机械制造基础PPT
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机械制造基础课件
温度
时间
§1钢的热处理原理 一．钢在加热时的组织转变 1.实际转变温度、过热度与过冷度：
2．钢在加热时的组织转变
钢在加热到AC1以上温度时的组织转变
P (F+Fe3C ) A
孕育期：从保温到奥氏体形成，这段时间叫孕育 期 晶粒度分8级，晶粒度级别越小，晶粒越粗。 加热温度越高、保温时间越长、加热速度越慢， 则奥氏体晶粒越粗。
(三) 含碳量与组织、性能的关系
(四) 相图的应用： 铁碳合金相图主要用于铸造、锻造、焊接、 热处理等热加工工艺的制定
第四章 钢的热处理
§1钢的热处理原理
§2钢的热处理工艺
钢的热处理的定义
将钢在固态下加热到一定温度，并保持一 段时间，以适当的冷却速度进行冷却，以改变 钢的组织，从而获得预期性能的工艺方法。
2．冷却曲线及过冷度
实际结晶温度低于熔点，称为过冷，其差值为 过冷度。
冷却速度越大，过冷度也越大。
3.结晶过程 结晶过程=晶核形成+晶核成长
晶核来源：自发形核、外来形核
树枝晶的成长
尖端处散热快，温度低，过冷度大，成长动力大， 长得快，形成一次晶轴、二次晶轴等，直到晶间 填满。形成大小不一、方向不同的多晶体。
2．奥氏体A：
由C固溶于γ铁中形成的间隙固溶体，对碳的溶解度 1148℃时为 2.11% ， 727℃ 时为0.77% 。A是高温组 织，在727℃以上存在，其强度、硬度较低，塑性好。
3．渗碳体Fe3C：
由铁和碳形成的化合物，含碳量6.69％。硬度高，强 度低，塑性、韧性极差。是钢的主要强化相，其形状、 数量、大小及分布对性能有很大影响。
3．淬火方法
4.钢的淬透性 由表面至50％马氏体的距离为淬硬性深度 影响因素： 化学成分 加热温度和保温时间
时间
§1钢的热处理原理 一．钢在加热时的组织转变 1.实际转变温度、过热度与过冷度：
2．钢在加热时的组织转变
钢在加热到AC1以上温度时的组织转变
P (F+Fe3C ) A
孕育期：从保温到奥氏体形成，这段时间叫孕育 期 晶粒度分8级，晶粒度级别越小，晶粒越粗。 加热温度越高、保温时间越长、加热速度越慢， 则奥氏体晶粒越粗。
(三) 含碳量与组织、性能的关系
(四) 相图的应用： 铁碳合金相图主要用于铸造、锻造、焊接、 热处理等热加工工艺的制定
第四章 钢的热处理
§1钢的热处理原理
§2钢的热处理工艺
钢的热处理的定义
将钢在固态下加热到一定温度，并保持一 段时间，以适当的冷却速度进行冷却，以改变 钢的组织，从而获得预期性能的工艺方法。
2．冷却曲线及过冷度
实际结晶温度低于熔点，称为过冷，其差值为 过冷度。
冷却速度越大，过冷度也越大。
3.结晶过程 结晶过程=晶核形成+晶核成长
晶核来源：自发形核、外来形核
树枝晶的成长
尖端处散热快，温度低，过冷度大，成长动力大， 长得快，形成一次晶轴、二次晶轴等，直到晶间 填满。形成大小不一、方向不同的多晶体。
2．奥氏体A：
由C固溶于γ铁中形成的间隙固溶体，对碳的溶解度 1148℃时为 2.11% ， 727℃ 时为0.77% 。A是高温组 织，在727℃以上存在，其强度、硬度较低，塑性好。
3．渗碳体Fe3C：
由铁和碳形成的化合物，含碳量6.69％。硬度高，强 度低，塑性、韧性极差。是钢的主要强化相，其形状、 数量、大小及分布对性能有很大影响。
3．淬火方法
4.钢的淬透性 由表面至50％马氏体的距离为淬硬性深度 影响因素： 化学成分 加热温度和保温时间
机械制造基础说课稿PPT课件
课程定位
《机械制造基础》课程 是一门专业基础课程。
