金属加工与实训-基础知识（中职机械加工等专业）全套教学课件

第一章绪论金属加工与实训—基础知识全套可编辑PPT课件第1章绪论.pptx第2章金属材料及热处理基础.pptx第3章热加工基础.pptx第4章冷加工基础.pptxContents目1金属加工概述2本课程的性质、任务和教学目标录金属加工概述OVERVIEWOFMETALPROCESSING01金属加工是指利用各种技术手段对金属原材料或半成品进行加工制造从而得到所需零件或产品的过程，具体的技术手段包括铸造、锻压、焊接、热处理、车削、铣削、刨削、磨削等。日常生活中的很多物品都是由金属材料制成的，如不锈钢餐盘、自行车、机械手表等，如图1-1所示。（a）不锈钢餐盘（b）自行车（c）机械手表图1-1日常生活中常见的金属制品1.1金属加工的作用、地位、现状与发展趋势金属加工在国民经济中的作用与地位金属加工在现代制造业中具有举足轻重的作用。而制造业作为国民经济的支柱产业之一，在国民经济中占有很大的比重，其涉及机械装备、交通工具、电气设备、仪器仪表、食品生产、化工冶金、建筑材料等各种行业。1.1金属加工的作用、地位、现状与发展趋势近年来，通过不断地引进吸收和研发创新，我国金属加工技术得到了飞速发展，在加工制造领域取得了一系列重大成果，如“神舟”系列载人宇宙飞船的成功发射，“和谐号”高铁动车组的设计与制造、国家体育场大型钢结构建筑“鸟巢”的建成使用等。我国在金属加工设备方面同样取得了巨大的突破。例如，我国已经成功研制了世界上最大规格的超重型数控卧式车床（参见图1-2）和世界上吨位最大的黑色金属垂直挤压机（参见图1-3）。图1-2DL250型5m超重型数控卧式车床图1-33.6万吨黑色金属垂直挤压机1.1金属加工的作用、地位、现状与发展趋势随着科技的发展和进步，各种新型的金属加工技术不断涌现，如激光加工、高速水流切割等，新技术的出现，大大拓展了金属加工的应用范围。现代金属加工技术的发展趋势主要表现在两个方面：

一是精密化，以微细加工和纳米加工为代表的精密加工技术在尖端设备的制造方面得到广泛应用，其加工精度可以达到亚微米级；

二是自动化，随着计算机技术的发展，先进的数控机床、加工中心及柔性化制造单元将逐步取代传统的金属加工设备，金属加工将变得更加智能和高效。金属加工的发展趋势1.2金属加工的主要工种与特点工种是按照劳动技术的特点而划分的工作种类，如水电工、车工等。根据金属在被加工时的状态不同，金属加工工种可分为热加工、冷加工和其他工种三大类。而每一种加工按照加工工艺流程又可具体细分为不同的工种。常见的金属加工工种如表1-1所示。表1-1金属加工的主要工种及其特点1.2金属加工的主要工种与特点表1-1金属加工的主要工种及其特点（续）1.3金属加工的安全生产规范（一）工人安全规范参加安全生产培训，学习安全生产的相关知识，严格遵守各项安全生产规章制度。遵守设备的安全操作规程，正确使用加工设备，同时做好安全防护措施，及时发现生产过程中的异常情况。注重对设备的维护保养，做好使用前及使用后的检查工作，及时排除安全隐患。拒绝违章作业，并劝阻他人违章作业。1.3金属加工的安全生产规范（二）工人车间安全规范车间地面应保持干净整洁，安全通道应保持通畅。车间内原材料、半成品及成品应分开存放，刀具、量具及夹具应设置专门的地点由专人保管。车间内必要的地方应设置醒目的安全标识，各类安全防护设备放置齐全。电气线路绝缘性能应保持良好，具有可靠的接地保护措施。1.3金属加工的安全生产规范（三）设备操作安全规范做到定期检修、定时保养，严禁超时超负荷运转。严禁擅自操作不熟悉的设备。做好设备故障记录，设备维修应由专业人员进行。发生事故时应立即切断电源、及时上报，并保持现场。本课程的性质、任务和教学目标THENATURE,TASKSANDTEACHINGOBJECTIVESOFTHENATURE022.1本课程的任务和性质使学生掌握必备的金属材料、热处理、金属加工工艺的知识和技能。010203培养学生分析问题和解决问题的能力，使其形成良好的学习习惯，具备学习后续专业技术的能力。对学生进行职业意识培养和职业道德教育，使其形成严谨、敬业的工作作风，为今后解决生产实际问题和职业生涯的发展奠定基础。2.2本课程的教学目标01020304了解常用金属材料的性能与特点，能正确选用常用金属材料。熟悉一般机械加工的工艺路线与热处理工艺。掌握钳工、车工、铣工、焊工等金属加工的基础操作技能。会使用常见的工、量、刃具。2.2本课程的教学目标05060708能阅读中等复杂程度的零件图及常见工种的工艺卡，并能按工艺卡要求实施加工工艺。具备运用工具书、网络等查阅和处理金属加工工艺信息的能力。养成自主学习的习惯，培养探究工程实际中有关金属工艺问题的意识，提高适应职业变化的能力。遵守职业道德和职业规范，树立安全生产、节能环保和产品质量的职业意识。2.3本课程的学习和训练方法本课程是一门理论联系实践的综合性课程，因此在学习的过程中，一方面应注重对金属加工基础理论知识的学习，通过网络、视频等多媒体手段理解和掌握常用金属加工的方法与原理，学会根据金属零件的特点来选择合理的加工方法、制定正确的工艺流程；另一方面应注意理论与实践的结合，通过参观企业生产现场，参加金属加工实训等方式建立对各种金属加工方法的感性认识，在实训环节中掌握金属加工的基础操作技能，加深对金属加工方法的理解。THANKYOU谢谢观看！第二章金属材料及热处理基础金属加工与实训—基础知识Contents目录1金属材料的性能2常用金属材料3钢的热处理金属材料的性能PROPERTIESOFMETALMATERIALS01使用性能使用性能是指金属材料在使用过程中表现出来的性质和特点，主要包括物理性能（如密度、外观、导热性、导电性、形状记忆性等）、化学性能（如耐热性、耐蚀性、耐酸性、催化特性等）以及力学性能。金属材料使用性能的好坏决定了其制造出的零部件的质量和寿命。工艺性能工艺性能是指金属材料被加工成为所需零件的难易程度，主要包括锻造性能、铸造性能、焊接性能以及切削加工性能等。1.1金属材料的力学性能

01强度02塑形03硬度04韧性在外界静力作用下，金属材料抵抗永久变形或破坏的能力称为金属材料的强度。塑性是指金属材料在受到外力作用时，产生永久变形而不被破坏的能力。硬度是指材料产生局部变形以抵抗外部硬物压入其内的能力。韧性是指材料抵抗外界载荷的冲击而不产生断裂破坏的能力。05疲劳强度材料抵抗交变外力作用而不发生疲劳破坏的能力称为材料的疲劳强度，其大小可由疲劳极限来衡量。1.2金属材料的工艺性能锻造性能铸造性能焊接性能切削加工性能锻造性能是指金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不破裂的能力。铸造性能是指金属材料在铸造过程中经铸造成型获得优质铸件的能力。焊接性能是指材料在焊接过程中得到优质焊接接头的能力。切削加工性能是指金属材料切削加工的难易程度。常用金属材料COMMONMETALMATERIALS022.1钢及其分类钢铁是现代工业中使用最广泛的金属材料，由于以铁和碳作为基本组成元素，故钢铁又称为铁碳合金。通常情况下，碳含量在0.0218%到2.11%之间的铁碳合金称为钢；碳含量小于0.0218%的铁碳合金称为纯铁；碳含量大于2.18%的铁碳合金称为铸铁，常用铸铁的碳含量不超过4.3%。1．钢的分类由于钢的种类繁多，对钢进行科学的分类有利于我们更好地学习钢的性能特点和掌握合理选用钢材的方法。钢常见的分类方法如下。（1）按照碳和合金元素的含量分类根据是否含有其他合金元素，钢可分为碳素钢和合金钢。

