机械零件的成形方法
大连理工大学贾振元版机械制造技术基础专业课考研精华
大连理工大学贾振元版机械制造技术基础专业课考研精华第一章第一节零件的成形方法1.Δm<O:切削加工、磨料磨削、特种加工、三束、高压水射流【去除材料】特种加工指利用电或化学等方法完成材料去除成形的方法，适用于超硬度、易碎三束：激光束、电子束、离子束2.Δm=0:铸造、锻造、模具成形【材料成形：形状变化、质量不变】模具：注射模、压铸模、锻模、冲裁模、拉伸模、吹塑模等。
精度高，单件生产3.∆m）0：快速成形（材料加工方法）【增加材料】第二节机械加工方法（重点掌握每种方法的工艺范围及特点）（一）车削特点：工件旋转，形成主切削运动加工范围：回转表面（内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、成形面、蜗杆）、偏心轴、端面、沟槽、切断、镇孔、滚花等。
精度指标：普通车削ΓΓ8~ΓΓ7Ra63-1.6精密车削IT6-IT5Ra0.4-0.1超精密车削Ra<0.04工艺特点：易于保证工件各加工面的垂直度和同轴度切削过程比较平稳（切削力稳定、惯性小、冲击小）刀具形式比较简单，刀具制作比较容易加工成本较低（二）铳削（主运动为刀具的旋转运动，进给运动由工作台带动）加工范围：平面、沟槽、复杂曲面（成形或球头铳刀的成形运动）等。
精度指标：普通铳削IT8-IT7Ra63-1.6工艺特点：刀具比较复杂切削过程中易产生振动，影响表面质量的提高可极大提高生产率铳削的散热条件较好铳削方式立铳法（端铳法）：平面的形成运动由铳刀的端面刃形成的。
卧铳法（周铳法）：平面的形成运动由铳刀的外圆面上的切削刃形成的。
包括顺铳、逆铳，其中逆铳较常用。
逆铳：铳削的主运动速度方向与工件进给运动方向相反。
缺点：切削厚度从零逐渐开始增大，切削之初存在切削刃在加工表面的挤压滑行过程，加剧刀具的磨损；逆铳将工件上抬，易引起振动。
顺铳：铳削的主运动速度方向与工件进给运动方向相同。
缺点：切削力容易引起工件和工作台一起向前窜动，使进给量突然增大,引起打滑；铳削有硬皮的铸件和锻件时，首先接触工件外皮，加剧刀具的磨损。
锻造成型工艺介绍
＊ 再结晶：
当加热温度T再： T再=0.4T熔 原子获得更多热能，开始的某些碎晶或杂质为核心 构成新晶粒，因为是通过形核和晶核长大方式进行 的，故称再结晶。
再结晶后清除了全部加工硬化。
再结晶后晶格类型不变，只改变晶粒外形。
上升， 而塑性、韧 性下降。 ＊ 原因：滑移面附近的 晶粒碎晶块， 晶格扭曲畸变， 增大滑移阻力， 使滑移难以 进行。
● 3、金属的回复与再结晶 ＊ 回复：
冷作硬化是一种不稳定的现象，具有自发恢复到稳定 状态的倾向。室温下不易实现。当提高温度时，原子 获得热能，热运动加剧，当加热温度T回(用K氏温标)
●加工硬化的利用、消除
＊利用：冷加工后使材料强度↑硬度↑。如冷拉
钢，不能热处理强化的金属材料。
＊消除：再结晶退火（P29）650—750℃
● 热变形对金属组织和性能的影响 冷变形和热变形 ＊ 冷变形
在再结晶温度以下的变形； 冷变形后金属强度、硬度较高，低粗糙度值。但 变形程度不宜过大，否则易裂。 ＊ 热变形 再结晶温度以上变形。 变形具有强化作用，再结晶具有强化消除作用。在热变 形时无加工硬化痕迹。 金属压力加工大多属热变形，具有再结晶组织。
模膛 飞边槽
锤头
上模
分模面,parting plane 下模
模垫
⑵ 制坯模膛 ＊ i) 拔长模膛 增加某一部分长度。 ii)滚压模膛 减小某部分横截面积,以增大另一部分横截面积，坯料长度基本
不变。 切断金属。
此外还有成型模镗，镦粗台， 击扁面等制坯模镗。
在设计和制造零件时，应使最大正应力的方向于纤维 方向重合，最大切应力的方向于纤维方向垂直。尽量 使纤维组织不被切断。
先进制造技术课后作业
第三章课后习题3-2 有哪几类零件成形方法？列举这些成形方法各自工艺内容。
