机械制造基础 课件 第四章

机械制造基础毛坯制造技术确定单元二第四章

常见毛坯制造技术本章知识思维导图第一节

铸造成型1.铸造生产的分类2.铸造的特点

1)铸造可生产形状复杂的铸件，特别是内腔复杂的铸件。

2)铸造的适应性强，不受零件的材料种类，零件的重量、尺寸、形状和结构复杂程度的限制。

3)铸造的生产成本相对低廉,设备比较简单。

3.铸造的应用

01认识铸造生产01认识铸造生产图4-1后母戊方鼎(重875kg，外形尺寸1.33m×0.78m×1.10m，是迄今世界上最古老的大型青铜器)图4-2编钟是战国时期楚国的乐器，音质很好，音阶准确，至今仍可演奏乐曲图4-3奥运金镛3.铸造的应用(一)砂型铸造方法与特点

(二)砂型铸造工艺准备

1.型砂与芯砂

2.铸造工艺装备

02砂型铸造由木材、铝合金或塑料制成，用来形成铸型型腔的工艺装备称为模样，模样可获得铸件外部结构。

模样模板一般由模底板、模样、浇冒口系统和定位销等装配而成。

模板铸件生产中必备的工艺装备之一，在设计零件的铸造工艺时就要考虑到砂箱的选用和设计。

砂箱01020302砂型铸造(二)砂型铸造工艺准备

3.铸造原材料

4.铸造涂料1)涂料的主要作用有:提高铸件表面质量；防止或减少铸件夹砂或砂眼等缺陷；改善铸件表面性能。

2)涂料的制备方法有：搅拌法、研磨法。

3)涂料的涂敷方法有：刷涂法、浸涂法、喷涂法。

02砂型铸造(三)砂型铸造基本工序

02砂型铸造(三)砂型铸造基本工序1.造型

(1)手工造型

图4-4整模造型过程

a)造下型：填砂、舂砂b)刮平、翻箱c)翻转下型，造上型，扎气孔

d)起模，开浇口e)合箱f)带浇口的铸件

02砂型铸造(三)砂型铸造基本工序1.造型

(1)手工造型

图4-5分模造型过程

a)铸件b)模样c)造下型d)造上型e)起模、放型芯、合箱f)带浇口的铸件02砂型铸造(三)砂型铸造基本工序(2)机械造型

使用机械全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序称为机械造型。

2.造芯

3.烘干、合箱、浇注

1)砂型(芯)烘干：分为表面烘干和体烘干。

2)合箱的主要步骤如下：

检查、清扫、修理砂型依次将砂芯装入砂型清除型内散砂紧固铸型放好浇口杯3)浇注。4.落砂、除芯及清理03特种铸造1.造芯金属型铸造

特点

1)金属型可以多次使用，与砂型铸造相比，省去了型砂制备、造型、落砂、清理等过程，节省了大量型砂和配砂设备与场地，显著地提高了生产率，并降低了生产成本。

2)金属型铸造的铸件切削加工余量小。

3)金属型铸造的铸件晶粒细，力学性能较好。

4)金属型的设计、制造、使用及维护要求高，制造成本高，加工周期长。

图4-7活塞组合式金属型03特种铸造2.压力铸造

特点

1)可以铸造形状复杂的薄壁铸件。

2)铸件组织致密，强度和硬度较高。

3)压铸件的尺寸精度高，表面粗糙度值低。

4)生产率高，易于实现半自动化和自动化生产。

5)生产费用高，设备投资大。

图4-8常见压铸件03特种铸造3.离心铸造

特点

1)铸件力学性能较高。

2)铸造具有圆形内腔的铸件时，不必使用芯子。

3)铸型中不需浇注系统，减少了熔融金属消耗量。

4)易产生比重偏析、内孔尺寸不精确、内表面较粗糙，需要增大内孔的切削加工余量。

图4-9离心铸件03特种铸造4.熔模铸造

特点

1)铸件的尺寸精度和表面质量高，且可制造形状复杂件；可减少机械加工工作量，提高金属材料的利用率。

2)适应性广。

3)生产工艺复杂，生产周期长，成本较高，铸件尺寸不能太大和太长。

第二节

锻压成形01认识锻压生产1.锻压生产的分类2.锻压的特点

1)改善金属的内部组织，提高金属的力学性能。

