机械制造工艺基础教案

绪论

一、机械制造工艺

机械制造工艺是各种机械的制造方法和过程的总称。

制造方法：热加工方法铸、锻、焊

冷加工方法机床切削

组装试验钳工装配、试验

学习本课就是了解整个机械制造中各种机械加工方法的工艺过程。

二、课程的性质和任务

本课的性质是技校机械类专业的一门专业基础课。主要内容包括：

（1）毛坯制造工艺（俗称热加工工艺）

（2）零件切削加工工艺（俗称冷加工工艺）

（3）机械加工工艺规程制定（编写工艺文件：根据零件图样进行工艺分析，制定加工工序、工步。）

（4）装配（将合格零件装配成成品的工艺过程）

学习本课的基本要求：

（1）以机械制造工艺过程为主线，了解毛坯制造（铸、锻、焊）零件切削加工（车、铣、刨、磨）各主要工种的工作内容、工作特点、工艺装备和应用范围等基础知识。

（2）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。

（3）初步掌握选择毛坯和零件加工方法的基本知识。

（形状复杂的宜选用铸件毛坯，强度要求高的宜选用锻件毛坯）

（5）初步掌握确定常见典型零件加工工艺过程的基本知识。

（典型零件：轴类、套类、齿轮、箱体等）

（6）了解装配的基本知识和典型机械、部件的装配方法。

三、生产过程概述

1、生产过程与工艺过程

（1）生产过程将原材料转变为成品的全过程叫生产过程。

金属材料铸、锻、焊毛坯切削、热处理零件装配、试验机械（成品）

生产过程包括：生产准备过程（设计、编写工艺规程、制定材料设备采购计划、制定生产计

划等）

工艺过程（需要的各工种工序工艺过程）

生产辅助过程（原材料购置、运输保管、成本核算、销售服务）

（2）工艺过程改变生产对象的形状、尺寸及相对位置和性质，使其成为成品或半成品的过程。

包括：毛坯制造、零件加工、产品组装。

（工艺过程实际就是零件及产品的制造过程，它是直接作用于生产对象的加工过程，在整个生产过程中，它是一个主要部分）

2、工艺规程规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法的工艺文件。

1）工艺规程中常用的文件形式：（有以下两种）

（1）机械加工工艺过程卡片

零件从毛坯到成品需安排的工艺过程。

（2）机械加工工序卡片

某一工艺过程的加工工序（粗、精加工工序）

2）工艺规程的作用：（见P3、）

3）工艺规程的重要性：

工艺规程是工艺过程的书面文件，在生产中有着极其重要的作用。在正常条件下，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，是全体有关生产人员必须认真贯彻和严格执行的纪律性文件。

第一章、铸造§1—1、概述

将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔中，待其凝固后而得到一定形状和性能铸件的方法称为铸造。

铸造所得到的金属工件或毛坯称为铸件。

一、铸造的分类

根据生产的方法不同，铸造可分为砂型铸造和特种铸造两大类。

1、砂型铸造用型砂紧实成形的铸造方法。

湿砂型铸造（潮模铸造）

干砂型铸造（干模铸造）挂图解析砂型铸造工艺过程。

2、特种铸造一般称砂型铸造以外的其它铸造方法为特种铸造。

金属型铸造：将熔融金属浇入金属铸型获得铸件的方法。

压力铸造：使熔融金属在高压下充型、凝固的铸造方法。

离心铸造：利用离心力浇铸铸件的方法

浸入水玻璃石英粉涂料，撒上石英砂，浸入氧化铵溶液中硬化，如此重复，制成型壳，再将型壳加热，熔出蜡模，得到空腔型壳然后进行浇铸的方法。

二、铸造的特点（P5）

1、优点：

（1）可获得各种复杂外形及内腔的铸件。（各种箱体、床身、机架、汽缸体等）

（2）铸件尺寸与质量几乎不受限制。（小至几毫米、几克的金银饰品，大至十几米、几百吨的铸件均可铸造）

（3）可铸造任何金属和合金铸件。

（4）铸件成本低廉。（指普通铸造：原材料来源广泛、生产设备简单）

（5）铸件的形状、尺寸与零件接近，可减小切削加工的工作量，并可节省大量金属材料。（以齿轮加工为例解析：圆钢毛坯、铸件毛坯）

由于铸造具有上述优点，所以，铸造工艺被广泛应用于机械零件的毛坯制造，在各种机械和设备中，铸件所占的比重是非常大的。

铸件在各种机械设备中的质量比：

（1）各种农业机械达40％～70％

（2）普通机床、内燃机达 70％～80％

（3）重型机械设备高达 90％

由此可见铸造在机械制造中的地位是非常显赫的，素有“机械之母”的称号。

2、缺点：

（1）铸造生产工艺繁多，工艺过程较难控制，铸件易产生缺陷。

（2）尺寸均一性差，精度低。（给毛坯加工带来一定困难，需找正基准）

（3）内在质量差，承载能力不及锻件。

（4）工作环境差，温度高，粉尘多，劳动强度大。

小结：

§1—2、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：经筛洗目数符合要求（粒度为0.075～1mm）的硅砂。

