机械制造工艺基础.docx

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机械制造工艺基础

第1章机械制造过程的基础知识第1教案

备课人：

总第1教案

【教学目的】：

1、机械制造工艺系统及组成

2、金属切削的基础知识

3、金属切削机床的基础知识

4、机床夹具的基础知识

【教学重点】：

机械制造过程的基础知识

【教学难点】：

机械制造工艺过程概述

【导入新课】：

机械制造工艺是各种机械的制造方法和过程的总称是一门研究机械制造的工艺方法和工艺过程的学科。

【新授】：

一、机械制造工艺

向高质量、高生产率和低成本方向发展；如各种少切削、无切削工艺的问世，已使愈来愈多的零件改变了传统的制造工艺，从而节省了大量金属，并大幅度地提高另外生产率。

再如，高硬度刀具材料的出现，实现了对工件淬硬表面的切削，其加工精度和加工表面质量可与磨削蓖美；采用硬滚（刮）工艺的硬齿面齿轮，使用寿命显著提高；超精密加工技术的应用，已实现加工尺寸误差和形状误差在0.1um以下、表面粗糙度值不大于0.05um

微型电子计算机和数显、数控技术的广泛应用，使工艺过程的自动化程度提高到一个新的阶段；

现代我国的机械制造工业已取得了很大的成就，但与世界先进水平相比，机械制造工艺水平还存在着相当大的差距。

二、课程的性质和任务

1、课程性质和内容：

机械制造工艺基础是中等职业技术学校机械类专业的一门专业基础课程。

课程涉及机械制造工艺的基础知识，主要内容包括：

毛坯制造工艺（俗称热加工工艺）、零件切削加工工艺（俗称冷加工工艺）和机械加工工艺规程制定等三部分。

2、课程的任务和基本要求：

通过本课程的学习，可以获得机械制造的常用工艺方法和零件加工工艺过程及装配的基本知识，对机械制造工艺过程形成一个完整的认识，从而增强工作的适应性，有助于在一专的基础上发展多能。

