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《机械制造基础》全套PPT电子课件教案(完整版)


机械制造基础
主讲:王凤良





一、本课程的性质和内容

二、机械制造技术的发展及其作用
三、本课程的学习目的和学习方法

南山学院

一、本课程的性质和内容
1、本课程的性质
机电类专业的主干专业基础课

2、本课程的内容
机械制造: 将原材料制成零件的毛坯,将毛坯加工成机械零件, 再将零件装配成机器的整个过程。

生产准备
(市场调查, 购买原材料)

毛坯制造
(铸造,锻 造,焊接, 冲压等)

机械加工
(车,铣, 刨,磨,钻, 镗等)

装配调试
(组装,部 装,总装)

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二、机械制造技术的发展及其作用
1、作用:
机械制造技术是国民经济的支柱产业,是衡量一个国 家现代化程度的重要标志之一。

2、机械制造技术的发展史
(1)人类社会的划分是以材料为依据的 (2)我国古代在材料和机械制造方面的辉煌成就

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三、本课程的学习目的和学习方法
1、目的
(1)了解和掌握常用的工程材料; (2)了解和掌握铸造、锻造、焊接、切削加工和特种加工; (3)熟悉机械制造全过程,并了解现代机械制造技术。

2、学习方法

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第一章 金属材料的力学性能
引言:
1、金属材料的性能 使用性能: 指材料在使用过程中所表现的性能,主要包括力学性 能、物理性能和化学性能。 工艺性能: 指在制造机械零件的过程中,材料适应各种冷、热加 工和热处理的性能。
包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削 加工性能和热处理工艺性能等。

2、金属材料力学性能 指材料在外力作用下表现出来的性能,主要有强度、塑性、 硬度、冲击韧度和疲劳强度等。

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第一章 金属的力学性能

第一节 强度与塑性
一、材料的拉伸曲线
1、oe段:直线、弹性变性
2、es段:曲线、弹性变形+塑性变形

3、s s’段:水平线(略有波动)明显 的塑性变形屈服现象,作用的力基本不 变,试样连续伸长。 4、s’b曲线:弹性变形+均匀塑性变形
5、b点:出现缩颈现象,即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低, 拉伸力达到最大值,试样即将断裂。
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§1-1 强度与塑性

一、强度的指标
强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。 1、屈服点

σ s = Fs/S0 符号: σs 材料产生屈服现象时的最小应力

Fs:试样屈服时所承受的拉伸力(N) S0 :试样原始横截面积(mm)
2、抗拉强度
指试样拉断前所承受的最大拉应力。 其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。

σ
σ

b=

Fb/S0

当材料的内应力

σ >σ

b时,材料将产生断裂。

b常用作脆性材料的选材和设计的依据。
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§1-1 强度与塑性

二、塑性指标
塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是 断后伸长率和断面收缩率。
1、断后伸长率 指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。

δ=(L1-L)/L x 100%
L:标距(本实验L=100) L1:拉断后的试件标距。将断口密合在一起,用卡尺直接量出。 2、断面收缩率 指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。

Ψ =(A0-A1)/A0 x 100%
A0:试件原横截面积。 A1:断裂后颈缩处的横截面积,用卡尺直接量出。
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第一章 金属的力学性能

第二节 硬度
引言:

1、定义:指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。 它是衡量材料软硬程度的指标,其物理含义与试验方法 有关。 2、硬度的测试方法 (1)布氏硬度 (2)洛氏硬度 (3)维氏硬度 (4)肖氏硬度

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§1-2 硬度

一、布氏硬度
1、布氏硬度试验(布氏硬度计)
原理:用一定直径的球体(淬火钢球或硬质合金球)以相应的试验力 压入待测材料表面,保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力,测量 材料表面压痕直径,以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。

2、布氏硬度值 用球面压痕单位面积上所承受有平均压力 表示。 如:120HBS 500HBW 3、优缺点
(1)测量值较准确,重复性好,可测组织不均匀材料(铸铁)(2) 可测的硬度值不高(3)不测试成品与薄件(4)测量费时,效率低

4、测量范围
用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.

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§1-2 硬度

二、洛氏硬度
1、洛氏硬度试验(洛氏硬度计)
原理: 用金刚石圆锥或淬火钢球,在试验力的作用下压入试样表面, 经规定时间后卸除试验力,用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一 种压痕硬度试验。

2、洛氏硬度值
出。如:50HRC

用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读

3、优缺点
(1)试验简单、方便、迅速(2)压痕小,可测成品,薄件(3)数据 不够准确,应测三点取平均值(4)不应测组织不均匀材料,如铸铁。

4、测量范围
用于测量淬火钢、硬质合金等材料.
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§1-2 硬度

三、维氏硬度
1、维氏硬度试验
原理:用夹角为136°的金刚石四棱锥体压头,使用很小试验力F (49.03-980.07N)压入试样表面,测出压痕对角线长度d。

2、维氏硬度值
用压痕对角线长度表示。如:640HV。

3、优缺点
(1)测量准确,应用范围广(硬度从极软到极硬)(2)可测成 品与薄件(3)试样表面要求高,费工。

4、测量范围
常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。

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第二章 金属的晶体结构与结晶
第一节 金属的晶体结构
一、晶体结构的基本知识 1、晶体与非晶体 晶体的特点是: ①原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列。

②具有一定的熔点,如铁的熔点为1538℃,铜的熔点为 1083℃。 ③晶体的性能随着原子的排列方位而改变,即单晶体具有各 向异性。

§2-1 金属的晶体结构
非晶体的特点是: ①原子在三维空间呈不规则的排列。 ②没有固定熔点,随着温度的升高将逐渐变软,最终变为有 明显流动性的液体。如塑料、玻璃、沥青 等。 ③各个方向上的原子聚集密集大致相同,即具有各向同性。 2、晶格与晶胞

§2-1 金属的晶体结构
二、常见金属的晶格类型 ①体心立方晶格 每个晶胞原子数n=8×1/8+1=2(个) 属于体心立方晶格类型的金属有α -Fe(912℃以下的钝铁)、 铬、钼、钨等 ②面心立方晶格 每个晶胞中的原子数为n=8×1/8+6×1/2=4(个)

属于面心立方晶格类型的金属有γ -Fe(1394-912℃的钝 铁)、铝、铜、银等。
③密排六方晶格 密排六方晶胞中的原子数n=12×1/6+2×1/2+3=6(个)

§2-1 金属的晶体结构
三、金属的实际晶体结构 ① 单晶体与多晶体

单晶体即原子排列得非常整齐,晶格位向完全一致,且无任 何缺陷存在。 多晶体即由许多位向不同的晶体组成,且其内部还存在着多 种晶体缺陷。
② 金属的晶体缺陷 Ⅰ、点缺陷

Ⅱ、线缺陷
Ⅲ、面缺陷

§2-2 金属的结晶

第二节

金属的结晶

物质由液态冷却转变为固态的过程称为凝固 如果凝固的固态物质是原子(或分子)作有规则排列的晶体,则这种 凝固又称为结晶。 1、冷却曲线与过冷现象 2、金属的结晶过程 3、晶粒大小对金属力学性能的影响 4、细化晶粒的方法 ① 增加过冷度 ② 进行变质处理 ③ 附加振动

§2-3 合金的晶体结构与结晶

第三节 合金的晶体结构与结晶
一、合金的基本概念 1、合金 合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的具有 金属特性的物质。 2、组元

组成合金的基本的物质称为组元。
3、合金系 给定组元按不同比例可以配制一系列不同成分的合金,构成一个合金系。 4、相 相是指在金属组织中化学成分、晶体结构和物理性能相同的组分。 5、组织

组织泛指用金相观察方法看到的由形态、尺寸不同和分布方式不同的一 种或多种相构成的总体。

§2-3 合金的晶体结构与结晶
二、合金的相 根据构成合金各组元之间相互作用的不同,固态合金的相可分为固溶体和 金属化合物两大类。 1、固溶体 机械混合物是合金中的一类复相混合物组织,不同的相均可 互相组合形成机械混合物。 2、金属化合物 金属化合物是合金组元之间相互发生作用而形成具有金属特 性的一种新相 3、机械混合物 溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂晶格类型的合金相, 称为固溶体。