碳素钢：可分为低碳钢（含碳量ωC＜＝0.25%）、中碳钢（0.25%＜ωC＜＝0.60%）和高碳钢（ωC＞0.60%）。

合金钢：可分为低合金钢（合金元素总量＜＝5.0%）、中合金钢（5.0%＜合金元素总量＜＝

10.0%）和高合金钢（合金元素总量＞10.0%）。2.1钢及其分类

（2）按照有害元素的含量分类根据钢中有害元素硫、磷含量的不同，钢可分为普通钢、优质钢和高级优质钢。

普通钢：ωP＞0.045%，ωS＞0.050%。

优质钢：0.035%＜ωP＜＝0.045%，0.035%＜ωS＜＝0.050%。

高级优质钢：ωP＜＝0.035%，ωS＜＝0.035%。

（3）按照用途分类根据用途不同，钢可分为结构钢、工具钢、特殊功能钢和专业用钢。

结构钢：机械零件制造用钢、轴承钢、弹簧钢。

工具钢：碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢。

特殊功能钢：不锈钢、耐磨钢、抗氧化钢等。

专业用钢：建筑用钢、船舶用钢、压力罐用钢、农机用钢等。2.1钢及其分类（a）钢板（b）钢管（c）工字钢（d）线材图2-7市场上供应钢材的类型举例2.1钢及其分类2．钢的牌号金属材料的牌号是按照国家有关规定对金属材料进行的统一标准化编号。其中，钢的牌号是按照国标GB/T221—2008《钢铁产品牌号表示方法》中的规定来制定的。通常钢的牌号由大写的汉语拼音、化学元素符号、阿拉伯数字等组成。部分钢的牌号及含义如表2-2所示。表2-2部分钢的牌号及含义2.1钢及其分类表2-2部分钢的牌号及含义（续）2.1钢及其分类3．常用钢的性能特点及应用举例（1）碳素钢工业生产中，常用的碳素钢有碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢以及铸造碳钢等。1）碳素结构钢碳素结构钢的塑性好，强度较低，能保证一定的力学性能，容易冶炼，工艺性能良好，故常轧制成型钢、钢板、钢管等，用于制造建筑、桥梁、船舶等领域的结构件，或者加工螺钉、螺母等力学性能要求不是很高的机械零部件。碳素结构钢常见的牌号有Q215，Q235，Q255等。其中，Q235钢的强度、塑性、韧性及焊接性等性能都比较好，在工业生产中应用最为广泛，常见的机械零件，如螺栓、拉杆、螺母等都是由Q235钢制造的。2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢的杂质元素硫、磷的含量比碳素结构钢低，力学性能比碳素结构钢好，通常用于制造重要的工程构件和机械零部件。优质碳素结构钢常见的牌号有45，60等。其中，45钢的综合力学性能良好，在工业生产中应用十分广泛，主要用于制造受力较大的齿轮和轴类零件等；60钢以上的优质碳素结构钢由于碳含量较高，具有较高的强度和硬度，通常在经过处理后用于制造各类弹簧、钢丝等。2.1钢及其分类3）碳素工具钢碳素工具钢生产成本低，工艺性能好，在热处理后可以获得很高的硬度，温度不高时耐磨性良好；但热硬性较差，工作温度超过250℃时，其硬度、耐磨性会迅速下降。此外，碳素工具钢的淬透性较低，在油中的淬透直径仅为5mm。因此，碳素工具钢仅限于制造形状简单、尺寸小、切削速度低、工作温度不高的工具。碳素工具钢常见的牌号有T8，T12等。其中，T8钢具有较好的韧性和较高的硬度，适用于制造模具冲头、剪刀等；T12钢具有高硬度和耐磨性，但韧性较低，适用于制造钻头、铰刀、丝锥等冲击小、要求高硬度和耐磨性的刀具和量具。4）铸造碳钢铸造碳钢具有较高的强度、塑性和韧性，生产成本较低，主要用于制造受力大且需承受冲击载荷的零部件，如轧钢机底座、水压机底座、火车车轮及车钩等。铸造碳钢常见的牌号有ZG200-400，ZG230-450等。2.1钢及其分类（2）合金钢工业生产中，常用的合金钢有合金结构钢、合金工具钢、高速钢、合金弹簧钢、轴承钢、不锈钢等。1）合金结构钢合金结构钢由于加入了一定量的合金元素，提高了钢的淬透性，经过热处理后比碳素结构钢具有更好的综合力学性能。因此，合金结构钢通常用于制造尺寸较大、力学性能要求较高的重要零部件。常见的合金结构钢牌号有30CrMnSiA，60Si2Mn等。2）合金工具钢合金工具钢是在碳素工具钢里加入铬、钼、钨、钒等合金元素以提高淬透性、韧性、耐磨性及耐热性的合金钢。根据用途的不同，合金工具钢可分为刃具钢、量具钢和模具钢三类。3）高速钢高速钢又称为锋钢、白钢，含有W，Mo，Cr，V等合金元素，在高速切削产生的高温下（约500℃时）仍能保持较高的硬度（不低于60HRC）。根据用途不同，高速钢可分为通用型高速钢和特殊用途高速钢。常用的通用型高速钢有W6Mo5Cr4V2，W18Cr4V等，主要用于制造普通刀具，如钻头、锯条、滚刀、拉刀等。常用的特殊用途高速钢有W12Cr4v5Co5，W2Mo9Cr4VCo8等，主要用于制造难加工金属（如钛合金、高温合金等）的切削刀具。2.1钢及其分类4）合金弹簧钢合金弹簧钢具有很高的抗拉强度、弹性极限及疲劳强度，良好的表面质量和一定的淬透性。合金弹簧钢的主要合金元素是Si和Mn，常见牌号有60Si2Mn，65Mn，主要用于制造各种弹簧及弹性零件。5）轴承钢轴承钢具有高而均匀的硬度和耐磨性，以及较高的弹性极限和良好的尺寸稳定性。工业生产中，应用最广泛的轴承钢是高碳铬轴承钢GCr15，主要用于制造各类轴承的滚珠、滚柱及轴承内、外圈等。6）不锈钢不锈钢具有良好的耐蚀性、抛光性和耐热性，碳含量比较低，主要的合金元素为Cr，其含量一般不低于10.5%。常见的不锈钢牌号有06Cr18Ni9，20Cr13等，主要用于制造化工设备、汽轮机叶片等。2.2铸铁及其分类平均碳含量大于2.11%的铁碳合金统称为铸铁。铸铁由于具有优良的铸造性能、切削加工性能，良好的耐磨性、吸振性等特点，通常用来制造机床底座、大型工作台、汽车底盘等体积大、需要承受振动及摩擦力的零部件。按照化学成分不同，铸铁可分为普通铸铁和合金铸铁。其中，普通铸铁所含碳元素主要以石墨形式存在，根据石墨形态的不同，普通铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁等。它们各自的牌号组成、性能特点及应用如表2-3所示。表2-3铸铁的牌号组成、特点及应用2.2铸铁及其分类表2-3铸铁的牌号组成、特点及应用（续）2.2铸铁及其分类（a）轴承座（b）变速箱（c）发动机曲轴图2-9汽车中常见零部件2.2有色金属及合金习惯上将铁、铬、锰以及它们的合金称为黑色金属，而把其他金属及其合金称为有色金属。它们在日常生活和生产活动中同样有着广泛的应用，如图2-10所示。许多有色金属材料在物理性能和化学性能上都有独特之处，如金、银、铜具有良好的导热性和导电性；铜、钛合金具有良好的耐腐蚀性；铝、钛合金在具有较小的相对密度的同时，还具有很高的强度。（a）铝制易拉罐（b）铜导线（c）飞机机身图2-10有色金属制品2.2有色金属及合金1．铝及铝合金

