机制工艺教案.doc

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绪 论
1、定义：
机械制造工艺——是各种机械的制造方法和过程的总称，是一门研究机械制造的工艺方法和工艺过程的学科，涉及将原材料转变为成品的各种劳动。
机械制造已经不是传统意义上的机械制造，即所谓的机械加工。它是集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学、管理学等最新成就为一体的一个新兴技术与新兴工业。制造技术不只是一些经验的积累，实际上它是一个从产品设计——进入市场——返回产品设计的大系统。
信息化与工业化相辅相成。信息化不能代替工业化，但可以提升工业化、促进工业化，提高技术、生产、流通、管理的效率。机械制造工业必须依靠信息科学、材料科学来改造自己，另一方面信息科学、材料科学也必须依赖于制造技术来取得新的发展。
2、制造业的重要地位和现状
　　 制造业是国民经济的支柱产业，是国家创造力、竞争力和综合国力的重要体现。它不仅为现代工业社会提供物质基础，为信息与知识社会提供先进装备和技术平台，也是实现具有中国特色军事变革和国防安全的基础。
　　经过近三十年的改革、开放、发展，中国制造业取得了举世瞩目的成就，我国已崛起成为全球第三制造大国。2005年到2007年统计显示，制造业增加值占中国GDP的30％以上，工业产品出口占中国出口贸易总额的90％以上。然而，我国制造业仍存在着能源资源消耗大、污染排放严重、自主创新能力薄弱、区域产业结构趋同、服务增值率低、高水平人才短缺等亟待解决的问题。
3、机械制造的工艺过程
4、基本概念
（1）．生产过程与工艺过程
生产过程——将原材料转变为成品的全过程称为生产过程。
工艺过程——改变生产对象的形状、尺寸及相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
（2）．工艺规程
工艺文件——指导工人操作和用于生产、工艺管理等的各种技术文件称为工艺文件。
工艺规程——是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。
工艺规程的重要性 ：
l 指导、计划和组织生产，保持和稳定正常生产秩序，作为各项生产组织和管理工作的基本依据
l 保证产品质量和获得高的生产效率及好的经济效益
l 发挥和提高设备的利用率
l 作为新建或扩建工厂、生产线的主要基础资料
5、21世纪机械制造业的特点和发展趋势
　　 当今世界正在发生的深刻变化，对制造业产生了深刻的影响，制造过程和制造工艺也有了新的内涵。传统制造业不断吸收机械、信息、材料等方面的最新成果，并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务的制造全过程。21世纪的制造业呈现出高技术化、信息化、绿色化、极端化、服务增值等特点和趋势。
　　在高技术的带动下，制造技术出现了前所未有的新进展，制造技术及制造工艺的高技术化应用体现在以下几个方面。
　　（1）微加工成为常规制造技术。制造业的常规性尺度由微米级精度下移1到2个数量级，亚微米及纳米级制造将成为主流。
　　（2）特种加工技术广泛应用。与传统的机械加工相比较，特种加工技术利用非机械能进行加工，例如激光加工、电花加工、电解加工、电化学加工等，将成为常规的制造手段，使有些原来难加工或不能加工的零件加工成为可能。
　　（3）生长型制造的比重日益提高。快速原型制造改变了传统加工“去除材料”的思维定式，通过材料的逐层累加使零件成型。在微制造领域，“从下而上”的制造和生长／去除复合型制造将成为主要的制造方式。
　　（4）制造技术和材料技术联系更加紧密。特别是纳米材料的应用导致制造业发生巨变，无论产品的设计还是制造过程，都因此产生了根本性的改变。
（5）极端制造得到发展。极端制造是指在极端制造环境下，制造极端尺度或极高性能的器件和功能系统。
小结：
1、概念： 机械制造工艺 生产过程 工艺过程
2、制造业的重要地位和现状
3、21世纪机械制造业的特点和发展趋势

