机械制造多媒体课件(1-88)-鞠鲁粤

大楼的波音757飞机起飞重量104t，波音
767飞机起飞重量156t 。它们的飞行速度 大约是每小时1000km。从速度比这小得 多的汽车相撞事故，可以想象这次大型客 机撞击大楼的冲击力有多么的巨大。
教学视频:世界贸易中心大楼倒塌
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但据幸存者描述，飞机的撞击使大楼虽然晃动了近1m，但整
工程材料部分主要包含了以下内容：
1.1 概 述 1.1.1 金属材料的发展 1.1.2 非金属材料及复合材料 的发展 1.1.3 新材料的发展趋势 1.2 金属材料简介 1.2.1 金属材料的种类 1.2.2 金属材料的性能 1.3 晶体的结构 1.3.1 晶体与非晶体 1.3.2 实际金属的晶体结构 1.4 金属的结晶 1.4.1 结晶的概念 1.4.2 金属结晶过程 1.4.3 铸态晶粒的大小 1.4.4 金属的同素异构 1.5 二元合金的晶体结构
激光加热表面淬火最佳的原始组织是调质组织，淬火后零件变
形极小，表面质量很高，特别适用于拐角、沟槽、盲孔底部及深孔 内壁的热处理，而这些部位是其他表面淬火方法极难做到的。
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第二辑：铸造成形(1)
铸造成形（1）部分主要包含了以下内容：
2.1 概 述 2.2 铸件形成理论基础 2.2.1 金属的充型 2.2.2 合金的收缩 2.3 造型方法 2.3.1 手工造型 2.3.2 机器造型 2.3.3 造型生产线 2.4 铸造工艺分析 2.4.1 浇注位臵和分型面的确定 2.4.2 浇注系统的确定 2.4.3 型芯的形式 2.4.4 主要工艺参数的确定 2.4.5 铸造工艺图的制定
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1、教材介绍
《机械制造基础》是为适应金属工艺学理论与实践教学而 精心编写的一本较为成功的教材。从1998年5月第一版问世以 来，受到全国许多高校同仁的厚爱，使用量已达5万多册，十 多所高校采用为授课教材，数十所高校将其作为教学参考书。
2001年3月第二版出版，2005年11月第三版发行。
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教学视频：倒塌原因分析
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2.晶格、晶胞和晶格常数
在空间点阵中取一单位体积（通常为六面体）作为点阵的
最小组成单元，称为晶胞。晶胞的大小和形状以晶胞的棱边长a、 b、c 和棱边之间的夹角α、β、γ来表示。
动画：晶体中原子排列示意图
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1.4.2 金属结晶过程
金属溶液在凝固后一般都以晶质状态存在，即内部原子由
疲劳强度（续）
疲劳强度曲线
实验证明，金属材料能承受
的交变应力σ与断裂前应力循环
次数 N 有如图1-6所示的规律。 由图所知，当σ低于某一值时， 曲线与横坐标平行，表示材料可 经无限次循环而不断裂，这一应 力称疲劳强度或疲劳极限。 用σ－1表示光滑试样对称弯 曲疲劳强度。一般钢的循环次数 为10－7，有色金属为10－8。
铸造方法 手工砂型 机器砂型 公差等级(CT) GB6414-86 11～13 8～10
金属型
低压 熔模
6～9
6～9 5～7
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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
动画：整体式金属型铸造
蠕变是指金属在高温长时间应力作用下，即使所加应力小
于该温度下的屈服强度，也会逐渐产生明显的塑性变形直至断 裂。有机高分子材料，即使在室温下也会发生蠕变现象。
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世贸大楼倒塌
在9.11恐怖事件中，美国引以为傲的纽约世界贸易中心大
楼完全倒塌。恐怖分子劫持的客机撞击大楼中上部，为何会造
成整栋大楼完全倒塌？大楼为何会垂直塌落而不是倾倒？ 这里可能部分牵涉到材料在高温下的力学性能问题。 纽约世贸大楼曾是世界第一高楼， 它高411m，单个塔楼的重量约5万t。撞击
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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
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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。
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动画: 疲劳强度曲线
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7. 高温下的力学性能 材料在高温下其力学性能与常温下是完全不同的。 许多机械零件在高温下工作，所以在室温下测定的性能指 标就不能代表其在高温下的性能。 一般来说，随着温度的升高，弹性模量E、屈服强度σS、硬 度等值都将降低，而塑性将会增加，除此之外，还会发生蠕变 现象。
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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
1.5.1 固溶体 1.5.2 固溶体的性能 1.6 铁碳合金 1.6.1 铁碳合金基本组织 1.6.2 铁碳合金相图 1.6.3 铁碳合金室温组织性能 随成分的变化规律 1.7 钢的热处理 1.7.1 概述 1.7.2 钢在加热时的转变 1.7.3 钢在冷却时的转变 1.7.4 常用的钢的热处理 1.8 塑料 1.8.1 塑料的组成 1.8.2 塑料的分类和性能 1.9 现代结构材料 1.9.1 铝合金 1.9.2 钛合金 1.9.3 镍及镍合金 1.9.4 镁及镁合金 1.9.5 难熔金属 1.9.6 先进陶瓷 1.9.7 复合材料 1.10 功能材料
动画：淬火冷却方法
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电接触和激光表面淬火
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（4）电接触加热表面淬火。其特点是工件变形小，工艺简单， 不需回火，但硬化层薄、形状复杂的工件不宜采用。
动画： 电接触加热表面火