答：依据材料成形学观点，从物质组成方式可把机械零件成形方式分为如下三类型： ① 受迫成形：利用材料的可成形性，在特定的边界和外力约束条件下的成形方法。
② 去除成形：运用分离的办法，把一部分材料（裕量材料）有序地从基体中分离出去而成形的办法。
③ 堆积成形：它是运用合并与连接的办法，把材料（气、液、固相）有序地合并堆积起来的成形方法。
3-5 什么是超塑性？目前金属超塑性主要有哪两种工艺手段获得？答：超塑性是指材料在一定的内部组织条件（如晶粒形状及尺寸、相变等）和外部环境条件（如温度、应变速率等)下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象。
超塑性的特点有大延伸率，无缩颈，小应力， 易成形。
金属的超塑性主要有两种类型：1）细晶超塑性，又称组织超塑性恒温超塑性，其超塑性产生的内在条件是具有均匀、稳定的等轴细晶组织，晶粒尺寸常小于10μm ；外在条件是每种超塑性材料应在特地的温度及速度下变形，一般应变速率在154min 10~10---范围内，要比普通金属应变速率至少低一个数量级。
2）相变超塑性，又称环境超塑性，是指在材料相变点上下进行温度变化循环的同时对式样加载，经多次循环式样得到积累的大变形。
3-6 目前在高分子材料注射成形工艺中有哪些先进技术？答： 目前在高分子材料注射成形工艺中的先进技术有：以组合惰性气体为特征的气辅成型、微发泡成型等；以组合压缩过程为特征的注射压缩成形、注射压制成形、表面贴合成形等；以组合模具移动或加热等过程为特征的自切浇口成形、模具滑合成形、热流道模具成形等； 以组合取向或延伸过程为特征的剪切场控制取向成形、磁场成形等。
3-11 在怎样的速度范围下进行加工属于高速加工？分析高速切削加工所需解决的关键技术。
答：超高速加工技术是指采用超硬材料刀具磨具和能可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、高柔性的制造设备，以极大地提高切削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代制造加工技术。
机械制造技术基础课件第二章
2.1 零件表面成形的方法及机床切削成形运动 2.1.1 零件表面的成形方法 各种表面的组合构成了不同的零件形状，所以 零件的切削加工归根到底是表面成形问题。 组成零件的常见表面有：内、外圆柱面和圆锥 面、平面、球面和一些成形表面（如渐开线面、 螺纹面和一些特殊的曲面等）。
2－1机器零件的组成表面
传动链包括各种传动机构，如带传动、 定比齿轮副、齿轮齿条副、丝杠螺母副、 蜗轮蜗杆副、滑移齿轮变速机构、离合器 变速机构、交换齿轮或挂轮架以及各种电 的、液压的和机械的无级变速机构、数控 机床的数控系统等。上述各种机构又可以 分为具有固定传动比的“定比机构”（例 如定比齿轮副、齿轮齿条副、丝杠螺母副 等）和可变换传动比的“换置机构”（例 如齿轮变速箱、挂轮架、各类无级变速机 构等）两类。
床、其它机床。每一大类机床中，按结构、性能、
工艺范围、布局形式和结构的不同，还可细分为若 干组，每一组又细分为若干系（系列）。
3）机床型号的编制方法 按1985年国家机械工业部颁布的《金属切 削机床型号编制方法》部颁标准（JB1838-85） 和1994年国家标准局颁布的《金属切削机床型 号编制方法》国家推荐标准（GB/T15375-94），
图2-10 卧式车床所能加工的典型表面
车床按其用途和结构的不同可分为：普通车 床、六角车床、立式车床、塔式车床、自动和半
自动车床、数控车床等等。普通车床是车床中应
用最广泛的一种，约占车床总数的60%，其中 CA6140 卧式车床为目前最为常见的型号之一。 为正确选择和合理使用机床，应了解机床的技术 性能。通常机床的技术性能包括：工艺范围、机
普通机床型号用下列方式表示。
（◎） ○ （○） ◎ ◎ （×◎）（○）（/◎）
机械零件的加工工艺
机械零件的加工工艺机械零件的加工工艺是指将原材料通过一系列的工艺过程，进行切削、成形、联接等操作，最终得到符合设计要求的零件。