旧砂：使用过的型砂。

黏土颗粒小于2um的黏性粉土。

黏结剂无机黏结剂：水玻璃、澎润土等。

有机黏结剂：干性油（桐油）淀粉、纸浆残液等。

黏结剂的作用：使型砂、芯砂具有一定的强度和可塑性。

附加物烟煤粉、锯末屑等。

烟煤粉的作用：可防止铸件表面粘砂保证铸件表面光洁。

锯木屑的作用：可改善砂型和砂芯的透气性和退让性，保证铸造的工艺

性。

将以上材料按一定比例，经搅拌碾压混制而成。

2．型砂和芯砂

型砂按一定比例配合的造型材料，经过混制，符合造型要求的混合料称为型砂。

（用于制作砂型的砂料）

芯砂按一定比例配合的造型材料，经过混制，符合造芯要求的混合料称为芯砂。

（用于制作芯型的砂料）

由于砂型在浇注和凝固过程中要经受熔融金属的冲刷、静压力和高温的作用，型芯则还要承受凝固收缩时的压力，因此要求型砂在物理上应具有以下几方面要求：（1）可塑性好，易于成形。（有利于型腔清晰）

（2）强度高。（能承受铁水的冲击压力，不致砂型毁坏，避免铸件产生夹砂、结疤、砂眼等缺陷。）

（3）耐火性好（不易软化，熔融烧结；避免铸件表面粘砂，导致清理、切削困难。）

（4）透气性好（能使浇注时产生的气体迅速排出。）

（5）退让性好（能使铸件收缩时产生的内应力得到一定释放，避免铸件产生变形和裂纹。）

在以上的特性中，芯砂比型砂要求更高。（以芯砂的工作条件解析）

3．砂型

定义：用型砂制成，包括形成铸件形状的空腔、型芯和浇冒口系统的组合整体称为

砂型的制作是砂型铸造工艺工程中的主要工序。（俗称造型工序）

砂型的制作材料及工艺装备：

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：由生铁铸成，用于支撑砂型。

模样：木制模样、铝制模样、用于造型。

芯盒：木制芯盒、铝制芯盒、用于造芯。

二、模样、芯盒

1．模样与芯盒

模样用木材、金属或其它材料制成，用来形成铸型型腔的工艺装备。

（金属模样常用于大批量生产中的铸件）

芯盒制造型芯或其它耐火材料芯所用装备（根据铸件内部形状尺寸设计制造）2．制造模样与芯盒的注意要点：（P7）

（1）分型面（分型面是指铸型组元之间的结合面。图例示意）

选择分型面时，应使分型面具有最大水平投影尺寸（这样便于铸型的组合）并应尽量满足浇注位置的要求（便于浇注）同时应考虑造型时的起模方便，简化造型工艺。

要点：

1）分型面应尽量为平面，不用或少用曲面。（这样可以简化造型工艺，便于造型和铸型的组合）

2）分型面数量应尽可能少。（分型面过多会使铸型不紧凑，影响浇注的工艺性）3）分型面应能使整个铸件或铸件的重要表面、基准面都在铸型的同一组元内（最好将整个铸件都设置在下型之内，这样能保证铸件尺寸和形状的完整性

