工程实践讲义

1、工程实践讲义GONGCHENG SHIJIAN JIANGYI机械工程学院机械制造工程训练教学基本要求（机械类专业适用）一、 课程的性质和任务1、 课程性质工程训练是一门实践性的技术基础课，是机械类各专业学生学习机械制造的基本工艺方法，完成工程基本训练，培养工程素质的重要必修课。工程训练以实践教学为主，学生必须进行独立操作，在保证贯彻教学基本要求的前提下，教学尽可能结合生产进行。2、 课程任务（1） 了解机械制造的一般过程。熟悉机械零件的常用加工方法、所用主要设备的工作原理和典型机构、工夹量具以及安全操作技术。了解机械制造的基本工艺知识和一些新工艺、新技术在机械制造中的应用。（2） 对简单零件

2、初步具有进行工艺分析和选择加工方法的能力。在主要工种上应具有独立完成简单零件加工制造的实践能力。（3） 培养劳动观点、创新精神和理论联系实际的科学作风。初步建立市场、信息、质量、成本、效益、安全、群体和环保等工程意识。二、 教学基本要求（一） 铸工1、 基本知识（1） 熟悉铸造生产工艺过程、特点和应用。（2） 了解砂型、芯砂、造型、造芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理及常见铸造缺陷。熟悉铸件分型面的选择。掌握手工两箱造型（整模、分模、挖砂、活块等）的特点及应用。了解三箱造型及刮板造型的特点和应用。（3） 了解常用特种铸造方法的特点和应用。（4） 了解铸造生产安全技术、环境保护，并能进行简单经济分

3、析。 2、 基本技能掌握手工两箱造型的操作技能，并能对铸件进行初步的工艺分析。（二） 锻压1、 基本知识（1） 熟悉锻压生产工艺过程、特点和应用。（2） 了解胚料的加热、非合金钢的锻造温度范围和自由锻设备。掌握自由锻基本工序的特点。了解轴类和盘套类锻件自由锻工艺过程。了解锻件的冷却及常见锻造缺陷。（3） 了解胎模锻的特点和胎模结构。（4） 了解冲床、冲模和常见冲压缺陷。熟悉冲压基本工序。（5） 了解钣金工艺特点和应用。（6） 了解锻压生产安全技术、环境保护，并能进行简单经济分析。 2、 基本技能初步掌握自由锻和板料冲压的操作技能，并能对锻件和冲压件进行初步的工艺分析。（三） 焊接1、 基本知识

4、（1） 熟悉焊接生产工艺过程、特点和应用。（2） 了解电弧焊机的种类和主要技术参数、电焊条、焊接接头形式、坡口形式及不同空间位置的焊接特点。熟悉焊接工艺参数及其对焊接质量的影响。了解常见的焊接缺陷。了解典型焊接结构的生产工艺过程。（3） 了解气焊设备、气焊火焰、焊丝及焊剂的作用。（4） 了解其他焊接方法（埋弧自动焊、气体保护焊、电阻焊、钎焊等）的特点和应用。（5） 熟悉氧气切割原理、过程和金属气割条件。了解等离子弧切割的特点和应用。（6） 了解焊接生产安全技术、环境保护，并能进行简单经济分析。2、 基本技能能正确选择焊接电流及调整火焰。掌握焊条电弧焊、气焊的平焊操作。（四） 热处理了解钢的热处

5、理原理、作用、常见热处理方法及设备。（五） 机械加工1、 基本知识（1） 了解金属加工的基本知识。（2） 了解机床的型号、熟悉卧式车床的组成、运动、传动系统及用途。（3） 熟悉常用车刀的组成和结构、车刀的主要角度及其作用。了解对刀具材料性能的要求和常用刀具材料。（4） 了解轴类、盘套类零件装夹方法的特点及常用附件的大致结构和用途。（5） 了解车外圆、车端面、钻孔和车孔的方法。（6） 了解车槽、切断、锥面、成形面和螺纹的车削方法。（7） 了解常用铣床、刨床和磨床的组成、运动和用途。了解其常用刀具和附件的大致结构、用途及简单分度的方法。（8） 熟悉铣削、磨削的加工方法。了解刨削和常用齿形加工方法。

6、（9） 了解常用特种加工方法的特点和应用。（10） 熟悉数控机床的组成、加工特点和应用。（11） 了解切削加工常用方法所能达到的尺寸公差等级、表面粗糙度Ra值的范围及其测量方法。（12） 了解机械加工安全技术，并能进行简单经济分析。3、 基本技能（1） 掌握卧式车床的操作技能，能按零件的加工要求正确使用刀、夹、量具，独立完成简单零件的车削加工。（2） 熟悉铣床和磨床的操作方法。（3） 掌握电火花线切割的基本原理，能进行数控线切割机床和数控车床的编程和操作。（4） 能对简单的机械加工工件进行初步的工艺分析。（六） 钳工1、 基本知识（1） 熟悉钳工工作在机械制造及维修中的作用。（2） 掌握划线、

7、锯削、锉削、钻孔、攻螺纹和套螺纹的方法和应用。（3） 了解刮削的方法和应用。（4） 了解钻床的组成、运动和用途。了解扩孔和鉸孔的方法。（5） 了解机械部件装配的基本知识。2、 基本技能（1） 掌握钳工常用工具、量具的使用方法。能独立完成钳工作业件。（2） 具有装拆简单部件的技能。三、 几点说明1、 建议工程训练时间的比例为：铸造、锻压、焊接训练时间占1/3；车工训练时间占1/3；铣工、刨工、磨工训练时间占1/6；钳工训练时间占1/6。各院校可根据专业需要在满足基本要求的前提下对时间分配作适当调整，逐步增加对新技术和新工艺的训练。2、 应健全工程训练的组织机构，配备适当数量的、素质较高的人员辅导