§2-3 合金的晶体结构与结晶

第3章 铁碳合金

第一节 铁碳合金的基本组织
1、铁素体(F):碳与α-Fe形成的间隙固溶体。 性能---强度和硬度低,塑性和韧性好。 2、奥氏体(A):碳与γ-Fe形成的间隙固溶体。高温组织,在大于727℃ 时存在。 性能---塑性好,强度和硬度高于F。在锻造、 轧制时常要加热到A, 可提高塑性,易于加工。 3、渗碳体( Fe3C ):铁与碳形成的金属化合物。 性能---硬度高,脆性大。 4、珠光体( P ):F与Fe3C组成的机械混合物。 性能---力学性能介于两者之间。 5、莱氏体( Ld ):A与Fe3C组成的机械混合物。 性能---硬度高,塑性差。

第3章 铁碳合金

第二节 铁碳相图分析
引言: 关于铁碳合金状态图 1、概念:表示铁碳合金在不同成分和温度下 的组织、性能以及它们之间相互关系的图形。 又称铁碳合金相图或铁碳合金平衡图。是通 过实验的方法建立起来的。 2、作用:是研制新材料,制定合金熔炼、铸 造、压力加工和热处理等工艺的重要工具。

第3章 铁碳合金

第3章 铁碳合金

一、铁碳相图分析
1、相图的坐标 纵坐标:代表温度。 横坐标:代表含碳量。 2、几个概念
纯铁 共析钢 钢 亚共析钢 铸铁 过共析钢

共晶白口铸铁

亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁

第3章 铁碳合金

3、特性点 A点:纯铁的熔点 1538℃ C点:共晶点 1148℃ D点:渗碳体的熔点 1227℃ S点:共析点 727℃ G点:纯铁的同素异晶转变点 912℃ E点:C在γ-Fe中最大溶解度 1148℃ P点:C在α-Fe中最大溶解度 727 ℃ Q点:室温时C在α-Fe中最大溶解度

第3章 铁碳合金

4、特性线
ACD:液相线,液相冷却至此开始析出固相,固相加热至此全 部转化为液相。 AECF:固相线,液态合金至此线全部结晶为固相,固相加热 至此开始转化。 GS:A开始析出F的转变线,加热时F全部溶入A,又称A3线。 ES:C在A中的溶解度曲线,又称Acm线。 ECF:共晶线,含C量2.11 % --6.69%的铁碳合金至此发生共 晶反应,结晶出A与Fe3C混合物---莱氏体Ld。 PSK:共析线,含C量在0.0218 % --6.69%的铁碳合金至此反 生共析反应,产生珠光体P ,又称A1线。

第3章 铁碳合金

第三节 铁碳相图的应用
1、选用材料: 由铁碳相图可知,合金中随着含碳量的不同,其组织各不相同, 从而导致其力学性能不同。因此,我们就可以根据机器零件所要求 的性能来选择不同含碳量的材料。 2、叛断切削加性能: 低碳钢中铁素体较多,塑性好,加工性不好;中碳钢中铁素体 含量比例适当,钢的硬度适当,易于加工。 3、制定热加工工艺: 在铸造工艺方面,根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度, 含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好;在锻造工艺方面,可以选择钢 材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。 4、应用于热处理生产: 由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化,可以 进行热处理。并且可以正确选择加热温度。

第四章 钢的热处理
引言:
1、热处理的概念
将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得 所需组织与性能的工艺。

2、热处理的目的
(1)提高钢的力学性能 (2)改善钢的工艺性能

第4章 钢的热处理

第一节 钢的热处理原理
根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分为:

1、整体热处理 退火、正火、淬火、回火 2、表面热处理 表面淬火、气相沉积 3、化学热处理:渗碳、氮化、碳氮共渗

第4章 钢的热处理

热处理的理论依据

第4章 钢的热处理

第一节 钢的退火与正火
一、钢的退火
1、概念:将钢加热到适当温度,保持一定时 间,然后在炉中缓慢地冷却的热处理工艺。
2、目的:
1)降低硬度,提高塑性,改善加工性能; 2)细化晶粒,消除组织缺陷; 3)消除内应力 。

第4章 钢的热处理

3、分类:
根据钢的成分和处理目的的不同,可 分为完全退火、球化退火和去应力退火。

(1)完全退火
1、定义:将钢加热Ac3以上30~50? C,完全奥 氏体后,保温一定时间随之缓慢冷却到500? C以 下,出炉空冷。 2、目的:细化晶粒,消除内应力,降低硬度, 以利于切削加工。 3、适用范围:亚共析钢型材。

第4章 钢的热处理

(2)球化退火 1、定义:将钢加热到Ac1以上20~30 ? C, 保温后随炉缓冷至600 ? C,出炉空冷。 2、目的:降低硬度、提高塑性、改善切削 加工性能。 3、适用范围:主要用于过共析钢及合金工 具钢。

第4章 钢的热处理

(3)去应力退火 1、定义:将钢加热到500--600 ? C,保温 后随炉缓冷至200--300 ? C出炉空冷。又称 低温退火。 2、目的:消除铸件、锻件和焊接件的内 应力 。(没有发生组织变化) 3、适用范围:用于所有的钢。

第4章 钢的热处理

二、钢的正火
1、概念:
将钢件加热到Ac3或Accm线以上30~50 ? C ,保温适 当的时间后,在空气中冷却的热处理工艺。

2、目的:
1)对低碳钢,可细化晶粒,提高硬度,改善加 工性

能; 2)对中碳钢,可提高硬度和强度,作为最终热处理; 3)对高碳钢,可为球化退火作准备 。

第4章 钢的热处理

退火与正火的加热温度范围

第4章 钢的热处理

第二节 钢的淬火与回火
一、钢的淬火
1、概念:
将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度,保持一 定时间后,快速冷却的热处理工艺。

2、目的: 提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足 够的韧性。

第4章 钢的热处理

3、淬火剂:水、矿物油、盐水和碱水等。
4. 淬火方法: 为了保证获得所需淬火组织,又要防止变形和开裂,必须采用 已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。通常的淬火方法包 括单液淬火、双液淬火、分级淬火等,如图所示。

第4章 钢的热处理

4、淬火方法: (1)单液淬火:将加热后的零件投入一种 冷却 剂中冷却至室温。 特点:操作简单,容易实现自动化。 (2)双液淬火:先水后油,或先油后空气。 特点:可防止变形与开裂。 (3)分级淬火:先放入一定温度的盐浴或碱浴中, 再空冷。 特点:有效减小内应力,防止变形与开裂; 但只适于小尺寸工件。

第4章 钢的热处理

三、钢的回火
1、回火的概念:
将淬火后钢件再加热到Ac1以下的某一温度,保 温一定时间后,然后冷却到室温的热处理工艺 。

2、回火的目的:
降低淬火钢的脆性,提高韧性,调整硬度,消 除内应力,稳定工件的尺寸,获得所需要的力学性 能。

第4章 钢的热处理

3、回火的种类 按回火温度的不同,回火可分以下三种: ? 低温回火:150 ? C ~250 ? C ? 中温回火:350 ? C ~500 ? C ? 高温回火:500 ? C ~650 ? C

第4章 钢的热处理

1、低温回火(150~250)?C
目的:保持淬火钢的高硬度和高耐磨性,降低淬火应 少钢的脆性。硬度为58--64HRC。 主要用于:刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火 件和表面淬火件。 力,减

2、中温回火(350~500)?C
目的:获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。 又称弹性处理。硬度为35--45HRC. 主要用于:弹性零件及热锻模具等。

3、高温回火(500~650)?C
目的:获得良好的综合力学性能。 又称调质处理。硬度为25--35HRC. 主要用于:各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。

第4章 钢的热处理

第四节 钢的表面热处理
引言:
为了兼顾零件表面和心部两种不同性 能要求,生产中广泛采用表面热处理的方法, 即表面淬火和化学热处理. 一、表面淬火 1、概念:指仅改变钢的表层组织的局 部热处理工艺。

第4章 钢的热处理

2、种类 火焰加热表面淬火 :
用氧—乙炔火焰喷射到工件表面,使其被快 速加热到淬火温度,并立即喷水冷却的操作方法。 适用于含C 0.35%~0.7%的中碳钢和中碳合金 钢,如45,40Cr。

感应加热表面淬火 :
用一定频率的感应电流使工件表面被快速加 热到淬火温度,并立即喷水冷却的操作方法。 适用于含C 0.4%~0.5%的中碳钢和中碳合金钢, 如40,40Cr。

第4章 钢的热处理

第五节 钢的化学热处理
引言

1、概念:将钢置于一定温度的活性介质
中保温,使一种或几种元素渗入其表层, 以改变其化学成分、组织和性能的热处理 工艺。

2、分类:渗碳、渗氮、 碳氮共渗

第4章 钢的热处理

第六节 钢的渗碳
概念:将钢放入渗碳的介质中加热并保温,使活性碳 原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。 目的:通过渗碳及随后的淬火和低温回火,使表面 具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能,而心部具有一定 的强度和良好的韧性配合。 渗碳方法:渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体 渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。 渗碳用钢:含碳量为0.1%—0.25%的低碳钢和低碳合 金钢。

