1、 緒論一、機械制造工藝機械制造工藝是各種機械的制造方法和過程的總稱。制造方法：熱加工方法 鑄、鍛、焊 冷加工方法 機床切削 組裝試驗 鉗工裝配、試驗學習本課就是了解整個機械制造中各種機械加工方法的工藝過程。二、課程的性質和任務本課的性質是技校機械類專業的一門專業基礎課。主要內容包括：（1） 毛坯制造工藝 （俗稱熱加工工藝）（2） 零件切削加工工藝 （俗稱冷加工工藝）（3） 機械加工工藝規程制定 （編寫工藝文件：根據零件圖樣進行工藝分析，制定加工工序、工步。）（4） 裝配（將合格零件裝配成成品的工藝過程）學習本課的基本要求： （1）以機械制造工藝過程為主線，了解毛坯制造（鑄、鍛、焊）零件切削加工

2、（車、銑、刨、磨）各主要工種的工作內容、工作特點、工藝裝備和應用范圍等基礎知識。 （2）一般了解各工種主要設備（包括附件、工具）的基本工作原理和使用范圍。（3）初步掌握選擇毛坯和零件加工方法的基本知識。 （形狀復雜的宜選用鑄件毛坯，強度要求高的宜選用鍛件毛坯）（5） 初步掌握確定常見典型零件加工工藝過程的基本知識。（典型零件：軸類、套類、齒輪、箱體等）（6） 了解裝配的基本知識和典型機械、部件的裝配方法。三、生產過程概述1、生產過程與工藝過程（1）生產過程 將原材料轉變為成品的全過程叫生產過程。 金屬材料 鑄、鍛、焊 毛坯 切削、熱處理 零件 裝配、試驗 機械（成品） 生產過程包括：生產準備過

3、程（設計、編寫工藝規程、制定材料設備采購計劃、制定生產計劃等） 工藝過程（需要的各工種工序工藝過程） 生產輔助過程（原材料購置、運輸保管、成本核算、銷售服務（2）工藝過程 改變生產對象的形狀、尺寸及相對位置和性質，使其成為成品或半成品的過程。 包括：毛坯制造、零件加工、產品組裝。 （工藝過程實際就是零件及產品的制造過程，它是直接作用于生產對象的加工過程，在整個生產過程中，它是一個主要部分） 2、工藝規程 規定產品或零部件制造工藝過程和操作方法的工藝文件。1）工藝規程中常用的文件形式：（有以下兩種）（1） 機械加工工藝過程卡片零件從毛坯到成品需安排的工藝過程。（2） 機械加工工序卡片某一工藝過程

4、的加工工序（粗、精加工工序）2）工藝規程的作用：（見P3、）3）工藝規程的重要性：工藝規程是工藝過程的書面文件，在生產中有著極其重要的作用。在正常條件下，必須按照工藝規程組織生產，以建立和保持正常的生產秩序。工藝規程是各項生產組織和管理工作的基本依據，是全體有關生產人員必須認真貫徹和嚴格執行的紀律性文件。 第一章、鑄造 §11、概述將熔融金屬澆注、壓射或吸入鑄型型腔中，待其凝固后而得到一定形狀和性能鑄件的方法稱為鑄造。鑄造所得到的金屬工件或毛坯稱為鑄件。一、鑄造的分類根據生產的方法不同，鑄造可分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類。 1、砂型鑄造 用型砂緊實成形的鑄造方法。濕砂型鑄造（潮模鑄造

5、）干砂型鑄造（干模鑄造） 掛圖解析砂型鑄造工藝過程。 2、特種鑄造 一般稱砂型鑄造以外的其它鑄造方法為特種鑄造。金屬型鑄造：將熔融金屬澆入金屬鑄型獲得鑄件的方法。壓力鑄造：使熔融金屬在高壓下充型、凝固的鑄造方法。離心鑄造：利用離心力澆鑄鑄件的方法溶模鑄造：（蠟模鑄造、失蠟鑄造）利用蠟料制成模樣，再在模樣上包覆耐火材料浸入水玻璃石英粉涂料，撒上石英砂，浸入氧化銨溶液中硬化，如此重復，制成型殼，再將型殼加熱，熔出蠟模，得到空腔型殼然后進行澆鑄的方法。二、鑄造的特點 （P5）1、 優點：（1） 可獲得各種復雜外形及內腔的鑄件。（各種箱體、床身、機架、汽缸體等）（2） 鑄件尺寸與質量幾乎不受限制。（小

6、至幾毫米、幾克的金銀飾品，大至十幾米、幾百噸的鑄件均可鑄造）（3） 可鑄造任何金屬和合金鑄件。（4） 鑄件成本低廉。（指普通鑄造：原材料來源廣泛、生產設備簡單）（5） 鑄件的形狀、尺寸與零件接近，可減小切削加工的工作量，并可節省大量金屬材料。（以齒輪加工為例解析：圓鋼毛坯、鑄件毛坯）由于鑄造具有上述優點，所以，鑄造工藝被廣泛應用于機械零件的毛坯制造，在各種機械和設備中，鑄件所占的比重是非常大的。鑄件在各種機械設備中的質量比：（1）各種農業機械達 4070（2）普通機床、內燃機達 7080（3）重型機械設備高達 90由此可見鑄造在機械制造中的地位是非常顯赫的，素有“機械之母”的稱號。2、 缺點：

7、（1） 鑄造生產工藝繁多，工藝過程較難控制，鑄件易產生缺陷。（2） 尺寸均一性差，精度低。（給毛坯加工帶來一定困難，需找正基準）（3） 內在質量差，承載能力不及鍛件。（4） 工作環境差，溫度高，粉塵多，勞動強度大。小結： §12、砂型的制作一、造型材料和砂型 1造型材料造型材料是制作砂型和砂芯的基本材料。一般由以下材料配制而成：砂 硅砂：經篩洗目數符合要求（粒度為0.0751mm）的硅砂。 舊砂：使用過的型砂。黏土 顆粒小于2um的黏性粉土。黏結劑 無機黏結劑：水玻璃、澎潤土等。 有機黏結劑：干性油（桐油）淀粉、紙漿殘液等。黏結劑的作用：使型砂、芯砂具有一定的強度和可塑性。附加物 煙

