机械制造工艺课件

机械制造工艺制造金属机件的基本工艺方法有铸造、压力加工、焊接、切削加工和热处理。在机械制造过程中，通常是先用铸造、压力加工或焊接等方法制成毛坯，再进行切削加工，然后得到所需的零件。当然，铸造、压力加工或焊接等工艺方法也可以直接生产零部件。此外，为了改善零件的某些性能，常要经过热处理或其他处理，最后将制成的零件加以装配、调试，合格后始成为机器。一、铸造1、铸造概述把熔化的金属液浇注到具有和零件形状相适应的铸型空腔中，待其凝固、冷却后，获得毛坯（或零件）的方法称为铸造。铸型是根据所设计的零件形状用造型材料制成的。铸型可以用砂型，也可用金属型。砂型主要用于铸铁、铸钢，而金属型主要用于有色金属铸造。§3.2机械制造工艺砂型主要用于铸铁、铸钢，而金属型主要用于有色金属铸造。砂型铸造生产主要的工序为模型加工、配砂、造型、造芯、合箱、熔化、浇注、落砂、清理和检验。§3.2机械制造工艺2、铸造生产主要特点：（1）可获得形状复杂的金属制件。（2）适应性广。（3）铸件成本低。（4）铸件余量小，节省材料。二、压力加工1、概述压力加工是使金属坯料在外力作用下发生塑性变形，以获得所需形状、尺寸及机械性能的毛坯或零件的方法。因此，只有具备一定塑性的金属才能进行压力加工。钢和大多数有色金属及其合金都具有不同程度的塑性，都可以进行压力加工。金属压力加工的方式有轧制、拉丝、挤压、自由锻造、模型锻造、薄板冲压等。§3.2机械制造工艺轧制拉丝挤压自由锻造模型锻造薄板冲压§3.2机械制造工艺(1)轧制使金属坯料通过一对回转轧辊之间的空隙而受到压延的加工方法。轧制是获得型材、板材、管材等金属原材料的主要方法。如冶炼后铸成的钢锭绝大部分都要通过轧钢机制成型钢（如圆钢、方钢、角钢、槽钢、工字钢、钢轨等，钢板及钢管等原材料供应生产部门使用。(2)拉丝：将金属坯料拉过拉丝模的模孔以缩小其截面的过程。拉丝是生产金属丝的唯一方法。它可拉制直径仅0.02mm的金属丝，还可拉制薄壁管，并借助冷拉以提高轧制型材和管材的精度。(3)挤压把放在容器内的金属坯料从模孔内挤出而变形的过程。挤压是生产有色金属型材及管子的主要方法。(4)自由锻造使金属坯料在上下砧之间受到冲击或压力而变形的过程。(5)模型锻造使金属坯料在锻模模膛内受到冲击或压力而变形的过程。(6)薄板冲压（冷冲压）使薄板材料在冲模间受到冲压而分离或变形的过程。2、压力加工的特点压力加工的特点是能够提高制件的机械性能并具有较高的生产效率（自由锻造除外）。§3.2机械制造工艺三、焊接1、焊接概述焊接是对两块分离的金属材料，进行局部加热或者加压，依靠它们之间的原子结合力，而把两块金属连接成为一个整体的方法。焊接常用于制造金属结构或机器零件。非金属材料如塑料、玻璃、陶瓷等也可以焊接。焊接作为机械加工的一种主要方法，在设备制造及工业生产中发挥着无可替代的重要作用。2、焊接的特点（1）省材料与工时。与其它连接方式相比，所需配件少，工序短。（2）能化大为小，拼小成大。（3）由于接头金属的原子组成了新的结晶，连接质量好。§3.2机械制造工艺3、焊接的方法焊接的方法很多，基本上可分为三大类，即熔化焊、压力焊和钎焊。熔化焊它的特点是两块金属的接头处，必须加热至熔化状态，冷凝后彼此焊接起来。电弧焊、氧-乙炔气焊等都是熔化焊。压力焊它的特点是两块金属的接头处，不论是加热或不加热，都要加压并在压力作用下，彼此焊接起来的。电阻焊就是压力焊中的一种焊接方法。钎焊它的特点是将两块金属加热而不熔化，只有填充在接头间的钎料熔化（因其熔点比被焊金属低），待钎料凝固后，即把两块金属彼此连接起来。下面介绍几种常用的焊接方法§3.2机械制造工艺(1)手工电弧焊手工电弧焊（简称手弧焊）是利用电弧产生的热量来熔化母材和焊条的一种手工操作的焊接方法。手弧焊的焊接过程。焊接时以电弧作为热源，电弧的温度可达6000°K以上，它产生的热量与焊接电流成正比。