8、工程训练。教师在工程训练中应发挥主导作用。3、 有条件的院校，在工程训练中可开设电工、电子和气动、液压、钣金等训练项目。4、 应积极创造条件，充实新工艺、新技术的教学内容。要具备基本的数控车、数控铣、数控先切割和电火花成形加工以及其他新技术、新工艺的工艺装备，逐步减少常规工艺训练内容，充分利用现有条件，积极开展创新训练。5、 在工程训练过程中，可运用试验、现场教学、参观、多媒体教学、电化教学、讨论、写报告等多种方式和手段，丰富教学内容，培养学生分析和解决问题的能力及创新精神。6、 在教学基本要求中有关认识层次提法的说明：了解：指对知识有初步和一般的认识。熟悉：指对知识有较深入的认识，具有初步运

9、用的能力。掌握：指对知识有具体和深入的认识，具有一定的分析和运用能力。各院校可根据自己的特点、形成特色，在某些教学内容上提出比基本要求更高的要求，努力提高课程的教学水平。机械制造工程训练教学基本要求（非机械类专业适用）一、课程的性质和任务工程训练是一门实践性的技术基础课，是非机械类有关专业教学计划中重要的实践教学环节之一。本课程应以实践教学为主，安排学生进行独立操作，并辅以专题讲授。学生通过工程训练获得机械制造的基本知识，建立机械制造生产过程的概念；培养一定的操作技能；在劳动观点、创新意识、理论联系实际的科学作风等工程技术人员的基本素质方面受到培养和锻炼；为后续课程的学习和今后的工作打下一定的

10、实践基础。二、教学基本要求（一）铸造1、 了解铸造生产工艺过程、特点和应用。2、 了解砂型铸造工艺的主要内容。了解铸件分型面的选择。熟悉兩箱造型（整模、分模、挖砂等）的特点和应用。能独立完成简单铸件的兩箱造型。了解常见铸造缺陷。3、 了解常用特种铸造方法的特点和应用。4、 了解铸造生产环境保护及安全技术。（二）锻压1、 了解锻压生产工艺过程、特点和应用。2、 了解自由锻工艺的主要内容：坯料加热、碳素结构钢的锻造温度范围、空气锤的大致结构、主要基本工序（镦粗、拔长、冲孔）的特点和常见锻造缺陷。能制作锻造作业件。3、 了解胎模锻的特点和应用。4、 了解冲床和冲模的大致结构及冲压基本工序的特点。5、

11、 了解钣金工艺特点和应用。6、 了解锻造生产环境保护及安全技术。（三）焊接1、 了解焊接生产工艺过程、特点和应用。2、 了解焊条电弧焊工艺的主要内容：焊条电弧焊机的种类和主要技术参数、电焊条、焊接工艺参数和常见焊接缺陷。能进行焊条电弧焊的平焊操作。3、 了解气焊、气割设备和气焊火焰，能进行气焊操作。了解气割过程及金属气割条件。了解等离子弧切割的特点和应用。4、 了解其他焊接方法的特点和应用。5、 了解焊接生产环境保护及安全技术。（四）热处理1、 了解常用钢铁材料的种类、牌号、性能特点及选用。2、 了解热处理的作用及钢的常用热处理方法。（五）机械加工1、 熟悉卧式车床的组成、运动和用途。2、 了

12、解车床主要附件的大致结构和用途。了解常用车刀的种类和材料。3、 熟悉常用量具及使用方法。4、 熟悉车外圆、车端面、钻孔和车孔的方法。了解切槽、车断和锥面、成形面、螺纹的车削特点。能独立完成简单零件的车削加工。5、 了解铣削、刨削、磨削加工的特点和应用。能在12种机床上加工零件或作业件。6、 了解常用特种加工方法的特点和应用。7、 了解数控机床的组成和加工特点。8、 了解机械加工的安全技术。（六）钳工1、 了解钳工工作在机械制造和维修中的作用。2、 了解钻床的大致结构和操作方法。3、 掌握锯削、锉削和钻孔的基本技能。了解划线、攻螺纹、套螺纹、扩孔和鉸孔的方法。4、 了解装配的基本知识。5、 了解

13、钳工工作的安全技术。三、 点说明1、 建议在过程训练中应安排若干专题讲授。2、 由于非机械类专业数量多、差异大，上述教学基本要求可根据专业特点作适当调整，并注意结合专业需要，充实新设备、新工艺、新技术的教学内容。要具备基本的数控车、数控铣、数控线切割和其他先进工艺装备，逐步增加新技术、新工艺的训练内容。3、 在训练过程中，可运用实验、现场教学、参观、多媒体教学、电化教学、写报告等多种方式和手段，丰富教学内容，在工程训练中逐步开展创新实践训练，培养学生分析和解决问题的能力及创新意识。教师在工程训练中应发挥主导作用。第1章 工程材料及热处理 材料是现代文明的三大支柱之一，也是发展国民经济和机械工业

14、的重要物质基础。20世纪前半叶，应用于机械、航空、建筑等领域的工程材料，均是基于应力、应变为代表的10-3m以上的宏观材料。材料科学发展比较缓慢。20世纪50年代后固体物理学的发展与冶金科学的结合，形成了新的材料科学，到了20世纪70年代，又发展为“材料科学与工程”的新兴学科，材料工程进入了宏观与微观共同发展的新时期。1984年，德国科学家H，Gleiter制成了第一块纳米材料纳米微晶体块。IBM前首席科学家JohnArmstrong指出；“我相信纳米科学和技术将会是下一个信息时代中心，就像在20世纪70年代的微米引起的革命一样。”纳米科学和技术将会改变人造物体的特性，这种材料技术的巨大进步和