8、煤粉、鋸末屑等。 煙煤粉的作用：可防止鑄件表面粘砂保證鑄件表面光潔。 鋸木屑的作用：可改善砂型和砂芯的透氣性和退讓性，保證鑄造的工藝性。將以上材料按一定比例，經攪拌碾壓混制而成。 2型砂和芯砂型砂 按一定比例配合的造型材料，經過混制，符合造型要求的混合料稱為型砂。 （用于制作砂型的砂料）芯砂 按一定比例配合的造型材料，經過混制，符合造芯要求的混合料稱為芯砂。 （用于制作芯型的砂料）由于砂型在澆注和凝固過程中要經受熔融金屬的沖刷、靜壓力和高溫的作用，型芯則還要承受凝固收縮時的壓力，因此要求型砂在物理上應具有以下幾方面要求：（1） 可塑性好，易于成形。（有利于型腔清晰）（2） 強度高。（能承受鐵水

9、的沖擊壓力，不致砂型毀壞，避免鑄件產生夾 砂、結疤、砂眼等缺陷。） （3） 耐火性好（不易軟化，熔融燒結；避免鑄件表面粘砂，導致清理、切 削困難。）（4） 透氣性好（能使澆注時產生的氣體迅速排出。）（5） 退讓性好（能使鑄件收縮時產生的內應力得到一定釋放，避免鑄件產生變形和裂紋。）在以上的特性中，芯砂比型砂要求更高。（以芯砂的工作條件解析） 3砂型定義：用型砂制成，包括形成鑄件形狀的空腔、型芯和澆冒口系統的組合整體稱為砂型。砂型的制作是砂型鑄造工藝工程中的主要工序。（俗稱造型工序）砂型的制作材料及工藝裝備：造型材料（型砂）：面砂、背砂、用于潮模造型。 配制砂 用于干模造型。砂箱： 由生鐵鑄成，

10、用于支撐砂型。模樣： 木制模樣、鋁制模樣、用于造型。芯盒： 木制芯盒、鋁制芯盒、用于造芯。二、模樣、芯盒1模樣與芯盒模樣 用木材、金屬或其它材料制成，用來形成鑄型型腔的工藝裝備。 （金屬模樣常用于大批量生產中的鑄件） 芯盒 制造型芯或其它耐火材料芯所用裝備（根據鑄件內部形狀尺寸設計制造）2制造模樣與芯盒的注意要點：（P7） （1）分型面 （分型面是指鑄型組元之間的結合面。 圖例示意） 選擇分型面時，應使分型面具有最大水平投影尺寸（這樣便于鑄型的組合）并應盡量滿足澆注位置的要求（便于澆注）同時應考慮造型時的起模方便，簡化造型工藝。 要點：1） 分型面應盡量為平面，不用或少用曲面。（這樣可以簡化造

11、型工藝，便于造型和鑄型的組合）2） 分型面數量應盡可能少。（分型面過多會使鑄型不緊湊，影響澆注的工藝性）3） 分型面應能使整個鑄件或鑄件的重要表面、基準面都在鑄型的同一組元內（最好將整個鑄件都設置在下型之內，這樣能保證鑄件尺寸和形狀的完整性和準確性。）4） 分型面的選擇應避開活塊、減少型芯或使型芯安置方便、穩固（2）收縮余量：根據金屬的收縮率，適當增大鑄件的體積尺寸。（3）加工余量：根據零件的公差尺寸適當增大的加工尺寸。（通常指鑄件加工面尺寸，一般小型鑄件的加工余量為26mm） （4）起模斜度：便于造型時模樣的取出。一般= 0.5030（見P8、圖1-5） （5）鑄造圓角：主要為方便取模或脫模

12、設置（見P8、圖1-6） （6）設置芯頭：模樣上突出部分，造型后形成芯座，用于放置砂芯。三、造型 定義：用造型混合料（型砂或石英耐火材料）及模樣等工藝裝備制造鑄型的工藝過程稱為造型。造型分為：手工造型、機器造型和自動化造型。 1、手工造型 全部用手工或手動工具完成的造型工序。 特點：造型方法簡便，工藝裝備簡單（簡單的修型工具、杵砂桿等） 適應性強（適應各種鑄造生產，特別是大型、復雜鑄件生產） 缺點：生產率低，勞動強度大，鑄件質量不穩定。 手工造型包括：有箱造型（干砂型） 整體模造型：模樣無分面模（適用于形狀簡單的鑄件） 分開模造型：模樣有分面模（適用于形狀復雜的鑄件） （據P9、圖1-9、1-

13、10、解析） 脫箱造型（見P10、圖1-11）特點：可用一個砂箱造出許多鑄型。（一般用于批量較大的小型鑄件的鑄造，可節省砂箱的制作且造型方便。）地坑造型（見P10、圖1-12）特點：利用地坑造型，主體鑄型不用砂箱，（只用上砂箱）且鑄件形體尺寸不受限制。（主要用于大、中型鑄件的單間生產。）刮板造型（見P11、圖1-13）特點：可以節省制作模樣的材料和工時，縮短生產準備時間。（主要用于尺寸較大的回轉體鑄件的生產。如：帶輪、齒輪、飛輪等。）手工造型工藝過程：安放模樣、下砂箱 填砂杵砂 刮平翻箱 修整分型面、（注意撒上隔離干砂）安放澆口棒和上砂箱 填砂杵砂 刮平、打定位銷孔、取出澆、冒口棒、 分型 脫

