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1、1 1机械制造基础机械制造基础2 2一、本课程的教材主要有一、本课程的教材主要有:1、材料成形工艺基础 2、机械加工工艺基础 3 3一、本课程的性质和内容1、本课程的性质、本课程的性质 2、本课程的内容、本课程的内容 生产准备生产准备毛坯制造毛坯制造机械加工机械加工装配调试装配调试（车，铣，车，铣，刨，磨，钻，刨，磨，钻，镗等镗等）（组装，部组装，部装，总装装，总装）（铸造，锻铸造，锻造，焊接，造，焊接，冲压等冲压等）机电类专业的机电类专业的主干专业基础课主干专业基础课机械制造机械制造：将原材料将原材料制成制成零件的毛坯，将毛坯零件的毛坯，将毛坯加工成加工成机械零件，机械零件，再将零件再将零件
2、装配装配成机器的整个过程。成机器的整个过程。（市场调查，市场调查，购买原材料购买原材料）4 4二、本课程的学习目的二、本课程的学习目的（1 1）了解和掌握常用的工程材料；）了解和掌握常用的工程材料；（2 2）了解和掌握铸造、锻造、焊接、切削加工和特种加工；）了解和掌握铸造、锻造、焊接、切削加工和特种加工；（3 3）熟悉机械制造全过程，并了解现代机械制造技术。）熟悉机械制造全过程，并了解现代机械制造技术。5 5三.本课程的学习方法 1、复习金工实习的教材内容，结合 实习操作掌握的知识，归纳总结。2、结合工程材料课程内容，掌握选材和常用材的知识。3、本课程是一门重要的综合性技术基础课，重在自学。6
3、 6三.本课程的考核办法 1、期末考试成绩占70%2、平时成绩占30%（课堂、实验、作业等）7 71 铸铸 造造n n一、铸造的定义：将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型中，冷却凝固后获得毛坯或零件的方法。8 8n n二、铸造的特点：铸造是利用液态金属直接凝固成形 适应性广 生产复杂零件 成本较低9 9n n三、铸造的不足三、铸造的不足：生产过程复杂,废品率高铸件的力学性能较低工人劳动条件差n n四、铸造分类：根据造型方法不同可分为：砂型铸造和特种铸造101011 液态合金的铸造性能液态合金的铸造性能n n铸造性能：合金在铸造过程中表现出来的性能，主要指流动性、收缩性、吸气性等11
4、11111 合金的流动性和充型能合金的流动性和充型能力力n n一、合金流动性：1、定义：指液态合金本身的流 动能力，它是合金的主要铸造性能之一。12122、流动性的测定：螺旋形金属流动性试样1313二、影响合金流动性的主要因素：影响因素很多，凡影响铸型中液态合金保持流动时间长短和流动速度的因素，都能影响其流动性，但化化学成分学成分的影响最为显著1414(一一).铁碳合金的基本组织铁碳合金的基本组织1 1、铁素体（、铁素体（、铁素体（、铁素体（F F）：碳与：碳与：碳与：碳与-Fe-Fe形成的间隙固溶体。形成的间隙固溶体。形成的间隙固溶体。形成的间隙固溶体。性能性能性能性能-强度和硬度低，塑性和
5、韧性好。强度和硬度低，塑性和韧性好。强度和硬度低，塑性和韧性好。强度和硬度低，塑性和韧性好。2 2、奥氏体（奥氏体（奥氏体（奥氏体（AA）：碳与：碳与：碳与：碳与-Fe-Fe形成的间隙固溶体。高温组形成的间隙固溶体。高温组形成的间隙固溶体。高温组形成的间隙固溶体。高温组织，在大于织，在大于织，在大于织，在大于727727时存在。时存在。时存在。时存在。性能性能性能性能-塑性好，强度和硬度高于塑性好，强度和硬度高于塑性好，强度和硬度高于塑性好，强度和硬度高于F F。在锻造、。在锻造、。在锻造、。在锻造、轧制时常要加热到轧制时常要加热到轧制时常要加热到轧制时常要加热到AA，可提高塑性，易于加工。，
6、可提高塑性，易于加工。，可提高塑性，易于加工。，可提高塑性，易于加工。3 3、渗碳体（、渗碳体（、渗碳体（、渗碳体（FeFe3 3C C ）：铁与碳形成的金属化合物。：铁与碳形成的金属化合物。：铁与碳形成的金属化合物。：铁与碳形成的金属化合物。性能性能性能性能-硬度高，脆性大。硬度高，脆性大。硬度高，脆性大。硬度高，脆性大。4 4、珠光体（、珠光体（、珠光体（、珠光体（P P ）：F F与与与与FeFe3 3C C组成的机械混合物。组成的机械混合物。组成的机械混合物。组成的机械混合物。性能性能性能性能-力学性能介于两者之间。力学性能介于两者之间。力学性能介于两者之间。力学性能介于两者之间。5
7、5、莱氏体（、莱氏体（、莱氏体（、莱氏体（LdLd ）：AA与与与与FeFe3 3C C组成的机械混合物。组成的机械混合物。组成的机械混合物。组成的机械混合物。性能性能性能性能-硬度高，塑性差。硬度高，塑性差。硬度高，塑性差。硬度高，塑性差。1515(二二).).铁碳合金状态图铁碳合金状态图(相图或平衡图相图或平衡图)1616铁碳合金状态图分析 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。3、相图的坐标 纵坐标：代表温度
