機(jī)械制造工藝基礎(chǔ),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(chǔ) 第五章 典型表面加工 第七章 機(jī)械加工工藝規(guī)程,緒論,一、加工制造業(yè)及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用： 制造技術(shù)是使原材料變成產(chǎn)品的技術(shù)的總稱，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)。 二、機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)課程的研究范疇、任務(wù)： 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(fù)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(guò)渡族金屬為基礎(chǔ)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。 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(gè)高分子化合物又都是由一種或幾種簡(jiǎn)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(jiǎn)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(wú)機(jī)非金屬多晶材料。 復(fù)合材料：是由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料組合起來(lái)的一種固體材料。,3、制造過(guò)程的集成和質(zhì)量控制： 加工制造過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，還應(yīng)了解相關(guān)的工業(yè)工程、質(zhì)量控制、工程管理等。 本課程包括以下內(nèi)容：各種加工方法的特點(diǎn)、理論基礎(chǔ)；常用材料的工藝性能及對(duì)加工工藝的影響；機(jī)械零件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)工藝性；機(jī)械生產(chǎn)工藝流程、各種工藝方法的相互聯(lián)系等。,三、課程特點(diǎn)：,1、加工工藝是時(shí)時(shí)更新、進(jìn)步的： 經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)是以技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)為核心。 2、加工工藝互相聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)整體： 零件的機(jī)械加工要綜合應(yīng)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(shù)性能要求： 選材：要滿足性能要求，同時(shí)便于組織生產(chǎn)。 機(jī)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(diào)質(zhì)精車、齒加工齒面表面淬火低溫回火磨削成品 質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)分析： 3、實(shí)踐性強(qiáng)。,第一章 鑄造工藝,1.1 鑄造工藝?yán)碚摶A(chǔ),1.2 砂型鑄造,1.3 特種鑄造,1.4 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(yàn) 芯盒、芯砂 合金熔煉,第一章 鑄造工藝,一、生產(chǎn)過(guò)程：,概 述,二、特點(diǎn)： 1、可制造形狀復(fù)雜、特別是復(fù)雜內(nèi)腔零件。,2、合金種類不限。 3、尺寸、重量范圍廣。 4、成本較低。 機(jī)械性能較差，工序長(zhǎng)，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(yīng)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(zhì)量好，效率高。 成本高，適應(yīng)性有局限。,三、鑄造成形方法的分類：,1.1 鑄造工藝基礎(chǔ),合金的鑄造性能是指合金在鑄造過(guò)程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部健全鑄件的能力。包括流動(dòng)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(guò)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(dòng)性： 合金的流動(dòng)性是指液態(tài)金屬的流動(dòng)能力，在鑄造時(shí)是指液態(tài)合金充填鑄型型腔的能力。,合金流動(dòng)性的測(cè)定是采用螺旋形標(biāo)準(zhǔn)試樣。常用鑄造合金中灰鑄鐵、硅黃銅的流動(dòng)性最好，鋁合金次之，鑄鋼最差。,.不同化學(xué)成分的合金，因結(jié)晶特性、粘度不同，流動(dòng)性不同。,1） 共晶成分合金的流動(dòng)性最好：逐層凝固，結(jié)晶前沿較平滑；其過(guò)熱度最大。,2）非共晶成分合金的流動(dòng)性較差：結(jié)晶特性是經(jīng)過(guò)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(dǎo)快。凝固溫度范圍越大的合金，樹枝晶越發(fā)達(dá)，其流動(dòng)性也越差。,.影響金屬粘度的成分對(duì)流動(dòng)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(duì)合金流動(dòng)性的影響很顯著。