第一章 铸造
第一节 概述
复习：概念： 机械制造工艺 生产过程 工艺过程
引入：
铸造——将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔中，待其凝固后而得到一定形状和性能铸件的方法。
铸件——铸造所得到的金属工件或毛坯。
授新：
一、 铸造的分类
1．砂型铸造：用型砂紧实成形的铸造方法（90%）
2．特种铸造：砂型铸造以外的其他铸造方法
铸造步骤：
     （1）制造具有和零件形状相适应空腔的铸型。
    （2）制备成分、温度都合格的液态金属。
     （3）将液态金属浇注入铸型的空腔内。
    （4）凝固后取出铸件并清理它的表面和内腔。
1．砂型铸造
砂型铸造——用型砂紧实成形的铸造方法。
砂型铸造的传统工艺过程：（图1—3）
造型→造芯→烘干→合型→浇注→落砂→清理→铸件检验
2．特种铸造
特种铸造——砂型铸造以外的其他铸造方法。
l 金属型铸造（非铁合金铸件）
l 压力铸造（薄壁铸件）
l 离心铸造（空心回转体铸件；高度较小的管、筒、套）
l 熔模铸造（复杂、精密铸件）
二、 铸造的特点
1．优点
l 可以铸造各种形状复杂的铸件（如箱体、机架、 床身、气缸体等）
l 铸件的尺寸与质量几乎不受限制
l 可以铸造任何金属和合金铸件
l 生产设备简单，投资少，原料来源广，成本低
l 减少了切削加工工作量，节省大量金属材料
2．缺点
l 生产工序繁多，工艺过程较难控制，易产生缺陷
l 铸件尺寸均一性差，尺寸精度低
l 与锻件相比，铸件内在质量差，承载能力弱
l 生产工作环境差，温度高，粉尘多，劳动强度大
小结：砂型铸造的传统工艺过程：（图1—3）
造型→造芯→烘干→合型→浇注→落砂→清理→铸件检验
布置作业

§1－2 砂型的制作（1）
复习：砂型铸造的传统工艺过程
引入：砂型：用型砂制成，包括形成铸件形状的空腔、型芯和浇冒口系统组成的整体。
授新：
一、造型材料
1．造型材料：制造砂型和砂芯的材料。
（1）砂 ：硅砂，成分SiO2 耐火，
（2）黏土 :
（3）黏结剂: 提高强度和可塑性
（4）附加物：改善砂的性能（如煤粉和木屑）
2．型砂和芯砂
型砂——按一定比例配合的造型材料，经过混制，符合造型要求的混合料。
芯砂——按一定比例配合的造型材料，经过混制，符合造芯要求的混合料。
型砂和芯砂要具有以下几个方面的要求：
可塑性：易于成型，可以获得型腔清晰的砂型，提高铸件精度。
强度： 能承受液态金属的冲击和压力。
耐火性：在高温液态金属的作用下不软化、不熔融、不粘黏的性能。
透气性：浇注后，砂型中产生的大量气体易于排出。
退让性：铸件冷却收缩时，砂型与型芯的体积可以被压缩的性能。
注意： 在铸造过程中，型芯被熔融金属包围，工作 条件恶劣，因此，它比型砂应具有更高的强度、耐火性、透气性和退让性。
了解：型砂和芯砂的经验检验

二、模样与芯盒
1．模样与芯盒
模样——用来制造型腔的模子。
芯盒——用来制造型芯的盒子。
2．制造模样与芯盒的注意要点
（1）分型面——铸型组元间的接合面。 （平面、少、下型）
（2）收缩余量——为了补偿铸件收缩，模样比铸件图样尺寸增大的数值。
（3）加工余量——为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸造工艺设计时预先增加而在机械加工时切去的金属层厚度。（小型：2—6毫米）
（4）起模斜度——为使模样容易从铸型中取出或型芯从芯盒中脱出，在模样或芯盒上平行于起模方向所设的斜度。
一般α=0.5 ° ～3°

（5）铸造圆角——制造模样时，凡相邻两表面的交角，都应做成圆角。
原因：1、尖角易粘砂， 2、尖角处易产生裂纹。

铸造圆角（r为铸造圆角半径）
（6）芯头——为了保证型芯在铸型中得到正确定位和支撑，模样与型芯均应设有芯头。
l 模样上：模样的突出部分
l 型芯上：型芯的外伸部分