（1）纯铝铝是一种银白色的金属，熔点660℃，沸点2327℃，在常温及潮湿条件下，纯铝的表面容易形成一层氧化膜；相对密度为2.72g/cm3，仅为钢铁材料的1/3左右；导电、导热性能良好，是仅次于金、银、铜的优良导体。铝元素含量丰富，是地壳中含量仅次于氧和硅的元素，同时也是含量最丰富的金属元素。工业中，纯铝原料一般制成棒状、片状、箔状等形状。纯铝由于硬度和强度都很低，不适合直接加工成机械零部件，但广泛应用于制造导线、电容器和包装。纯铝卷板2.2有色金属及合金（2）铝合金通过向纯铝中加入适量的合金元素如铜、锰、镁等，可以得到各种性能优越的铝合金。铝合金密度与纯铝相当，但强度却大大提高，“比强度”（强度与密度的比值）胜过很多合金钢，是现代制造业中理想的结构材料，被广泛应用于机械制造、运输工具、动力机械以及航空工业等领域，使用量仅次于钢。根据加工方法不同，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。铝合金门窗2.2有色金属及合金1）变形铝合金变形铝合金具有良好的塑性，常用于制作板材、管材等型材，如飞机蒙皮、发动机油箱、卡车轮毂等。根据使用性能及用途的不同，变形铝合金可分为以下几类，如表2-4所示。表2-4变形铝合金的分类及特点2.2有色金属及合金2）铸造铝合金铸造铝合金具有良好的铸造性能、耐腐蚀性、耐热性和焊接性，可以通过铸造成型技术制造各种形状复杂、有一定强度要求的零部件，如发动机壳体、活塞、气缸体等。铸造铝合金中常见的添加元素有硅、铜、镁、锌等，根据所添加合金元素的不同，铸造铝合金可分为以下四类，如表2-5所示。表2-5铸造铝合金的常用牌号、性能特点及应用2.2有色金属及合金2．铜及铜合金（1）纯铜铜是人类最早发现并使用的金属，人类对铜的开采与使用可以追溯到遥远的青铜器时代。铜的密度为8.96g/cm3，比钢铁的密度大，无磁性。纯铜为紫红色，在空气中表面容易形成一层紫色的氧化膜，因此纯铜又称紫铜。纯铜具有优良的导电性和导热性（仅次于金和银），强度和硬度均较低，塑性良好，耐腐蚀性较好。因此纯铜广泛用于制作导电、导热、耐腐器材，如导线、散热片、变压器、高压输油管等。纯铜雕塑2.2有色金属及合金（2）铜合金纯铜由于强度和硬度低，无法用于制造受力零部件，但往铜中加入一种或几种其他元素便可得到各种性能优越的铜合金。根据加入合金元素的不同，铜合金可以分为黄铜、青铜、白铜三大类，如表2-6所示。表2-6铜合金的分类、特点及应用范围2.2有色金属及合金3．硬质合金通过粉末冶金方法将一种或几种难熔金属的碳化物与具有黏结作用的金属钴粉末合成的材料称为硬质合金。硬质合金具有很高的硬度和耐磨性，在500℃的高温下其高硬度基本保持不变，在900℃时仍能保持很高的硬度，这种特性使得硬质合金成为理想的刀具材料。车、铣、刨、钻等加工方法中所用的刀具大部分都是采用硬质合金制造的，如图2-11所示。由于硬质合金材料的韧性较差、抗弯强度较低，难以直接加工成整体的刀具，所以一般是先将硬质合金加工成一定规格的刀片，再通过焊接、黏结、螺纹连接等方法安装到刀具基体上。（a）车刀（b）铣刀（c）钻头图2-11硬质合金刀具2.2有色金属及合金根据所含难熔金属碳化物的不同，硬质合金可以分为钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金、钨钛钽类硬质合金。它们各自的牌号组成、性能特点及应用范围如表2-7所示。表2-7常见硬质合金的牌号组成、性能特点及应用范围2.2有色金属及合金表2-7常见硬质合金的牌号组成、性能特点及应用范围（续）钢的热处理HEATTREATMENTOFSTEEL033.1钢的热处理的概念、目的及分类1．钢的热处理的概念对固态的钢件进行加热、保温和冷却，改变钢的内部组织以获得所需的物理、化学及力学性能的工艺过程称为钢的热处理。与其他材料的热处理工艺相同，钢的热处理需要经过加热、保温、冷却三个阶段，不同的加热和冷却条件会产生不同的内部组织结构，所得到的热处理效果也不相同。钢的各种热处理工艺都可以用图2-12所示的热处理工艺曲线来表示。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都应加热到相变温度以上，以获得高温组织。保温的目的是使金属材料内的显微组织完全转变。冷却是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，通过冷却使高温组织转化为其他组织，从而获得不同的性能。图2-12热处理工艺曲线3.1钢的热处理的概念、目的及分类2．钢的热处理的目的钢的热处理一方面是为了消除毛坯材料的内部结构缺陷，改善切削加工性能，为后续加工工序做准备；另一方面是为了提高材料的各项力学性能，如强度、硬度和耐磨性等，充分发挥材料的潜力，从而提高零件及产品的质量并延长使用寿命。3．钢的热处理的分类钢的热处理的方法有很多，根据热处理工艺中加热和冷却方式的不同，以及热处理后钢内部结构、性能的变化特点，钢的热处理可以分为整体热处理和表面热处理两大类。钢的热处理3.2钢的整体热处理--（1）退火（1）概念退火是将钢件加热到一定温度，并保温一段时间，然后缓慢冷却以使内部组织均匀化，从而获得预期力学性能的热处理工艺。退火一般作为钢材料加工前的预备热处理工艺。（2）目的①降低钢件硬度，增强塑性和韧性，为切削加工做准备。②消除残余应力，稳定钢件尺寸，防止变形和开裂。③使钢件内化学成分均匀化，细化晶粒，提高力学性能。④为钢件的后续热处理准备合适的组织。（3）分类及应用不同成分的钢在进行退火处理时，所需加热的温度和冷却方式不相同，据此可以将退火分为完全退火、球化退火和去应力退火，其处理方法、特点及应用范围如表2-8所示。3.2钢的整体热处理--（1）退火表2-8几种退火方式的特点及应用范围3.2钢的整体热处理--（2）正火（1）概念正火是将钢件加热到一定温度，并保温一段时间，出炉在空气中冷却的热处理工艺。正火与退火的处理方法类似，主要差别在于正火的冷却速度更快。（2）目的正火的目的与退火相同。由于冷却速度比退火快，钢件正火后其内部组织更细小，获得的强度和硬度都更高。

