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1、機械制造工藝基礎,緒論 第一章 鑄造工藝 第二章 鍛壓工藝 第三章 焊接工藝 第四章 材料切削加工基礎 第五章 典型表面加工 第七章 機械加工工藝規(guī)程,緒論,一、加工制造業(yè)及在國民經(jīng)濟中的作用： 制造技術是使原材料變成產(chǎn)品的技術的總稱，是國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)。 二、機械制造工藝基礎課程的研究范疇、任務： 1、材料的性能和行為特征： 工程材料可分為金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、復合材料。 2、加工工藝方法： 熱加工：液態(tài)成形、塑性成形、連接成形 冷加工：切削加工,工程材料的分類,金屬材料：金屬材料是以過渡族金屬為基礎的純金屬及其含有金屬、半金屬或非金屬的合金，是工程材料中最重要的材料之一。
2、高分子材料：高分子材料是以高分子化合物為主要組分的材料。每一個高分子化合物又都是由一種或幾種簡單的低分子化合物聚合而成的，故高分子化合物也稱高分子聚合物(簡稱高聚物)。 陶瓷材料：主要是指由一種或多種金屬元素與非金屬元素的氧化物、碳化物、氯化物、硅化物及硅酸鹽所組成的無機非金屬多晶材料。 復合材料：是由兩種或兩種以上性質不同的材料組合起來的一種固體材料。,3、制造過程的集成和質量控制： 加工制造過程是一個復雜的過程，還應了解相關的工業(yè)工程、質量控制、工程管理等。 本課程包括以下內容：各種加工方法的特點、理論基礎；常用材料的工藝性能及對加工工藝的影響；機械零件設計的結構工藝性；機械生產(chǎn)工藝流程
3、、各種工藝方法的相互聯(lián)系等。,三、課程特點：,1、加工工藝是時時更新、進步的： 經(jīng)濟的競爭是以技術競爭為核心。 2、加工工藝互相聯(lián)系，構成一個整體： 零件的機械加工要綜合應用多種方法，從毛坯成形、后續(xù)精加工、表面處理、裝配等。以齒輪為例： 了解產(chǎn)品的使用要求、技術性能要求： 選材：要滿足性能要求，同時便于組織生產(chǎn)。 機械性能：b、 s、 k、HB等。 使用要求：表面要求、耐磨、耐蝕等。 工藝性能：易于加工。,,制訂工藝流程： 下料鍛造正火粗車調質精車、齒加工齒面表面淬火低溫回火磨削成品 質量、經(jīng)濟分析： 3、實踐性強。,第一章 鑄造工藝,1.1 鑄造工藝理論基礎,1.2 砂型
4、鑄造,1.3 特種鑄造,1.4 鑄件結構設計,1.5 鑄造金屬材料的特性,模型、型砂 造型 澆注 落砂、清理、檢驗 芯盒、芯砂 合金熔煉,,,,,,第一章 鑄造工藝,一、生產(chǎn)過程：,概 述,二、特點： 1、可制造形狀復雜、特別是復雜內腔零件。,2、合金種類不限。 3、尺寸、重量范圍廣。 4、成本較低。 機械性能較差，工序長，廢品率高。,分為砂型鑄造和特種鑄造。 砂型鑄造：成本低廉，適應性廣，占鑄件總產(chǎn)量90%以上。 特種鑄造：熔模鑄造、金屬型鑄造、 壓力鑄造、低壓鑄造等。 質量好，效率高。 成本高，適應性有局限。,三、鑄造成形方法的分類：,1.1 鑄
5、造工藝基礎,合金的鑄造性能是指合金在鑄造過程中獲得外形準確、內部健全鑄件的能力。包括流動性、收縮性、吸氣性及偏析等性能。,1.1.1 合金的充型： 液態(tài)合金填充鑄型的過程稱為充型。充型能力不足，易產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷。 影響充型能力的因素： 1、合金的流動性： 合金的流動性是指液態(tài)金屬的流動能力，在鑄造時是指液態(tài)合金充填鑄型型腔的能力。,合金流動性的測定是采用螺旋形標準試樣。常用鑄造合金中灰鑄鐵、硅黃銅的流動性最好，鋁合金次之，鑄鋼最差。,.不同化學成分的合金，因結晶特性、粘度不同，流動性不同。,1） 共晶成分合金的流動性最好：逐層凝固，結晶前沿較平滑；其過熱度最大。,2）非共晶成分合
6、金的流動性較差：結晶特性是經(jīng)過液、固兩相共存區(qū)；樹枝晶，凝固前沿界面粗糙；表面積大，熱傳導快。凝固溫度范圍越大的合金，樹枝晶越發(fā)達，其流動性也越差。,.影響金屬粘度的成分對流動性有影響。如P和S。 P：降低粘度，有冷脆。 S：使粘度增加。,2、澆注條件： 澆注溫度：澆注溫度對合金流動性的影響很顯著。澆注溫度越高，越有利提高合金的流動性。但澆注溫度過高，會導致鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔和粘砂等缺陷，薄壁復雜鑄件或流動性較差的合金適當提高澆注溫度來提高流動性。 灰鑄鐵12001380 ，鑄造碳鋼15201620 ，鋁合金680780 。 澆注壓力：增大澆注壓力顯然可改善流動性。,3、鑄型充