零件支座的铸型
1－上型 2－分型面 3－型芯
4－支座型腔 5－芯头 6－下型
小结：一、造型材料包括哪些？
二、什么是模样与芯盒
布置作业

§1－2 砂型的制作（2）
复习：一、造型材料包括哪些？
二、什么是模样与芯盒
引入：造型——制造铸型的过程。
授新：
三、 造型
分类：手工造型 机器造型 自动化造型
1．手工造型
手工造型工具：捣砂锤 墁刀 砂钩 拔模针 风动锤（图1—8）

（1）有箱造型：用砂箱作为铸型组成部分制造铸型的过程。
l 整体模造型（图1—9）
l 分开模造型（图1—10）
（2）脱箱造型：在可脱砂箱内造型，合型后浇注前脱去砂箱的造型方法。
（大批量）图1—11
（3）地坑造型（特制的地坑中造下型）在地平面以下的砂坑中或特制的地坑中制造下型的造型方法。
（4）刮板造型（刮板代替模样）是不用模样而用刮板操作的造型方法。图1—13
2．机器造型：用机器完成紧砂和起模或至少完成紧砂操作的造型工序称为机器造型。
紧砂：使砂箱内的型砂和芯盒内的芯砂提高紧实度的操作。常用方法有压实法、震实法、抛砂法等。
3．自动化造型：所有造型工序基本上不需要人力完成的造型过程称为自动化造型。
四、 造芯
1、造芯：制造型芯的过程。
2、目的：获得铸件内孔。
3、分类：手工造芯和机器造芯。
手工造芯：主要应用于单件、小批量生产中。
机器造芯：生产效率高，型芯质量好，适用于大批量生产。
4、手工造芯的方法：型盒造芯
常用手工造芯的方法：

刮板造芯的方法：

5、烘干与刷涂料
1）、烘干：用适当的温度和足够的时间加热型芯
2）、目的：提高型芯的强度和透气性。
a需要增加型芯强度：可放入芯骨（放入型芯中用以加强或支持型芯并有一定形状的金属构）
b需要增加透气性：扎通气孔或埋放通气蜡线。
2）型芯刷涂料的目的：提高型芯表层的耐火度、保温性、化学稳定性，使型芯表面光滑，并增强其抵抗高温熔融金属侵蚀的能力。
五、浇注系统及冒口
1．浇注系统
浇注系统——又称浇口，是为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。

1－浇口杯：缓冲和挡渣作用。
2－直浇道：垂直通道，带锥度，调速调压
3－横浇道：水平通道，分配和挡渣
4－内浇道 ：引导液态金属进入型腔，

浇注系统的作用：
1、保证液态金属平稳、均匀、连续地充满型腔；
2、阻止熔渣、气体和砂粒随液态金属进入型腔。
3、控制铸件的凝固顺序。
4、供给铸件冷凝收缩时所需补充的金属溶液。
2．冒口
冒口——铸型内存储供补缩铸件用熔融金属的空腔。排气；集渣。一般设置在铸件最高最厚处。
1－浇口杯
2－直浇道
3－横浇道
4－内浇道
5－冒口

六、合型
合型——又称合箱，是将上型、下型、型芯、浇口盆等组合成一个完整铸型的操作过程。
小结：1、手工造型 机器造型 自动化造型的特点
2、如何提高型芯的强度和透气性。
3、浇注系统及冒口的作用。