学习本课程的基本要求：

⑴以机械制造工艺过程为主线，了解毛坯制造、零件切削加工的个主要工种的工作内容、工艺特点、工艺装备和应用范围等基础知识；

⑵一般了解各工种主要设备（包括附件、工具）的基本工作原理和使用范围；⑶初步掌握选择毛坯和零件加工方法的基本知识；

⑷初步掌握确定常见典型零件加工工艺过程的基本知识；

⑸了解装配的基本知识和典型机械、不见的装配方法。

三、生产过程概述

1、机械制造工艺过程一般是：

金属材料铸造、锻造或焊接毛坯切削加工和热处理零件装配和试机械

2、生产过程与工艺过程

⑴生产过程：

将原材料转变为产品的全过程

包括产品设计、生产组织准备和技术准备、原材料购置、运输和保存，以及毛坯制造、零件加工、产品装配和试验、销售和服务等一系列工作

⑵工艺过程：

改变生产对象的形状、尺寸及相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程

包括毛坯制造、零件加工、热处理，以及产品的装配和试验等（指直接作用于生产对象的那部分劳动过程）

⑶生产过程与工艺过程的关系

产品设计

工艺规程编制及材料定额的制定

生产准备过程工、夹、刀、量具设计制造或购置

机床设备的设计制造或购置

生产计划的制定

铸造工艺过程

焊接工艺过程

生产过程工艺过程机械加工工艺过程

热处理、表面处理工艺过程

装配、试车工艺过程

原材料购置及保管

工具的修磨和修理

生产辅助过程机床设备的维修及保管

成本核算及统计

销售与服务

3、工艺规程

⑴工艺文件与工艺规程

工艺文件：

指导工人操作和用于生产、工艺管理的各种技术文件

工艺规程：

规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件

⑵工艺规程的重要性

正常条件下，必须按照工艺规程组织生产，以建立和保持正常的生产秩序。

工艺规程是各项生产组织和管理工作的基本依据，是全体有关人员必须认真贯彻和严格执行的纪律性文件。

【小结】：

本次课程主要是对机械制造工艺的发展情况以及机械制造工艺基础这门课程的性质和任务、学习本门课程的基本要求做了介绍，并概述了生产过程等相关知识。

目的是让学生对本门课程和机械制造工艺在工作实践中的应用有初步了解。

【布置作业】：

机械制造工艺基础习题册

机械制造工艺基础第2教案

备课人：

总第2教案

§1-1砂型的制作

【教学目的】：

了解铸造的特点和分类、砂型制作的材料、模样和芯盒的制作以及如何造芯、设置浇注系统和冒口、完成合型

【教学重点】：

制造模样的要求和浇注系统

【教学难点】：

冒口的设置

【导入新课】：

铸造：

将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，称为铸造。

【新授】：

一、铸造的概述

（一）铸造特点

1、优点：

（1）可制成形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯，如箱体、气缸体等。

（2）适应范围广。

（3）铸造可直接利用成本低廉的废机件和切屑，设备费用较低。

⑷铸件的尺寸与质量几乎不受限制。

⑸铸件的形状、尺寸与零件很接近，因而减少了切削加工的工作量，可节省大量金属材料。

2、缺点

（1）生产工序繁多、工艺过程较难控制、铸件易产生缺陷。

（2）铸件的尺寸均一性差，尺寸精度低，

（3）和相同形状、尺寸的锻件比，铸件的内在质量差，承载能力不及锻件。

⑷工作环境差，温度高、粉尘多，劳动强度大。

（二）铸造的分类

最基本的工艺方法是砂型铸造，还有多种特种铸造方法，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造等。