（3）应用由于钢件保温后直接出炉在空气中冷却，高温炉可以连续批量处理钢件，因此正火的生产周期短，成本较低。在工业生产中，正火有以下几个方面的应用。①用于提高低碳钢、低碳合金钢的硬度，改善其切削加工性能。②用于部分中碳结构钢的预先热处理，为其后续球化退火和淬火做准备。③提高强度、硬度和韧性，可作为对力学性能要求不高的零部件的最终热处理。3.2钢的整体热处理--（3）淬火（1）概念淬火是将钢件加热到一定温度，保温一段时间后在某种介质中进行快速冷却，以大幅提高材料硬度的热处理工艺。淬火通常与回火相互配合，是提高钢件硬度、强度以及耐磨性的重要方法。它们往往作为钢件的最终热处理工艺。（2）常用淬火介质淬火介质是指工件淬火冷却时采用的介质，不同的介质冷却能力不同，常用的淬火介质有水及水溶液、各种矿物油、硝盐浴、碱浴、空气等。它们的冷却能力由强到弱，依次降低。需要指出的是，钢件在较高温度区间时，需要快速冷却以获得高硬度；在较低温度区间时，需要缓慢冷却以避免变形和开裂。1）水及水溶液；2）各种矿物油；3）硝盐浴和碱浴硝盐浴和碱浴的冷却能力介于水和矿物油之间，适用于等温淬火和分级淬火。（3）常用淬火方法淬火中最为关键的步骤是冷却，冷却的速度直接影响着钢件淬火的效果。冷却速度过快，会造成钢件的变形和开裂；冷却速度过慢，钢件无法获得所需的性能。根据冷却方式的不同，淬火可分为单介质淬火、双介质淬火、分级淬火、等温淬火。各种淬火方法的工艺特点及应用范围如表2-9所示。3.2钢的整体热处理--（3）淬火表2-9常用淬火方法的工艺特点及应用范围3.2钢的整体热处理--（3）淬火表2-9常用淬火方法的工艺特点及应用范围（续）3.2钢的整体热处理--（4）回火（1）概念将淬火后的钢件重新加热到某一较低温度，保温一段时间后冷却至室温，这种热处理工艺称为回火。回火一般作为钢件的最终热处理工艺，在工业生产中应用极为广泛。（2）目的钢件淬火之后一般需要立即进行回火，这是因为淬火后的钢件内部存在较大的内应力，组织处于不稳定状态，随着时间的增加，组织会逐渐转化，钢件会因此产生变形和开裂。回火可以有效消除淬火后产生的内应力，避免钢件形状和尺寸的变化。同时，回火还可以降低脆性，提高韧性，并使钢件获得一定的硬度。（3）常用回火方法钢件最终的硬度与回火保温阶段的温度有直接的关系，一般情况下，保温阶段的温度越高，最终获得的硬度就越低。根据回火温度范围的不同，回火可分为低温回火、中温回火以及高温回火。它们的特点及应用如表2-10所示。3.2钢的整体热处理--（4）回火表2-10回火的特点及应用表2-10回火的特点及应用3.2钢的整体热处理--（5）调质处理（1）概念在工业生产中，一般对钢件先进行淬火，然后进行高温回火，这种复合热处理工艺称为调质处理，简称为调质。（2）目的及应用调质处理可以使钢件获得良好的综合力学性能，在具备较高强度的同时保持良好的塑性和韧性。同时，调质处理还可以作为某些精密零件的预先热处理，以防止其在最终热处理后产生变形和开裂。调质处理通常用于丝杠、连杆、主轴、轴承等受力复杂的重要机械零部件，如图2-13所示。（a）丝杠（b）连杆（c）机床主轴（d）轴承图2-13经调质处理的零部件3.2钢的整体热处理--（6）时效处理经塑性变形、铸造、锻造后的钢件，在粗加工之后、精加工之前，被放置在较高的温度或室温环境中，存放一段时间，以使钢件的性能、形状、尺寸等发生缓慢变化直至稳定。这种热处理工艺称为时效处理。时效处理的目的在于消除钢件内的残余应力，稳定内部组织结构，避免发生变形，并改善力学性能。根据处理时是否加热，时效处理可以分为人工时效处理、自然时效处理以及振动时效处理。（1）人工时效处理将钢件重新加热到100～150℃，在较短时间内（5～20h）进行的时效处理，称为人工时效处理。（2）自然时效处理不经过加热，将钢件直接存放在室温条件下，长时间放置而进行的时效处理，称为自然时效处理。（3）振动时效处理常温时让钢件以一定的频率进行振动，以使其内部应力均匀化，稳定钢件的形状和尺寸，这种处理工艺称为振动时效处理。3.3钢的表面热处理钢的表面热处理是指仅对工件的表层进行热处理，以改变表层的组织结构和力学性能的工艺。在热处理中，工件的硬度及耐磨性一般与塑性和韧性成反比，即热处理获得了高硬度，则会相应地削弱工件的塑性和韧性。在机械设备的实际使用过程中，许多零部件常常工作在复杂的受力条件下，它们不仅承受着各种弯曲、扭转、冲击等动态载荷，还需要经受强烈的表面摩擦力，如图2-14所示。这种工作条件就要求零件内部具有良好的塑性和韧性，而表面则须保持高硬度和高耐磨性。表面热处理可以很好地满足工件这种“表里不一”的性能需求。常用的表面热处理方法包括表面淬火和化学热处理等。（a）传动齿轮（b）凸轮轴（c）曲轴图2-14应进行表面处理的零部件3.3钢的表面热处理--（1）表面淬火表面淬火是指仅对工件表面进行淬火的热处理工艺。其基本方法是先对工件表面进行快速加热，需要在很短的时间内使工件表面达到组织转变的温度，然后在表层热量尚未传导到工件内部之前将其进行快速冷却，从而使工件表层通过淬火获得高硬度、高耐磨性，而工件内部仍保持表面淬火前的力学性能，如良好的强度、塑性和韧性等。表面淬火处理的关键是如何实现快速加热。常用的加热方式有感应加热、火焰加热等。目前，在工业生产中常用的表面淬火方法按加热方式不同可分为感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火等。（1）感应加热表面淬火感应加热表面淬火是利用流过工件表面的感应电流所产生的热效应，快速加热工件表层组织，并进行快速冷却的工艺，具体方法如图2-15所示。为了获得足够强的热效应，工件需要被放置在通有一定频率电流的线圈中，电流的频率直接影响着表面淬火的淬硬层深度，电流频率越高，其产生的热效应就越容易集中在工件表层，淬硬层也就越薄，二者之间的对应关系如表2-11所示。3.3钢的表面热处理--（1）表面淬火图2-15感应加热表面淬火示意图3.3钢的表面热处理--（1）表面淬火表2-11电流频率与淬硬层深度的关系感应加热表面淬火具有以下特点。①加热速度快、时间短，表层无氧化及变形现象。②淬火质量好，工件表层硬度比普通淬火高2～3HRC，而且淬硬层深度可以控制。③易于机械化和自动化，生产效率高，但相关设备复杂、成本昂贵，故适用于大批量生产处理。感应表面淬火多用于中碳钢、低合金钢制造的中小型工件的大批量生产。3.3钢的表面热处理--（1）表面淬火（2）火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火是利用燃烧乙炔等可燃气体所产生的高温火焰对工件表面进行加热，并使其快速冷却的工艺，具体方法如图2-16所示。火焰加热表面淬火具有以下特点。①由于火焰加热时间难以控制，得到的淬硬层深度不统一，一般为2～6mm。②火焰喷嘴与工件距离不好掌控，容易造成表面受热不均匀，淬火质量难以控制。③设备简单，操作简便，成本低廉。火焰加热表面淬火适用于单件、小批量工件的表面处理。图2-16火焰加热表面淬火示意图3.3钢的表面热处理--（2）化学热处理化学热处理是将钢件置于具有一定温度的活性介质中，并保温较长时间，使介质中的一种或几种元素渗入钢件表层，以改变其化学成分、组织结构和力学性能的热处理工艺。与其他热处理方法不同的是，化学热处理在改变工件的组织结构及力学性能的同时，还通过渗入其他化学元素改变了钢件表层的化学成分。化学热处理的基本过程包括分解、吸收和扩散。根据吸收元素的不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗等方法。它们各自的工艺特点及应用范围如表2-12所示。表2-12几种化学热处理方法的特点及应用3.4热处理新技术形变热处理形变热处理是通过塑性变形与热处理的有机结合，显著提高工件综合力学性能的新型热处理工艺。01激光表面热处理激光表面热处理是一种利用具有极高能量密度的激光束照射钢件表面，以极快速度将表层组织加热到一定温度后通过钢件自身散热冷却的热处理工艺。02真空热处理真空热处理是一种将钢件放置在0.0133～1.33Pa真空度的真空介质中进行加热、保温以及冷却的热处理工艺。03物理蒸镀技术物理蒸镀技术是在高真空环境和一定温度条件下为钢件表面覆盖一层陶瓷薄膜，从而提高钢件的表层力学性能的热处理工艺。043.5热处理工艺的应用热处理在机械零部件的加工制造过程中有着重要的作用，它能改善材料的切削加工性能，提高零件的质量和使用寿命。根据处理目的和要求的不同，热处理一般安排在各种冷热加工环节之间，可分为预先热处理和最终热处理。根据设计技术要求，合理地安排热处理工艺，对获得最佳热处理效果以及最大限度地提高零部件的性能有着重要的意义。1．热处理的技术要求热处理的技术要求一般会在零件图中直接体现。设计者会根据零件的功能与使用情况，在技术要求中标明零件需要采用的热处理方法、硬度、强度等内容。加工工艺的编制者需要根据这些要求选用合适的热处理工艺。