1—3浇注、落砂和清理
一、 浇注
浇注——将熔融金属从浇包注入铸型的操作。
1．浇包——容纳、输送和浇注熔融金属用的容器，用钢板制成外壳，内衬耐火材料。 （握包 抬包 吊包）
2．浇注温度与浇注速度
浇注温度（℃）——金属熔液浇入铸型时所测量到的温度。 过高产生粘砂。
浇注速度（kg/s）——单位时间内浇入铸型中的金属熔液质量。过快产生气孔和砂眼。
二、落砂和清理
1．落砂
落砂——把铸件从型砂中取出。
2．清理
清理——落砂后从铸件上清除表面粘砂、型砂、多余金属（包括浇、冒口、飞翅和氧化皮）等过程的总称。
三、 铸件的缺陷（表1—1） 气孔 缩孔 砂眼 粘砂
§1－4 特种铸造简介
一、金属型铸造
金属型铸造——通过重力作用进行浇注，将熔融金属浇入金属铸型获得铸件的方法。
金属型——用金属材料制成的铸型称为金属型。
垂直分型式金属型
1－底座 2－活动半型 3－定位销 4－固定半型

铰链开合式金属型：

二、 压力铸造
压力铸造——使熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法，简称压铸。

卧式冷室压铸机工作原理图
1－动型 2－定型 3－压射冲头 4－铸件 5－压室
三、离心铸造
离心铸造——将熔融金属浇入绕水平轴、立轴或倾斜轴旋转的铸型，在离心力作用下，凝固成形的铸件轴线与旋转铸型轴线重合。

四、熔模铸造
熔模铸造——将熔融金属浇入由熔模形成的型壳（铸型）型腔中，在重力作用下冷凝成形获得铸件的方法，又称失蜡铸造。
熔模铸造的工艺过程：

标准铸件 压型 熔蜡 压制熔模 单个蜡模

模组 制型壳、脱蜡 填砂、浇注
四、 特种铸造的特点和应用 表1—2
小结：1、浇注、落砂和清理
2、各种特种铸造的特点
布置作业

第二章 锻压
复习：各种特种铸造的特点
授新：
2——1 概述
锻压——对坯料施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。
一、 锻造
锻造——在加压设备及工（模）具的作用下，使金属坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何形状、尺寸和质量的锻件的加工方法。
锻件——金属材料经过锻造变形而得到的工件或毛坯。
分类：

自由锻 模锻
锻造特点：
l 改善金属的内部组织，提高金属的力学性能
l 具有较高的劳动生产率
l 适应范围广
l 可以大大地节省金属材料和减少切削加工工时
l 不能锻造形状复杂的锻件
二、冲压
冲 压——使板料经分离或成形而得到制件的工艺。
冲压件——用冲压的方法制成的工件或毛坯。
1、冲压的特点：
l 在分离或成形过程中，板料的厚度变化很小，内部组织也不产生变化。
l 生产效率很高，易实现机械化、自动化生产。
l 冲压制件尺寸精确，表面光洁，一般不再进行加工或仅按需要补充进行机械加工即可使用。
l 适应范围广，从小型的仪表零件到大型的汽车横梁等均能生产，并能制出形状较复杂的冲压制件。
l 冲压使用的模具精度高，制造复杂，成本高，所以主要适用于大批量生产。
2、冲压的基本工序：分离工序和成形工序

三、 压力加工简介
轧制 拉拔 挤压

§2－2 金属的加热和锻件冷却
金属加热的目的：提高塑性，降低变形抗力，并使内部组织均匀。
一、锻造温度范围
1．始锻温度——开始锻造的温度。
2．终锻温度——终止锻造的温度。
3．锻造温度范围——锻件的始锻温度到终锻温度的温度间隔。
4．加热速度——加热时坯料表面温度升高的速度（℃/h）。
二、锻件的冷却方法
1．冷却规范
冷却规范——冷却过程中温度与时间的关系。
2．冷却方式
l 空冷：热态锻件在空气中冷却
l 堆冷：将热态锻件成堆放在空气中进行冷却
l 坑冷：将热态锻件放在地坑（或铁箱）中缓慢冷却
l 灰砂冷：将热态锻件埋入炉渣、灰或砂中缓慢冷却
l 炉冷：锻后锻件放入炉中缓慢冷却