2)节省金属材料。

3)具有较高的生产率。

4)结构简单。

5)应用范围广。3.锻压的应用1)不能获得形状很复杂的制件，制件的尺寸精度、形状精度和表面质量还不够高。

2)与铸造相比，其加工设备较昂贵，加工成本也较高。

3)锻压加工过程中会对金属的内部组织和性能产生不利影响，需进行退火或正火等热处理。锻压生产的不足02锻造(一)加热

加热锻造成形冷却检验热处理图4-10常见锻压件02锻造(一)加热

锻前加热的具体要求1)在金属材料允许的条件下，快速加热到预定的温度，以提高效率，节约能源。

2)尽可能减少加热金属吸收有害气体的可能，如氧、氢、氮气等气体，减少氧化、脱碳或氢脆等缺陷，提高加热质量。

3)在低温加热阶段，要防止因加热不当而使金属截面的外层与心部产生过大的温差，引起材料破裂。

4)准确实施给定的加热规范，如加热温度、速度、时间和保温等加热条件，以防产生过热、过烧等缺陷。图4-11锻造加热炉02锻造(二)锻造成形

1自由锻造(1)自由锻造特点与应用(2)自由锻造设备

图4-12自由锻造设备

a)空气锤b)水压机02锻造(二)锻造成形

1自由锻造(3)自由锻造基本工序1)基本工序：指能够较大幅度地改变坯料形状和尺寸的工序，也是自由锻造过程中主要变形工序，包含镦粗、拔长、冲孔、扩孔、切割、弯曲、锻接、错移、扭转等工序。

2)辅助工序：指在坯料进入基本工序前预先变形的工序。

3)修整工序：指用来精整锻件尺寸和形状使其完全达到锻件图样要求的工序。

02锻造(二)锻造成形

2模型锻造(1)模型锻造特点与应用

与自由锻造相比，模型锻造具有如下优点:生产率高；能锻造形状复杂的锻件；模锻件的尺寸较精确，表面质量好，加工余量较小，并可使金属流线分布更为合理；模锻操作简单，劳动强度低。

02锻造(二)锻造成形

2模型锻造(2)模型锻造设备

模锻设备有蒸汽-空气模锻锤、压力机、平锻机、模锻水压机等。

图4-13蒸汽-空气模锻锤02锻造(二)锻造成形

2模型锻造(3)锻模模膛结构、分类及用途

锻模一般由上模和下模两部分组成。图4-14单模膛锻模结构

1—锤头2—上模3—飞边槽4—下模5—模垫

6、7、10—紧固楔铁8—分模面9—模膛02锻造(二)锻造成形

2模型锻造(3)锻模模膛结构、分类及用途(三)冷却

(四)检验

(五)热处理

图4-15弯曲连杆在多模膛内的模锻过程03板料冲压(一)板料冲压特点与应用

(二)板料冲压设备(三)板料冲压基本工序

图4-16常见的板料冲压件图4-17板料冲压设备

a)剪切机b)压力机04其他锻压成形技术1.挤压1)按照挤压时金属流动方向与凸模运动方向的关系，挤压可分为正挤压、反挤压和复合挤压三种2)按照挤压时金属的变形温度不同可分为热挤压、冷挤压和温挤压三种。

图4-18挤压

a)正挤压b)反挤压c)复合挤压04其他锻压成形技术2.轧制

(1)辊锻轧制辊锻轧制是指使坯料通过装有圆弧模块的一对旋转的轧辊时，受压而变形的生产方法。

(2)辗环轧制辗环轧制是指用来扩大环形坯料的外径和内径，从而获得各种环状零件的轧制方法。

(3)齿轮轧制齿轮轧制是一种少或无切削加工的齿轮加工工艺。

(4)螺旋斜轧螺旋斜轧采用两个带有螺旋形槽的轧辊相互交叉成一定角度，做同方向旋转，使坯料既绕自身轴线转动又向前进给，与此同时坯料受压变形，获得所需轧制件。05锻压件结构工艺性(一)自由锻件的结构工艺性(二)模锻件的结构工艺性

1)应具备一个合理的分模面：分模面应该在锻件最大尺寸横截面处，以便易于从锻模中取出锻件，分模面要保证模膛浅而宽，以利于金属充填；分模面沿径向分布，减少余块和敷料，锻模容易制造。2)在锻件上与分模面垂直的非加工表面，应设模锻斜度和结构圆角。图4-19模锻斜度和结构圆角05锻压件结构工艺性(二)模锻件的结构工艺性

