《加工工艺学》课件1-1尺寸公差

1、第一章 互换性原理互换性问题螺母、子弹的互换性步枪的批量生产鱼雷配合1.1互换性与优先数 1.1.1互换性与标准化 1.互换性 -同一规格的零件或部件，不需挑选择或辅助加工， 就可装配在机器上并达到原定性能要求。互换的三种情况完全互换-完全达到上述互换性要求（即不需分组、选择、调整、修配）。不完全互换-（又称 有限互换）即装配时需分组、选择、调整。不互换采用配作加工或装配时修配。满足完全互换需具备的条件几何参数达到结合的使用要求 -几何参数互换物理、化学、电学、机械性能满足要求 功能互换 几何参数零件的尺寸大小、形状、位置。 满足上述两条的称具有广有义互换性。2.应用互换性的优点在设计上：在生

2、产上：在修理上：在使用上：在管理上：3.互换性的最终目标实现三化 首先是标准化；ISO GB HB 而后是产品的系列化； 进而寻求大范围的通用化。 立足较高层次，合理地利用互换原则指导设计和生产。2 优先数以 为公比的等比数列。是工程设计和产品系列化的重要依据。1.1.2优先数与优先数系 优先数有几个数列：r=5、10、20、40、80R5系列：公比1.0 1.6 2.5 4.0 6.3 10.0R10系列：1.0 ，1.25， 1.6，2.0， 2.5， 3.15， 4.0.R20系列：1.0， 1.12 ，1.25， 1.40， 1.6， 1.80， 2.0510优先数的特点后面的数列依次

3、包含前面的数列。优先数可以向两个方向延伸。优先数的积商幂还是优先数。优先数疏密适中，选用方便。优先数的应用主要由于产品的系列化，如摩托车排气量、冰箱容积、螺栓尺寸系列。工程数值系列：如公差系列某车床设计转速202000转/每分，分为20级。应该如何设计转速。R10系列优先数X20规整化1.2 公差与配合基本概念：公差与配合国家标准共包括五个标准：GB1800总论 标准公差与基本偏差；GB1801 尺寸至500mm孔、轴尺寸公差带与配合；GB1802 尺寸大于500mm至3150mm常用孔、轴公差带；GB1803 尺寸至18mm孔、轴尺寸公差带；GB1804未注公差尺寸的极限偏差。如直径20、长

4、度100mm。20100 实际上不可能制造出尺寸绝对准确的零件。实际获得的零件尺寸与理想尺寸之间有一定的偏差。如零件实际直径可能是20.01，或19.98。实际使用时允许零件存在一定的偏差。但偏差有一定的允许范围，过大则会影响使用。问题：如何获得（制造）确定 的尺寸？公差如相互配合的，直径基本尺寸为20mm的电机轴和轴承孔。20 为了保证电机轴在轴承孔内可以转动，轴的直径应略小于孔的直径。例如：轴的直径为F19.9120.00；孔的直径为F20.1520.28。1.2.1基本术语及定义 1.孔和轴圆柱型内、外表面。2.尺寸用特定单位表示长度的数字表示。3.基本尺寸设计给定的尺寸。孔用D表示，轴

5、d用表示。4.实际尺寸测量得到的尺寸。孔用Do表示，轴do用表示。5.极限尺寸-允许尺寸变化的极限值。孔用Dmax表示，轴dmin用表示。6.尺寸偏差尺寸偏差某尺寸与基本尺寸之差。实际偏差-实际尺寸与基本尺寸之差。极限偏差-极限尺寸与基本尺寸之差。孔的上偏差: ES= Dmax -D轴的上偏差: es = dmax -d孔的下偏差: EI = Dmin -D轴的下偏差: ei = dmin -d7.尺寸公差尺寸公差(T) 允许零件几何参数的变动量。孔的公差TD = Dmax -Dmin =ES-EI轴的公差Td = dmax -dmin =es-ei公差限制尺寸误差，公差越小尺寸精度越高。图基

6、本尺寸（理想尺寸）8. 公差带图+0-基本尺寸eseiESEI1.2.2配合与基准制 1.配合的概念配合- 基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系。2.配合的分类 根据孔、轴公差带之间的相互位置关系，配合性质分为：间隙配合过盈配合过渡配合间隙配合(X)具有间隙的配合。 孔尺轴尺公差带图中孔的公差带位于轴的公差带之上。包括最小间隙为零的 配合。轴自由转动、滑动.(2)过盈配合 (Y)具有过盈的配合。 孔尺寸轴尺寸， 轴不能自由活动.公差带图中孔的公差带位于轴的公差带之下。 包括最小过盈为零的 配合。用于使两零件相对固定，或准确定位。间隙配合-孔的公差带位于轴的公差带之上。过盈配合-孔的

7、公差带位于轴的公差带之下。孔的公差带与轴的公差带有重合是什么配合？(3)过渡配合可能具有间隙或 过盈的配合。用于定位。在公差带图中孔、轴公差带相互交迭。 过渡配合是相对于待装配件的公差带而言的，对于具体的一对装配结合件，则仅具有间隙或过盈二者状态之一。3.间隙与过盈的计算对于具体的一对装配结合件： X0(Y0 )= D0-d0 正间隙，负-过盈对于一批零件的配合：最大间隙（最小过赢） ：最大的孔与最小的轴配合最小间隙（最大过赢）：最小的孔与最大的轴配合计算Xmax = Dmax dmin = ES - eiXmin = Dmin dmax = EI - esYmax = Dmin dmax =

8、 EI - esYmin = Dmax dmin = ES ei对于过渡配合：只计算Xmax和Ymax，Xmin和Ymin为零。正负4.配合公差 (Tf)-允许间隙或过盈的变动量. 对于间隙配合的一批零件，实际间隙有： Xmin X Xmax Ymin YYmax 这个变动范围就是配合公差 。配合公差是反映配合精度的特征值。配合公差计算 依定义: Tf= Xmax- Xmin=(Dmax dmin )-(Dmin dmax) = (Dmax- Dmin)+(dmax- dmin ) = TD+Td (过盈配合同样可证)配合公差计算公式： 间隙配合：Tf = Xmax - Xmin 过盈配合:

9、Tf = Ymax -Ymin 过渡配合: Tf =Xmax - Ymax 全 部: Tf = TD+Td例（右图） Xmax=0.030 +0.040Xmin=0.005 孔 +0.030依配合公差定义， +0.025Tf=0.025。TD=0.010 轴 +0.010Td=0.015 0Tf= Td + TD =0.025配合公差的计算配合公差的意义 Tf = TD+Td配合公差由孔、轴公差的大小决定，要提高配合精度，就要提高孔、轴公差等级。加工零件时，要使实际尺寸位于公差带的中间，以便松紧适当，方便装配，提高产品质量。孔的上偏差轴的上偏差孔的下偏差轴的下偏差ESesEIei尺寸公差孔的公

10、差轴的公差配合公差TTDTd Tf 5.基准制为设计、加工方便经常将孔、轴之一的公差带固定，通过改变另一公差带获得各种配合。这种方式叫基准制。 国标对配合规定了二种基准制，即基孔制和基轴制。此外，也允许选用非基准制配合。 基孔制 -将孔的公差带位置固定，改变轴的公差带位置而获得各种不同配合的一种制度。 基准制的孔称为基准孔， 代号为H。 + H 其下偏差为零，上偏 0 差为正值。 - 改变轴的公差带位置便可获得各种不同的所需配合。+0-分析当轴的公差带位于零线下方时，形成间隙配合;当轴的公差带位于零线上方时：若孔与轴相交叠为过渡配合;若轴的公差带完全位于基准孔的公差带之上为过盈配合。由于孔的另

11、一偏差位置将随公差带大小变化，在过渡配合与过盈配合之间，出现了不确定 的“过渡配合或过盈配合”区。(2)基轴制将轴的公差带位置固定，改变孔的公差带位置而获得各种不同配合的一种制度。 基轴制的轴称为基准轴，代号为h。 其上偏差为零，下偏差为负值。 h+- 同理，改变孔的公差带位置便可获得各种不同的所需配合。图 同学自己分析哪个是：间隙配合，过渡配合，过盈配合？(3)非基准制配合满足特殊需要，可采用既不含基准孔，也不含基准轴的公差带组成的配合。/h51.2.3标准公差与基本偏差 1、标准公差系列公差带大小标准化 是国标以表格形式列出的系列数值，用以确定公差带大小。公差等级确定尺寸精确程度的等级。

12、IT01IT18，共20级。尺寸分段： 为简化，将500的尺寸分为13段，如：36，610标准公差表2、基本偏差系列公差带位置的标准化靠近零线的极限偏差叫做基本偏差。基本偏差系列 -是国标以表格形式列出的系列数值，用以确定公差带位置。 国标规定孔、轴的基本偏差各为28个，用拉丁字母(一个或两个)及其顺序表示。孔：A、B、C、CD Z、ZA、ZB、ZC轴：a、b、c、cd y、z、za、zb、zc基本偏差表基本偏差系列ABCCDDEEFFFGGHJsJKMNPRSTUVXYZZAZBZC孔abccddeefffgghjsjkmnprstuvxyzzazbzc+_基本尺寸0轴1.2.4公差带与配合

13、的代号及标注 1.公差带的代号及标注由代表基本偏差的字母和代表标准公差的数字组成。孔 H7，G6，F8轴 h7 , g6 , f8公差带的标注（3种） 50H8 50 + 0 0.039 50H8(+ 0 0.039)一般、常用、优先公差带见表-1-7, 1-82.配合的代号及标注 配合代号由孔、轴公差带的代号组成，写成分数的形式，分子为孔的代号，分母为轴的代号。例如，H8/f7或 、H7/k6、7/h6国际规定了基孔制常用配合59种、基轴制常用配合47种，优先选用的配合各13种，分别见表1-9和表1-10。举例 写出基孔制10H6/p5和基轴制10P6/h5两配合孔轴的极限偏差，并绘公差带图

14、。解：查标准公差表 IT6=0.009 IT5=0.006 查基本偏差表 10H6/p5 H: EI=0 p: ei=+0.015 10P6/h5 h: es=0 P: ES= -0.015+ (IT6IT7 , 在IT7基本偏上增加) ES = -0.015+(+0.003)= -0.012(3)计算另一个偏差在第一个配合10H6/p5中：ES= EI+IT6 = 0+0.009 = +0.009 es = ei +IT5 = +0.015 +0.006 = +0.021在第二个配合10P6/h5中: EI = ES - IT6 = -0.012 - 0.009 = -0.021 ei =

15、es IT5 = 0 - 0.006 = - 0.006(4)公差带图+0-基本尺寸es=+0.021ei=+0.015ES=+0.009EI=0(10H6/p5)+0-基本尺寸es=0ei=-0.006ES=-0.012EI=-0.021(10P6/h5)1.2.5公差与配合的选择 1.公差等级的选择2.基准制的选择 3.配合种类的选择4.“公差与配合”标准的适用条件1.公差等级的选择 原则:在满足产品使用性能要求(或在工艺过程中满足后续工序要求)的前提下，尽量选用较低的公差等级。 要考虑：保证互换性； 使用期； 可能性与经济性。公差等级的大致应用 块规（量规） IT01IT1 极限量规 I

16、T1IT7特别精密的配合 IT2I T5 配合尺寸 IT5IT13 非配合尺寸 IT12IT18 航空工业 一般高于IT132.基准制的选择 一般优先选用基孔制 （加工困难）特殊情况下选用基轴制 较小直径（18mm）的浅孔与细长轴配合时；大直径（500mm）孔轴配合时（多用）；一根轴与几个孔配合， 且有不同类型配合要求时；轴采用标准件时；直接采用型材做为轴时。（3）必要时采用混合制（即非基准制） 单件小批生产大尺寸工件，防止报废时； 旧机器修配时； 一孔与两轴配合，且已采用基轴制 时； 增积处理前的加工尺寸。 3.配合种类的选择 根据使用要求确定配合类别 相对运动副（ah,AH） 定心可拆联接