第4章 钢的热处理

第七节 钢的渗氮
概念:渗氮俗称氮化,是指在一定温度下使活性氮原 子渗入工件表面的热处理工艺。 目的:是提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热 硬性和耐蚀性等。 渗氮方法:气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的是 气体渗氮。 渗氮用钢:优质碳素结构钢,如20,40等;一般合金结构 钢,如40Cr等;渗氮专用钢,如38CrMoAlA。

第4章 钢的热处理

第八节 其它化学热处理方法
碳氮共渗:碳氮同时渗入工件表层。提高表面硬度、抗
疲劳性和耐磨性,并兼具渗碳和渗氮的优点。

渗铬:有较好的耐蚀性和优良的抗氧化性、硬度和耐磨
性,可代替不锈钢和耐热钢用于机械和工具制造。

渗硼:十分优秀的耐磨性、耐腐蚀磨损和泥浆磨损的能
力,耐磨性明显优于渗氮、碳和碳氮共渗层,但不耐大 气和水的腐蚀。主要用于泥浆泵零部件、热作模具和工 件夹具。

第5章 工业用钢

第一节 钢材及其生产过程
一、钢铁材料的生产过程 铁矿石 生铁 钢钢锭) 铸铁
1、生铁的冶炼
原料:铁矿石 燃料:焦炭 熔剂:石灰石 设备:高炉

型材
(钢板、型 钢、钢管)

2、钢的冶炼
原料:生铁、废钢 燃料:焦炭

轧制、挤压、拉 拔、锻造等压力 加工方法

熔剂:石灰石;氧化剂,脱氧剂 设备:电弧炉

第5章 工业用钢

高炉

第5章 工业用钢

电弧炉

第5章 工业用钢

第二节 钢的分类与编号
一、钢的分类 1、按含碳量分 低碳钢 0.0218 % <C< 0.25%

中碳钢 0.25 % <C< 0.6%
高碳钢 0.6% <C<2.11% 碳素结构钢 优质碳素结构钢

碳素钢



2、按质量和用途分

碳素工具钢 易切削结构钢 铸钢

合金钢

第5章 工业用钢

二、

钢的牌号及其应用

1、碳素结构钢: 牌号:Q+屈服点数值。 例如: Q195, Q 275等。 用途:薄板,铁丝,钉,小轴,螺栓等。 2、优质碳素结构钢: 牌号:用两位数字表示,该数字表示钢中平均含碳量的 万倍。 例如: 08F,20,45,60等。 用途:用作各种较重要的机器零件 如:齿轮、主轴等。

第5章 工业用钢

3、碳素工具钢 牌号:用“T”加数字表示,该数字表示钢中平均含 碳量的千倍。 如: T8, T9等。 T8:表示碳的平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。 用途:用来制作各种刀具、量具和模 具。 4、易切削用钢:主要用在自动机床上加工大批量的零件,如 螺钉,螺母等。其牌号如:Y20,表示易切削结构钢,其平 均含碳量为0.2%。 5、铸钢:用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁,同时 具有良好的塑性和韧性,适于制造形状复杂、强度和韧性 要求高的零件,如火车轮、大齿轮等。其牌号如:ZG230450。

第5章 工业用钢

第三节 杂质对钢性能的影响
1、硅和锰的影响:
有益元素。不但可以溶于F中,产生强化作用, 使钢的强度和硬度提高;而且Mn能消除硫对钢的危 害。

2、磷的影响:
有害元素,使钢产生冷脆性。

3、硫的影响:
有害元素,使钢产生热脆性。

第5章 工业用钢

第四节 合金钢
引言 1、合金元素对钢性能的影响 (1)提高了钢的力学性能
钛、钒等合金元素的加入提高了钢的强度和硬度,细 化了晶粒,也提高了塑性与韧性。

(2)提高了钢的淬透性
铬、硅、镍、锰、硼等合金元素的加入提高钢的淬透性。

(3)使钢具有某些特殊性能
铬、锰等合金元素的加入使钢具有了耐高温、耐热、 耐磨、不生锈等特殊性能。

第5章 工业用钢

2、合金钢的分类与牌号
合金结构钢

工程合金结构钢 : 普通低合金结构钢 机器合金结构钢 : 合金弹簧钢、合金渗碳钢 合金调质钢、合金轴承钢

合金钢 合金工具钢

低合金刃具钢、高合金 合金刃具钢: 刃具钢、高速钢

合金模具钢 : 冷作模具钢、热作模具钢
没有专用钢种. 合金量具钢:

特殊性能钢: 不锈钢 、耐热钢、耐磨钢

第5章 工业用钢

3、合金钢的牌号
(1)合金结构钢的牌号

两位数字+合金元素符号+数字
前两位数字表示平均含碳量的万倍,后面数字表示合 金元素的百倍。如60Si2Mn,40Cr等。 (2)合金工具钢的牌号 其牌号表示方法与合金结构钢类似,但其平均 Wc>1% 时不标出;当Wc<1%前面数字表示含碳量的千倍。 如:9SiCr, Cr12,5CrMnMo 等。 但高速钢不标含碳量,只写出合金元素符号及其含量。

如:W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2

第5章 工业用钢

一、合金结构钢
1、普通低合金结构钢
低碳,合金含量小于3%。主加元素为Mn其强化了铁素体, 提高了强度;V,Ti等元素使晶粒细化,使韧性提高。 在建筑、桥梁、车辆、船舶中应用广泛。以16Mn为最广。 船舶 桥梁

第5章 工业用钢

2、合金渗碳钢
含碳量为0.1%--0.2%,以保障心部具有足够的韧性,合 金含量小于3%。主加元素为Cr、Mn、钛、钒,提高了淬透 性,使晶粒细化,耐磨性提高。
主要用于表面要 求硬而耐磨,心部具 有足够强度和韧性的 零件,如:汽车变速 箱的齿轮等。 以20Cr、20CrTiMn 为最广。
(常用渗碳钢)

变 速 齿 轮

拨 叉

第5章 工业用钢

3、合金调质钢
含碳量为0.25%--0.5%,主加元素为Cr、Mn、Si、Ni等以提 高淬透性和强化铁素体.调质钢具有良好的综合力学性能。

曲轴

连杆

合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机 器上的各种重要零件,如齿轮、轴类件、连杆等。
(常用调质钢)

第5章 工业用钢

4、合金弹簧钢
它具有高的弹性、疲劳强度及冲动韧度。含碳量为0.5%-0.7%,主加元素为Cr、Mn、Si等以提高淬透性和弹性极限。 合金弹簧钢是一种 专用结构钢,主要用于 制造各种弹簧和弹性元 件。

离合器弹簧

拉力弹簧

(常用弹簧钢)

第5章 工业用钢

5、滚动轴承钢

如:GCr15

主要用来制造滚动轴承的滚动体(滚珠、滚柱、滚 针)、内外套圈等,属专用结构钢。 碳质量分数一般为0.95%--1.10%,以保证其高硬 度、高耐磨性和高强度。铬为基本合金元素 ,铬含量 为0.40%--1.65%。高碳低铬。
(滚珠轴承钢)

第5章 工业用钢

二、合金工具钢
合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度 和耐磨性,还具有更高的红硬性。

1、合金刃具钢
用途:主要用于制造各种 金属切削刀具,如车刀、铣刀、 钻头等。
铣 刀

性能: (1)高硬度,60HRC以上; (2)高的耐磨性; (3)高热硬性 ; 英制模板刀 (4)足够的塑性和韧性 。

第5章 工业用钢

合金工具钢的种类及牌号
(1) 低合金刃具钢 (如:9SiCr 、9Mn2V) 最高工作温度不超过300 ℃。 ① 高碳:碳质量分数为0.9%--1.1%,以保证高硬度和高耐磨性。 ② Cr、Mn、Si主要是提高钢的淬透性,Si还能提高钢的回火稳定性; W、V能提高硬度和耐磨性,并防止加热时过热,保持细小的晶粒。
(2) 高速钢

(如:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2 )

高速钢是高合金刃具钢,具有很高的热硬性,高速切削中刃部温度 达600 ℃时,其硬度无明显下降。 ① 高碳:碳质量分数在0.70%以上,最高可达1.5%左右, ② 加入Cr、W、Mo、V等合金元素: Cr 提高淬透性。 W、Mo 保证高的热硬性。 V 提高耐磨性,细化晶粒。 常用合金刃具钢和高速钢

