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第七章机械制造基础7.1毛坯的成型方法及选择选择材料→成型加工→切削加工→零件铸造锻造冲压焊接注塑一、铸造将液态金属浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的工艺叫铸造。制造木模配制型砂用木模、型砂制成砂型，浇注，凝固液态金属上砂型（上箱）浇口落砂后铸件下砂型(下箱）型腔分型面铸件铸件质量(几何形状，表面质量)达到使用要求的可直接使用，称为零件。大部分铸件需经切削加工才能达到使用要求，这些铸件称为毛坯。铸造的特点1.能制造形状复杂的铸件由于液态金属有很好的充型能力,因而能制造形状复杂的铸件,特别是具有复杂内腔。2.生产率高铸件不论大小和复杂程度，均一次成形，铸件生产率高；铸件与零件形状、尺寸相近，减少了后续加工，使零件生产效率提高。3.成本低廉铸造所用原材料便宜，如铸铁锭钢锭，废旧金属等，金属利用率高，废料少。对于贵重金属制品就更为突出。铸造的特点4.适应性广适用于几乎所有金属材料，都可以铸造。对铸件的大小没有限制，小到几克，大到几百吨的铸件都能生产，也是特大金属件的最常用的制造方法。5.铸造的缺点铸造温度较高，因此铸件易产生晶粒粗大，夹渣，缩孔，缩松，收缩变形裂纹等缺陷。铸件的机械性能低于锻件，最常用的砂型铸造尺寸精度和表面质量较低。铸造生产环境较差，劳动强度大。铸造工艺分类铸造方法有很多种，常用的有，砂型铸造，金属型铸造，压力铸造，熔模铸造，壳型铸造，离心铸造等。由于砂型铸造应用最广，产量最大，所以，通常把它做为一种基本的铸造方法，其余方法归为一类，称为特种铸造。请看录像砂型铸造砂型铸造是以型砂做为铸型材料，采用重力浇注的铸造方法。砂型需要借助模型来成形。铸件上的孔和空腔靠型芯形成。造型方法有手工造型和机器造型两类。金属型铸造金属型铸造是用铸铁、钢或其他金属材料做铸型，在重力下将液态金属浇入铸型获得铸件的工艺方法。请看录像金属型铸造的特点(1)生产率高(2)铸件尺寸精度高，表面光洁，一致性好：(3)节约金属，减少切削加工量：金属型铸件的重量可比砂型铸造的相同铸件减重20%～60%。(4)铸件机械性能好：铸件的强度，硬度，塑性和冲击韧性都有不同程度的提高。(5)金属型制造周期长，费用高：金属型铸造必须有足够的批量，才能使铸件成本下降，平均周期缩短，效率提高。(6)难以生产复杂的铸件金属型铸造的应用金属型铸造主要应用于有色金属铸件的大批量生产。如内燃机铝活塞，汽缸盖，铜轴瓦，轴套等。飞机和航空发动机上的铝、镁合金铸件，生产批量较大时用金属型铸造，如发动机放气活门壳体、主滑油泵上盖、油雾分离器壳体、安装座等。压力铸造压力铸造是用金属做铸型，在高压下浇注并凝固成形的铸造工艺。型芯顶杆型腔腔活塞浇口定模动模压室铸件(a)合型.浇料(b)压射(c)开模.顶出动型静型型芯特点（1）(1)压铸件质量好：尺寸精度能达到切削加工的一般水平，达IT12-IT11级，表面粗糙度可达到，甚至超过切削加工的一般水平，达Ra3.2-0.8μm。可生产出薄壁复杂铸件，如螺纹、小孔、文字及花纹图案等。最小孔径小于1mm。压铸件一致性好，尺寸稳定。(2)生产率高：在所有铸造方法中，压铸所能达到的生产率是最高的。压铸模上可制做多个型腔，一次可铸出多个铸件。压铸还可节省大量机械加工时间。特点（2）(3)经济性好：压铸生产率提高，铸件精度高、节省机械加工。在批量足够(＞2000～3000件)时，压铸的经济性是最好的。而且，批量越大，经济性越好。(4)缺点：压铸件有气孔，不能在高温下使用，也不能进行热处理。压铸模型制造周期长，费用高，压铸机投资也较大，不适合小批量生产。压力铸造应用压铸主要用于有色金属，中小型薄壁复杂铸件的大批量生产。在汽车、摩托车、航空航天、农机、建筑装饰、医疗器械、电机电器、仪表、计算机等行业得到广泛应用。如果摩托车发动机缸体、缸盖、变速箱壳体，汽车化油器壳体及零件，电机壳、端盖、转子，电扇底座，照像机主体，电唱机唱片盘，打印机打印头壳体等等。