8、。横坐标：代表含碳量。4、几个概念 纯铁纯铁 钢钢 铸铁铸铁 共析钢共析钢 亚共析钢亚共析钢 过共析钢过共析钢 共晶白口铸铁共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 1717特性点特性点 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-Fe中最大溶解度 1148 P点：C在-Fe中最大溶解度 727 Q点：室温时C在-Fe中最大溶解度1818特性线特性线 ACDACD：液相线液相线，液相冷却至此开始析出固相，固相，液相冷却至此开始析出固相，固相加热至此全部转化
9、为液相。加热至此全部转化为液相。AECFAECF：固相线固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，液态合金至此线全部结晶为固相，固相加热至此开始转化。固相加热至此开始转化。GSGS：奥氏体奥氏体(A)A)开始析出开始析出铁素体铁素体(F)F)的转变线，加热的转变线，加热时时F F全部溶入全部溶入A A，又称，又称A3A3线线。ESES：C C在在A A中的溶解度曲线，中的溶解度曲线，又称又称AcmAcm线。线。ECFECF：共晶线，含：共晶线，含C C量量2.11%-6.69%2.11%-6.69%的铁碳合金的铁碳合金至此发生共晶反应，结晶出至此发生共晶反应，结晶出A A与与FeFe3 3C C混
10、合物混合物-莱氏莱氏体体LdLd。PSKPSK：共析线，含：共析线，含C C量在量在0.0218%-6.69%0.0218%-6.69%的铁碳的铁碳合金至此反生共析反应，产生珠光体合金至此反生共析反应，产生珠光体P P，又称又称A1A1线。线。1919铁碳状态图的应用铁碳状态图的应用铁碳状态图的应用铁碳状态图的应用1 1、选用材料、选用材料、选用材料、选用材料：由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其由铁碳相图可知，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，我们组织各不相同，从而导
11、致其力学性能不同。因此，我们组织各不相同，从而导致其力学性能不同。因此，我们组织各不相同，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就可以根据机器零件所要求的性能来选择不同含碳量的就可以根据机器零件所要求的性能来选择不同含碳量的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。材料。材料。材料。2 2、叛断切削加工性能、叛断切削加工性能、叛断切削加工性能、叛断切削加工性能：低碳钢低碳钢低碳钢低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中中中中碳钢碳钢碳钢
12、碳钢中铁素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。中铁素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。中铁素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。中铁素体含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。3 3、制定热加工工艺：、制定热加工工艺：、制定热加工工艺：、制定热加工工艺：在在在在铸造铸造铸造铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度，含碳量为度和浇注温度，含碳量为度和浇注温度，含碳量为度和浇注温度，含碳量为4.3%4.3%的铸铁铸造性最好；在的铸铁铸造性最好；在的铸铁铸造性最
13、好；在的铸铁铸造性最好；在锻造锻造锻造锻造工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。应在奥氏体区。应在奥氏体区。应在奥氏体区。4 4、应用于热处理生产：、应用于热处理生产：、应用于热处理生产：、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由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织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。的变化，可以进
14、行热处理。并且可以正确选择加热温度。的变化，可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。的变化，可以进行热处理。并且可以正确选择加热温度。2020n n1、共晶成分共晶成分合金的流动性最好 不同合金的结晶特性：2121n n2、铸铁中的磷可提高合金的流 动性，但也可引起铁的冷脆 性n n3、铸铁中的硫会使合金的流动 性下降2222三、充型能力n n1、定义：在铸造时，液态合金充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力n n2、流动性与充型能力的关系2323n n3、影响充型能力的因素：（1）浇注条件：浇注温度 浇注速度 浇注压力 （2）铸型：铸型的导热能力 铸型的阻力 铸型的温度24241