对于机械类专业的学 生，任务是使学生获得 机械制造方面的基础知 识，掌握机械加工和制 造工艺设计的基本技能， 同时了解机械制造领域 的一些最新发展成就。
3
2021
课程目标
1.知识目标 2.能力目标 3.素质目标
知识目标：
A、熟悉各种常用工程材料并具有选用 所需材料的能力；
机械制造基础
师资 教学设施：车工实训车间
13
2021
5
课程考核方式
平时成绩
考评
期末成绩
课堂考勤 小组讨论 课后作业
14
2021
6 选用教材
❖《机械制造基础》（高职高专教育） ❖出版社：高等教育出版社 ❖主编：乔世明 ❖出版时间：2003年8月 ❖教材特点：符合高职高专应用型人才培养
需求，实用性、针对性强
B、初步掌握机械零件的加工方 法；具有选用公差配合的能力；了解 工艺规程的制定原则。
4
2021
能力目标：
A、重点培养学生综合运用基础理论知识来 分析和进行简单零件加工的能力；
B、通过使学生获得机械制造过程中所必须 具备的应用性基础知识和技能，重点培养学 生解决实际问题的能力。
5
2021
素质目标：
15
2021
参考材料：
倪森寿，张豪.《机械制造基础》.高等 教育出社.2005.1
莫雨松，杨兴骏.《互换性与技术测量 》.中国计量出版社.2000.1（第四版） 。
16
2021
请各位老师批评指正 谢谢!
2021
17
项目：典型轴类 零件的加工
7
2021
❖ 课程的前后衔接
机械制造基础课件
机械制造基础课件1. 引言机械制造是制造业中最基础、最重要的领域之一。
在现代工业中，机械制造与人类生活密切相关，涵盖了从工厂到家庭的各个环节。
本课件将为您介绍机械制造的基础知识和常用工艺，帮助您理解和掌握机械制造的核心概念和技术。
2. 机械制造概述机械制造是通过对材料进行切削、成形、连接等处理，将零部件组装成完整的机械设备的过程。
它包括了材料加工、装配和检测等环节，是将设计图纸转化为实际产品的关键环节。
机械制造的主要目标是提高生产效率、保证产品质量、增强产品功能和节约资源。
在现代工业中，机械制造已经成为自动化、智能化的重要方向，大大提高了生产效率和产品质量。
3. 机械制造的基础知识3.1 材料选择与加工在机械制造过程中，材料的选择是非常重要的。
不同的材料具有不同的特性和用途，因此在选择材料时需要考虑产品的使用环境、承载能力等因素。
材料加工包括了切削、成型、焊接等方法，通过对材料进行相应的处理，使其具备所需的形状和性能。
3.2 设计与制图机械制造的第一步是根据产品需求进行设计，并根据设计结果制作相应的图纸。
设计需要考虑产品的功能要求、结构设计、工艺可行性等因素；制图则是将设计结果以图形和符号的形式表达出来，方便制造过程的实施。
3.3 加工工艺与设备机械制造涉及到各种加工工艺和设备。
常见的加工工艺包括切削、冲压、铸造、焊接等，它们提供了制造过程中所需的形状和性能改变；而加工设备包括了机床、模具、焊接设备等，它们是加工工艺实施的工具和载体。
4. 机械制造的常用工艺4.1 切削加工切削是指通过刀具对工件进行切削，使工件达到所需的形状和尺寸。
切削加工包括车削、铣削、钻削等方法，广泛应用于各个领域的机械制造过程中。
4.2 冲压加工冲压是指通过模具对金属板材进行冲击和压制，将其加工成所需形状的工艺。
冲压加工具有高效、精度高的特点，广泛应用于汽车、电子、家电等行业。
4.3 铸造工艺铸造是将液态金属或熔融的非金属材料倒入模具中，冷却硬化成型的工艺。
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第一章 金属材料的基本知识
工程材料可分为：
➢ 金属材料 ➢ 高分子材料 ➢ 陶瓷材料 ➢ 复合材料