15、生产范例的改变将产生工业革命。 进入2l世纪，材料科学蓬勃发展，新材料新技术层出不穷，极大地推动了科学技术和国民经济的发展。对于工科学生，适当了解现代材料的发展方向，具有极其重要的意义。 传统金属材料是能源、通信、交通运输、建筑、家用电器等行业中最基本的构成物质，也是保证经济持续增长的支柱之一。金属材料是工程材料中广泛应用的一大类，金属材料可分为黑色金属和有色金属两类，常用的黑色金属材料分为钢和铸铁两大类。一、金属材料的性能 金属材料的性能分为使用性能和工艺性能，使用性能又分为物理性能、化学性能、力学性能。 物理性能：包括密度、熔点、导电性、导热性、磁性等 化学性能：金属材料抵抗各种介质的侵蚀

16、能力，如抗腐蚀性能等力学性能：分为强度、硬度、塑性、冲击韧度、疲劳强度。强度：指在外力作用下材料抵抗变形和破坏的能力，分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度，单位均为MPa 硬度：衡量材料软硬程度的指标，较常用的硬度测定方法有布氏硬度(HBS、HBW)、洛氏硬度(HRAHRBHRC)和维氏硬度(HV)等 塑性：指在外力作用下材料产生永久变形而不发生破坏的能力。常用指标是延伸率()和断面收缩率()，和愈大，材料塑性愈好.冲击韧度： 指材料抵抗冲击力的能力。常把各种材料受到冲击破坏时，消耗能量的数值作为冲击韧度的指标，用a(Jcm²)表示。冲击韧度值主要取决于塑性、硬度，尤其是温度对

17、冲击韧度值的影响具有更重要的意义 疲劳强度：指材料在多次交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。工艺性能： 包括热处理工艺性能、铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能二、 钢的分类和编号一）钢的分类钢材的分类方法很多，常用的是以下三种：1按化学成分分类 根据钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类o 1) 碳素钢 碳素钢是指含碳量小于211的铁碳合金。实际使用的碳素钢中除含有铁和碳两种主要元素以外，还存在有锰，硅，硫，磷等杂质元素。其中，锰和硅是炼钢时为脱氧而加入的有益元素，硫、和磷是从炼钢原料中带入的有害杂质。 碳素钢按含碳量可分为：低碳钢(含碳量小于0.25%)，中碳钢(含碳量为025

18、0.60%)，高碳钢(含碳量大于0.60%)。 2)合金钢 为了提高钢的某些性能或获得某种特殊性能，炼钢时特声加入一定量的某一种或几种合金元素，这样得到的钢称为合金钢。根据合金元素含量多少，合金钢可分为：低合金钢(合金元素总量小于5%)，中台金钢(合金元素总量为510%)，高合金钢(合金元素总量大于10%)。 2按用途分类 按钢材的用途分为三类： 1)结构钢 结构钢用于制造各种机器零件及工程结构制造机器零件的钢还可分为渗碳钢、调质钢，弹簧钢，滚动轴承钢等。制造工程结构的钢包括碳素结构钢和低合金结构钢等。 2)工具钢 工具钢用于制造各种工具，根据工具的用途又可分为刃具钢，模具钢和量具钢。 3)特

19、殊性能钢 特殊性能钢是具有特殊物理性能或化学性能的钢，包括不锈钢，耐热钢，耐磨钢，磁钢等。 3按品质分类 钢材品质的优劣是按钢中硫、磷含量多少来区分的，可分为优质钢高级优质钢和特级优质钢等。 二）钢的编号 我国的钢材编号采用国际化学元素符号、汉语拼音字母和阿拉伯数字相结合的方法表示。下面介绍几种常用钢材的编号。 1碳素结构钢 这类钢的牌号由代表屈服点的字母“Q”、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。钢的质量等级分为四级，用字母A，B，C，D表示，其中A级钢的硫含量不大于0.050%，磷含量不大于0045%；B级钢的硫，磷含量均不大干0045；C级钢的硫，磷含量均不大于0

20、040；D级钢的硫，磷含量均不大干0035。沸腾钢在钢的牌号尾部加“F”，半镇静钢在钢的牌号尾部加“b”，镇静钢不加字母。 2。优质碳素结构钢 钢的牌号用两位阿拉伯数字表示。这两位数字表示平均含碳量(以万分之几计)，若平均含碳量小于千分之一，则数字前补零。钢中含锰量较高(0.701.00%)时，在数字后加锰元素符号“Mn”。沸腾钢、半镇静钢以及专门用途的优质碳素结构钢，应在牌号中特别标出。如锅炉钢在牌号尾部加“g”，压力容器用钢在牌号尾部加“R”，焊条用钢在牌号头部加"H”。 3碳素工具钢 在牌号头部用“T表示碳素工具钢，其后跟以阿拉伯数字，表示平均含碳量(以千分之几计)。钢中含锰量

21、较高时，在数字后加元素符号“Mn”，若为高级优质碳素工具钢，则在牌号尾部加"A"。 4合金结构钢 这类钢的牌号采用“两位数字+化学元素符号+数字”的方法表示。牌号头部的两位数字表示平均含碳量(以万分之几计)，元素符号表示钢中所含的合金元素，紧跟元素符号后面的数字表示该合金元素平均含量(以百分之几计)。若合金元素的平均含量<150，则含量一般不予标出；若合金元素的平均含量为150249%o，250349%，350449，则相应地标以2，3、4，。若为高级优质合金结构钢，则在牌号尾部加"A"。 5合金工具钢 这类钢的牌号采用"数字(或无数字)

22、十化学元素符号+数字”的方法表示。牌号头部的数字表示钢中平均含碳量(以千分之几计)，当含碳量1.00。时不标出；化学元素符号及随后的数字的含义和合金结构钢相同。 6特殊性能钢 这类钢的编号方法基本上和合金工具钢相同。牌号头部的数字表示平均含碳量(以千分之几计)，一般用一位数字表示。若平均含碳量小于千分之一时，则用”o”表示；若平均含碳量003%时，则用“oo”表示。三、常用铸铁 铸铁是含碳量大干211%的铁碳合金。工业用铸铁中还含有硅、锰、硫、磷等杂质元素。铸铁与碳素钢比较，虽然力学性能(抗拉强度，塑性、韧性)较差，但具有优良的减震性、耐磨性、铸造性能和切削加工性能，而且生产成本低廉，因而在工