机械零件的加工工艺涉及到材料选择、工艺规程、加工工艺参数的确定等方面。
下面将从机械零件加工的基本步骤、常用加工方法和工艺参数的选择等方面进行详细介绍。
1. 机械零件加工的基本步骤：机械零件加工的基本步骤包括工艺准备、加工操作和工艺检验三个方面。
（1）工艺准备：包括依据设计图纸和工艺要求，选择合适的材料、设备和工具，制定加工工艺规程，并依据工艺规程制作工艺文件，如加工工序卡和工艺路线。
（2）加工操作：按照工艺文件的要求，进行机械零件的加工操作。
具体包括切削加工、成形加工、联接加工等过程。
在加工操作过程中，需要根据工艺文件和现场实际情况，灵活控制机床和工艺参数，保证加工质量和工艺效率。
（3）工艺检验：通过对加工过程和加工结果的检验，验证加工质量是否符合要求。
主要包括工艺过程中的工件检测、工艺参数记录、加工精度检验等。
通过工艺检验，及时发现问题和改进不足，提高加工质量。
2. 常用加工方法（1）切削加工：包括车削、铣削、钻削、磨削等。
切削加工是利用刀具对工件进行材料的切削，达到工件形状和精度要求的加工方法。
（2）成形加工：包括冲压、锻造、拉伸等。
成形加工是通过对工件施加压力，使其发生塑性变形，从而得到所需形状的加工方法。
（3）联接加工：包括焊接、铆接、螺纹连接等。
联接加工是将多个零件通过一定的方式连接在一起，形成一个整体的加工方法。
3. 工艺参数的选择在机械零件加工中，选取合适的工艺参数对于加工质量和效率有着重要影响。
影响工艺参数的因素包括材料的物理性质、切削刃具的材料和形状、机床类型和切削速度等。
（1）刀具材料选择：合理选择刀具材料能够提高切削刃具的硬度、耐磨性和耐冲击性。
常用的刀具材料有高速钢、硬质合金和陶瓷等。
（2）刀具形状选择：合理选择刀具的形状和刃角能够适应不同加工工艺的要求。
常用机械零件的毛坯成形方法选择
第二节常用机械零件的毛坯成形方法选择常用机械零件的毛坯成形方法有：铸造、锻造、焊接、冲压、直接取自型材等，各零件的形状特征和用途不同，其毛坯成形方法也不同，下面分述轴杆类、盘套类、机架箱座类零件的毛坯成形方法选择。
一、轴杆类零件轴、杆类零件的结构特点是其轴向（纵向）尺寸远大于径向（横向）尺寸，如各种传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴、齿轮轴、连杆、拨叉、锤杆、摇臂以及螺栓、销子等，如图6-4所示。
在各种机械中，轴杆类零件一般都是重要的受力和传动零件。
轴杆类零件材料大都为钢。
其中，除光滑轴、直径变化较小的轴、力学性能要求不高的轴，其毛坯一般采用轧制圆钢制造外，几乎都采用锻钢件为毛坯。
阶梯轴的各直径相差越大，采用锻件越有利。
对某些具有异形断面或弯曲轴线的轴，如凸轮轴、曲轴等，在满足使用要求的前提下，可采用球墨铸铁的铸造毛坯，以降低制造成本。
在有些情况下，还可以采用锻-焊或铸-焊结合的方法来制造轴、杆类零件的毛坯。
图6-5所示的汽车排气阀，将锻造的耐热合金钢阀帽与轧制的碳素结构钢阀杆焊成一体，节约了合金钢材料。
图6-6所示的我国60年代初期制造的12000t水压机立柱，长18m，净重80t，采用ZG270-500，分成6段铸造，粗加工后采用电渣焊焊成整体毛坯。
二、盘套类零件盘套类零件中，除套类零件的轴向尺寸有部分大于径向尺寸外，其余零件的轴向尺寸一般小于径向尺寸、或两个方向尺寸相差不大。
属于这一类的零件有齿轮、带轮、飞轮、模具、法兰盘、联轴节、套环、轴承环以及螺母、垫圈等，如图6-7所示。
这类零件在机械中的使用要求和工作条件有很大差异，因此所用材料和毛坯各不相同。
1.齿轮这是各类机械中的重要传动零件，运转时齿面承受接触应力和摩擦力，齿根要承受弯曲应力，有时还要承受冲击力。
故要求齿轮具有良好的综合力学性能，一般选用锻钢毛坯，如图6-8a所示。
大批量生产时还可采用热轧齿轮或精密模锻齿轮，以提高力学性能。
零件的成形原理 机械制造技术基础