澆注溫度越高，越有利提高合金的流動(dòng)性。但澆注溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔和粘砂等缺陷，薄壁復(fù)雜鑄件或流動(dòng)性較差的合金適當(dāng)提高澆注溫度來(lái)提高流動(dòng)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(dòng)性。,3、鑄型充填條件 鑄型導(dǎo)熱能力：金屬型導(dǎo)熱能力強(qiáng)，容易降低合金的流動(dòng)性。而干砂型，特別是將鑄型在加熱狀態(tài)下澆注金屬液時(shí)，其合金的流動(dòng)性將顯著增加。 鑄型的阻力：鑄型內(nèi)反壓力增大，將導(dǎo)致鑄型對(duì)金屬液流動(dòng)的阻力增加，從而降低合金流動(dòng)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(guò)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(gè)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(yīng)力、變形及裂紋的基本原因。 鑄鋼收縮率最高，而灰鑄鐵最小。,2影響合金收縮的因素： (1)化學(xué)成分：碳素鋼的含碳量增加，其凝增加，而固略減?；诣T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(jié)構(gòu)和鑄型條件：鑄件在鑄型中受阻收縮。其阻力來(lái)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(duì)收縮產(chǎn)生阻力。 鑄型和型芯對(duì)收縮的機(jī)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(jié)晶壓力，以破碎枝晶，減少其對(duì)金屬液流動(dòng)的阻力，從而達(dá)到部分防止縮松的效果。,1 內(nèi)應(yīng)力的形成： 熱應(yīng)力：由于鑄件各部分冷卻速度不同，以致在同一時(shí)間內(nèi)鑄件各部分收縮不一致，導(dǎo)致相互約束而引起的內(nèi)應(yīng)力。,1.1.4 鑄造內(nèi)應(yīng)力及鑄件的變形和裂紋：,結(jié)論：a）熱應(yīng)力的性質(zhì)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(shí)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(yīng)力愈大。,預(yù)防應(yīng)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(shè)計(jì)壁厚均勻的鑄件；在鑄造工藝上，控制鑄件各部位同時(shí)凝固。, 機(jī)械應(yīng)力：它是鑄件的固態(tài)收縮受到鑄型或型芯等機(jī)械阻礙而形成的內(nèi)應(yīng)力。,結(jié)論：1、應(yīng)力性質(zhì)：使鑄件受剪切或拉伸應(yīng)力。 2、高溫時(shí)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(yīng)力，薄的部位（冷卻快的部位）受壓應(yīng)力，殘余應(yīng)力使鑄件產(chǎn)生變形。,結(jié)論：受拉應(yīng)力的部分產(chǎn)生收縮變形，受壓應(yīng)力的部分產(chǎn)生拉伸變形。,變形的防止：鑄件的壁厚應(yīng)均勻，形狀應(yīng)對(duì)稱。采用同時(shí)凝固方式、增大加工余量、反變形法、設(shè)防變形筋及時(shí)效處理（自然時(shí)效及人工時(shí)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(nèi)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(yīng)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(jié)構(gòu)；提高型砂和芯砂的退讓性 ；此外，應(yīng)嚴(yán)格控制含硫量。, 冷裂： 形狀特征：裂紋細(xì)小，呈連續(xù)直線狀，縫內(nèi)有金屬光澤或輕微氧化色。 形成原因：較低溫度下，由于熱應(yīng)力和收縮應(yīng)力的綜合作用，鑄件的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)合金的強(qiáng)度極限而產(chǎn)生的。 出現(xiàn)部位：鑄件受拉應(yīng)力，特別是應(yīng)力集中處。 凡是減少鑄件內(nèi)應(yīng)力或降低合金脆性的因素均能防止冷裂?？刂坪琍量。 此外，設(shè)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(guò)程中不能逸出，或滯流在金屬中，則在冷凝后將使鑄件內(nèi)形成氣孔缺陷。 按照氣體的來(lái)源，分為侵入性氣孔、析出性氣孔、反應(yīng)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(qiáng)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(guò)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(yán)格遵守熔煉及澆注操作工藝。,3、反應(yīng)氣孔： 反應(yīng)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(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體而形成的。 皮下氣孔： 冷鐵氣孔：Fe3O4 + 4C =3Fe + 4CO,