§2－3 自由锻
复习：锻造温度范围
授新：
自由锻——只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的锻造方法。
一、 加热炉
加热炉的加热方式主要有：火焰加热和电加热。目前在一般中小型工厂中，较普遍采用的是以烟煤作燃料的反射炉。
二、自由锻设备
常用设备有空气锤和水压机。
三、自由锻方法
自由锻的工序：基本工序、辅助工序和精整工序。
自由锻的基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割。
1．镦粗和局部镦粗
镦 粗——使毛坯高度减小、横断面积增大的锻造工序。
局部镦粗——在坯料上某一部分进行的镦粗。

镦 粗 局部镦粗
2．拔长
拔长——使毛坯横断面积减小、长度增加的锻造工序 。
方法： 反复90°翻转法 沿螺旋线翻转法
3．心棒拔长和扩孔
心棒拔长——在空心毛坯中加心棒进行变形以减小空心毛坯外径（即壁厚）而增加其长度的锻造工序。
扩孔——减小空心毛坯壁厚而增大其内径和外径的锻造工序。

心棒拔长 扩孔

心轴扩孔 冲头扩孔

4．冲孔
冲孔——在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。
双面冲孔

单面冲孔

5．弯形
弯形——采用一定的工模具将毛坯弯成所规定外形的锻造工序。
1—成形压铁
2—坯料
3—成形垫铁

自由弯形 成形弯形
6．切割
切割——把板材或型材等切成所需形状和尺寸的坯料或工件的锻造工序。
l 单面切割

l 双面切割和四面切割
双面切割——在坯料的两个相对面上先后切割。
四面切割——先切割两相对面，再切割相邻的两相对面。
双面和四面切割一般用于切割截面较大的坯料。
l 圆料切割

四、自由锻常见缺陷
l 裂纹
l 末端凹陷
l 轴心裂纹
l 折叠
小结：自由锻的基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割。
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§2－4 模锻
复习：自由锻的基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割。
授新：
模锻——利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。
一、 胎模锻
1．特点
胎模锻——在自由锻设备上使用可移动模具生产锻件的一种锻造方法。
l 自由锻简单、灵活
l 能制造形状复杂、尺寸准确锻件
l 适用于小批量生产中用自由锻成形困难、模锻又不经济的复杂形状锻件的生产
2．胎模的类型
（1）制坯整形模

摔模 扣模
（2）成形模

套模 合模
（3）切边冲孔模

二、模锻
1．模锻设备
常用的横锻设备有模锻空气锤、螺旋压力机、平锻机等。
2．锻模及模膛
锻模——模锻时使坯料成形而获得模锻件的工具。
连杆弯形的锻模及模锻过程：
1－弯形模膛 2－预锻模膛 3－滚挤模膛 4－拔长模膛 5－终锻模膛 6－滚挤模膛断面

§2－5 冲压
一、冲压常用设备
机械压力机 剪切机
二、分离工序
分离工序——使板料的一部分和另一部分分开的工序，包括冲裁和切断。
1．冲裁
冲裁——利用冲模将板料以封闭的轮廓与坯料分离的一种冲压方法。
落料：利用冲裁取得一定外形的制件或坯料的冲压方法。
冲孔：将冲压坯料内的材料以封闭的轮廓分离开来，得到带孔制件的一种冲压方法。
2．切断
切断——将板料沿不封闭的曲线分离的一种冲压方法。分切断和切口。
切断：两部分板料沿不封闭曲线完全分离。
切口：两部分板料沿不封闭曲线部分地分离，且分离部分的材料发生弯曲

落料 冲孔

切断 切口
三、成形工序
成形工序——使板料发生塑性变形，以获得规定形状工件的工序，包括弯形和拉深。
1．弯形
弯形——将板料在弯矩作用下弯成具有一定曲率和角度的制件的一种成形方法。

圆筒状制件的成形过程：

2．拉深
拉深——又称拉延，是变形区在一拉一压的应力状态作用下，使板料（或浅的空心坯）成形为空心件（深的空心件）而厚度基本不变的加工方法。
1－板料 2－凸模
3－压板 4－工件
5－凹模 6－拉深制件

小结：分离工序和成形工序
布置作业