14、模 修模 涂料 烘干。 2、機器造型和自動化造型機器造型 用機器完成緊砂和起模或至少完成緊砂操作的造型工序。自動化造型 所有造型工序基本不需人力完成的造型過程。特點：生產效率高，可改善勞動條件。 提高鑄件精度和表面質量。（因采用精度較高的金屬模樣） 適應大批量生產和流水線生產。 但是，其設備、工藝裝備投資較大，且鑄造適應范圍小。四、造芯制造型芯的過程稱造芯。型芯 是為獲得鑄件內孔或局部外形，用芯砂或其他耐火材料制成的安放在鑄型內部的鑄型組元。造芯可分為手工造芯和機器造芯手工造芯 利用芯盒造芯，型芯質量不穩定。適應單件、小批量生產。 （通常與手工造型配合）機器造芯 造芯機造芯，型芯質量好，適應于

15、大批量生產。 （通常與機器造型配合）手工造芯工藝過程：緊固芯盒 填砂 置入芯骨 杵緊型砂 撤芯盒 修型 涂料 烘干。五、澆注系統 1、澆注系統 簡稱澆口。作用：（1）保證熔融金屬平穩、均勻、連續地充滿型腔。 （2）阻止熔渣、氣體和砂粒隨熔融金屬進入型腔。 （3）控制鑄件的凝固順序。澆注系統的構成：澆口杯 漏斗形外澆口。能緩和熔融金屬對鑄型的沖擊，并使熔渣、雜質上浮，起擋渣作用。直澆道 澆注系統中垂直通道。可調節鐵水流入型腔的速度和壓力，直澆道越高，澆注的流速越快壓力越大。 橫澆道 澆注系統中的水平通道。其截面多為梯形，用以分配熔融金屬流入內澆道。 內澆道 澆注系統中，引導液態金屬進入型腔的通道

16、，用以控制熔融金屬的流動速度和方向。開設澆注系統的要求：一般情形下，直澆道截面應大于橫澆道截面，橫澆道截面應大于內澆道截面這樣能形成壓差，以保證熔融金屬充滿澆道，并使熔渣浮集在澆道上部，起擋渣作用。 2、冒口冒口是在鑄型內儲存供補縮鑄件用熔融金屬的空腔。除補縮外，還起排氣和集渣的作用。一般設置在鑄件的最高處和最厚處。（設置在高處是為了便于澆注時能順利排氣、排渣；設置在最厚處有利于冒口清理時避免損傷鑄件體。）六、合型將鑄型的各個組元如上型、下型、型芯、澆口盆等組合成一個完整鑄型的操作過程稱為合型。合型時應注意：1）合型時應對砂型和型芯的質量進行檢查，若有損壞，需要進行修理；為檢查型腔頂面與型芯頂

17、面之間的距離，需要進行試合型（也叫驗型）。2）合型時，要保證鑄型型腔幾何形狀和尺寸的準確及型芯的穩固。3）合型后，上、下型應用夾具夾緊或在鑄型上放置壓鐵，以防止澆注時上型被熔融金屬頂起，造成抬箱、射箱（熔融金屬流出箱外）或跑火（著火的氣體逸出箱外）等事故合型的工藝過程：補型 安置型芯 試合型 檢查調整 清潔型腔 合型 夾裝或放置壓鐵小結：§13、澆注、落砂和清理一、澆注定義：將熔融金屬從澆包注入鑄型的操作稱為澆注。1澆包澆包 是用來容納、輸送和澆注熔融金屬用的容器。構造：由鋼板焊制或鉚制，內襯耐火材料而成。（掛圖簡介幾種常用澆包：P14、圖1-19）a)握包 用手掌握的小型澆包，用于

18、小型鑄件澆注。b)抬包 雙人或多人抬澆的澆包，用于小型或中型鑄件澆注。c)吊包 用起重行車吊澆的大型澆包，用于大型鑄件澆注或輸送熔融金屬供抬包澆注。為了獲得優質鑄件，除正確的造型，熔煉合格的鑄造合金溶液外；澆注溫度的高低以及澆注速度的快慢也是影響鑄件質量的重要因素。 2澆注溫度和澆注速度澆注溫度 熔融金屬澆入鑄型時所測得的溫度。（舉例解析溫度的影響） 灰鑄鐵的澆注溫度一般在1340 0C黃銅 1060 0C青銅 1200 0C澆注速度 單位時間澆入鑄型中的金屬液質量。（用kg/s表示） 一般根據鑄件的大小，憑感覺控制。澆注要點：（1）除渣 將金屬液表面熔渣除盡。（2）澆注時，須使澆口杯保持充滿

19、，不允許中途澆注中斷。（3）防止飛濺和漫溢。（要求澆注準確，收水及時）二、落砂和清理1、落砂（清砂） 用手工或機械使鑄件和型砂、砂箱分開的操作。 手工落砂 機械落砂注意：落砂應在鑄件充分冷卻后進行，過早的落砂，會因鑄件冷卻太快而使其內應力增加，導致變形開裂。干砂型（特別是大型）澆注，冷卻時間需長些；濕砂型澆注，所需冷卻時間短些。2、清理（清產） 落砂后從鑄件表面清除粘砂、型砂、多余金屬（冒口、飛翅、氧化皮）的過程。1） 澆冒口清理鑄鐵件：可用鐵錘敲除； 鑄鋼件：可用氣割切除；有色金屬：可用鋸除法。 2）飛翅（飛邊）清理 垂直于鑄件表面上厚薄不均的薄片狀突起物。（一般出現在鑄件分型面和芯頭部位）