第5章 工业用钢

2、合金量具钢
用途:量具用钢用于制造各种测量工具,如卡尺、千分尺、块规。 螺 纹 规

游 标 卡 尺

千 分 尺

性能要求:(1) 高硬度(大于56 HRC)和高耐磨性; (2) 高尺寸稳定性,在存放和使用过程中,尺寸不发生变化。

第5章 工业用钢

3、合金模具钢
合金模具钢按其用途分为冷作模具钢和热作模具钢两大类。 冷作模具钢 用途:冷模具用于制造 各种冷冲模、冷镦模、冷挤 压模和拉丝模等,工作温度 不超过200 ℃~300 ℃。

如:9Mn2V、CrWMn
热作模具钢 用途:热作模具钢用于制造各 种热锻模、热压模、热挤压模和压 铸模等,工作时型腔表面温度可达 600 ℃以上。 性能要求:

① 高硬度,58~62 HRC;
② 高耐磨性; ③ 足够的韧性和疲劳抗力

如:5CrMnMo、5CrNiMo

第5章 工业用钢

量具用钢的选用举例
量 平样板或卡板 一般量规与块规 高精度量规与块规 高精度且形状复杂的量规与块规 具 钢 号

10、20或50、55、60、60Mn、65Mn T10A、T12A、9SiCr Cr(刃具钢)、CrMn、GCr15 CrWMn(低变形钢)

抗蚀量具

4Cr13, 9Cr18(不锈钢)

第5章 工业用钢

三、特殊性能钢
特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金 钢.它主要包括不锈钢,耐磨钢等.
1、不锈钢 能抵抗大气,酸,咸或其它介质腐蚀的钢。

不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生 活中都得到广泛应用,例如化工装置中的各种管道、阀门和泵, 医疗手术器械,防锈刃具和量具等。 根据不锈钢室温下组织的不同,常用的不锈钢可分三种:

马氏体型不锈钢

铁素体型不锈钢

奥氏体型不锈钢

第5章 工业用钢

马氏体型不锈钢

如:1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13

含碳为0.1%--0.4%,含铬为12%--13%.主要用于力学性能要求不高, 耐蚀性要求较低的零件.如:

不锈钢船用螺旋桨

不锈钢剪刀

第5章 工业用钢

铁素体型不锈钢

如:1Cr17、1Cr17Ti等

这类钢的铬质量分数为17%~30%,碳质量分数低于0.15%.主要用 作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件,例如容器和管道等。

奥氏体型不锈钢

如: 0Cr18Ni9, 1Cr18Ni9等

这类不锈钢属铬镍不锈钢,碳含量很低(约0.1%),耐蚀性很好。

第5章 工业用钢

2、耐磨钢 (就是高锰钢

如:ZGMn13)

履带 破 碎 机 颚 板 挖 掘 机 斗 齿

铁轨分道叉

第六章 铸 铁
引言:
1、何为铸铁? 铸铁是碳质量分数大于2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷 等元素的铁碳合金。 用于制造机床的床身、床头箱,发动机的汽缸体、机器的底座等 ,是工程上最常用的金属材料之一。 箱体

启 动 阀

第六章 铸 铁
2、铸铁分几类?
根据碳在铸铁中存在形式不同,可分三大类: (1)白口铸铁

C的存在形式:渗碳体(Fe3C),断口为白色。
性能硬而脆,难以切削加工。主要用作炼钢原料,高耐磨零件 (如轧辊、犁铧等)。 (2)灰口铸铁

C的存在形式:石墨,断口为灰黑色。
灰铸铁是铸造性能最好,应用最广泛的铸铁材料。 (3)麻口铸铁

C的存在形式:石墨+渗碳体,断口为黑白色。
性能:脆性大,很少使用。

第六章 铸 铁
3、灰口铸铁的种类 根据石墨(G)在铸铁中存在形态,可分为: 普通灰铸铁:石墨呈片状 可锻铸铁:石墨呈团絮状

球墨铸铁:石墨呈球状 蠕墨铸铁:石墨呈蠕虫状

第六章 铸 铁

第1节
一、灰铸铁的组织

普通灰铸铁

灰铸铁有铁素体、珠光体、(铁素体+珠光体)+石墨三 种基本组织。 F+片状石墨 (F+P)+片状石墨 P+片状石墨

§6-1 普通灰铸铁
二、灰铸铁的性能与应用
由于石墨片对钢基体产生的割裂作用,破坏了钢基体的连续性、完整性, 减少了钢基体的有效面积,使其抗拉强度低于钢、而塑性和韧性近于零,属于 脆性材料。灰铸铁具有非常优良的铸造性能。 但其抗压强度与钢相近,因此普通灰铸铁广泛用于作承受压力载荷的零件 和结构,如机座、机床床身、轴承等。

叶轮

发动机飞轮

§6-1 普通灰铸铁

三、灰铸铁的牌号

HT+三位数字,数字表示最低抗拉强度。
如:HT150,HT200,HT250

四、灰铸铁的热处理
热处理只能改变基体组织,不能改变石墨的形态和分 布,对提高性能效果不大。通常对其进行热处理的方法和 平共处目的是:

1、消除内应力退火: 2、高温退火:消除白口组织 3、表面淬火:提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度。

第六章 铸 铁

第2节 可锻铸铁
一、生产方法:
先将铸铁浇注成白口铸铁,然后进行高温石墨化退火,使渗碳体分解 得到团絮状石墨。

二、可锻铸铁的组织
可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体。

§6-2 可锻铸铁 三、可锻铸铁的牌号
铁素体可锻铸铁以“KT”表示,珠光体可锻铸铁以“KTZ”表 示。其后的两组数字表示最低抗拉强度和延伸率。

如:KT350-10、KTZ600-3 四、可锻铸铁的性能及应用
可锻铸铁较高的强度、塑性和冲击韧性,可以部分代替碳钢。可 锻铸铁不可锻。

可锻铸铁的牌号和机械性能

第六章 铸 铁

第3节
一、生产方法:

球墨铸铁

在浇注前向铁水中加入一定量的球化剂而直接获得球状石墨,得到 球墨铸铁.

二、球墨铸铁的组织

§6-3 球墨铸铁
三、球墨铸铁的牌号
用“QT”标明,其后两组数值表示最低抗拉强度和延伸率。 如: QT420-10、QT600-2、QT800-2

四、球墨铸铁的和机械性能
机械性能 牌号 基体

?b ? MPa
400
420 500 600 700 800

?0.2? MPa
250
270 350 420 490 560

?5? %
17
10 5 2 2 2

ak? kJ/m
2

HB

应 用 举 例

QT400-17
QT420-10 QT500-5 QT600-2 QT700-2 QT800-2

铁素体
铁素体 铁素体+ 球光体 球光体 球光体 球光体

600
300 - - - -

≤179
≤207 147~ 241 2297~ 302 2297~ 302 2417~ 321

汽车、拖拉机床底盘零 件;16-64大气压阀门的 阀体、阀盖
机油泵齿轮

柴油机、汽油机曲轴; 磨床、铣床、车床的主轴; 空压机、冷冻机缸体、缸 套

§6-3 球墨铸铁
五、球墨铸铁的应用 具有与钢相近的力学 性能,可代替钢和合金钢 使用。
球墨 铸铁 管道 接口

六、球墨铸铁调质和正火后的组织性能
机械性能

热处理工艺
调质: 980℃退火 后, 900℃油淬 + 580℃回火 正火: 980℃退火 后, 900℃正火 + 580℃去应力退 火

显微组织
回火索氏 体 +石墨 珠光体+ 5%铁素体 +石墨

σb MPa
800~1000

?5 %
1.7~ 2.7

kJ/m2 260~ 320 240~ 340

ak

HB

700

2.5

100

317~ 321

第六章 铸 铁 一、生产方法: 在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂而炼成的,其方法与 程序与球墨铸铁基本相同。
二、蠕墨铸铁的组织 蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间形态,其石墨 片的长厚比较小,端部较钝。呈蠕虫状。

第4节

蠕墨铸铁

§6-4 蠕墨铸铁
三、蠕墨铸铁的牌号、性能和应用 牌号: 蠕墨铸铁以“RuT”表示,其后的数字表示最低抗拉强度。

如: RuT300、RuT420 性能: 蠕墨铸铁是一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨
铸铁,并且有一定的韧性、较高的耐磨性;同时又有和灰口铸铁 一样的良好的铸造性能和导热性。 应用:蠕墨铸铁已成功地用于高层建筑中高压热交换器、内燃 机汽缸和缸盖、汽缸套、钢锭模、液压阀等铸件。

