《机械工程概论 教学课件 ppt 作者 刘永贤 蔡光起 主编 第四章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械工程概论 教学课件 ppt 作者 刘永贤 蔡光起 主编 第四章（222页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4章 机械制造工艺技术,4.1 概述 4.2 毛坯制造方法 4.3 材料热处理及表面处理技术 4.4 零件加工制造 4.5 机器装配 4.6 机械制造装备,4.1 概述,4.1.1 机械制造工艺的定义和内涵 4.1.2 机械制造工艺的发展现状 4.1.3 机械制造工艺技术的发展趋势,4.1.1 机械制造工艺的定义和内涵,定义： 1)去除成形。 2)受迫成形。 3)堆积成形。 4)生成成形。 内涵： 1)直接改变工件形状、尺寸、性能以及决定零件相互位置关系的加工过程，它们直接创造附加价值，其中有：毛坯和零件成形；零件机械加工；材料改性与处理；装配与包装。 2)间接创造附加价值的辅助工艺过程，有
2、：原材料和能源供应；搬运与储存。 3)通过提高前两类工艺过程的技术水平及质量来发挥作用的非独立工艺过程，有：检测与质量监控；自动控制装置与系统。,4.1.2 机械制造工艺的发展现状,1.加工精度不断提高 2.高速切削技术的兴起和发展 3.少、无夹具制造技术 4.材料科学促进制造工艺变革 5. 重大技术装备促进加工制造技术的发展 6. 新一代制造装备技术有了较大的发展和突破 7. 优质清洁表面工程技术获得进一步发展 8.精密成形技术取得较大进展 9.热成形过程的计算机模拟技术研究有一定发展,1.加工精度不断提高,随着机械制造工艺技术水平的提高，机械制造精度在不断提高，目前工业发达国家在加工精度方
3、面已达到纳米级。加工第一台蒸汽机所用的气缸镗床，其加工精度为1mm，而到20世纪初，加工精度便向微米级过渡，成为机械加工精度发展的转折点，当时把机械工业中达到微米级精度的加工称为精密加工。20世纪50年代以来，宇航、计算机、激光技术以及自动控制系统等尖端科学技术的发展就是先进技术和先进工艺方法相结合的结果。现在测量超大规模集成电路所用的电子探针，其测量精度已达0.25nm，可实现原子级的加工和测量，从而进入超精密加工时代，开始研究微细加工技术、电子束加工技术、纳米表面的加工技术(原子搬迁、去除和重组)、纳米级表面形貌和表层物理力学性能检测、纳米级微传感器和控制电路、纳米材料以及开发优化的机械加
4、工工艺方法。超精密加工机床向超精结构、多功能、机电一体化方向发展，并广泛采用各种测量、控制技术实时补偿误差。精密、超精密加工不仅进入了国民经济和人民生活的各个领域，而且从单件小批生产方式走向了大批量的产品生产。,2.高速切削技术的兴起和发展,高速切削是指在比常规切削速度高出很多的速度下进行的切削加工，因此有时也被称超高速切削。高速切削研究是从20世纪20年代末开始的，德国的切削物理学家萨洛蒙博士提出了高速切削的假设，即：在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高，在这个范围内，由于温度太高，任何刀具都无法承受，切削加工不可能进行；当切削速度再增大，超过这个速度范围以后，切削温度反
5、而降低，同时，切削力也会大幅度地下降。按照这种假设，在具有一定速度的高速区进行切削加工会有比较低的切削温度和比较小的切削力，不仅有可能用现有的刀具进行高速切削，从而大幅度地减少切削时间，成倍地提高机床的生产率，而且还将给切削过程带来一系列的优良特性。国际科技界和工业界经过实践验证了这个假设，并且从切削机理上解决了高速切削成为现实的可能性问题，确定了不同材料高速切削的速度范围。,3.少、无夹具制造技术,在常规制造系统中，需对大量使用的夹具进行设计、制造和装配调试，不仅耗费资金，还延长了生产准备时间，成为制造过程中的“瓶颈”，造成制造柔性差，响应速度慢，是生产成本高和企业竞争能力弱的主要原因之一。