20、較大的飛翅和毛刺可用鏨子或移動式砂輪機清理；較小的飛翅和毛刺可用鐵錘直接敲除。3）粘砂清理： 大型鑄件可采用水力清砂、噴砂清理； 小型的大批量鑄件一般用專用清理設備清理。4）精整：將清理后的鑄件進行打磨、矯正、上底漆。三、鑄件的外觀檢查及缺陷鑄件經落砂、清理后應進行質量檢驗。一般的鑄件均需進行外觀質量檢查，重要的鑄件還需進行內在質量檢查和使用質量檢查。3、 鑄件的外觀質量表面粗糙度：應達到圖樣上給定的用不去除材料獲得的表面粗糙度要求。表面缺陷：夾砂、結疤、皺皮、縮陷應不影響切削工藝。尺寸公差、形狀偏差、質量偏差等應符合技術要求。4、 鑄件的內在質量化學成分：鐵、硅、錳、硫、磷含量是否符合要求；

21、力學性能：強度、塑性、硬度、韌性以及抗疲勞強度是否符合要求；金相組織：灰鑄鐵中石墨以片狀形態存在，斷口呈灰色；球墨鑄鐵石墨呈球狀。（內在質量一般通過試驗和金相分析檢測）內部孔洞、裂紋、夾雜物缺陷：通過無損探傷法檢測。5、 使用質量在強力、高速、磨耗、腐蝕、高熱等不同條件下的工作性能；切削性能、焊接性能、運轉性能。 鑄件的缺陷 （掛圖解析）（1）氣孔 特點：存在于鑄件內部（接近上表面）孔壁較光滑，呈梨形、圓形或橢圓形；大孔孤立存在，小孔則成群出現。 原因：砂型中水分過多、發氣性物質配比過高、澆注速度過快（型腔中氣體來不及排出）（2）縮孔 特點：出現在鑄件最后凝固部位（中間部位）其孔壁形狀不規則，

22、孔壁粗糙并帶有枝狀晶。 原因：澆注時補縮不良造成。（鑄件斷面出現分散而微小的縮孔稱為縮松；有縮松缺陷的部位，在氣密性試驗時可能出現滲漏現象。） （3）砂眼 特點：鑄件內部或表面帶有砂粒的孔洞。 原因：型砂強度不夠、砂型緊實度不足、澆注速度太快。 （4）粘砂 特點：鑄件部分或整個表面粘附一層砂粒和金屬的機械混合物（芯骨材料）或由金屬氧化物、砂子和黏土相互作用而生成的低熔點化合物。原因：型砂的耐火性差或澆注溫度過高。 （5）裂紋 特點：鑄件表面或內部形成開裂。原因：鑄件壁厚相差大；（應緩慢冷卻，避免過早落砂） 澆注系統開設不當；（應開設在鑄件較厚處） 砂型與砂芯的退讓性差。（增強型砂或芯砂的退讓性

23、）這些缺陷使鑄件在收縮時產生較大的應力從而導致開裂。小結：作業布置：§14、特種鑄造簡介一、金屬型鑄造定義：通過重力作用進行澆注，將熔融金屬澆入金屬鑄型獲得鑄件的方法。金屬型一般用灰鑄鐵或鑄鋼制成，尺寸精度高。型心可用：砂芯（因砂芯耐火性好常用于高熔點合金鑄件） 金屬芯（常用于有色金屬鑄件）與砂型鑄造比較，金屬型鑄造有如下特點：（1） 可多次使用，澆注次數可達數萬次而不損壞。（2） 尺寸精度高（IT12IT10），表面粗糙度Ra可達（12.56.3）可使鑄件形狀，尺寸準確、表面光潔。（3） 傳熱迅速，鑄件冷卻速度快，因而鑄件結晶晶粒細，力學性能好。（此特性只適合非鐵合金鑄件，有細化組

24、織的作用。鑄造灰鑄鐵則易出白口） 白口鐵 一種斷口呈銀白色，性能既脆又硬，切削性能極差的鑄鐵。（4） 生產率高，無粉塵，勞動條件比砂型鑄造好。（5） 但設計、制造、使用及維護要求高，制造成本高；生產準備時間長。 （這是金屬型比較砂型成本高的地方）金屬型主要應用于非鐵合金鑄件的大批量生產，其鑄件不宜過大，形狀不能太復雜，壁不能太薄；所以金屬型鑄造有一定的局限性。二、壓力鑄造（壓鑄）定義：使熔融金屬在高壓下高速充型，并在壓力下凝固的鑄造方法。主要由壓鑄機完成壓鑄充型的過程。（據圖解析壓鑄機工作原理）壓鑄機主要由壓射裝置和合型機構組成。（P17、圖）類型按鑄型是否預熱分為：冷室壓鑄機 適應于非鐵合金

25、壓鑄。（如：鋅、鋁、鎂、銅等有色金屬）熱室壓鑄機 適應于鐵合金壓鑄。（如：鑄鐵、碳素鋼、合金鋼等）按壓射沖頭位置分為：立式、臥式兩種。壓鑄的特點：（1） 可以鑄造形狀復雜的薄壁鑄件。因鑄件在高壓下充型、凝固、可消除鑄件在凝固收縮時的應力作用。（2） 鑄件質量高，強度和硬度都較砂型和金屬型鑄件高。尺寸精度可達IT12IT10，Ra可達3.20.8。（這也是壓鑄收縮影響小的原故）（3） 生產率高，成本低，容易實現自動化生產。（4） 但壓鑄機投資大，鑄型制造復雜，生產周期長，費用高。壓力鑄造是實現少切削或無切削的鑄造工藝，壓鑄產品可一次成型無須加工。主要用于鋅、鋁、鎂、銅等有色金屬的中、小型薄壁鑄件

26、的大批量生產。三、離心鑄造定義：使熔融金屬澆入繞水平軸、傾斜軸或立軸旋轉的鑄型，在慣性力作用下，凝固成形的鑄件軸線與旋轉鑄型軸線重合。這種鑄造方法稱為離心鑄造。特點：（1） 用金屬型或砂型，在離心作用下澆注成型。（2） 鑄件組織細密，無氣孔、縮孔、夾渣等缺陷。（3） 設備簡單，成本低，生產率高。（4） 但內表層余量大，機械加工量大。（這是因為在離心力作用下，金屬液中的熔渣、雜質都積聚在鑄件內表面，因此，內表層的加工余量通常都比較大。）應用：主要用于空心回轉體鑄件的單件、成批、大量生產。（例：軸套、琺瑯套等）還可進行雙金屬襯套（銅、鋁合金襯套）軸瓦的鑄造。四、熔模鑄造定義：用易熔材料制成摸樣，在