和准确性。）

4）分型面的选择应避开活块、减少型芯或使型芯安置方便、稳固

（2）收缩余量：根据金属的收缩率，适当增大铸件的体积尺寸。

（3）加工余量：根据零件的公差尺寸适当增大的加工尺寸。

（通常指铸件加工面尺寸，一般小型铸件的加工余量为2~6mm）（4）起模斜度：便于造型时模样的取出。一般α= 0.50～30（见P8、图1-5）

（5）铸造圆角：主要为方便取模或脱模设置（见P8、图1-6）

（6）设置芯头：模样上突出部分，造型后形成芯座，用于放置砂芯。

三、造型

定义：用造型混合料（型砂或石英耐火材料）及模样等工艺装备制造铸型的工艺过程称为造型。

造型分为：手工造型、机器造型和自动化造型。

1、手工造型全部用手工或手动工具完成的造型工序。

特点：造型方法简便，工艺装备简单（简单的修型工具、杵砂杆等）

适应性强（适应各种铸造生产，特别是大型、复杂铸件生产）缺点：生产率低，劳动强度大，铸件质量不稳定。

手工造型包括：

有箱造型（干砂型）整体模造型：模样无分面模（适用于形状简单的铸件）

分开模造型：模样有分面模（适用于形状复杂的铸件）

（据P9、图1-9、1-10、解析）

脱箱造型（见P10、图1-11）特点：可用一个砂箱造出许多铸型。（一般用于批量较大的小型铸件的铸造，可节省砂箱的制作且造型方便。）地坑造型（见P10、图1-12）特点：利用地坑造型，主体铸型不用砂箱，（只用上砂箱）且铸件形体尺寸不受限制。（主要用于大、中型铸件的单间生产。）刮板造型（见P11、图1-13）特点：可以节省制作模样的材料和工时，缩短生产准备时间。（主要用于尺寸较大的回转体铸件的生产。如：带轮、齿轮、

飞轮等。）

手工造型工艺过程：

安放模样、下砂箱填砂杵砂刮平翻箱修整分型面、（注意撒上隔离干砂）安放浇口棒和上砂箱填砂杵砂刮平、打定位销孔、取出浇、冒口棒、分型脱模修模涂料烘干。

2、机器造型和自动化造型

机器造型用机器完成紧砂和起模或至少完成紧砂操作的造型工序。

自动化造型所有造型工序基本不需人力完成的造型过程。

特点：生产效率高，可改善劳动条件。

提高铸件精度和表面质量。（因采用精度较高的金属模样）

适应大批量生产和流水线生产。

但是，其设备、工艺装备投资较大，且铸造适应范围小。

四、造芯

制造型芯的过程称造芯。

型芯是为获得铸件内孔或局部外形，用芯砂或其他耐火材料制成的安放在铸型内部的铸型组元。

造芯可分为手工造芯和机器造芯

手工造芯利用芯盒造芯，型芯质量不稳定。适应单件、小批量生产。

（通常与手工造型配合）

机器造芯造芯机造芯，型芯质量好，适应于大批量生产。

（通常与机器造型配合）

手工造芯工艺过程：

紧固芯盒填砂置入芯骨杵紧型砂撤芯盒修型

涂料烘干。

五、浇注系统

1、浇注系统简称浇口。

作用：（1）保证熔融金属平稳、均匀、连续地充满型腔。

（2）阻止熔渣、气体和砂粒随熔融金属进入型腔。

（3）控制铸件的凝固顺序。

浇注系统的构成：

浇口杯漏斗形外浇口。能缓和熔融金属对铸型的冲击，并使熔渣、杂质上浮，起挡渣作用。

直浇道浇注系统中垂直通道。可调节铁水流入型腔的速度和压力，直浇道越高，浇注的流速越快压力越大。

横浇道浇注系统中的水平通道。其截面多为梯形，用以分配熔融金属流入内浇道。

内浇道浇注系统中，引导液态金属进入型腔的通道，用以控制熔融金属的流动速度和方向。

开设浇注系统的要求：

一般情形下，直浇道截面应大于横浇道截面，横浇道截面应大于内浇道截面

这样能形成压差，以保证熔融金属充满浇道，并使熔渣浮集在浇道上部，起挡渣作用。

2、冒口

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，还起排气和集渣的作用。一般设置在铸件的最高处和最厚处。（设置在高处是为了便于浇注时能顺利排气、排渣；设置在最厚处有利于冒口清理时避免损伤铸件体。）