23、业生产中得到广泛应用。 根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为以下几种： 一）白口铸铁 其中碳几乎全部以化合物状态(Fe，C)存在，断口呈银白色，故称白口铸铁。由于这种铸铁的性能硬而脆，很难进行切削加工，所以很少直接用于制造机械零件。有时利用其硬度高，耐磨性好的特点，制造一些要求表面有高耐磨性的机件和工具，如球磨机的内，衬和磨球等。 二）灰铸铁 灰铸铁中碳主要以片状石墨的形式存在，断口呈暗灰色，故称灰铸铁，灰铸铁的铸造性能和切削加工性能很好，是工业上应用最广泛的铸铁。 灰铸铁的牌号由“HT"和三位数字组成，其中数字表示抗拉强度最低值。例如，HTl00表示抗拉强度最低值为100MPa

24、的灰铸铁。三）可锻铸铁可锻铸铁中碳主要以团絮状石墨的形态存在，它是白口铸铁经退火而获得的一种铸铁，与灰铸铁相比，可锻铸铁具有较高的强度，且具有较好的塑性和韧性，故被称为可锻”铸铁，实际上并不可锻。按国家标准GB944088和GB561285的规定，可锻铸铁分为黑心可锻铸铁，珠光体可锻铸铁和白心可锻铸铁等，其牌号分别由“KTH”、 KTZ”、 “KTB”和两组数字组成。前一组数字表示抗拉强度最低值，后一组数字表示伸长率最低值，如KTH300·06表示抗拉强度最低值为300MPa，伸长率最低值为6的黑心可锻铸铁；KTZ450-06表示抗拉强度最低值为450MPa，伸长率最低值为6的珠光体

25、可锻铸铁：KTB350-04表示抗拉强度最低值为350MPa，伸长率最低值为4的白心可锻铸铁。 可锻铸铁适用于制造形状复杂、工作中承受冲击，震动，扭转载荷的薄壁零件，如汽车，拖拉机后桥壳、转向器壳和管子接头等。四）球墨铸铁球墨铸铁中石墨呈球状球墨铸铁的强度比灰铸铁高得多，并且具有一定的塑性和韧性。它主要用子制造某些受力复杂，承受载荷大的零件，如曲轴，连杆，凸轮轴，齿乾等。 球墨铸铁的牌号由“QT”和两组数字组成。前一组数字表示抗拉强度最低值，后一组数字表示伸长率最低值。如QT400-18表示抗拉强度最低值为400MPa，伸长率最低值为18%的球墨铸铁. 三、 铝合金 铝合金是使用了100多年的

26、传统材料，目前世界原铝产量达1900万吨。其中50用来制取加工材与深加工产品。目前我国的铝合金品种，约占美国的一半，规格不足美国的14。20世纪70年代以来，铝合金方面的发展有以下几方面： (1)A1一Li系合金 锂是最轻的金属元素。铝合金中添加百分之几的锂后，可获得时效强化(即铝合金的热处理强化)效果，密度可降低10，比模量可提高10。但锂的熔点很低，故铝锂合金冶炼很困难。波音747的外壳用铝锂合金，减轻了较多的质量。飞机单位质量的降低，其产生的经济效益是按几何级数递增的，因此铝锂合金是大有作为的。 (2)超塑铝合金 超塑成形因变形可达百分之几百，复杂的构件可一次成形。飞机机身隔框、电气外壳

27、等都可采用铝合金超塑成形以节约生产成本。(3)粉末冶金铝合金 采用快速凝固制粉技术或机械合金化制粉，可获得晶粒细化且成分均匀的过饱和微合金粉。它比熔铸法合金成分均匀。(4)铝合金功能膜 是利用氧化膜内孔洞，充填别的材料以获得所要求的功能。是近年来的研究热点，应用推广较快。四 钛合金 钛合金是近来快速发展的材料。钛及钛合金密度小(45gcm³)，强度大大高于钢。比强度和比模量性能突出。波音777的起落架采用钛合金制造，大大减轻了质量，经济效益极为显著。钛的耐腐蚀性能优异，是目前耐海水腐蚀的最好的材料。钛是制造工作温度在500以下，如火箭低温液氮燃料箱、导弹燃料罐、核潜艇船壳、化工厂反应

28、釜等构件的重要材料。我国钛产量居世界第一，TiO：储量约8亿吨。特别在攀枝花、海南岛资源非常丰富。 但是钛合金高温强度差，不宜在高温中使用。尽管钛的熔点高于1700，比镍等金属材料高好几百度，但其使用温度较低，工业纯钛的最高工作温度只有49,5(800F)。如当前使用的飞机涡轮叶片材料是镍铝高温合金。若能采用耐高温钛合金，材料的比强度、耐蚀性和寿命将大大提高。为解决钛合金的高温强度，世界各国正积极研究采用中间化合物即金属和金属之间的化合物作为高温材料。中间化合物熔点较高、结合力强，特别是TiAl，密度又小，作为航空的高温材料有较大的优越性和发展前途。目前研制的有序化中间化合物使钛合金使用温度达