27、模樣上包覆若干層耐火涂料，制成型殼，熔出模樣后經高溫焙燒，然后進行澆注的鑄造方法稱為熔摸鑄造。也稱失蠟鑄造。（據圖解析熔模鑄造法工藝過程）熔模鑄造的特點：（1） 可以制造形狀很復雜的鑄件。因為形狀復雜的整體蠟模可以由若干形狀簡單的蠟模單元組合而成。（2） 鑄件的尺寸精度高（IT12IT9）Ra值可達（12.51.6）（3） 適應性廣，既可澆注低熔點的有色合金鑄件，也可生產高熔點的金屬鑄件。因型殼由石英耐火材料構成，耐火性比普通型砂要好。（4） 但生產工藝復雜，生產周期長，成本較高，且鑄件質量不能太大。應用：主要用于鑄造各種形狀復雜的精密小型零件的毛坯。小結：作業布置：P19 1、2、10、任務

28、二 鍛造 鍛造是指在加壓設備及工（模）具的作用下，使坯料或鑄錠產生局部或全部的塑性變形，以便獲得一定幾何尺寸、形狀和質量的鍛件的加工方法。鍛件則是指金屬材料經鍛造變形而得到的工件毛坯。鍛造從本質上講就是利用固態金屬的塑性變形能力實現成形加工的。鍛造的特點和分類1、特點：（1） 鍛件的組織性能好。 （ 通過鍛造可以改善金屬的內部組織，提高金屬的力學性能。經鍛造的金屬其內部結晶組織晶粒更加細密）（2） 成形困難且適應性差 （這是由于鍛造時金屬的塑性流動類似于鑄造時熔融金屬的流動，但固態金屬的塑性流動必須在施加外力的條件下，采取加熱等工藝措施才能實現。因此，塑性差的金屬材料（如灰鑄鐵）是不能進行鍛造

29、的，而且形狀較復雜的鍛件也難以鍛造成形。特別是不能鍛造內部形狀復雜的鍛件。）（3） 成本較高 （由于鍛造的成形相對鑄造來說困難得多，鍛件毛坯與零件的形狀相差較大，材料利用率較低；而且鍛造設備投資成本較高，故鍛件的成本通常比鑄件要高。2、分類： 根據成形方式不同分為（1）自由鍛 （按工件所受作用力來源不同又分為）手工自由鍛 應用鐵砧、手錘等簡易工具手工鍛造，效率低，勞動強度大。機器自由鍛 應用鍛造設備氣錘等進行自由鍛造，效率高，勞動強度改善。（機器自由鍛是自由鍛的主要生產方法。）（2）模型鍛（模鍛） （按使用鍛造設備不同又分為） 胎膜鍛 使用自由鍛設備進行鍛造。模具不與設備裝在一起，只在使用時才

30、將模具放在設備的下砧上。 模鍛 使用專門的模鍛設備進行鍛造。（如：模鍛空氣錘、螺旋壓力機、平鍛機、模鍛水壓機等；）模具是分別裝在錘頭和砧座上的。一、自由鍛自由鍛定義：自由鍛是指利用沖擊力或壓力使高溫金屬坯料在上、下兩個鐵砧之間受力向各個方向自由流動產生變形，從而得到所需要的形狀、尺寸鍛件的一種工藝方法。自由鍛的特點：（1） 鍛件精度不高，形狀簡單。（主要鍛造桿類零件毛坯和盤餅類零件毛坯）其形狀和尺寸一般通過操作者使用通用工具來保證。主要用于多品種，或單件、小批量鍛件生產。（2） 對于大型及特大型鍛件，自由鍛也是唯一有效的方法。因為模鍛有一定局限性。可以說：在鍛造工藝中，自由鍛是應用最多和最普遍

31、的鍛造方法。1自由鍛設備 1、空氣錘 以壓縮空氣為工作介質，驅動錘頭上下運動打擊鍛件，使其獲得塑性變形的鍛錘。（椐圖解析氣錘結構及工作原理） 空氣錘的噸位以落下部分的質量表示： 常用的噸位有：0.150.75t（150750kg）還有15t的大氣錘 主要適用于中小型鍛件生產。 在空氣錘上進行自由鍛時，應根據鍛件的體積大小和質量，合理選用鍛造設備。設備噸位太小會造成鍛不透，生產效率低。噸位太大則造成動力浪費，增加鍛造成本。 2、水壓機 以水作為工作介質傳遞能量的機器。工作時以靜壓力作用在鍛件上，使其發生變形。 水壓機噸位是以上砧塊的最大工作壓力來表示。 常用噸位有50012000t 主要用于大型

32、和特大型鍛件生產。（椐圖解析水壓機工作原理 見：P21、圖26）2自由鍛工序 自由鍛工序可分為基本工序、輔助工序和精整工序三大類1）基本工序有：鐓粗、拔長、沖孔、切割等。（1） 鐓粗和局部鐓粗定義：使毛坯高度減小，橫斷面積增大的鍛造工序稱為鐓粗。鐓粗一般用來制造齒輪毛坯或盤餅類毛坯。為防止坯料鐓粗時產生軸彎曲，鐓粗部分的高度應不大于坯料直徑的2.53倍。 50 150在坯料上某一部分進行的鐓粗叫局部鐓粗。局部鐓粗只需加熱需鐓粗的部分，然后利用墊環鍛壓鐓粗部分。（見P9 表1.1 圖）（2）拔長、芯棒拔長和擴孔 使毛坯橫斷面積減小、長度增加的鍛造工序為拔長。 減小空心毛坯壁厚，而增加其內外徑的鍛