金属材料在现代生产及人们的日常生活中占 有极其重要的地位。金属材料的品种繁多、 性能各异，并能通过适当的工艺改变其性能。 金属材料的性能由材料的成分、组织及加工 工艺来确定。掌握各种材料的性能对材料的 选择、加工、应用，以及新材料的开发都有 着非常重要的作用。
• 碳/碳复合材料构件制造技术
碳/碳复合材料（C/C）的最显著的优点是 耐高温（1800～2000℃）和低密度（约 1.9g/cm3）。美、法、俄等研制的C/C复 合材料部件有：燃烧室喷嘴、加力燃烧室 喷管、涡轮和导向叶片、整体涡轮盘、涡 轮外环等。美国将整体涡轮盘在1760℃进 行了地面超转试验。C/C构件的关键制造技 术包括碳纤维预制体的设计与制备、C/C的 致密化技术和C/C防氧化涂层的设计与制造
材料在弹性范围内，应力与应变成正比， 其比值E=σ/ε称为弹性模量，单位为MPa。 弹性模量E标志着材料抵抗弹性变形的能力， 用以表示材料的刚度。E值的大小主要取决
于各种材料的本性，一些处理方法（如热
处理、冷热加工、合金化等）对它影响很 小。
需要注意的是，材料的刚度不等于机件的刚 度，机件的刚度除与材料的刚度有关外，还 与机件的结构有关
三、目前在新材料和新材料构 件制造技术出现了以下一些 新的突破点
• 轻合金材料
发展轻量化合金材料技术，建立铝、 镁合金半固态与挤压铸造、镁合金超 塑性成型与钛合金成型技术、高温铝 合金粉末与铝基复材，开发高热传导 率铝基碳铁复合材料、发泡铝板成型 与轨道车辆轻量化技术
• 金属基复合材料构件制造技术
• 陶瓷基复合材料构件制造技术
连续纤维增韧陶瓷基复合材料（CMC）耐 温高，密度低，具有类似金属的断裂行为， 对裂纹不敏感，不发生灾难性的损毁。其 中，连续纤维增韧碳化硅复合材料包括 C/SiC和SiC/SiC两种。C/SiC和SiC/SiC的 密度分别为1.8～2.1g/cm3和2.4～ 2.6g/cm3，SiC基CMC的最高工作温度为 1650℃，C/SiC和SiC/SiC可分别在有限寿 命和长寿命条件下使用。主要应用于高性 能航空发动机的涡轮
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动画：分型面选择原则5
21
2.浇注系统的类型 浇注系统的类型很多，根据合金种类和具体铸件情况不同，按照 内浇道在铸件上开设位置的不同，可将浇注系统分为顶注式、底注 式、中间注入式和分段注入式等。
1)顶注式浇注系统
优点是易于充满型腔，型腔中 金属的温度自下而上递增，因而 补缩作用好、简单易做、节省金 属。但对铸型冲击较大，有可能 造成冲砂、飞溅和加剧金属的氧 化。所以这类浇注系统多用于重 量小，高度低和形状简单的铸件。
31
1.壳型铸造（翻斗法） 该法用酚醛树脂作黏结 剂，配制的型（芯）砂叫覆 膜砂，像干砂一样松散。其 制壳的方法有两种：翻斗法 和吹砂法。翻斗法常用于制 造壳型，吹砂法用于制造壳 芯。
动画：壳型铸造（翻斗法）
32
教学视频：壳形铸造
磁性铸造
磁性铸造是德国在研究消失模铸 造的基础上发明的铸造方法，其实质 是采用铁丸代替型砂及型芯砂，用磁 场作用力代替铸造黏结剂，用泡沫塑 料气化模代替普通模样的一种新的铸 造方法。其质量状况与实型铸造相同， 同时比实型铸造更减少了铸造材料的 消耗。经常用于自动化生产线上，可 铸材料和大小范围广，常用于汽车零 件等精度要求高的中小型铸件生产。
表2-7常用铸造方法与砂型铸造方法的比较
铸造种类 比较项目
适用合金的范 围
适用铸件的大 小及重量范围
适用铸件的最 小壁厚范围 (mm)
表面粗糙度 (um)
尺寸公差(mm)
砂型铸造 不限制
不限制
灰铸件3，铸钢 件5，有色合金 3 粗糙
CT11～13
熔模 铸造
