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2 全国中等职业学校机械电子类专业规划教材 机械制造工艺基础 徐文德邓养廉主编张涌海陶劲松副主编杭庭炎朱洪其羊焕文参编汤燕萍汪继诚解晨宁主审 北京

3 内容简介 全书共 13 章, 主要内容包括铸造 锻压 焊接 切削加工基础知识 车削 刨削 插削和拉削 铣削和镗削 磨削 齿面加工 精密加工和特种加工简介 钳加工与装配 机械加工工艺过程 典型零件的加工等内容 本书力争做到工艺理论知识和实践有机结合, 并根据易教易学的原则编写 各章前按熟悉 掌握 了解三个层次指出教学主要内容, 每节前指出该节的知识点 技能点, 节后有小结 书后按章顺序汇集了各种类型的习题供学习者思考练习 本书可作为中等职业学校机械类专业的教学用书, 也可供机械爱好者参考 图书在版编目 (CIP) 数据 机械制造工艺基础 / 徐文德, 邓养廉主编. 北京 : 科学出版社, 2009 ( 全国中等职业学校机械电子类专业规划教材 ) ISBN 978 唱 7 唱 03 唱 唱 3 Ⅰ 畅机 Ⅱ 畅徐 Ⅲ 畅机械制造工艺唱专业学校唱教材 Ⅳ 畅 TH16 中国版本图书馆 CIP 数据核字 (2009) 第 号 责任编辑 : 何舒民杨阳张雪梅 / 责任校对 : 刘彦妮责任印制 : 吕春珉 / 封面设计 : 北京美光制版有限公司 北京东黄城根北街 16 号 邮政编码 : 出版 http : //www 畅 sciencep 畅 com 印刷科学出版社发行各地新华书店经销 倡 2009 年 3 月第一版开本 : / 年 3 月第一次印刷印张 : 22 3/4 印数 : 字数 : 定价 : 32 畅 00 元 ( 如有印装质量问题, 我社负责调换枙科印枛 ) 销售部电话 010 唱 编辑部电话 010 唱 (S T 03) 版权所有, 侵权必究举报电话 : ; ; 科学出版社职教技术出版中心

4 本教材根据国家人力资源和社会保障部颁发的枟全国中等职业技术院校机械类专业教学计划与教学大纲枠编写 本书可作为中等职业院校机械类专业教材, 也可作为中级技术工人培训用教材, 充分体现 宽专业 的特点, 也是一本培养 一专多能 复合型人才的教材 本教材主要体现了几个方面的特点 : 1 畅以能力为主, 重视实践能力的培养, 突出职业技术教育特色, 根据机械类专业毕业生从事职业的实际需要, 合理确定学生应具备的能力结构与知识结构, 加强实践性教学内容, 以满足企业对技能型人才的需求 2 畅采用的计量单位为现行的最新国家标准, 并尽可能多地充实新知识 新技术 新设备和新材料等方面的内容, 力求使本教材具有鲜明的时代特征 3 畅在编写的模式方面, 贯彻 易教易学 的原则, 尽可能使用图片 实物照片或表格形式将各个知识点生动地展示出来 每章前都明确了本章的主要教学内容, 节前均交代了本节的知识点和技能点, 节后对本节的内容有一个完整的小结, 可引导和培养学生自主学习的能力, 也便于老师对各章节重点 难点的掌握 为便于教学, 本书最后按章附有一定数量的习题 本书按 120 学时授课 ( 其中 10 节实践课, 10 节机动 ) 各章参考课时 ( 包括实践 ) 如下 : 绪论 2 课时, 第 1 章 6 课时 ( 实践 2 课时 ), 第 2 章 4 课时, 第 3 章 4 课时, 第 4 章 6 课时, 第 5 章 8 课时, 第 6 章 4 课时, 第 7 章 12 课时, 第 8 章 6 课时, 第 9 章 4 课时, 第 10 章 8 课时 ( 实践 2 课时 ), 第 11 章 16 课时 ( 实践 2 课时 ), 第 12 章 14 课时, 第 13 章 16 课时 ( 实践 2 课时 ), 机动 10 课时 属本专业工种的章节内容可以删除, 如车工专业学生第五章内容可以不讲授 本书由张涌海 徐文德 邓养廉 陶劲松 杭庭炎 朱洪其 羊焕文 汤燕萍和汪继诚共同编写 本书在编写过程中得到了编者所在学校 常州冶金技师学院领导和同事的支持, 在此深表谢意 由于编者水平与能力有限, 书中存在的不足在所难免, 恳请广大读者批评指正

5 前言 绪论 1 第 1 章铸造 3 1 畅 1 概述 4 1 畅 2 砂型的制作 6 1 畅 3 浇注 落砂和清理 12 1 畅 4 特种铸造简介 15 第 2 章锻压 20 2 畅 1 概述 21 2 畅 2 金属的加热和锻件冷却 23 2 畅 3 自由锻 26 2 畅 4 模锻 34 2 畅 5 冲压 37 第 3 章焊接 42 3 畅 1 概述 43 3 畅 2 焊条电弧焊 45 3 畅 3 气焊与气割 53 3 畅 4 其他焊接方法简介 58 第 4 章切削加工基础知识 64 科学出版社职教技术出版中心 4 畅 1 切削运动和切削要素 65 4 畅 2 刀具材料与刀具几何形状 67 4 畅 3 切削力和切削温度 71 4 畅 4 切削液 73 4 畅 5 加工精度和加工表面质量 75 第 5 章车削 79 5 畅 1 概述 80 5 畅 2 车床附件及工件的装夹方法 84 5 畅 3 车削方法 90 5 畅 4 车削的工艺特点和车削实例 103 第 6 章刨削 插削及拉削 畅 1 刨削 107

6 机械制造工艺基础 iv 6 畅 2 插削 畅 3 拉削 116 第 7 章铣削和镗削 畅 1 概述 畅 2 铣床 畅 3 铣床附件及工件的一般装夹方法 畅 4 铣刀 铣削用量和铣削方式 畅 5 铣削方法 畅 6 铣削工艺特点与铣削实例 畅 7 镗床与镗削方法 151 第 8 章磨削 畅 1 砂轮 畅 2 外圆磨床与磨削方法 畅 3 平面磨床与磨削方法 畅 4 磨削的工艺特点和磨削实例 174 第 9 章齿面加工 畅 1 概述 畅 2 滚齿 畅 3 插齿 185 第 10 章精密加工和特种加工简介 畅 1 精密加工 畅 2 特种加工 197 第 11 章钳加工与装配 畅 1 划线 螺纹加工 刮削 畅 2 钻孔 扩孔 铰孔 畅 3 装配工艺过程与装配精度 畅 4 可拆连接的装配 畅 5 传动机构的装配 畅 6 轴承的装配 畅 7 装配实例 减速器的装配 258 第 12 章机械加工工艺过程 畅 1 机械加工工艺过程的组成和特征 畅 2 定位基准的选择 畅 3 工艺路线的拟定 畅 4 毛坯选择 畅 5 加工余量和工序尺寸及其公差的确定 畅 6 制订工艺规程的技术依据和步骤 288

7 第 13 章典型零件的加工 畅 1 轴类零件的加工 畅 2 套类零件的加工 畅 3 直齿圆柱齿轮类零件的加工 畅 4 箱体类零件的加工 313 习题集 323 主要参考文献 360 目 科学出版社职教技术出版中心 录 v

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9 绪 论 人们的生活离不开机械产品 任何机械产品从设计图样到可以使用, 都要通过一定的工艺手段使之转化为现实 1 畅机械制造工艺机械制造工艺是各种机械产品的制造方法和过程的总称, 是一门研究机械制造的工艺方法和工艺过程的学科, 通常主要涉及将原材料转变为成品的各种劳动, 包括生产和技术准备 毛坯制造 机械加工 热处理和产品装配检测等 这些相互关联的劳动过程的总和称为机械产品的生产过程 机械制造工艺基础 是机械类通用工种的专业基础课, 主要讲授机械制造工艺的基础知识, 内容主要包括毛坯制造工艺 切削加工工艺和机械加工工艺三部分 (1) 生产过程与工艺过程 1) 生产过程 将原材料转变为成品的全过程称为生产过程 生产过程包括产品设计 生产组织准备和技术准备, 原材料购置 运输和保存, 以及毛坯制造 零件加工 产品装配和试验 销售和服务等一系列工作 生产过程是错综复杂的, 不仅包括直接作用于生产对象上的工作, 还包括生产准备工作和生产辅助工作 2) 工艺过程 生产过程中, 直接改变生产对象的尺寸 形状 相对位置关 系及物理性能的过程, 也就是机械制造工艺过程 一般工艺过程如下 : 铸 锻 焊切削加工 热处理装配 试验金属材料毛坯零件机械产品 链接 GB/ T4863 对机械加工和切削加工的定义 : 机械加工 利用机械力对各种工件进行加工的方法 切削加工 利用切削工具从工件上切除多余材料的加工方法 科学出版社职教技术出版中心 由定义可知, 机械加工的范畴比切削加工要广得多, 不仅包括切削加 工, 还包括非切削加工方法 ( 如压力加工 粉末冶金等 ) 由于切削加工 在机械制造工艺过程中占有极其重要地位, 习惯将切削加工称为机械加工 ( 如车削 铣削 磨削 刨削等 ) (2) 工艺规程 工艺文件是指导工人操作和用于生产 工艺管理等的各种技术文件, 常用的 有工艺路线表 车间分工明细表 工艺过程片 工艺卡片 工序卡片 调整卡

10 片 检验卡片 工艺守则 工夹具明细表 材料消耗工艺 定额明细表等 各类工艺文件的选用根据产品的生产性质 生产类型和产品的复杂程度不同而有所区别 工艺规程是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件, 应用最多, 是最为主要的工艺文件, 在生产中有着极为重要的作用 在生产过程中, 工艺规程是全体有关生产人员必须认真贯彻和严格执行的纪律性文件 2 畅本课的主要任务和要求 机械制造工艺基础 机械制造工艺基础 是中等职业学校机械加工专业的一门主干课程 本课程的主要任务是 : 使学生初步掌握机械制造过程的各种常用加工方法与设备运用, 初步具备编制一般零件的机械加工工艺规程的能力 ; 此外, 还要求学生培养自学能力和自主创新能力, 为解决机械加工方面的实际问题打下必需的基础 学习本书后, 知识和能力目标具体要求如下 (1) 知识目标 1) 了解机械加工及装配的工艺知识 2) 了解机械加工设备的主要结构 性能和加工范围的知识 3) 了解零件加工工艺路线的制定知识 4) 掌握金属切削加工的基本原理及一般机械加工方法 (2) 能力目标 1) 初步具备常见零件加工工艺的实施能力 2) 初步具备根据加工对象合理选择普通机床和工艺装备的能力 本书是一门与生产实践密切相关的教程, 因此在教学中必须加强实践性环节, 通过生产实习 现场教学 电化教学等环节来更好地体会和加深理解学习的内容, 并在理论与实际相结合中培养学生分析和解决生产实际问题的初步能力 2

11 瞯 瞯 瞯 熟悉 教学主要内容 铸件的常见缺陷及其产生的原因 掌握 砂型铸造工艺过程中的砂型制造工序 了解 砂型铸造的特点, 造型方法及对型砂的要求 常用的几种特种铸造的方法 特点及其应用 科学出版社职教技术出版中心

12 １畅 １ 概 述 知识点 瞯 铸造的分类 瞯 铸造的优缺点 瞯 砂型铸造的工艺过程 技能点 瞯 在现场能了解砂型铸造的某一工艺 将熔融金属浇注 压射或吸入铸型型腔中 待其凝固后而得到 一定形 状和 性能铸件的方法称为铸 造 图 １畅 １ 铸 造 所 得 到 的 金 属 工 件 或 毛 坯 称 为 铸 件 图 １畅 ２ 机 械 制 造 工 艺 基 础 图 １畅 １ 铸造 图 １畅 ２ 铸件 １畅 铸造的分类 铸造的方法很多 根据生产方法不同 铸造可分为砂型铸造和特种铸造两大 类 但任何铸造方法都包括以下几步 １ 制造具有和零件形状相适应空腔的铸型 ２ 制备成分 温度都合格的液态金属 ３ 将液态金属浇注入铸型的空腔内 ４ 凝固后取出铸件并清理它的表面和内腔 １ 砂型铸造 砂型铸造是用型砂紧实成形的铸造方法 由于砂型铸造简便易行 原材料来 源广 成本低 见效快 因而在目前的铸造生产中仍占主导地位 用砂型铸造生 4 产的铸件 约占铸件总质量的 ９０ 砂型铸造的工艺过程一般由造型 制造砂型 造芯 制造砂芯 烘干 用

13 于干砂型铸造 ) 合型 ( 合箱 ) 浇注 落砂 清理及铸件检验等组成 图 1 畅 3 所 示为齿轮毛坯的砂型铸造工艺过程 图 1 畅 3 砂型铸造工艺过程 (2) 特种铸造一般称砂型铸造以外的其他铸造方法为特种铸造 常用的特种铸造有金属型铸造 压力铸造 离心铸造 熔模铸造等 此外, 特种铸造还包括低压铸造 壳型铸造 陶瓷型铸造 密封铸造和连续铸造等 第 1 章 2 畅铸造的特点 (1) 优点 1) 可获得复杂外形及内腔的铸件, 如各种箱体 床身 机架 气缸体等 2) 铸件尺寸与质量几乎不受限制, 小至几毫米 几克, 大至十几米 几百 吨的铸件均可铸造 3) 可铸造任何金属和合金铸件 4) 铸件成本低廉 铸造用的原材料来源广泛, 还可利用报废零件和废金属 材料, 且生产设备较简单, 投资少 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) 缺点 科学出版社职教技术出版中心 1) 铸造生产工序繁多, 工艺过程较难控制, 因此铸件易产生缺陷 2) 铸件的尺寸均一性差, 尺寸精度低 3) 和相同形状 尺寸的锻件相比, 铸件的内在质量差, 承载能力不及锻件 4) 铸件生产的工作环境差 温度高 粉尘多, 而且劳动强度大 5 铸 造

14 3 畅小结 1) 将熔融金属浇注 压射或吸入铸型腔中, 待其凝固后而得到一定形状和性能铸件的方法称为铸造 2) 由于铸造可获得形状复杂的铸件, 且尺寸与质量几乎不受限制等, 所以在机械行业应用极广 3) 砂型铸造的工艺过程一般有造型 造芯 烘干 浇注 落砂 清理 检验等 1 畅 2 砂型的制作知识点 瞯造型材料和砂型 瞯模样和芯盒 瞯造型和造芯 瞯浇注系统及冒口 机械制造工艺基础 6 技能点瞯在现场能了解各种造型材料和各种工艺装备 瞯以一个分模面的有箱造型为主, 能了解双面模板脱箱造型工艺过程 1 畅砂型和造型材料 (1) 砂型用型砂 金属或其他耐火材料制成, 包括形成铸件形状的空腔 型芯和浇冒口系统的组合整体称为铸型 用型砂制成的铸型称为砂型 砂型用砂箱支撑时, 砂箱也是铸型的组成部分 砂型的制作是砂型铸造工艺过程中的主要工序 制造砂型即使用造型材料, 借助模样和芯盒造型造芯, 以实现铸件的外形和内形的要求 (2) 造型材料 型砂和芯砂造型材料是制造砂型和砂芯的材料, 包括砂 黏土 有机或无机胶粘剂和其他附加物 按一定比例配合的造型材料, 经过混制, 符合造型要求的混合料称为型砂 按一定比例配合的造型材料, 经过混制, 符合造芯要求的混合料称为芯砂 砂型在浇注和凝固过程中要承受熔融金属的冲刷 静压力和高温的作用, 并要排出大量气体, 型芯则要承受凝固时的收缩压力, 因此型砂 芯砂应有以下几方面的性能要求 : 1) 可塑性 型砂 芯砂在外力作用下可以成形, 外力消除后仍能保持其形

15 状的性能称为可塑性 可塑性好, 易于成形, 能获得型腔清晰的砂型, 从而保证铸件具有精确的轮廓尺寸 2) 强度 型砂 芯砂抵抗外力破坏的能力称为型砂强度 砂型应具有足够的强度, 在浇注时能承受熔融金属的冲击和压力而不致发生变形和毁坏 ( 如冲砂 塌箱等 ), 从而避免铸件产生夹砂 结疤 砂眼等缺陷 3) 耐火性 型砂在高温熔融金属的作用下不软化 不熔融烧结及不黏附在铸件表面上的性能称为耐火性 耐火性差会造成铸件表面粘砂, 使清理和切削困难, 严重时铸件报废 4) 透气性 型砂透气性用紧实砂样的孔隙度表示 孔隙度是指在标准温度和 0 畅 1MPa 压力下, 1min 内通过 1cm 2 截面和 1cm 高试样的空气量 (cm 3 ) 孔隙度越大, 则透气性越好 熔融金属浇入砂型后, 在高温的作用下, 砂型中会产生大量气体, 熔融金属内部也会分离出气体 如果透气性差, 部分气体就会留在熔融金属内不能排出, 导致铸件产生气孔等缺陷 5) 退让性 铸件冷却收缩时, 砂型与型芯的体积可以被压缩的性能称为退让性 退让性差时, 铸件收缩时受到较大阻碍, 会使铸件产生较大内应力, 甚至产生变形或裂纹等缺陷 在铸造过程中, 型芯被熔融金属包围, 工作条件恶劣, 因此芯砂比型砂应具有更高的强度 耐火性 透气性和退让性 2 畅模样和芯盒 第 1 章 (1) 模样 由木材 金属或其他材料制成, 用来形成铸型型腔的工艺装备称为模样 制 造砂型时, 使用模样可以获得与零件外部轮廓相似的型腔 模样是按照根据零件 图样要求绘制的铸造工艺图样制造的 制造模样时要注意以下几点 : 1) 加工余量 加工余量是指为保证铸件加工面尺寸和零件精度, 在铸件工 艺设计时预先增加而在机械加工时切去的金属层厚度 加工余量的大小根据铸件 尺寸公差等级和加工余量等级来确定 一般小型铸件的加工余量为 2 ~ 6mm 2) 收缩余量 收缩余量是指为了补偿铸件收缩, 模样比铸件图样尺寸增大 的数值 收缩余量与铸件的线收缩率和模样尺寸有关, 铸件的线收缩率可用下式 表示 : ε= L 模 - L 铸件 L 模 100 % 式中, L 模, L 铸件 同一尺寸在模样与铸件上的长度, mm ; ε 铸件线收缩率 不同的铸造金属 ( 或合金 ) 其线收缩率不同 一般灰铸铁 ε = 0 畅 5 % ~ 1 % ; 球墨铸铁 ε = 1 % ; 铸钢 ε = 1 畅 6 % ~ 2 畅 0 % ; 黄铜 ε = 1 畅 8 % ~ 2 畅 0 % ; 青铜 ε = 1 畅 4 % ; 铝合金 ε= 1 畅 0 % ~ 1 畅 2 % 科学出版社职教技术出版中心 3) 起模斜度 起模斜度是指为使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒中脱 铸 造 7