熔模铸造熔模铸造是用蜡或塑料制成可熔性模型，用石英砂和粘接剂做成壳型，用重力浇注的铸造工艺。熔模铸造也称失蜡铸造。(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)特点(1)尺寸精度高，表面光洁：铸件精度可达IT10～IT14级，Ra2.5～3.2mm。可实现少切削，无切削精密铸造。(2)可铸形状复杂的，薄壁铸件：蜡模易于成型，不用考虑取模，复杂内腔可用可熔型芯成型。(3)能生产各种合金，特别适合于耐热合金、贵重金属等。(4)熔模铸造工艺复杂，生产周期较长，成本较高，不宜生产大铸件。熔模铸造应用熔模铸造主要用于生产小型精密铸钢件，特别适合高熔点，难切削的合金铸件。飞机发动机中的空心涡轮叶片、轴流转子、导风轮等，就是用熔模铸造生产的。飞机上的其他钢铸件和耐热合金铸件，主要也用熔模铸造法制造。铸造方法的选择（1）铸造方法繁多，每种方法都有各自的优缺点。应对产品的情况做具体分析。如零件的形状、尺寸、合金种类，生产量，精度要求，性能要求，内部质量要求等进行全面分析，对铸件和零件的总成本，生产周期等进行综合评价，才能做出合理的选择。在选择铸造方法时，还应考虑节能和环境保护。铸造方法的选择（2）目前，砂型铸造仍是主要的铸造生产方法。80%的铸件是用砂型铸造生产的。砂型铸是生产钢铁铸件的主要方法。是生产特大件的唯一方法，在单件生产时效率高于其他方法。但在航空工业中，各种钢铸件，高温合金铸件，主要用熔模铸造方法生产，以提高精度和表面质量，减少切削加工量。中小型有色金属铸件，可选用金属型铸造和压力铸造，特别是小型薄壁零件，生产批量较大时，应优先考虑压铸。发达国家60%的有色金属铸件是用压铸生产的。作业1.铸造有哪些优缺点?适用范围如何?2.试比较砂型铸造，金属型铸造，压力铸造，熔模铸造，低压铸造的特点及应用范围。3.下列铸件宜分别采用哪类铸造工艺?为什么?车床床身,摩托车发动机缸盖,坦克履带板,自来水龙头,涡轮叶片,污水井盖,活塞。二、锻压锻压是指固态金属在高温或常温下，在外力作用下，产生塑性变形而获得所需尺寸、形状及机械性能的毛坯或零件的工艺方法。锻压加工方法有锻造、冲压、轧制、拉拔、挤压等。本章主要介绍锻造与冲压。1、锻造将固态金属加热到再结晶温度以上进行的锻压加工方法叫锻造。请•看•录•象锻造的特点1.改善内部组织，提高机械性能。2.塑变成形，质量保持不变，属无废料及少废料的加工方法。3.自由锻生产周期短，模锻生产率高。4.锻造的缺点是尺寸精度不够，表面质量差，难以加工成形状较复杂的工件。自由锻造将金属坯料放在铁砧上，用冲击力或压力使其自由变形获得所需形状的成形方法，称为自由锻造。自由锻时坯料的变形不受模具的限制，锻件的形状和尺寸主要靠锻工的技术来保证，所用设备和工具有很大的通用性。这种方法主要用于单件生产，锻件重量可小到1公斤以下，也可大到数百吨，并且是生产大锻件的唯一方法。自由锻工步模锻模锻是使金属坯料在锻模模腔内一次或多次承受冲击力或压力的作用而被迫流动成形以获得锻件的加工方法。与自由锻相比，模锻的优点是：生产率提高3～4倍；锻件的尺寸精度高，表面粗糙度值低；材料利用率提高50%，能锻制形状比较复杂的锻件，操作简单，易于实现机械化等。但锻模制造周期长，成本高，模锻件不能太大。因此，模锻适用于中小型锻件的成批和大量生产。模锻变形过程模锻件f锻造应用在各类机械中，凡承受交变的、振动的重大的载荷及高速运转的重要结构件，如轴、齿轮、凸轮、叶轮等大都采用锻件。据统计在飞机上，锻件重量占总量的85%，在汽车上占80%，在机车上占60%。2、冲压冲压是利用模具对板料进行冲压，并使之分离或变形的加工方法。板料冲压常在室温下进行，板料厚度多数在4mm以下，故又称冷冲压或薄板冲压。冲床机构简图冲孔和落料•落料与冲孔是使坯料按封闭轮廓分离的工序，又称冲裁。落料和冲孔两种工序的坯料变形过程和模具结构都是一样的。落料是被分离的部分为成品，周边是废料；冲孔则是被分离的部分是废料，周边是成品。