2．一般热处理工序的安排规律在制定零部件的加工工艺时，需要考虑零件的热处理技术要求，合理地安排热处理工序在整个零件加工工艺流程中的位置。一般情况下，预先热处理（包括正火、退火、调质等）的工序安排在零件毛坯生产之后、切削加工之前，或粗加工之后、精加工之前进行；最终热处理（包括淬火、回火、表面热处理等）后零件的硬度较高，一般不适宜进行切削加工（磨削除外），故最终热处理工序一般安排在半精加工之后，磨削加工之前进行。3.5热处理工艺的应用3．常见零件的热处理工序安排（1）车床主轴的热处理主轴作为车床中传递力矩的重要零件，其加工质量的好坏直接影响着车床的精度。车床主轴应当具有较高的强度，足够的硬度和耐磨性。C620型车床主轴的零件图如图2-17所示。在对该型号车床主轴的结构及工作条件进行分析后，可确定材料选用40Cr，毛坯采用锻造成型获得。从零件图中可以看出主轴的热处理技术要求是：整体进行调质处理，硬度为220～250HBW，轴颈及阶梯面进行表面淬火，硬度为52HRC。图2-17C620型车床主轴3.5热处理工艺的应用工艺技术部门经过分析后制定出该主轴的制造工艺路线如下：备料→锻造→正火（或退火）→粗车加工→调质→精车加工→表面淬火→低温回火→精磨加工。在该工艺路线中，热处理各工序的作用如表2-13所示。表2-13车床主轴热处理各工序的作用3.5热处理工艺的应用（2）滚动轴承的热处理滚动轴承作为机械设备的常用零件，主要安装在轴的两端，能够有效地减少轴转动时的摩擦，提高传动效率。滚动轴承一般由轴承外圈、滚动体、轴承内圈等零部件组成。根据滚动体的不同，滚动轴承可分为滚珠轴承、滚针轴承和滚柱轴承，如图2-18所示。（a）实物图（b）结构组成示意图图2-18滚动轴承3.5热处理工艺的应用现以GCr15轴承钢制造某种型号的滚珠轴承为例，介绍如何安排热处理工序。轴承内、外圈及滚动体的制造工艺路线如下：

