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《机械制造技术基础》教案授课单位：授课时间：授课对象：授课教师：2018年05月01日1第一章第1节毛坯制造授课时数2教学目的与要求通过学习，使学生了解毛坯制造工艺——铸造工艺的基本概念、原理、工艺方法、常见缺陷等。掌握零件成形的基本方法。教学内容和学时分配铸造工艺的基本概念、原理；铸造的分类及工艺特点；常见铸造缺陷及其预防措施。培养学生能力结构使学生掌握什么样的机械零件应选择铸造毛坯；铸造毛坯的特点及在后续加工过程中应注意的问题。重点和难点重点：铸造毛坯的选用原则；难点：铸造工艺过程的理解和认知。授课方法和教学手段重点：结合实例，讲解铸造毛坯的特点及选用原则；难点：用雪糕的生产过程类比讲解铸造工艺过程。课堂练习和作业呋喃树脂砂工艺、碱性酚醛树脂砂工艺的含义？适用范围？有何优缺点？2教学内容及过程备注【复习提问】请大家举出生活中你们接触到的铸造产品的实例。暖气片、古钱币、大钟等。【引入新课】雪糕就是最为常见的铸造产品，大家知道他的制造过程么？雪糕棒冰是如何制造出来的？五个步骤：（1）先要调制出组成雪糕棒冰的液体；（2）将液体浇注到模具中；（3）插入木棒；（4）整个模具放入冰箱；（5）完全凝固冷却即可。【讲授新课】1.什么是铸造？与雪糕的制造过程相似，金属铸造过程：（1）熔化，提炼金属，使成分符合要求；（2）磨具制作：金属型、砂型、石墨型等（3）将液态金属浇注到模具中；（4）待完全凝固冷却即可。3铸造过程简图2.铸造特点2.1优点：（1）可制成形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯，如箱体、气缸体等。（2）适应范围广。（3）铸造可直接利用成本低廉的废机件和切屑，设备费用较低。（4）铸件的尺寸与质量几乎不受限制。（5）铸件的形状、尺寸与零件很接近，因而减少了切削加工的工作量，可节省大量金属材料。2.2缺点（1）生产工序繁多、工艺过程较难控制、铸件易产生缺陷。（2）铸件的尺寸均一性差，尺寸精度低，（3）和相同形状、尺寸的锻件比，铸件的内在质量差，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。3.铸造的分类3.1按照合金种类进行分类铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁（机床床身、风电铸件）铸钢：碳钢、合金钢（水轮机铸件、高铁道岔、坦克履带板）4铝合金：（输变电铸件、航空件、导弹外壳）铜合金：阀门、泵类钛合金：高尔夫球头、航天件锌合金3.2砂型铸造工艺种类湿型砂工艺：手工造型、机器造型，应用量最大、旧砂回用率最高；只能生产小型铸铁件。呋喃树指砂工艺：旧砂回用较好，但发气量大，造成气孔。碱性酚醛树脂砂工艺：特别适合生产铸钢件、旧砂再生回用困难水玻璃砂：成本低、工艺灵活，旧砂再生回用困难3.3特种铸造（1）熔模铸造（2）金属型铸造（3）压力铸造（4）低压铸造5（5）离心铸造（6）消失模铸造（7）V法铸造4.零件成形方法（1）去除成形去除成形是应用分离的办法，吧一部分材料（裕量材料）有序地从毛坯基体分离出去而成形的方法。车、铣、刨、等切削加工方法，磨削、珩磨、研磨等磨粒加工方法，切割、激光打孔、电火花加工等方法，都是常见的去除成形方法。这一方法在机械加工中获得广泛应用。（2）堆积成形堆积成形是应用合并与连接的办法，把材料（气、液、固相）有序地堆积合并起来而形成的方法。焊接、快速成形等均属于该种方法。这一方法也在机械加工中获得应用。（3）受迫成形受迫成形是应用材料的可成形性（塑性、流动性等），在特定的外围约束（边界约束或外力约束等）下而成形的方法。锻造、铸造、粉末冶金、冲压等都是这种成形方法。这一方法在机械加工中主要用于毛坯的制造和特种材料的成形。【总结归纳】这节课我们一起学习了零件成型方法中受迫成型的铸造成型，铸造6的基本流程、铸造的特点以及铸造的分类。【课后任务】呋喃树脂砂工艺、碱性酚醛树脂砂工艺的含义？适用范围？有何优缺点？7第一章第2节毛坯制造授课时数2教学目的与要求通过学习，使学生了解毛坯制造工艺——锻造、焊接工艺的基本概念、原理、工艺方法、常见缺陷等。掌握锻造及焊接工艺的特点及选用原则。