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1、2017/6/26,1,工程训练 浙江大学金工教研室 2004.07.14,2017/6/26,2,第二章 工程材料,材料：金属材料，非金属材料；金属材料：黑色金属，有色金属；材料性能：使用性能（力学性能、物理性能和化学性能等）和工艺性能（铸造性能、焊接性能、压力加工性能、切削性能和热处理性能）；掌握常用碳素钢（碳素结构钢Q235、优质碳素结构钢45、碳素工具钢T8、T12）、合金钢（在碳素钢的基础上加入合金元素，使得材料的性能提高或具有特殊的性能）和铸铁（HT200、KTH33008）的分类、牌号、性能、应用。,2017/6/26,3,钢的热处理热处理是将工件加热到一定的温度，经保温后以一定
2、的冷却速度冷却。通过热处理可使钢的组织和性能发生改变，可提高工件的力学性能，改善工艺性能，达到充分发挥金属材料的潜力，提高产品质量，延长使用性能，提高经济效益。钢的热处理基本工艺有：退火、正火、淬火和回火。1.退火加热到一定温度，经保温后随炉冷却。2.正火加热到一定温度，经保温后在空气中冷却。3.淬火加热到临界温度以上的某一温度，经保温后以快速冷却（即大于临界冷却速度）。4.回火将淬火后的工件重新加热到临界点以下的某一温度，经长时期保温后缓慢冷却。可分为：,2017/6/26,4,低温回火（150250） 目的是消除和降低淬火钢的内应力及脆性，提高韧性，使零件具有较高的硬度（5864HRC）。
3、主要用于各种工、量、模具及滚动轴承等，如用T12钢制造的锯条、锉刀等，一般都采用淬火后低温回火。中温回火（350500） 中温回火后工件的硬度有所降低，但可使钢获得较高的弹性极限和强度（3545HRC）。主要用于各种弹簧的热处理。高温回火（500650）通常将钢件淬火后加高温回火，称为调质处理。经调质处理后的零件，既具有一定的强度、硬度，又具有一定的塑性和韧性，即综合力学性能较好（2535HRC）。主要用于轴、齿轮、连杆等重要结构零件。如各类轴、齿轮、连杆等采用中碳钢制造，经淬火+高温回火后，即可达到使用性能的要求。一般随着回火温度的升高，钢的强度和硬度下降，而塑性韧性上升。,2017/6/2
4、6,5,第三章 铸造,铸造是熔炼金属，制造铸型并将熔融金属浇入与零件形状相适应的铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件的成型方法。铸件一般是尺寸精度不高，表面粗糙的毛坯，必须经切削加工后才能成为零件。若对零件表面要求不高，也可直接使用。一、铸造的特点及应用1.特点1）铸造可以制成形状和内腔十分复杂的铸件，特别是具有内腔的毛坯，如各种箱体、气缸体、气缸盖等。2)铸造的适应性强，可用于各种材料，如有色金属，黑色金属、铸铁和铸钢等，但以黑色金属为主；可生产不同的尺寸及质量的铸件，如壁厚可做到小于1mm、铸件的质量可以轻到几克、重达几百吨的铸件等。3）铸件生产成本低，设备投资较少，原材料价格低，来源广等
5、。,2017/6/26,6,因此铸造在机械制造中获得广泛的应用，但铸造生产工艺过程难以精确控制；铸件的化学成分和组织不十分均匀、晶粒粗大、组织疏松，常有气孔、夹渣、砂眼等缺陷存在，使得力学性能不如锻件高的缺点。但随着新工艺、新材料的不断发展，铸件的质量也在不断提高。2.应用主要应用在各种箱体和非承受载荷的低速齿轮等。如机床床身、齿轮箱、变速箱、手轮、内燃机气缸体、气缸盖、火车轮、皮带轮、台虎钳钳座等。铸造生产方法很多，主要分为两大类：砂型铸造；特种铸造。二、型（芯）砂芯砂的性能要求比普通型砂的综合性能要高。三、铸造工艺1.铸造主要工艺参数的确定收缩余量加工余量,2017/6/26,7,起模斜度