六、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称为合型。

合型时应注意：

1）合型时应对砂型和型芯的质量进行检查，若有损坏，需要进行修理；为检查型腔顶面与型芯顶面之间的距离，需要进行试合型（也叫验型）。

2）合型时，要保证铸型型腔几何形状和尺寸的准确及型芯的稳固。

3）合型后，上、下型应用夹具夹紧或在铸型上放置压铁，以防止浇注时上型被熔融金属顶起，造成抬箱、射箱（熔融金属流出箱外）或跑火（着火的气体逸出箱外）等事故

合型的工艺过程：

补型安置型芯试合型检查调整清洁型腔合型

夹装或放置压铁

§1—3、浇注、落砂和清理

一、浇注

定义：将熔融金属从浇包注入铸型的操作称为浇注。

1．浇包

浇包是用来容纳、输送和浇注熔融金属用的容器。

构造：由钢板焊制或铆制，内衬耐火材料而成。

（挂图简介几种常用浇包：P14、图1-19）

a)握包用手掌握的小型浇包，用于小型铸件浇注。

b)抬包双人或多人抬浇的浇包，用于小型或中型铸件浇注。

c)吊包用起重行车吊浇的大型浇包，用于大型铸件浇注或输送熔融金属供抬包

浇注。

为了获得优质铸件，除正确的造型，熔炼合格的铸造合金溶液外；浇注温度的高低以及浇注速度的快慢也是影响铸件质量的重要因素。

2．浇注温度和浇注速度

浇注温度熔融金属浇入铸型时所测得的温度。（举例解析温度的影响）

灰铸铁的浇注温度一般在1340 0C

黄铜1060 0C

青铜1200 0C

浇注速度单位时间浇入铸型中的金属液质量。（用kg/s表示）

一般根据铸件的大小，凭感觉控制。

浇注要点：

（1）除渣将金属液表面熔渣除尽。

（2）浇注时，须使浇口杯保持充满，不允许中途浇注中断。

（3）防止飞溅和漫溢。（要求浇注准确，收水及时）

二、落砂和清理

1、落砂（清砂）用手工或机械使铸件和型砂、砂箱分开的操作。

手工落砂

机械落砂

注意：落砂应在铸件充分冷却后进行，过早的落砂，会因铸件冷却太快而使其内应力增加，导致变形开裂。

干砂型（特别是大型）浇注，冷却时间需长些；

湿砂型浇注，所需冷却时间短些。

2、清理（清产）落砂后从铸件表面清除粘砂、型砂、多余金属（冒口、飞翅、

1）浇冒口清理

铸铁件：可用铁锤敲除；铸钢件：可用气割切除；

有色金属：可用锯除法。

2）飞翅（飞边）清理垂直于铸件表面上厚薄不均的薄片状突起物。

（一般出现在铸件分型面和芯头部位）

较大的飞翅和毛刺可用錾子或移动式砂轮机清理；

较小的飞翅和毛刺可用铁锤直接敲除。

3）粘砂清理：

大型铸件可采用水力清砂、喷砂清理；

小型的大批量铸件一般用专用清理设备清理。

4）精整：将清理后的铸件进行打磨、矫正、上底漆。

三、铸件的外观检查及缺陷

铸件经落砂、清理后应进行质量检验。一般的铸件均需进行外观质量检查，重要的铸件还需进行内在质量检查和使用质量检查。

3、铸件的外观质量

表面粗糙度：应达到图样上给定的用不去除材料获得的表面粗糙度要求。

表面缺陷：夹砂、结疤、皱皮、缩陷应不影响切削工艺。

尺寸公差、形状偏差、质量偏差等应符合技术要求。

4、铸件的内在质量

化学成分：铁、硅、锰、硫、磷含量是否符合要求；

力学性能：强度、塑性、硬度、韧性以及抗疲劳强度是否符合要求；

金相组织：灰铸铁中石墨以片状形态存在，断口呈灰色；球墨铸铁石墨呈球状。

（内在质量一般通过试验和金相分析检测）

内部孔洞、裂纹、夹杂物缺陷：通过无损探伤法检测。

5、使用质量

在强力、高速、磨耗、腐蚀、高热等不同条件下的工作性能；

切削性能、焊接性能、运转性能。

铸件的缺陷（挂图解析）

（1）气孔特点：存在于铸件内部（接近上表面）孔壁较光滑，呈梨形、圆形或

椭圆形；大孔孤立存在，小孔则成群出现。

原因：砂型中水分过多、发气性物质配比过高、浇注速度过快（型腔

中气体来不及排出）

（2）缩孔特点：出现在铸件最后凝固部位（中间部位）其孔壁形状不规则，孔

壁粗糙并带有枝状晶。

（铸件断面出现分散而微小的缩孔称为缩松；有缩松缺陷的部位，在气密性试验时可能出现渗漏现象。）

（3）砂眼特点：铸件内部或表面带有砂粒的孔洞。

原因：型砂强度不够、砂型紧实度不足、浇注速度太快。

（4）粘砂特点：铸件部分或整个表面粘附一层砂粒和金属的机械混合物（芯骨材料）或由金属氧化物、砂子和黏土相互作用而生成的低熔点化合物。