7、填條件 鑄型導熱能力：金屬型導熱能力強，容易降低合金的流動性。而干砂型，特別是將鑄型在加熱狀態(tài)下澆注金屬液時，其合金的流動性將顯著增加。 鑄型的阻力：鑄型內反壓力增大，將導致鑄型對金屬液流動的阻力增加，從而降低合金流動性。,1.1.2 鑄件的凝固方式,a)逐層凝固 b）中間凝固 c）糊狀凝固,1.1.3 合金的收縮性：,1合金收縮的概念 合金從澆注、凝固直至冷卻到室溫的過程中，其體積或尺寸縮減的現(xiàn)象，稱為收縮。收縮經(jīng)歷如下三個階段：,(1)液態(tài)收縮液 (2)凝固收縮凝 以體收縮率表示，是縮孔及縮松的基本原因。 (3)固態(tài)收縮固：以線收縮率表示，是應力、變形及裂紋的基本原因。 鑄鋼
8、收縮率最高，而灰鑄鐵最小。,,2影響合金收縮的因素： (1)化學成分：碳素鋼的含碳量增加，其凝增加，而固略減。灰鑄鐵收縮小。硫 可阻礙石墨析出，使收縮率增大。 (2)澆注溫度：澆注溫度越高，合金的總收縮率加大。 (3)鑄件結構和鑄型條件：鑄件在鑄型中受阻收縮。其阻力來源于： 鑄件各部分的冷卻速度不同，引起各部分收縮不一致，相互約束而對收縮產(chǎn)生阻力。 鑄型和型芯對收縮的機械阻力。,3、鑄件中的縮孔與縮松：,(1)縮孔和縮松的形成 縮孔的形成：純金屬和共晶成分的合金，易形成集中的縮孔。 縮松的形成：凝固溫度范圍大的合金，縮松傾向大?？s松分為宏觀縮松和顯微縮松兩種。,(2)縮孔
9、和縮松的防止：, 縮孔的防止：其具體辦法是：采用冒口和冷鐵，控制鑄件定向凝固。, 縮松的防止：采用在熱節(jié)處安放冷鐵或在局部砂型表面涂激冷涂料，加大鑄件的冷卻速度；或用加大結晶壓力，以破碎枝晶，減少其對金屬液流動的阻力，從而達到部分防止縮松的效果。,1 內應力的形成： 熱應力：由于鑄件各部分冷卻速度不同，以致在同一時間內鑄件各部分收縮不一致，導致相互約束而引起的內應力。,1.1.4 鑄造內應力及鑄件的變形和裂紋：,,結論：a）熱應力的性質是：鑄件緩冷處（厚壁或心部）受拉伸；快冷處（薄壁或表層）受壓縮。 b）鑄件冷卻時各處的溫差越大，定向凝固愈明顯，合金的固態(tài)收縮率越大，彈性模量愈大，則熱應力
10、愈大。,預防應力的基本途徑：減少鑄件各處的溫差，使其均勻冷卻。 具體措施有：盡量選擇彈性模量小的合金；設計壁厚均勻的鑄件；在鑄造工藝上，控制鑄件各部位同時凝固。, 機械應力：它是鑄件的固態(tài)收縮受到鑄型或型芯等機械阻礙而形成的內應力。,結論：1、應力性質：使鑄件受剪切或拉伸應力。 2、高溫時易使鑄件產(chǎn)生裂紋（熱裂）。 3、鑄件落砂清理后可部分或全部消失。,2 鑄件的變形及其防止：,變形的原因：由于鑄件厚的部位（冷卻慢的部位）受拉應力，薄的部位（冷卻快的部位）受壓應力，殘余應力使鑄件產(chǎn)生變形。,結論：受拉應力的部分產(chǎn)生收縮變形，受壓應力的部分產(chǎn)生拉伸變形。,變形的防止：鑄件的壁厚應
11、均勻，形狀應對稱。采用同時凝固方式、增大加工余量、反變形法、設防變形筋及時效處理（自然時效及人工時效）。,3 鑄件的裂紋及其防止：, 熱裂： 形狀特征：裂紋短、縫隙寬、形狀曲折、縫內呈氧化色。 形成原因：熱裂是在鑄件凝固末期，接近固相線 的高溫下形成的。 在鑄鋼和鑄造鋁合金中較常見。 防止措施：應盡量選擇凝固溫度范圍小、熱裂傾向小的合金和改善鑄件結構；提高型砂和芯砂的退讓性 ；此外，應嚴格控制含硫量。, 冷裂： 形狀特征：裂紋細小，呈連續(xù)直線狀，縫內有金屬光澤或輕微氧化色。 形成原因：較低溫度下，由于熱應力和收縮應力的綜合作用，鑄件的內應力超過合金的強度極限而產(chǎn)生的。 出現(xiàn)部位：鑄件受拉應力，
12、特別是應力集中處。 凡是減少鑄件內應力或降低合金脆性的因素均能防止冷裂?？刂坪琍量。 此外，設置防裂筋亦可有效地防止鑄件裂紋。,1.1.5 合金的吸氣性：,液態(tài)合金中吸入了氣體，若在其冷凝過程中不能逸出，或滯流在金屬中，則在冷凝后將使鑄件內形成氣孔缺陷。 按照氣體的來源，分為侵入性氣孔、析出性氣孔、反應性氣孔。,1、侵入性氣孔： 主要是砂型和型芯中的氣體侵入金屬液中而形成的氣孔。 防止途徑：降低型砂及芯砂的發(fā)氣量，增強鑄型的排氣能力。,2、析出氣孔： 形成原因：氣體在液態(tài)合金中的溶解度較固態(tài)大得多，且隨溫度升高而加大。溶解的氣體在冷凝過程中析出。 特征：尺寸較小，分布面積廣。在鋁合金中最多見，“針孔”缺陷。 防止措施：保證爐料潔凈、干燥，嚴格遵守熔煉及澆注操作工藝。,3、反應氣孔： 反應氣孔是液態(tài)金屬與鑄型材料、芯撐、冷鐵或熔渣之間發(fā)生化學反應產(chǎn)生氣體而形成的。 皮下氣孔： 冷鐵氣孔：Fe3O4 + 4C =3Fe + 4CO,
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