6、 起模斜度的大小与壁的高度、造型方法、模样材料及其表面粗糙度等有关。铸孔、槽及型芯头铸造圆角2.造型工艺造型时必须考虑到的工艺问题主要是分型面和浇注系统,它们直接影响铸件的质量及生产率等。1)分型面的确定 分型面是指上、下砂型的接触表面。用符号：（图1-1）表示。分型面确定的原则：分型面应选择在模样的最大截面处；应使铸件上的重要加工面朝下或处于垂直位置；应使铸件的全部或大部分在同一砂箱内，以减少错箱和提高铸件精度。2）浇注系统的确定 浇注系统是指液体金属流入铸型的通道，并能平稳地将液体金属引入铸型，要有利于挡渣和排气，并能控制铸件的凝固顺序。,2017/6/26,8,如浇注系统开设得不好，铸件
7、易产生浇不足、缩孔、冷隔、裂纹和夹杂物等缺陷。典型浇注系统一般包括：外浇口、直浇道、横浇道和内浇道等。外浇口缓冲液体金属浇入时的冲击力和分离熔渣。直浇道连接外浇口和横浇道的垂直通道，利用其高度使金属液产生一定的静压力而迅速地充满型腔。横浇道连接直浇道和内浇道，位于内浇道之上，稳定金属液的流动，使金属液平稳地经内浇道流入型腔及向各内浇道分配金属液，并起挡渣作用。内浇道直接和型腔相连的通道，可控制金属液流入型腔的位置、速度和方向。冒口：主要起补缩作用。同时还兼有排气、浮渣及观察金属液体的流动情况等。一般安放在壁厚顶部。四、熔炼设备铸铁冲天炉；铸钢电弧炉；有色金属坩埚炉。,2017/6/26,9,五
8、、特种铸造1.金属型铸造2.熔模铸造3.压力铸造4.离心铸造 离心铸造是在离心力的作用下,所以组织致密,无缩孔、气孔、渣眼等缺陷，因此力学性能较好。铸造空心旋转体铸件不需要型芯和浇注系统，铸件不需要冒口补缩，省工省料、生产率高、质量好、成本低。六、造型操作技术七、造型方法 造型方法有手工造型和机器造型。手工造型方法：整模两箱造型、分模两箱造型、挖砂造型和假箱造型、活块造型、刮板造型、三箱造型等。八、造芯型芯的主要作用是形成铸件的内腔。九、浇注温度 浇注温度偏低，金属液流动性差，易产生浇不足、冷隔、气孔等缺陷；浇注温度过高，铸件收缩大，易产生缩孔、裂纹、晶粒粗大及粘砂等缺陷。合适的浇注温度应根据
9、铸造合金种类、铸件的大小及形状等确定。,2017/6/26,10,第四章 压力加工,一、压力加工的特点及应用锻压属于金属压力加工的一部分，它是对坯料施加外力，使其产生塑性，改变形状尺寸和改善性能，以制造机械零件、工件或毛坯的成形方法。它是锻造和冲压的总称。1.特点金属材料经锻压后，其组织和性能都得到了改善，特别是铸造组织。通过压加工或锻造后，其内部的缺陷，如微裂纹、气孔、缩松等缺陷得到压合，使其结构致密，细化晶粒，力学性能大大提高。与铸件、焊件相比，锻压加工一般只能获得形状较简单的制件毛坯。2.应用凡是承受重载的机器零件，如主轴、曲轴、齿轮等。,2017/6/26,11,金属压力加工的主要方法
10、有轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻和板料冲压等。锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料产生局部或全部的塑性变形，以获得一定的几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。按成形方法不同，锻造可分为自由锻和模型锻两大类。二、金属的加热锻造时，金属坯料需加热。加热的目的是为了提高金属的塑性，降低变形抗力，以使金属产生大量的变形，以便锻造。一般金属材料的可锻性常用塑性和变形抗力来衡量。随着含碳量的提高，金属材料的可锻性下降。所以一般工业纯铁、低碳钢的可锻性最好，而中碳钢、高碳钢、铸铁、硬质合金、有色金属等可锻性较差。加热温度高，则金属的塑性好，变形抗力小，但加热温度不能过高，因为超过一定温度后，金属易出
