种附件。车床常用附件有三爪卡盘、四爪卡盘、花盘

48、、顶尖、心轴、中心架和跟刀架等。,1. 三爪卡盘,三爪卡盘是自定心夹紧装置，用锥齿轮传动，见动画22和视频1。适宜于夹持圆形、正三角形或正六边形等工件。其重复定位精度高、夹持范围大、夹紧力大、调整方便，应用比较广泛 。 在装夹较长的工件按时，远离卡盘的一端中心可能和车床轴心不重合，需要用划线盘来校正工件的位置。,动画22 三爪卡盘,152,153,视频1 三爪卡盘安装,三爪卡盘适用于装夹大批量生产的中小型规则零件。 三爪卡盘一般有正反两副卡爪或一副正反都可使用的卡爪，各爪都有编号，在装卡爪时应按顺序安装。用正爪装夹工件时，工件的直径不能太大，卡爪伸出卡盘圆周一般不超过卡爪长度的1/3，否则卡爪

49、与平面螺纹啮合很少，受力时易使卡爪上的螺纹碎裂而产生事故。所以在装夹大直径工件时应尽量使用反爪。,153,154,3. 两顶尖安装工件 （视频3）,顶尖的作用是定中心、承受工件的重量和切削力。顶尖分前顶尖和后顶尖两类。 1）前顶尖 插在主轴锥孔内与主轴一起旋转的顶尖称作前顶尖，如动画24所示。前顶尖随工件一起转动，与中心孔无相对运动，不发生摩擦。有时为了准确和方便起见，也可以在三爪自定心卡盘上夹一段钢材，车成60代替前顶尖，如动画25所示。,动画24 前顶尖,动画25 前顶尖2,154,155,跟刀架装在车床刀架的大拖板上，与整个刀架一起移动，用来车削细长的光轴，以增加轴的刚度，避免加工时由于

50、刚度不够而产生形状误差，见动画35和视频7。,9. 跟刀架,动画35 鸡心夹头和跟刀架传动,视频8 中心架和跟刀架,155,156,车削端面时，常用弯头车刀或偏刀如动画3638所示。车刀安装时，刀尖应准确对准工件中心，以免车出的端面中心留有凸台。,10.3.2 车削端面,动画36弯头车刀车端面,动画37偏刀车端面,动画38偏刀精车端面,156,157,2.转动小拖板法（又称转动小滑板法）（动画40、视频8）,将刀架小拖板绕转盘轴线转角（为锥面的斜角）,然后用螺钉紧固。加工时，转动小拖板手柄，使车刀沿锥面的母线移动，从而加工出所需的圆锥面。这种方法的优点是调整方便，操作简单，可以加工斜角为任意大

51、小的内外圆锥面，因而应用广泛。缺点是所切圆锥面的长度受小拖板行程长度的限制，且不能自动进给。,动画40 转动小拖板法车圆锥,视频9 转动小拖板法车圆锥,157,158,视频11 用双手控制法车圆球,158,159,视频13 立式车床,159,160,目 录,第11章 铣、刨、镗、拉削加工,11.1 铣削加工 11.1.1 铣削加工范围 11.1.2 铣削加工工艺特点 11.2 铣床 11.2.1 卧式铣床 11.2.2 立式铣床 11.2.3 万能工具铣床 11.2.4 龙门铣床 11.2.5 铣床的传动系统 11.3 铣床附件 11.3.1 万能分度头及其工作 11.3.2 回转工作台 11

52、.3.3 立铣头和万能铣头 11.4 铣削加工基本方法 11.4.1 铣削方式,11.4.2 平面与垂直面铣削实例 11.4.3 铣削发展趋势 11.5 刨削加工 11.5.1 刨削加工范围 11.5.2 刨削加工设备 11.5.3 刨削加工工艺特点 11.5.4 提高刨削效率的主要方法 11.6 镗削加工 11.6.1 镗削加工范围 11.6.2 镗削加工工艺特点 11.6.3 镗床 11.7 拉削加工 11.7.1 拉削加工范围 11.7.2 拉削加工工艺特点,160,161,162,第11章 铣、刨、镗、拉削加工,11.1.1 铣削加工范围 铣削加工是用铣刀对工件进行切削加工的方法。铣刀

53、是多齿刀具，铣削时铣刀回转运动是主运动，工件作直线或曲线运动，是进给运动。铣刀一般有几个齿同时参加切削，铣削能形成的工件型面有平面、槽、成形面、螺旋槽、齿轮和其他特殊型面，如表1中的动画1动画9所示。 铣削加工的经济精度为IT9IT7，也可达IT6。经济的表面粗糙度Ra值为6.23.2m ，也可达0.8m （见视频1）。,11.1 铣削加工,162,163,表1 铣削的加工类型,163,164,续表,164,165,视频1 铣削的加工类型(点击画面启动视频),165,166,11.2.5 铣床的传动系统,主轴和工作台的驱动部分组成了铣床的传动系统。视频3概要介绍了卧式铣床、工具铣床和立式铣床的