17、(jn,JN) 固定联接(pzc,PZC)选定基本偏差的方法 计算法 试验法 类比法f40H7/f6f50H7/n6轴轴套优先常用配合及其选用 国标中专门推荐了优先、常用配合（见表） 选用顺序为：优先、常用、自配。 另，参考选用说明,如：H11/c11(或C11/h11) 用于间隙极大，转速很高.H8/f7 (或F8/h7)用于间隙不大，中等转速H7/k6 (或K7/h6)用于要求拆装的精密定位H7/u6 (或U7/h6)用于过盈较大，传递大扭矩4.“公差与配合”标准的适用条件使用温度20C孔轴材料线膨胀系数相等或相近适用于大批量生产1.2.6线性尺寸的未注公差 对零件上功能无特殊要求的要素可

18、给出一般公差。一般公差系指在车间一般加工条件下可保证的公差。采用一般公差的要素在图样上不单独注出公差。也叫未注公差。GB/T 180492规定，采用一般公差的尺寸，在该尺寸后不注出极限偏差。线性尺寸的一般公差规定四个公差等级。未注公差尺寸的极限偏差数值见表1-13。应用一般公差的好处简化制图，使图样清晰易读；节省图样设计时间。可简化对这些要素的检验要求而有助于质量管理；突出了图样上注出公差的要素，以便在加工和检验时引起重视。 综合举例 某配合的基本尺寸为f40mm，设计要求孔、轴间具有2468mm的间隙，试确定公差等级并选取合适的标准配合。解：1.确定基准制 : 无特殊，基孔制 。 2.确定孔

19、公差带: 由已知Tf =Xmax-Xmin=0.068-0.024=0.044mm应是孔轴公差之和， Tf= Td+ TD 。综合举例（续）查标准公差表：IT7=0.025mm IT6=0.016mm0.025+0.016=0.0410.044孔的公差可取IT7，轴的公差可取IT6。 3.确定轴的公差带因为是间隙配合，知轴的公差带在零线下方， es为负值。且 es Xmin 又知:Xmin = 0.024 es0.024 查基本偏差表，取 f ， es= -0.025 轴的公差已确定为IT6：IT6=0.016mm轴的公差带确定为f6。 最后，配合选取 为40H7/f6。-25+25-41H7

20、f6+0 |f40 4.检验选取的极限间隙（或过盈）与设计要求之差的绝对值不超过设计要求配合公差 的10%。本题设计要求间隙： 0.0240.068实际选取间隙： 0.0250.066/ Tf =0.025-0.024/0.044=1/4410%/ Tf =0.066-0.068/0.044=2/4410%选用40H7/f6是适宜的。（简介过盈或过渡配合的解题思路）1.3 形状和位置公差什么是形状和位置公差?零件对形状和位置有什么要求?如何表达对零件形状和位置的要求?如何检测对零件形状和位置的要求?形状和位置公差 国家标准GB/T 11822000 形状和位置公差 通则、定义、符号和图样表示法

21、GB/T 11842000 形状和位置公差 未注公差值GB133192000 形状和位置公差 位置度公差GB/T 166712000形状和位置公差 最大实体要求、最小实体要求和可逆要求GB/T 42492000公差原则GB19582000检测规定一、形位公差标注方法 1.形位公差的项目与符号2.形位公差的标注形位公差标注的内容：公差框格：公差的项目符号公差数值基准代号被测要素指引线 ： 带箭头基准要素 ：两种方式（形状公差无）形位公差标注示例(1)形位公差标注示例(2)形位公差标注示例(3)轮廓要素-构成零件轮廓的点、线、面。中心要素 -对称要素的中心点、中心线、或回转表面的轴线。二、形状公差

22、1.直线度在平面内的直线被测要素理想要素(平行线)误差在空间的直线度在给定方向在两个方向在任意方向的直线度形位公差带的形状特征形位公差带指被测实际要素变动的区域，由形状、大小、方向、位置四个要素决定。其形状（根据特征）最典型的有四种：实际要素- 零件上实际存在的要素。测量时由测得要素来替代。它并非该要素的真实情况。2.平面度 它同时控制任一方向的直线度。3.圆度4.圆柱度 它同时控制圆柱面的圆度和轴剖面内两素线的平行度。三、位置公差1.平行度 （定向）被测要素对于基准有四种情况：面对面、线对线、线对面、面对线。2.垂直度（定向）被测要素对于基准有四种情况：面对面线对线线对面面对线。3.同轴度

23、(定位)4.跳动 圆跳动 径向圆跳动圆跳动 端面圆跳动全跳动 径向全跳动全跳动 端面全跳动 （定位-倾斜度、位置度同学自学）综合标注示例 1.4 表面粗糙度指零件表面在较小间距内的微小峰谷高低不平的程度和间距状况。它是一种微观几何形状误差。对零件表面几何形状误差，一般：波距10mm，称宏观几何形状误差-形状误差；波距110mm，称表面波纹度（波度）。波距1mm，称微观几何形状误差-表面粗糙度；一、评定基准1.取样长度 l -在判别和测量表面粗糙度时所规定的一段基准线长度。目的是限制或减弱其它几何形状误差的影响。每个取样长度 应含有五个以上的峰谷。其系列值为0.08、 0.25 、0.8 、2.

