《机械工程概论 教学课件 ppt 作者 刘永贤 蔡光起 主编 第四章 机械制造工艺技术》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 机械制造工艺技术（207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,4.1.1 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：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
2、控制装置与系统。,4.1 概述,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,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
3、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。,4.2.1 铸造 铸造成形概述 1) 能够制造各种尺寸和形状复杂(尤其是具有复杂内腔)的铸件。 2) 铸件的形状和尺寸与零件很接近，因而节省了金属材料和加工的工时。 3) 各种金属及合金都可以用铸造方法制成铸件，对于一些塑性差不宜锻压或材料特性不宜焊接的合金件(如青铜件等)，铸造是一种较好的加工方法。,4.2 毛坯制造方法,图4-1 砂型铸造过程,图4-2 铸型装配图,4) 铸造所用的原材料来源方便，价格低廉，而且可以回收使用。 4.2.1.1 砂型铸造 (1) 砂型铸造的工艺过程 用型砂和型芯砂(简称芯砂)制造
4、铸型的铸造方法称为砂型铸造，其工艺过程如图3-1所示。,图3-1 砂型铸造生产过程,(2) 造型材料 用于制造砂型和型芯的材料，称为造型材料，主要包括型砂、芯砂和涂料等。 (3) 造型方法 用型砂制造铸型的过程称为造型。,图3-2 整模造型,1、熔模铸造,熔模成型工艺是液态金属在重力作用下浇入由蜡模熔失后形成的中空型壳中成型，从而获得精密铸件的方法，常称为熔模铸造或失蜡铸造。 1熔模铸造的基本工艺过程： (1)蜡模制造： 制造压型：a）机械加工压型。b）易熔合金压型。 压制蜡模：蜡料是50%石蜡和50%硬脂酸，其熔点为5060。 装配蜡模组。,4.2.1.2 特种铸造,(2)结壳 浸涂料 撒砂
5、 硬化、风干。 (3)脱蜡 (4)熔化和浇注,熔模铸造的特点和适用范围,(1)熔模铸造的优点： 铸件的精度高，表面光洁（IT1114，Ra12.51.6m）。 可铸出形状复杂的薄壁铸件，如铸件上的凹槽（3mm宽）、小 孔（2.5mm）均可直接铸出。 铸造合金种类不受限制，钢铁及有色合金均可适用。 生产批量不受限制，单件小批、成批、大量生产均可适用。,(2)熔模铸造的缺点： 工序复杂，生产周期长。 原材料价贵，铸件成本高。 铸件不能太大、太长，否则蜡模易变形，丧失原有精度。 主要用于航天、飞机、汽轮机、燃气轮机叶片、泵轮、复杂刀具、汽车、拖拉机和机床上的小型精密铸件生产。,随着大工业的到来，机器
6、造型和特种铸造的需求日益上升，金属型开始进入使用。 砂型 一次型 金属型 永久型,2.金属型铸造,金属型铸造的特点及应用范围,金属型铸造的特点是： (1) 尺寸精度高，尺寸公差等级为(IT12IT14)，表面质量好，表面粗糙度(Ra值为12.5m6.3m)，机械加工余量小。 (2) 铸件的晶粒较细，力学性能好。 (3) 可实现一型多铸，提高了劳动生产率，且节约造型材料。 但金属型的制造成本高，不宜生产大型、形状复杂和薄壁铸件；由于冷却速度快，铸铁件表面易产生白口组织，切削加工困难；受金属型材料熔点的限制，熔点高的合金不适宜用金属型铸造。 用途：铜合金、铝合金等铸件的大批量生产，如活塞、连杆、汽