29、到600以上、Ti3AI达到750C、TiAl达到800左右，21世纪初有望提高到900以上。五 镍及镍合金 镍是重要的战略性资源。镍基高温合金用以制造喷气发动机涡轮盘及叶片，其使用温度可接近o75T熔；镍铜系耐蚀合金可制造高压充油电缆、油槽、医疗器材；镍锰系是电真空材料；镍中添加硅、钨或锆和钙或钡可做阴极材料等等。我国金川镍矿的开发，为镍基合金发展提供了必要的条件。六 镁及镁合金 镁在地壳中含量为277，仅次于铝和铁，年产量约40万吨。 镁及镁合金的主要优点是密度小，比强度、比模量高，抗振能力强，可承受较大的冲击载荷，同时，切削加工和抛光性能好，因而是航空航天、仪器仪表、交通运输等工业部门的

30、重要结构材料。但是，镁的化学性质活泼，抗腐蚀性能差，熔炼技术复杂，冷变形困难，缺口敏感性大，因而阻碍了其发展。目前以铸造镁合金的应用为主。但近年来研究出的Mg-Li合金，其密度为13165gcm³，有超合金之称。且强度高，塑性、韧性好，易焊接，缺口敏感性小，是很有发展前途的变形镁合金。七 难熔金属 难熔金属主要有钨、钼、钽、铌、钒、铼，前四种有重要的工业价值，钨的50是用于生产硬质合金(做WC粉)、穿甲弹芯等，世界用钨量1000t年，我国生产约30t年。 我国钼储量居世界第二位。钼合金顶头可用于不锈钢穿管机上，钼板、钼丝主要用于电子工业做微波管热电子阴极、真空炉中辐照屏等。钼是高速工

31、具钢、高温合金中的重要组元。八 先进陶瓷 陶瓷有很多的优点：密度低，只有钢的13，弹性模量高，缺口敏感性小，耐高温(目前达到1400C)，膨胀系数低，硬度较高，摩擦系数较低，热稳定性和化学稳定性好，电性能好，屑耐高温耐腐蚀绝缘材料。但是，陶瓷的缺点也比较明显：如韧性低，较脆；难加工。 先进陶瓷是相对于用天然无机物烧结的传统陶瓷而言的。以精制的高纯人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制的制备工艺烧结而成的陶瓷，其性能远远胜过以往的传统陶瓷。先进陶瓷又称为精细陶瓷或新型陶瓷。 先进陶瓷的主要特性有： - (1)绝缘性、半导性、导电性、超导性、压电性、磁性等； (2)耐热性、绝缘、高硬度、耐磨性、

32、抗氧化、高温强度等优异力学性能， (3)生物适应性、催化剂等生物、化学功能： (4)独特的光学功能及光、电、声、热、磁、弹性之间相互转换、耦合的功能。 陶瓷材料大致可分为结构陶瓷、功能陶瓷和生物陶瓷三类。 结构陶瓷是指在高温下作为结构材料使用的陶瓷，也称高温陶瓷或工程陶瓷。它具有在高温下强度和硬度高、蠕变小、抗氧化、耐磨损、耐烧蚀等特性。结构陶瓷大致可分为两大类：1500以上高温下短时间使用(几秒到几十分钟)和1200以上的高温下长期使用(几百到数千小时)的陶瓷。前者用于卫星的端头帽、喷管喉衬、航天器中大热流部件等。后者主要用于各种新型热机中的耐热部件，或其他领域的高温结构件、耐腐蚀部件、切削

33、刀具等。 功能陶瓷是具有机、电、声、热、磁、弹性之间的耦合材料，是现代信息、自动化等工业的基础材料。在耐热性、化学稳定性等方面优于金属和有机高分子材料。又称为电子陶瓷。 生物陶瓷始于20世纪60年代。与金属材料、有机高分子材料相比，它具有与生物机体有较好的相容性和生物活性、耐侵蚀性、耐磨损性等独特性能。 目前陶瓷的发展如下； (1)多相复合陶瓷 包括纤维(或晶须)补强的陶瓷基复合材料，异相颗粒弥散的复相陶瓷，两种或两种以上主晶相组合的多相复合陶瓷及梯度功能复合材料。 (2)纳米陶瓷 先进陶瓷从目前的微米级(从粉体到显微结构)向纳米级尺度发展，由于制备科学上的进展以及工艺上的可行性，已成为其发展

34、趋势之一。 (3)陶瓷材料按使用性能设计 已逐步摆脱以往的经验式的研究而步入按使用性能对陶瓷材料进行设计。九 热处理基本概念 热处理是将金属材料在固态下通过加热、保温和不同的冷却方式，改变其内部组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。在机械制造中，热处理起着十分重要的作用，它既可以用于消除上一工艺过程所产生的金属材料内部组织结构上的某些缺陷，又可以为下一工艺过程创造条件，更重要的是进一步提高金属材料的性能，从而充分发挥材料性能的潜力。因此，各种机械中许多重要零件都要进行热处理， 钢的热处理工艺包括退火，正火、淬火，回火和表面热处理等。一）退火与正火 退火是将钢件加热到适当温度，保温一段时间后缓慢

35、冷却(通常是随炉冷却)的热处理工艺。 退火的目的是：降低硬度，改善切削加工性能；细化晶粒、改善组织，提高力学性能：消除内应力，并为后续的热处理作好组织准备。 正火是将钢件加热到某一温度，经保温后在空气中冷却的热处理工艺。正火的冷却速度比退火要快，所获得的组织比退火后更细。因此，同样的钢件在正火后的强度。硬度比退火后要高些，但清除内应力不如退火彻底，正火时钢件在炉外冷却，不占用设备，生产率较高。低碳钢零件常采用正火代替退火，以改善切削加工性能。对于比较重要的零件，正火可作为淬火前的预备热处理：对于性能要求不高的碳钢零件，正火也可作为最终热处理。二）淬火与回火 淬火是将钢件加热到某一温度，保温一定