24、5、 8 .0、25如： 车、铣、刨： 可取 l = 2.5mm 精磨 ： 可取 l = 0.25mm2. 评定长度 ln -评定表面轮廓所必需的最小长度。 目的是充分合理地反映被测表面的粗糙度特征，消除加工表面不均匀性的影响。 它可包括一个或几个取样长度。 如： 车、铣、刨： ln =（13）l 精磨： ln =（617）l 3. 轮廓中线 测量和评定表面粗糙度的基准线。最小二乘中线：轮廓上各点到中线距离的平方和为最小。轮廓的算术平均中线 :划分轮廓上、下两边面积相等的线。y l F1 F3 F5 F7 F2n-1 0 F2 F4 F6 F2n 如图： F1 + F3 +Fn-1 = F2

25、+ F4 + Fn二、主要评定参数（高度参数）1. 轮廓算术平均偏差Ra -在取样长度内，被测轮廓上各点至中线距离绝对值的算术平均值。 y l 公式: Ra = ydx y1 y2 y3 y4 近似： Ra y i1l l01nni=12. 微观不平度十点高度Rz -在取样长度内，5个最大的轮廓峰高的平均值与5个最大轮廓谷深的平均值之和。 y yp1 yp2 yp3 yp4 yp5 yv1 yv2 yv3 yv4 yv5 公式： Rz = ( ypi + yvi) ypi yvi 都取正值1555i=1i=1l3.轮廓最大高度 Ry-在取样长度内，轮廓的峰顶线和谷底线之间的距离。 峰顶线 谷底

26、线 公式：R y = y pmax + y vmax y pmax y vmax 取正值y pmaxy vmaxR y三、 表面粗糙度的标注 基本符号 单独使用无意义，如在其上加注评定参数要求，则表示用任何方法获得的表面。 表示用车、铣、磨等切削加工去除材料的方法获得的表面。 表示用不去除材料获得的表面。如锻造、铸造等或要求保持上道工序的状况。表面粗糙度的标注周围有关的标注 b a - 高度参数允许值(m) C ( f ) b 加工方法、表面处理 c 取样长度（不按国标时） a d 加工纹理方向符号 e 加工余量（mm） e d f - 间距参数值（mm）或 t p表面粗糙度的标注 图样标注四

27、、表面粗糙度对零件使用性能的影晌表面粗糙度值过大：加剧摩擦和磨损；降低工作精度；影响配合性质的稳定性；降低疲劳强度；使腐蚀加剧；影响结合密封性。五、表面粗糙度的选择1.评定参数的选择优先选用Ra,常用参数值范围：0.0256.3m；超出上述范围时选用Rz,表面信息有局限性；当零件很小或为曲面，难以得到规定的取样长度时选用Ry。2.参数值的选择基本原则： 在满足零件功能要求或后续工艺要求的情况下，选择尽可能大的表面粗糙度值。考虑因素： 满足零件的功能要求； 加工的经济性； 要与零件的公差等级相适应；（表12-20，P48） 该零件可能采用的工艺方法。类比法确定参数值时的一般原则 同一零件上，工作

28、表面的粗糙度值应小于非工作表面。 摩擦表面的粗糙度值应小于非摩擦表面; 有相对运动的表面，速度越高粗糙度值越小。 受交变载荷的表面及易产生应力集中的部位(如圆角、沟槽)表面粗糙度值小。 配合性质要求越稳定，粗糙度值越小。 尺寸公差等级高、形状精度高，表面粗糙度数值小。 防腐性、密封性要求高时，表面粗糙度值小。六. 表面粗糙度选用实例见表12-33 P59（以下请记住）Ra值6.3：机械加工非配合面。3.2：基本加工方法可达的经济值。1.6：次要配合中的一般配合面。0.8：配合面常用值，广泛应用。0.4：重要工作表面。0.2：重要零件的重要表面，如发动机曲轴表面七、加工方法与表面粗糙度值1.5螺

29、纹与圆柱齿轮的精度标注 1.5.1螺纹的公差等级及标记 螺纹由牙型（牙型角和牙型半角/2），中径D2（d2），螺距P（多螺纹线时为导程L），线数n，旋向（左或右），五个要素组成，图中所示的螺纹为单线右旋梯形螺纹。 螺纹公差结构是由公差带和旋合长度两个要素构成。 普通螺纹的中径和顶径公差等级常用的为4、5、6、7、8、9级。 内螺纹的基本偏差仅规定有G、H两个位置（位于零线以上），外螺纹的基本偏差规定有e、f、g、h四个位置（位于零线以下）。 螺纹的旋合长度分为短、中、长三组，分别用代号S、N、L表示。 普通螺纹的完整标记由螺纹代号、螺纹公差带代号和螺纹旋合长度代号三部分组成。 普通螺纹的标记示

30、例如下： M 101左 7H L 旋合长度（中等长旋合长度不注） 内螺纹中径和顶径公差带（相同） 旋向（右旋螺纹不注） 公称直径（大径）螺距（粗牙螺距不注） 螺纹类型代号（M为普通螺纹） 普通螺纹选用的公差带见表 。第二章 成形工艺成形工艺 在制造中的位置毛坯零件产品原材料成型加工切削加工特种加工装配一、铸 造将液态金属浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的工艺叫铸造。制造木模配制型砂用木模、型砂制成砂型， 浇注，凝固 液态金属上砂型（上箱）浇口落砂后铸件下砂型(下箱） 型腔分型面 铸造工艺分类铸造方法有很多种，常用的有，砂型铸造，金属型铸造，压力铸造，熔

31、模铸造，壳型铸造，离心铸造等。由于砂型铸造应用最广，产量最大，所以，通常把它做为一种基本的铸造方法，其余方法归为一类，称为特种铸造。 根据铸造合金不同，可将铸造分为铸铁、铸钢、有色金属铸造等。根据铸型材料不同，可分为永久型铸造和非永久型铸造。也可按浇注力分为重力铸造、低压铸造、压力铸造、离心铸造等。铸造的特点铸造时铸件在液态下整体成形。与切削加工的逐步成形和锻压等的固态成形相比有许多突出的特点。1. 能制造形状复杂的铸件 由于液态金属有很好的充型能力,因而能制造形状复杂的铸件,特别是具有复杂内腔。如空心涡轮叶片，整体轴流转子，各种阀门壳体，各种工艺品等。2. 生产率高 铸件不论大小和复杂程度，