7、缸盖等；铸铁件的金属型铸造目前也有所发展，但其尺寸限制在300 mm以内，质量不超过8 kg，如电熨斗底板等。,压铸模是进行压铸生产的主要工艺装备，压铸生产过程能否顺利进行，铸件质量有无保证，在很大程度上取决于模具结构的合理性和技术上的先进性。,3.压力铸造,压力铸造的特点及其应用,压铸有如下优点： (1) 压铸件尺寸精度高，表面质量好，尺寸公差等级为IT10IT12，表面粗糙度Ra值为3.2m0.8m，可不经机械加工直接使用，而且互换性好。 (2) 可以压铸壁薄、形状复杂以及具有直径很小的孔和螺纹的铸件，如锌合金的压铸件最小壁厚可达0.8 mm，最小铸出孔径可达0.8 mm、最小可铸螺距达0
8、.75 mm。还能压铸镶嵌件。 (3) 压铸件的强度和表面硬度较高。压力下结晶，加上冷却速度快，铸件表层晶粒细密，其抗拉强度比砂型铸件高25%40%，但延伸率有所下降。 (4) 生产率高，可实现半自动化及自动化生产。每小时可压铸几百个零件。是所有铸造方法中生产率最高的。 缺点：气体难以排出，压铸件易产生皮下气孔，压铸件不能进行热处理，也不宜在高温下工作；金属液凝固快，厚壁处来不及补缩，易产生缩孔和缩松；设备投资大，铸型制造周期长、造价高，不宜小批量生产。 应用：生产锌合金、铝合金、镁合金和铜合金等铸件；汽车、拖拉机制造业、仪表和电子仪器工业、在农业机械、国防工业、计算机、医疗器械等制造业等。,
9、4.离心铸造,离心铸造是指将熔融金属浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力作用下充填铸型并凝固成形的一种铸造方法。,离心铸造的特点及应用范围,特点是： (1) 液体金属能在铸型中形成中空的自由表面，不用型芯即可铸出中空铸件，简化了套筒、管类铸件的生产过程。 (2) 由于旋转时液体金属所产生的离心力作用，离心铸造可提高金属充填铸型的能力，因此一些流动性较差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造法生产。 (3) 由于离心力的作用，改善了补缩条件，气体和非金属夹杂物也易于自金属液中排出，产生缩孔、缩松、气孔和夹杂等缺陷的几率较小。 (4) 无浇注系统和冒口，节约金属。 (5) 可进行双金属铸造，如在钢套上镶铸
10、薄层铜衬制作滑动轴承等，可节约贵重材料。 (6) 金属中的气体、熔渣等夹杂物，因密度较轻而集中在铸件的内表面上，所以内孔的尺寸不精确，质量也较差；铸件易产生成分偏析和密度偏析。 应用：主要用于大批量生产的各种铸铁和铜合金的管类、套类、环类铸件和小型成形铸件，如铸铁管、汽缸套、铜套、双金属轴承、特殊钢的无缝管坯、造纸机滚筒等铸件的生产。,其工作原理是：浇注前密封室内有一定的压力（或真空度），然后借往密封室A中加压或由密封室B减压，使A、B室之间形成压力差，进进行升液、充型和结晶。,5.低压铸造,低压铸造的特点及应用,特点： (1) 浇注时金属液的上升速度和结晶压力可以调节，故可适用于各种不同铸型
11、(如金属型、砂型等)，铸造各种合金及各种大小的铸件。 (2) 采用底注式充型，金属液充型平稳，无飞溅现象，可避免卷入气体及对型壁和型芯的冲刷，铸件的气孔、夹渣等缺陷少，提高了铸件的合格率。 (3) 铸件在压力下结晶，铸件组织致密、轮廓清晰、表面光洁，力学性能较高，对于大薄壁件的铸造尤为有利。 (4) 省去补缩冒口，金属利用率提高到90%98%。 (5) 劳动强度低，劳动条件好，设备简易，易实现机械化和自动化。 应用：主要用来生产质量要求高的铝、镁合金铸件，汽车发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等。,表4-1 常用铸造方法的特点比较,4.2.2.1 锻压概述,锻压是指金属材料在外力作用下产生塑性变形或