砂型铸造

用型砂紧实成形的铸造方法。

可分为湿砂型（不经烘干可直接进行浇注的砂型）铸造和干砂型（经烘干高黏土砂型）铸造两种。

工艺过程一般由造型、造芯、烘干、合型、浇注、落砂、清理及铸件检验等组成。

二、砂型的制作

（一）砂型

铸型：

用型砂、金属或其他耐火材料制成，包括形成铸件形状的空腔、型心和浇冒口系统的组成整体。

砂型：

用型砂制成的铸型；砂型的制作是砂型铸造工艺过程的主要工序。

（二）造型材料

制造型砂和砂芯的材料，包括砂、黏土、有机或屋脊粘结剂和其他附加物。

型（芯）砂的性能要求：

（1）可槊性：

型砂在外力作用下成形，外力消除后仍能保持其形状的性能

（2）强度：

抵抗外力破坏的能力

（3）耐火性：

型砂在高温熔融金属的作用下不软化、不熔融烧结及不粘附在铸件表面的性能

（4）透气性：

（5）退让性：

铸件冷却收缩时，砂型与型芯的体积可以被压缩的性能

（三）模样和芯盒

1、模样：

由木材、金属或其他材料制成，用来形成铸型型腔的工艺装备，模样是按照根据零件图样要求绘制的铸造工艺图样制造的

制造模样注意的几点：

⑴加工余量：

指为了保证逐渐加工面尺寸和两件精度，在铸件工艺设计时预先增加而在机械加工时切去的金属层厚度。

其大小根据铸件尺寸公差和加工余量等级来确定。

一般小型铸件的加工余量为2-6mm；

⑵收缩余量：

指为了补偿铸件收缩，模样比铸件图样增大的数值；

⑶起模斜度：

指为使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒中脱落。

平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度，一般为0.5°-3°；

2、芯盒

制造型芯或其他类耐火材料芯所用的装备。

（四）造型

用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。

分为手工造型、机器造型和自动化造型。

（五）造芯

制造型芯的过程，是为了获得铸件的内孔或局部外形，用芯砂或其他材料制成的安放在型腔内部的铸型组元。

（六）浇注系统和冒口

浇注系统是为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。

通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成；其作用：

保证熔融的金属平稳、均匀、连续地充满型腔；阻止熔渣、气体和砂粒随熔融金属进入型腔；控制逐渐冷凝收缩时所需补充的金属溶液（补缩）。

冒口是在铸型内储存供补缩铸件用熔融金属的空腔。

除补缩外，冒口有时还起排气和集渣的作用，一般设在铸件最高处或最厚处。

（七）合型

将铸型的各个组元如上型、下型、型芯、浇口盆等组合成一个完整铸型的操作过程（又称合箱）。

【小结】：

本次课程主要讲解了铸造的特点和分类，以及砂型铸造的砂型制作的过程。

【小结】：

本次课程主要是对机械制造工艺的发展情况以及机械制造工艺基础这门课程的性质和任务、学习本门课程的基本要求做了介绍，并概述了生产过程等相关知识。

目的是让学生对本门课程和机械制造工艺在工作实践中的应用有初步了解。

【布置作业】：

机械制造工艺基础习题册

机械制造工艺基础第3教案

备课人：

总第3教案

§1-2浇注、落砂和清理

【教学目的】：

了解铸件浇注、落砂及清理的工艺过程；

掌握铸件的外观检查及缺陷形成的原因；

了解几种特种铸造的工艺特点述

【教学重点】：

铸件的外观检查及缺陷形成的原因

【教学难点】：

特种铸造

【导入新课】：

金属液浇入铸型时所测量到的温度称为浇注温度，是铸造过程必须控制的质量指标之一。

温度↑→充型能力↑，温度不足，易产生浇不族和冷隔的缺陷，温度过高，易产生缩松、缩孔、粗晶、气孔等缺陷。

灰铸铁（指具有片状石墨的铸铁）的浇注温度一般在1340°。

【新授】：

一、浇注

1、浇注是将熔融的金属从浇包注入铸型的操作；浇包是容纳、输送和浇注熔融金属用的容器。

2、浇注对铸件质量的影响

a、浇注温度的影响。

b、浇注速度的影响

单位时间内浇入铸型中的金属液质量称为浇注速度，用kg/s表示。

浇注速度应根据铸件的具体情况而定，可通过操纵浇包和布置浇注系统进行控制。

3、浇注的注意事项

A、浇注前应把熔融金属表面的熔渣除尽以免流入铸型而影响质量；

B、浇注时，必须使浇口杯保持充满，不允许浇注中断，并注意防止飞溅和满溢。

二、落砂和清理

1、落砂和除芯

落砂是用手工或机械使铸件和型砂、砂箱分开的操作；除芯是从逐渐中去除芯砂和芯骨的操作。

2、落砂的方法

手工落砂用于单件、小批量生产；

机械落砂一般有落砂机进行，用于大批量生产。

3、注意事项

铸件在砂型内应该有足够的冷却时间。

冷却的时间可根据逐渐的形状、大小和壁厚确定。

过早落砂，会因铸件冷却太快而使其应力增加，甚至变形开裂。

4、清理

清理是落砂后从铸件上清除表面粘砂、型砂、多余金属（包括浇、冒口、飞翅和氧化皮）等过程的总称。

5、清理的内容

铸件上的浇口、浇道和冒口的清除：

对于铸铁件可用铁锤敲去；铸钢件可用气割切除；有色金属铸件则可用锯削除去。

铸件上的粘砂、细小飞翅、氧化皮等可用喷砂或抛丸消砂、水力清砂、化学清砂等方法予以清理。

大量生产时多采用专用清理机械和设备进行清理。

三、铸件的外观检查及缺陷

铸件质量包括外观质量、内在质量和使用质量。

铸件的外观质量检查项目包括：

铸件的表面粗糙度、表面缺陷、尺寸公差、形状偏差、质量偏差等。

检查铸件的表面质量，一般通过直接观察或使用有关量具、仪器等进行。

铸件常见的缺陷：

（一）、铸件中的缩孔与缩松

1、缩孔与缩松的形成原因

液态合金在冷凝过程中，液态收缩和凝固收缩

的容积得不到补足而行成。

（补缩）

（1）缩孔

⊙缩孔是形状不规则、孔壁粗糙并带有枝状晶的空洞。

⊙通常在铸件上部，或最后凝固的部分

（2）缩松

⊙缩松：

分散在铸件某些区域内的细小缩孔

⊙缩松缺陷的部位在气密性试验时可能渗露

⊙形成过程与缩孔相似

2、缩孔、缩松的防止

♂防止缩松、缩孔的措施：

顺序凝固

实现顺序凝固，就可实现“补缩”

♂实现顺序凝固的方法：

设冒口，加冷铁等。

♂倾向于糊状凝固的合金，整个截面上有树

枝状晶架，难以避免显微缩松。

（三）铸件中的气孔

*铸件中的气孔是最常见的缺陷，气孔是表面比较光滑，呈梨形、圆形、椭圆形的孔洞。

一般不在铸件表面露出，大孔常孤立存在，小孔则成群出现。

*产生原因：

造型材料中水分过多或含有大量的发气物质、砂型和型心的透气性差、浇注速度过快，是型腔中的气体来不及排出。

（四）砂眼

*铸件内部或表面带有沙粒的孔洞。

*产生的原因：

型砂强度不够、型砂紧实度不够、浇注速度太快。

（五）粘砂

*铸件的部分或整个表面上黏附着一层沙粒和金属的机械混合物（机械粘砂）或由金属氧化物、沙子和黏土相互作用而生成的低熔点化合物（化学粘砂）。

*粘砂是铸件表面粗糙，不易加工。

*产生的原因：

型砂的耐火性差或浇注温度过高。

四、特种铸造简介

1、金属型铸造

通过重力作用进行浇注，将熔融金属浇入金属铸型获得铸件的方法。

由于金属铸型可以反复使用多次，故有永久型铸造之称。

2、压力铸造

简称压铸，它是在高压下快速地将液态或半液态合金压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的铸造方法。