16 出, 平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度 起模斜度可用倾斜角 α 表示, 或用起模斜度使铸件增加或减少的尺寸 a 表示 ( 图 1 畅 4) 起模斜度一般为 α= 0 畅 5 ~ 3 4) 铸造圆角 制造模样时, 凡相邻两表面的交角, 都应做成圆角 ( 图 1 畅 5) 铸造圆角的作用是 : 造型方便 ; 浇注时防止铸型夹角被冲坏而引起铸件粘砂 ; 防止铸件因夹角处应力集中而产生裂纹 5) 芯头 芯头是指模样上的突出部分, 它在型内形成芯座 ( 铸型中专为放置型芯芯头的空图 1 畅 4 起模斜度腔 ), 以放置芯头 对于型芯来说是型芯的外伸部分, 不形成铸件轮廓, 只是落入芯座内, 用以定位和支承型芯 ( 图 1 畅 6) 机械制造工艺基础 图 1 畅 5 铸造圆角 图 1 畅 6 支座的铸型 1 畅上型 ; 2 畅分型面 ; 3 畅型芯 ; 4 畅支座型腔 ; 5 畅芯头 ; 6 畅下型 6) 分型面 分型面是指铸型组元间的接合面 ( 图 1 畅 6) 选择分型面时应考虑以下几个方面 : 使分型面具有最大水平投影尺寸 ; 尽量满足浇注位置的要求 ; 造型方便 ; 起模容易 (2) 芯盒制造型芯或其他种类耐火材料芯所用的装备称为芯盒 芯盒的内腔与型芯的形状和尺寸相同 3 畅造型和造芯 8 (1) 造型用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型 造型可分为手工造型 机器造型和自动化造型 1) 手工造型 全部用手工或手动工具完成的造型工序称为手工造型 手工造型方法简便, 工艺装备简单, 适应性强, 因此在单件或小批量生产, 特别是大

17 型铸件和复杂铸件生产中应用广泛 但手工造型生产率低, 劳动强度大, 铸件质量不稳定 手工造型的方法很多, 常见的有有箱造型 脱箱造型 地坑造型和刮板造型等 有箱造型是用砂箱作为铸型组成部分制造铸型的过程 砂箱是容纳和支承砂型的刚性框, 常见的砂箱结构如图 1 畅 7 所示 图 1 畅 7 砂箱有箱造型分整体模造型和分开模造型 没有分模面的模样称为整体模 造型时, 型腔全部在半个铸型 ( 通常为下型 ) 内, 另外半个铸型 ( 上型 ) 为平箱, 分型面为一平面 整体模造型方法简单, 适用于形状简单的铸件 图 1 畅 8 (a ~ f) 所示为整体模造型的过程示意 图 1 畅 8 整体模造型过程 1 畅捣砂杵 ; 2 畅砂箱 ; 3 畅模底板 ; 4 畅模样 ; 5 畅刮板 ; 6 畅记号 ; 7 畅浇口棒 ; 8 畅气孔针 第 1 章 科学出版社职教技术出版中心 铸 造 有分模面的模样称为分开模 通常为一个分模面, 模样被分成两部分, 分别制造上型和下型 型腔位于上型和下型之中 分开模造型有两箱造型和三箱造型, 其中两箱分开模造型是应用最广泛的一种有箱造型方法 图 1 畅 9 (a ~ f) 所示为法兰管铸件的两箱分开模造型的过程 9

18 图 1 畅 9 两箱分开模造型过程 1 畅下半模样 ; 2 畅下砂箱 ; 3 畅模底板 ; 4 畅浇口棒 ; 5 畅冒口棒 ; 6 畅上半模样 7 畅上砂箱 ; 8 畅压铁 机械制造工艺基础 2) 机器造型和自动化造型 用机器全部地完成或至少完成紧砂操作的造型工序称为机器造型 紧砂是使砂箱 ( 芯盒 ) 内型 ( 芯 ) 砂提高紧实度的操作 所有造型工序基本不需人力完成的造型过程称为自动化造型 机器造型和自动化造型可提高生产率, 改善劳动条件, 提高铸件精度和表面质量, 但设备 工艺装备等投资较大, 适用于大批量生产和流水线生产 (2) 造芯制造型芯的过程称为造芯, 是为获得铸件的内孔或局部外形, 用芯砂或其他材料制成的安放在型腔内部的铸型组元 造芯可分手工造芯和机器造芯 常用手工造芯的方法为芯盒造芯 芯盒通常由两半组成, 图 1 畅 10(a,b) 为芯盒造芯的示 图 1 畅 10 芯盒造芯示意图 1 畅型芯 ; 2 畅芯盒 ; 3 畅定位销 ; 4 畅夹钳 10

19 意图 手工造芯主要应用于单件 小批量生产中 机器造芯是利用造芯机来完成填砂 紧砂和取芯的, 生产效率高, 型芯质量好, 适用于大批量生产 成型后的型芯一般都需要烘干, 烘芯的目的是提高型芯的强度和透气性, 减少型芯的发气量 若需要增加型芯的强度, 则可在造芯时在型芯内放置芯骨 芯骨是一种放入型芯中用以加强或支持型芯并有一定形状的金属构架 若需要增加芯子的透气性, 除对芯子扎通气孔外, 还可在型芯中埋放通气蜡线 ( 蜡质线绳 ), 型芯烘干时焚化, 成为排气通道 型芯表面一般都要刷上涂料, 用以提高型芯表层的耐火度 保温性 化学稳定性, 使型芯表面光滑, 并提高其抵抗高温熔融金属的侵蚀能力 4 畅浇注系统及冒口 (1) 浇注系统 浇注系统是为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道, 通常由浇口 杯 直浇道 横浇道和内浇道组成 ( 图 1 畅 11) 浇注系统简称浇口, 其作用是 : 保证熔融金属平稳 均匀 连续地充满型腔 ; 阻止熔渣 气体和砂粒随熔融 金属进入型腔 ; 控制铸件的凝固顺序 ; 供给铸件冷凝收 缩时所需补充的金属熔液 ( 补缩 ) 1) 浇口杯 漏斗形外浇口, 与直浇道顶端连接, 用 以承接并导入熔融金属, 可单独制造, 也可直接在铸型 内形成, 成为直浇道顶部的扩大部分 浇口杯能缓和熔 融金属对铸型的冲击, 并使熔渣 杂质上浮, 起到挡渣 作用 2) 直浇道 浇注系统中的垂直通道, 通常带有一定 的锥度 直浇道的作用是调节熔融金属流入型腔的速度 和压力 直浇道越高, 熔融金属的流速越快, 压力越大, 熔融金属越易于充满型腔的狭薄部分 图 1 畅 11 浇注系统 1 畅浇口杯 ; 2 畅直浇道 ; 3 畅横浇道 ; 4 畅内浇道 3) 横浇道 浇注系统中的水平通道部分 其截面多为梯形 横浇道用 以分配熔融金属流入内浇道, 同时亦起挡渣作用 横浇道一般位于上型分型 面处 4) 内浇道 浇注系统中, 引导液态金属进入型腔的部分 其截面为梯形或 半圆形 内浇道的作用为控制熔融金属的流动速度和方向, 其尺寸和数量根据金 属材料的种类 铸件的质量 壁厚大小和铸件的外形而定 内浇道一般位于下型 分型面处 一般情形下, 直浇道截面应大于横浇道截面, 横浇道截面应大于内浇道 截面, 以保证熔融金属充满浇道, 并使熔渣浮集在横浇道上部, 起挡渣 作用 第 1 章 科学出版社职教技术出版中心 铸 造 11

20 (2) 冒口冒口是在铸型内储存供补缩铸件用熔融金属的空腔 除补缩外, 冒口有时还起排气和集渣的作用 冒口一般设置在铸件的最高处和最厚处 图 1 畅 12 为带有浇 冒口的法兰管子铸件, 在铸件两端最高处设有冒口 5 畅合型 机械制造工艺基础 合型又称合箱, 是将铸型的各个组元, 如上型 下型 型芯 浇口盆等组合成一个完整铸型的操作过程 合型前应对砂型和型芯的质量进行检查, 若有损坏, 需要进行修理 ; 为检查型腔顶面与芯子顶面之间的距离需要进行试图 1 畅 12 带有浇冒口的铸件合型 ( 称为验型 ) 1 畅浇口杯 ; 2 畅直浇道 ; 合型时要保证铸型型腔几何形状和尺寸的 3 畅横浇道 ; 4 畅内浇道 ; 5 畅冒口准确及型芯的稳固 合型后, 上 下型应夹紧或在铸型上放置压铁, 以防浇注时上型被熔融金属顶起, 造成抬箱 射箱 ( 熔融金属流出箱外 ) 或跑火 ( 着火的气体溢出箱外 ) 等事故 6 畅小结 1) 砂型铸造工艺过程中的主要工序是制造砂型, 借助模样和芯盒进行造型和造芯, 以实现铸件的外形和内形的要求 2) 手工有箱造型 ( 整体模 分开模 ) 和造芯应用广泛, 为使造型和造芯达到一定的强度, 透气性 稳定性等要求, 造型和造芯过程中, 应采取一定的措施, 如造芯时放置芯骨以提高强度, 埋放蜡线以提高通气性等 3) 浇注系统是填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道 冒口是供补缩铸件用熔融金属的空腔 ; 合型是将铸型的各个组元组成一个完整铸型的操作过程 1 畅 3 浇注 落砂和清理 知识点瞯浇注 ( 浇注温度 浇注速度 ) 瞯落砂 清理 瞯铸件的质量检查和一般常见的缺陷 12 技能点 瞯对铸件的缺陷能初步分析其产生的原因

21 1 畅浇注 (1) 浇包将熔融金属从浇包注入铸型的操作称为浇注 浇包是容纳 输送和浇注熔融金属用的容器, 用钢板制成外壳, 内衬耐火材料 图 1 畅 13 (a ~ c) 所示为几种常用的浇包 (2) 浇注温度与浇注速度 图 1 畅 13 常用浇包 为了获得优质铸件, 除正确的造型 熔炼合格的铸造合金熔液外, 浇注温度 的高低及浇注速度的快慢也是影响铸件质量的重要因素 1) 浇注温度 ( ) 金属液浇入铸型时所测量到的温度称为浇注温度 浇注 温度是铸造过程须控制的质量指标之一 浇注温度控制或掌握不当, 会使铸件产 生各种缺陷 灰铸铁的浇注温度一般在 1340 左右 ; 黄铜的浇注温度在 1060 左右 ; 青铜的浇注温度在 1200 左右 2) 浇注速度 (kg/s) 单位时间内浇入铸型中的金属液质量称浇注速度 浇 注速度应根据铸件的具体情况而定, 可通过操纵浇包和布置浇注系统进行控制 浇注前, 应把熔融金属表面的熔渣除尽, 以免浇入铸型而影响质量 浇注 时, 须使浇口杯保持充满, 不允许浇注中断, 并注意防止飞溅和满溢 2 畅落砂和清理 第 1 章 科学出版社职教技术出版中心 铸 造 (1) 落砂 用手工或机械使铸件和型砂 砂箱分开的操作称为落砂 从铸件中去除芯砂 和芯骨的操作称为除芯 13

22 机械制造工艺基础 落砂方法分为手工落砂和机械落砂 手工落砂用于单件 小批量生产 ; 机械落砂一般由落砂机进行, 用于大批量生产 铸型浇注后, 铸件在砂型内应有足够的冷却时间 冷却时间可根据铸件的形状 大小和壁厚确定 过早进行落砂, 会因铸件冷却太快而使其内应力增加, 甚至变形开裂 (2) 清理清理是落砂后从铸件上清除表面粘砂 型砂 多余金属 ( 包括浇 冒口 飞翅和氧化皮 ) 等过程的总称 1) 浇口 浇道和冒口的清理 对于铸铁件可用铁锤敲去 ; 铸钢件可用气割切除 ; 有色金属铸件可采用锯削的方法除去 2) 清砂 在落砂后除去铸件表面粘砂的操作称为清砂 清砂的方法有水力清砂 清铲 喷砂清理 抛丸清理和化学清砂等 3) 飞翅 飞翅又称飞边, 是垂直于铸件表面上厚薄不均匀的薄片状金属突起物, 常出现在铸件分型面和芯头部位 较大的飞翅和毛刺可用錾子 移动式砂轮机等进行清理 ; 较小的飞翅和毛刺可用抛丸清理 清铲 火焰表面清理等方法进行清理 4) 精整 铸件清理的最后阶段, 包括根据要求进行打磨 矫正 上底漆等操作 3 畅铸件的检查和缺陷 (1) 铸件的外观检查经落砂 清理后的铸件应进行质量检验 铸件质量包括外观质量 内在质量和使用质量 铸件均需进行外观质量检查, 重要的铸件则须进行内在质量和使用质量的检查 铸件的外观质量项目包括铸件的表面粗糙度 表面缺陷 尺寸公差 形状偏差 质量偏差等 检查铸件的表面质量, 一般通过直接观察或使用有关量具 仪器等进行 (2) 铸件的缺陷由于铸造工艺较为复杂, 铸件质量受型砂质量 造型 熔炼 浇注等诸多因素的影响, 因此容易产生缺陷 常见的缺陷见表 1 畅 1 表 1 畅 1 铸件的常见缺陷 缺陷类型特点产生原因 表面比较光滑, 呈梨形 圆形 椭圆形的孔洞, 一般不在铸件表面露出 ; 大的气孔常孤立存在, 小气孔则成群出现 造型材料中水分过多或含有大量 的发气物质, 砂型和型芯的透气性 差, 浇注速度过快 14

23 续表 缺陷类型特点产生原因 形状不规则 孔壁粗糙并带有枝 状晶的孔洞, 常出现在铸件最后凝 固的部位 铸件在凝固过程中收缩时得不到 足够熔融金属的补充, 即由于补缩 不良而造成 铸件内部或表面有砂粒的孔洞 型砂强度不够, 型砂紧实度不足, 以及浇注速度太快等 铸件的部分或整个表面上黏附着一层砂粒, 以及金属的机械混合物或由金属氧化物 砂子和黏土相互作用而生成的低熔点化合物 ; 粘砂使铸件表面粗糙, 不易加工 型砂的耐火性差或浇注温度过高 4 畅小结 裂纹即铸件开裂, 分冷裂和热裂 两种 ; 冷裂裂纹容易发现 ; 呈长条 形, 而且宽度均匀, 裂口常穿过晶 粒延伸到整个断面 ; 热裂裂纹断面 严重氧化, 无金属光泽, 裂口沿晶 粒边界产生和发展, 外形曲折而不 规则 铸件壁厚相差大 ; 浇注系统开设 不当 ; 砂型与型芯的退让性差等缺 陷使铸件在收缩时产生较大的应力, 从而导致开裂 ; 此外, 铸件在热处 理过程中也会出现穿透或不穿透的 裂纹, 称为热处理裂纹, 其断口有 氧化现象 1) 浇注是将熔融金属从浇包注入铸型的操作, 浇注温度与浇注速度是对铸 件质量有影响的两个重要因素 2) 落砂是使铸件和型砂 砂箱分开的操作 单件小批量生产使用手工落砂 ; 大批量生产则使用机械落砂 3) 清理是指落砂后, 铸件上清除表面粘砂 型砂, 多余金属等操作 4) 铸件均需进行外观质量检查, 重要的铸件还需进行内在质量和使用质 量检查 铸件常见的缺陷有气孔 缩孔 砂眼 粘砂和裂纹等, 产生的原因见 表 1 畅 1 第 1 章 科学出版社职教技术出版中心 铸 造 1 畅 4 特种铸造简介 知识点 瞯金属型铸造 压力铸造 离心铸造 熔模铸造原理及概况 瞯几种特种铸造的特点和应用 15

24 技能点 瞯根据铸件的形状 批量 材料等特点, 能初步选择该铸件的铸造方式 1 畅金属型铸造通过重力作用进行浇注, 将熔融金属浇入金属铸型获得铸件的方法称为金属型铸造 用金属材料制成的铸型称为金属型 金属型常用灰铸铁或铸钢制成 型芯可用砂芯或金属芯 砂芯常用于高熔点合金铸件, 金属芯常用于有色金属铸件 图 1 畅 14 所示为采用垂直分型方式的金属型结构 机械制造工艺基础 图 1 畅 14 垂直分型式金属型 1 畅底座 ; 2 畅活动半型 ; 3 畅定位销 ; 4 畅固定半型图 1 畅 15 所示为使用铰链开合式金属型铸造铝质活塞铸件的实例 铸型由左右两半型组成, 以铰链连接, 左半型固定不动, 右半型可绕铰链轴转动开合 活塞内腔形状和销孔由组合式金属型芯构成 ( 图 1 畅 16) 操作时, 将左 右半型闭合, 安装好金属型芯, 锁紧后即可浇注 铸件经浇注 冷凝后, 先取出左 右销孔型芯, 再抽出中间型芯, 最后取出拼合的左 右侧两块型芯, 打开铸型, 取出铸件, 切除浇 冒口, 经清理 检验合格后即可 重复上述操作过程, 即可继续生产下一个铸件 16 图 1 畅 15 铰链开合式金属型 图 1 畅 16 组合式金属型芯

25 2 畅压力铸造使熔融金属在高压下高速充型, 并在压力下凝固的铸造方法称为压力铸造, 简称压铸 压力铸造在压铸机上进行 压铸机主要由压射装置和合型机构组成, 按压铸型是否预热分冷室压铸机和热室压铸机, 按压射冲头的位置又可分为立式压铸机和卧式压铸机, 生产上卧式冷室压铸机应用较多 图 1 畅 17 所示为卧式冷室压铸机外形, 图 1 畅 18 所示为卧式冷室压铸机的工作原理 图 1 畅 17 卧式冷室压铸机外形 图 1 畅 18 卧式冷室压铸机工作原理 1 畅动型 ; 2 畅定型 ; 3 畅压射冲头 ; 4 畅铸件 ; 5 畅压室 定量勺内的熔融金属注入压室后, 压射冲头 ( 俗称活塞 柱塞 ) 向左推进, 将熔融金属压入闭合的压铸型型腔, 稍停片刻, 使金属在压力下凝固, 然后向右 退回压射冲头, 分开压铸型, 推杆 ( 图中未画出 ) 顶出压铸件 3 畅离心铸造 第 1 章 科学出版社职教技术出版中心 铸 造 将熔融金属浇入绕水平轴 立轴或倾斜轴旋转的铸型, 在离心力作用下, 凝 固成形的铸件轴线与旋转铸型轴线重合, 这种铸造方法称为离心铸造 17

26 离心铸造在离心铸造机 ( 图 1 畅 19) 上进行, 铸型可以用金属型, 也可以用砂型 图 1 畅 20 所示为离心铸造的工作原理, 图 1 畅 20 (a) 所示为绕立轴旋转的离心铸造, 铸件内表面呈抛物面, 铸件的壁厚上下不均匀, 并随铸件高度增大而愈加严重, 因此只适用于高度较小的环类 盘套图 1 畅 19 离心铸造机类铸件 ; 图 1 畅 20 (b) 所示为绕水平轴旋转的离心铸造, 铸件壁厚均匀, 适于制造管 筒 套 ( 包括双金属衬套 ) 及辊轴等铸件 机械制造工艺基础 4 畅熔模铸造 图 1 畅 20 离心铸造的工作原理 将熔融金属浇入由熔模形成的型壳 ( 铸型 ) 型腔中, 在重力作用下冷凝成形 获得铸件的方法称为熔模铸造 熔模制造又称失蜡铸造 熔模铸造的工艺过程如图 1 畅 21 所示 18 图 1 畅 21 熔模铸造的工艺过程