教学内容和学时分配锻造、焊接工艺的基本概念、原理；锻造工艺、焊接工艺的分类及工艺特点；常见缺陷及其预防措施。培养学生能力结构使学生掌握什么样的机械零件应选择锻造及焊接毛坯；锻造及焊接毛坯的特点及在后续加工过程中应注意的问题。重点和难点重点：锻造、焊接毛坯的选用原则；难点：锻造、焊接工艺过程的理解和认知。授课方法和教学手段重点：结合实例，讲解锻造及焊接的特点及选用原则；难点：用打造宝剑过程类比讲解锻造工艺过程。课堂练习和作业自由锻和模锻工艺的优缺点及适用范围？焊接毛坯常见缺陷有哪些？8教学内容及过程备注【复习提问】上节课我们学习了铸造工艺，铸造工艺过程是怎样的呢？有什么优点及缺点呢？【引入新课】从工艺过程可以看出，铸造是典型的受迫成型，除此之外，受迫成型还有那些工艺方法呢？——锻造。请同学们举出你们知道的锻造产品。【讲授新课】1.锻造锻造：利用冲击力或静压力使加热后的坯料在锻压设备上、下砧之间产生塑性变形，以获得所需尺寸、形状和质量的锻件。1.1金属塑性变形的流动规律金属的塑性变形是通过内部质点的流动实现的。掌握金属变形的规律，才能合理制订工艺规程，正确使用锻造工艺，达到预期变形效果。最小阻力定律体积不变定律91.2自由锻（1）定义：加热后的坯料放在上、下两个铁砧之间，通过上铁砧向下运动施加冲击力或压力，从而使坯料向四周产生自由的塑性变形的锻造方法。（2）设备：锻锤自由锻和液压机自由锻锻锤：空气锤和蒸汽-空气锤，中小型锻件液压机：以液体产生的静压力使坯料变形，是生产大型锻件（500t）的唯一方式。（3）自由锻的特点Ⅰ.金属自由流动，自由变形；Ⅱ.通用性强，小到大型锻件均可生产，是大型锻件的唯一锻造方法；Ⅲ.形状、尺寸精度依赖于操作者的操作技术；Ⅳ.生产率低，产品精度低，用于单件、小批量生产。（4）自由锻工序基本工序：锻造过程中使金属产生一定程度的塑性变形，以达到锻件所需形状和尺寸的工艺过程。镦粗、拔长、冲孔等。辅助工序：为基本工序操作方便而进行的预先变形工序。倒棱、压肩等。精整工序：为减少锻件表面缺陷、提高尺寸精度而进行的修整工序。整形、精压等。1.3模锻（1）定义：将加热好的金属坯料放在一定形状（与锻件形状一致）10的锻模模膛里，施加外力时坯料发生塑性变形而充满模膛，从而获得锻件的方法。（2）方法：锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻（3）模锻特点（与自由锻比较）优点：形状可复杂，尺寸精确，生产率高；缺点：制造锻模成本高，锻件质量受生产规模影响。适用：中小型复杂锻件的大批量生产。（4）锻模模膛分类制坯模膛：对于形状复杂的锻件，需先将金属坯料在制坯模膛内初步锻成近似锻件的形状，（确保金属变形均匀，合理分布并顺利充满模膛），再放入模锻模膛终锻。如:拔长、滚压、弯曲、切断等模锻模膛：包括预锻模膛和终锻模膛。预锻模膛：减小终锻模膛磨损，保证锻坯最后成形。终锻模膛：与锻件形状和尺寸基本一致，有飞边槽，最后飞边切去。1.4胎模锻简介在自由锻设备上使用简单模具（胎模）生产锻件的工艺方法。一般用自由锻方法制坯，然后在胎模中终锻成形。胎模锻的特点：胎模锻的生产效率、锻件精度、允许的锻件复杂程度介于自由锻和模锻之间，它的灵活性和适应性强，不需昂贵的模锻设备，模具较为简单。常用胎膜的种类扣模：用于非回转体锻件的成形或制坯。筒模：11合模：由上模、下模组成，依靠导锁使上、下模定位，主要用于生产形状较复杂的非回转体锻件，如连杆、叉形锻件等。2焊接焊接是利用加热或加压（或者加热和加压），使分离的两部分金属靠得足够近，原子互相扩散，形成原子间的结合的连接方法。在机械制造、建筑、车辆、石油化工、原子能、航空航天等部门得到广泛运用。焊接的特点：优点：1）连接性能好，密封性好，承压能力高；2）省料，重量轻，成本低；3）加工装配工序简单，生产周期短；4）易于实现机械化和自动化。缺点：1）焊接结构是不可拆卸的，更换修理不便；2）焊接接头的组织和性能往往要变坏；3）要产生焊接残余应力和焊接变形；124）会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等。焊接方法可分为：1）熔焊：利用局部加热的方法，把工件的焊接处加热到熔化状态，形成熔池，然后冷却结晶，形成焊缝，将两部分金属连接成为一个整体的工艺方法。