36、时间，然后在水或油中快速冷却，以获得高硬度组织的热处理工艺。 淬火后，钢的硬度和强度大大提高，但脆性增加，并产生很大的内应力。为了减小淬火钢的脆性，消除内应力，并得到所需的性能，必须进行回火。 回火是将淬火钢重新加热到适当的温度，经保温一段时间后冷却下来的热处理工艺回火决定钢在使用状态的组织和性能，因而也是一种十分重要的热处理工艺， 根据回火时加热温度不同，可以分为以下三种： · 1)低温回火 加热温度为150'250。其主要目的是为了降低钢中的内应力和脆性，而保持钢在淬火后得到的高硬度和高耐磨性。低温回火通常适用于刃具，量具、冷冲模具和滚动轴承等。 2)中温回火 加热温度为

37、350500，其主要目的是提高钢的弹性和屈服点，多用于热锻模和各种弹簧的热处理。 3)高温回火 加热温度为500650。其主要目的是获得钮度，塑性和韧性都较好的综合力学性能。高温回火适用于轴。齿轮和连杆等重要机械零件。淬火加高温回火又称为“调质处理”。三）表面热处理 某些零件的使用要求是表面应具有高强度、高硬度.高耐磨性和抗疲劳性能，而心部在保持一定的强度，硬度条件下应具有足够的塑性和韧性，这就需要采用表面强化的方法。表面热处理是钢件表面强化的重要方法之一，生产中应用较广泛的有表面淬火和化学热处理等。 1表面淬火钢的表面淬火是通过快速加热，将钢件表面层迅速加热到淬火温度，然后快速冷却下来的热处

38、理工艺。表面淬火主要适用于中碳钢和中碳低合金钢，例如45。40Cr等。通常，钢件在表面淬火前均进行正火或调质处理，表面淬火后应进行低温回火。这样，不仅可以保证其表面的高硬度和高耐磨性，而且可以保证心部的强度和韧性。 2化学热处理 化学热处理是将钢件置于某种化学介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入钢件表面，改变其化学成分，达到改变表面组织和性能的热处理工艺。根据渗入的元素不同，化学热处理的种类有渗碳，氮化、氰化(碳氮共渗)，渗硼和渗铝等。目前工业生产上最常用的是渗碳、氮化和氰化三种。 渗碳是将低碳钢的零件放入高碳介质中加热，保温，以获得高碳表层的化学热处理工艺。钢件渗碳后，尚需进行淬火和低温回

39、火，使表面具有高硬度、高耐磨性，而心部却保持良好的塑性和韧性。渗碳钢的含碳量一般为0，10。3%，常用的钢号有20，20Cr，20CrMnTi等。 氮化是将钢件放入高氮介质中加热，保温，以获得高氮表层的化学热处理工艺，又称渗氮，与渗碳相比，氮化后表面具有更高的硬度、耐磨性和疲劳强度，而且具有一定的耐蚀性。目前，最常用的氮化用钢是38CrMoAIA。 氰化是使钢件表面同时渗入碳和氮的化学热处理工艺。目前应用较多的是气体氰化，它包括高温氰化和低温氰化。高温氰化以渗碳为主，氰化后进行淬火和低温回火；低温氰化以渗氮为主，实质上是氮化，氰化所用的钢主要是渗碳钢，如20CrMnTi等，但也可用中碳钢和中碳

40、合金钢第2章 铸 造一、铸工实习安全技术规则1、 实习时要穿好工作服。2、 造型时不要用嘴吹砂子。3、 浇注时，不浇注的同学应远离浇包。4、 不许用手、脚触及未冷却的铸件。5、 清理铸件时，要注意周围环境，以免伤人。二、概述1、什么叫铸造？将液体金属浇注到具有与零件形状相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固后获得零件毛坯的方法，称为铸造。用铸造方法得到一定形状和性能的金属件称为铸件，铸件用金属有：铸铁、铸钢、铝合金、铜合金等。铸件一般是毛坯，经切削加工后才能成为零件。但如果采用精密铸造的方法，或者对零件的精度与粗造度要求不高时，铸件也可不经机械加工而直接使用。2、铸造的优缺点优点：可生产外形、内腔很

41、复杂的零件；铸造合金种类比较广泛；原材料来源广泛，成本低廉；铸件的形状、尺寸与重量的范围比较大，轻的仅几克，重至上百吨，这对于大型零件的生产具有显著的优越性。缺点：铸造生产工序较多；铸件质量不够稳定；废品率往往比其它加工方法稍高；铸件内部组织粗大与缺陷较多；机械性能较低（不如锻件高）；劳动条件差。比较铸造生产的优缺点，其优点仍是主要的，因而被广泛应用于机器制造等生产部门。在一般机械中，铸件重量约占机械设备重量的40-90%；在汽车、拖拉机制造业中，铸件重量约占50-70%；在机床、重型机械、矿山机械、水电设备铸件重量约占85%以上。3、铸造生产铸造生产方法有砂型铸造和特种铸造两大类。砂型铸造广

42、泛用于铸铁和铸钢的生产，金工实习学习手工砂型铸造。砂型铸造的工序很多，主要的工序有：制造模型和芯盒、制备型砂及芯砂、造型、造芯、和箱、熔化金属、浇注、落砂、清理、及检验等。（利用挂图讲解）模型和型芯盒是制造砂型的基本工具，模型用来获得铸件的外型，而用型芯盒制得的型芯主要是用来获得铸件的内腔。制造模型和型芯盒时，应考虑以下因素：分型面、起模斜度、加工余量、收缩量、圆角、型芯头。生产中常用的模型有：木模、金属模和塑料模等，木模质轻、容易加工、生产周期短、成本低，但不耐用、易变形。它多用于单件、小批生产。在成批、大批生产中宜采用强度较高的金属模和塑料模。利用挂图讲解铸型装配图中各部分名称。三、型砂1