原因：型砂的耐火性差或浇注温度过高。

（5）裂纹特点：铸件表面或内部形成开裂。

原因：铸件壁厚相差大；（应缓慢冷却，避免过早落砂）

浇注系统开设不当；（应开设在铸件较厚处）

砂型与砂芯的退让性差。（增强型砂或芯砂的退让性）

这些缺陷使铸件在收缩时产生较大的应力从而导致开裂。

小结：

作业布置：

§1—4、特种铸造简介

一、金属型铸造

定义：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。

金属型一般用灰铸铁或铸钢制成，尺寸精度高。

型心可用：砂芯（因砂芯耐火性好常用于高熔点合金铸件）

金属芯（常用于有色金属铸件）

与砂型铸造比较，金属型铸造有如下特点：

（1）可多次使用，浇注次数可达数万次而不损坏。

（2）尺寸精度高（IT12～IT10），表面粗糙度Ra可达（12.5～6.3）

可使铸件形状，尺寸准确、表面光洁。

（3）传热迅速，铸件冷却速度快，因而铸件结晶晶粒细，力学性能好。

（此特性只适合非铁合金铸件，有细化组织的作用。铸造灰铸铁则易出白口）

白口铁一种断口呈银白色，性能既脆又硬，切削性能极差的铸铁。

（4）生产率高，无粉尘，劳动条件比砂型铸造好。

（5）但设计、制造、使用及维护要求高，制造成本高；生产准备时间长。

（这是金属型比较砂型成本高的地方）

金属型主要应用于非铁合金铸件的大批量生产，其铸件不宜过大，形状不能太复杂，壁不能太薄；所以金属型铸造有一定的局限性。

二、压力铸造（压铸）

定义：使熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。

主要由压铸机完成压铸充型的过程。（据图解析压铸机工作原理）

压铸机主要由压射装置和合型机构组成。（P17、图）

类型按铸型是否预热分为：

冷室压铸机适应于非铁合金压铸。（如：锌、铝、镁、铜等有色金属）

热室压铸机适应于铁合金压铸。（如：铸铁、碳素钢、合金钢等）

按压射冲头位置分为：立式、卧式两种。

压铸的特点：

（1）可以铸造形状复杂的薄壁铸件。

因铸件在高压下充型、凝固、可消除铸件在凝固收缩时的应力作用。

（2）铸件质量高，强度和硬度都较砂型和金属型铸件高。

尺寸精度可达IT12～IT10，Ra可达3.2～0.8。

（这也是压铸收缩影响小的原故）

（3）生产率高，成本低，容易实现自动化生产。

压力铸造是实现少切削或无切削的铸造工艺，压铸产品可一次成型无须加工。主要用于锌、铝、镁、铜等有色金属的中、小型薄壁铸件的大批量生产。

三、离心铸造

定义：使熔融金属浇入绕水平轴、倾斜轴或立轴旋转的铸型，在惯性力作用下，凝固成形的铸件轴线与旋转铸型轴线重合。这种铸造方法称为离心铸造。

特点：

（1）用金属型或砂型，在离心作用下浇注成型。

（2）铸件组织细密，无气孔、缩孔、夹渣等缺陷。

（3）设备简单，成本低，生产率高。

（4）但内表层余量大，机械加工量大。

（这是因为在离心力作用下，金属液中的熔渣、杂质都积聚在铸件内表面，因此，内表层的加工余量通常都比较大。）

应用：主要用于空心回转体铸件的单件、成批、大量生产。（例：轴套、珐琅套等）还可进行双金属衬套（铜、铝合金衬套）轴瓦的铸造。

四、熔模铸造

定义：用易熔材料制成摸样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成型壳，熔出模样后经高温焙烧，然后进行浇注的铸造方法称为熔摸铸造。也称失蜡铸造。

（据图解析熔模铸造法工艺过程）

熔模铸造的特点：

（1）可以制造形状很复杂的铸件。

因为形状复杂的整体蜡模可以由若干形状简单的蜡模单元组合而成。

（2）铸件的尺寸精度高（IT12～IT9）Ra值可达（12.5～1.6）

（3）适应性广，既可浇注低熔点的有色合金铸件，也可生产高熔点的金属铸件。

因型壳由石英耐火材料构成，耐火性比普通型砂要好。

（4）但生产工艺复杂，生产周期长，成本较高，且铸件质量不能太大。

应用：主要用于铸造各种形状复杂的精密小型零件的毛坯。

小结：

作业布置：P19 1、2、10、

任务二锻造

锻造是指在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以便获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。