33、造工序為擴孔。 （掛圖解析） 拔長主要用于鍛造桿軸類零件或空心軸類零件的拔長，擴孔則用于空心類零件的孔徑擴大。（3）沖孔 在坯料上沖出透孔或不透孔的鍛造工序。 雙面沖孔 單面沖孔 （P23、圖211、12） 用于鍛造環套類零件和齒輪坯件的軸孔沖制。（4）彎形 采用一定的工模具，將鍛件彎制成所需形狀的變形工序 自由彎形 成形彎形 （P23、圖213） 適應于鍛造吊鉤，彎板、角尺等零件（5）切割 利用剁子將坯料切斷或部分割開的鍛造工序 單面切割 雙面切割 （P2324、圖215） 用于切除鍛件的料頭、分段、劈縫或切割成所需形狀等。（6）錯移 以坯料軸線為基準，將坯料一部分相對另一部分平移錯開的鍛造

34、工序。 用于鍛造曲軸類零件（7）扭轉 將坯料一部分相對另一部分繞其軸線旋轉一定角度的鍛造工序。 用于鍛造相錯軸連桿類零件或扭曲類零件。2）輔助工序 是指協助基本工序操作時所采用的一些工序方法。如壓鉗口、（鍛造時由助手壓制鉗口位置避免打偏）壓肩、鋼錠倒棱等。3）精整工序 是以減少鍛件鍛件表面缺陷而進行的工序。例如用整形模對鍛件校正整形等。小結：二、模鍛模鍛是使金屬坯料在鍛模模膛內一次或多次承受沖擊力或壓力的作用，而被迫流動成形的鍛造方法。由于模膛對金屬坯料的流動限制，最終被鍛成與模膛形狀相符的鍛件。模鍛的主要特點：（見P10、共六點，逐條解析）模鍛按使用設備的不同分為錘上模鍛和胎模鍛兩種。1錘上

35、模鍛定義：用專用模鍛設備進行鍛造的方法。 錘上模鍛所使用的專用模鍛設備有：模鍛空氣錘、螺旋壓力機、平鍛機、模鍛水壓力等。錘上模鍛的最大特點就是其鍛模是緊固在錘頭（或滑塊）與砧座（或工作臺）上的，（見P11、圖1.13）錘頭沿導向性良好的導軌運動，砧座通常與模鍛設備的機架連接成整體。錘上模鍛所使用的鍛模較一般胎模更復雜、精密。（見P11、圖1.14）鍛模的模膛分為：制坯模膛 完成坯料的拔長、滾擠、彎形。模鍛模膛 完成預緞和終鍛。2胎模鍛定義：在自由鍛設備上使用可移動胎模具生產模鍛件的一種鍛造方法。胎模鍛所使用的坯料必須先經自由鍛制成粗坯，再在模鍛中終鍛成形。由于胎模可以移動，一臺自由鍛設備可用各

36、種不同形狀的胎模鍛造各種不同形狀尺寸的模鍛件。因此，胎模鍛既具有自由鍛簡單、靈活的特點又具有模鍛能鍛造形狀復雜，尺寸準確的鍛件的優點。適用于小批量生產中用自由鍛成形困難，模鍛又不經濟的復雜形狀鍛件的鍛造。1） 胎模鍛特點：（見P11、共六點）逐條解析2）胎模的分類：制坯整形模（摔模） 用于回轉體軸類坯件的制坯、整形、拔長、校正。成形模：扣模 用于非回轉體桿料的制坯、彎形或終鍛成形（三棱條等） 套模 分為開式、（只有下模）閉式（由凸模凹模組成） 用于回轉體齒輪坯件的制坯成形。 合模 由上下模及導向裝置（定位銷）組成 用于形狀復雜的非回轉體鍛件成形。切邊沖孔模 由沖頭、墊環組成。用于切除坯件的飛邊

37、或坯件的沖孔。任務三 板料沖壓板料沖壓是指利用沖壓設備使板料經分離或成形而得到制件的加工方法。一、沖壓設備最常見的沖壓設備有機械壓力機和剪切機。 1、機械壓力機（沖床） 2、剪切機 （剪扳機） 掛圖解析其工作原理二、沖壓的基本工序 1、分離工序：使板料的一部分和另一部分分開的工序。（包括沖裁和切斷）沖裁 利用沖模將板料以封閉的輪廓與坯料分離的一種沖壓方法。 包括落料和沖孔 落料是利用沖裁獲取制件或坯料的方法，其沖落部分為制件或坯料。 沖孔是將沖壓坯內的材料以封閉輪廓分離出來，得到帶孔制件的沖壓方法，其沖落部分為廢料。沖裁時，板料的變形過程分為三個階段：（見P13、圖1.16所示）（1）彈性變形

38、階段就是在凸模接觸板料時，板料產生彈性壓縮及彎曲變形。此時凹模上的板料會向上翹起，凸凹模間隙越大，上翹現象會越嚴重。（沖裁效果也會越差）（2） 塑性變形階段凸模繼續壓入，當材料的應力達到屈服點時開始產生塑性變形。隨著凸模壓入深度的增加，塑性變形程度愈大，此時，凸凹模刃口處材料硬化加劇，產生微裂狀態。（3） 斷裂分離階段 刃口處的上、下微裂紋在凸模的繼續施壓下，向材料內部擴展并重合，使板料被剪切分離。2、成形工序：使板料發生塑性變形，以獲得規定形狀工件的工序。（包括彎形和拉深）彎形 將板料在彎矩作用下彎成具有一定曲率和角度的制件的成形方法。彎形工藝的特點：（P13）（1） 彎形時，坯料內側受壓縮