43、、型砂的组成型砂由原砂、粘结剂、水及其它附加物所组成。原砂的主要成分是石英和少量杂质，石英的化学成分是二氧化硅，它的熔点高达1700，砂中二氧化硅含量越高，其耐火性越好。砂粒的形状可分为圆形、多角形和尖角形，砂粒越大，则耐火性和透气性越好。粘结剂主要有：水玻璃、桐油、干性植物油、树脂和粘土等，前几种的粘性比粘土好，但价格贵。粘土主要分为普通粘土和膨润土，湿型砂普遍采用粘结性能好的膨润土，干型砂多用普通粘土。常用的附加物有：煤粉、重油、锯木屑。浇注时煤粉和重油在砂型中不完全燃烧，产生还原气体薄膜，将高温金属液与砂型壁隔开，减少金属液对砂型的热力与化学作用，有助于提高铸件表面粗造度。木屑烧掉在砂型

44、中留下空隙，使型砂有更好的退让性和透气性。粘土中的水分对型砂性能和铸件质量影响极大，当粘土与水分重量之比为31时，型砂强度可达最大值。2、型砂的性能为保证砂型在造型、合箱和浇注时承受自重、外力、金属液的烘烤、及压力的作用，要求砂型具有一定的强度、耐火性、透气性、退让性等。型砂的强度是型砂抵抗外力破坏的能力。强度不好，砂型可能塌落，可能被金属液冲毁，易在铸件上产生砂眼、夹砂和塌箱等缺陷。型砂的耐火性是型砂经受高温金属液作用而不被熔化、软化和烧结的能力。耐火性不好，易在铸件表面产生夹砂等缺陷。型砂的透气性是气体通过紧实砂型的能力。透气性不好，易在铸件上产生呛火、气孔和浇不到等缺陷。型砂还应有退让性

45、，以保证铸件冷却收缩时，不致因阻碍收缩使铸件产生裂纹。3、型砂的配制小型铸铁件用的型砂比例是：新砂220%，旧砂9880%，另加粘土810%，水48%，煤粉25%。四、整模造型1、 要求：应知：木模结构特点，整模造型的特点、铸型的结构、分型面的概念及浇注系统的组成和功用。应会：整模造型的特点、基本方法、步骤及操作要领，初步学会使用造型和修型工具。2、整模造型工艺过程按造型的手段可分为手工造型和机器造型两大类。手工造型的方法，要根据铸型的形状、大小和生产批量的不同进行选择，常用的有整模造型、分模造型、挖砂造型、活快造型、三箱造型等。整模造型的步骤：（当铸件的最大截面在其一端时，可采用整模造型）1

46、）制作下箱（或春下砂型）讲解要点：砂箱的作用，如何选择；面砂和背砂的作用，区别及用量着重介绍春砂的目的和方法，砂型紧实度的重要意义。指出春砂是一项技术性较强的操作技能，直接影响铸件质量。砂箱的作用是便于春实砂型，方便砂型的搬运，防止金属液体将砂型冲垮。面砂是贴近模型的一层型砂，浇注时直接与高温金属液体接触，因此性能要求比背砂高，用量随铸件的壁厚而定，一般春实后约20-50mm为宜。春砂的目的是使砂型具有一定强度，在搬运、起模和浇注时不致损坏，更重要的砂型能承受金属液的压力和冲击，不致变形和损坏。2）制作上箱（又称上砂型）讲解要点：分型面的作用（这里简单介绍浇注系统的作用，下课详讲）；砂箱定位的

47、意义和方法；扎气孔的目的和注意事项。3）开箱、取模及修型4）修型工艺及工具的用法5）合箱结论：造型方法虽然有不同，但每一种造型方法的基本操作步骤大体相同。主要工序有：木模、砂箱选择、加砂春实、开箱、取模、修型、安放型芯、合箱。3、 浇注位置选定原则浇注位置是指浇注时，铸件在铸型中所处的位置。其选择正确与否，将直接影响铸件质量。(1)铸件的重要加工面或主要工作面应朝下，若难以做到朝下，应尽量位于侧面。这是因为金属液的密度大于砂、渣。浇注时，砂眼气泡和夹渣往往上浮到铸件的上表面，所以上表面缺陷通常比下部要多。同时，由于重力的关系，下部的铸件最终比上部要致密。因此，为了保零件的质量，重要的加工面应尽

48、量朝下或侧面。对于体收缩大的合金铸件，为放置冒口和毛整修方便，重要加工面或主要工作面可以朝上。 (2)铸件的大平面尽可能朝下，或采用倾斜浇注。铸型的上表面除了容易产生砂眼、气夹渣外，大平面还常产生夹砂缺陷。这是由于在浇注过程中，高温的液态金属对型腔上表面强烈的热辐射，型砂因急剧膨胀和强度下降而拱起或开裂，拱起处或裂口浸入金属液中，形夹砂缺陷。同时铸件的大平面朝下，也有利于排气、减小金属液对铸型的冲刷力。 (3)尽量将铸件大面积的薄壁部分放在铸型的下部或垂直、倾斜。这能增加薄壁处金属的压强，提高金属液的流动性，防止薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷。 (4)热节处应位于分型面附近的上部或侧面。容易形成

49、缩孔的铸件(如铸钢、球墨铸铁、锻铸铁、黄铜)浇注时应把厚的部位放在分型面附近的上部或侧面，以便安放冒口，实现定向固，进行补缩。 (5)便于型芯的固定和排气，能减少型芯的数量。五、分模造型1、要求应知：分模造型的特点和应用，型芯和型心头的作用，浇冒口应放的位置和功用。应会：初步掌握分模造型及选型芯的基本工艺过程，巩固整模造型的要领。2、示范讲解1）分模造型的特点应用分模造型的模型是分成两半的，造型时分别在上、下两箱内，分型面一般也是平面。这类零件的最大截面不在端部，如果做成整体模造型后就会取不出来。我们用套筒模型为范，用分模造型的方法，其分模面（分开模的平面）也是分型面。分模选择操作简便，适用于