锻件则是指金属材料经锻造变形而得到的工件毛坯。

锻造从本质上讲就是利用固态金属的塑性变形能力实现成形加工的。

锻造的特点和分类

1、特点：

（1）锻件的组织性能好。（通过锻造可以改善金属的内部组织，提高金属的力学性能。经锻造的金属其内部结晶组织晶粒更加细密）

（2）成形困难且适应性差（这是由于锻造时金属的塑性流动类似于铸造时熔融金属的流动，但固态金属的塑性流动必须在施加外力的条件下，采取加热等

工艺措施才能实现。因此，塑性差的金属材料（如灰铸铁）是不能进行锻造

的，而且形状较复杂的锻件也难以锻造成形。特别是不能锻造内部形状复杂

的锻件。）

（3）成本较高（由于锻造的成形相对铸造来说困难得多，锻件毛坯与零件的形状相差较大，材料利用率较低；而且锻造设备投资成本较高，故锻件的成本

通常比铸件要高。

2、分类：

根据成形方式不同分为

（1）自由锻（按工件所受作用力来源不同又分为）

手工自由锻应用铁砧、手锤等简易工具手工锻造，效率低，劳动强度大。

机器自由锻应用锻造设备气锤等进行自由锻造，效率高，劳动强度改善。

（机器自由锻是自由锻的主要生产方法。）

（2）模型锻（模锻）（按使用锻造设备不同又分为）

胎膜锻使用自由锻设备进行锻造。模具不与设备装在一起，只在使用时才将模具放在设备的下砧上。

模锻使用专门的模锻设备进行锻造。（如：模锻空气锤、螺旋压力机、平锻机、模锻水压机等；）模具是分别装在锤头和砧座上的。

一、自由锻

自由锻定义：

自由锻是指利用冲击力或压力使高温金属坯料在上、下两个铁砧之间受力向各个方向自由流动产生变形，从而得到所需要的形状、尺寸锻件的一种工艺方法。

自由锻的特点：

（1）锻件精度不高，形状简单。（主要锻造杆类零件毛坯和盘饼类零件毛坯）其形状和尺寸一般通过操作者使用通用工具来保证。

（2）对于大型及特大型锻件，自由锻也是唯一有效的方法。因为模锻有一定局限性。

可以说：在锻造工艺中，自由锻是应用最多和最普遍的锻造方法。

1．自由锻设备

1、空气锤以压缩空气为工作介质，驱动锤头上下运动打击锻件，使其获得塑性变

形的锻锤。（椐图解析气锤结构及工作原理）

空气锤的吨位以落下部分的质量表示：

常用的吨位有：0.15～0.75t（150～750kg）还有1～5t的大气锤

主要适用于中小型锻件生产。

在空气锤上进行自由锻时，应根据锻件的体积大小和质量，合理选用锻造

设备。设备吨位太小会造成锻不透，生产效率低。吨位太大则造成动力浪费，增加锻造成本。

2、水压机以水作为工作介质传递能量的机器。工作时以静压力作用在锻件上，使

其发生变形。

水压机吨位是以上砧块的最大工作压力来表示。

常用吨位有500～12000t

主要用于大型和特大型锻件生产。

（椐图解析水压机工作原理见：P21、图2—6）

2．自由锻工序

自由锻工序可分为基本工序、辅助工序和精整工序三大类

1）基本工序有：镦粗、拔长、冲孔、切割等。

（1）镦粗和局部镦粗

定义：使毛坯高度减小，横断面积增大的锻造工序称为镦粗。

镦粗一般用来制造齿轮毛坯或盘饼类毛坯。

为防止坯料镦粗时产生轴弯曲，镦粗部分的高度应不大于坯料直径的2.5～3倍。

在坯料上某一部分进行的镦粗叫局部镦粗。

局部镦粗只需加热需镦粗的部分，然后利用垫环锻压镦粗部分。

（2）拔长、芯棒拔长和扩孔

使毛坯横断面积减小、长度增加的锻造工序为拔长。

减小空心毛坯壁厚，而增加其内外径的锻造工序为扩孔。

（挂图解析）

拔长主要用于锻造杆轴类零件或空心轴类零件的拔长，扩孔则用于空心类零件的孔径扩大。

（3）冲孔在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。

双面冲孔

单面冲孔（P23、图2—11、12）

用于锻造环套类零件和齿轮坯件的轴孔冲制。

（4）弯形采用一定的工模具，将锻件弯制成所需形状的变形工序自由弯形

成形弯形（P23、图2—13）

适应于锻造吊钩，弯板、角尺等零件

（5）切割利用剁子将坯料切断或部分割开的锻造工序

单面切割

双面切割（P23～24、图2—15）

用于切除锻件的料头、分段、劈缝或切割成所需形状等。

（6）错移以坯料轴线为基准，将坯料一部分相对另一部分平移错开的锻造工序。

用于锻造曲轴类零件

（7）扭转将坯料一部分相对另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。

用于锻造相错轴连杆类零件或扭曲类零件。

2）辅助工序

是指协助基本工序操作时所采用的一些工序方法。如压钳口、（锻造时由助手压制钳口位置避免打偏）压肩、钢锭倒棱等。

3）精整工序

是以减少锻件锻件表面缺陷而进行的工序。例如用整形模对锻件校正整形等。

小结：

二、模锻

模锻是使金属坯料在锻模模膛内一次或多次承受冲击力或压力的作用，而被迫流动成形的锻造方法。由于模膛对金属坯料的流动限制，最终被锻成与模膛形状相符的锻件。

模锻的主要特点：（见P10、共六点，逐条解析）

模锻按使用设备的不同分为锤上模锻和胎模锻两种。

1．锤上模锻

定义：用专用模锻设备进行锻造的方法。

锤上模锻所使用的专用模锻设备有：模锻空气锤、螺旋压力机、平锻机、模锻水压力等。

锤上模锻的最大特点就是其锻模是紧固在锤头（或滑块）与砧座（或工作台）上的，（见P11、图1.13）锤头沿导向性良好的导轨运动，砧座通常与模锻设备的机架连接成整体。

锤上模锻所使用的锻模较一般胎模更复杂、精密。（见P11、图1.14）

锻模的模膛分为：

制坯模膛完成坯料的拔长、滚挤、弯形。

模锻模膛完成预缎和终锻。

2．胎模锻

定义：在自由锻设备上使用可移动胎模具生产模锻件的一种锻造方法。

胎模锻所使用的坯料必须先经自由锻制成粗坯，再在模锻中终锻成形。由于胎模可以移动，一台自由锻设备可用各种不同形状的胎模锻造各种不同形状尺寸的模锻件。因此，胎模锻既具有自由锻简单、灵活的特点又具有模锻能锻造形状复杂，尺寸准确的锻件的优点。