以碳钢和合金 钢为主 一般<25kg
通常0.7，孔 Φ1.5～2.0
18
缩孔的防止方法可以考虑采用冒口补充热节圆处的金属液体， 和采用冷铁激冷远离冒口处的金属，在生产上一般称为定向凝固 补缩原则。即远离冒口处的金属先凝固，靠近冒口处的金属后凝 固，冒口处的金属最后凝固，形成一条畅通的补缩通道，如下图 所示。
动画：定向凝固
19
三箱造型的特点是只能手工造型。因此，造型时工艺操作比较麻
28
3.压铸模 压铸模是进行压铸生产的主要工艺装备，压铸生产过程能否顺 利进行，铸件质量有无保证，在很大程度上取决于模具结构的合理 性和技术上的先进性。 压铸模主要由动模和定模两大部分组成，其总体结构如下图所 示。
动画：压铸模
29
型壳熔模铸造工艺
型壳熔模铸造工艺如下视频所示。用易熔材料(蜡或塑料等)制成 精确的可熔性模型,并进行蜡模组合，涂以若干层耐火涂料，经干燥 硬化成整体型壳，加热型壳熔失模型，经高温焙烧而成耐火型壳， 在型壳中浇注铸件。
铸造方法
手工砂型 机器砂型 金属型 低压 熔模
公差等级(CT) GB6414-86 11～13 8～10 6～9 6～9 5～7
随着大工业的到来， 机器造型和特种铸造的需 求日益上升，金属型开始 进入使用。
砂型 ─── 一次型 泥型 ─── 半永久型 金属型 ── 永久型
27
动画：整体式金属型铸造
33
动画：磁型铸造
34
2.差压铸造的工作原理
差压铸造装置如 动画所示，其工作 原理是：浇注前密 封室内有一定的压 力（或真空度）， 然后借往密封室A 中加压或由密封室 B减压，使A、B室 之间形成压力差， 进进行升液、充型 和结晶。
动画：差压铸造
35
常用铸造方法的比较
常用铸造方法与砂型铸造方法的比较见表2-7。
教 学 视 频 熔 模 铸 造 工 艺
30
壳型铸造
铸造生产中，砂型（芯）直接承受液体金属作用的只是表面 一层厚度仅为数毫米的砂壳，其余的砂只起支撑这一层砂壳的作用。 若只用一层簿壳来制造铸件，将减少砂处理工部的大量工作，并能 减少环境污染。
1940年，Johannes Croning发明用热法制造壳型，称为“C法”或 “壳法”(shell process)，或叫壳型造型(shell molding)，目前该法不 仅可用于造型，更主要的是用于制壳芯。
6.3～1.66.3～ 1.6 CT4
陶瓷型铸造
以高熔点合金 为主 大中型件，最 大达数吨 通常>1，孔 >Φ2
12.5 ～6.3
CT6
金属利用率 铸件内部质量
70 结晶粗
90 结晶粗
90 结晶粗
生产率(在适当 机械化、自动 化后)
应用举例
可达240箱/h 各类铸件
中等
低
刀具、机械叶 各类模具 片、测量仪表、 电风设备等
动画：顶注式浇注系统
26
2.5 特种铸造
所谓特种铸造，是指有别于砂型铸造方法的其他铸造工艺。
特种铸造一般能至少实现以下一种性能：
•提高铸件的尺寸精度和表面质量 •提高铸件的物理及力学性能 •提高金属的利用率(工艺出品率) •减少原砂消耗量 •适宜高熔点、低流动性、易氧化合金 铸造 •改善劳动条件，便于实现机械化和自 动化
烦，只适应于单件小批生产。由于三箱造型的中箱高度与中箱模样
的高度相等，故中箱的通用性较差。并且由于机器造型不能采用三
箱造型，在大批生产时，往往采用外型芯环，从而使槽轮铸件的三
箱造型变为两箱造型。
动 画 ： 变 三 箱 造 型 为 两 箱 造 型
20
(5)应尽量使加工基准面与大部分加工面在同一砂箱内 以确保铸件的加工精度。
3.1 金属的塑性变形及锻造性能 3.1.1 金属的塑性变形 3.1.2 金属及合金的锻造性能 3.2 锻造 3.2.1 自由锻造 3.2.2 胎模锻 3.2.3 模型锻造 3.2.4 压力机上模锻 3.2.5 锻造自动生产线