排 气 管

进 气 管

第六章 铸 铁

第5节 特殊性能铸铁
在铸铁中加入某些合金元素,得到一些具有各种特殊性能的合 金铸铁。 1、耐磨铸铁(加铬) 弯 管 衬 板

2、耐热铸铁 (Al、Si、Cr ) 扇 形 扩 散 器

托 架

§6-5 特殊性能铸铁

石 墨 呈 片 状

§6-5 特殊性能铸铁

石墨呈团絮状

§6-5 特殊性能铸铁

石墨呈球状

§6-5 特殊性能铸铁

石墨呈蠕虫状

§6-5 特殊性能铸铁

何为石墨?
石墨是游离状态的碳,其强度、硬度、塑性、韧性很低,硬 度仅为3—5HBS,伸长率近于零。 铸铁的组织可以看成是在铁或钢的基体上夹杂着石墨,石 墨对基体产生割裂作用。 因此,石墨的存在使铸铁的力学性能下降,其性能比钢低,不 能锻造,且石墨的数量越多,越粗大,分布越不均匀,铸铁的力 学性能越差。 但石墨的存在也赋予铸铁许多钢所不及的优良性能,如铸造 性能、减振性和减摩性等。

§6-5 特殊性能铸铁

铸铁的石墨化
(1)铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。
石墨既可以从液体和奥氏体中析出,也可以通过渗碳体分 解来获得。 灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出;可锻 铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火,由渗碳体分解 而得到。 石墨化若能充分或大部分进行,则能获得灰口铸铁,反之 将得到白口铸铁。 铸铁组织的类型取决于石墨化的程度。

§6-5 特殊性能铸铁
(2)影响石墨化的因素
合金元素:C和Si强烈促进,S强烈阻碍,Mn阻碍,P微弱促进。

冷却速度:缓慢冷却有利于石墨化;

第二篇 毛 坯 生 产
引言:
1、毛坯生产
毛坯 :根据机器零件所要求的工艺尺寸、形状而制成的坯料, 供进一步加工使用,以获得成品零件。 常用的毛坯除型材外,主要有铸件、锻件、冲压件和焊接件。 获得毛坯的生产过程就是毛坯生产。

2、毛坯生产方法:

铸造、锻造、冲压、焊接等。

第11章 铸造

引言:

第十一章 铸造

1、铸造的概念
将经过熔化的液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型 中,冷却凝固后获得毛坯或零件的一种工艺方法。(铸造)

2、铸造的方法 3、铸造的特点

砂型铸造、特种铸造

(1)成型方便,适应性强 利用液态成形,适应各种形状、尺寸,不同材料的铸件. (2)生产成本低,较为经济 节省金属,材料来源广泛,设备简单。 (3)铸件组织性能差 铸件晶粒粗大,力学性能差.

第11章 铸造

第1节 砂型铸造
砂型铸造是以砂为主要造型材料制备铸型的一种铸造方法。目前 90%以上的铸件是用砂型铸造方法生产的。

一、砂型铸造的工艺过程
熔炼金属
造型 工 艺 准 备 合箱 造芯 浇注 落砂 清 理

检验

配砂、制模

第1节 砂型铸造

二、造型材料
制造铸型用的材料称为造型材料,砂型铸造使用主要是型砂和 芯砂,它们是由砂、粘结剂和附加物组成。 造型材料应具备以下性能: 1、可塑性 型砂和芯砂在外力作用下要易于成形。

2、足够的强度 型砂和芯砂在外力作用下要不易破坏。 3、耐火性 4、透气性 5、退让性 型砂和芯砂在高温下要不易软化、烧结、粘附。 型砂和芯砂紧实后要易于通气。 型砂和芯砂在冷却时其体积可以被压缩。

第1节 砂型铸造

三、模样与芯盒 1、模样与芯盒是制造铸型和型芯的工具。 2、模样形成铸件的外形,其外形相当于铸件的外部 形状;型芯形成铸件的内腔形状。芯盒是制造型芯的 工具。 3、砂型铸造多用木材制造模样和芯盒。 4、特种铸造用金属模、塑料模和其它模样。

第1节 砂型铸造

四、造型方法
按造型操作方法的不同,可分为: 1、手工造型 填砂、紧实、起模等主要有人工完成,操作灵活,生产率低, 主要用于单件小批量生产。 主要方法有: 分模造型 假箱造型 2、机器造型 填砂、紧实、起模等实现机械化,生产率高,投资大,主要用 于批量生产。 主要方法有: 振压紧实、抛砂紧实 挖砂造型 活块造型 整模造型 刮板造型 三箱造型

第1节 砂型铸造

五、造芯及合箱
1、造型芯 型芯的作用一是形成铸件的内腔,二是简化模型的外形,以 制出铸件上的台和槽等。
型芯采用比型砂更好的造型材料。 造芯方法也有手工造芯和机器造芯两种。 2、合箱 铸型的装配工序简称合箱。合箱前,在铸型中放好型 芯、扣上上箱、放置浇口杯。合箱后,两箱要卡紧,防止错 箱和抬箱。

第1节 砂型铸造

六、铸铁的熔炼及浇注
1、铸铁的熔炼设备有冲天炉和感应炉等。其原料有金属料、燃料 和熔剂。

2、浇注系统:引导金属液进入铸型型的通道。它包括浇口杯、 直浇道、横浇道和内浇道四个部分组成。

第1节 砂型铸造 1、落砂:

七、落砂、清理和检验

将浇注成形后的铸件从型砂和砂箱中分离出来的工序,它 分为出箱和清砂两个过程。有手工落砂和机械落砂两种方法。 出箱的温度一般不高于500度,以免铸件产生内应力或开裂。 清砂是清除型砂和芯砂的过程,有水力清砂和水爆清砂两种方法。 2、清理: 去除浇口、冒口、飞边、毛刺以及表面粘砂的工序。 去除表面粘砂的方法有滚筒清理、喷射清理和抛丸清理等方法。 3、检验: 其任务是确定合格的铸件,去除有缺陷的铸件。 主要包括外观检验、内部检验、化学性能和金相检验等。

第2节 特种铸造

第2节 特种铸造
引言:
1、概念:特种铸造是指砂型铸造以外的其他铸造方法。 2、特种铸造的特点: 铸件精度高,力学性能好;生产率高;工人 劳动条件好等。 3、常用的特种铸造方法:
金属型铸造 压力铸造 熔模铸造 壳型铸造 离心铸造

第2节 特种铸造

一、金属型铸造
将液态金属注入用金属制成的铸型中,以获得铸件的方法。
1、工艺特点:

一型多铸,铸件精度高,力学性能好,但成本高,主要用于大批 大量生产铜、铝、镁等非铁合金铸件。
2、工艺过程:

金属型铸造

第2节 特种铸造

二、熔模铸造
将蜡料制成模样,在上面涂以若干层耐火涂料制成型壳,然后 加热型壳,使模样熔化、流出,并焙烧成有一定强度的型壳,再经 浇注,去壳而得到铸件的一种铸造方法。 1、工艺特点: 以熔化模样为起模方式。铸件精度高,是少无切削加工的方法之 一。其设备简单,生产批量不受限制,主要用于大批、大量生产。 其缺点是工艺过程复杂,生产周期长。 2、工艺过程: 熔模铸造

第2节 特种铸造

三、压力铸造
将熔融的金属在高压下,快速压入金属铸型的型腔中,并在压 力下凝固,以得到铸件的一种铸造方法。 1、工艺特点: 高速高压。 多用于非铁合金(如铝、铜、镁等)精密铸件的批量生产。

2、工艺过程: 压力铸造

第2节 特种铸造

四、离心铸造
将熔融的金属浇入高速旋转的铸型中,使金属液在离心力的作 用下凝固成形,以得到铸件的一种铸造方法。 1、工艺特点: 组织紧密,铸件质量好。 用于生产空心铸件。

2、工艺过程: 离心铸造

整模造型

刮板造型

假箱造型

挖砂造型

三箱造型

活块造型

砂型铸造

金属型铸造

熔模铸造

压力铸造

离心铸造

分模造型

第十二章 锻 压
引言:
1、锻压的概念
借助于外力作用,使金属坯料产生塑性变形,从而获得所要求形 状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的一种压力加工方法。

2、金属的塑性变形
金属在外力作用下,首先产生弹性变形,当外力超过一定限度 后,会发生塑性变形。 塑性变形是金属压力加工的理论基础。
金属塑性变形的能力大小,主要取决于三个因素:

(1)金属的化学成分 碳、合金含量越低,分布越均匀,塑性越好。
(2)组织结构 钢的奥氏钵组织塑性最好,渗碳体最差。

(3)变形时温度

温度越高,塑性越好。

第12章 锻压

3、锻压的特点
(1)改善金属组织、提高力学性能 锻压的同时可消除铸造缺陷,均匀成分,形成纤维组织, 从而提高锻件的力学性能。 (2)节约金属材料 比如在热轧钻头、齿轮、齿圈及冷轧丝杠时节省了切 削加工设备和材料的消耗。 (3)较高的生产率 比如在生产六角螺钉时采用模锻成形就比切削加工效率 约高50倍。 (4)锻压主要生产承受重载荷零件的毛坯,如机器中的主轴、 齿轮等,但不能获得形状复杂的毛坯或零件。

第12章 锻压

4、锻压生产的分类
(1)自由锻造
利用冲击力或静压力使经过加热的金属在锻压设备的上、下砧 铁之间塑性变形、自由流动称为自由锻造。

(2)模样锻造
把金属坯料放在锻模模膛内施加压力使其变形的一种锻造 方法。又简称模锻。

(3)板料冲压
将金属板料置于冲模之间,使板料产生分离或变形的加工 方法。通常在常温下进行,也称冷冲压。

第12章 锻压 一、加热

第一节 锻造工艺

1、目的:提高塑性能、降低变形抗力,以利于变形和 获得良好的 锻后组织。 2、锻造温度范围:如图10-2 注:加热过高、过低,加热时间过短、过长都不利于锻压生产。 二、自由锻造 1、特点: 采用通用设备和工具; 锻件成形主要靠工人的操作技能; 只能生产形状简单的锻件,适用于单件小批生产。

第12章 锻压 2、基本工序: 锻造的基本工序是指为了达到工件的形状和尺寸而进行的使金 属发生变形的工艺过程。主要工序有: 镦粗 正挤压 二、模样锻造 以锻模模膛限制金属坯料的变形,从而获得锻件的成形 方法,其特点是: 可以锻造出质量好,形状较为复杂的锻件; 生产率高,但设备吨位较大,锻模制造困难,费用高; 适用于中、小型锻件的大批量生产。 拔长 反挤压 冲孔 复合挤压 弯曲

第12章 锻压 一、空气锤

第二节 锻造设备

利用压缩空气推动锻锤进行工作。 以落下部分质量来表示锻造能力; 常用吨位为65~750千克,用于锻造小型锻件。 二、蒸汽—空气锤

利用一定蒸汽或压缩空气推动锻锤进行工作。
常用吨位为1~5吨,用于锻造中型锻件,是模锻的主要设备。 三、液压机

利用高压水为动力进行工作。靠静压力工作。
常用吨位为5~150吨,用于锻造大型锻件,是大型锻件的唯一设备。 四、摩擦压力机 靠飞轮、螺杆和滑块向下运动时所积蓄的动能使锻件变形。 是模锻的主要设备。

第12章 锻压

第三节

板料冲压

板料冲压可获得尺寸精度高、互换性好、形状复杂的零件。冲压件 一般不需要进行切削加工。冲压操作简单,易于实现机械化,生产率高。 一、冲压设备 二、冲压基本工序 剪床 冲床 油压机

1、冲裁工序 使坯料的一部分与另一部分分离的工序。
落料与冲孔: 按封闭的轮廓线分离的工序。其变形过程和模具结构 是相同的。

落料是被分离的部分为成品,周边是废料;冲孔是 被分离的部分是废料,周边是成品。
2、变形工序 使坯料的一部分相对另一部分产生位移而不破坏的工序。

包括弯曲、拉深、翻边、成形工序等。

第12章 锻压

第12章 锻压

第12章 锻压

第12章 锻压

第12章 锻压

第12章 锻压

第12章 锻压

第12章 锻压

空 气



第12章 锻压

空气锤

第12章 锻压

液压机

第12章 锻压

液 压 机

第12章 锻压

液压机

第12章 锻压






第12章 锻压

第12章 锻压

冲床

第12章 锻压

冲床

第12章 锻压

冲 床

第12章 锻压

冲 床

第12章 锻压

油压机

第12章 锻压

油 压 机

第12章 锻压

摩 擦 压 机

第12章 锻压

摩 擦 压 机

第二章 焊 接
引言:
1、焊接的概念
通过加热或加压(或两者并用),并且用(或不用)填充材料,使焊件达 到原子间结合的连接方法。 熔焊接时需要加热: 加热可使被焊金属接头熔化,形成共同的熔池,凝固后连接起来. 固态下焊接时需要加热或加压并加热: 加压力是使被焊金属的连接处产生塑性变形,以增加它们的真实 接触面积. 加热是为了增加金属塑性和原子的扩散能力.

第13章 焊接

2、焊接的特点:
焊接与其它连接方法有本质的区别,不仅在宏观上建立了永久 性的联系,在微观上也建立了组织之间的原子级的内在联系.

焊接比其它连接方法具有更高的强度,密封性,且质量可靠,生 产率高,便于实现自动化. 节省金属,工艺简单,可以很方便的采用锻-焊,铸-焊等复 合工艺,生产大型复杂的机械结构和零件.

焊接是一个不均匀加热的过程,焊后的焊缝易产生焊接应 力,易引起变形.

第13章 焊接

3、焊接的种类:
根据焊接的过程可分为三 类: (1)熔化焊: 将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法. 主要有电弧焊,气焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊等.

(2)压力焊: 通过加压和加热的综合作用,以实现金属接合的焊接方法. 主要包括电阻焊,摩擦焊,爆炸焊等.

(3)钎焊: 以熔点低于被焊金属熔点的焊料填充接头形成焊缝的焊接 方法. 主要包括软钎焊和硬钎焊.

第13章 焊接

第一节 手工电弧焊
手工电弧焊是熔焊一种,它是用手操作焊条,利用焊条与被焊金属工 件间产生的电弧热量加热并熔化金属,随后形成焊缝,获得牢固接头的焊 接方法. 一、焊接过程

焊接时,焊工手握夹着焊条的焊钳进行焊接,焊条和工件之间产生电
弧将工件局部加热到熔化状态形成熔池,焊条作为一个电极,其端部在电 弧的作用下不断被熔化,形成熔滴进入熔池,随着电弧的向前移动,熔池 尾部液态金属逐步冷却结晶,最终形成焊缝.(其过程如图)

第13章 焊接

二、焊接工艺
(一)焊接电弧

电弧是在电极(焊条)和工件间的气体介质中强烈而持久的放电现象.
1.产生过程:

焊接时,使电极与工件瞬时接触并迅速提起(离开焊件2-4mm), 由于短路产生高热,产生金属蒸汽.高温金属发出电子并撞击气体分 子,使气体介质电离成正离子和负离子,正离子流向阴极,负离子流向阳
极,形成电弧.

2.电弧的构造:

(如图)

当采用直流电源焊接时,阳极区温度可达2600K,阴极区可2400K, 电弧中心区可达6000-8000K.故有正反两种接法. 采用交流电源焊接时,两极温度均可达2500K左右.

第13章 焊接 (二)焊接接头形式及坡口 根据焊件结构形状,厚度和使用条件,常用的接头型式有:

对接

搭接

角接

交接

坡口:为保证厚板能焊透和减少焊件在焊缝中的比例,焊接前把两焊件 的待焊处加工成所需的几何形状.

常见的坡口型式有:
V型 X型 Y型 U型

(常见的接头形式及坡口) (三)焊缝的空间位置 根据焊缝在空间的位置不同,可分为: 平焊 横焊 立焊 仰焊

第13章 焊接 (四)焊接直径与焊接电流
为保证焊接质量应正确选择焊接工艺参数。焊条直径决定于焊件厚度,焊 接电流决定于焊条直径。(见表)

三、电焊设备
弧焊机是手工电弧焊的主要设备,常用的交流电弧焊机和直流电弧焊机。 1、交流电弧焊机 其实质是一部具有符合焊接要求的特殊降压变压器。 2、直流电弧焊机 是由特殊的直流发电机和普通的交流电动机组成的。

第13章 焊接

四、电焊条
1、作用:

焊条在焊接过程中一是作为电极传导电流及产生电弧,二是作 为填充材料。焊条是手工电弧焊接必须使用的焊接填充材料。
2、组成: 焊条由焊芯和药皮两部分组成。

焊芯:其作用是传导电流、产生电弧和填充金属的作用。 药皮:由多种矿石粉、铁合金粉、有机物和粘结剂等组成。

其作用是:
(1)改善焊条工艺性 (2)机械保护 (3)参与冶金反应

第13章 焊接 3、焊条型号

E

50

1 8
表示药皮为铁粉低氢型,

第13章 焊接

直 流 电 焊 机

第13章 焊接

直流电焊机

第13章 焊接

四、焊条
一般电弧焊所使用的焊条为普通焊条,由焊芯和药皮(涂料)两部分组成.
1.焊芯

是组成焊缝金属的主要材料。

焊芯的直径即称为焊条直径,最小为1.6mm,最大为8mm,以直径为 3.2~5mm的焊条应用最广。 焊接合金结构钢、不锈钢用的钢条、应采 用相应的合金结构钢、不锈钢的焊接钢丝作焊芯。
2.焊条药皮 焊条药皮在焊接过程中的作用

第13章 焊接

常用的连接方法 机械连接: 主要指螺栓连接,铆钉连接,销和键连接等.
特点是连接件是标准件,有良好的互换性,选用方便,易于 检修;但成本高,影响外观.