是通过刀具和工件之间的相对运动及相互 力的作用实现的。工件往往通过夹具安装 在机床上，机床带动刀具或工件或两者同 时进行运动。切削过程中，有力、热、变 形、振动、磨损等现象发生，这些现象的 综合作用决定了零件
第一章 机械加工方法
最终获得的几何形状及表面质量。 对于加工精度要求特别高的零件，需要
第一章 机械加工方法
第一节 零件的成形原理
按照零件由原材料或毛坯制造成为零 件的过程中，质量M的变化，可分为△M ＜0,△M＝0,△M＞0三种原理，不同原理 采用不同的成形工艺方法。
△M＜0，材料去除原理，如传统的 切削加工方法，包括磨料磨削、特种加 工等,在制造过程中通过材料逐渐被去除 而获得需要的几何形状。
第一章 机械加工方法
等一系列高新技术，属于技术密集型产业。 三、△M＞0 的制造过程 △M＞0 的工艺即材料累加法制造（MIM）工
艺 出现于上个世纪80年代，通过材料逐渐 累加成型 。这一工艺又称RP技术（Rapid Prototyping） 。其优点是：无需编程，即 可以成型任意复杂形状的零件，而无需刀、 夹具等生产准备活动。
第一章 机械加工方法
二、△M＝0 的制造过程 △M＝0的工艺内容主要属于材料成形
课程的研究范畴。主要指铸造、锻压和焊 接等热加工工艺。在我国，铸造工艺、锻 压模具的设计和制造方面 均是薄弱环节， 特别是模具工业，模具制造精度要求较高， 其生产方式往往是单件生产。模具的设计 和制造需要CAD和CAE
第一章 机械加工方法
RP技术已形成了几种成熟的工艺方法，进入 了商品化阶段。目前商业化的设备主要有 光固化法/SL法（Stereolithography）、叠层 制造法/LOM法（Laminated Object Manufacturing）、激光选区烧结/SLS法 （Selective Laser Sintering）、熔积法/FDM 法（Fused Deposition Modeling）。
1.3机械零件的成形方法
机械制造技术
第1章 机械制造过程概述
第 3节 机械零件的成形方法
获得发生线的方法
（2）成形法 母线——刀具的切削刃 导线——刀具相对于工件的运动轨迹
获得发生线的方法
（3）展成法 刀具和工件作啮合运动，母线——切削刃瞬时包络线 导线——刀具沿齿长方向的运动
获得发生线的方法 （4）相切法
刀具边旋转边作轨迹法运动来对工件进行加工
（导线）移动或旋转而形成的。
母线和导线，统称发生线。
母线和导线可以互换——可逆表面 母线和导线不可互换——非可逆表面 如下图所示。
导线 母线
母线
导线
母线 导线 母线
导线
导线
导线 导线 导线 母线 母线 母线
图
组成工件轮廓的几何表面
获得发生线的方法 （1）轨迹法（仿形法） 母线和导线都是由刀具的运动轨迹形成的。
（5）粉末冶金
模具压制、烧结而成
一、零件的成形方法
2、材料的去除工艺
以一定方式去除工件上多余材料，得到所需形
状和尺寸的零件。
（1）切削加工
（2）磨削加工
金属切削机床和金属切削刀具
磨床和砂轮
（3）特种加工
利用电能、热能、化学能、光能
以及声能等
一、零件的成形方法
3、材料的累积工艺
以一定方式使零件重量不断增加的工艺方法。
机制教研室
本节内容
零件的成形方法 零件表面的成形
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本 零件表面的成形的方法（形成发生线的四种方法） 节 教 学 重 点 难 点
.
第三节 机械零件的成形方法
一、零件的成形方法
1.材料成形工艺
零
在加工过程中材料的形状、尺寸、性能等发生变化，而
件 重量近似等于加工前的重量。如铸造、锻造、压力加工、粉
的 末冶金、注塑成形等，这些方法多用于毛坯制造，但也可直
机械制造技术
第一章 机械制造过程概述
机制教研室
第一章 机械制造过程概述
第三节 机械零件的成形方法
第三节 机械零件的成形方法
一
零件的成形方法
本
节
教
二
零件表面的成形
学
内
容
.