备料→锻造→正火→球化退火→机械加工→淬火→冷处理（-80～-60℃；1h）→低温回火→精磨加工→时效处理（120～130℃；10h）。在该工艺路线中，热处理各工序的作用如表2-14所示。表2-14滚动轴承热处理各工序的作用3.5热处理工艺的应用（3）发动机传动齿轮的热处理发动机传动齿轮作为传递力矩和速度的重要零件，受力情况复杂，不仅需要克服高速载荷的冲击，还要承受齿轮啮合时产生的摩擦力。根据图2-19所示的某发动机传动齿轮零件图可知，其热处理的技术要求为：齿面渗碳层深度为0.85～1.1mm，齿面硬度为60HRC。图2-19某发动机传动齿轮零件图3.5热处理工艺的应用制定该传动齿轮的制造工艺如下：备料→锻造→正火→机械加工→渗碳→淬火→低温回火→精磨齿形。在该工艺路线中热处理各工序的作用如表2-15所示。表2-15发动机传动齿轮热处理各工序的作用THANKYOU谢谢观看！第三章热技工基础金属加工与实训—基础知识Contents目录1铸造2锻压3焊接铸造FOUNDRY011.1铸造的基础知识--（1）铸造的基本概念铸造是一种将熔融的金属液体倒入具有和零件形状相匹配的空腔模型中，待其冷却凝固后获得具有一定形状和力学性能的金属件的加工方法。空腔模型又称为铸型，铸造获得的金属件称为铸件。铸件是工业生产中机械零件毛坯的重要来源，一般要经过各种切削粗加工、精加工后才能成为零件，但某些对尺寸精度和表面粗糙度要求不高的零件，可以不经加工直接使用铸件。传统铸造工艺1.1铸造的基础知识--（2）铸造的特点材料适应性广适用零件范围广材料来源广，成本低廉。废品率较高；力学性能较差。1.1铸造的基础知识--（2）铸造的特点（a）铁锅（b）井盖（c）摩托车发动机壳体图3-1生活中的铸造制品1.1铸造的基础知识--（3）铸造的分类铸造生产的方法很多，通常将铸造分为砂型铸造和特种铸造两大类。砂型铸造是工业生产中最基本的铸造方法，除此以外，其他的铸造方法都称为特种铸造。常见的特种铸造方法包括金属型铸造、熔模铸造、压力铸造和离心铸造等。离心铸造1.1铸造的基础知识--（4）铸造的安全文明规范①操作人员必须按规定穿戴好劳动保护用品。②制备型砂时注意将砂过筛，不要混进铁块、铁钉等异物，以免损坏相关设备。③造型时应小心使用通气针等尖锐的工具，以免刺伤自己或他人；不要用嘴吹分型砂，以免砂粒飞入眼睛，造成不必要的伤害。④移动砂箱时须多人协调合作，动作一致，轻拿轻放，避免砸伤手脚；在造型场内行走时要注意脚下，避免踩坏砂型或被砂箱绊倒。⑤开炉前应准备好相关设备，浇铸用具要严格烘干，检查浇包有无隐患。⑥开炉时注意保持车间内空气的流通，及时排除工作现场的有害气体和烟尘。⑦铁水不能装满浇包，抬包时遵守人在前，包在后的原则，并保持注意力的集中。⑧平稳不间断地浇注，剩余的铁水要倒入专用的容器。⑨遇到火星或铁水飞溅时应保持镇静，不要慌乱地四处奔跑，更不能将浇包随意丢弃，以免造成更大的事故。⑩严禁将杂物丢入铁水中，以免引起铁水外溅伤人。⑪严禁用手去触碰尚未完全冷却的铸件，以免烫伤自己。⑫清理铸件要在其冷却至室温后进行，要注意周围环境，防止误伤他人，不要用手直接处理毛刺。⑬清理后的铸件、砂箱应分类整齐摆放，剩余的废砂应集中存放，切勿随意丢弃。1.2砂型铸造--（1）砂型铸造的工艺过程砂型铸造的一般工艺过程如图3-2所示。根据零件的形状和尺寸，设计制作模样和芯盒；配置型砂和芯砂；利用模样制造砂型，利用芯盒制造型芯；将型芯装入砂型后合型；选择合适的原材料并进行熔炼；将金属液浇注到铸型中；冷却凝固后的铸型进行落砂、清理、检验后即可得到铸件。图3-3表示的是某法兰盘零件毛坯的砂型铸造过程。图3-2砂型铸造的工艺过程1.2砂型铸造--（1）砂型铸造的工艺过程图3-3法兰盘零件毛坯的铸造过程1.2砂型铸造--（2）模样与芯盒制作模样是根据零件的外形和尺寸制作的模子，用来形成砂型中与零件外形相似的型腔，是铸造生产中必要的装备。制作模样的常用材料有木材、塑料和金属。中小批量零件的铸造生产常用木材制作模样，对于大批量产品来说，采用金属或塑料制作模样更合适。若零件具有内腔，还需制造砂芯，即造芯。砂芯的制作需要用到芯盒。零件的内孔等特征可以通过砂芯获得。套筒砂型铸造工艺过程示意图1.2砂型铸造--（3）型砂、芯砂的制备足够的强度高的耐火性良好的可塑性良好的透气性型砂应当具备性能1.2砂型铸造--（4）造型造型是利用制备好的型砂和模样制造砂型的过程。造型是砂型铸造中最关键的工序，所得铸型的好坏直接关系到铸件的质量。常见的造型方法有手工造型和机器造型两大类。（1）手工造型手工造型是指所有造型操作全部依赖手工或手工工具完成的造型工序。手工造型操作灵活，使用的工具简单，造型成本低廉，并且适用性广，无论铸件形状和尺寸如何，手工造型基本都能进行造型。但手工造型也存在着生产效率低、造型质量不稳定、劳动强度大等缺点，因此手工造型主要用于单件、小批量零件的铸造，对于难以用机器进行造型的大型复杂零件尤其适用。常见的手工造型方法有整体造型、分模造型、挖砂造型、三箱造型等。1.2砂型铸造--（4）造型1）整体造型整体造型是用整体模样直接造型以获得型腔的造型方法，如图3-4所示。整体造型的特点是模样的最大截面是平面并位于模样的某一端，该平面与分型面重合；模样整体或大部分在一个砂型中。整体造型获得的铸件形状比较简单，内部不会产生错型缺陷，适合于圆盘等形状简单的铸件。图3-4整体造型1.2砂型铸造--（4）造型2）分模造型分模造型是利用分块的模样进行造型的方法，如图3-5所示。模样一般以最大横截面作为分模面，分为上下两块，分模面与分型面重合，型腔位于上下两个砂型中。分模铸造适合于最大横截面在中间部位且外形对称的铸件，如圆轴、套筒和管道等。图3-5分模造型1.2砂型铸造--（4）造型3）挖砂造型挖砂造型是一种通过对分型面进行多次修整以方便取出模样获得复杂型腔的造型方法，图3-6所示为手轮挖砂造型的工艺过程。挖沙造型利用的是整体模样，分型面一般为曲面。造型时，一般先造下砂型，并将妨碍起模的型砂（即为模样最大横截面以上的型砂）挖去，然后造上型。挖沙造型对操作者技术要求非常高，故生产效率低下，主要适用于形状复杂的单件或小批量铸件。（a）手轮零件图（b）造下型（c）反转，挖修分型面图3-6手轮的挖砂造型工艺过程1.2砂型铸造--（4）造型图3-6手轮的挖砂造型工艺过程（d）造上型，起模，合型（e）带浇注系统的手轮铸件1.2砂型铸造--（4）造型4）三箱造型三箱造型是利用三个砂型共同组成铸型的造型工艺，图3-7所示为皮带轮的三箱造型工艺过程。三箱造型适合铸造形状复杂，特别是中间横截面积小，两头横截面积大的零件。模样分三块，两个分型面分布于中型的上下两个面。中箱的高度应与中间模样高度相近，以方便取出铸件。三箱造型操作复杂，技术要求高，生产效率低下，主要用于形状复杂的单件小批量铸件。（a）皮带轮零件图（b）模样的组成（c）完整砂型组成图3-7皮带轮的三箱造型工艺过程1.2砂型铸造--（4）造型