27 图 1 畅 21 熔模铸造的工艺过程 ( 续 ) 5 畅特种铸造的特点和应用离心铸造 常用的几种特种铸造的特点和应用范围见表 1 畅 2 表 1 畅 2 常用的几种特种铸造的特点和应用范围 铸造方法主要特点应用范围 金属型铸造 压力铸造 离心铸造 熔模铸造 用金属铸型, 在重力下浇注成形, 与 砂型铸造比较, 铸件精度高, 力学性能 好, 生产率高, 无粉尘 ; 铸造非铁合金 铸件有细化组织的作用, 铸造灰铸铁件 易出白口 ; 设备费用较高 用金属铸型, 在高压下高速充型, 并 在压力下凝固, 是精度高 效率高的高 压成形方法, 可以铸造形状复杂的薄壁 铸件 ; 但压铸机昂贵, 压铸型制造复杂, 费用高 用金属型或砂型, 在离心力作用下浇 注成形, 铸件组织细密 ; 设备简单, 成 本低, 生产率高 ; 但内表层余量大, 机 械加工量大 用蜡模, 外面包覆耐火涂料制成型壳, 熔出模样后, 经高温焙烧, 进行重力浇 注成形 ; 铸件精度高, 表面质量好, 可 铸造形状很复杂的铸件和高熔点合金铸 件 ; 但生产工艺复杂, 生产周期长, 成 本高 主要用于非铁合金铸件的成批 大量生产 ; 铸件不宜过大, 形状不 宜过于复杂, 铸件壁不能太薄 主要用于锌合金 铝合金 镁合 金 铜合金 等有色金属合金的中 小型薄壁铸件的大批 大量生产 主要用于空心回转体铸件的单件 成批 大量生产, 并可进行双金属 衬套 轴瓦的铸造 第 1 章 科学出版社职教技术出版中心 主要用于以碳钢 合金钢为主的 合金和耐热合金的复杂 精密铸件 ( 铸件质量不大于 10kg) 的各种批量 生产 铸 造 6 畅小结 常用的几种特种铸造的特点和应用范围见表 1 畅 2, 要求能根据铸件的形状 批量 材料等情况初步选择铸件的铸造方式 19

28 瞯 瞯 瞯 教学主要内容 熟悉锻压设备的工作原理, 锻压件坯料的变形方法 掌握锻压工艺的基本工序 了解锻造的分类 特点及应用 冲压的分类 特点及应用

29 2 畅 1 概述 知识点瞯锻造的分类 特点 瞯冲压的分类 特点 瞯压力加工简介 技能点瞯能分清某零件毛坯是否为锻压件 对坯料施加外力, 使其产生塑性变形, 改变尺寸 形状及改善性能, 用以制造机械零件 工件或毛坯的成形加工办法称为锻压 锻压包括锻造和冲压 1 畅锻造的分类和特点 锻造是在加压设备及工 ( 模 ) 具的作用下, 使金属坯料或铸锭产生局部或全 部的塑性变形, 以获得一定几何形状 尺寸和质量的锻件的加工方法 按成形方 式不同, 锻造分为自由锻和模锻两大类, 如图 2 畅 1 (a, b) 所示 第 2 章 图 2 畅 1 锻造方式 金属材料经过锻造变形而得到的工件或毛坯称为锻件, 如图 2 畅 2 所示 锻造具有以下特点 : 科学出版社职教技术出版中心 1) 改善金属的内部组织, 提高金属的力学性能, 如能提高零件的强度 塑 性和韧性 2) 具有较高的劳动生产率 3) 采用精密模锻可使锻件尺寸 形状接近成品零件, 因而可大大节约金属材料和减少切削加工工时 4) 适应范围广 锻件的质量可小至不足千克, 大至数百吨 ; 既可进行单件, 小批量生产, 又可进行大批量生产 5) 不能锻造形状复杂的锻件 21 锻 压

30 图 2 畅 2 锻件 2 畅冲压的特点 机械制造工艺基础 使板料经分离或成形而得到制件的工艺统称为冲压 用冲压的方法制成的工件或毛坯称为冲压件, 如图 2 畅 3 所示 冲压加工通常是在常温下进行的, 所以习惯上又称为冷冲压 冲压具有以下特点 : 1) 在分离或成形过程中, 板料厚度变化很小, 内部组织也不产生变化 2) 生产效率很高, 易实现机械化 自动化生产 图 2 畅 3 冲压件 3) 冲压制作尺寸精确, 表面光洁, 可不再进行加工即可使用 4) 适应范围广, 从小型的仪表零件到大型的汽车栋梁等均能生产, 并能制出形状较复杂的冲压制件 5) 冲压模具精度高, 制造复杂, 成本高, 所以冲压主要适用于大批量生产 冲压的基本工序可以分为分离工序和成形工序两大类, 如图 2 畅 4 和图 2 畅 5 所示 22 图 2 畅 4 分离工序示意 图 2 畅 5 成形工序示意

31 3 畅压力加工简介使毛坯材料产生塑性变形或分离而无切屑的加工方法称为压力加工 锻造和冲压是应用最为普遍的压力加工 除锻压外, 常见的压力加工还有轧制 拉拔 挤压等, 见表 2 畅 1 表 2 畅 1 其他常见压力加工方法 类型特点产生原因 轧制 使坯料在旋转轧辊的压力作用下, 产生 连续塑性变形, 获得要求的截面形状并改 变其性能 拉拔 坯料在牵引力作用下通过模孔拉出, 使 之产生塑性变形而达到截面缩小 长度 增加 挤压 4 畅小结 坯料在三向不均匀压应力作用下, 从模 具的孔口或缝隙挤出, 使之横截面积减少 长度增加, 成为所需制品 ; 按挤压温度高 低分为冷挤 温挤和热挤 1) 锻压包括锻造和冲压 2) 金属材料经过锻造变形而得的工件或毛坯称为锻件 锻件最显著的特点 ( 与铸件比 ) 是组织致密, 力学性能好, 但难以像铸造那样制出形状复杂的坯件 3) 用冲压的方法制成的工件或毛坯称为冲压件 冲压件最显著的特点是适 用范围广, 制作尺寸精确, 表面光洁, 适用于批量生产 表 2 畅 1 4) 常见的压力加工除锻造和冲压外, 还有轧制 拉拔 挤压等, 其特点见 第 2 章 科学出版社职教技术出版中心 锻 压 2 畅 2 金属的加热和锻件冷却 知识点 瞯锻造温度范围 瞯锻件的冷却方法 23

32 技能点 瞯了解锻造加热温度和锻件冷却与锻件质量的关系 除高塑性金属外, 一般可锻金属材料须经加热才能进行锻造 金属加热的目的是提高其塑性, 降低变形抗力, 并使内部组织均匀 金属材料的加热是整个锻造工艺过程中的一个重要环节, 直接影响产品的质量 1 畅锻造温度范围 机械制造工艺基础 24 (1) 始锻温度始锻温度是指开始锻造的温度 一般来说, 始锻温度应尽可能高一些, 这样一方面使金属的塑性提高, 另一方面又可延长锻造的时间 但加热温度过高, 超过一定限度时, 金属将产生过热或过烧的缺陷, 使金属塑性急剧降低, 可锻性变差 通常将变形允许加热达到的最高温度定为始锻温度 一般金属材料的始锻温度应比其熔点低 (100 ~ 200 ) (2) 终锻温度终锻温度是指终止锻造的温度 一般来说, 终锻温度应尽可能低一些, 这样可以延长锻造时间, 减少加热次数 但温度过低, 金属塑性降低, 变形抗力增大, 可锻性同样变差, 金属还会产生加工硬化, 甚至发生开裂 若终锻温度过高 ( 即在高温时停锻 ), 锻件会因晶粒比较粗大而降低力学性能 通常将变形允许的最低温度定为终锻温度 (3) 锻造温度范围锻造温度范围是指锻件的始锻温度到终锻温度的间隔 不同钢材的锻造温度范围不同 图 2 畅 6 所示为碳素钢的锻造温度范围 由图中可以看出, 含碳量越高的碳素钢, 始锻温度越低 常用金属材料的锻造温度范围见表 2 畅 2 有色金属合金的锻造温度范围均比碳素钢的锻造温度范围窄 图 2 畅 6 碳素钢的锻造温度范围金属变形必须在锻造温度范围内进行, 否则锻件容易开裂或变形困难 (4) 加热速度加热时坯料表面温度升高的速度称为加热速度 ( /h)

33 表 2 畅 2 常用金属材料的锻造温度范围 ( ) 金属材料 始锻温度 终锻温度 冷却方法 ~ 1250 > 800 空冷 ~ ~ 850 空冷 20Cr, 40Cr 堆冷 65 M n 1050 ~ ~ 850 空冷 T 8, T ~ 空冷 2Cr ~ 1150 > 850 灰砂冷 1C r18 Ni9 Ti 1130 ~ 1180 > 850 空冷 H H Pb59 畅 超硬铝 锻铝 镁合金 坯料加热到要求的温度时所需的时间称为加热时间 提高加热速度可以提高生产效率, 降低材料的烧损和钢材表面的脱碳, 并减 少燃料的消耗 坯料加热时, 其热量自外表逐渐传递到内层, 表面升温较快, 内 层较慢 因此, 加热速度过快会使坯料外表的热量来不及传递到内层, 使坯料受 热不均匀而产生很大的热应力, 增大了产生裂纹的可能性 所以确定坯料加热速 度 ( 或加热时间 ) 的原则是 : 在避免因坯料断面温差引起的热应力而产生裂纹的 前提下, 以最快的加热速度 ( 或在最短的加热时间内 ) 达到合理的始锻温度 对于一些导热性较差的金属材料 ( 如高碳钢 高合金钢等 ) 或断面尺寸较大 的坯料, 加热时应先进行低温预热, 然后再快速加热 ; 而对一些导热性较好的金 属材料 ( 如低碳钢 低合金钢 有色金属等 ) 或断面尺寸较小的坯料, 则可直接 加热 2 畅锻件的冷却方法 (1) 冷却规范 冷却过程中温度与时间的关系称为冷却规范 正确选择和严格遵守冷却规范, 也是锻造工艺过程中的一个重要环节 如果 锻后锻件冷却不当, 会使应力增加和表面过硬, 影响锻件的后续加工, 严重的还 会产生翘曲变形 裂纹, 甚至造成锻件报废 (2) 冷却方法 不同的冷却方法具有不同的冷却规范 常用的冷却方法如下 : 1) 空冷 热态锻件在空气中冷却的方法称为空冷 空冷是冷却速度较快的 一种冷却规范, 适用于低碳钢 中碳钢的小型锻件 第 2 章 科学出版社职教技术出版中心 2) 堆冷 将热态锻件成堆放在空气中进行冷却的方法称为堆冷 堆冷的冷 锻 压 25

34 却速度低于空冷, 适用于低碳钢 中碳钢的小型锻件 3) 坑冷 将热态锻件放在地坑 ( 或铁箱 ) 中缓慢冷却的方法称为坑冷 坑冷的冷却速度较堆冷低, 适用于低合金钢及截面尺寸较大的锻件 4) 灰砂冷 将热态锻件埋入炉渣 灰或砂中缓慢冷却的冷却方法称为灰砂冷 锻件入灰 ( 砂 ) 温度一般不低于 500, 到 150 左右出灰 ( 砂 ), 周围蓄砂厚度不能小于 80mm 灰砂冷的冷却速度低于坑冷, 使用场合与坑冷相同 5) 炉冷 锻后锻件放入炉中缓慢冷却的冷却方法称为炉冷 炉冷应根据需要按预定的温度 时间曲线进行, 其冷却速度低于灰砂冷, 适用于高合金钢及大型锻件 3 畅小结 1) 金属材料的加热是整个锻造工艺过程中的一个重要环节, 金属变形必须在锻造温度范围内进行, 否则锻件容易开裂变形困难 2) 正确选择和严格遵守冷却规范, 它也是锻造工艺过程中的一个重要环节 如锻后冷却不当, 严重影响锻件质量 3) 不同的冷却方法具有不同的冷却规范, 适用于不同的锻件材料和锻件大小 机械制造工艺基础 2 畅 3 自由锻知识点 瞯加热炉 自由锻设备 瞯自由锻方法 瞯自由锻常见缺陷 技能点瞯能识别各种自由锻设备和工艺装备 瞯能识别自由锻的基本工序内容和用途 瞯初步识别锻件缺陷并了解其产生的原因 只用简单的通用性工具, 或在锻造设备的上 下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的锻造方法称为自由锻 自由锻件的精度不高, 形状简单, 其形状和尺寸一般通过操作者使用通用工具来保证, 主要用于单件 小批量生产 对于大型及特大型锻件的制造, 自由锻仍是唯一有效的方法 自由锻对锻工的技术水平要求高, 劳动条件差, 生产效率低 1 畅加热炉 26 金属坯料锻造前必须预先在加热炉中加热 加热炉的种类很多, 其加热方式主

35 要有火焰加热和电加热两类 目前在一般中小型工厂中, 较普遍采用的是以烟煤作 燃料的反射炉 反射炉是燃料在燃烧室燃烧, 并通过炉顶将火焰反射到加热室加热 坯料的炉子 图 2 畅 7 所示为反射炉的外形, 图 2 畅 8 所示为反射炉的结构示意 图 2 畅 7 反射炉的外形 图 2 畅 8 反射炉的结构示意 1 畅一次送风管 ; 2 畅水平炉箅 ; 3 畅燃烧室 ; 4 畅二次送风管 ; 5 畅火墙 ; 6 畅加热室 ; 7 畅炉门 ; 8 畅鼓风机 ; 9 畅烟囱 ; 10 畅烟道 ; 11 畅换热器 ; 燃煤置于燃烧室 3 中的炉箅 2 上, 鼓风机 8 输出的空气经换热器 11 预热后, 从一次送风管 1 进入燃烧室 燃烧产生的高温火焰经炉顶反射越过火墙 5 进入加 热室 6, 同时经预热后的空气又从二次送风管 4 的喷口射出, 由燃烧室喷入加热 室, 使加热室全部充满火焰, 温度可达 1350 左右 炉内的废气经烟道 10 由烟 囱 9 排出 坯料通过炉门 7 装入加热室或自其中取出 坯料在加热炉中受热是否均匀是影响锻件质量的重要因素, 因此能否保证坯 料均匀受热是评价加热炉质量优劣的主要依据之一 2 畅自由锻设备 自由锻常用的设备有空气锤和水压机 (1) 空气锤 空气锤是以压缩空气为工作介质, 驱动锤头上 下运动打击锻件, 使其获得 塑性变形的锻锤 图 2 畅 9 (a, b) 所示为空气锤的外形和工作原理 电动机 11 通过减速机构 10 驱动曲柄 20 作回转运动, 通过连杆 19 使压缩缸 活塞 18 在缸内作上 下往复运动 当工作活塞 14 带动锤杆 13 锤头 5 和上砧 块 4 下落时, 放置在上砧块 3 上的坯料就受到锤击 空气锤是通过手柄 9 或踏杆 12 控制旋阀 16 的旋转角度操纵的 锤头可实现 空行程 悬空 压紧锻件 单击 连续锤击等不同动作 锤击时可使锤头产生不 同的锤击力 空气锤的吨位以落下部分的质量表示 落下部分包括工作缸活塞 锤杆 锤 头和上砧块 ( 或上锻模 ) 常用空气锤的吨位为 0 畅 15 ~ 0 畅 75t (150 ~ 750kg), 适 用于中小型锻件的生产 第 2 章 科学出版社职教技术出版中心 锻 压 27

36 机械制造工艺基础 图 2 畅 9 空气锤的外形和工作原理 1 畅砧座 ; 2 畅砧垫 ; 3 畅下砧块 ; 4 畅上砧块 ; 5 畅锤头 ; 6, 15 畅工作缸 ; 7, 16 畅旋阀 ; 8, 17 畅压缩缸 ; 9 畅手柄 ; 10 畅减速机构 ; 11 畅电动机 ; 12 畅踏杆 ; 13 畅锤杆 ; 14, 18 畅活塞 ; 19 畅连杆 ; 20 畅曲柄 (2) 水压机水压机是以水作为介质传递能量的机器 工作时以静压力作用在锻件上, 使其发生变形 图 2 畅 10 所示为水压机结构示意图 28 图 2 畅 10 水压机结构示意图 1 畅下横梁 ; 2 畅主柱 ; 3 畅活动横梁 ; 4 畅上横梁 ; 5 畅工作柱塞 ; 6 畅工作缸 ; 7, 8 畅管道 ; 9 畅回程柱塞 ; 10 畅回程缸 ; 11 畅砧块 ; 12 畅下砧块 ; 13 畅回程横梁 ; 14 畅拉杆

37 水压机由固定系统和活动系统两部分组成 固定系统部分包括下横梁 1 立 柱 2 上横梁 4 工作缸 6 和回程缸 10, 下砧块 12 装在下横梁 1 上 ; 活动系统部 分包括活动横梁 3 工作柱塞 5 回程柱塞 9 回程横梁 13 和拉杆 14, 上砧块 11 装在活动横梁的下面 当高压水沿管道 7 进入工作缸时, 工作柱塞带动活动横梁沿立柱下落, 实现 了上砧块对坯料的锻压 ; 当高压水从管道 8 进入回程缸的下腔时, 推动回程柱塞 向上运动, 回程柱塞通过回程横梁 拉杆带着活动横梁和上砧块离开坯料上升, 同时, 工作缸内的水由管道排往低压水源 水压机工作时, 活动横梁的空程向下 工作行程 回程及悬空等动作通过操 纵机械实现 操纵机构称分配器, 由各种控制阀组成并装入箱体, 通过操纵手柄 可控制各阀的开启和关闭 水压机的吨位是以上砧块的最大工作压力来表示的 常用水压机的吨位为 ~ 1 畅 N (500 ~ t), 适用于大型锻件的生产 水压机的锻造能力强, 锻透深度大, 锻造时坯料变形速度低, 无振动, 是目 前制造大型锻件理想的锻压设备 3 畅自由锻方法 自由锻的基本工序有镦粗 拔长 冲孔 弯形 切割等 (1) 镦粗 使毛坯高度减小 横断面积增大的锻造工序称为镦粗 ( 图 2 畅 11) 镦粗一般 用来制造齿轮坯或盘饼类毛坯, 或为拔长工序增大锻造比及为冲孔工序作准备 等 为了防止坯料在镦粗时产生轴向弯曲, 坯料镦粗部分的高度不应大于坯料直 径的 2 畅 5 ~ 3 倍 在坯料上某一部分进行的镦粗称为局部镦粗 ( 图 2 畅 12) 局部镦粗时, 可只 对所需镦粗部分进行加热, 然后放在垫环 ( 漏盘 ) 上锻造, 以限制变形范围 第 2 章 科学出版社职教技术出版中心 锻 压 图 2 畅 11 镦粗 图 2 畅 12 局部镦粗 (2) 拔长使毛坯横断面积减小 长度增加的锻造工序称为拔长 ( 图 2 畅 13) 拔长用来制造轴杆类毛坯, 如光轴 阶台轴 连杆 拉杆等较长的锻件 拔长需用夹钳将坯料钳牢, 锤击时应将坯料绕其轴线不断翻转 常用的翻转 29