32、均一次成形，铸件生产率高；铸件与零件形状、尺寸相近，减少了后续加工，使零件生产效率提高。 3. 成本低廉 铸造所用原材料便宜，如铸铁锭钢锭，废旧金属等，金属利用率高，废料少。对于贵重金属制品就更为突出。4. 适应性广 适用于几乎所有金属材料，如塑性极差不能锻造的铸铁，切削性很差的高温合金等，都可以铸造。对铸件的大小没有限制，小到几克，大到几百吨的铸件都能生产，也是特大金属件的最常用的制造方法。5. 铸造的缺点 铸造温度较高，温度变化大，因此铸件易产生晶粒粗大，夹渣，缩孔，缩松，收缩变形裂纹等缺陷。铸件的机械性能低于锻件，最常用的砂型铸造尺寸精度和表面质量较低。铸造生产环境较差，劳动强度大。 铸

33、造的特点砂型铸造砂型铸造是以型砂做为铸型材料，采用重力浇注的铸造方法。(1)手工造型(2)机器造型a. 适于铸造各种金属：b. 不受铸件大小，形状限制：c. 不受批量限制：d. 设备投资少，成本低：e. 铸件尺寸精度低，表面粗糙：尺寸精度为IT16-IT15级，表面粗糙度为Ra100-12.5，是几乎所有加工方法中尺寸精度最低，表面最粗糙的加工方法。f. 缺陷多，质量不稳定：g. 生产率低：应用砂型铸造在机械制造中应用广泛，约有80%的铸件是用砂型铸造的。砂型铸造是生产特大零件的唯一方法。几乎所有的铸铁件和绝大部分铸钢件是用砂型铸造生产的。航空工业中砂型铸造应用也较多。形状复杂的铝合金和镁合金

34、零件，尤其是大型零件，一般都是用砂型铸造的，如发动机附件传动机匣、进气机匣、离心机匣、轮毂、各种复杂壳体、盖等。 金属型铸造金属型铸造是用铸铁、钢或其他金属材料做铸型，在重力下将液态金属浇入铸型获得铸件的工艺方法。金属型铸造既可用金属型芯，也可以用砂芯取代难以抽拔的金属型芯形成铸件上的空腔和孔。 金属型铸造的特点(1)生产率高金属型可重复使用，属于永久铸型，铸型可使用几百次至几万次。铸型散热快，铸件冷凝时间短，易于实现机械化、自动化生产。(2)铸件尺寸精度高，表面光洁，一致性好钢铁铸件尺寸精度为IT7-IT9级，有色金属铸件为IT6-IT8级。表面粗糙度为Ra12.5-6.3，最高可达Ra3.

35、2。钢铁铸件上大于12的孔和铝、镁、锌等合金铸件上大于10的孔都可以铸出。(3)节约金属，减少切削加工量(4)铸件机械性能好(5)金属型制造周期长，费用高 (6)难以生产复杂的铸件 应用金属型铸造主要应用于有色金属铸件的大批量生产。如内燃机铝活塞，汽缸盖，铜轴瓦，轴套等。飞机和航空发动机上的铝、镁合金铸件，生产批量较大时用金属型铸造，如发动机放气活门壳体、主滑油泵上盖、油雾分离器壳体、安装座等。压力铸造压力铸造是用金属做铸型，在高压下浇注并凝固成形的铸造工艺。型芯顶杆型腔腔活塞浇口定模动模压室铸件(a) 合型.浇料(b) 压射(c) 开模.顶出动型静型型芯压力铸造(1)压铸机：压铸是在压铸机上

36、进行的。压铸机分为冷室和热室两大类。热室压铸机用于生产锌、铅、铝等低熔点合金，冷室压铸机用于生产锌、铝、铜等较高熔点的合金。压铸机的规格按合型力大小分，从几吨到上万吨。(2)铸型：压铸用铸型也叫压铸模。压铸模主要由定模，动模，型芯，顶出机构等组成。模具的尺寸精度很高，表面光洁。动、定模靠导柱定位，定位精度很高，因而具有很高的合型精度。压射的压力为十几MPa到上百MPa，甚至高达几百MPa；压射速度为0.5-120米/秒；充填时间只有0.2-0.01秒。 特点(1)压铸件质量好：尺寸精度能达到切削加工的一般水平，达IT12-IT11级，表面粗糙度可达到，甚至超过切削加工的一般水平，达Ra3.2-

37、0.8m。可生产出薄壁复杂铸件，如螺纹、小孔、文字及花纹图案等。最小壁厚锌合金可达0.3mm，铝合金可达0.5mm，最小螺距0.75mm，最小孔径小于1mm。一致性好，尺寸稳定。(2)生产率高：在所有铸造方法中，压铸所能达到的生产率是最高的。压铸生产的主要工作都由机械完成，只有向压室勺料，取铸件等少量工作由人工完成，自动化程度高的可全部由机械完成。压铸还可节省大量机械加工时间。提高零件的生产率。压铸件有气孔。因此压铸件不能在高温下使用，也不能进行热处理。否则，气体受热膨胀，使铸件表面起泡。切削加工时要严格控制切削量，以免把表面致密层切掉，露出气孔。压铸模型制造周期长，费用高，压铸机投资也较大，

38、不适合小批量生产。 应用压铸主要用于有色金属，中小型薄壁复杂铸件的大批量生产。在汽车、摩托车、航空航天、农机、建筑装饰、医疗器械、电机电器、仪表、计算机等行业得到广泛应用。如果摩托车发动机缸体、缸盖、变速箱壳体，汽车化油器壳体及零件，电机壳、端盖、转子，电扇底座，照像机主体，电唱机唱片盘，打印机打印头壳体等等。 熔模铸造熔模铸造是用蜡或塑料制成可熔性模型，用石英砂和粘接剂做成壳型，用重力浇注的铸造工艺。熔模铸造也称失蜡铸造。特点及应用 (1)尺寸精度高，表面光洁蜡模成型性好，模型精确，壳型无分型面，不需起模、合型，造型误差小，烧结后的壳型强度高。铸件精度可达IT10IT8级，Ra6.41.6m