在压铸机上进行。

3、离心铸造

将液态合金浇入高速旋转的铸型中，使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶的铸造方法。

4、熔模铸造

用易熔材料制成模型，然后在模型上涂挂耐火材料，经硬化后在将模型熔化，排出型外，从而获得无分型面的铸型。

由于熔模广泛采用蜡质材料来制造，故又称“失蜡铸造”。

【小结】：

本次课程主要讲解了浇注、落砂和清理的工艺过程，重点讲解了铸件质量检查和铸件常见缺陷的特点和产生原因，简单介绍了几种特种铸造的特点。

【布置作业】：

机械制造工艺基础习题册

机械制造工艺基础第4教案

备课人：

总第4教案

§2-1概述

【教学目的】：

了解锻造和冲压的工艺特点以及金属加热和锻件冷却的方法；

了解两种模锻的加工工艺方法

【教学重点】：

锻造和冲压的工艺特点

【教学难点】：

金属加热和锻件冷却的方法

【导入新课】：

利用外力使金属产生塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法称为金属压力加工。

【新授】：

一、压力加工和锻造

1、压力加工的种类有：

轧制：

金属坯料在两个回转轧辊的空隙中受压变形

拉拔：

将金属坯料通过拔拉模的模孔而变形

挤压：

金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形

锻造：

在加压设备及工（模）具的作用下，使金属坯料产生局部或全部的变形

自由锻：

金属坯料在上下抵铁间受冲击力或压力而变形

模锻：

金属坯料在具有一定形状的锻模模膛内受冲击力或压力而变形

板料冲压：

金属板料在冲模之间受压产生分离或变形

2、变形

弹性变形

在外力作用下，材料内部产生应力，应力迫使原子离开

原来的平衡位置，改变了原子间的距离，使金属发生变

形。

并引起原子位能的增高，但原子有返回低位能的倾

向。

当外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失。

塑性变形

内应力超过金属的屈服点后，外力停止作用后，金属的

变形并不完全消失。

3、锻造的特点

⑴改善金属的内部组织，提高金属的力学性能

⑵具有较高的劳动生产率

⑶能获得与零件相接近的锻件，大大节省了金属材料和减少了切削加工工时

⑷适应范围广

⑸不能锻造出形状复杂的零件

4、冲压的特点

⑴在分离或成形的过程中，板料厚度变化小，内部组织也不产生变化

⑵生产率很高，易实现机械化、自动化生产

⑶冲压制件尺寸精确，表面光洁，一般不需要再加工

⑷适应范围广

⑸冲压模具精度高，制造复杂，成本高

二、锻造温度

一般可锻金属材料必须经加热才能进行锻造，金属加热的目的是为了提高其塑性，降低变形抗力，并使内部组织均匀。

金属材料的加热是整个锻造工艺过程中的一个重要环节，直接影响产品的质量。

1、始锻温度：

应尽可能高一些，这样可以提高金属塑性，延长锻造时间。

但温度过高，超过一定限度时，金属将产生过热或过烧的缺陷，使金属塑性急剧降低，可锻性变差。

2、终锻温度：

应尽可能低一些，这样可以延长锻造时间，减少加热次数。

但温度过低，金属塑性降低，变形抗力增大，可锻性同样边差，金属还会产生加工硬化，甚至开裂。

若温度过高，锻件会因晶粒比较粗大而降低力学性能。

3、锻造温度范围

4、加热速度

三、锻件冷却方法

冷却过程中温度与时间的关系称为冷却规范。

不同的冷却方法具有不同的冷却规范。

1、空冷在空气中冷却，冷却速度较快

2、堆冷将热态锻件成堆放在空气中进行冷却，冷却速度低于空冷

3、坑冷将热态锻件放在地坑或铁箱中缓慢冷却

4、灰砂冷将热态锻件埋入炉渣、灰或砂内缓慢冷却

5、炉冷锻后锻件放入炉中缓慢冷却的方法

【小结】：

本次课程主要讲解了金属压力加工及锻压的工艺特点，讲解了金属的加热和锻件冷却方法，简单了解了模锻工艺及有关模锻设备。

【布置作业】：

机械制造工艺基础习题册

机械制造工艺基础第5教案

备课人：