11、现氧化、脱碳、过热和过烧,2017/6/26,12,等缺陷，因此，加热最高温度以不出现过热为前提，即始锻温度。金属在热变形加工时，当温度降低到一定程度后，金属塑性变差，变形抗力增大，不仅难以继续变形，且易产生裂纹，因此必须停止锻造，重新加热，即为终锻温度。45号钢的始锻温度为11501200，终锻温度为800。金属材料加热后，随着温度的升高，其力学性能中的强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。三、锻造设备锻造工艺分为：自由锻、胎模锻和模锻等。自由锻有手工锻和机器锻两种。自由锻设备有空气锤、蒸气-空气锤和水压机等。四、自由锻的基本工序镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割等。前3种应用得最多。,2
12、017/6/26,13,五、板料冲压板料冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具，对板料施加压力，使其产生变形或分离的工艺过程。也称为冷冲压。板料冲压可分为分离工序和变形工序两大类。分离工序：剪切、冲裁等；变形工序：弯曲、拉深、成型等。,2017/6/26,14,第三章 焊接,焊接是通过加热或加压(或两者并用），并且用或不用填充材料，使焊件形成原子结合的一种连接方法。一、焊接的特点及应用1.特点焊接实现的连接是不可拆卸的永久性连接，采用焊接方法制造的金属构件，可以节省材料，简化制造工艺，缩短生产周期，且连接处具有良好的使用性能；如焊接不当会产生缺陷、应力和变形等。2.应用焊接广泛应用于制造各种
13、金属结构件，如桥梁、船体、建筑、压力容器、锅炉、车辆、飞机等；也常用于机器零件毛坯，如机架、底座、箱体、吊车车架等；还可用于修补铸、锻件的缺陷和局部损坏的零件，具有较大的经济效益。,2017/6/26,15,焊接方法很多，主要分为三大类：1.熔化焊：电弧焊、气焊、电渣焊等。电弧焊有手工电弧焊、埋糊自动焊、气体保护焊等；2.压力焊：电阻焊、摩擦焊等。电阻焊有点焊、对焊、缝焊等；3.钎焊：硬钎焊和软钎焊。原则上各种金属都能焊接，但焊接性能相差很大，要选用相应的焊接方法和工艺措施才能实现。焊接性能是随着含碳量的增加，可焊性下降。所以纯铁、低碳钢的焊接性能最好，而高碳钢、铸铁、铸钢、有色金属、异种材料
14、的焊接性能差，一般不用来制作焊接结构件。二、手工电弧焊1.手弧焊的焊条焊条由焊芯和药皮两部分组成。焊芯的作用：作为电极传导焊接电流，产生电弧；熔化后又作为焊缝的充填金属。药皮的作用：改善焊接工艺；机械保护作用；冶金处理作用。,2017/6/26,16,焊接不同的材料应选不同的焊条，并非选用焊条强度级别高的，就能提高焊缝质量。2.焊条直径的选择焊条直径根据被焊工件的厚度和焊接质量来选择。3.焊接电流的选择焊接电流根据焊条直径来选择。三、气焊与气割1.气焊气焊是利用可燃气体燃烧的高温火焰来熔化母材充填金属一种焊接方法。焊接时，一般焰芯顶端应距焊件23mm。气焊通常使用的气体是乙炔和氧气。调节乙炔和
15、氧气的比例，可得到三种不同的火焰：中性焰 O2/C2H2=1.01.2 火焰呈中性 应用最广，如桥梁、机架等。常用于焊接低中碳钢、合金钢、铜和铝合金等；碳化焰 O2/C2H2=1.01.2 火焰呈还原性，有增碳作用。常用于焊接高碳钢、铸铁、硬质合金等；,2017/6/26,17,氧化焰 O2/C2H2=1.01.2 火焰呈氧化性 一般不采用，但可用于焊接黄铜。气焊操作：点火时，先微开氧气阀，再开乙炔阀；灭火时，先关乙炔阀，再关氧气阀；回火时，应先关乙炔阀，再关氧气阀。与电弧焊相比，气焊火焰温度比电弧焊低，热量分散，生产率低，焊接变形大，接头质量差，但气焊火焰可控制，操作方便，灵活性强，不需要电源，可在没有电源的地方应用。气焊适用于焊接厚度为3mm以下的低碳钢薄板、高碳钢、铸件、硬质合金、铜、铝等有色金属及合金。2.气割气割是利用某些金属在纯氧中燃烧的原理来实现金属切割的方法。对金属材料进行切割时，被切割金属应满足以下条件：（1）金属的燃点应低于燃点；（2）燃烧生成的金属氧化物的燃点应低于金属本身的燃点；（3）金属燃烧时产生大量的热，且金属本身导热性要低。满足上述条件的金属材料有低、中碳钢和低合金钢；而高碳钢、铸铁、高合金钢及铜、铝等有色金属及合金，均难以进行气割。,