6、打破传统的“定位加工”模式，以新的“寻位加工”为基础，信息、控制与制造工艺及设备相结合，研究开发无需使用夹具或仅使用少量通用夹具的新一代少、无夹具制造技术。,4.材料科学促进制造工艺变革,材料科学发展对制造工艺技术提出了新的挑战，一方面迫使普通机械加工方法要改变刀具材料及改进制造装备，另一方面对于新型功能材料，要求应用更多的物理、化学、材料科学的现代知识来开发新的制造工艺技术。近几十年来发展了一系列特种加工方法，如电火花加工、电解加工、超声波加工、电子束加工、离子束加工以及激光加工等，这些加工方法突破了传统的金属切削方法，使机械制造工业出现了新的面貌。超硬材料、超塑材料、高分子材料、复合材料、
7、工程陶瓷、非晶微晶合金、功能材料等新型材料的应用，扩展了加工对象，导致某些崭新加工技术的产生，如加工超塑材料的超塑成形、等温铸造、扩散焊接；加工陶瓷材料的热等静压、粉浆浇注、注射成形等。新材料与新工艺的结合还促使某些新学科的形成，如半导体硅材料与微细加工工艺相结合已形成一门崭新的微机械加工技术。,5. 重大技术装备促进加工制造技术的发展,随着重大技术装备向大型、大容量、高效率的方向发展，大件及超大件加工技术也得到相应发展，其中包括大电炉炉外精炼技术(真空氧脱碳、氢氧脱碳等方法)、大型工件(大锻件、大铸件、大型拼焊件)的热加工工艺模拟及工艺优化技术、大型工件局部热处理技术、大型工件加工及尺寸测量
8、技术等。,6. 新一代制造装备技术有了较大的发展和突破,1)新型加工设备的研究开发。 2)在数控化基础上朝智能化方向发展。 3)采用新材料和新结构。 4)新型部件的开发应用。 5)发展先进的机床和数控系统性能检测、诊断方法与技术。 6)多品种小批量生产条件下的先进在线加工质量检测技术。 7)柔性工艺装备和柔性夹具，为快速、低成本工艺准备提供技术。,7. 优质清洁表面工程技术获得进一步发展,优质清洁表面工程技术已获得了重要进展并进一步完善。表面工程技术是经表面预处理后，通过表面覆层、表面改性、表面加工以及复合表面处理技术，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分和组织结构，以获得所需要表面性
9、能的系统工程技术。表面改性技术是采用某种工艺手段使材料表面获得与其基体的组织结构、性能不同的技术，材料经表面改性处理后，既能发挥基体材料的力学性能，又能使材料表面获得各种特殊性能(如耐磨、耐腐蚀、耐高温，合适的射线吸收、辐射和反射能力，超导性能、润滑、绝缘、储氢等)。表面改性技术有喷丸强化、表面热处理、高密度太阳能表面处理和离子注入表面改性等技术。表面覆层技术是利用表面工程技术的各种手段，依据产品(材料)假设条件，在其表面制备各种特殊功能覆层，用极少量的材料就能起到大量的、昂贵的整体材料所能起到或难以起到的作用，同时极大地降低了制件的加工制造成本。,8.精密成形技术取得较大进展,在精密成形技术
10、方面，国内已取得了较大进展。精密铸造方面，近几年重点发展了熔模精密铸造、陶瓷型精密铸造、消失模铸造等技术。采用消失模铸造生产的铸件质量好，铸件壁厚偏差达到0.15mm，表面粗糙度Ra25m。精密塑性成形技术方面，重点发展了热锻技术、冷挤压技术、成形轧制技术、精冲技术和超塑成形技术。在精密焊接与切割技术方面，重点发展了电子束焊接技术、水下焊接和切割技术、逆变焊接电源及药芯焊丝制造技术。,9.热成形过程的计算机模拟技术研究有一定发展,铸造工艺方面，对大型铸件充型凝固过程进行了三维数值模拟，对铝合金、镍合金的微观组织形成过程进行二维、三维模拟。锻压方面，初步建立了成形过程微观组织的演化方程和热塑性本
11、构关系，在大锻件生产中得到初步应用。热处理方面，正在进行淬火和回火过程温度场、组织转变和应力场的数值模拟。焊接方面，对焊热裂纹及氢致裂纹的物理模拟及工艺性精确评定开展了多年研究，取得了较大进展。,4.1.3 机械制造工艺技术的发展趋势,随着社会经济和科学技术的不断发展，新材料、新能源、新设计、新产品将会不断涌现，人们对物质产品的需求更加多样化，因而对机械制造工艺技术提出更多、更高的要求。从总体发展趋势看，优质、高效、低耗、灵捷、洁净是机械制造业永恒的追求目标，也是先进制造工艺技术的发展目标。,4.2 毛坯制造方法,4.2.1 铸造 4.2.2 锻压成形 4.2.3 焊接 4.2.4 毛坯成形方