总第5教案

§2-2自由锻

、冲压

【教学目的】：

了解自由锻和冲压的设备，掌握自由锻的方法和冲压的基本工序

【教学重点】：

自由锻的方法

【教学难点】：

冲压的基本工序

【导入新课】：

自由锻是利用冲击力或压力使金属在上、下两个抵铁之间变形。

从而获得所需形状及尺寸的锻件。

【新授】：

一、自由锻概述

金属沿变形方向可以自由流动，不受限制。

但精度不高、形状简单，主要用于单件、小批量生产。

自由锻是生产大型锻件和特大型锻件唯一成型的方法。

二、加热

1、加热方式主要有火焰加热和电加热

2、加热炉的结构

三、自由锻设备

1、空气锤一压缩空气为工作介质，驱动锤头上、下运动打击锻件，主要依靠冲击力使金属变形，只能锻造中小锻件。

2、液压机：

依靠静压力使金属变形，可加工大型锻件。

其中水压机可产生很大作用力，是重型机械厂锻造生产的主要设备。

四、自由锻方法

1、镦粗和局部镦粗：

镦粗是使毛坯高度见效、横截面积增大的锻造工序，适于饼块类，盘套类。

为防止坯料在镦粗是产生轴向弯曲，坯料镦粗部分的高度不应大于坯料直径的2.5-3倍；

局部镦粗是指在坯料上某一部分进行的镦粗，加热是只对需要镦粗的部分加热。

2、拔长、芯棒拔长和扩孔：

拔长是使毛坯横截面积减小、长度增加的锻造工序，适于轴类、杆类。

拔长是用夹钳钳牢，锤击时应将坯料饶其轴线不断翻转，方法有反复90°翻转和沿螺旋线翻转两种。

芯棒拔长是在空心毛坯中加芯轴进行变形以减小空心毛坯外径（壁厚）而增加其长度的锻造工序。

扩孔是减小空心毛坯壁厚而增加其内、外径的锻造方法。

方法有冲头扩孔和芯轴扩孔两种。

冲头扩孔是利用冲头锥面引起的径向分力进行扩孔的方法，由于受拉应力的影响，容易胀裂，故每次扩孔量不宜太大；芯轴扩孔是利用上砧和芯棒对空心坯料沿圆周依次连续压缩而实现扩孔的方法。

拔长、镦粗经常交替反复使用。

有时一头镦粗，另一头拔长。

3、（通孔、盲孔）冲孔：

冲孔是在坯料上冲出通孔或盲孔的锻造工序。

常用方法有双面冲孔和单面冲孔。

双面冲孔时，先试冲一凹痕，检查孔的位置是否正确，无误后，在凹痕中撒少许煤粉以利于冲子的取出，然后用冲子冲深至坯料厚度的2/3-3/4，再翻转坯料将孔冲穿。

单面冲孔是先确定孔的位置正确后直接将孔冲穿，主要用于较薄的坯料。

4、弯形：

弯形是采用一定的工模具将毛坯弯成所规定的外形的锻造方法。

有自由弯形和成形弯形两种。

5、切割：

分割坯料，或去除锻件余量的工序。

切割的方法有：

单面切割、双面切割和四面切割、圆料切割

6、其他自由锻方法：

扭转：

某一部分相对于另一部分转一定角度。

错移：

坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序，例如曲轴。

五、自由锻实例

1、锻件图

在零件图的基础上考虑了加工余量、锻造公差、工艺余块等因素之后绘制的图样。

2、锻造工艺

3、自由锻常见的缺陷

裂纹：

由坯料质量不好、加热不充分、锻造温度过低、锻件冷却不当和锻造方法有误造成的

末端凹陷和轴心裂纹：

由于锻造时坯料内部未热或坯料整个截面未锻透，变形只产生在坯料表面造成的

折叠：

由于坯料在锻压时送进量小于单面压下量而造成的。

五、冲压

＊板料冲压又叫冷冲，是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法，当δ>8～10mm时用热冲

＊特点：

（1）可冲形状复杂的零件，且废料少。

（2）高精度，低粗糙度，零件互换性好。

（3）重量轻，耗材少，强度刚度较好。

（4）操作简单，生产率高。

＊板料冲压常用的材料：

低碳钢、铜合金、铝合金等塑性好的材料。

六、冲压设备

1、冲床

2、剪床

七、基本工序

（一）、分离工序

1、落料及冲孔（统称冲裁）

＊落料——落下部分为成品。

＊冲孔——落下部分为废品。

【小结】：

本次课程主要讲解了自由锻和冲压工艺，讲解了自由锻的设备和自由锻的方法以及冲压设备和冲压工序

【布置作业】：

机械制造工艺基础习题册