39、m。可实现少切削，无切削精密铸造。(2)可铸形状复杂的，薄壁铸件蜡模易于成型，不用考虑取模，复杂内腔可用可熔型芯。(3)能生产各种合金，特别适合于耐热合金、贵重金属等。(4)批量不受限制：单件、小批量生产时可用手工方法，生产准备时间短，操作灵活；大批生产可用机械化方法，成组生产，效率高。一个模组可达数百件铸件。(5)熔模铸造工艺复杂，生产周期较长，成本较高，不宜生产大铸件。 尊盘是春秋战国时期最复杂、最精美的青铜器件。尊盘通体用陶范浑铸而成，尊足等附件为另行铸造，然后用铅锡合金与尊体焊在一起。尊颈附饰是由繁复而有序的镂空纹样构成，属于熔模铸件。由此可知，早在公元前5世纪，失蜡铸造法在中国已有很

40、高的技艺。离心铸造离心铸造是将液体浇入旋转着的铸型中，在离心力作用下充型并凝固的铸造方法。铸型通常用金属型，也可用砂型。1. 工艺方法离心铸造是在离心铸造机上进行的。离心铸造机分为立式和卧式两种，如图8-17。立式离心铸机主要用来生产圆盘、类圆环类铸件；卧式离心铸机主要用于生产圆管类件。 实型铸造实型铸造用发泡聚苯乙稀做模型，干砂做铸型，不用起模。浇注时模型气化消失，金属液填充、成型。实型铸造也称消失模铸造，气化模铸造。5.消失模铸造泡沫塑料模浇注时气化消失工件各种铸造方法精度比较工艺名称尺寸精度表面粗糙度砂型铸造IT14-16100-12.5熔模铸造IT7-106.4-1.6金属型铸造IT8

41、-IT1012.5-6.3压力铸造IT7-93.2-0.8本章主要内容成形工艺基础理论金属的铸造性金属的锻压性能：金属滑移理论金属的焊接性成形工艺设计铸造工艺设计锻压工艺设计2.1成形工艺基础理论2.1.1合金的铸造性能 将液态金属浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固后，获得毛坯或零件的工艺叫铸造。其基本特点是液态成型。 合金在铸造过程中所表现出来的工艺性能称作合金的铸造性能。铸造性能是保证铸件质量的主要因素，是衡量铸造合金的主要指标。流动性是指熔融合金的流动能力，它是影响充型能力的主要因素。 合金的流动性通常用螺旋试样来测定。1.合金的流动性合金的成分 纯金属、共晶合金流

42、动性好；(2) 浇注条件 提高浇注温度，可提高流动性 ； 浇注压力加大，流动性提高； 铸型散热越快，流动性越差 。预热铸型可以提高流动性。 另外 ，铸型的透气性 、铸件的结构对充型能力也有较大影响 。 影响合金流动性的因素合金的收缩过程 铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸的减小称为收缩。其中体积的减小称为体收缩，尺寸的减小称为线收缩。 铸造合金的收缩包括：液态收缩、凝固收缩、固态收缩。 收缩大小受化学成分，浇注温度和浇铸工艺等影响 。2.合金的收缩性 缩孔、缩松 铸造应力 铸件的固态收缩受到阻碍而产生的应力称为铸造应力。 分为机械应力和热应力 。 加冒口和冷铁 防止缩孔、缩松的方法防止变形、

43、裂纹的方法防止铸件产生变形、裂纹最根本的方法是防止应力产生。 壁厚均匀一致 ，力求铸件各部位冷却速度一致； 铸件中的热应力可用去应力退火、时效等方法消除； 在工艺上采取改善型、芯砂的退让性，及时落砂消除对收缩的阻碍等措施。吸气性是指金属液吸收气体的能力。 气体主要来源于造型材料中的水分，主要是氢气，其次是氮气和氧气。 为减少金属液中的气体，可采取：减少吸气量及时排出气体 阻止气体析出（快冷、加压凝固）3.合金的吸气性铸件中化学成分不均匀的现象称为偏析。 偏析会造成铸件性能不均匀，严重影响铸件的质量。常见的偏析有三种： 晶内偏析 （扩散退火消除） 比重偏析（搅拌、加大冷速） 区域偏析 （加大冒口

44、） 4.合金的偏析铸件结构工艺性铸件结构工艺性是指铸件的形状、尺寸，要有利于铸件的生产，简化工艺过程，避免产生缺陷。简化工艺过程满足合金铸造性要求,防止出现缺陷。如图1为轴承支架，(a)方案需要两个型芯，横芯安放不稳。(b)方案改为一个型芯，有三点支撑，安放稳固。图2中(b)方案开设了工艺孔，使铸件清理方便。型芯型芯(a)(b)(a) 不易清理(b) 易于清理图2图1(b)(a)1、简化工艺过程尽量不用或少用型芯和活块 2、满足合金铸造性要求 (1)a. 壁厚应适当 铸件的壁过薄会影响流动性，引起浇不足、冷隔等缺陷。因此每种铸造方法都规定有最小壁厚。铸件的壁也不能过厚，因厚壁处冷却慢，晶粒粗大

45、，易产生缩孔、缩松。铸件的强度随壁厚增加而下降，尤其是灰口铸铁和镁合金。因此不能单纯用增加壁厚的办法提高构件的承载力。为保证铸的强度和刚度，应采用工字形，T字形成空心截面，而不用实心截面，并在脆弱部位安置加强筋。b. 壁厚要均匀 厚壁处冷却慢，易产生缩孔、缩松等缺陷。壁厚不均匀还容易产生热应力，造成变形或开裂。 壁厚不能一致时，连接处要有过渡，以减少应力集体中，防止开裂。2、满足合金铸造性要求 (2)热节不正确的许可的正确的c. 应注意避免热节热节是指铸件上金属积聚处。热节处易产生缩孔、缩松。铸件上应尽量避免壁、筋形成锐角连接或多重连接，以避免热节。2、满足合金铸造性要求 (3)d. 应能减小