12、分离，从而获得一定形状、尺寸和结构性能的毛坯和零件的一种加工方法。锻压是锻造和冲压两种加工方法的总称，它们的制品称为锻件和冲压件。 锻压属于金属压力加工方法的一部分。金属压力加工方法主要有锻造、冲压、轧制、挤压和拉拔等。在机器制造工业中，凡受力复杂和承受重载荷的零件，如传动主轴、重要齿轮、内燃机曲柄和连杆、气轮机叶轮等通常采用锻件作毛坯，再经切削加工制成；在航空、汽车制造、电器、仪表及日常生活用品行业中，板料冲压的应用极为广泛；一般常用的金属型材、板材、管材、线材等原材料，大都通过轧制、挤压和拉拔等方式制成。,4.2.2 锻压成形,1、自由锻造,利用冲击力或压力使金属在锻造设备的上下抵铁间产生
13、自由变形的方法。,自由锻造的加工适应性较广，但对技术水平要求高，劳动条件差，金属损耗大，生产率低。,手工锻造适用于单件、要求不高的小型锻件， 机器锻造适用于小批量生产、大型锻件。,*自由锻是制造大型锻件的唯一方法！,4.2.2、自由锻造,自由锻造设备,空气锤,适用于小型锻件,蒸汽锤,适用于中、小型锻件,主要有空气锤、蒸汽锤、水压机、液压机等。,水压机,适用于大型锻件,大型水压机,自由锻造的基本工序,经塑性变形得到所需形状及尺寸的工艺过程。,2.、模型锻造,将金属坯料放在锻模模膛内，在锻压冲击力或压力下变形而获得锻件的方法。 模型锻造的生产率高，锻件形状准确，可获得形状复杂的锻件，切削加工余量小
14、。但需要专门模锻设备，故成本较高。适用于中小型、批量生产。,锤上模锻,在专用的模锻空气锤或模锻蒸汽锤的锻锤和模垫上分别固定上下模，上下模经锤击合拢，而获得锻件的方法。,锤上模锻具有一般模锻的优点，但冲击大、震动大、噪声大、效率低。一般仅用于中小吨位的锻锤。,压力机上模锻,在压力机上的滑块和底座上分别固定上下模，上下模经下压合拢，而获得锻件的方法。,压力机上模锻工作时冲击小、噪声小、操作安全，但生产率低。一般适用于中小批量生产。,胎模锻,在自由锻造的设备上用胎膜生产锻件的方法。与锤上模锻和压力机模锻不同的是，胎膜不与锤头和下模座连在一起。,胎膜锻造工艺灵活，可提高锻件的精度和形状的复杂程度，减少
15、了加工余量，提高了生产率。,4.2.2.3、板料冲压,用冲模使薄板料分离或变形的加工方法。板料冲压一般在冷态下进行，故称冷冲压。当板料厚度超过810mm时，可采用热冲压。 板料冲压的优点是： （1）可压出形状复杂的零件，废料少，利用率高； （2）冲压尺寸精度高，表面光洁，无须再加工； （3）可直接获得强度高、刚度好、质量轻的零件； （4）操作简单，便于机械化和自动化生产，生产率高； （5）缺点是冲模成本高； 通常用于金属制品的大批量生产。,1、冲压设备,剪床将板料剪成适当的条料，供冲压之用。,冲床（又称曲柄压力机）将条料冲压成型。,剪 床,冲 床,冲模用于冲压的模具。,2、板料冲压基本工序,（
16、1）分离工序,（2）变形工序,1.精密模锻,精密模锻是在模锻设备上锻造出形状复杂、高精度锻件的模锻工艺。精密模锻必须有相应的工艺措施来保证，如模具的设计与制造必须精确，坯料的下料尺寸要精确，必须采用无氧化或少氧化的加热方法，以提高锻件的尺寸精度和表面质量等。,4.2.2.4 特种锻压,2. 粉末锻造,粉末锻造：粉末冶金与精密锻造技术的结合，将各种原料先制成 粉末，按一定比例配置成所需的化学成分,粉末锻造的工艺流程,制粉 混粉 冷压制坯 烧结加热 模锻 热处理 成品,3.精密冲裁,精密冲裁简称冲裁，采用强力压边冲裁，可获得剪切面粗糙度值小、尺寸精度高的冲压件。精密冲裁从形式上看是分离工序，但实际上工件与坯料在最后分离前，始终是保持一个整体，即冲裁过程中自始至终是塑性变形，因此，精密冲裁件的结构极限尺寸，如孔径、孔距和边距等都比普通冲裁件小。,4.2.3 焊接 焊接是现代制造技术中重要的金属连接技术。焊接成形技术的本质在于：利