38 方法有两种 : 1) 反复 90 翻转 [ 图 2 畅 14 (a)] 该法操作方便, 但变形不均匀 2) 沿螺旋线翻转 [ 图 2 畅 14 (b)] 该法坯料变形和温度变化较均匀, 但操作不方便 图 2 畅 13 拔长 图 2 畅 14 坯料翻转方法 机械制造工艺基础 (3) 芯棒拔长和扩孔芯捧拔长和扩孔是拔长工序的一种变化形式, 使用于套筒 圆环等空心坯料 在空心毛坯中加芯轴进行变形以减小空心毛坯外径 ( 壁厚 ) 而增加其长度的锻造工序, 如图 2 畅 15 所示 芯捧拔长一般用于锻造长筒类锻件 减小空心毛坯壁厚而增加其内 外径的锻造工序称为扩孔 扩孔的方法有两种 : 1) 冲头扩孔 利用冲头锥面引起的径向分力进行扩孔的方法 [ 图 2 畅 16 (a)] 冲头扩孔时, 由于坯料切向受拉应力, 容易胀裂, 因此每次扩孔量不宜太大 2) 芯轴扩孔 利用上砧和芯轴对空心坯料沿圆周依次连续压缩而实现扩孔的方法 [ 图 2 畅 16 (b)] 芯轴扩孔时, 由于切向拉应力很小, 不易破裂, 因此可用于锻制薄壁锻件 图 2 畅 15 芯棒拔长 图 2 畅 16 扩孔 1 畅垫环 ; 2, 4 畅坯料 ; 3 畅扩孔冲子 ; 5 畅上砧 ; 6 畅芯轴 ; 7 畅马架 30 空心毛坯扩孔时用的芯轴又称为马杠, 扩孔时支撑芯轴 ( 马杠 ) 所用的工具称为马架 (4) 冲孔在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序称为冲孔 冲孔常用于制造带孔齿轮

39 套筒 圆环及重要的大直径空芯轴等锻件 为了减小冲孔的深度和保持端面平整, 冲孔前通常先将坯料镦粗 冲孔后大部分锻件还需芯棒拔长 扩孔或修整 冲孔的方法分为双面冲孔和单面冲孔两种 : 1) 双面冲孔 先试冲一凹痕, 检查孔的位置是否正确, 无误后, 在凹痕中撒少许煤粉以利于冲子的取出, 然后用冲子冲深至坯料厚度的 2/3 ~ 3/4, 再翻转坯料将孔冲穿, 如图 2 畅 17 所示 2) 单面冲孔 如图 2 畅 18 所示, 坯料 2 置于垫环 3 上, 冲子 1 的大端向下, 位置正确后直接将孔冲穿 单面冲孔主要用于较薄的坯料 (5) 弯形 图 2 畅 17 双面冲孔过程 1 畅冲子 ; 2 畅坯料 图 2 畅 18 单面冲孔 1 畅冲子 ; 2 畅坯料 ; 3 畅垫环 采用一定的工模具将毛坯弯成所规定的外形的锻造工序称为弯形 [ 图 2 畅 19 ( 犪, 犫 )] 坯料弯曲变形时, 金属的 纤维组织未被切断, 并沿锻件的外形 连续分布, 可保证力学性能不致削 弱 因此, 质量要求较高并具有弯曲 轴线的锻件, 如角尺 吊钩等都是利 用弯形工序来锻制的 (6) 切割 把板材或型材等切成所需形状 和尺寸的坯料或工件的锻造工序称 为切割 切割的方法有以下几种 : 1) 单面切割 将剁刀垂直于坯 料, 锤击剁刀使其切入坯料至接近 底部, 然后翻转坯料, 用剁刀或克 图 2 畅 19 弯形 1 畅成形压铁 ; 2 畅坯料 ; 3 畅成形垫铁 子对准切口将坯料剁断 ( 图 2 畅 20) 这种方法常用于切断坯料和切除料头 2) 双面和四面切割 在坯料的两个相对面上先后切割, 称为双面切割 若 先切割两相对面, 再切割相邻的两相对面, 则称为四面切割 双面和四面切割一 般用于切割截面较大的坯料 第 2 章 科学出版社职教技术出版中心 锻 压 31

40 3) 圆料切割 坯料置于剁料槽内, 第一刀剁刀切至坯料直径的 1/3 ~ 1/2 深 处, 然后转动坯料 120 ~ 150 后切入第二刀, 再转动坯料切第三刀, 将坯料切断 ( 图 2 畅 21) 机械制造工艺基础 图 2 畅 20 单面切割图 2 畅 21 圆料的切割 1 畅坯料 ; 2 畅剁刀 ; 3 畅克子 4 畅自由锻实例 (1) 锻件图在锻造前, 一般应绘制锻件图, 然后, 确定锻件坯料的质量和规格 锻件图是根据零件图绘制的 自由锻的锻件图是在零件图的基础上考虑了加工余量 锻造公差 工艺余块等因素后绘制的图样 图 2 畅 22 所示为零件压盖的锻件图及坯料的质量和规格 图 2 畅 22 压盖锻件图及坯料质量和规格 32 (2) 锻造工艺 锻造应按制定的锻造工艺进行 表 2 畅 3 所示为压盖的自由锻工艺

41 表 2 畅 3 压盖的自由锻工艺 序号操作方法简图序号操作方法简图 1 印槽 5 冲孔 2 一端拔小 6 锻出凸台 3 端部镦粗 7 两垫环中 修正 4 滚圆 8 滚圆外圆 并修整 第 2 章 5 畅自由锻的常见缺陷 自由锻常见的缺陷有裂纹 末端凹陷 轴心裂纹和折叠等 产生裂纹的原因主要有坯料质量不好 加热不充分 锻造温度过低 锻件冷 却不当和锻造方法有错误等 末端凹陷和轴心裂纹 ( 图 2 畅 23) 是由于锻造时坯料内部未热透或坯料整个 截面未锻透, 变形只产生在坯料表面造成的 科学出版社职教技术出版中心 产生折叠的原因主要是坯料在锻压时送进量小于单面压下量, 如图 2 畅 24 所示 锻 压 图 2 畅 23 末端凹陷和轴心裂纹 图 2 畅 24 折叠 33

42 6 畅小结 1) 自由锻是借助简单的通用型工具靠生产工人的操作, 使金属坯料在设备的上 下砧之间塑性变形成制造锻件的加工方法 2) 自由锻的设备主要是空气锤 水压机以及加热炉 根据锻件特征, 应合理选用锻造设备 设备吨位太小会造成锻不透 生产率降低 ; 设备吨位太大造成动力浪费, 增加锻造成本, 还可能造成工具损坏 3) 自由锻的基本工序是使金属坯料变形并获得预期形状尺寸的变形工序, 主要包括镦粗 拔长 冲孔 变形 切割等 4) 由于坯料质量 加热和冷却不当 操作不妥等问题造成裂纹 末端凹陷 轴心裂纹和折叠等缺陷 2 畅 4 模锻 机械制造工艺基础 知识点瞯胎模锻 瞯模锻 技能点瞯识别某类锻件获得的方法 瞯了解模锻的特点, 合理选择某锻件的制造方法 利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法称为模锻 模锻具有模锻件尺寸精度高 形状可以很复杂 质量好 节省金属和生产率高等优点 此外, 在大批量生产时, 模锻件的成本较低 模锻的不足之处是锻件质量较小 ; 模锻设备投资大, 在小批量生产时模锻不经济 ; 工艺灵活性不如自由锻 模锻分胎模锻和模锻两类 1 畅胎模锻 34 胎模锻是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的一种锻造方法 胎模不固定在锤头或砧座上, 只在使用时才放到下砧上去 胎模锻前, 通常先用自由锻制坯, 再在胎模中终锻成形 它既具有自由锻简单 灵活的特点, 又兼有模锻能制造形状复杂 尺寸准确的锻件的优点, 因此适于小批量生产中用自由锻成形困难 模锻又不经济的复杂形状锻件 胎模可分成制坯整形模 成形模和切边冲孔模等 图 2 畅 25 (a) 是制坯整形模的一种, 称摔模 ( 又称克子 ), 为最常用的胎模, 用于锻件成形前的整形 拔长 制坯 校正 用摔模锻造时, 须不断旋转锻件, 因此适用于锻制回转体锻

43 件, 如光轴 阶台轴等 图 2 畅 25 胎模类型 1 畅垫块 ; 2 畅套筒 ; 3, 5 畅上模 ; 4 畅模膛 ; 6 畅定位销 ; 7 畅下模 ; 8 畅冲头 ; 9 畅锻件飞边 ; 10 畅垫环 ( 凹模 ) 扣模 套模 合模 [ 图 2 畅 25 (b ~ d)] 均为成形模 扣模由上扣和下扣组 成, 或只有下扣, 而以上砧块代替上扣 扣模既能制坯, 也能成形 锻造时, 锻件不转动, 可移动 扣模用于非回转体杆料的制坯 弯形或终锻成形 套模 分开式和闭式两种 : 开式套模只有下模, 上模由上砧块代替, 适用于回转体料 的制坯或成形, 锻造时常产生小飞边 ; 闭式套模锻造时, 坯料在封闭模膛中变 形, 无飞边, 但产生纵向毛刺, 除能完成制坯或成形外, 还可以冲孔 合模一 般由上 下模及导向装置 ( 定位销 ) 组成, 用于形状复杂的非回转体锻件的 成形 切边模 [ 图 2 畅 25 (e)] 用于切除飞边 2 畅模锻 模锻是在专用的模锻设备上进行锻造 常用的模锻设备有模锻空气锤 螺旋 压力机 平锻机 模锻水压机等 锻模紧固在锤头 ( 或滑块 ) 与砧座 ( 或工作台 ) 上 锤头沿导向性良好的导轨运动, 砧座通常与模锻设备的机架连接成整体 模锻时使坯料成形而获得模锻件的工具称为锻模 锻模由上模和下模组成 由于锻件从坯料到成形须经多次变形, 才能得到符合要求的形状和尺寸, 所以锻 模通常有多个模膛 根据作用不同, 模膛分成制坯模膛和模锻模膛两大类 图 2 畅 26 所示为连杆弯形的多模膛锻模及其模锻过程 第 2 章 科学出版社职教技术出版中心 锻 压 35

44 机械制造工艺基础 图 2 畅 26 连杆弯形的锻模及模锻过程 1 畅弯形模锻 ; 2 畅预锻模膛 ; 3 畅滚挤模膛 ; 4 畅拔长模膛 ; 5 畅终锻模膛 ; 6 畅滚挤模膛断面形状复杂的锻件应先用制坯模膛将坯料经几次变形, 逐步使锻件断面形状近似的毛坯, 以利于金属均匀变形, 顺利充满模膛, 从而获得准确形状的模锻件 图 2 畅 26 中的拔长 滚挤 弯形等模膛, 都属制坯模膛 模锻模膛是锻件最终成形的模膛 它包括预锻模膛和终锻模膛 预锻模膛是复杂锻件制坯以后预锻变形用的模膛, 目的是使毛坯形状和尺寸更接近锻件, 在终锻时更容易充填终锻模膛, 同时改善坯料锻造时的流动条件和提高终锻模膛的使用寿命 终锻模膛是使坯料最后成形得到与锻件图一致的锻件的模膛 为了使终锻时锤击力比较集中, 锻件受力均匀及防止偏心 错移等缺陷, 终锻模膛一般设置在锻模的居中位置 终锻成形后的锻件, 周围存在较薄的飞边, 可在压力机上用切边模切除 3 畅小结 1) 胎模锻使用自由锻设备进行锻造, 使用的模具称胎模, 适用于小批量生产那些用自由锻成形困难 模锻又不经济的复杂形状锻件 2) 模锻时使坯料成形而获得模锻件的工具称锻模 上 下模分别紧固在锤头与砧座上 锻模上一般设置多个模膛, 根据作用不同, 分制坯模膛和模锻模膛两类 36

45 2 畅 5 冲压 知识点瞯冲压常用设备 瞯冲压的基本工序 技能点瞯了解和识别各种冲压设备的工作原理 瞯了解冲压件的基本工序内容 1 畅冲压常用设备 冲压最常用的设备有机械压力机和剪切机等 (1) 机械压力机机械压力机俗称冲床, 是采用机械传动作为工作机构的压力机 工作机构多由曲柄 连杆 滑块等组成 机械压力机分开式和闭式两类 具有悬臂式机身 工作台的三个方向是敞开的称为开式压力机 ; 工作台仅前后敞开 左右有立柱的称为闭式压力机 图 2 畅 27 ( a, b) 所示常用开式双柱压力机的外形和传动示意图 第 2 章 科学出版社职教技术出版中心 锻 压 图 2 畅 27 机械压力机 ( 开式双柱 ) 1 畅工作台 ; 2 畅滑块 ; 3 畅导轨 ; 4 畅连杆 ; 5 畅制动器 ; 6 畅曲轴 ; 7 畅离合器 ; 8 畅飞轮 ; 9 畅电动机 ; 10 畅拉杆 ; 11 畅踏板 其工作原理如下 : 37

46 电动机 9 通过 V 带带动飞轮 8 转动 当踩下踏板 11 时, 拉杆 10 操纵离合器 7 使飞轮与曲轴 6 连接, 曲轴的回转运动通过连杆 4 转换成滑块 2 沿导轨 3 的上 下往复直线运动, 从而实现冲压加工 松开踏板, 飞轮与曲轴的连接脱开, 滑块在制动器 5 作用下, 自动停止在最高位置 (2) 剪切机图 2 畅 28 所示为常用龙门剪切机结构示意图 机械制造工艺基础 图 2 畅 28 剪切机结构 1 畅下刀刃 ; 2 畅上刀刃 ; 3 畅导轨 ; 4 畅电动机 ; 5 畅带轮 ; 6 畅制动器 ; 7 畅曲轴 ; 8 畅滑块 ; 9 畅齿轮 ; 10 畅离合器 ; 11 畅板料其工作原理如下 : 电动机 4 通过 V 带带动带轮 5 和与其共轴的齿轮 9 转动 当离合器 10 啮合时, 具有双曲柄的曲轴 7 经空套齿轮与齿轮 9 连接并随之转动, 双连杆使装有上刀刃 2 的滑块 8 沿导轨 3 作上 下往复直线运动, 实现对上 下刀刃间板料 11 的剪切 制动器 6 的作用是使上刀刃剪切后停止的最高位置上 2 畅冲压的基本工序 38 冲压的基本工序可分为分离工序和成形工序两大类 (1) 分离工序分离工序是使板料的一部分和另一部分分开的工序, 包括冲裁和切断 1) 冲裁 冲裁是利用冲模将板料以封闭的轮廓与坯料分离的一种冲压方法 常见的冲裁有落料和冲孔 落料是利用冲裁取得一定外形的制件或坯料的冲压方法 ( 图 2 畅 29) 冲孔是将冲压坯内的材料以封闭的轮廓分离开来, 得到带孔制件的一种冲压方法 ( 图 2 畅 30), 其冲落部分为余料 余料有时还可以再次利用, 冲压其他冲压制品 2) 切断 切断是将材料沿不封闭的曲线分离的一种冲压方法 将材料沿不封闭的曲线部分地分离, 其分离部分的材料发生弯曲, 此种冲压方法称为切口 ( 图 2 畅 31)

47 图 2 畅 29 落料 1 畅板料 ; 2 畅凹模 ; 3 畅凸模 ; 4 畅冲压制件 ; 5 畅余料 图 2 畅 30 冲孔 1 畅板料 ; 2 畅冲压制件 ; 3 畅余料 (2) 成形工序 图 2 畅 31 切口 成形工序是使板料发生塑性变形, 以获得规定形状工件的工序, 主要包括弯 形和拉深 1) 弯形 弯形是将板料在弯矩作用下弯成具 有一定曲率和角度的制件的成形方法, 如图 2 畅 32 所示 弯形时, 板料内侧受压, 外侧受拉 当弯 曲变形程度过大时, 弯形件外侧易被拉裂 为防 止工件拉裂, 凸模 2 和凹模 3 的工作部分应有合理 的圆角 图 2 畅 33 (a ~ d) 所示是板料经多次弯形后制成圆 筒形状制件的成形过程 图 2 畅 32 弯形 1 畅工件 ; 2 畅凸模 ; 3 畅凹模 第 2 章 科学出版社职教技术出版中心 锻 压 39

48 图 2 畅 33 圆筒状制件的成形过程 2) 拉深 拉深又称拉延, 是变形区在一拉 压的应力状态作用下, 使板 料 ( 浅的空心坯 ) 成形为空心件 ( 深的空心件 ) 而厚度基本不变的加工方法 图 2 畅 34 所示为拉深示意图 机械制造工艺基础 图 2 畅 34 拉深 1 畅板料 ; 2 畅凸模 ; 3 畅压板 ; 4 畅工件 ; 5 畅凹模 ; 6 畅拉深制件 为防止板料 1 在拉深时拉裂, 凸模 2 和凹模之间留有略大于板料厚度的间隙 为减小拉深时的摩擦阻力, 应在板料上或凹模工作部分涂以润滑剂 压板 3 的作用是拉深过程中对板料施以一定的压紧力, 以防止板料周边起皱 对变形量较大的拉深件, 不能一次完成拉深时, 应采用多次拉深的方法 40

49 3 畅小结 1) 板料经分离或成形而得到制件的工艺称为冲压 ( 又称冷冲压 ) 2) 冲压的基本工序可分为分离工序和成形工序 分离工序包括冲裁和切断, 使板材的一部分与另一部分分开 成形工序是使板料发生塑性变形, 从而得到规定形状的制件 成形工序主要是弯形和拉深 第 2 章 科学出版社职教技术出版中心 锻 压 41

50 教学主要内容 瞯熟悉焊条电弧焊的原理 方法和焊接质量 气焊与气割的原理 设备 方法 瞯掌握焊条电弧焊的焊接工艺参数的合理选择, 初步具有手工操作的能力 ; 气焊和气割的设备使用方法, 初步具有气焊和气割的操作能力 瞯了解焊接的分类 特点及应用 其他常用焊接方法, 如埋弧焊 气体保护电弧焊等

51 3 畅 1 概述 知识点瞯焊接的分类 瞯焊接的特点和应用 技能点瞯在焊接现场, 根据被焊金属所处状态, 能初步区分各种不同的焊接 焊接是通过加热或加压或两者并用, 并使用 ( 或不用 ) 填充材料使工件达到结合的一种方法, 如图 3 畅 1 所示 图 3 畅 1 焊接 焊接是一种不可拆连接, 它不仅可以连接各种同质金属, 而且可以连接各种 不同质的金属 由焊接方法连接的组件称为焊件 1 畅焊接的分类 第 3 章 科学出版社职教技术出版中心 焊 接 按焊接过程中被焊金属所处状态不同, 焊接可分为熔焊 压焊和钎焊三大类 (1) 熔焊熔焊是将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法 熔焊的主要特征是 : 焊接过程中母材金属处于熔化状态而形成熔池, 熔池的液态金属冷却凝固而构成焊缝, 将焊件连接在一起 熔池是熔焊时在焊接热源作 43