54、传动系统，可进行比较。,视频3 铣床的传动系统,166,167,11.3.3 立铣头和万能铣头,立铣头和万能铣头是卧式铣床的附件，将卧式铣床横梁推回，装上铣头，可使卧铣具有立铣的功能，做到一机多用(见视频6）。,视频6 立铣头和万能铣头,167,168,表6 立方体铣削步骤和方法,168,169,视频8 平面、垂直面铣削加工,视频8为平面、垂直面铣削的实例。,4.平面、垂直面铣削实例,169,170,11.5 刨削加工,11.5.1 刨削加工范围 刨削是以刨刀相对工件的往复直线运动与工作台(或刀架)的间歇进给运动实现切削加工的。 刨削主要用于加工平面、斜面、沟槽或成形表面，如表7、动画2836

55、所示。 刨削加工的经济精度为IT9IT7，也可达IT6，表面粗糙度Ra值一般为6.31.6m ，也可达0.8m 。,170,171,表7 刨销加工的应用,171,172,视频9 牛头刨床刨削,172,173,视频10 龙门刨床,173,174,11.6 镗削加工,镗削加工通常作为大型和箱体零件上的孔的半精加工或精加工工序，其切削运动由刀具回转来实现，进给运动可通过工件或刀具的移动来完成。在镗床上可以完成钻孔、镗孔、车外圆、车螺纹、车端面和铣平面等工作，如表8中动画41动画52所示。 镗削加工的经济精度为IT7IT6，表面粗糙度Ra为0.632.5m 。,11.6.1 镗削加工范围,174,17

56、5,表8 卧式铣镗床基本工作范围,175,176,视频12 镗削,176,177,坐标镗床是具有精密坐标定位装置的镗床，属于高精密机床，主要用于镗削尺寸、形状和位置精度要求高的孔系。坐标镗床还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、坐标测量、精密划线、刻线等工作。为了满足高精度、高效率、自动化的要求，很多坐标镗床已经数控化，并在数控坐标镗床的基础上发展成精密加工中心。普通坐标镗床、数控坐标镗床和精密加工中心的加工效率之比为1:2.5:4，且后者仍保持很高的加工精度。 坐标镗床按主轴的工作位置，可分为立式和卧式两种形式。立式坐标镗床的主轴与工作台台面垂直，按立柱的结构形式可分为立式单柱坐标镗床和立式双柱坐标镗

57、床。卧式坐标镗床的主轴与工作台台面互相平行，按立柱的结构形式可分为卧式单柱坐标镗床和卧式双柱坐标镗床。坐标镗床和其他种类的镗床如视频13所示。,2. 坐标镗床,177,178,视频13 坐标镗床其他种类的镗床,178,179,3. 典型镗削工艺,镗床功能很广，通用性很强。主要功能是加工工件上的各种孔和孔系，还可铣削平面、成形面和各种形状的沟槽，特别适合于加工多孔、多面、位置精度要求较高的箱体类工件。视频14介绍了几种典型的镗削加工工艺。,视频14 典型的镗削加工工艺,179,180,11.7 拉削加工,11.7.1 拉削加工范围,拉刀是阶梯分层或分段组合为特征的多齿结构刀具。拉削是用拉刀切削材

58、料的高精度、高效率加工方法。拉削加工可拉平面、齿形及在已有孔上拉出各种形状的孔(见视频15、图1)。,图1 拉削加工形成的各种零件形状,180,181,视频15 拉削,181,182,目 录,第12章 齿轮加工 第13章 磨削、精密加工,12.1 齿轮加工概述 12.1.1 齿轮加工方法 12.1.2 齿轮加工原理 12.2 滚齿 12.2.1 滚齿加工的原理 12.2.2 滚齿工艺 12.3 插齿 12.3.1 插齿机工作原理 12.3.2 插齿加工 12.4 剃齿 12.4.1 剃齿加工的特点和原理 12.4.2 刀具、夹具、工件的安装 12.4.3 剃齿方法 12.5 珩齿 12.5.1 珩齿加工原理 12.5.2 珩齿方法 12.5.3 珩齿工艺参数对齿形精度的影响 12.6 齿轮磨削 12.6.1 磨齿特点 12.6.2 磨齿方式,13.1 磨削与精密加工概述 13.2 磨削加工 13.2.1 磨削加工的加工范围 13.2.2 磨削加工的工艺特点 13.2.3 砂轮 13.2.4 磨削用量 13.2.5 外圆磨削方法