接: 借助于胶粘剂使两个分离的表面依靠化学力
和机械力作用把物体结合的连接方法.

可连接同种金属(或异种金属,或非金属)的各种接头;特别适 用于异型,异质,复杂形状的连接;但接头力学性能低,耐热老化和 气候老化性能差.



接: 主要用于机械制造和工程结构中.

指各种同种或异种金属材料(包括各类钢材,铝合金,钛合 金,铜合金以及其它一些特种金属合金)之间的连接.

第13章 焊接

第13章 焊接

第13章 焊接

交 流 电 焊 机

第13章 焊接

交 流 电 焊 机

第13章 焊接

交 流 电 焊 机

第13章 焊接

交 流 电 焊 机

第13章 焊接

第13章 焊接

第十四章 金属切削加工

§1-1 金属切削加工
一、切削加工 通过机床提供的切削运动和动力,使刀具和工件产生相 对运动,从而切除工件上多余的材料,以获得合格零件的 加工过程。 在现代机械制造中,除少量零件采用精密铸造、精密锻 造、粉末冶金等到方法直接获得零件外,大部分零件都要 经过切削加工才能获得所需要的加工精度和表面粗糙度。

二、切削加工的种类

车、铣、刨、磨、钻、镗、拉、锯、螺纹加工、 齿轮加工等。

第十四章 金属切削加工

§1-2 金属切削机床
一、金属切削机床
用切削加工的方法将金属毛坯加工成机器零件的工艺装备。

二、机床的分类
1、按加工性质和所用刀具的不同可分12大类:

车 钻 铣磨 镗 拉 锯 刨 床 床 床床 床 床 床 床

齿 轮 加 工 机 床

螺 纹 加 工 机 床

其 插 它 床 机 床

第十四章 金属切削加工

2.按机床的通用程度分类:
1)通用机床(万能机床) 2)专用机床 3)专门化机床(专能机床)

3.按机床的精度分类:
普通精度级、精密级和超精密级机床。

4.按机床重量不同分类:
1)轻型机床(10吨以下); 2)中型机床(10吨--100吨); 3)重型机床(100吨以上);

第十四章 金属切削加工
三、机床型号的编制方法
机床型号是为了方便地管理和使用机床,按一定规律赋予机床的代号。用 于表示机床的类型、通用性和结构特性、主要技术参数等。

通用机床型号表示方法如下:

第十四章 金属切削加工

1、机床类别的划分及其代号
机床的类别用汉语拼音大写字母表示,类别代号及其读音如表所示: 齿 轮 加 工 机 床 螺 纹 加 工 机 床 特 种 加 工 机 床

类 别

车 床

钻 床

镗 床

磨床

铣 床

刨 插 床

拉 床

锯 床

其 他 机 床

代 号 读 音

C


Z


T


M


2M
2磨

3M
3 磨

Y


S


X


B


L


D


G


Q


分类代号用数字表示,只有磨床才有。

第十四章 金属切削加工

2、机床组、系的划分
机床的组别和系别代号用两位数字表示。
每类机床按其结构性能及使用范围划分为10组,用数字0-9表示。 系的划分原则是:主参数相同,并按一定公比排列,工件和刀具 本身的及相对的运动特点基本相同,且基本结构及布局型式相同的 机床,即划为同一系。详见标准JB1838-85。

3、机床的主参数和第二主参数
主参数: 主参数是反映机床最大工作能力的一个主要参数,它直接 影响机床的其他参数和基本结构的大小。主参数一般是以机床 加工的最大工件尺寸或与此有关的机床部件尺寸来表示。 第二主参数:一般是指主轴数、最大跨距、最大工件长度、工作台工 作面长度等。

第十四章 金属切削加工
4、通用性、结构性代号
表示机床所具有的特殊性能。当某类型机床除有普通型外,还具有如 下表所列的某种通用特性,则在类别代号之后加上相应的特性代号。

通 用 特 性 代 号 读 音

高 精 自 半 精 密 动 自 度 动 G M Z B

数 加 控 工 中 心 K H 控 换

仿 轻 加 简 柔 数 高 形 型 重 式 性 显 速 型 加 工 F Q C J R X S 仿 轻 重 简 柔 显 速

高 密 自 半

5、机床重大改进顺序号:
当机床的性能及结构布局有重大改进,并按新产品重新设计、试制和鉴定 时,在原机床型号的尾部,加重大改进顺序号,以区别于原机床型号。序号按A, B,C??字母的顺序选用。

第十四章 金属切削加工

例1: C A 6 1 40
C:类别代号(床类) A:结构性代号(A结构) 6:组别代号(卧式车床组) 1:系别代号(普通车床系) 40:主参数代号(床身上最大回转直径400mm)

第十四章 金属切削加工

例2: M M 7 1 32 A
M:类别代号(磨床类) M:通用特性代号(精密) 7:组别代号(平面及端面磨床组) 1:系别代号(卧轴矩台平面磨床系) 32:主参数代号(工作台面宽度320mm)

A:重大改进顺序号(第一次重大改进)

第十四章 金属切削加工

例3: T H M 6 3 50 /JCS
T:类别代号(镗床类) H:结构性代号(加工中心)

M:通用特性代号(精密)
6:组别代号(卧式铣镗床组)

3:系别代号(卧式铣镗床系)
50:主参数代号(工作台面宽度500mm) JCS:企业代号(北京机床研究所)

第十四章 金属切削加工

例 4:

Z 3 0 40 X46 /S2

Z:类别代号(钻床类) 3:组别代号(摇臂钻床组)

0:系别代号(摇臂钻床系)
40:主参数代号(最大钻孔直径40mm)
X46:第二主参数(最大跨距1600mm)

S2:企业代号(沈阳第二机床厂)

第十四章 金属切削加工

§1-3 刀



金属切削刀具是完成切削的重要工具,其作用是从工件上切除多于金 属。它是影响生产率、加工质量和成本的主要因素。刀具的性能决定机 床性能的发挥。

一、刀具的类型
根据用途和加工方法不同,刀具有以下几类: (1)切刀类 (2)孔加工刀具 (3)拉刀类 (4)铣刀类 (5)螺纹刀具 (6)齿轮刀类 (7)磨具类 (8)组合刀具 (9)数控机床刀具 (10)特种加工刀具

第十四章 金属切削加工

二、刀具的结构

刀柄+切削部分

1、刀柄:是刀具上的夹持部分;一般由采用碳钢。

2、切削部分:是刀具上直接参加切削工作的部分,也称刀头。
切削部分由 刀面、切削刃组 成,采用各种专 用刀具材料,根 据需要制造成不 同形状。其组成 要素包括:
(1)前刀面、 (2)主后刀面、 (3)副后刀面、 (4)主切削刃、 (5)副切削刃、 (6)刀尖。

第十四章 金属切削加工
(1)前刀面: 切屑流过的刀面。 (2)主后刀面: 与工件表面相对的刀面。

(3)副后刀面: 与工件已加工表面相对的刀面。
(4)主切削刃: 前刀面与主后刀面相 交的棱边形成。 (5)副切削刃: 由前刀面与副后刀 面相交的棱边形成。 (6)刀尖 : 主、副切削刃实 际交点。

第十四章 金属切削加工

三、刀具的几何参数
为定量地表示刀具切削部分的几何形状,必须把刀具放在一个确 定的参考系中,用一组确定的几何参数确切表达刀具和切削刃在空 间的位置,这就是刀具的几何参数(即刀具的角度)。

1、刀具的参考系

第十四章 金属切削加工

(1)基面(Pr)
通过主切削刃上选定点,垂直于该点切削速度方 向的平面。 车刀基面是车刀的安装面。

(2)切削平面(Ps)
通过主切削刃上选定点,与主切削刃相切,且垂直于该点基面的平面。

(3)基面(Po)
通过切削刃上选定点,同时垂直于基面和切削平面的平面。

Pr-Ps-Po三个面互相垂直,我们称之为正交平面参考系。
其建立过程为

第十四章 金属切削加工

2、车刀的标注角度
刀具的标注角度是指刀具设计图样上标注出的角度,它是刀具 制造、刃磨和测量的依据。 在正交平面参考系中标注的角度主要有:

前角(γ o)
后角(α o) 副后角(α o?)