（2）机器造型机器造型是指用机器完成全部或者大部分造型操作的造型方法。与手工造型相比，机器造型具有生产效率高、铸件尺寸精确、表面质量好、劳动强度低等优点，但机器造型的设备昂贵，生产前期准备时间较长，主要用于大批量铸件的生产。全自动水平造型机1.2砂型铸造--（5）造芯制造型芯的过程成为造芯。与造型的工序类似，造芯也可以分为人工造芯和机器造芯两种。人工造芯生产效率低，适用于形状复杂的单件小批量型芯的制作；机器造芯效率高，型芯质量好，紧实度均匀，主要用于大批量型芯的生产。手工造芯常用的方法是芯盒造芯，如图3-8所示，芯盒具有跟铸件内腔一致的空腔形状。（a）装配芯盒（b）取型芯图3-8芯盒造芯的工艺过程1.2砂型铸造--（6）合型合型，又称合箱，是将上型、下型、型芯、浇口棒等组件组合成为一个完整铸型的过程。如图3-9所示，完整铸型主要包括上砂型、型腔（形成铸件的空腔）、下砂型、砂芯（简单铸件没有）、浇注系统以及砂箱等部件。其中，上砂箱与下砂箱的结合面称为分型面，外浇口、直浇道、内浇道以及出气孔称为浇注系统。合型前应检查砂型和型腔的形状否与模样一致；检查下型是否放置平整，型芯是否固定完全；检查通气孔是否通畅，浇道内有无浮砂。完成以上检查后，方可合上上型。合型后，应使上、下砂箱之间的相对位置保持固定，以防出现上砂箱因受到金属熔液压力而被顶起的现象。图3-9完整铸型的组成1.2砂型铸造--（7）合金熔炼合金熔炼是指加热熔化金属合金，获得浇注所需合金熔液的工序。合金熔液质量的好坏直接影响着铸件的性能。优质合金熔液具有温度合适、化学成分合格、非金属杂物及气体含量少等特点。若合金熔液的温度过低，铸件会产生浇注不足、夹渣、气孔等缺陷；若合金熔液温度过高，铸件会产生总收缩量增大、吸收气体过多、粘砂等缺陷；若合金熔液化学成分不合格，铸件的力学性能和工艺性能将会降低；若合金熔液内非金属杂物和气体过多，铸件会产生气孔、缩孔等缺陷。另外，在合金熔炼过程中，应当注意节约能量和金属原材料。不同种类和成分的合金材料使用的熔炼设备也不相同。熔炼铸铁一般使用冲天炉或感应加热炉，熔炼铸钢一般使用电阻炉或感应加热炉，熔炼非铁金属一般使用坩埚炉。其中，冲天炉具有操作简单方便，生产效率高，可连续不间断熔炼等特点，在工业生产中得到广泛应用。1.2砂型铸造--（8）浇注浇注是指将熔炼好的合金熔液浇入铸型的工序。浇注是铸造的重要环节之一，不合理的浇注会使铸件产生浇不足、砂眼、气孔、缩孔等缺陷。浇注时操作不当可能会毁坏铸型，严重时甚至会威胁到操作者的人身安全。（1）浇注系统为将金属熔液引入型腔而在铸型内设置的通道称为浇注系统。其主要作用如下。①保证金属熔液能够平稳、连续、均匀地进入并充满型腔，避免冲坏腔壁和型芯。②防止砂粒、熔渣等杂质以及气体进入型腔而造成铸件内部出现缺陷。③合理控制铸件各部位的冷凝顺序，保证铸件的顺利凝固。④及时补充铸件冷凝收缩时所需的金属熔液，保证铸件形状的完整。⑤方便铸件浇注时排气，减少铸件内部的气泡、缩孔等缺陷。浇注系统一般由浇口杯、冒口、直浇道、横浇道及内浇道等部分组成，如图3-10所示，各组件的作用如下。1.2砂型铸造--（8）浇注（a）浇注系统一（b）浇注系统二图3-10浇注系统的组成1.2砂型铸造--（8）浇注（2）浇注工艺要求浇注工艺过程中需要严格控制浇注温度和浇注速度，应该根据金属熔液的种类、铸件的形状及大小，合理确定浇注温度和浇注速度，以便获得优质的铸件。浇注温度是指金属液进入铸型时的温度。浇注温度过高时，铸件会产生缩孔、裂纹等缺陷；浇注温度过低时，铸件会产生浇不足、气孔等缺陷。通常情况下，灰铸铁的浇注温度在1300℃左右，铝合金的浇注温度在750℃左右。浇注速度是指单位时间内浇入型腔的金属液的质量。浇注速度过快时，型腔内的气体来不及排出，铸件内部会产生气孔，同时，过快的浇注速度会使型腔内产生过大的金属液压力，容易导致铸型壁的变形、抬箱、跑火等问题。浇注前应除尽金属液表层的熔渣，以免熔渣进入型腔导致铸件产生质量缺陷。浇注时应平稳连续地浇入金属熔液，中间不要中断，防止气体进入型腔。1.2砂型铸造--（9）落砂、清理及检验落砂是指从浇注好的铸型中取出铸件的操作过程。浇注后铸件在铸型中应冷却足够的时间才能进行落砂。过早落砂时，铸件在铸型中的冷却时间不够，容易产生内部应力，出现变形和开裂。灰铸铁铸件过早落砂时会在其表层形成白口组织，造成后续切削加工的困难。清理是指落砂后清除铸件表面黏结的砂粒以及多余金属的过程。清理时应避免损伤铸件，铸件表面的毛刺和飞边可以用打磨的方法去除。检验是对铸件进行外观、形状、尺寸等方面的检查，检验合格后的铸件方能作为毛坯进行后续加工。铝合金砂型铸造1.3特种铸造--（1）金属型铸造金属型铸造是指将金属液浇入金属铸型中以获得铸件的铸造方法。图3-11所示为垂直分型式金属铸型的结构示意图。金属型铸造的铸型采用金属材料制作，型腔的表面质量好，尺寸精确，铸件的加工余量小；冷却速度快，铸件内部组织紧密，结晶颗粒小，力学性能好，而且铸型可以重复使用成千上万次，大大缩短了铸造的准备周期，提高了铸造生产的效率。但是金属型铸造存在着制造成本高、无退让性，铸件表面容易出现裂纹等缺点。因此，金属型铸造主要用于非铁合金（铝合金、铜合金或镁合金）铸件的大批量生产，如活塞、气缸体、液压泵外壳等。图3-11垂直分型式金属铸型的结构示意图1.3特种铸造--（2）熔模铸造熔模铸造是指首先采用易熔材料（如石蜡）制造模样，然后在模样外表涂刷若干层防火涂料，待其干燥后得到型壳，最后熔掉型壳内的模样，型壳经高温焙烧后放入砂箱内固定，并进行浇注的铸造方法，其基本工艺流程如图3-12所示。（a）铸造蜡模（b）制备型壳（c）型壳浇注图3-12熔模铸造的工艺流程示意图1.3特种铸造--（3）压力铸造压力铸造简称压铸，是将熔融的金属在高压下充填型腔，并在压力下凝固的铸造方法。压力铸造所用的型腔一般采用耐热合金钢制造，金属液承受的最大压力达到数十兆帕（MPa）。压力铸造一般在专用的机器上进行，即压铸机。压铸机一般分为热压室式和冷压室式两种。冷压式又可分为立式和卧式两种。图3-13所示为卧式冷压室式压铸机的工作原理。图3-13卧式冷压室式压铸机的工作原理（a）合型后向压型内注入金属液（b）将金属液压入型腔（c）开型得到铸件1.3特种铸造--（4）离心铸造离心铸造是指将金属液浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下充满铸型并凝固以得到铸件的铸造方法。离心铸造通常采用离心铸造机进行，根据铸型旋转轴空间位置的不同，离心铸造机可以分为立式和卧式两类，二者的基本工作原理如图3-14所示。图3-14离心铸造的基本原理（a）立式（b）卧式1.4铸造新技术及新工艺消失模铸造技术真空密封造型铸造技术冷冻造型法现代计算机技术在铸造工艺方面的额应用锻压FORGEANDSTAMP022.1锻压的基础知识--（1）锻压的特点锻压优点01提高力学性能02节省金属材料03生产效率高2.1锻压的基础知识--（1）锻压的特点0102一般锻压加工的方法得到的零件毛坯尺寸精度不高，难以获得形状复杂的零件毛坯。锻压设备复杂，锻压成本比铸造高。锻压缺点2.1锻压的基础知识--（2）锻压的分类和应用锻压包括锻造和冲压，其中锻造一般需要将金属坯料加热，可以分为自由锻、模锻和胎模锻等。锻造主要用于制造要求承受重大载荷和冲击的重要零部件，如机床的主轴和齿轮，发动机的连杆和曲轴、起重机的吊钩等。冲压一般是在常温下进行，主要用于板料的加工，在各种电子设备、仪器仪表、家用电器等领域应用非常广泛。2.1锻压的基础知识--（3）锻压的安全文明操作规程01020304操作者应穿戴好劳保用品，对身体进行有效防护，防止高温工件烫伤自己。锻造前注意检查锤头、锤杆是否有裂纹，锤头是否松动。室温较低时应对锻造设备及工具的重点部位进行预热，防止其在低温状态接触高温工件时发生断裂。锻件应平稳地放置在下砧铁的中部，以防飞出伤人。锻压设备的安全操作规程2.1锻压的基础知识--（3）锻压的安全文明操作规程05060708严禁锻打过烧或过冷却的坯料，以免损坏机器和坯料飞裂伤人。