12、法比较 4.2.5 先进毛坯成形技术,4.2.1 铸造,4.2.1.1 砂型铸造 4.2.1.2 特种铸造 4.2.1.3 铸造方法比较,4.2.1.1 砂型铸造,1. 造型 2.制芯,4.2.1.1 砂型铸造,图4-1 砂型铸造过程,4.2.1.1 砂型铸造,图4-2 铸型装配图,1. 造型,(1)手工造型 手工造型是指全部用手工或手动工具完成的造型方法。 (2)机器造型 机器造型是指用机器来全部完成或至少完成紧砂、起模等主要操作的造型方法。,(1)手工造型,手工造型是指全部用手工或手动工具完成的造型方法。它具有灵活方便、装备简单、适应性强等特点，主要用于单件、小批量生产。其缺点是劳动强度大
13、、生产率低、质量不稳定。,(2)机器造型,机器造型是指用机器来全部完成或至少完成紧砂、起模等主要操作的造型方法。如果配以机械化的型砂处理、浇注、落砂等工序，可以组成现代化的铸造生产线。机器造型需要专用的设备、砂箱和模板，它具有造型质量好、生产率高、劳动强度低等优点，是成批大量生产铸件的主要方法。,2.制芯,为获得铸件的内腔或局部外形，用制芯材料制成的安放在型腔内部的铸型组成部分称为型芯。型芯绝大部分是用型砂制成的，故又称为砂芯。用造型材料及芯盒等工艺装备制造砂芯的过程称为制芯。砂芯中应放入起加强作用的芯骨。小型芯的芯骨用铁丝扎成，大中型芯的芯骨用铸铁铸成。为了增加砂芯的透气性，可在砂芯内埋入蜡
14、线，待砂芯烘干时蜡线被烧掉而形成通气孔。为了提高砂芯的强度和透气性，多数砂芯需要在专用的烘干炉内烘干。 砂芯的制造方法分为手工制芯和机器制芯两种。手工制芯最基本的方法是用芯盒制芯。在大批量生产中广泛采用机器制芯。常用的制芯机器有震压制芯机和射芯机。也可以用抛砂机来制造大型芯。,4.2.1.2 特种铸造,1. 熔模铸造 2. 金属型铸造 3.压力铸造 4. 离心铸造 5.低压铸造,1. 熔模铸造,熔模铸造又称为失蜡制造，是一种精密铸造方法。它是用易熔材料(如蜡料)制成精确的可熔性模样，并涂上若干层耐火材料，经干燥、硬化成整体型壳，加热型壳熔失模样，经高温焙烧而成耐火型壳，在型壳中浇注铸件的一种生
15、产方法。 熔模铸造的特点是铸型是一个整体，不需起模，无分型面，因而可以铸造形状十分复杂的铸件。型壳内腔表面光洁，尺寸精确，故铸造精度高(IT11IT13),表面粗糙度值低(Ra值6.31.6m)，是重要的少、无切削加工方法之一。型壳的耐热性好，适于高熔点合金的铸造。但是，熔模铸造的工艺过程复杂，生产周期长，铸件成本高，蜡模尺寸过大则易变形。因此，目前主要应用于成批生产的形状不适合切削加工的小型零件的生产，特别适合于高熔点合金铸件的生产，如气轮机叶片、叶轮以及形状复杂的切削刀具等。,2. 金属型铸造,金属型铸造是采用金属制造铸型，将液体金属浇入金属型中而获得铸件的铸造方法。因金属型可以重复使用，
16、故又称永久型铸造。金属型常用灰铸铁或铸钢经机械加工制成。,3.压力铸造,金属液在高压下快速压入金属型腔，并在压力作用下凝固，从而获得铸件的方法称为压力铸造。压力铸造时所用的压力一般为几至几十兆帕，金属流速可达550m/s,充满铸型的时间只有0.050.15s。压力铸造是在专门的压铸机上进行的，其所用的金属铸型为压铸模，这是一个垂直分型的金属模，通常用耐热合金工具钢3Cr2W8V制成。,4. 离心铸造,离心铸造是将液体金属浇入高速旋转的铸型中，在离心力的作用下，液体金属充填铸型并凝固，从而获得铸件的一种铸造方法。离心铸造大多用以铸造中空的铸件，通常使用金属型，也可以用砂型。,5.低压铸造,低压铸造是介于一般重力铸造和压力铸造之间的一种铸造方法。其特点为：浇注时压力和速度可人为控制，故适用于各种不同的铸型；充型压力及时间易于控制，所以充型平稳；铸件在压力下结晶，自上而下顺序凝固，所以铸件致密，金属利用率和合格率高。低压铸造用于制造要求致密性较好的非铁金属铸件，如气缸体、气缸盖、叶片等。,4.2.1.3 铸造方法比较,表4-1 常用铸造方法的特点比较,4.2.2 锻压成形,