38
锻压成形
壳体；箱体等
压力铸造
离心铸造
用于有色合金
一般中小型铸 件 铜合金<2其它 0.5～1孔Φ0.7
多用于黑色金 属,铜合金 中小件
最小内孔为 ΦΦ7
CT4 95 结晶细 高
70～90 结晶细 高
汽车、电器仪 表、照相器材、 国防工业零件 等
各种套、环、 筒、辊、叶轮 等
36
锻压成形(1)
锻压成形(1)部分主要包含了以下内容：
金属型铸造 以有色金为主
低压铸造 以有色金为主
中小件，铸钢 可达数吨
铝合金2～3,铸 铁>4铸钢>5
中小件最重可 达数百千克
通常壁厚2～5 最小壁厚0.7
12.5～1.6
3.2～0.8
CT6 70 结晶细 中等
CT6 80 结晶细 中等
发动机、汽车、 发动机、电器
飞机、拖拉机、 零件；叶轮；
电器零件等
21
2.浇注系统的类型 浇注系统的类型很多，根据合金种类和具体铸件情况不同，按照 内浇道在铸件上开设位置的不同，可将浇注系统分为顶注式、底注 式、中间注入式和分段注入式等。
1)顶注式浇注系统
优点是易于充满型腔，型腔中 金属的温度自下而上递增，因而 补缩作用好、简单易做、节省金 属。但对铸型冲击较大，有可能 造成冲砂、飞溅和加剧金属的氧 化。所以这类浇注系统多用于重 量小，高度低和形状简单的铸件。
31
1.壳型铸造（翻斗法） 该法用酚醛树脂作黏结 剂，配制的型（芯）砂叫覆 膜砂，像干砂一样松散。其 制壳的方法有两种：翻斗法 和吹砂法。翻斗法常用于制 造壳型，吹砂法用于制造壳 芯。
动画：壳型铸造（翻斗法）
32
教学视频：壳形铸造
磁性铸造
磁性铸造是德国在研究消失模铸 造的基础上发明的铸造方法，其实质 是采用铁丸代替型砂及型芯砂，用磁 场作用力代替铸造黏结剂，用泡沫塑 料气化模代替普通模样的一种新的铸 造方法。其质量状况与实型铸造相同， 同时比实型铸造更减少了铸造材料的 消耗。经常用于自动化生产线上，可 铸材料和大小范围广，常用于汽车零 件等精度要求高的中小型铸件生产。
表2-7常用铸造方法与砂型铸造方法的比较
铸造种类 比较项目
适用合金的范 围
适用铸件的大 小及重量范围
适用铸件的最 小壁厚范围 (mm)
表面粗糙度 (um)
尺寸公差(mm)
砂型铸造 不限制
不限制
灰铸件3，铸钢 件5，有色合金 3 粗糙
CT11～13
熔模 铸造
以碳钢和合金 钢为主 一般<25kg
通常0.7，孔 Φ1.5～2.0
18
缩孔的防止方法可以考虑采用冒口补充热节圆处的金属液体， 和采用冷铁激冷远离冒口处的金属，在生产上一般称为定向凝固 补缩原则。即远离冒口处的金属先凝固，靠近冒口处的金属后凝 固，冒口处的金属最后凝固，形成一条畅通的补缩通道，如下图 所示。
动画：定向凝固
19
三箱造型的特点是只能手工造型。因此，造型时工艺操作比较麻
28
3.压铸模 压铸模是进行压铸生产的主要工艺装备，压铸生产过程能否顺 利进行，铸件质量有无保证，在很大程度上取决于模具结构的合理 性和技术上的先进性。 压铸模主要由动模和定模两大部分组成，其总体结构如下图所 示。
动画：压铸模
29
型壳熔模铸造工艺
型壳熔模铸造工艺如下视频所示。用易熔材料(蜡或塑料等)制成 精确的可熔性模型,并进行蜡模组合，涂以若干层耐火涂料，经干燥 硬化成整体型壳，加热型壳熔失模型，经高温焙烧而成耐火型壳， 在型壳中浇注铸件。
铸造方法
手工砂型 机器砂型 金属型 低压 熔模
公差等级(CT) GB6414-86 11～13 8～10 6～9 6～9 5～7
随着大工业的到来， 机器造型和特种铸造的需 求日益上升，金属型开始 进入使用。
砂型 ─── 一次型 泥型 ─── 半永久型 金属型 ── 永久型