严禁在锻床工作过程中将手伸入锻锤下方拿取和放置锻件，以防出现意外砸伤事故。清除砧铁和锻件表层的氧化皮时需要用火钳或扫帚等工具，严禁用手直接清除，以免烫伤自己。掌钳时应手握火钳的尾部，不要将手指放在钳柄之间，以防钳口开裂夹伤手指。锻压设备的安全操作规程2.1锻压的基础知识--（3）锻压的安全文明操作规程01020304严禁将手和工具伸进危险区域，取放工件最好使用专用工具。每冲完一个工件，手脚必须同时离开按钮或踏板，以防误操作。冲床运行过程中出现异常时，必须立即关闭电源，停车检修，不允许冲床带故障运转。多人同时操作时，需要相互配合，协调一致，以免误操作。冲压设备的安全操作规程2.2自由锻--（1）自由锻的概念自由锻是利用人工或机器设备施加竖直方向的压力，使加热后的金属坯料在上、下砧面之间自由地发生塑性变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件的锻造方法。自由锻可以分为手工自由锻和机器自由锻两种，其中手工自由锻由于生产效率低、劳动条件差、锻件质量难以控制等不足，已基本被淘汰。现代工业生产中最常用的锻造方法是机器自由锻。2.2自由锻--（2）自由锻的特点及应用自由锻的设备及工具简单，工艺灵活，通用性大，可以锻造从几克到几百吨的锻件，成本较低。目前机械设备中的大型、特大型锻件往往只能依靠自由锻来制造。但自由锻的锻件形状比较简单，尺寸精度不高，形状和尺寸大多依靠操作者的技术来保证，故操作难度高，锻件质量不稳定，主要用于单件或小批量锻件的生产。2.2自由锻--（3）自由锻的设备在现代工业生产中，自由锻基本都是采用机器进行的，根据锻造压力来源的不同，机器锻造的设备可以分为锻锤和液压机两类，其中锻锤又可以分为空气锤和蒸汽—空气锤两大类。图3-15所示为常见的空气锤，其基本原理是通过电机的运转不断压缩空气，空气进入工作气缸后推动锤杆上下运动以敲击锻件。空气锤主要用于生产中、小型锻件。图3-16所示为工业生产中常用的水压机，它通过静压力使金属坯料产生塑性变形，工作平稳，变形均匀，锻件力学性能较好。水压机一般体积庞大，机体笨重，能产生巨大的压力，最大可锻造300吨的锻件，是巨型锻件的唯一成型设备。图3-15空气锤2.2自由锻--（3）自由锻的设备图3-16水压机2.2自由锻--（4）胚料的加热金属坯料在进行锻造之前，需要进行加热，目的是提高金属坯料的塑性，降低内部的变形抗力，防止坯料在锻造过程中出现破裂，以改善其锻造性能。加热可以使用火焰加热，也可以使用电炉加热。坯料允许加热到的最高温度称为始锻温度，停止锻造时的温度称为终锻温度，二者之间的温度区间称为锻造温度范围。金属材料的化学成分不同，其最佳的锻造温度范围也不相同，几种常见金属材料的锻造温度范围如表3-1所示。表3-1常见金属材料的锻造温度范围2.2自由锻--（5）自由锻的基本工序自由锻是通过不断地进行局部锻打来获得所需锻件的，其基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、切割等。（1）镦粗镦粗是对金属坯料进行轴向锻打，使其高度减小、截面积增大的锻造工序。镦粗可以分为整体镦粗和局部镦粗，如图3-17所示。镦粗通常用于锻造高度小、横截面积大的零件毛坯，如齿轮、圆盘等。（a）整体镦粗（b）局部镦粗图3-17镦粗2.2自由锻--（5）自由锻的基本工序（2）拔长拔长是使金属坯料横截面积减小、长度增加的锻造工序，其主要用于锻造长而细的零件毛坯，如轴、拉杆、曲轴等。根据拔长的部位的不同，拔长可以分为整体拔长、局部拔长以及心轴拔长，分别如图3-18所示。图3-18拔长2.2自由锻--（5）自由锻的基本工序（3）冲孔冲孔是用冲头在金属坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。冲孔可以分为单面冲孔和双面冲孔，分别如图3-19所示。单面冲孔一次性直接冲出通孔；进行双面冲孔时，需先将孔冲至坯料厚度的2/3～3/4的深度，然后取出冲头，翻转坯料，最后从反面将孔冲为通孔。冲孔一般用于锻造齿轮坯或环套等空心类零件。（a）单面冲孔（b）双面冲孔图3-19冲孔2.2自由锻--（5）自由锻的基本工序（4）弯曲弯曲是将金属坯料弯曲到指定角度或形状的锻造工艺，如图3-20所示。弯曲常用于锻造角尺、吊钩等带弯曲角度的零件。（a）角度弯曲（b）形状弯曲图3-20弯曲2.2自由锻--（5）自由锻的基本工序（5）扭转扭转是将金属坯料一端固定，使另一端绕其轴线旋转一定角度的锻造工序，如图3-21所示。扭转前需要将扭转部位加热到较高的始锻温度，以提高其塑性变形的能力。扭转主要用于锻造多拐角的零件，如曲轴、麻花钻头等，还可以用来校正某些锻件。图3-21扭转2.2自由锻--（5）自由锻的基本工序（6）切割切割是将金属坯料分割为几个部分或切除锻件余量的锻造工序。切割方形截面坯料或锻件时，首先使用剁刀垂直切入工件，如图3-22（a）所示，快要断时将坯料或锻件翻转180°，再使用克棍截断，如图3-22（b）所示。切割圆形截面的坯料或锻件时，应将其放在带有凹槽的剁垫上，使用剁刀边旋转切割，如图3-23所示。（a）（b）图3-22方形截面锻件料的切断图3-23圆形截面锻件的切断2.3模锻与胎模锻--（1）模锻模锻是将加热后的金属坯料放入模具的模腔内，使其受压产生塑性变形以获得指定形状和尺寸的锻件的锻造方法。常用的模锻设备有蒸汽—空气模锻锤、无砧底锤、高速锤、平锻机等，其中蒸汽—空气模锻锤在工业生产中应用最为广泛。模锻设备中最重要的部件是锻模，它的精度直接影响着锻件的形状和尺寸精度。根据锻模结构的不同，模锻可以分为单膛模锻和多膛模锻。单膛模锻的工艺流程如图3-24所示，锻模通过燕尾槽及斜楔的配合固定在锤头和模座上，锻件一般需要去飞边和连皮才能成为零件毛坯。多膛模锻使用的锻模内含有多个模膛，能适应复杂形状零件的锻造。图3-24单膛模锻工艺流程2.3模锻与胎模锻--（2）胎模锻胎模锻是在自由锻的设备上使用可移动的模具进行锻造的方法。胎模锻与模锻相比，所用模具可以自由移动，且模具结构简单、易于制造，不需要专业的锻造设备，但锻件的表面质量没有模锻高。胎模锻可以利用自由锻的设备，工艺灵活多样，锻件的形状和尺寸精度均高于自由锻，但操作者的劳动强度大，生产效率低，因此胎模锻主要用于小型零件的中小批量生产。胎模的种类2.4冲压--（1）冲压的特点及应用冲压是将金属板料放在冲床上，利用冲模使得部分金属材料发生塑性变形或脱离以获得冲压件的加工方法。冲压板料的厚度一般低于6mm，在室温下即可进行冲压，因此冲压又称为冷冲压。当板料厚度超过8～10mm时，冲压前需要将板料加热。冲压的板料一般具有较低的强度和较好的塑性，如低碳钢、铜及其合金等。非金属材料也可用于冲压，如硬纸板、胶木板、皮革等。冲压件的形状和尺寸精度比较高，一般不需要进行后续的切削加工，只需钳工进行稍加修整即可作为最终零件使用。冲压操作简单、容易实现机械化和自动化，但冲模制造复杂，成本较高，因此冲压非常适合大批量零件的生产。2.4冲压--（2）冲压设备（1）冲床冲床是用于冲压的机床，其种类有很多，常见的有开式冲床和闭式冲床。开式冲床中，工作台在三个方向上都是敞开的，如图3-25所示，其基本原理是，冲模的上、下模分别装在滑块下端和工作台上，电机经过大轮减速后带动曲轴转动，再通过连杆带动滑块相对于工作台运动，实现板料的冲压。（a）冲床实物（b）冲床结构原理图3-25开式冲床2.4冲压--（2）冲压设备（2）剪床剪床的作用是将板料剪成所需尺寸的条料，以供冲压工序使用。按照刀口的形状，剪床可以分为斜刃剪床、平刃剪床和圆盘剪床等。斜刃剪床的实物及内部原理如图3-26所示。电动机经过传动轴、离合器带动曲轴转动，再通过滑块带动斜刃刀片相对工作台作挤压运动，实现板料的剪切。图3-26剪床（a）剪床实物（b）剪床结构原理2.4冲压--（3）冲压的基本工序冲压的基本工序包括分离工序和成型工序。分离工序是使板料的一部分与另一部分相互分离的工序，如冲裁、剪切等，其中冲裁包括落料和冲孔。成型是使