50、生产各种批量的套筒、管子、阀体类形状较复杂的铸件。2）分型面选择原则分型面是指两半铸型相互接触的表面。除了实型铸造法外，都要选择分型面。 一般说来，分型面在确定浇注位置后再选择。但是，分析各种分型面的利弊之后，可能再调整浇注位置。在生产中浇注位置和分型面有时是同时确定的。分型面的选择在很大程度影响着铸件的质量(主要是尺寸精度)、成本和生产率。因此，分型面的选择要在保证铸件质的前提下，尽量简化工艺，节省人力物力。因此需考虑以下几个原则： (1)保证模样能从型腔中顺利取出(分型面设在铸件最大截面处)。 (2)应使铸件有最少的分型面，并尽量做到只有一个分型面。因为：多一个分型面多份误差，使精度下降；

51、分型面多，造型工时大，生产率下降：机器造型只能两箱造型，故分型面多，不能进行大批量生产。 (3)应使型芯和活块数量尽量减少。 (4)应使铸件全部或大部放在同一砂型，否则错型时易造成尺寸偏差。 (5)应尽量使加工基准面与大部分加工面在同一砂型内，以使铸件的加工精度得以保证。 (6)应尽量使型腔及主要型芯位于下型，以便于造型、下芯、合型及检验。但下型型腔也不宜过深(否则不宜起模、按放型芯)，并力求避免吊芯和大的吊砂。 (7)应尽量使用平直分型面，以简化模具制造及造型工艺，避免挖砂。 (8)应尽量使铸型总高度为最低，这样不仅节约型砂，而且还能减轻劳动量，对机器造型有较大的经济意义。 3）套筒分模造型

52、工艺过程造下砂型造上砂型开箱起模修型开浇口下型芯合箱（具体操作步骤同整模造型法（略）4）浇注系统（出示典型的浇注系统的实物）：浇注系统是液体金属注入型腔中所经过的通道，其作用是：能平稳、迅速地注入液体金属；挡渣、防止渣子、砂粒等进入型腔；调节铸件各部位温度，起“补缩”作用。正确地设置浇注系统，对保证铸件质量，降低金属消耗量有重要意义。若浇注系统的设计不合理，铸件易产生砂眼、渣孔、浇不足、气孔、缩孔和裂纹等缺陷。5）冒口的位置和作用常在铸件型腔顶部也就是最高、最厚部位开设出气冒口，以便补缩、排出型腔气体，上浮熔渣和观察浇注情况。6）造型芯型芯主要的作用是用来形成铸件的内腔、孔穴。有时也用于形状凹

53、陷部分铸件的外形和很复杂零件的细小部位。由于型芯的四面被高温金属液所包围，冲刷及烘烤比砂型要历害，因此型芯砂必须具有比型砂更高的强度、耐火性、透气性及退让性等性能。芯砂常用配方：粘土芯砂组成，旧砂7080%，新砂2030%，粘土34%，膨润土24%、水710%。合脂砂砂的组成：黄砂100%，合脂3.03.2%，糊精1.31.5%，膨润土1.01.5%，水2.73.4%。型芯制造过程型芯可用手工制造，也可用机器制造，这里主要介绍手工制造型芯过程。型芯盒是最大截面分开，称为对开式型芯盒，将两半型盒合上，用来具夹紧，放芯骨，竖着分数次装型砂并反复紧。再用气孔针在型芯的中间扎道气孔，取下夹具，轻轻地震

54、动几下型砂盒，使型芯盒与型芯分开，修光刷上涂料并烘干（铸钢件涂料多用石墨粉铸钢件则用石英粉等调成糊状刷在型苡的表面）。六、挖砂造型1、要求应知：1）挖砂造型的特点及其应用；2）挖砂造型的方法及假箱的应用；3）铝合金的熔浇设备及其熔化过程。应会：能独立进行挖砂造型并了解假箱的应用，进一步掌握修型工具的使用方法。2、示范讲解1）挖砂造型的特点是：造型时必须将下砂箱防碍取模的型砂挖去，当铸件外型轮廓为曲面或阶梯面时，其最大截面不在铸件一端，且模型又不便分成两半，常用挖砂造型法（适用于单件、小批生产）。2）挖砂造型工艺过程造下砂箱-翻转180°挖砂做出分型面-造上砂箱-开箱取模-修整合箱（假

55、箱略带讲解）。七、合金的熔炼与浇注1、铝合金用坩埚电阻炉熔浇的特点及其工艺过程1）熔烧的特点：各种有色金属在熔烧时有一个共同的特点，就是极易氧化，所以不能用冲天炉，一般常用坩埚电阻炉等。2）铝合金熔浇工艺过程准备：检查电气设备是否正常，清理炉料，要去除表面油污、粘砂等。炉料必须进行预热，以除去其水份，各种炉料都须化验其成分，以便配制合格的合金，熔化铝合金的坩埚和所有用具都必须涂料（以滑石粉为主），以免与铝合金直接接触，污染铝合金。熔炼：铝合金在熔炼时，极易氧化成Al2O3，其氧化物比重与合金液比重相近，如靠它自己上浮或下沉是难以除去的，很易使铸件形成夹渣，此外，铝合金在高温时吸收氢气，如不去除，也将会使铸件形成气孔。金属熔化后，要进行精炼处理。首先将旧渣扒去，用复盖剂复盖，复盖剂为Sr-WF，用量0.200.5%（占铝液重），作二次加入，在除气前加入其重量1/21/8。再以钟罩压入预热好的精炼剂（Sr-WJ2），用量为铝液重的0.40.5%，精炼处理温度为730750，第一次压入量为1/2略多些，处理时间45分钟，第二次压入余量，处理34分钟，除气后扒去熔渣再撒入余量的1/32/3的复盖剂，静止23分钟后，即可扒渣进行浇注，浇