3)应尽量使锻件外形简单、平直、对称，避免薄壁、高肋、窄槽、深槽、多孔、深孔等结构。图4-20不合理结构的锻件05锻压件结构工艺性(二)模锻件的结构工艺性

4)应采用锻焊组合工艺，以减少余块，简化模锻工艺。图4-21锻焊结构模锻件

a)锻件b)锻焊组合件05锻压件结构工艺性(三)冲压件的结构工艺性

1.对冲裁件的要求

1)冲裁件外形应力求简单、对称，尽可能采用圆形和矩形，避免细长悬臂和窄槽结构，以有利于优化排样。2)交接处均应以圆弧连接，尽量避免尖角。

3)孔径、孔间距和孔边距不得过小。

2.对弯曲件的要求3.对拉深件的要求05锻压件结构工艺性图4-22避免细长悬臂和窄槽结构

a)不合理b)合理图4-23落料件形状应有利于排样

a)不合理b)合理第三节

焊接成型1.焊接生产的分类1)熔焊是指将两焊件连接部分局部加热至熔化状态，加入填充金属，随后冷却凝固成为整体的焊接方法。

2)压焊是指对焊件施加压力，使两焊件接合面紧密地接触并产生一定的塑性变形而完成焊接的方法。

3)钎焊是指在焊接的同时加热被焊件与钎料，使低熔点的钎料熔化填充到焊件之间，冷却凝固后使两焊件连接成为一整体的焊接方法。01认识焊接生产1.焊接生产的分类01认识焊接生产2.焊接的特点

1)可以节省材料和制造工时，接头密封性好、力学性能高。

2)能以大化小、以小拼大。

3)可以制造双金属结构，如切削刀具的切削部分(刀片)与夹固部分(刀架)可用不同材料制造后焊接成整体。

4)生产率高，易实现机械化和自动化。

3.焊接的应用

01认识焊接生产(一)焊条电弧焊1.焊条电弧焊的特点及应用

2.焊条电弧焊的工具及设备

02常用焊接方法介绍图4-25焊条电弧焊的工具

a)夹持焊条的焊钳b)电弧手套和面罩c)清除焊缝表面的清渣锤等图4-26弧焊机(一)焊条电弧焊3.焊条电弧焊焊接过程

02常用焊接方法介绍图4-27焊接过程(一)焊条电弧焊3.焊条电弧焊焊接过程(1)焊接电弧两极间或电极与焊件间，在气体介质中产生强烈而持久的放电现象。

(2)焊条焊条是焊条电弧焊的重要焊接材料，它直接影响到焊接电弧的稳定性以及焊缝金属的化学成分和力学性能。

(3)焊接接头的组织与性能用焊接方法连接的接头称为焊接接头(简称接头)。(4)焊接应力与变形焊接应力是指焊接过程中焊件内部产生的应力。

02常用焊接方法介绍(二)埋弧焊

02常用焊接方法介绍图4-28埋弧焊(三)气体保护焊(四)电渣焊

(五)电阻焊(六)摩擦焊

02常用焊接方法介绍图4-29摩擦焊(七)钎焊

(1)硬钎焊钎料熔点高于450℃时的钎焊。(2)软钎焊钎料熔点在450℃以下的钎焊。

02常用焊接方法介绍图4-30硬钎焊图4-31软钎焊1.焊接结构材料的选择1)在满足使用性能要求的前提下，首先要选择焊接性能较好、价格低廉的材料。

2)要注重材料的冶金质量。

3)异种材料焊接，必须注意它们的焊接性及其差异。

4)焊接结构应尽量选用型材，以减少焊缝的数量和简化焊接工艺，增加结构件的强度和刚性。

5)最好采用相等厚度的金属材料，以便获得优质的焊接接头。

03焊件结构工艺性2.焊接接头形式的选择

(1)接头形式焊条电弧焊、埋弧焊：对接接头受力均匀，优先选用；角接接头、T形接头受力复杂，根据实际情况选用；搭接接头尽量避免选用，根据实际情况而定。03焊件结构工艺性图4-32焊条电弧焊接头的基本形式

a)对接b)角接c)T形接d)搭接

2.焊接接头形式的选择

(2)坡口形式将被焊工件上的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽，称为坡口。03焊件结构工艺性图4-33对接接头坡口形式

a)I形坡口b)V形坡口c)X形坡口d)U形坡口e)双U形坡口2.焊接接头形式的选择

(2)坡口形式将被焊工件上的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽，称为坡口。03焊件结构工艺性图4-34角接接头坡口形式

a)I形坡口b)单边V形坡口c)V形坡口d)K形坡口

2.焊接接头形式的选择

(2)坡口形式将被焊工件上的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽，称为坡口。3.焊缝布置的原则03焊件结构工艺性图4-35T形接头坡口形式

a)I形坡口b)单边V形坡口c)K形坡口d)单边双U形坡口第四节

粉末冶金成型1.粉末冶金成型的特点

1)能够制备部分其他方法难以制备的材料，如难熔金属、金属发汗材料、多孔材料、特殊功能材料(如硬质合金等)。

2)粉末冶金成型过程