第三节 机械零件的成形方法
本节教学要 求：
本
掌握零件表面的成形的方法（形成发生线的
节 四种方法）
教
学
要
求
.
第三节 机械零件的成形方法
成 接成形零件。
形 方 法
2.材料去除工艺 以一定的方式从工件上去除多余的材料，得到所需形状、
尺寸的零件。如切削加工、磨削加工、特种加工等。 3.材料累加工艺
利用一定的方式是零件的重量不断增加的工艺方法。 传
统的累加方法有焊接、粘接、铆接、过盈配合、电铸和电镀
等。近几年才发展起来的快速原型制造（RPM）。
的
快速成形是将零件以微元叠加方式逐渐累积生成。将
成 零件的三维实体模型数据经计算机分层切片处理，得到各
形 层截面轮廓，按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层 方 的箔材（LOM叠层法，图1.7）；或固化一层层的液态树 法 脂（SLA光固化法图1.8）；或烧结一层层的粉末材料
（SLS烧结法，图1.9）；或喷射源选择性地喷射一层层的
另一条线（导线）运动（移动或旋转）而形成的
零 。母线和导线，统称发生线。
件
母线和导线相对位置不同，所形成的表面也
表 不同。
面
直母线、圆导线相对位置不同就分别形成了
的 圆柱面、圆锥面和回转双曲面。
成
可逆表面：母线、导线可以互换，如平面、
形 圆柱面。
非可逆表面：母线、导线不可互换，如圆锥
面、螺旋面。
.
零件表面的形成
.
（2）成形法
利用成形刀具来形成发生线，对工件进行加 工的方法。
母线——刀具的切削刃；导线——刀具相对 零 于工件的运动轨迹。 件 表 面 的 成 形
.
（3）展成法
利用工件和刀具作展成切削运动来形成工件表 面的方法。
母线——切削刃瞬时包络线；导线——刀具沿 零 齿长方向的运动 件 表 面 的 成 形
.
快速原型制造（RPM）
快速原型制造（Rapid Photograph Manufacturing —
RPM），又称“快速成形”（ Rapid Photograph — RP）
零 或“分层制造”（Layer Manufacturing — LM），是20 件 世纪80年代后期迅速发展起来的一种新型制造技术。
粘结剂或热熔材料等（FDM熔融沉积法，图1.10），形成
一个个薄层，并逐步迭加成三维实体。
.
快速成型过程
零 件 的 成 形 方 固化树脂 法
构造三维模型 模型近似处理
切片处理
激光
喷射源
切割箔材 烧结粉末
喷粘结剂 喷热熔材料
三维产品（样品/模具）
表面处理
.
传统加工与快速成型比较
设计
零
铸造 锻压 焊接
导线 母线
母线 导线
零
件
母线
导线
表
导线
导线
面
的
母线
成
导线
形
导线
母线
母线
导线 母线
.
零件表面的形成
零
1-母线
件 表
2-导线
面
的
成
形
.
3.零件表面形成的方法（发生线的形成方法）
（1）轨迹法（仿形法） 靠刀尖的运动轨迹来形成所需要表面形状的方法。
零 母线和导线都是由刀具的运动轨迹形成的。 件 表 面 的 成 形
件 模具
模具
Байду номын сангаас
的 成去
毛坯 （大于工件）
形 方
除
半成品
法加
半成品
工
工件
a）
.
设计
快 速 成 形
样品
模具
b）
二、零件表面的成形
1.零件表面的构成
零
件 表
零件上的
面
常见表面
的
成
形
平面 圆柱面 圆锥面 成形表面 特殊表面
.
机器零件上常用的各种典型表面
零 件 表 面 的 成 形
.
2.零件表面的成形
零件表面可以看成是由一条线（母线）沿着
.
（4）相切法
由旋转刀具上的多个切削点来共同形成所需工件
表面形状的方法。
零
母线——刀具切削刃；导线——刀具运动轨迹。
件
表
面
的
成
形
.
第三节 机械零件的成形方法
思考题与习题：
思
1.零件表面成形的方法有哪几种？各适用于
考 题
什么场合？
与
2.零件表面发生线形成的方法有哪几些？试
习 题
举例说明。
.