46、收缩应力 图8-31所示轮形铸件，如采用直轮辐，可能在收缩应力下开裂，若采用弯曲轮辐或倾斜辐板，则可避免开裂。2、满足合金铸造性要求 (4)20060413-2 合金铸造性能对铸件结构的要求壁厚应合理 一般外壁、内壁、肋板厚度之比可按:：0.8：0.6 进行设计。壁厚要均匀 不均匀壁厚的改进 不等壁厚的过渡 三、铸造工艺设计铸造工艺设计的内容主要有：确定浇注位置选择分型面确定工艺参数1 、确定浇注位置重要的部位、大平面应在下部厚大部位向上，便于安放冒口补缩。要使型芯安放稳固，防止倾斜或上浮。浇注位置是指浇注时铸件在铸型中的位置。铸件的重要的表面 应朝下或位于侧面。 铸件的薄壁部分应位于下部。

47、铸件的厚大部位朝上，以便安放冒口补缩。1. 确定浇注位置2.选择分型面应尽量减少分型面的数量；尽量使铸件在同一半铸型中（同一砂箱内）； 分型面尽量平直，以简化制模和造型工艺 ；分型面选在铸件最大截面处，以保证起模方便。 3. 确定工艺参数 加工余量 铸件加工余量用代号RMA表示，其等级由精到粗分为A、B、C、. J、K共10级。见表2-7。 铸件上较小的孔也不铸出，留待机械加工。拔模斜度 拔模斜度是指为使铸模容易从铸型中取出而沿起模方向设计的斜度。 收缩余量 =（L模L件）/ L件100 灰口铸铁的线收缩率约为1， 铝约为1.01.5， 钢约为1.52.2。 制模时，通常用“缩尺”来测量尺寸。

48、 铸造圆角（详见“铸件结构设计”）。 绘制铸造工艺图时，还应对型芯及浇注系统进行设计并绘在工艺图上 。1.铸造工艺图绘制实例 滑油泵盖零件简图图铸件结构、质量分析选择铸造方法:零件生产数量不多，采用砂型铸造，手工造型。确定浇注位置和分型面为保证底面和70圆柱面的质量，置于铸型的下部。分型面选定为尺寸最大的80端面 。 确定工艺参数 加工余量：高度方向单侧值为4mm；直径方向双侧加工，余量值为6mm。 拔模斜度 ： 收缩率：铝合金的线收缩率为1.01.5 过渡圆角：各相交壁处均设计过渡圆角。 4小孔与小端窄槽不铸出，留待切削加工。 e.滑油泵盖铸造工艺图根据上述考虑设计的铸造工艺图见图上下200

49、60418-1一、锻造工艺设计(自由锻) 锻造工艺规程包括绘制锻件图、计算坯料重量和尺寸、确定变形工序、选定设备和工具、确定锻件加热和冷却及锻后热处理规范等内容。锻造工艺规程一般用文字写在工艺卡上，作为锻件生产的准则。1.锻件的结构工艺性自由锻件结构工艺性模锻件的结构工艺性自由锻件结构工艺性对设计自由锻件结构工艺性总的要求是在满足使用要求的前提下，零件形状应尽量简单和规则，模锻模锻是使加热到锻造温度的金属坯料在锻模模腔内一次或多次承受冲击力或压力的作用而被迫流动成形以获得锻件的加工方法。制定模锻件图时工艺上应考虑,确定变形工步、分模面位置、冲孔连皮、模锻斜度和圆角半径等。模锻件的结构工艺性模锻

50、件结构应符合下列原则：(1)锻件应具有合理的分模面，以满足制模方便，锻件易于出模等要求。(2)在满足使用的前提下，零件形状力求简单，尽量采用平直面和对称形状，尽量壁免薄壁、高筋、高台、深孔，以利于金属充满模膛，便于模具制造。(3)形状复杂的零件，可考虑采用锻造-焊接或锻造-机械连接组合工艺以简化模锻工艺。3.实例(锻件图-自由锻、模锻)在锻件图中，锻件的外形用粗实线描绘。零件的主要形状用双点划线描绘。锻件的名义尺寸和锻造公差标注在尺寸线上面，相应的零件尺寸标注在尺寸线的下面并用括弧括起来。图9-7为冷轧辊的零件图及锻件图。余块试样余块f392L1530 13L1(507)l2l2f 2(518

51、)f 3(392)f330f392f518f556 262006 65(889) 946 39L(1903)L3(507)L3530 131761773308891903330177f 3426 22作业P223 2-7 、2-9补充题：1、比较铸造、锻造工艺各有什么特点？2、寻找铸件、锻件各一件，分析分别是用什么具体工艺方法制造的，并分析选择这种工艺的原因。 锻压是对坯料施加外力，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。它是锻造与冲压的总称，属于压力加工的范畴。 锻 压 1.锻压工艺 2、锻压特点： 与铸造相比，压力加工的优点是：金属铸锭经塑性

52、变形后，铸造组织的内部缺陷如气孔、缩孔、微裂纹等得到焊合，再结晶后可细化晶粒，金属的各种力学性能得到提高。冲压件又具有重量轻、精度高、刚性好等优点。但由于锻压件是在固态成形，金属的流动受到限制。因此，对于形状复杂、尤其是内腔形状复杂的零件，从制造工艺上锻件远不及铸件容易实现。另外，锻件的成本比铸件高，材料利用率等方面也不如铸件。 1、金属的塑性变形概述金属塑性变形的实质，对于单晶体是由于金属原子某晶面两侧受切应力作用产生相对滑移，即滑移。金属的锻造性能 2.1.2金属滑移理论 锻压是指固态金属在高温或常温下，通过外力的作用产生塑性变形而获得所需尺寸、形状及力学性能的毛坯或零件的工艺方法。 其基