52 用下, 焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分 要使金属熔化, 熔焊必须有热源 常用的热源有电弧和气体火焰两种 利用电弧作为热源的熔焊方法称为电弧焊 ; 利用气体火焰作为热源的熔焊方法称为气焊 利用其他类型热源的熔焊有电子束焊 等离子弧焊 激光焊 电渣焊和热剂焊等 (2) 压焊压焊是焊接时对焊件施加压力, 以完成焊接的方法 压焊的主要特征是 : 焊接过程中必须对焊件施加压力, 使经加热至塑性状态的焊件实现连接, 或使未经加热的焊件产生塑性变形 原子间相互扩散而实现连接 应用最普遍的压焊是电阻焊 (3) 钎焊钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料, 将焊件和钎料加热到高于钎料熔点 低于母材熔化的温度, 利用液态钎料浸润母材, 填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法 钎焊的主要特征是 : 焊接过程中母材不熔化, 只有钎料熔化, 依靠熔化的液态钎料填充间隙和与母材的相互扩散, 冷凝实现连接 机械制造工艺基础 2 畅焊接的特点和应用 (1) 特点焊接是相互分离的金属材料借助于原子间的结合力连接起来的一种工艺方法 焊接具有下列特点 : 1) 与铆接相比, 焊接可节约金属材料, 接头密封性好, 容易实现机械化和自动化 2) 与铸造 锻造相比, 焊接生产程序简单, 经济效益高 用型材等拼焊成焊接结构件来代替大型复杂的铸件, 生产周期短, 劳动强度低 3) 设备简单, 操作方便, 产品成本低 (2) 应用焊接在现代工业生产中有着广泛的应用 在船舶 化工容器 建筑构件 桥梁 动力锅炉 大型发电机和汽轮机等产品的制造中都要应用焊接 ; 航空 航天 原子能 电子等领域也离不开焊接 3 畅小结 44 1) 焊接是将相互分离的金属材料借助于原子间的结合力连接起来的工艺方法 按焊接过程中被焊金属所处状态不同, 焊接可分为熔焊 压焊和钎焊三大类 2) 焊接与铆接 铸造 锻造相比, 具有生产程序简单 接头密封性好 生产周期短 设备简单 操作方便 劳动强度小 产品成本低等特点, 所以应用广泛

53 3 畅 2 焊条电弧焊 知识点瞯焊条电弧焊的焊接过程及特点 瞯焊接电源 焊接用具 焊条 焊接接头形式和坡口 瞯焊接操作 焊接工艺参数及焊接缺陷 技能点瞯能识别各种电焊机 ; 根据金属材料特点会连接电源, 选择焊接工艺参数 瞯会使用各种焊具, 能手工焊接操作, 包括电弧的引燃与控制 1 畅焊条电弧焊 (1) 焊条电弧焊的焊接过程 焊条电弧焊又称手工电弧焊, 是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法 它利用焊条与焊件间产生的电弧热将金属加热并熔化而实现焊接 如图 3 畅 2 所 示, 焊接前, 把焊钳 3 和焊件 1 分别连接电焊机 4 输出端的两极, 并用焊钳夹 持焊条 2 焊接时, 在焊条与焊件之间引燃焊接电弧 5, 电弧的热量将焊条 和焊件被焊部位熔化形成熔池 6 随着焊条沿焊接方向移动, 新的熔池不断 形成, 而原先的熔池液态金属不断冷却凝固, 构成焊缝 7, 使焊件连接在 一起 (2) 焊条电弧焊的特点 1) 以焊条为熔化电极, 传导电流, 产生电弧, 作为熔焊的热源 焊接过程 中作为电极的焊条不断熔化, 融入熔池, 作为形成焊缝的填充材料 2) 电弧温度较高 热量集中, 设备简单, 操作方便 灵活, 能适应各种条 件下焊接 焊条电弧焊是焊接生产中普遍应用的一种方法 3) 焊条电弧焊是手工操作焊接, 生产率较低, 劳动强度较大, 焊接质量取 决于焊工的操作技术水平 (3) 引弧 由焊接电源供给的具有一定电压的两电极间或电极与母材间, 通过气体介质 产生的强烈而持久的放电现象称为焊接电弧 电弧焊时, 引燃焊接电弧的过程称为引弧 焊接电弧由阴极区 弧柱和阳极区组成, 如图 3 畅 2 所示 阳极区温度较高, 阴极区温度较低 (4) 正接与反接 由于焊接电弧发出的热量在阳极区和阴极区有差异, 所以在使用直流电源进 行焊接时, 就有两种不同的接法 : 正接和反接 第 3 章 科学出版社职教技术出版中心 焊 接 45

54 1) 正接 焊件连接电源正极, 焊条接电源负极的接线方法 图 3 畅 3 所示接线方法即为正接 正接多用于熔点较高的金属材料和厚板料的焊接 2) 反接 焊件接电源负极, 焊条接电源正极的接线方法 反接多用于铸铁 有色金属及其合金或薄焊件的焊接 当使用交流电源进行焊接时, 由于极性是交替变换的, 所以阴极区 阳极区 ( 瞬时 ) 的热量分布和温度基本相等, 没有正接与反接之分 机械制造工艺基础 46 图 3 畅 2 焊条电弧焊焊接过程图 3 畅 3 焊接电弧的组成 1 畅焊件 ; 2 畅焊条 ; 3 畅焊钳 ; 4 畅电焊机 1 畅阴极区 ; 2 畅弧柱 ; 3 畅阳极区 5 畅焊接电弧 ; 6 畅熔池 ; 7 畅焊缝 2 畅焊接电源焊条电弧焊的焊接电源 ( 俗称电焊机 ) 有直流电源和交流电源两种, 分直流弧焊发电机 交流弧焊变压器和弧焊整流器三大类 (1) 直流弧焊发电机直流弧焊发电机的外形如图 3 畅 4 所示 它由一台交流电动机和一台直流发电机组成, 电动机带动发电机工作而形成直流焊接电源 弧焊发电机能获得稳定的直流电因此, 引弧容易, 电弧稳定, 但运转时噪声大, 空载损耗大, 且结构复杂, 造价高, 易损坏, 维修较困难, 已逐渐被弧焊整流器所替代 (2) 交流弧焊变压器交流弧焊变压器 ( 图 3 畅 5) 输出的焊接电流为交流电 它具有结构简单 制造方便 成本低廉 使用可靠和维修方便等优点, 因而应用普遍, 为焊接低碳钢焊件最常用的焊接设备 (3) 弧焊整流器弧焊整流器 ( 图 3 畅 6) 用整流器将交流电整流成直流电作为焊接电源, 具有噪声小 空载损耗小 成本低 制造和维修容易等优点, 其应用已日趋普及

55 图 3 畅 4 直流弧焊发电机图 3 畅 5 交流弧焊变压器图 3 畅 6 弧焊整流器 3 畅焊接用具 焊条电弧焊必备的焊接用具有焊接电缆 焊钳 面罩和辅助器具等 (1) 焊接电缆 焊接电缆用以实现焊钳 焊件对焊接电源的连接, 并传导焊接电流 电缆外 表应有良好的绝缘层, 不允许导线裸露 电缆外皮如有破损, 应用绝缘胶布包 好, 以防破损处引起短路和发生触电等事故 (2) 焊钳 焊钳是夹持焊条并传导电流以进行焊接的工具, 外形如图 3 畅 7 所示 焊钳必 须严格绝缘 (3) 面罩 面罩是防止焊接时的飞溅 弧光及其他辐射对焊工面部和颈部损伤的一种遮 盖工具, 有手持式和头盔式两种 [ 图 3 畅 8 (a, b)] 图 3 畅 7 焊钳外形 (4) 辅助器具 图 3 畅 8 面罩 常用的辅助器具有敲渣锤 ( 清除焊渣用的尖锤 ) 扁錾 钢丝刷等, 用于清 除焊件上的铁锈和熔渣 其他还有焊工手套 护脚等劳动保护用品 4 畅焊条 第 3 章 科学出版社职教技术出版中心 焊 接 (1) 焊条的结构 焊条是涂有药皮的供焊条电弧焊使用的熔化电极, 它由药皮和焊心两部分组 47

56 成, 如图 3 畅 9 所示 图 3 畅 9 焊条 机械制造工艺基础 焊条的直径和长度是指焊心的直径和长度 常用的焊条直径有 1 畅 6mm 2 畅 0mm 2 畅 5mm 3 畅 2mm 4 畅 0mm 5 畅 0mm 6 畅 0mm 七种, 长度范围为 200 ~ 500mm 焊条直径一般按焊件厚度大小进行选取 (2) 焊心焊心是焊条中被药皮包覆的金属心 根据用途不同, 焊心有钢丝 有色金属丝和铸造线材等 焊心在焊接中的作用是 : 作为电极传导电流, 引燃和维持电弧以及作为填充材料与母材金属熔合在一起, 形成焊缝 焊条电弧焊时, 焊心金属占整个焊缝金属总量的 50 % ~ 70 %, 因此其化学成分对焊缝的质量和力学性能有着极其重要的影响, 故制作焊心用的金属材料都是经过特殊冶炼的 ( 其材料牌号前均用代号 H 注明 ) (3) 药皮药皮是压涂在焊心表面上的涂料层, 由各种不同的矿石粉 铁合金粉 有机物和化工产品等按一定比例配制而成 在焊接过程中, 药皮有以下作用 : 1) 机械保护 ( 造气 造渣 ) 药皮熔化时放出大量气体并形成熔渣 气体在电弧周围形成气层, 隔绝空气, 熔渣覆盖在熔池金属上面, 起保护熔化金属不受空气影响的作用 2) 冶金处理 ( 脱氧 脱硫 脱磷 掺入合金 ) 熔渣和熔化金属之间进行冶金反应, 去除熔池中的有害杂质, 并向熔池金属内掺入合金元素, 从而改善和提高焊缝的力学性能 3) 改善焊接工艺条件 ( 稳弧 改善成形 脱渣 减少飞溅 ) 药皮使焊接电弧容易引燃和燃烧稳定, 焊缝成形好, 并能减少焊接时金属颗粒向周围飞散及使脱渣容易 5 畅焊接接头形式和坡口 48 (1) 接头形式接头形式是指零件 ( 焊件 ) 连接处所采用的结构方式 在焊条电弧焊中, 常用的焊接接头形式有对接接头 角接接头 T 形接头和搭接接头 [ 图 3 畅 10 (a ~ d)]

57 图 3 畅 10 焊接接头形式 (2) 坡口焊接较厚 ( 厚度大于 6mm) 的钢板时, 需在钢板的焊接部位开坡口 坡口是根据设计或工艺需要, 在焊接的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽 坡口的作用是确保焊件焊透, 从而保证焊缝质量 常用的对接接头坡口形式有 I 形 V 形 X 形和 U 形等 [ 图 3 畅 11 (a ~ e)] 选用时, 应在确保焊透 熔合比合理 焊接变形小的前提下, 选用加工容易 节约充填金属材料和便于焊接的坡口 6 畅焊接操作 (1) 电弧的引燃与控制 图 3 畅 11 对接接头的坡口形式 ( 单位 : mm) 1) 引弧方法 将焊条的末端与焊件表面接触形成短路, 然后迅速将焊条提 离焊件表面至一定距离 (2 ~ 4mm), 电弧即能引燃 引弧的操作方法有直击法 和划擦法两种, 如图 3 畅 12 (a, b) 所示 2) 电弧的控制 电弧引燃后, 应控制焊条末端与焊件表面之间的距离并保 持不变, 以保证电弧稳定燃烧 距离太大, 会因焊条与焊件间气体不能电离导电 而致熄弧 ; 距离太小, 则会引起短路 (2) 运条 第 3 章 科学出版社职教技术出版中心 开始进入正常的焊接过程, 用手工操作实现焊条在三个方向的运动 ( 图 3 畅 13) 焊 接 49

58 图 3 畅 12 引弧的方法 图 3 畅 13 焊条的运动 1 畅焊条送进 ; 2 畅焊条沿焊接方向移动 ; 3 畅焊条横向摆动 机械制造工艺基础 1) 焊条送进运动 焊接时, 焊条被电弧熔化而变短, 为保持焊条与焊件表面之间的距离不变, 焊条必须作向焊件的送进运动, 以免因距离增大而造成熄灭电弧 2) 焊条沿焊接方向移动 焊接方向是指焊接热源沿焊缝长度增加的移动方向 为了完成整条焊缝的焊接, 焊条应沿焊缝长度增加方向均匀移动 3) 焊条的横向摆动 为了获得一定宽度的焊缝, 焊条必须作横向摆动 焊条的摆动还能促使熔池中熔渣和气体浮出, 改善焊缝质量 图 3 畅 14 (a ~ e) 所示为常用的几种焊条横向摆动的形式 图 3 畅 14 焊条横向摆动的形式三个方向的动作必须协调一致, 根据焊缝的空间位置和接头形式, 采用适当的运条操作, 才能获得符合要求的焊缝 当焊件厚度较大时, 需要采取多层焊接才能将焊缝填满 图 3 畅 15 (a, b) 所示为常用的两种多层焊焊缝填敷方法 7 畅焊接工艺参数的选择 50 焊条电弧焊的焊接工艺参数主要包括焊条直径 焊接电流 焊接速度等, 它们对焊接质量和焊接生产率有着直接的影响 (1) 焊条直径焊条直径的选择主要取决于焊件的厚度, 其次应考虑接头形式 焊接位置

59 图 3 畅 15 焊缝的多层填敷 热输入量及焊工技术熟练程度等因素 非平焊 ( 如横焊 立焊 仰焊 ) 时, 应适 当减小焊条直径, 并配合用小电流焊接, 以防止熔池过大引起液态金属下滴 ; 多 层焊时第一层焊道应选用小直径焊条, 以保证焊透根部 ; 非承载焊缝的焊接可选 用较大直径的焊条, 以提高生产率 (2) 焊接电流 焊接时, 电流焊接回路的电流称为焊接电流 焊接电流的大小对焊条电弧焊 的焊接质量影响很大 增大焊接电流能提高生产率, 增加熔深, 适于焊接厚度大 的焊件 但焊接电流过大容易造成咬边 烧穿, 增加金属飞溅, 药皮过热失效和 容易脱落 ; 焊接电流过小则电弧不稳定, 容易引起夹渣和未焊透 焊接电流的大小取决于焊条直径 焊条直径越大, 焊接电流越大, 一般可按 下式选用, 即 式中, I 焊接电流, A ; K 系数, 其值按表 3 畅 1 选取 ; d 焊条直径, mm I = K d 表 3 畅 1 系数 K 与焊条直径的关系 焊条直径 d/ m m 1 畅 6 2 ~ 2 畅 5 3 畅 2 4 ~ 6 系数 K 15 ~ ~ ~ ~ 50 仰焊时焊接电流应比平焊时小 5 % ~ 15 %, 立焊时焊接电流应更小一些 (3) 焊接速度及其他 1) 焊接速度 v 单位时间内完成的焊缝长度称为焊接速度 在保证接头质 量的前提下, 应尽量采用较大的焊接速度, 以利于提高生产率, 减小过热区和 焊件变形 2) 电弧电压 U 电弧电压在 25 ~ 30V 为宜, 并应尽量采用短弧焊接 3) 焊接层数 焊件厚度大时需要采用多层焊, 焊接层数的选择要兼顾质量 和效率, 一般取每层焊缝的厚度为焊条直径的 0 畅 8 ~ 1 畅 2 倍 第 3 章 科学出版社职教技术出版中心 焊 接 51

60 8 畅焊接缺陷 机械制造工艺基础 焊接过程中在焊接接头中产生的金属不连续 不致密或连续不良的现象称为焊接缺陷 产生焊接缺陷的主要原因有 : 焊前接头处未清理干净 焊条未烘干 焊接工艺参数选择不当或操作方法不正确等 常见的焊接缺陷有以下几种 (1) 未焊透焊接时接头根部未完全熔透的现象称为未焊透 造成未焊透的原因有 : 焊接电流太小, 坡口角度太小, 钝边太大, 间隙太小, 焊条角度不当等 (2) 夹渣夹渣是指焊后在焊缝中残留焊渣 焊接电流太小, 焊接速度过快, 焊件边缘及焊层或焊道之间清理不干净等均会造成夹渣 (3) 气孔焊接时, 熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴称为气孔 焊件边缘上留有水 锈等杂质, 焊接电弧过长等均是形成气孔的原因 (4) 咬边咬边是由于焊接参数选择不当或操作方法不正确, 焊缝边沿在母材部位产生的沟槽或凹陷 (5) 焊瘤焊瘤是焊接过程中, 熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤 其产生原因主要是焊接参数选择不当和操作方法不正确 (6) 焊接裂纹裂纹是指存在于焊缝或热影响区内部或表面的缝隙 裂纹是焊接结构中危险性最大的焊接缺陷 裂纹的形式较多, 按裂纹的方向和所处的位置不同, 可分为纵向裂纹 横向裂纹 放射状裂纹和弧坑裂纹等 9 畅小结 52 1) 焊条电弧焊又称手工电弧焊 它利用焊条与焊件间产生的电弧热将金属加热并熔化而实现焊接 焊条电弧焊设备有直流弧焊发电机 交流弧焊变压器和弧焊整流器三种 直流电源有正接与反接两种 正接用于熔点较高的金属和厚板料的焊接 ; 反接用于铸铁 有色金属或薄焊件的焊接 2) 焊条焊芯金属材料经过特殊冶炼的, 其化学成分对焊缝的质量和力学性能有重要影响 压涂在焊芯表面的药皮在焊接过程中起机械保护 冶金反应 改善焊接工艺条件等比较大的作用 形成碱性熔渣的焊条应用于焊接重要焊件, 形成酸性熔渣的焊条用于一般结构的焊接 3) 焊条电弧焊的焊接工艺参数包括焊条直径 焊接电流 焊接速度等 手工操作时, 电弧引燃后, 必须实现三个方向上的协调运动, 才能获得符合要求的

61 焊缝质量和较高的焊接生产效率 4) 常见焊接缺陷有 : 未焊透 夹渣 气孔 咬边 焊瘤 裂纹等, 其主要原因是, 焊前接头处未清理干净 焊条未烘干 焊接工艺参数不当或操作方法不正确等 3 畅 3 气焊与气割 知识点瞯气焊与气割的特点 瞯气焊 气割用的气体 设备和工具 瞯气焊要点 技能点瞯会初步使用各种气焊 气割用的气体 设备和工具 瞯会初步操作焊炬焊接一两种焊件 1 畅气焊与气割的特点 (1) 气焊的特点 气焊是利用气体火焰作热源的一种熔焊方法 最常用的是氧乙炔焊, 此外还 有氢氧焊 近年来, 利用液化气或丙烷燃气的焊接正在迅速发展 气焊具有下列特点 : 1) 由于气焊是利用气体火焰作为热源, 所以焊接时不需要电源 2) 气焊的火焰温度较电弧焊电弧的温度低, 火焰控制容易, 热量输入调节 方便, 设备简单, 使用灵活 3) 火焰热量比电弧热量分散, 焊件受热面积大, 因此变形也大, 焊接质量 不如电弧焊 4) 生产率较低 气焊主要用于碳素钢 低合金钢 有色金属 ( 如铜 铝 等 ) 的薄件和小件的焊接, 多为单件 小批量生产或维修场合 此外, 气焊的 火焰还可用作钎焊 氧气切割时预热以及小型零件热处理 ( 火焰淬火 ) 的 热源 (2) 气割的特点 气割是利用气体火焰的热能将工件被切割处预热到一定温度, 然后喷出高速 切割氧流, 使其燃烧并放出热量, 从而实现切割的方法 气割所使用的设备简单, 操作方便, 使用范围广, 所用的气体 设备和工具 与气焊相同, 只是气焊时使用气焊炬, 气割时使用割炬 气割主要适用的金属为碳素钢和低合金钢 ( 如低工碳钢 高锰钢, 低铬 低 铬钼和铬镍合金钢等 ) 以及钛合金等 第 3 章 科学出版社职教技术出版中心 焊 接 53