2）压焊：在焊接过程中需要加压的一类焊接方法。3）钎焊：利用熔点比母材低的填充金属熔化后，填充接头间隙并与固态的母材相互扩散实现连接的一种焊接方法。2.1熔焊的冶金过程熔焊的焊接过程是利用热源先把工件局部加热到熔化状态，形成熔池，然后随着热源向前移去，熔池液体金属冷却结晶，形成焊缝。其焊接过程包括热过程、冶金过程和结晶过程。根据热源的不同可分为气焊、电弧焊、电渣焊、激光焊、电子束焊、等离子弧焊等。以下以电弧焊为例来分析。焊接热循环：在焊接加热和冷却过程中，焊接接头上某点的温度随时间变化的过程如图4-5所示。不同点，其热循环不同，即最高加热温度、加热速度和冷却速度均不同。对焊接质量起重要影响的参数有：最高加热温度、在过热温度11000C以上停留时间和冷却速度等。其特点是加热和冷却速度都很快。对易淬火钢，焊后发生空冷淬火，对其他材料，易产生焊接变形、应力及裂纹。2.2焊接接头组织与性能以低碳钢为例，说明焊接过程造成金属组织和性能的变化。如图4-6所示。受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材组织或性能发生变化的区域，叫焊接热影响区。熔焊焊缝和母材的交界线叫熔合线。熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区，叫熔合区。焊接接头由焊缝区、熔合区和热影响区组成。影响焊接接头性能的因素1）焊接材料、焊丝和焊剂都要影响焊缝的化学成分。2）焊接方法，一方面影响组织粗细，一方面影响有害杂质含量。3）焊接工艺。焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（如焊接电13流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称，叫焊接工艺参数。显然焊接工艺参数的影响是非常大的。4）焊后热处理：如正火，能细化接头组织，改善性能。5）接头形式、工件厚度、施焊环境温度和预热等均会影响焊后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。焊接应力与变形产生的原因：焊件在焊接过程中受到局部加热和冷却是产生焊接应力和变形的主要原因。一般情况下，焊件塑性好，结构刚度小时，焊件收缩容易，焊件变形大，焊接应力小；反之焊接变形小，焊接应力大。焊接应力与变形的危害焊接应力：1）增加结构工作时的应力，降低承载能力；2）引起焊接裂纹，甚至脆断；3）促使产生应力腐蚀裂纹；4）残余应力衰减会产生变形，引起形状、尺寸不稳定。焊接变形：1）使工件形状尺寸不合要求；2）影响组装质量；3）矫正焊接变形很费工时，增加成本，降低接头塑性；4）使结构形状发生变化，并产生附加应力，降低承载能力。焊接应力和变形的防止焊接应力的防止及消除措施：1）结构设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度要尽可能小；2）采取合理的焊接顺序，使焊缝较自由的收缩；3）焊缝仍处在较高温度时，锤击或辗压焊缝使金属伸长，减少残余应力；4）采用小线能量焊接，多层焊，减少残余应力；5）焊前预热可减少工件温差，减少残余应力；6）焊后进行去应力退火，消除焊接残余应力。142.3焊条电弧焊焊条电弧焊是利用电弧作为热源，手工操纵焊条进行焊接的方法，又称手工电弧焊。手工电弧焊的特点：1）设备简单、操作灵活；2）可焊接多种金属材料；3）室内、外焊接效果相近；4）对焊工操作水平要求较高，生产率较低。2.3.1埋弧焊埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，其电弧的引燃、焊条送进和电弧移动都采用机械来完成。埋弧焊特点及应用优点：1）生产率高、节省焊接材料，成本低；2）焊接质量好；3）劳动条件好。缺点：1）适应性较差，焊前准备工作量大；2）焊接电流强度大，不适于3mm以下薄板；3）难以完成铝、钛等强氧化性金属及合金的焊接；4）设备一次性投资较大。埋弧焊适于成批生产中、厚板结构的长直缝与直径较大的环缝。2.3.2气体保护焊气体保护焊是用外加气体作为电弧介质并保护电弧区的熔滴和熔池及焊缝的电弧焊。常用保护气体有惰性气体（氩气、氦气和混合气体）