15、12 铸件的凝固与收缩铸件的凝固与收缩一、铸件的凝固方式：凝固过程中一般有三个区域：固相区、凝固区和液相区，凝固区中液相和固相并存。根据凝固区的宽窄，凝固方式分为：n n 1、逐层凝固n n 2、糊状凝固n n 3、中间凝固25252626n n二、铸造合金的收缩 液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象。收缩是合金的物理本性，它能使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷。n n合金的收缩经历三个阶段：1、液态收缩 2、凝固收缩 3、固态收缩27272828n n合金的收缩率为液态收缩、凝固收缩、固态收缩三种收缩的总和（1）合金的液态收缩和凝固收缩常用体积收缩率表示（2）合金的固
16、态收缩常用铸件单位长度上的收缩量（即线收缩率线收缩率）表示n n不同合金其收缩率不同，常用合金中铸钢的收缩率最大，灰铸铁最小2929三、缩孔与缩松 液态合金在铸型内的冷凝过程中，如果其液态收缩和固态收缩所引起的体积减小得不到金属液的补充（即补缩），将在铸件最后凝固的部分形成孔洞。由此造成的容积较大的集中孔洞称为缩孔缩孔，细小分散的孔洞称为缩松缩松。3030n n1、缩孔的形成：3131n n2、缩松的形成：32323、缩孔和缩松的防止（1）缩孔的防止：采用冒口和冷铁，使铸件实现定向凝固：定向凝固：是在铸件可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，然后是靠近冒口的部位凝固，最
17、后是冒口本身凝固。3333n n冷铁的使用：固3434n n冷铁的作用冷铁的作用：加快铸件的局部冷速，以控制铸件的凝固顺序，本身并不起补缩作用。冷铁分外冷铁和内冷铁3535n n（2）缩松的防止：a.选用共晶成分合金或结晶温度 范围较小的合金 b.加大铸件的冷却速度 c.加大结晶压力3636113 铸造内应力、变形和裂纹铸造内应力、变形和裂纹 *铸件的固态收缩受到阻碍时，将会在铸件内部产生内应力，称为铸造内应力。*铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因 *铸造内应力分为热应力和机械应力3737一、铸造内应力的形成n n1、热应力的形成：热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同
18、一时期铸件各部分收缩不一致而引起的。3838n n用框形铸件来分析热应力的形成3939由以上分析可以得出：由以上分析可以得出：n n（1）热应力的性质是：铸件厚壁或心部（缓冷处）受拉应力（+），薄壁或表层（快冷处）受压应力（-）。n n（2）铸件的壁厚差别愈大，合金的线收缩率愈大，弹性模量愈大，则热应力愈大。4040n n2、机械应力的形成：41413、减小应力的措施n n（1）热应力的预防：减小铸件各处的温差，使其均匀冷却 具体措施：a.尽量选择弹性模量小的合金 b.设计壁厚均匀的铸件 c.对铸件进行去应力退火处理 d.在铸造工艺上控制铸件同时凝固 4242n n同时凝固：4343n n（2
19、）机械应力的预防：改善铸型和型芯的退让性，以及浇注后早开型，可以有效减小机械应力。4444二、铸件的变形与防止 1 1、铸件的变形：、铸件的变形：存在残余内应力的铸件是不稳定的，它存在残余内应力的铸件是不稳定的，它将自发地通过变形来减缓其内应力，以回到稳将自发地通过变形来减缓其内应力，以回到稳定的平衡状态。定的平衡状态。n n*受拉应力的部分将产生压缩变形受拉应力的部分将产生压缩变形受拉应力的部分将产生压缩变形受拉应力的部分将产生压缩变形n n*受压应力的部分将产生拉伸变形受压应力的部分将产生拉伸变形受压应力的部分将产生拉伸变形受压应力的部分将产生拉伸变形4545n n例如：4646n n2、
20、铸件变形的预防：（1）铸件设计为壁厚均匀、形状简单而对称 （2）采用反变形法 （3）时效处理：自然时效、人工时效自然时效：自然时效：将铸件置于露天场地一段时间，使 其缓慢地发生变形，从而使内应力消除人工时效：人工时效：将铸件加热到550650度进行去应力退火4747三、铸件的裂纹n n当铸件的内应力超过金属材料的抗拉强度时，铸件会产生裂纹，裂纹可分为热裂和冷裂。n n1、热裂：凝固后期，若高温下的铸件的线收缩受到阻碍，机械应力超过了其高温强度时，即发生热裂。n n2、冷裂：铸件凝固后在较低温度下形成的裂纹。4848n n防止裂纹的办法：防止裂纹的办法：1、减小铸件的内应力2、严格控制合金中硫和
21、磷的含量4949114 合金的吸气性和氧化性合金的吸气性和氧化性n n一、吸气性：合金在熔炼和浇注时吸收气体的能力称为合金的吸气性。n n1、侵入气孔：砂型和型芯中的气体侵入金属液中而形成气孔5050n n2、析出气孔：金属在熔炼过程中吸入气体（如H2），在冷却过程中析出而不能排出所形成的气孔。n n3、反应气孔：液态金属与铸型材料、冷铁、型芯撑等之间发生化学反应产生的气体而形成气孔5151n n减小合金的吸气性（1）缩短熔炼时间（2）选用烘干过的炉料（3）提高铸型和型芯的透气性（4）降低造型材料中的含水量（5）对铸型进行烘干二、氧化性 指合金液体与空气接触，被空气中的氧气氧化，形成氧化物。5252113 铸件的常见缺陷铸件的常见缺陷（P11表表1.4）