（5）激光加热表面淬火。激光加热表面淬火是以高能量激光束 扫描工件表面，使工件表面快速加热到钢的临界点以上，利用工件 基体的热传导实现自冷淬火，实现表面相变硬化。
本书第一版获上海市优秀教材三等奖，第二版于2004年获 上海市教材二等奖，并于今年被定为国家十一五规划教材。
为了更好地使用本教材，作者根据在上海大学金工理论教
学和实践教学的多年积累，编著了与教材配套的多媒体教材。
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2、多媒体教材介绍
《机械制造基础》多媒体教材分为上、下二册，每册8辑， 共16辑。包含了金工实习和工程材料、热加工、冷加工理论教 学的全部内容。上册包括： 第一辑：工程材料 第二辑：铸造成形（上） 第三辑：铸造成形（下） 第四辑：锻压成形（上） 第五辑：锻压成形（下） 第六辑：焊接成形（上） 第七辑：焊接成形（下） 第八辑：非金属材料成形和快速成形
幢大楼无论是内部还是外部并没有严重塌落，这是大量楼内工作 人员得以逃生的关键。 这次撞击大楼的波音757飞机大约
可载35t燃油，波音767飞机可载51t燃
油，由于是从美国东部飞往西部的远 程航班，所以飞机上的油箱估计装满 了燃油。在起飞后这些飞机很快改变 航线撞击纽约世界贸易中心大楼，机 上燃油消耗很少，几乎将它的满满一 油箱的优质航空煤油都撒到了大楼里， 并燃起了熊熊大火。
教 学 视 频 熔 模 铸 造 工 艺
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2.5.6 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。
教学视频：永乐大钟
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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
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1.10.1 传感器用敏感材料 1.10.2 电功能材料 1.10.3 磁功能材料 1.10.4 新能源材料 1.10.5 光学功能材料 1.10.6 热功能材料 1.10.7 力学、声学功能材料 1.11 纳米材料 1.11.1 纳米材料的发展 1.11.2 纳米材料的应用及前景
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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 重顶注式浇注系统
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2.4.3 型芯的形式
1.型芯的作用 型芯是砂型的一部分，在制造中空铸件或有妨碍起模的凸台铸 件时，往往要采用型芯。
教 学 视 频： 型 芯 的 作 用
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4.型芯的制作
教学视频：手工制芯
教学视频：机器制芯
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第3辑：铸造成形(2)
铸造成形（2）部分主要包含了以下内容：
2.5 特种铸造 2.5.1 金属型铸造 2.5.2 离心铸造 2.5.3 压力铸造 2.5.4 低压铸造 2.5.5 熔模铸造 2.5.6 壳型铸造 2.5.7 陶瓷型铸造 2.5.8 磁性铸造 2.5.9 石墨型铸造 2.5.10 真空吸铸 2.5.11 差压铸造 2.6 常用铸造方法的比较 2.7 铸造新工艺新技术简介 2.7.1 真空密封造型 2.7.2 气流冲击造型 2.7.3 消失模造型 2.7.3 消失模造型 2.7.4 冷冻造型法 2.7.5 半固态金属铸造 2.7.6 SSM技术在全世界应用日益广泛 2.8 铸造技术的发展趋势
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(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。
动画：分型面选择原则5
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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臵的不同，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
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北京明朝永乐青铜大 钟重达46.5t，钟高6.75m， 钟唇厚22cm，外径3.3m， 钟体内遍铸经文22.7万字， 击钟时尾音长达2min以上， 传距20km。永乐青铜大钟 外形和内腔如此复杂、重 量如此巨大、质量要求如 此之高，若不采用铸造方 法和具有精湛的铸造技术， 是难以用其他任何方法制 造的。
不规则的排列转变到规则排列，形成晶体的过程。
金属的结晶过程是不断形成晶核和晶核不断长大的过程，
即由晶核的产生和长大两个基本过程组成的。
动画：金属的结晶
教学视频：金属的结晶
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2)亚共析钢结晶过程
动画：亚共析钢结晶过程
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淬火冷却方法
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(3) 分级淬火法。将加热的工 件在Ms点附近的盐浴或碱浴中淬火， 然后取出缓冷的淬火方法。其特点 是显著减少淬火变形与开裂，是用 于截面尺寸较小淬透性较高的钢件。 (4) 等温淬火。将加热工件在 稍高于Ms点附近温度的盐浴或碱浴 中冷却并保温足够时间而获得下贝 氏体组织的淬火方法。其特点是工 件具有良好的综合力学性能，一般 不必回火。多用于形状复杂和要求 较高的小件。
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下册包括：
第一辑：测量/金属切削基础 第二辑：钳工 第三辑：车削加工和螺纹加工
第四辑：铣削加工/刨削加工/镗削加工/拉削加工
第五辑：齿轮加工/磨削加工/精密加工 第六辑：数控加工
第七辑：特种加工和CAD/CAM技术
第八辑：机械制造工艺过程/现代制造技术的发展
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第一辑工程材料
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