39、，處于壓應力狀態，外側受拉伸，處于拉應力狀態。當外側的拉應力超過材料的抗拉強度時，將產生彎裂的現象。坯料越厚且彎形半徑越小，坯料承受的壓縮和拉伸應力越大，坯料越容易彎裂。為防止坯料彎形時產生彎裂，應采取三個方面的工藝措施：控制相對彎形半徑r/t （即：彎形件內表面圓角半徑與材料厚度的比值）彎形半徑愈小，彎形的變形程度愈大，彎形件外側愈易彎裂。為防止彎裂，一般要求彎曲模的彎形半徑要大于限定的最小彎形半徑rmin通常取（0.251）t （材料越厚相對彎形半徑應大些，反之可小些；塑性好的熱軋板或經退火的材料，彎形半徑可小些；塑性差的冷軋板彎形半徑應大些。）正確截取彎形用板料裁料時，板料的纖維方向與彎

40、形時的拉、壓應力方向應盡可能一致。即：板料的彎形曲線應與板料的纖維方向垂直或成450 （畫圖例解析）若彎曲線與纖維方向平行，則要求該處的彎形半徑應比正常值大一倍以上。例：2mm鋼板正常最小彎形半徑為2.5，若彎曲線與纖維方向平行，則其最小彎形半徑應5凸模和凹模的工作部位應設計合理的圓角（通常按彎形半徑合理設置）（2） 彎形后的零件還容易產生回彈和偏移。回彈是指彎形時，當外力去除后，由于彈性變形的回復，會使零件的彎曲角增大，此現象稱為回彈。（彎形零件的回彈勢必影響零件的尺寸和形狀精度。）為防止回彈影響彎形零件的尺寸和形狀精度，在設計模具時應考慮其曲率角度應比零件角度小一個回彈角。一般回彈角為01

41、00 偏移是指坯料沿凹模圓角變形時，由于坯料受到不同摩擦阻力的影響而產生向左或向右偏移的現象。一般可利用零件上的工藝孔進行壓延定位，或利用壓料裝置進行限位消除偏移現象。（3）拉深 變形區在一拉一壓的應力狀態作用下，使板料成形為空心件，而厚度基本不變的加工方法。拉深工藝特點分析：（P13、14）拉深模與沖裁模不同，拉深模具有一定的圓角而不是鋒利的刃口，且凸凹模之間的單邊間隙一般都稍大于板料的厚度。（可保證板料的拉深成形而不被剪切）拉深件容易產生起皺和拉裂的缺陷拉裂通常發生在拉深件的側壁和底部的過渡圓角處；起皺多發生在拉深件頂部環口的法蘭面。主要是由于拉深過程的拉應力超過材料的抗拉強度引起的拉裂，

42、或因法蘭部分受切向壓應力的擠壓作用引起的波紋皺褶現象。防止拉深件的缺陷，應采取以下工藝措施：（見P14、共六點）正確選擇拉深系數。（拉深系數是指拉深件直徑與坯料直徑的比值）一般不應小于0.50.8 塑性好的坯料可取下限值。對于變形量大的拉深件應采用多次拉深（防止一次拉深引起的變形過大造成拉傷）合理設計凸凹模圓角半徑。（鋼制拉深件凹模取：r凹=10t (t為板料厚度) 凸模取凹模0.61倍的圓角半徑r凸=（0.61）r凹凸模與凹模之間應留有略大于板料厚度的間歇。一般取 Z=（1.11.2）t拉深前應對模具進行潤滑。以降低拉伸應力的作用同時減少模具的磨損。為防止拉深中出現起皺的現象，可通過設置壓力

43、圈的方法解決。小結：任務五 焊接焊接是指通過加熱或加壓或兩者并用，并使用（或不使用）填充材料，使連接件達到原子間結合的一種加工方法。焊接是一種不可拆的永久性連接金屬的工藝方法，它不僅可以連接各種同質金屬，也可以連接不同質的金屬。由焊接方法連接的組件稱為焊件。焊接的優點：（與其他金屬連接方法（如鉚接）比較，焊接具有以下優點）（1）可以節省材料和工時，減輕結構的重量。（根據鉚接與焊接的方式解析）（2）焊接接頭致密性好，可以制造密封容器，以及雙金屬結構件（可將不同金屬焊合一起）（3）生產率高，便于機械化。自動化生產（如特種焊接：埋弧焊、電阻焊等）但是，由于焊接過程是局部加熱與冷卻的過程，焊件容易產生

44、焊接應力，形成變形及相關的焊接缺陷，有些金屬的焊接，還要求有比較復雜的工藝措施才能保證其焊接質量（比如鋁金屬 一般的焊接工藝是不能保證其焊接質量的）焊接的應用：焊接在現代工業生產中有著廣泛的應用。如：船舶、化工容器、建筑構件、橋梁以及航空、航天、電子工業等領域都離不開焊接。焊接的分類按焊接過程中被焊金屬所處狀態不同分為：熔焊 是將待焊處的母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法。常見的有：氣焊 利用氣體火焰作熱源的熔焊方法。電弧焊 利用電弧作熱源的熔焊方法。壓焊 是焊接過程中必須對焊件施加壓力（加熱或不加熱）以完成焊接的方法。如：電阻點焊、對焊、鍛焊等。釬焊 采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和

45、釬料加熱到高于釬料熔點、低于母材熔點的溫度，利用液態釬料浸潤母材，填充接頭間隙，并與母材相互擴散實現連接焊件的方法。如：烙鐵釬焊、火焰釬焊等。 本教材主要介紹手工電弧焊和一些特種焊接方面的基本知識一、手工電弧焊（焊條電弧焊）手工電弧焊是以藥皮焊條為熔化電極，被焊件為另一電極，靠手工操作的電弧焊方法。手工電弧焊又稱手弧焊。它具有電弧溫度較高、熱量集中，設備簡單，操作方便、靈活，能適應在各種條件下焊接等特點。手工電弧焊的缺點是生產效率低，勞動強度大，焊接質量取決于工人的操作技術水平。電弧焊是利用電弧作為焊接熱源，下面我們了解一下焊接電弧1焊接電弧由焊接電源供給的具有一定電壓的兩電極間或電極與焊件間