53、本特点是塑变成形。 单晶体变形过程如图 2.1.3加工硬化与再结晶 1.加工硬化与再结晶 加工硬化 金属发生塑性变形后强度和硬度提高的现象称为加工硬化或冷作硬化。 回复 将金属加热到一定温度，原子获得一定的扩散能力而使晶格扭曲程度减轻，并使内应力下降，部分地消除加工硬化现象，即强度、硬度略有下降，而塑性略有升高，这一过程称为“回复”。 热锻、冷锻从金属学的观点划分锻压加工的界限为再结晶温度。1热锻 在金属再结晶温度以上进行的锻造工艺称为热锻。在变形过程中冷变形强化和再结晶同时存在，属于动态再结晶。2冷锻 在室温下进行的锻造工艺称为冷锻。冷锻可以避免金属加热出现的缺陷，获得较高的精度和表面质量，

54、并能提高工件的强度和硬度。但冷锻变形抗力大，需用较大吨位的设备，多次变形时需增加再结晶退火和其它辅助工序。 锻造流线锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，这样热锻后的金属组织就具有一定的方向性，通常称为锻造流线，又叫纤维组织。锻造纤维组织的形成使金属产生各向异性： 锻件纵向（平行于纤维方向）上的塑性和韧性增加，而在横向（垂直于纤维方向）的则下降。 纤维的合理分布 在设计和制造零件时：尽量使零件工作时的 最大正应力与纤维方 向一致。使切应力或冲击力 与纤维方向垂直，使纤维组织的分布尽 可能与零件的外形轮 廓相符合而不被

55、切断。 (a)(b)(c) 纤维组织的稳定性很高，不能用热处理方法消除，只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。 四、金属的锻造性能是指金属经受锻压加工时成形的难易程度的工艺性能。其优劣常用塑性和变形抗力综合衡量。塑性高、变形抗力小则锻造性能好。（一）金属的本质1化学成分 纯金属一般具有良好的锻造性能。碳钢随碳的质量分数的增加，锻造性能逐渐变差。合金元素的加入会劣化锻造性能2金属组织 纯金属及固溶体锻造性能好，而碳化物的锻造性能差。铸态柱状晶组织和粗晶结构不如细小而又均匀晶粒结构的金属锻造性能好。 （二）变形条件1变形温度 变形温度低，金属的塑性差、变形抗力大，不但锻压困难，而且容易开裂

56、。提高金属变形时的温度，可使原子动能增加，原子间的结合力消弱，使塑性提高，变形抗力减小。 锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的间隔。锻造温度范围的确定以合金状态图为依据。2变形速度 变形速度指单位时间内的变形程度，变形速度低时，金属的回复和再结晶能够充分进行，塑性高、变形抗力小；随变形速度的增大，回复和再结晶不能及时消除冷变形强化，使金属塑性下降，变形抗力增加，锻造性能变差。常用的锻压设备不可能超过临界变形速度。 （二）变形条件3应力状态 采用不同的变形方法，在金属中产生的应力状态是不同的。应力状态对于塑性的影响为：压应力数目越多，塑性越好；拉应力数目越多，塑性越差；应力状态对于变形抗力

57、的影响为：同号应力状态下的变形抗力大于异号状态下的变形抗力。所以，在选择变形方法时，对于塑性高的金属，变形时出现拉应力有利于减少能量消耗；对于塑性低的金属应尽量采用三向压应力以增加塑性，防止裂纹。4坯料表面质量 表面粗糙或有划痕、微裂纹、粗大夹杂都会在变形过程中产生应力集中，使缺陷扩展甚至开裂。故塑性加工前应对坯料表面进行清理消除缺陷，有时甚至需要进行表面预切削去掉坯料的表层金属。 加热缺陷过热-由于加热温度过高，锻件晶粒过分长大。过烧-由于加热温度过高，锻件晶界氧化或熔化。过热锻件可通过热处理细化晶粒，过烧锻件只能报废。 五、金属的塑性变形规律1体积不变条件由于塑性变形时金属密度的变化很小，

58、所以可认为变形前后的体积相等。此假设称为体积不变条件。2最小阻力定律最小阻力定律是描述塑性变形流动规律的一种理论，如果物体在变形过程中其质点有向各种方向移动的可能性时，则物体各质点将向着阻力最小的方向移动。一般，金属内某一质点流动阻力最小的方向是通过该质点向金属变形部分的周边所作的法线方向。 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，这种方法称为自由锻。一、自由锻设备根据对坯料作用力的性质不同，自由锻设备可分为产生冲击力的锻锤和产生静压力的压力机两大类。自由锻 三、自由锻零件结构工艺性1、零件结构应尽可能简单、对称、平直；2、应避免零件上

59、的锥形、楔形结构；如图2-3所示。 避免锥形、楔形结构 三、自由锻零件结构工艺性3、应避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交； 避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交 三、自由锻零件结构工艺性4、零件上不允许有加强筋； 三、自由锻零件结构工艺性5、对横截面尺寸相差很大或形状复杂的零件，应尽可能分别对其进行锻造，然后用螺纹连接。 如下图：螺纹连接 模型锻造 利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法称为模锻。 特点：与自由锻相比，模锻具有锻件精度高、流线组织合理、力学性能高等优点，而且生产率高，金属消耗少，并能锻出自由锻难以成形的复杂锻件。受设备吨位的限，模锻件不能太大，一般重量不超过 150kg。

60、分类：按模具类型模锻可分为开式模锻（有飞边模锻）、闭式模锻（无飞边模锻）和多向模锻等；按设备类型模锻可分为锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻等。模 锻 （二）模锻及锻模模膛 多模膛模锻时，按其模膛的结构和功用可分为制坯模膛和模锻模膛两类。 1. 制坯模膛 用以初步改变毛坯形状、合理分配金属，以适应锻件横截面积和形状的要求，使金属能更好地充满模锻模膛的工序称为制坯工序。如下图所示： 2. 模锻模膛2. 模锻模膛 模锻模膛又可分为预锻膛和终锻模膛。（1）预锻模膛 为了改善终锻时金属的流动条件，避免产生充填不满和折迭，使锻坯最终成形前获得接近终锻形状的模膛，它可提高终锻模膛的寿命。其结构比终锻模膛高度大