适用于小批量生产中用自由锻成形困难，模锻又不经济的复杂形状锻件的锻造。

1）胎模锻特点：（见P11、共六点）逐条解析

2）胎模的分类：

制坯整形模（摔模）用于回转体轴类坯件的制坯、整形、拔长、校正。

成形模：扣模用于非回转体杆料的制坯、弯形或终锻成形（三棱条等）

用于回转体齿轮坯件的制坯成形。

合模由上下模及导向装置（定位销）组成

用于形状复杂的非回转体锻件成形。

切边冲孔模由冲头、垫环组成。用于切除坯件的飞边或坯件的冲孔。

任务三板料冲压

板料冲压是指利用冲压设备使板料经分离或成形而得到制件的加工方法。

一、冲压设备

最常见的冲压设备有机械压力机和剪切机。

1、机械压力机（冲床）

2、剪切机（剪扳机）挂图解析其工作原理

二、冲压的基本工序

1、分离工序：使板料的一部分和另一部分分开的工序。（包括冲裁和切断）

冲裁利用冲模将板料以封闭的轮廓与坯料分离的一种冲压方法。

包括落料和冲孔

落料是利用冲裁获取制件或坯料的方法，其冲落部分为制件或坯料。

冲孔是将冲压坯内的材料以封闭轮廓分离出来，得到带孔制件的冲压方法，

其冲落部分为废料。

冲裁时，板料的变形过程分为三个阶段：（见P13、图1.16所示）

（1）弹性变形阶段

就是在凸模接触板料时，板料产生弹性压缩及弯曲变形。此时凹模上的板料会向上翘起，凸凹模间隙越大，上翘现象会越严重。（冲裁效果也会越差）

（2）塑性变形阶段

凸模继续压入，当材料的应力达到屈服点时开始产生塑性变形。随着凸模压入深度的增加，塑性变形程度愈大，此时，凸凹模刃口处材料硬化加剧，产生微裂状态。

（3）断裂分离阶段

刃口处的上、下微裂纹在凸模的继续施压下，向材料内部扩展并重合，使板料被剪切分离。

2、成形工序：使板料发生塑性变形，以获得规定形状工件的工序。（包括弯形和拉深）

弯形将板料在弯矩作用下弯成具有一定曲率和角度的制件的成形方法。

弯形工艺的特点：（P13）

外侧的拉应力超过材料的抗拉强度时，将产生弯裂的现象。坯料越厚且弯形半径越小，坯料承受的压缩和拉伸应力越大，坯料越容易弯裂。

为防止坯料弯形时产生弯裂，应采取三个方面的工艺措施：

①控制相对弯形半径r/t （即：弯形件内表面圆角半径与材料厚度的比值）

弯形半径愈小，弯形的变形程度愈大，弯形件外侧愈易弯裂。

为防止弯裂，一般要求弯曲模的弯形半径要大于限定的最小弯形半径r min

通常取（0.25～1）t （材料越厚相对弯形半径应大些，反之可小些；塑性好的热轧板或经退火的材料，弯形半径可小些；塑性差的冷轧板弯形半径应大些。）

②正确截取弯形用板料

裁料时，板料的纤维方向与弯形时的拉、压应力方向应尽可能一致。

即：板料的弯形曲线应与板料的纤维方向垂直或成450（画图例解析）

若弯曲线与纤维方向平行，则要求该处的弯形半径应比正常值大一倍以上。

例：2mm钢板正常最小弯形半径为2.5，若弯曲线与纤维方向平行，则其最小弯形半径应≥5

③凸模和凹模的工作部位应设计合理的圆角（通常按弯形半径合理设置）

（2）弯形后的零件还容易产生回弹和偏移。

回弹是指弯形时，当外力去除后，由于弹性变形的回复，会使零件的弯曲角增大，此现象称为回弹。（弯形零件的回弹势必影响零件的尺寸和形状精度。）为防止回弹影响弯形零件的尺寸和形状精度，在设计模具时应考虑其曲率角度应比零件角度小一个回弹角。一般回弹角为0～100