46、，通過氣體介質產生的強烈而持久的放電現象稱為焊接電弧。 1、焊接電弧的基本構造焊接電弧的形成：（引燃焊接電弧的過程稱為引弧）焊接進行時，先使焊條與焊件瞬時接觸，由于短路而產生高熱，使接觸處的金屬很快熔化，產生金屬蒸汽。當焊條迅速提起離開焊件24mm時，焊條與焊件之間充滿了高熱的氣體與金屬蒸汽，由于質點的熱碰撞及焊接電壓的作用，高溫金屬從陰極表面發射出電子并撞擊氣體，從而使氣體介質電離成為正、負離子，于是正離子流向陰極，負離子流向陽極，這就形成了焊接電弧。焊接電弧的構成：（見P17 圖1.26）焊接電弧可分為三個不同的區域，即由電弧的陽極區、陰極區和弧柱構成。焊接電弧陽極區產生的熱量約占電弧總熱

47、量的42，溫度較高，可達26004200K；陰極區產生的熱量占電弧總熱量的38左右，溫度較低，可達24003500K。（K求0C 273.15 0C求K +273.15）弧柱的溫度相對較低約占電弧總熱量的20%椐P17、圖1.26解析由于焊接電弧發出的熱量在陽極區和陰極區有差異，所以在使用直流電焊機時就有兩種不同的接線法。 2、焊接電源極性的選用 （正接與反接）焊件接電源正極、電極（焊條）接電源負極的接線法稱為正接。此時，陽極區接近焊件，焊接溫度較高，適應于熔點較高的鋼材和厚板料的焊接。焊件接電源負極、電極（焊條）接電源正極的接線法稱為反接。此時，陰極區接近焊件，焊接溫度較低，適應于鑄鐵、有色

48、金屬極其合金或薄鋼板的焊接當使用交流電焊接時，由于極性是交替變化的，因此，陰極區與陽極區的熱量分布和溫度基本相等，沒有正接與反接之分。2電焊條焊條由藥皮和焊芯兩部分組成。 1）焊芯焊芯是一根不同材質的金屬絲，根據用途分有：鋼絲、有色金屬絲和鑄造線材等。作用：（1） 作為電極傳導電流，產生電弧。（2） 作為填充材料與焊件熔合在一起，形成焊縫。 2）藥皮 由多種不同的礦石粉、鐵合金粉、有機物和化工原料等按一定比例配制而成。藥皮的作用：（1）機械保護作用（造氣、造渣）藥皮熔化時放出大量氣體并形成熔渣。氣體在電弧周圍形成氣層，隔絕空氣，保護熔化金屬不受空氣影響；熔渣覆蓋在熔池金屬表面也起隔離空氣的保護

49、作用。（2）冶金處理（脫氧、脫硫、脫磷、摻入合金）通過熔渣與熔化金屬的冶金反應，除去有害雜質、滲入有益的合金元素，使焊縫獲得良好的機械力學性能。（3）改善焊接工藝條件（穩弧：改善成形、脫渣：減少飛濺）藥皮使焊接電弧容易引燃和燃燒穩定，焊縫成形好；并能減少焊接時金屬顆粒的飛濺，以及能使脫渣容易。3）焊條的種類、型號和牌號（1）種類按熔渣化學特性不同分為：酸性和堿性兩類熔渣中以酸性氧化物為主的稱為酸性焊條，反之為堿性焊條。酸性焊條的特點：電弧燃燒的穩定性較好，交流焊機和直流焊機均可使用。堿性焊條的特點：脫硫脫磷能力強，焊縫質量好，但穩弧性較差，只適合直流焊機的焊接。（2）型號焊條的型號是以國家標準

50、統一制定的型號的內容包括：焊條的類別、特點、強度、藥皮類型及焊接電源等。（見P17圖例）（3）牌號焊條的牌號則是根據焊條的主要用途及性能特點編制的。其牌號前用代號“H”注明，其后的表示方法與綱號的表示方法相同。例：H08（碳素綱焊條） H08Mn2Si（硅錳合金焊條） H00Cr19Ni9（鎳鉻合金焊條）（不銹鋼焊條）選用時應根據不同的焊件材料和焊接技術要求選用不同型號或牌號的焊條，以確保焊接的質量。附加：焊接工藝參數的選擇（1）焊條直徑的選擇： 焊條直徑的選擇主要取決于焊件的厚度、其次應考慮接頭形式、焊接位置等要素。焊件厚度不大于4mm時，焊條直徑應不超過焊件厚度；焊件厚度大于4mm時，焊條

51、直徑一般取3.26mm。平焊、平角焊時，焊條直徑可取大些；橫焊、立焊、仰焊時，為防止熔池過大引起液態金屬下滴，應選擇直徑較小的焊條。（2）焊接電流的選擇：焊接電流的大小對焊接質量的影響很大，增大焊接電流能提高生產率，增加熔深，適于焊接厚度大的焊件。但焊接電流過大易造成咬邊、增加飛濺、且藥皮易脫落；焊接電流過小則電弧不穩定，易造成未焊透等質量問題。焊接電流的大小取決于焊條直徑，焊條直徑越大，焊接電流越大。一般可按下式選用：I =Kd 見P37、表311.6 K、1525 I、 2440A 22.5 K、2030 I、4075A 3.2 K、3040 I、96128A 46 K、4050 I、160300A（3）焊接速度的選擇在保證接頭質量的前提下，應盡量采用較大的焊接速度以提高生產率，減小過熱區和焊件變形。3手弧焊件的焊接質量手弧焊件的焊接質量與焊接接頭的組織性能和焊接應力與焊接變形有很直接的關系。（1）焊接接頭的組織與性能分析焊接接頭包括焊縫及其附近的熱影響區（即焊接時的熱擴散區域）焊縫是由熔池結晶而成的，其