§3.2机械制造工艺(2)埋弧自动焊埋弧自动焊如图所示。图中颗粒状的焊剂由焊剂漏斗中落下，盖在待焊的接缝上。盘卷在焊丝盘上的焊丝，靠机头内的送丝机构，被送入焊剂内，当触及焊件时电弧即自动引燃。此时，电弧在焊剂膜包围下继续燃烧，电弧的热量得以充分利用。随着焊件与焊丝的熔化，焊接小车一面沿着焊件的待焊接缝均匀移动，一面将焊丝继续不断地向焊接区送进，直至形成焊缝。§3.2机械制造工艺(3)气焊和气割气焊是利用气体火焰来熔化母材和填充金属的一种焊接方法。气焊通常使用的气体是乙炔（可燃气体）和氧气（助燃气体），并使用不带涂料的焊丝作为填充金属。气焊示意图气焊设备图§3.2机械制造工艺割炬气割过程氧气切割（简称气割）是根据某些金属（如铁）在氧气流中能够剧烈氧化（即燃烧）的原理，利用割炬来进行切割的。气割时割炬代替焊炬，其余设备与气焊相同。§3.2机械制造工艺对焊缝焊点焊电阻焊的基本型式(4)电阻焊电阻焊（又称接触焊）是利用电流通过焊件的接触面时所产生的电阻热，将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后断电同时施加压力进行焊接的一种焊接方法。电阻焊的基本型式有对焊、点焊和缝焊三种。§3.2机械制造工艺CO2气体保护焊设备示意图(5)CO2气体保护焊CO2气体保护焊是用CO2气体代替焊剂来保护电弧、熔池及焊缝的焊接方法。主要适用于低碳钢和普通低合金钢的焊接。一般用直流电源反接法焊接（工件接负极，焊条接正极）。其设备主要由焊接电源、焊炬、送丝机构和供气系统等部分组成，如图3.64所示。§3.2机械制造工艺四、金属切削加工金属切削加工是利用刀具和工件的相对运动，从毛坯上切去多余的金属层，从而获得几何形状、尺寸精度和表面粗糙度都符合要求的机器零件的加工方法。金属切削加工分为钳工和机械加工两部分。钳工是工人手持工具进行切削加工。由于钳工操作灵活方便，所以在装配、修理以及新产品研制中广泛应用。机械加工则是工人操作机床来完成切削加工的，主要方式有车削、钻削、刨削、铣(xi)削和磨削等。目前除了少数零件可以采用精密铸造和精密锻造的方法直接得到外，绝大多数的零件还需要通过机械加工的方法来获得。因此，机械加工是机器制造的重要手段，作为基本的加工方法仍保持着重要的地位。1、车削加工车削加工是切削加工的主要方式之一。车削时，工件的转动是主运动，刀具的移动是进给运动。车床能广泛地加工出各种旋转表面，如内外圆柱面、圆锥面、成形面以及各种螺纹等。车削加工§3.2机械制造工艺2、钻削加工在钻床上可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、钻锥坑以及修刮端面等等。钻削时，刀具的旋转运动是主运动，刀具沿本身轴线的移动为进给运动。钻孔用的刀具主要是麻花钻头。麻花钻的前端为切削部分，有两个对称的主切削刃，两刃之间的夹角通常为2φ=116°~118°，称为顶角。钻头顶部有横刃，即两后面的交线，它的存在使钻削时的轴向力增加。所以大直径的钻头常采取修磨横刃的办法，缩短横刃。导向部分上有两条刃带和螺旋槽，刃带的作用是引导钻头，螺旋槽的作用是向孔外排屑。钻削加工§3.2机械制造工艺麻花钻麻花钻的切削部分§3.2机械制造工艺3、刨削加工在刨床上用刨刀加工工件叫做刨削。刨床主要用来加工平面（水平面、垂直面、斜面）、槽（直槽、T型槽、V型槽、燕尾槽）及一些成形面。§3.2机械制造工艺在牛头刨床上加工水平面时，刀具的直线往复运动为主运动，工件的间歇移动为进给运动。牛头刨床的切削用量是指切削时采用的切削深度t、给量s和切削速度v切削。刨削时由于一般只用一把刀具切削，返回行程又不工作，切削速度又较低，所以刨削的生产率较低。但对于加工狭而长的表面生产率较高。同时由于刨削刀具简单，加工调整灵活，故在单件生产及修配工作中，较广泛应用。