62 气割比较困难的金属为高碳钢和强度高的低合金钢 不能气割的金属为铸铁 不锈钢 铜 铝等 2 畅气焊 气割用的气体 设备和工具 机械制造工艺基础 54 (1) 氧气和乙炔气焊 气割常用的可燃气体是乙炔气 ( C2 H 2 ), 使用的助燃气体是氧气 (O2 ) 氧气是助燃剂, 与乙炔混合燃烧时, 能产生大量的热量 气焊 气割用的氧气纯度应不低于 98 畅 5 %, 否则会影响火焰温度和气割速度 氧气在高压情况下遇到油脂有爆炸的危险, 所以一切有高压氧气通过的器件 管道等, 不允许沾染油脂 乙炔是可燃气体, 无色, 工业用乙炔因混有硫化氢 磷化氢等杂质而有刺鼻的臭味 乙炔与氧混合燃烧时, 火焰温度可高达 3300, 较其他可燃气体燃烧时的温度高, 因此, 氧乙炔焰是气焊 气割最常用的热源 乙炔温度超过 300 且压力增大到 147kPa 以上时, 遇火会爆炸 当乙炔温度达到 580 时会自行爆炸 因此, 乙炔最高工作压力禁止超过 147kPa ( 表压 ) 此外, 乙炔的化学性质很活泼, 不能与铜 银等长期接触, 否则也会引起爆炸 乙炔与空气或乙炔与氧气混合达到一定浓度比例时, 遇明火或高温均能发生燃烧甚至爆炸, 因此, 使用乙炔应注意安全, 车间 厂房等应注意通风 (2) 氧气瓶氧气瓶 ( 图 3 畅 16) 是储存高压氧气的圆柱形容器, 外表漆成天蓝色作为标志, 最高压力为 14 畅 7 M Pa, 容积约 40L, 储气量约 6m 3 氧气瓶属高压容器, 有爆炸危险, 使用中必须注意安全 搬运时应避免剧烈震动和撞击 夏日要防止曝晒 ; 冬天如阀门冻结, 应用热水解冻, 严禁用火烘烤 焊接操作中氧气瓶距明火或热源距离应在 5m 以上, 瓶中氧气不允许全部用完, 余气的表压应保持在 98 ~ 196kPa, 以防瓶内混入其他气体而引起爆炸 (3) 溶解乙炔气瓶溶解乙炔气瓶是储存及运输乙炔的专用容器 ( 图 3 畅 17), 外表漆成白色, 并用红漆在瓶体标注 乙炔 字样 乙炔瓶的最高压力为 14 畅 7MPa 为保证乙炔稳定和安全地储存, 在乙炔瓶内充满了浸渍丙酮的多孔填料 乙炔气瓶在搬运 装卸 使用时, 均应竖立放稳, 严禁在地面卧放 使用乙炔时, 必须经减压器减压, 禁止直接使用 (4) 乙炔发生器乙炔也可通过乙炔发生器提供

63 图 3 畅 16 氧气瓶 图 3 畅 17 溶解乙炔气瓶 乙炔发生器是能使水与电石进行化学反应而产生一定压力的乙炔气体的装 置 乙炔发生器分低压 ( 表压低于 0 畅 0069 M Pa) 和中压 ( 表压为 0 畅 0069 ~ 0 畅 0127MPa) 两种 图 3 畅 18 所示为一种小型移动式中压乙炔发生器 第 3 章 科学出版社职教技术出版中心 焊 接 图 3 畅 18 乙炔发生器 1, 14 畅水位开关 ; 2 畅储气筒 ; 3 畅出渣口 ; 4 畅内层锥形罩 ; 5 畅乙炔压力指示器 ; 6 畅开盖手柄 ; 7 畅压板环 ; 8 畅安全阀 ; 9 畅盖 ; 10 畅电石篮 ; 11 畅移位调节杆 ; 12 畅回火保险器 ; 13 畅外壳 工作时, 操纵移位调节杆 11, 使电石篮 10 下降与水接触, 篮内电石与水进 55

64 机械制造工艺基础 行化学反应产生乙炔, 乙炔聚集在内层锥形罩 4 的上部和储气筒 2 内, 然后经回火保险器 12 输出供焊接或气割用 回火保险器是防止火焰向燃气管路或气源回烧的保险装置 (5) 减压器减压器是将高压气体降为低压气体的调节装置, 其作用是将气瓶中流出的高压气体的压力降低到需要的工作压力, 并保持压力的稳定 (6) 气焊炬气焊炬是气焊时用于控制火焰进行焊接的工具 其作用是使氧气与可燃气体按一定比例混合, 再将混合气体喷出燃烧, 形成稳定的火焰 图 3 畅 19 所示为常用的射吸式焊炬, 可燃气体通过喷射氧流的射吸作用与氧气混合, 也称为低压焊炬 使用时, 开启氧气调节阀和乙炔调节阀, 此时具有一定压力的氧气由喷嘴高速喷出, 使喷嘴周围形成负压, 把喷嘴四周的低压乙炔气吸入射吸管, 经混合管混合后从焊嘴喷出, 点燃后形成火焰 气焊炬的焊嘴可以根据焊件厚度进行选择和更换 (7) 割炬割炬是气割的主要工具, 可以安装和更换割嘴, 以及调节预热火焰气体的流量和控制切割的氧流量 图 3 畅 20 所示为常用的射吸式割炬, 它与射吸式焊炬原理相同, 混合气体由割嘴喷出, 点燃后形成预热火焰 乙炔气流量的大小由乙炔调节阀控制 与焊炬不同的是另有切割氧调节阀, 专用于控制切割氧流量 图 3 畅 19 射吸式焊炬 图 3 畅 20 射吸式割炬 56 射吸式割炬能在不同的乙炔压力下工作, 既能使用低压乙炔, 又能使用中压乙炔 (8) 氧乙炔焰氧乙炔焰是乙炔与氧气混合燃烧所形成的火焰 气焊时, 氧气与可燃气体 ( 乙炔 ) 的混合比例称为混合比 按混合比的不同, 燃烧所形成的氧乙炔焰可分成中性焰 碳化焰和氧化焰三种 1) 中性焰 : 氧与乙炔的混合比为 1 畅 1 ~ 1 畅 2 中性焰火焰燃烧充分, 在燃烧区内既无过量的氧又无游离的碳, 对焊缝金属没有氧化及碳化作用, 是应用最广的一种火焰, 常用于焊接低碳钢 中碳钢 低合金钢和紫铜

65 2) 碳化焰 : 氧与乙炔的混合比小于 1 畅 1 的火焰 火焰中含有游离碳, 具有 较强的还原作用和一定的渗碳作用 由于火焰中含碳气体过剩, 在焰心周围出现 明显可见的富碳区, 形成内焰 用碳化焰焊接时会使焊缝增碳, 硬度提高, 塑性 降低 碳化焰常用于焊接高碳钢 铸铁和硬质合金 3) 氧化焰 : 氧与乙炔混合比大于 1 畅 2 的火焰 火焰中有过量的氧, 在尖形 焰心外面形成一个有氧化性的富氧区 由于对金属有氧化作用, 影响焊缝质量, 很少采用, 主要用于焊接黄铜 3 畅气焊要点 (1) 焊前准备 气焊前应彻底清除焊件接头处的锈蚀 油污 油漆和水分等 (2) 选择焊丝 焊丝在气焊时与熔化的焊件混合形成焊缝金属 焊丝根据焊件材料选择, 气 焊低碳钢焊件一般用 H08A 焊丝, 重要接头采用 H08MnA 焊丝 (3) 焊炬移动方向 按焊炬和焊丝沿焊缝移动的方向不同, 分为左焊法与右焊法两种 [ 图 3 畅 21 (a, b)] 1) 左焊法 : 焊炬和焊丝自右向左进行焊接的方法 气体火焰指向焊件的待 焊部分, 焊缝冷却快, 适用于薄板和低熔点金属的焊接 2) 右焊法 : 焊炬和焊丝自左向右进行焊接的方法 气体火焰指向已形成的焊 缝, 能使焊缝缓慢冷却和保护焊缝, 热量集中, 熔深大, 适用于焊接较厚的焊件 (4) 控制焊嘴倾角 气焊时, 焊嘴相对焊件表面倾斜的一定角度称为焊嘴倾角 α ( 图 3 畅 22) 倾 角 α 大, 火焰集中, 热量损失小, 焊件受热大, 升温快, 适于焊接较厚的焊件 ; 反之, 倾角 α 小, 焊件受热小, 升温慢, 适于焊接较薄的焊件 第 3 章 科学出版社职教技术出版中心 焊 接 图 3 畅 21 左焊法和右焊法 图 3 畅 22 焊接低碳钢时焊嘴倾角 与焊件厚度的关系 57

66 4 畅小结 1) 气焊和气割都是利用气体火焰作为热源的一种熔焊方法和对金属材料进行热切割方法 它们使用的设备简单, 火焰控制容易, 调节方便, 广泛得到应用 2) 气焊和气割常用的可燃气体是乙炔 (C2 H 2 ), 助燃气体是氧气 (O2 ), 发生和储气的设备有氧气瓶 乙炔发生器 减压器等 气焊使用的工具叫气焊炬, 气割使用的工具叫割炬 根据氧和乙炔的混合比不同, 混合燃烧所形成的火焰分中性火焰 ( 应用最为广泛 ) 碳化焰 ( 用于焊接高碳钢 铸铁等 ) 氧化焰 ( 用于焊接黄铜 ) 3) 气焊过程主要工艺参数是焊前准备 焊件选择 焊炬移动方向 焊嘴倾角 3 畅 4 其他焊接方法简介 机械制造工艺基础 58 知识点瞯埋弧焊 气体保护焊 瞯电阻焊 钎焊 技能点瞯初步了解一两种埋弧焊并能操作 瞯初步了解一两种气体保护焊并能操作 1 畅埋弧焊 (1) 埋弧焊的原理埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法 埋弧焊分自动和半自动两种, 最常用的是自动埋弧焊 与焊条电弧焊比较, 自动埋弧焊具有三个显著的特征 : 1) 采用连续焊丝 2) 使用颗粒焊剂 3) 焊接过程自动化 图 3 畅 23 所示为自动埋弧焊的示意图 自动焊机上的导电嘴 5 和焊件 8 分别用电缆与焊接电源两极连接 焊剂经漏斗 1 撒在焊件待焊表面, 焊丝 3 由焊丝盘 2 经自动焊机头 4 穿过导电嘴连续送入焊剂层下 引弧后, 电弧在焊丝和焊件之间燃烧, 形成熔池和熔渣, 电弧被埋在由熔渣和熔池金属包围的封闭空间内燃烧, 所以称为埋弧焊 随着焊接的连续进行, 可得到受焊剂和渣壳保护的焊缝

67 图 3 畅 23 自动埋弧焊示意图 1 畅漏斗 ; 2 畅焊丝盘 ; 3 畅焊丝 ; 4 畅自动焊机头 ; 5 畅导电嘴 ; 6 畅焊缝 ; 7 畅渣壳 ; 8 畅焊件 ; 9 畅焊剂 (2) 埋弧焊的特点 埋弧焊具有下列优点 : 1) 焊缝质量好 电弧在焊剂层下燃烧, 熔池金属不受空气的影响, 焊丝的 送进和沿焊缝的移动均为自动控制, 因此工作稳定, 焊接质量好 率高 2) 生产率高 埋弧焊允许使用大的焊接电流, 熔深大, 焊速快, 因而生产 3) 成本低 埋弧焊能量损失少, 使用连续焊丝余料损失少, 一般厚度的焊 件不需要开坡口, 因此可节约大量能源 材料和工时, 成本低 4) 劳动条件改善 埋弧焊过程已实现机械化 自动化, 焊接时无可见弧光, 烟尘少, 劳动条件得到改善 埋弧焊的不足是适应性差, 只适用于水平位置焊接 ( 允许倾斜坡度不超过 20 ) 和长而直或大圆弧的连续焊缝, 而且对生产批量有一定要求 ( 大批量生 产 ), 因而应用受到一定的限制 2 畅气体保护电弧焊 (1) 分类与特点 气体保护电弧焊是用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊, 简称气体保护焊 按保护气体的不同, 气体保护电弧焊分为二氧化碳气体保护焊 和惰性气体保护焊 气体保护电弧焊具有下列特点 : 1) 采用外加气体保护, 与熔渣保护比较, 电弧可见, 焊接时对中容易 2) 电弧受气体压缩而热量集中, 熔池小, 热影响区较窄, 焊件变形小 3) 电弧气氛的含氢量较易控制, 可减小冷裂倾向 4) 适用于焊接钢铁及各种非铁金属 (2) 二氧化碳气体保护焊 第 3 章 科学出版社职教技术出版中心 二氧化碳气体保护焊 ( 图 3 畅 24) 是利用 CO2 作为保护气体的气体保护焊 焊 接 59

68 机械制造工艺基础 图 3 畅 24 二氧化碳保护焊示意图 1 畅焊件 ; 2 畅喷嘴 ; 3 畅 C O 2 气体 ; 4 畅流量计 ; 5 畅减压器 ; 6 畅 C O 2 气瓶 ; 7 畅焊丝 ; 8 畅送丝机构 ; 9 畅软管 ; 10 畅导电嘴 ; 11 畅电源 ; 12 畅熔池 ; 13 畅焊缝焊丝 7 由送丝机构 8 控制, 经送丝软管 9 从焊炬头部的导电嘴 10 中自动送出, 既是电极也是填充金属 二氧化碳气体由 CO2 气瓶 6 经减压器 5 流量计 4 等从喷嘴 2 中以一定速度喷入焊接区, 把电弧 熔池 12 与空气隔开 焊接过程由焊工手持焊炬进行 二氧化碳气体保护焊具有成本低 焊接质量好 生产率较高 操作方便等优点, 常用于低碳钢和低合金结构钢的焊接 (3) 氩弧焊氩弧焊是使用氩气作为保护气体的气体保护焊, 是一种常用的惰性气体保护焊, 分为熔化极氩弧焊和钨极氩弧焊两种, 见表 3 畅 2 3 畅电阻焊 60 (1) 电阻焊的特点电阻焊是压焊的一种, 是工件组合后通过电极施加压力, 利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法 电阻焊具有下列特点 : 1) 焊接时须对焊件加压并通电, 焊件的内电阻和接触电阻发热而使焊件被焊处达到熔化或热塑性状态, 在压力作用下焊合在一起

69 表 3 畅 2 氩弧焊的分类和特点 项目熔化极氩弧焊钨极氩弧焊 图示 材料 用可熔化的金属焊丝作电极, 并兼作焊 接时的填充材料 用纯钨或钨合金作电极 ( 钍钨极 铈钨极 ), 焊接时钨极与焊件间产生电弧, 钨极不熔化, 需要外加焊丝熔入熔池 特点 使用直流电源, 采用反接法连接, 焊接 时允许使用较大的电流 焊接铜及铜合金 不锈钢 耐热钢时采用交流电源或直流电源正接 ; 焊接镁和镁合金 铝及铝合金时采用交流电源或直流电源反接 ; 焊接钛及钛合金时采用直流电源正接 应用较厚焊件的焊接薄焊件的焊接 氩气 惰性气体, 不与金属发生化学反应, 也不溶于液态金属, 因此能有效地保护熔池金属不受 空气的影响, 所以氩弧焊焊接质量好 2) 焊件接头不需要开坡口, 不用填充金属 3) 热影响区小, 焊件变形小 4) 劳动条件好, 生产率高, 容易实现自动化 (2) 电阻焊的分类 电阻焊分电阻对焊 电阻点焊和缝焊三种 1) 电阻对焊 电阻对焊 ( 图 3 畅 25) 俗称对焊, 工件装配成对接形式, 并使 其端面紧密接触 焊接时先利用电阻热将其加热 至塑性状态, 然后迅速施加顶锻力, 使其相互 结合, 形成焊接接头 电阻对焊常用于刀具 型钢 管材的焊接 2) 电阻点焊 电阻点焊 ( 图 3 畅 26) 俗称点 焊, 工件装配成搭接形式, 压紧在两电极之间, 焊接时利用电阻热熔化母材金属, 形成焊点, 常 用于薄钢板的焊接 3) 缝焊 缝焊 ( 图 3 畅 27) 的电极是一对滚 图 3 畅 25 电阻对焊 轮, 工件装配成搭接或对接形式并置于滚轮之间 滚轮在加压工作的同时转动, 连续或断续送电, 利用电阻热产生连续焊点, 形成缝焊焊缝, 常用于焊接厚度不 大于 2mm 的有密封性要求的薄壁容器或构件 第 3 章 科学出版社职教技术出版中心 焊 接 61

70 图 3 畅 26 电阻点焊 图 3 畅 27 缝焊 4 畅钎焊 机械制造工艺基础 62 (1) 钎焊及其分类采用比母材熔点低的金属材料作钎料, 将焊件和钎料加热到高于钎料熔点 低于母材熔点的温度, 利用液态钎料润湿母材, 填充接头间隙, 与母材相互扩散实现连接焊件的方法称为钎焊 钎焊分硬钎焊和软钎焊两种 1) 硬钎焊 使用硬钎料进行的钎焊称硬钎焊 硬钎焊适用于受力较大或工作温度较高的焊件 2) 软钎焊 使用软钎料进行的钎焊称软钎焊 软钎焊适用于受力不大或工作温度较低 要求不高的焊件 按其加热方式不同, 钎焊又分为烙铁钎焊 火焰钎焊和浸渍钎焊等 (2) 钎焊的特点 1) 焊接时母材不熔化, 只有钎料熔化 2) 焊件加热温度低, 构件变形小, 焊件金属组织和性能基本不变 3) 可焊接异种金属 难熔金属 4) 为半永久性连接 钎焊适用于精密零件 复杂结构件及异种金属 难熔金属甚至金属与非金属材料的连接 (3) 钎料与钎剂 1) 钎料 钎料分为硬钎料和软钎料 1 硬钎料 熔点高于 450 的钎料称为硬钎料 硬钎料是铜 银 铝 镍等为主的合金, 如铜锌合金 铜磷合金 银基钎料等 硬钎料用于硬钎焊 钎焊接头强度高, Rm 500MPa, 适用于钎焊荷载较大 工作温度高的焊件 2 软钎料 熔点低于 450 的钎料称为软钎料 软钎料是以锡 铅 锌为主的合金, 如铅锡合金 锌镉合金等 软钎料用于软钎焊 2) 钎剂 钎焊时, 加热会使已清理的金属表面重新氧化, 使钎焊困难, 因此需使用钎焊焊剂 钎焊焊剂简称钎剂, 是钎焊时使用的熔剂, 其作用是清除钎料和母材表面的氧化物, 并保护焊件和液态钎料在钎焊过程中免于氧化, 改善液