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动画：整体式金属型铸造
33
动画：磁型铸造
34
2.差压铸造的工作原理
差压铸造装置如 动画所示，其工作 原理是：浇注前密 封室内有一定的压 力（或真空度）， 然后借往密封室A 中加压或由密封室 B减压，使A、B室 之间形成压力差， 进进行升液、充型 和结晶。
动画：差压铸造
35
常用铸造方法的比较
常用铸造方法与砂型铸造方法的比较见表2-7。
教 学 视 频 熔 模 铸 造 工 艺
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壳型铸造
铸造生产中，砂型（芯）直接承受液体金属作用的只是表面 一层厚度仅为数毫米的砂壳，其余的砂只起支撑这一层砂壳的作用。 若只用一层簿壳来制造铸件，将减少砂处理工部的大量工作，并能 减少环境污染。
1940年，Johannes Croning发明用热法制造壳型，称为“C法”或 “壳法”(shell process)，或叫壳型造型(shell molding)，目前该法不 仅可用于造型，更主要的是用于制壳芯。
6.3～1.66.3～ 1.6 CT4
陶瓷型铸造
以高熔点合金 为主 大中型件，最 大达数吨 通常>1，孔 >Φ2
12.5 ～6.3
CT6
金属利用率 铸件内部质量
70 结晶粗
90 结晶粗
90 结晶粗
生产率(在适当 机械化、自动 化后)
应用举例
可达240箱/h 各类铸件
中等
低
刀具、机械叶 各类模具 片、测量仪表、 电风设备等
动画：顶注式浇注系统
26
2.5 特种铸造
所谓特种铸造，是指有别于砂型铸造方法的其他铸造工艺。
特种铸造一般能至少实现以下一种性能：
•提高铸件的尺寸精度和表面质量 •提高铸件的物理及力学性能 •提高金属的利用率(工艺出品率) •减少原砂消耗量 •适宜高熔点、低流动性、易氧化合金 铸造 •改善劳动条件，便于实现机械化和自 动化
烦，只适应于单件小批生产。由于三箱造型的中箱高度与中箱模样
的高度相等，故中箱的通用性较差。并且由于机器造型不能采用三
箱造型，在大批生产时，往往采用外型芯环，从而使槽轮铸件的三
箱造型变为两箱造型。
动 画 ： 变 三 箱 造 型 为 两 箱 造 型
20
(5)应尽量使加工基准面与大部分加工面在同一砂箱内 以确保铸件的加工精度。
3.1 金属的塑性变形及锻造性能 3.1.1 金属的塑性变形 3.1.2 金属及合金的锻造性能 3.2 锻造 3.2.1 自由锻造 3.2.2 胎模锻 3.2.3 模型锻造 3.2.4 压力机上模锻 3.2.5 锻造自动生产线
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锻压成形
壳体；箱体等
压力铸造
离心铸造
用于有色合金
一般中小型铸 件 铜合金<2其它 0.5～1孔Φ0.7
多用于黑色金 属,铜合金 中小件
最小内孔为 ΦΦ7
CT4 95 结晶细 高
70～90 结晶细 高
汽车、电器仪 表、照相器材、 国防工业零件 等
各种套、环、 筒、辊、叶轮 等
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锻压成形(1)
锻压成形(1)部分主要包含了以下内容：
金属型铸造 以有色金为主
低压铸造 以有色金为主
中小件，铸钢 可达数吨
铝合金2～3,铸 铁>4铸钢>5
中小件最重可 达数百千克
通常壁厚2～5 最小壁厚0.7
12.5～1.6
3.2～0.8
CT6 70 结晶细 中等
CT6 80 结晶细 中等
发动机、汽车、 发动机、电器
飞机、拖拉机、 零件；叶轮；
电器零件等