偏移是指坯料沿凹模圆角变形时，由于坯料受到不同摩擦阻力的影响而产生向左或向右偏移的现象。一般可利用零件上的工艺孔进行压延定位，或利用压料装置进行限位消除偏移现象。

（3）拉深变形区在一拉一压的应力状态作用下，使板料成形为空心件，而厚度基本不变的加工方法。

拉深工艺特点分析：（P13、14）

①拉深模与冲裁模不同，拉深模具有一定的圆角而不是锋利的刃口，且凸凹模之间的单边间隙一般都稍大于板料的厚度。（可保证板料的拉深成形而不被剪切）

②拉深件容易产生起皱和拉裂的缺陷

拉裂通常发生在拉深件的侧壁和底部的过渡圆角处；起皱多发生在拉深件顶部环口的法兰面。主要是由于拉深过程的拉应力超过材料的抗拉强度引起的拉裂，或因法兰部分受切向压应力的挤压作用引起的波纹皱褶现象。

防止拉深件的缺陷，应采取以下工艺措施：（见P14、共六点）

正确选择拉深系数。（拉深系数是指拉深件直径与坯料直径的比值）

一般不应小于0.5～0.8 塑性好的坯料可取下限值。

对于变形量大的拉深件应采用多次拉深（防止一次拉深引起的变形过大造成拉伤）

合理设计凸凹模圆角半径。

（钢制拉深件凹模取：r凹=10t (t为板料厚度) 凸模取凹模0.6～1倍的圆角半径r凸=（0.6～1）r凹

凸模与凹模之间应留有略大于板料厚度的间歇。

一般取 Z=（1.1～1.2）t

拉深前应对模具进行润滑。以降低拉伸应力的作用同时减少模具的磨损。

为防止拉深中出现起皱的现象，可通过设置压力圈的方法解决。

小结：

任务五焊接

焊接是指通过加热或加压或两者并用，并使用（或不使用）填充材料，使连接件达到原子间结合的一种加工方法。

焊接是一种不可拆的永久性连接金属的工艺方法，它不仅可以连接各种同质金属，也可以连接不同质的金属。

由焊接方法连接的组件称为焊件。

焊接的优点：（与其他金属连接方法（如铆接）比较，焊接具有以下优点）

（1）可以节省材料和工时，减轻结构的重量。（根据铆接与焊接的方式解析）

（2）焊接接头致密性好，可以制造密封容器，以及双金属结构件（可将不同金属焊合一起）

（3）生产率高，便于机械化。自动化生产（如特种焊接：埋弧焊、电阻焊等）但是，由于焊接过程是局部加热与冷却的过程，焊件容易产生焊接应力，形成变形及相关的焊接缺陷，有些金属的焊接，还要求有比较复杂的工艺措施才能保证其焊接质量（比如铝金属一般的焊接工艺是不能保证其焊接质量的）

焊接的应用：

焊接在现代工业生产中有着广泛的应用。如：船舶、化工容器、建筑构件、桥梁以及航空、航天、电子工业等领域都离不开焊接。

焊接的分类

按焊接过程中被焊金属所处状态不同分为：

熔焊是将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。

常见的有：

气焊利用气体火焰作热源的熔焊方法。

电弧焊利用电弧作热源的熔焊方法。

压焊是焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法。

如：电阻点焊、对焊、锻焊等。

钎焊采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料浸润母材，填充接头间隙，并与

母材相互扩散实现连接焊件的方法。

如：烙铁钎焊、火焰钎焊等。

本教材主要介绍手工电弧焊和一些特种焊接方面的基本知识

一、手工电弧焊（焊条电弧焊）

手工电弧焊是以药皮焊条为熔化电极，被焊件为另一电极，靠手工操作的电弧焊方