刃倾角(λ s)
主偏角(κ r) 副偏角(κ ?r)

第十四章 金属切削加工

1、前角(γ o): 在正交平面中测量的前刀面与基面的夹角。
前刀面与基面平行时, γ o=0;前刀面与切削平面之间的夹 角小于90度时, γ o>0;前刀面与切削平面之间的夹角大于90度 时, γ o<0. 前角愈大,刀具愈锋利,但刀具强度愈差。

2、后角(α o): 在正交平面中测量的主后刀面与切削平面的夹角。
后刀面与切削平面重合时α o =0;后刀面与基面之间的夹角小于 90度时α o >0;前刀面与基面之间的夹角大于90度时α o <0. 后角愈大,刀具与工件之间的磨擦愈小,但刀具强度也愈差。

3、副后角(α o`): 在副正交平面中测量的副后刀面与副切削 平面的夹角。
副后角影响刀面与已加工表面之间的磨擦和刀具强度。

第十四章 金属切削加工

4、刃倾角(λ s):在切削平面内度量的主切削刃与基面之间 的夹角。
它总是正值,刃倾角影响切屑排出的方向和刀头形状。

5、主偏角(κ r):在基面内测量的主切削刃在基面上的 投影与进给运动方向的夹角。。
主偏角一般为正值,它影响刀头强度。

6、副偏角(κ ?r):在基面内测量的副切削刃在基面上的 投影与进给运动反方向的夹角。。
副偏角一般为正值,它影响刀头强度和表面粗糙度。
前角和后角确定了前刀面和后刀面的位置;主偏角和刃倾角确 定了主切削刃的空间位置;副偏角和副后角确定了副后刀面的位置; 即六个基本角度确定了车刀切削部分的几何形状。

第十四章 金属切削加工

第十四章 金属切削加工

四、刀具材料 1、刀具材料应具备的性能
(1)高的硬度 刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。刀具材料的常温硬 度,一般要求在HRC60以上。 (2)高的耐磨性 耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力。一般刀具材料的硬度越高, 耐磨性越好。 (3)足够的强度和韧性 以便承受切削力,冲击和振动,而不致于产生崩刃和折断

(4)高的耐热性(热稳定性)
耐热性是指刀具材料在高温下保持硬度,耐磨性,强度和韧性的能力。 (5)良好的工艺性能

即刀具材料应具有良好的锻造性能,热处理性能,焊接性能,磨削 加工性能等。

第十四章 金属切削加工

2、几种常见的刀具材料 (1)高速钢 (2)硬质合金 (3)涂层刀具 (4)陶瓷刀具 (5)超硬刀具材料 YT类: YG类: YW类: 金刚石 立方氮化硼

第十四章 金属切削加工

(1)高速钢
高速钢是含有较多钨、钼、铬、钒等元素的高合金工具钢。与碳素工 具钢和合金工具钢相比,高速钢能提高切削速度1—3倍(因此而得名), 提高刀具耐用度10—40倍。它可以加工从有色金属到高温合金在内的范围 广泛的材料。 高速钢刀具制造工艺简单,能锻造,容易磨出锋利的刀刃,因此在复杂 刀具(钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等)的制造中,高速钢占 有重要地位。

第十四章 金属切削加工

第十四章 金属切削加工

第十四章 金属切削加工

高压水刀
有句成语叫做:“柔情似水”,表明在常人眼中,液体的水无固定 形状,是温柔的象征。然而,科学研究发现,高压水流在撞击物体表面 最初的百万分之几秒时,其瞬时压力非常大。利用水的这一特点,科学 家们将水变成了坚硬的高压水刀,可以用来挖泥、采矿,甚至切削钢板, 还可用于冲孔、粉碎材料,甚至外科手术。 高压水刀的优点有:用途 广泛,可以加工钢板、铜板 、玻璃、塑料等各种类型的 材料;切削材料的切面光滑 ,不会留下毛口或变形;在 切削某些化工合成材料肘, 不会放出有毒气体或产生烟 尘;水刀穿越的速度非常快 ,甚至不会将材料淋湿。目 前,许多国家已将高压水刀 切削工艺投入实际应用

第十四章 金属切削加工

零件表面的形成和切削运动 一、零件表面的形成 1、待加工表面: 工件上即将被切除的表面。 2、已加工表面: 工件上经刀具切 削后产生的新表面。 3、加工表面 工件上正在被 切除的表面。

第十四章 金属切削加工

二、切削运动
在切削加工形成零件的全过程中,刀具和工件之间必需 要有相对运动,按作用的不同可分:

1、主运动: 切除工件所必需的运动。是最基本、 最主要的运动。

2、进给运动: 保证加工连续进行的运动。

第十四章 金属切削加工

正交平面参考系建立过程

第六章 工艺过程的基本知识

? 毛坯的选择要考虑如下因素 1、零件材料的工艺特征
某些箱体需铸造,轴、齿轮等多半要锻造

2、零件的结构形状和外形尺寸
轴可选用圆棒料 机架、大齿轮可考虑铸钢

3、生产纲领的大小
例如:模锻和自由锻对零件数量要求不同

4、现有生产条件

? 外圆面技术要求 1、本身精度 尺寸、形状 2、位置精度 3、表面质量 ? 外圆面加工方案分析 1、粗车 2、粗车—半精车 3、粗车—半精车—磨 粗车—半精车—粗磨式半精磨 4、粗车—半精车—粗磨—精磨 5、粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨 6、粗车—精车—精细车(有色金属)

§1 外圆面加工

§2 孔的加工
紧固孔、箱体上孔(孔系)
? 孔的技术要求 1、本身精度 尺寸、形状 2、位置精度 3、表面质量 粗糙度、物理力学性能 ? 孔加工方案分析 ★可在1、粗车 2、粗车—半精车 3、粗车—半精车—磨 粗车—半精车—粗磨式半精磨 4、粗车—半精车—粗磨—精磨 5、粗车—半精车—粗磨—精磨—研磨 6、粗车—精车—精细车(有色金属)

第三篇 机械加工

第十六章 特种加工技术
引言:
1、概念:特种加工主要是利用电能、光能、声能、 热能和化学能对材料进行加工的方法。

2、特点:
(1)工具的硬度可以低于工件的硬度。 (2)工具与工件无显著的切削力。 (3)能用简单的运动加工复杂的型面。

(4)其内容包括去除和结合等加工。

第十六章 特种加工技术

§16-1 电火花加工 一、加工原理
电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时 产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法,又称放电 加工或电蚀加工,英文简称EDM.

第十六章 特种加工技术

加工原理图

第十六章 特种加工技术

二、特点
能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件;加工 时无切削力;不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷;工具电极材料无须比工件 材料硬;直接使用电能加工,便于实现自动化;加工后表面产生变质层, 在某些应用中须进一步去除;工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处 理比较麻烦。

三、应用
主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件;加工各种 硬、脆材料,如硬质合金和淬火钢等;加工深细孔、异形孔、深槽、窄 缝和切割薄片等;加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。

1、穿孔加工

3、线切割

2、型腔加工

4、打印标记

第十六章 特种加工技术

线切割

第十六章 特种加工技术

§16-2 电解加工 一、加工原理
利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理对 工件进行成形加工的一种方法。

二、特点和应用
用于型孔、型腔、复杂型面、深小孔、套料、膛线、 去毛刺、刻印等加工。

第十六章 特种加工技术

§16-3 激光加工 一、加工原理
利用光能 进行加工的 方法。

二、特点和应用
1、激光打孔 2、激光切割 3、激光焊接 4、激光热处理

第十六章 特种加工技术

§16-4 超声波加工 一、加工原理
利用声能进行加工的方法。

二、特点和应用
超声波加工适合于加工 各种硬脆材料,特别是 不导电的非金属材料, 例如玻璃、陶瓷、石英、 锗、硅、玛瑙、宝石、 金刚石等。

第九章 特种加工技术

§16-5 离子束加工 一、加工原理
利用电子束进行加工的方法。

二、特点和应用


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