拉深拉深是指通过模具把板坯加工成空心体或对已初拉成形的空心体进行继续拉深成形的工序，又称拉延。凸模凹模压边圈工件f1rrz拉深件（一）拉深件（二）(a)(b)f47.5f52f130f130f52冲压的主要特点1.由于工件有加工硬化，具有重量轻、刚度好、结构轻巧等优点。2.具有较高的尺寸精度和表面质量，互换性好。3.可生产形状复杂的零件（尤其与焊接工艺相结合）。4.冲压生产操作简单，便于实现机械化、自动化，生产率极高。5.冲压模具较贵，只适用于大批量生产。冲压的应用冲压成形应用广泛，无论在航空、汽车、拖拉机等交通运输工业，还是电机、电器、仪表等机电工业及日常生活用品等各生产领域都占极重要的地位。3、锻造加工对金属材料的影响1.锻造加工使铸造组织致密度增加锻造加工采用的原始坯料大都是铸锭。经锻造加工后，粗大的铸态组织细化，内部的气泡、气孔、缩松、缩孔等被锻合，使金属组织更加致密，金属的机械性能得到提高，特别是塑性和韧性比铸态时显著提高。锻造加工对金属材料的影响2、锻造加工使锻件内部纤维组织合理分布在热加工变形过程中，粗大的晶粒破碎，并沿着金属流动的方向拉长。与此同时，含有非金属夹杂的晶界也沿着此方向拉长。形成纤维组织。纤维组织的形成使金属产生各向异性：锻件在纵向(平行于纤维方向)上的塑性和韧性增加，而在横向(垂直于纤维方向)上则下降。纤维组织合理利用纤维组织合理利用拉拔工艺拉拔挤压拉拔三、焊接焊接是指通过适当的物理、冶金过程使两个分离金属构件连接成一体的连接方法。焊接原理从物理本质上来看，就是要使这两个构件的连接表面上的原子，彼此接近到金属晶格距离(0.3-0.5nm)，使金属原子之间产生金属键的结合。热影响区焊接分类1.熔化焊：使构件的被连接表面局部加热熔化，形成共同熔池。冷却后结晶形成接头，使构件连成一体的方法称为熔化焊接。2.压力焊：利用摩擦、扩散和加压等使两个连接表面上的原子相互接近到晶格距离，从而在固态下实现的连接称为压力焊接。为了使焊接容易实现，大都在加压同时伴随加热措施。3.钎焊：利用某些熔点低于被连接构件材料的熔化金属(钎料)作连接的媒介物，在连接界面上流散浸润作用，冷却结晶形成结合面的方法称为钎焊。常用焊接工艺（请看录象）1.手工电弧焊手工电弧焊是当前金属焊接的最主要形式。手工电弧焊是利用焊条与工件两极之间的，该电弧产生大量的热能与光能，从而使工件与焊条局部熔化，进行焊接的方法药皮焊芯熔滴工件渣壳焊缝熔池气体手工电弧焊的特点与应用1.手工电弧焊电弧温度高且热量集中，焊缝热影响区小，焊缝质量高；2.焊接速度快，生产率高；3.加热面积不大，翘曲变形小，焊条药皮上可加入各种物质和合金元素，可以控制焊缝金属的机械性能。4.设备简单，操作方便，能进行全位置焊接，适合焊接各种不同结构，广泛用于各工业部门焊接钢件。焊接应力与变形焊接是一种局部不均匀的加热和冷却过程,这过程造成了金属内部不均匀的膨胀和收缩,其膨胀和收缩受阻的结果产生了焊接应力,焊接应力的释放或焊件应力作用下失稳，便产生了焊接变形。氩弧焊氩弧焊是利用氩气流作为保护气体进行电弧焊的焊接方法。焊接时氩气不断地从喷嘴喷出，形成严密的氩气流，使电弧与空气隔开，杜绝外来的有害气体的侵入，从而获得良好的焊缝。可获得致密、无飞溅、高质量的焊缝。可焊接各种钢材与异种金属，甚至活泼性极强、固态400℃还能吸收氢的钛合金。611345622345非熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊CO2气体保护焊利用CO2作为保护气体的电弧焊。CO2保护焊热量集中，加热面积小，再加上气流的冷却作用，焊接热影响区小，焊件变形小，焊缝含气少。CO2气体保护焊不如氩气保护好，但CO2气价廉，成本为埋弧焊及手工电弧焊的40%.其缺点是飞溅较大，焊缝成型不美观。主要用于低碳钢、低合金钢的焊接，广泛应用于汽车、机车车辆、造船、起重、罐体、油管等方面的焊接。点焊（电阻焊）点焊是将被焊零件搭接后，在电极加压的情