牛头刨床的切削用量§3.2机械制造工艺4、铣削加工铣削是一种高生产率的平面加工方法。铣削时，刀具的旋转是主运动，工件作直线进给运动。铣刀是一种多齿刀具。铣削时，有几个齿同时进行切削，而每一个刀齿的切削又是间歇性的，散热条件较好，刀具耐用度很高，因此可提高切削速度。和刨削相比，铣削有较高的生产率。在成批量生产中，除了狭长的表面外，铣削几乎能代替刨削，成为平面、沟槽和成形表面加工的主要方式。见图示§3.2机械制造工艺铣削加工§3.2机械制造工艺铣平面铣平面可用圆柱形铣刀在卧式铣床上加工，也可以用端铣刀在立式铣床上铣削。首先，端铣刀有很多刀齿同时切削，每个刀齿所受的力较小，切削平稳。其次端铣刀直接安装在主轴上，刚性好，振动小，便于锒硬质合金刀片，可用较大的切削用量进行高速切削，从而能获得很高的生产率。因此，除了某些工件因形状限制不能用端铣刀加工，或者用圆柱形铣刀在卧式铣床上铣削组合平面以外，端铣已成为平面加工的主要方式。铣平面可用圆柱形铣刀在卧式铣床上加工，也可以用端铣刀在立式铣床上铣削。首先，端铣刀有很多刀齿同时切削，每个刀齿所受的力较小，切削平稳。其次端铣刀直接安装在主轴上，刚性好，振动小，便于锒硬质合金刀片，可用较大的切削用量进行高速切削，从而能获得很高的生产率。因此，除了某些工件因形状限制不能用端铣刀加工，或者用圆柱形铣刀在卧式铣床上铣削组合平面以外，端铣已成为平面加工的主要方式。§3.2机械制造工艺铣沟槽铣沟槽时，可以根据沟槽的形状，分别在卧式铣床或立式铣床上用相应的沟槽铣刀加工。§3.2机械制造工艺5、磨削加工磨削就是用砂轮对工件表面进行切削加工，是机器零件精密加工的主要方法之一。磨削用的砂轮是由许多细小而且极硬的磨粒用结合剂粘接而成的。在砂轮的高速旋转下，切入工件表面。所以磨削的实质是一种多刀多刃的超高速切削过程。在磨削过程中，产生大量的切削热，其温度可达1000℃以上。同时，剧热的磨屑在空气中发生氧化作用，产生火花。因此，为了减少摩擦和散热，降低磨削温度，在磨削时需使用大量的冷却液。由于砂轮磨粒的硬度极高，因此磨削不仅可以加工一般的金属材料，如碳钢、铸铁及一些有色金属，而且还可以加工硬度很高的材料，如淬火钢、各种切削刀具，以及硬质合金等。磨削加工可以达到高的精度和小的表面粗糙度。这是磨削加工的又一个显著特点。磨削主要用于零件的内外圆柱面、内外圆锥面、平面及成形表面（如花键、螺纹、齿轮等）的精加工，以获得较高的尺寸精度和很小的表面粗糙度。§3.2机械制造工艺磨削加工原理§3.2机械制造工艺磨削加工方式§3.2机械制造工艺6、齿轮齿形加工用切削加工的方法加工齿轮齿形，若按加工原理的不同，可以分为如下两大类：成形法（也称仿形法）：用与被切齿轮齿间形状相符的成形刀具，直接切出齿形的加工方法，如铣齿、成形法磨齿等。展成法（也称范成法或包络法）：利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动（或称展成运动）切出齿形的加工方法，如插齿、滚齿、剃齿和展成法磨齿等。（1）铣齿铣齿就是利用成形齿轮铣刀，在万能铣床上加工齿轮齿形的方法。加工时，工件安装在分度头上，用盘形齿轮铣刀（模数m＜10~16时）或指形齿轮铣刀（一般m＞10），对齿轮的齿间进行铣削。当加工完一个齿间后，进行分度，再铣下一个齿间。§3.2机械制造工艺§3.2机械制造工艺（2）插齿和滚齿插齿和滚齿虽都属于展成法加工，但是，由于它们所用的刀具和机床不同，其具体加工原理、切削运动、特点和应用也不相同。①插齿原理及运动插齿就是用插齿刀在插齿机上加工齿轮的轮齿，它是按一对圆柱齿轮相啮合的原理进行加工的。如图，相啮合的一对圆柱齿轮，若其中一个是工件（齿轮坯），另一个用高速钢制造，并在轮齿上磨出前角和后角，形成切削刃（一个顶刃和两个侧刃），再加上必要的切削运动，即可在工件上切出轮齿来。后者就是齿轮形的插齿刀。②滚齿原理及运动从机械原理得知，蜗杆