71 态钎料对焊件的润湿性 ( 液态钎料对母材浸润和附着的能力 ) 5 畅小结 1) 电弧在焊剂下燃烧进行焊接的方法称埋弧焊 埋弧焊焊缝质量好 生产率高 成本低 易自动化, 但只适用于水平位置焊接和长而直或大圆弧的连续焊缝焊接 2) 气体保护焊按保护气体不同分为二氧化碳气体保护焊和惰性气体保护焊 二氧化碳气体保护焊成本低, 质量好, 操作方便, 常用于低碳钢和低合金结构钢的焊接 氩弧焊使用氩气作为保护气体, 分为熔化极氩弧焊和钨极氩弧焊, 其特点和应用见表 3 畅 2 3) 电阻焊是压焊的一种, 焊件不开坡口, 不用填充金属, 常用的有点焊 对焊和缝焊三种 4) 钎焊采用熔点低于母体的钎料, 利用液态钎料润湿母体, 填充接头间隙并与母体扩散, 实现连接 第 3 章 科学出版社职教技术出版中心 焊 接 63

72 瞯 瞯 瞯 教学主要内容 熟悉切削力和切削温度的基本概念 切削液的作用 种类及正确使用 掌握切削运动 切削用量 刀具切削部分几何形状及材料的基本知识 机械零件的加工质量 了解切削加工的质量指标

73 4 畅 1 切削运动和切削要素 知识点瞯切削运动 : 主运动和进给运动 瞯工件加工表面 : 待加工表面 已加工表面 过渡加工表面 瞯切削用量三要素 : 切削速度 进给量 背吃刀量 技能点瞯能区分各种切削加工方法中的主运动 进给运动和切削三要素 金属切削加工是依靠刀具和工件的相对运动, 切除多余部分到符合图纸技术 要求的形状 尺寸和表面质量的加工 实现这一切削过程必须具备一些条件 : 工 件和刀具之间的相对运动即切削运动 ; 具有一定切削性能的刀具材料 ; 刀具具有 适当的几何角度即切削角度等 1 畅切削运动 切削运动是指切削过程中刀具和工件之间的相对运动 因为它是形成各种不 同形状表面的运动, 所以也称为表面成形运动 切削运动一般情况下均要具备主 运动和进给运动 (1) 主运动 在切削加工中, 直接切除工件上多余金属层, 使之变为切屑, 以形成工件新 表面的运动, 称主运动 主运动的速度高, 消耗功率最大 主运动只有一个, 它 由工件或刀具完成, 可以是旋转运动, 也可以是直线运动, 如图 4 畅 1 所示 (2) 进给运动 不断地将多余金属层投入切削, 使之变成切屑的运动, 称为进给运动 进给 运动的速度较低, 消耗的功率较小 进给运动可以有一个 两个以上, 也可以没 有 ( 如拉削, 它由工件或刀具完成 ), 如图 4 畅 1 (a, e) 所示 第 4 章 切削加工基础知识 科学出版社职教技术出版中心 图 4 畅 1 切削运动和加工表面 65

74 图 4 畅 1 切削运动和加工表面 ( 续 ) 2 畅工件加工表面 机械制造工艺基础 在切削加工过程中, 通常工件上有三个不断变化的表面 : 待加工表面 已加工表面和切削表面 ( 或称过渡表面 ), 如图 4 畅 1 所示 (1) 待加工表面工件上有待切除的表面称为待加工表面 (2) 过渡表面工件上由切削刃形成的那部分表面称过渡表面 它在切削中不断变化, 但总处在待加工表面和已加工表面之间 (3) 已加工表面工件上经刀具切削后产生的表面称为已加工表面 它随着切削的速度而逐渐扩大 3 畅切削用量 66 图 4 畅 2 车外圆时的切削用量 切削用量是在切削加工过程中的切削速度 进 给量和背吃刀量的总称, 俗称 切削用量三要素 它是调整机床 计算切削刀 切削功率 时间定额 及核算工序成本的重要参数 图 4 畅 2 所示为车外圆 时的切削用量示意图 1) 切削速度 vc, 指刀具切削刃上选定点相对工件待加工表面在主运动方向 上的瞬时速度, 单位为 m/min 当主运动为旋转运动时切削速度为 vc = π dw n 1000 式中, dw 工件待加工表面直径, mm ; n 主运动的转速, r/min 2) 进给量 f, 指刀具 ( 或工件 ) 在进给运动方向上相对于工件位移量, 单

75 位为 mm/r 或 mm/ 行程 ( 如刨床 ) 它的大小反映着进给速度 v ( 单位为 mm/ min) 的大小, v = f n 为 mm 3) 背吃刀量 ap, 指工件上待加工表面与已加工表面之间的垂直距离, 单位 ap = ( dw - dn ) 2 式中, dn 工件已加工表面的直径, mm 4 畅小结 在切削过程中, 要达到零件的形状 尺寸和表面质量, 主要是通过刀具与工 件间相对运动 ( 切削运动 ) 和切削三要素的合理选择 所以, 学生必须分清各种 切削加工方法中的主运动和进给运动以及切削过程中的切削速度 vc 进给量 f 背吃刀量 ap 三个要素的概念 4 畅 2 刀具材料与刀具几何形状 知识点 瞯刀具切削部分的材料及分类 瞯刀具切削部分的几何形状 技能点 瞯根据零件材料特性, 能选择刀具材料 刀具几何参数及结构 1 畅刀具切削部分的材料 金属材料的切削加工主要依靠刀具直接完成 刀具在切削加工中不但要承受 很大的切削力, 还要承受摩擦力 压力 冲击和振动 此外, 在切屑和刀具的强 烈摩擦下, 工作温度很高 因此, 刀具切削部分必须具有良好的性能 (1) 刀具切削部分材料必备的性质 1) 高的硬度 刀具切削部分材料的硬度必须高于工件材料的硬度, 其硬度 应在 60HRC 以上 2) 良好的耐磨性 耐磨性是指抵抗磨损的能力 耐磨性除了与切削部分材 料的硬度有关, 还与材料组织结构中碳化物的种类 数量 大小及分布情况 有关 3) 足够的强度和韧性, 主要指切削部分材料承受切削抗力, 冲击力和振动 而破碎的能力 4) 高的热硬性, 指切削部分材料在高温下仍然保证切削正常进行所需的硬 度 耐磨性 强度和韧性的能力 第 4 章 切削加工基础知识 科学出版社职教技术出版中心 67

76 5) 良好的工艺, 一般指材料的可锻性 焊接性 切削加工性 可磨性 高温塑性和热处理性能等 工艺性越好, 越便于刀具的制造 除了上述必备的性能外, 刀具切削部分还应有良好的导热性和良好的化学惰性 (2) 常用刀具切削部分的材料目前常用的金属刀具材料有碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金等, 常用非金属刀具材料有陶瓷 金刚石 立方氮化硼等 常用刀具材料的性能和应用见表 4 畅 1 表 4 畅 1 常用刀具材料的性能及应用 种类常用牌号 硬度 H RC ( H R A) 抗弯强度 σ bb / G Pa 热硬度 / 工艺性能用途 优质碳素 工具钢 T 8 A ~ T 10 A T 12 A T 13 A 60 ~ ~ 84 2 畅 可冷热加工成 形 易刃磨 用于制造手动 工具, 如锉刀 锯条等 合金工具钢 9C rsi Cr W M n 60 ~ ~ 84 2 畅 ~ 300 可冷热加成 形 易刃磨, 热 变形小 用于低速成形 刀具, 如丝锥 板牙 铰刀等 机械制造工艺基础 高速钢 硬质合金 W18Cr4 V W6 M o5cr4 V2 Y G8 Y G6 Y G3 Y T 5 Y T 15 Y T ~ ~ 86 1 畅 96 ~ 4 畅 ~ ~ 93 1 畅 08 ~ 2 畅 ~ 1000 用于中速及较可冷热加工, 硬材料切削的刀易成形 易刃具, 如钻头 铣磨, 热变形小刀 齿轮刀具 拉刀 铰刀等 用于高速及较粉末冶金成形, 硬材料切削的刀可多片使用, 性具, 如车刀 刨脆, 易崩刃刀 铣刀等 陶瓷 S G4 A T 时 还能保持 80 H R A 1200 硬度高于硬质 合金, 脆性略大 于它 精加工优于硬质合金, 用于加工硬材料, 如淬火钢等 立方氮化硼 (CB N) TD LBN 唱 Y 7300 ~ 9000 H V 1300 ~ 1500 硬度和切削性 能高于陶瓷, 性脆 用于加工很硬材 料, 如淬火钢等 金刚石 ( 人造 金刚石 天然 金刚石 ) 高达 H V 600 用于非铁金属硬度高于 CBN, 的精密加工, 不性脆宜加工铁类金属 2 畅刀具切削部分的几何形状 68 切削刀具虽然种类很多, 但切削部分的结构要素和几何角度都有着共同的特

77 征, 各种多齿刀具或复杂刀具, 就单个刀具而言, 相当于车刀的车头, 因此掌握 了车刀, 其他刀具就不难掌握和理解 各种刀具都是由切削部分和刀体或 ( 与 ) 刀柄等部分组成, 如图 4 畅 3 和图 4 畅 4 所示 图 4 畅 3 车刀的构成 图 4 畅 4 端铣刀的构成 切削部分是刀具各部分中起切削作用的部分, 由切削刃前面及后面等产生切 屑的各要素组成 (1) 车刀的组成 车刀有刀体 ( 又称刀杆 ) 和刀头两部分组成 刀体为固定夹持部分, 刀头为 切削部分 切削部分一般由三面 两刃 一尖组成, 如图 4 畅 3 所示 1) 前刀面 : 铁屑沿着它流出的面 2) 主后刀面 : 与工件上切削表面相对的面 3) 副后刀面 : 与工件上已加工表面相对的面 4) 主切削刃 : 是前刀面与主后刀面的交线, 担负主要切削任务 5) 副切削刃 : 是前刀面与副后刀面的交线, 担负少量切削任务 6) 刀尖 : 在主切削刃与副切削刃的相交处, 通常磨成一小段过渡圆弧或直 线, 以增强其强度 (2) 车刀的基本角度 车刀在磨出三面两刃一尖后, 就形成了刀具的几何角度 为确定刀具角度, 必须首先建立一个立体直角坐标系, 这个坐标系由三个相互垂直的辅助平面组 成, 如图 4 畅 5 所示 这个坐标系称作刀具静止参考系 1) 参考系 1 基面 ( Pr ) : 过主切削刃上某一选定点, 并与假定的主运动方向相垂直的 平面 车刀的基面平行于刀杆底面, 即水平面 2 切削平面 ( Ps ) : 过主切削刃上某一选定点, 且与主切削刃相切, 并与基 面相垂直的平面 平面 3 正交面 ( 又叫主剖面 ( Po ) : 既垂直于基面, 又垂直于切削平面的 2) 刀具切削部分的主要角度 : 如图 4 畅 6 所示 车刀切削部分五个独立的基本角度及其应用与选择见表 4 畅 2 第 4 章 切削加工基础知识 科学出版社职教技术出版中心 69

78 图 4 畅 5 刀具静止参考系 1 畅假定主运动方向 ; 2 畅假定进给运动方向 ; 3 畅切削刃选定点 图 4 畅 6 刀具切削部分的主要角度 表 4 畅 2 车刀的几何角度及其应用与选择 机械制造工艺基础 角度含义作用应用与选择说明 1 粗加工, 小值 ; 精加工, 大值 1 使刀刃锋在正交平面利, 便于切削加内, 前刀面与前角 γ o 工和切屑流动基面之间的 2 影响刀具夹角的强度 2 加工塑性材料或强度 硬度较低材料, 大值 ; 加工脆性材料或强度 硬度较高材料, 小值 3 刀具材料韧性好, 如高速钢, 大值 ; 刀具材料脆性大, 如硬质合金, 小值 前角越大, 刀具越锋利, 但强度降低, 易磨损和崩刃 ; 前角一般为 5 ~ 20 后角 α o 在正交平面内, 主后刀面与切削平面之间的夹角 1 影响主后刀面与工件之间的摩擦 2 影响刀具的强度 与前角的选择相同 后角越大, 车削时刀具与工件之间的摩擦越小, 但强度降低, 易磨损和崩刃 ; 后角一般为 6 ~ 12 主偏角 κ r 在基面内, 主切削刃与进给运动方向在其上的投影之间夹角 1 影响切削加工条件和刀具的寿命 2 影响径向力的大小 1 粗加工, 小值 ; 精加工, 大值 2 刚性差, 易变形, 如细长轴 ( 90 ), 大值 ; 刚性好, 不易变形, 小值 1 主偏角越小, 切削加工条件越好, 刀具的寿命越长 2 车刀常用的主偏角有 , 其中 75 和 90 最常用 70 副偏角 κ r 在基面内, 副切削刃与进给运动反方向在其上的投影之间夹角 1 主要影响加工表面的粗糙度 2 影响副切削刃与已加工表面之间的摩擦和刀具的强度 1 粗加工, 大值 ( 与主偏角选择相反 ) 2 精加工, 小值 1 副偏角越小, 残留面积和振动越小, 加工表面的粗糙度值越低, 表面质量越高, 但过小会增加刀具与工件的摩擦, 另外刀具的强度降低 2 副偏角一般为 5 ~ 15

79 角度含义作用应用与选择说明 续表 刃倾角 λ s 切削平面内, 主切削刃在其上的投影与基面之间的夹角 1 主要控制切屑的流动方向 2 影响刀尖的强度 1 粗加工, λ s < 0 2 精加工, λ s 0 ( 防止切屑划伤工件 ) 1 λ s < 0 时, 刀尖处于主切削刃的最低点, 刀尖强度高, 切屑流向已加工表面 ; λ s > 0 时, 刃尖处于主切削刃的最高点, 刀尖强度低, 切屑流向待加工表面 2 λ s 取 - 5 ~ 畅小结 1) 切削过程中, 生产力的高低 加工精度 加工成本等很大程度上取决于 刀具的材料 刀具的几何参数及刀具结构的选择 2) 常用刀具切削部分的材料性能及用途见表 4 畅 1 3) 车刀切削部分五个独立的基本角度及作用与选择见表 4 畅 2 知识点 瞯切削力 瞯切削温度 技能点 4 畅 3 切削力和切削温度 瞯能分析各种刀具在加工中的受力情况 ; 在保证工件质量情况下, 初步选 择减少切削力 降低切削温度的工艺措施 ; 会合理选择切削三要素和刀具的几何 角度 1 畅切削力 切削加工时, 工件材料抵抗刀具所产生的阻力称为切削力 切削力产生于被 加工材料的弹性 塑性变形和切屑 工件表面对刀具表面的摩擦 切削力对机 床 夹具和刀具的设计和使用都有很重要的意义 (1) 切削力的分解 为了实际应用或作为设计机床 夹具和刀具的依据, 把作用于刀具上的切削 合力 F 分解为互相垂直的 Fc Ff 和 Fp 三个分力, 如图 4 畅 7 所示 1) 主切削力 Fc 它垂直于基面与切削速度的方向一致, 又称为切向力 它 消耗功率最大约占 95 %, 用于计算刀具强度 设计机床零件 确定机床功率等 2) 进给力 Ff 它在基面内, 并与进给方向相反, 用于设计机床进给 确定进给 第 4 章 切削加工基础知识 科学出版社职教技术出版中心 71

80 图 4 畅 7 切削力的分解 机械制造工艺基础 机构的进给功率等 由于进给力和进给速度远小于主切削力和切削速度, 它消耗的功率非常小 3) 背向力 Fp 它在基面内, 并与进给方向相垂直, 用于计算与加工精度有关的工件挠度和刀具 机械零件的强度等, 也是切削过程中使工件振动的力 车外圆时, 刀具与工件在这个分力方向上无相对运动, 所以 Fp 不做功 (2) 影响切削力的因素 1) 工件材料 工件材料的强度 硬度 冲击韧度和塑性越大, 越难切削, 则切削力越大 2) 切削用量 切削用量中的背吃刀量 ap 和进给量 f 越大, 切削横截面积也越大, 切屑粗壮, 切下金属增多, 切削力随之增大 切削速度对切削力的影响不大, 加工塑性材料时, 在中速和高速下, 随着切削速度的增加, 切削力减小 3) 刀具几何参数 前角 γo 对切削力的影响最大 前角增大, 能使切屑材料所受挤压变形和摩擦减小, 排屑顺畅, 总切削力减小 后角 αo 增大, 刀具后面与工件过渡表面已加工表面的挤压变形的摩擦减小, 总切削力减小 主偏角 κr 对切削力的影响较小, 但对进给力和背向力的分配比例有明显的影响 4) 切削液 切削液有润滑作用, 使切削力降低 其润滑作用越好, 切削力下降的越明显, 在较低的切削速度下其润滑作用更突出 72 图 4 畅 8 切削热的来源 2 畅切削温度 (1) 切削热的产生与传散在切削力的作用下, 切削层金属发生了弹性变形和塑性变形, 这是切削热的一个来源 切屑与前刀面 工件与后刀面之间的摩擦所消耗的摩擦功转化为热能是另一个切削热的来源, 如图 4 畅 8 所示

81 加工方法不同, 由切屑 工件 刀具和周围介质传出的切削热的百分比是不同的 表 4 畅 3 所示为车削和钻削时, 切屑 工件 刀具和周围介质分别传出切削热的百分比 表 4 畅 3 切削热中切屑 工件 刀具和周围介质传出的百分比 加工方法 散热渠道 切屑 ( Q c) 刀具 ( Q t) 工件 ( Q w ) 介质 ( Q s) 车削 50 ~ ~ 10 9 ~ 3 1 钻削 畅 5 14 畅 5 5 (2) 切削温度 通常所说的切削温度是指切屑 工件和刀具接触区的平均温度 切削温度的 高低取决于产生热量的多少和传散热量的快慢 切削过程中产生的切削热大部分由切屑带走, 传入刀具的切削热虽然很小, 但由于切削部分 ( 尤其是刀尖部位 ) 体积很小, 温度容易升高, 在高速切削时仍 可高达 1000 以上, 使刀具材料软化, 切削性能降低, 磨损加快, 进而影响加 工质量和缩短刀具寿命 传入工件的切削热为导致工件受热伸长和膨胀, 从而影 响加工精度 对细长轴 薄套和精密零件的加工, 切削热引起的热变形影响尤为 严重 (3) 减少切削热和切削温度的工艺措施 1) 合理选择刀具材料和刀具几何角度 2) 合理选择切削用量 3) 适当选择和使用切削液 3 畅小结 1) 切削力产生于被加工材料的弹性 塑性变形和切屑 工件表面对刀具表 面的摩擦 切削力对机床 夹具和刀具的设计和使用具有重要意义 2) 影响切削力的因素有工件材料 刀具几何参数 切削液 切削用量, 合 理选择这四大因素是减少切削热和切削温度的工艺措施 4 畅 4 切削液 第 4 章 切削加工基础知识 科学出版社职教技术出版中心 知识点 瞯切削液的作用和种类 瞯切削液的选择 技能点 瞯切削加工中能合理选择切削液 73

82 1 畅切削液的作用及种类 机械制造工艺基础 (1) 切削液的作用切削液是为提高切削加工效果而使用的液体 切削液具有冷却 润滑 清洗和排屑作用 1) 冷却作用 切削液能从切削区带走大量的切削热, 使切削温度降低 因此, 切削液可提高刀具的使用寿命和零件的加工质量 2) 润滑作用 切削液渗入刀具 切屑和工件之间, 形成润滑膜, 可以减小刀具与切屑 刀具与工件过渡表面之间的摩擦, 从而减小切削变形, 抑制积屑瘤 鳞刺的生长, 控制残余应力和微观裂纹的产生, 使刀具使用寿命和工件的加工表面质量均得以提高 3) 清洗和排屑作用 切削液能将细小的切屑或磨削时从砂轮上脱落的磨粒及时冲走, 避免切屑堵塞或划伤工件已加工表面及机床导轨 切削液的清洗和排屑作用对磨削 深孔加工等尤为重要 (2) 切削液的种类切削液分为水基和油基两大类 常用的水基切削液有合成切削液和乳化液 ; 常用的油基切削液即切削油 切削液的种类及应用见表 4 畅 4 表 4 畅 4 切削液的种类 种 类 主要成分 冷却性 润滑性 应 用 水溶液 水 + 防锈剂 + 添加剂 好 差 磨削常用 乳化液 矿物油 + 乳化剂 + 添加剂 粗加工常用 切削油 矿物油 + 添加剂 差 好 精加工常用 2 畅切削液的选用加工中使用的切削液应根据工件材料 刀具材料 加工方法 加工要求 机床类别等情况综合考虑 合理选用, 见表 4 畅 5 表 4 畅 5 切削液的选用 选用依据加工条件切削液选用原则切削钢等塑性材料需用切削液 工件材料 切削铸铁等脆性材料 切削高强度钢 高温合金 等难切削材料 因使用切削液的作用不明显, 且会弄脏工作场地和使碎屑粘附在机床导轨与滑板间, 造成阻塞和擦伤, 故一般不使用切削液选用极压切削油或极压乳化液 切削铜 铝及其合金因硫对其有腐蚀作用, 故不能使用含硫的切削液 74 切削镁合金不能使用水基切削液, 以免引起燃烧

83 续表 选用依据加工条件切削液选用原则 高速钢刀具热硬性差, 一般应使用切削液 刀具材料 加工方法 硬质合金刀具钻孔 ( 尤其是钻深孔 ) 铰孔 攻螺纹 拉削等加工使用螺纹刀具 齿轮刀具及成形刀具切削磨削 热硬性好, 耐热 耐磨, 一般不用切削液, 必要时可使用低浓度的乳化液或合成切削液, 但必须连续 充分浇注, 以免刀片因冷热不均匀产生较大内应力而导致破裂因工具与已加工表面的摩擦严重, 宜采用乳化液 极压乳化液 极压切削油, 并充分浇注刀具价格较贵, 刃磨困难, 要求刀具耐用度高, 宜采用极压切削油 硫化切削油等因其加工时温度很高, 且会产生大量的细屑及脱落的磨粒, 容易堵塞砂轮和使工件烧伤, 要选用冷却作用好 清洁能力强的切削液, 如合成切削液和低浓度乳化液 磨削不锈钢 高温合金应用润滑性能较好的极压型合成切削液和极压乳化液 加工要求 粗加工金属切除量大, 切削温度高, 应选用冷却作用好的切削液 精加工为保证加工质量, 宜选用润滑作用好的极压切削液 3 畅小结 切削液的冷却 润滑 清洗和除屑作用是提高切削加工效果的重要因素 学 生应了解切削液的种类, 并能在加工中根据工件材料 刀具材料 加工方法 加 工要求 机床类别综合考虑 合理选用 知识点 瞯加工精度 瞯加工表面质量 技能点 4 畅 5 加工精度和加工表面质量 瞯能初步分析和选择获得零件加工精度和表面质量的方法 机器零件的加工质量指标分为两大类 加工精度和表面质量 1 畅加工精度 第 4 章 切削加工基础知识 科学出版社职教技术出版中心 (1) 加工精度的概念加工精度是指零件加工后的实际几何参数 ( 尺寸 形状和位置 ) 与理想几何参数符合的程度 零件加工精度包括尺寸精度 形状精度和位置精度三个方面 75

84 机械制造工艺基础 76 (2) 尺寸精度和获得精度的方法 1) 尺寸精度, 是指零件加工表面本身的尺寸 ( 如圆柱面的直径 ) 和表面间的尺寸 ( 如孔间距离 ) 的精确程度 尺寸精度用尺寸公差等级或相应的公差值来表示 尺寸公差分为 20 级, 即 IT01 IT0 I T1 ~ I T18 IT 表示标准公差, 后面的数字表示公差等级 从 IT01 ~ IT18, 等级依次降低 IT01 ~ IT12 用于配合尺寸, IT13 ~ IT18 用于非配合尺寸 2) 获得尺寸精度的方法 1 试切法 : 通过试切 测量 调整 再试切的反复过程来获得尺寸精度的方法 这种方法效率低, 对操作者的技术水平要求较高, 在单件小批量生产中常用此法 2 调整法 : 按工件规定的尺寸预先调整机床 夹具 刀具与工件的相对位置, 再进行加工 工件尺寸在加工中自动获得, 加工精度很大程度上取决于调整精度 此法广泛用于各类自动生产线 自动机床和半自动机床上, 适用于成批及大量生产 3 定尺寸刀具法 : 直接靠刀具的尺寸来保证工件的加工尺寸, 如钻孔 铰孔, 工件的孔径靠钻头 铰刀的直径来保证 此法的加工精度主要取决于刀具的制造 安装精度及磨损程度, 该方法生产效率高, 应用广泛 4 自动控制法 : 用测量装置 进给装置和控制系统构成一个自动加工系统, 使加工过程中的测量 补偿调整和切削等一系列工作自动完成 早期的自动控制多采用凸轮控制 机械 液压控制等, 目前, 广泛采用计算机数字控制, 控制精度更高, 适应性更好, 使用更方便 (3) 形状精度和获得形状精度的方法 1) 形状精度 形状精度是零件上的被测要素 ( 线和面 ) 相对于理想形状的精确程度 形状精度用形状公差来控制, 形状公差常用的有直线度 平面度 圆度和圆柱度等 2) 获得形状精度的方法 1 轨迹法 它是利用机床运动使刀尖与工件的相对运动符合加工表面形状的方法 例如利用车床的主轴回转和刀架的进给运动车削外圆柱面 内圆柱表面 轨迹法的精度主要取决于轨迹运动的精度 2 成形法 它是利用成形刀具对工件进行加工的方法 例如用齿轮铣刀铣削齿轮, 该方法获得形状精度的高低, 主要取决于切削刃的制造精度及刀具的安装精度 3 展成法 滚齿 插齿等的齿轮加工都是用展成法来获得齿形的 展成法的精度主要取决于展成运动的精度和切削刃的形状精度 (4) 位置精度和获得位置精度的方法 1) 位置精度, 是指零件上被测要素 ( 点 线 面 ) 相对于基准要素之间的位置准确度 位置精度用位置公差来控制 位置公差常用的有平行度 垂直度 同轴度和圆跳动

85 2) 获得相互位置精度的方法 1 一次安装法, 是指零件在同一次安装中, 加工有相互位置要求的各个表面, 从而保证其相互位置精度 精度的高低取决于机床的运动精度 2 多次安装法, 是指零件有关表面的相互位置精度由加工表面与定位基准面之间的位置精度来保证 精度取决于机床运动之间 机床运动与工件装夹后的位置之间或机床的各工位之间的相互位置的正确性 对于一般机床能够保证的形位公差要求, 图样上不必标出 形位公差等级分 1 ~ 12 级 ( 圆度和圆柱度分为 0 ~ 12 级 ), 同尺寸公差一样, 等级数值越大, 公差值越大 国家标准中规定的控制零件形位公差的项目和符号见表 4 畅 6 表 4 畅 6 形位公差项目及符号 分类项目符号分类项目符号 直线度 平面度 定向 平行度 垂直度 倾斜度 形状 公差 圆度 圆柱度 线纶廓度 面轮廓度 2 畅加工表面质量 位置公差 定位 跳动 同轴度 对称度 位置度 圆跳动 全跳动 零件的表面质量是指零件表面粗糙度 波度 表面层冷变形硬化程度 表面残余 应力的性质和大小以及表面层金相组织变化等, 实际生产中最常用的是表面粗糙度 零件的表面总是存在一定程度的凹凸不平, 即使是看起来光滑的表面经放大后观 察也会发现凹凸不平的波峰波谷 零件表面的这种微观几何不平度称为表面粗糙度 国家标准规定了表面粗糙度的多种评定参数, 生产中最常用的是轮廓算术平 均偏差 Ra, 即在取样长度内轮廓上各点至中线距离绝对值的算术平均值 ( 单位 为 μm), 如图 4 畅 9 所示 第 4 章 切削加工基础知识 科学出版社职教技术出版中心 图 4 畅 9 轮廓算术平均偏差 77

86 Ra = 1 L 1 0 y( x) d x 或 Ra 1 n n i = 1 一般来说, 零件的精度要求越高, 表面粗糙度值要求越小 配合表面的粗糙 度值比非配合表面小, 有相对运动的表面比无相对运动表面粗糙度值越小, 接触 压力大的运动表面比接触压力小的运动表面粗糙度值小 与尺寸公差一样, 表面 粗糙度值越小, 零件表面加工就越困难, 加工成本越高 3 畅小结 1) 任何机械产品都是由各零件装配而成的, 零件质量将直接影响机械产品 的工作性能和使用寿命 2) 零件的加工质量是由加工精度和表面质量两方面所决定的 零件的加工 精度指尺寸精度 形状精度和位置精度, 零件的表面质量生产中最常用的是零件 表面粗糙度 yi 机械制造工艺基础 78

87 瞯 瞯 瞯 熟悉 教学主要内容 普通卧式车床及附件的知识 工件的装夹, 刀具的选择和安装 掌握 车削的主要内容 方式及其工艺特点 工件装夹的各种方法及外圆 内孔 端面 螺纹等的加工 了解 卧式车床的各组成部件及其功用 传动原 理 ; 其他车床的功用 车削工艺的特点 科学出版社职教技术出版中心

88 车削是工件旋转作主运动, 车刀移动作进给运动的切削加工方法 车削的切削运动在车床上完成 车削是最基本和应用最广的切削方法, 其切削特点是刀具沿着所要形成的工件表面, 以一定的背吃刀量 ap 和进给量 f, 对回转的工件进行切削 用车削方法可以进行车外圆 ( 圆柱 圆锥 ) 车平面 车孔 ( 圆柱孔 圆锥孔 ) 车槽 车螺纹 车成形面等加工, 还可以完成钻孔 铰孔 滚花等工作, 如图 5 畅 1 (a ~ g) 所示 机械制造工艺基础 图 5 畅 1 车削的主要内容 5 畅 1 概述 知识点瞯 CA6140 型卧式车床主要部件及其功用 瞯车床的传动路线及主运动和进给运动 瞯转塔车床 立式车床 自动车床 数控车床简介 技能点瞯熟悉 CA6140 型车床的传动路线 瞯熟悉 CA6140 型车床的主要部件和功用并能初步操作 瞯能了解其他一两种常用车床的特点和应用 80 车床的种类很多, 主要有仪表车床, 单轴自动车床, 多轴自动 半自动车 床, 转塔车床, 立式车床, 落地及卧式车床, 仿形及多刀车床以及数控车床 等, 其中卧式车床应用最广泛 下面以典型的 CA6140 型卧式车床为例作简要

89 介绍 1 畅 CA6140 型卧式车床简介 (1) 车床外形车床外形见图 5 畅 2 (2) 主要部件及其功用 图 5 畅 2 CA6140 型卧式车床 1) 主轴箱, 将电动机输出的回转运动传递给主轴, 再通过装在主轴上的夹 具 ( 如卡盘 ) 带动工件回转, 实现主运动 主轴箱内有变速机构, 通过变换箱外 手柄的位置, 可以改变主轴的转速, 以满足不同车削工作的需要 2) 刀架, 用于装夹刀具 3) 滑板, 俗称拖板, 由上 中 下三层组成 床鞍 ( 下滑板, 俗称大拖板 ) 用于实现纵向进给运动 ; 中滑板 ( 俗称中拖板 ) 用于车外圆或车孔时控制背吃刀 量及车端平面时实现横向进给运动 ; 上滑板 ( 俗称小拖板 ) 用来纵向调节刀具位 置和实现手动纵向进给运动 上滑板还可以相对中滑板偏转一定角度, 实现手动 加工圆锥面 4) 尾座, 它有一个带锥孔的套筒, 由手轮驱动可沿主轴轴线方向移动, 套 筒锥孔中可安装顶尖用以支承较长的工件并增加工件的安装刚度 此外, 套筒锥 孔中可以装上钻头 铰刀等刀具实现孔的钻削和铰削 5) 床身, 用来安装机床各部件 床身上有两条导轨, 用做床鞍及尾座纵向 往复运动的导向 6) 溜板箱, 将光杠或丝杠的回转运动变为床鞍或中滑板及刀具的进给运动 变换溜板箱外的手柄位置, 可以控制刀具纵向或横向进给运动的方向和运动的启 动或停止 7) 进给箱, 将主轴通过挂轮箱传递来的回转运动传给光杠或丝杠 进给箱 内有变速机构, 可实现光杠或丝杠的转速变换, 以调节进给量或螺距 第 5 章 科学出版社职教技术出版中心 车 削 81

90 8) 挂轮箱, 也称交换齿轮箱, 它将主轴的回转运动传递给进给箱 挂轮箱内有挂轮装置, 配换不同齿数的挂轮 ( 交换齿轮 ), 可改变进给量或车螺纹时的螺距 ( 或导程 ) 2 畅车床两类运动的产生与传递 (1) 车床传动路线车床传动路线如图 5 畅 3 所示 图 5 畅 3 车床传动路线框图 机械制造工艺基础 (2) 主运动与进给运动 1) 主运动 主轴的回转运动 电动机的回转运动经带传动机构 (V 带及带轮 ) 传递到主轴箱, 在主轴箱内经变速 变向机构再传到主轴, 使主轴获得 24 级正向转速 ( 转速范围为 10 ~ 1400r/min) 和 12 级反向转速 ( 转速范围为 14 ~ 1580r/min) 2) 进给运动 刀具的纵向 横向移动 主轴的回转运动从主轴箱经挂轮箱 ( 交换齿轮箱 ) 进给箱传递给光杠或丝杠, 使它们回转, 再由溜板箱将光杠或丝杠的回转运动转变为滑板 刀架的直线运动, 使刀具作纵向或横向的进给运动 CA6140 车床的纵向进给速度共 64 级 ( 进给量范围为 0 畅 08 ~ 1 畅 59mm/r), 横向进给速度共 64 级 ( 进给量范围为 0 畅 04 ~ 0 畅 79mm/r) 3 畅其他常用车床简介 82 (1) 转塔车床转塔车床有一个可绕垂直轴线转位的六角转位刀架, 通常刀架只能作纵向进给 转塔车床也没有尾座, 如图 5 畅 4 所示 六角转位刀架也可以装夹较多的切削工具 转塔车床适用于中 小批量的生产 转塔车床没有丝杠, 所以只能使用丝锥 板牙加工内 外螺纹 (2) 立式车床立式车床分单柱式和双柱式, 用于加工径向尺寸大而轴向尺寸相对较小的大型和重型工件 图 5 畅 5 所示为双柱立式车床

91 图 5 畅 4 转塔车床 图 5 畅 5 立式车床 立式车床的结构布局特点是主轴垂直布置, 有一个水平布置的直径很大的圆 形工作台, 供装夹工件 因此, 对于笨重工件的装夹 校正比较方便 由于工作 台和工件的质量由床身导轨 推力轴承支承, 极大地减轻了主轴轴承的负荷, 所 以可长期保持车床的加工精度 (3) 数控车床 数控车床 ( 图 5 畅 6) 是车削加工功能较全的数控机床 它可以把车削 铣 削 螺纹加工 钻削等功能集中在一台设备上, 使其具有多种工艺手段 数控车床没有旋转刀架或旋转刀盘, 在加工过程中由程序自动选用刀具和更 换刀位 采用数控车床进行加工可以大大提高产品质量, 保证加工零件的精度, 减轻劳动程度, 为新产品的研制和改型换代节省大量的时间和费用, 提高企业产 品的竞争能力 第 5 章 科学出版社职教技术出版中心 车 削 83

92 图 5 畅 6 数控车床 机械制造工艺基础 4 畅小结 1) 车削是工件旋转作主运动 车刀作进给运动的切削加工方法, 是金属切削中最基本和应用最广泛的一种切削方法 主要加工内容是工件的各种内 外回转表面, 工件端面和阶台端面等 2) 车床种类很多, 应用最多的是卧式车床 CA6140 型卧式车床是通用性强, 加工范围广的一种普通车床, 其主要部件有主轴箱 刀架 滑板 尾座 床身 溜板箱 进给箱 挂轮箱 其功用见教材 3) 熟悉一二种其他常用车床特点及应用 5 畅 2 车床附件及工件的装夹方法 知识点瞯常用车床附件 ( 通用夹具 ) 瞯工件在车床上的常用装夹方法 技能点瞯能分清专用 通用夹具, 并能初步掌握各类零件在机床上的装夹 84 用以装夹工件 ( 和引导刀具 ) 的装置称为夹具 车床夹具分为通用夹具和专 用夹具两类 车床的通用夹具一般作为车床附件供应, 且已经规格化

93 常见的车床附件有卡盘 顶尖 中心架 跟刀架 花盘等 1 畅常用车床附件 (1) 卡盘卡盘有三爪自定心卡盘和四爪单动卡盘两种 [ 图 5 畅 7 (a, b)] 三爪自定心卡盘的三个卡爪均匀分布在圆周上, 能同步沿卡盘的径向移动, 实现对工件的夹紧或松开 ; 能自动定心, 装夹工件一般不需要校正, 使用方便 四爪单动卡盘的四个卡爪沿圆周均匀分布, 每个卡爪单独沿径向移动, 装夹工件时, 需通过调节各卡爪的位置对工件的位置进行校正 (2) 顶尖顶尖的作用是定中心, 承受工件的质量与切削时的切削力 顶尖分前顶尖 ( 图 5 畅 8) 和后顶尖 图 5 畅 7 卡盘 图 5 畅 8 前顶尖 前顶尖是安装在主轴上的顶尖, 它随主轴和工件一起回转 因此, 与工件中 心孔无相对运动, 不产生摩擦 后顶尖是插入尾座套筒锥孔中的顶尖, 分固定顶 尖 [ 图 5 畅 9 (a, b)] 和回转顶尖 ( 图 5 畅 10) 两种 固定顶尖定心好, 刚度高, 切削时不易产生振动, 但与工件中心孔有相对运动, 容易发热和磨损 回转顶尖 可克服发热和磨损的缺点, 但定心精度稍差, 刚度也稍低 第 5 章 科学出版社职教技术出版中心 车 削 图 5 畅 9 固定顶尖 图 5 畅 10 回转顶尖 (3) 中心架中心架如图 5 畅 11 所示 在车削刚度较低的细长轴, 或是不能穿过车床主轴孔的粗长工件以及孔与外圆同轴度要求较高的较长工件时, 往往采用中心架来增强刚度 保证同轴度 85

94 图 ５畅 １１ 中心架 机 械 制 造 工 艺 基 础 86 ４ 跟刀架 跟刀架的结构如图 ５畅１２ 所示 使用时一般固定在车床床鞍上 车削时跟随在车 刀后面移动 承受作用在工件上的切削力 跟刀架多用于无台阶的细长光轴加工 图 ５畅 １２ 跟刀架的结构