1、第第4章章 机械制造工艺技术机械制造工艺技术4.1 概论4.2 毛坯制造方法4.3 材料热处理及表面处理技术4.4 零件加工制造4.5 机器装配4.6 机械制造装备4.1 4.1 概论概论 4.1.1 机械制造工艺的定义和内涵机械制造工艺的定义和内涵 机械制造工艺是将各种原材料通过改变其形状、尺寸、性能或相对位置，使之成为成品或半成品的方法和过程。从成形学的角度出发，机械制造工艺是成形工艺，即是在成形学指导下，研究与开发产品制造的技术、方法和程序。依据现代成形学的观点，从物质的组织方式上可把成形方式分为如下四类：u去除成形：运用分离的办法，把一部分材料（裕量材料）有序地从基体中分离出去而成形的
2、办法。如车、铣、刨、磨以及激光切割等加工方法。u受迫成形：利用材料的可成形性（如塑性等），在特定外围约束（边界约束或外力约束）下成形的方法，多用于毛坯成形和特种材料成形等。如铸造、锻压和粉末冶金等加工方法。u堆积成形：运用合并与连接的办法，把材料（气、液、固相）有序地合并堆积起来的成形方法。如快速原型制造（RPM）等。4.1 4.1 概论概论u生成成形：利用材料的活性进行成形的方法。自然系统中生物个体发育均属于生成成形。机械制造工艺可分为零件毛坯成形、零件制造和机器装配三个阶段。机械制造工艺流程的工艺环节可以分为三类：u直接改变工件形状、尺寸、性能以及决定零件相互位置关系的加工过程，它们直接创
3、造附加价值，如：毛坯和零件成形；零件机械加工；材料改性与处理；装配与包装。u间接创造附加价值的辅助工艺过程，如：原材料和能源供应；搬运与储存。u通过提高前两类工艺过程的技术水平及质量来发挥作用的非独立工艺过程，如：检测与质量监控；自动控制装置与系统。随着机械工业的发展和科学技术的进步，机械制造工艺的内涵和面貌不断发生变化，而且变化和发展速度越来越快。机械制造工艺技术是制造技术的核心和基础。4.1 4.1 概论概论 4.1.2 机械制造工艺的发展现状机械制造工艺的发展现状 机械制造工艺是将各种原材料通过改变其形状、尺寸、性能或相对位置，使之成为成品或半成品的方法和过程。制造工艺技术的发展主要体现
4、在以下几个方面：1.1.加工精度不断提高加工精度不断提高 随着机械制造工艺技术水平的提高，机械制造精度在不断提高，目前工业发达国家在加工精度方面已达到纳米级。精密、超精密加工不仅进入了国民经济和人民生活的各个领域，而且从单件小批生产方式走向了大批量的产品生产。2.2.高速切削技术的兴起和发展高速切削技术的兴起和发展 高速切削是指在比常规切削速度高出很多的速度下进行的切削加工，因此有时也被称为超高速切削。国际科技界和工业界经过实践，从切削机理上解决了高速切削成为现实的可能性问题，确定了不同材料高速切削的速度范围。4.1 4.1 概论概论 3.3.少、无夹具制造技术少、无夹具制造技术 打破传统的“
5、定位-加工”模式，以新的“寻位-加工”为基础，信息、控制与制造工艺及设备相结合，研究开发无需使用夹具或仅使用少量通用夹具的新一代少、无夹具制造技术。4.4.材料科学促进制造工艺变革材料科学促进制造工艺变革 材料科学发展对制造工艺技术提出了新的挑战，一方面迫使普通机械加工方法要改变刀具材料及改进制造装备；另一方面对于新型功能材料，要求应用更多的物理、化学、材料科学的现代知识来开发新的制造工艺技术。5.5.重大技术装备促进加工制造技术的发展重大技术装备促进加工制造技术的发展 大件及超大件加工技术得到相应发展，其中包括大电炉炉外精炼技术（真空氧脱碳、氢氧脱碳等方法）、大型工件（大锻件、大铸件、大型拼
6、焊件）的热加工工艺模拟及工艺优化技术、大型工件局部热处理技术、大型工件加工及尺寸测量技术等。4.1 4.1 概论概论 6.新一代制造装备技术有了较大的发展和突破 高速、高效和高精度制造工艺的发展，推动了制造装备的发展。近年来制造装备技术有了较大的发展和突破，包括：u新型加工设备的研究开发：如多轴联动加工中心、高效曲轴加工机床、点磨机床、加工与装配作业集成机床等。u在数控化基础上朝智能化方向发展：研制新一代加工质量高、效率高和低消耗的智能加工中心和智能化加工单元。u采用新材料和新结构：提高制造装备的刚度、抗振性、热稳定性，提高精度和精度保持性，减轻重量等。u新型部件的开发应用：如高精度、高速交流
7、电主轴等。u发展先进的机床和数控系统性能检测、诊断方法与技术。u多品种小批量生产条件下的先进在线加工质量检测技术。u柔性工艺装备和柔性夹具，为快速、低成本工艺准备提供技术。4.1 4.1 概论概论 7.7.优质清洁表面工程技术获得进一步发展优质清洁表面工程技术获得进一步发展 表面工程技术是经表面预处理后，通过表面覆层、表面改性、表面加工以及复合表面处理技术，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分和组织结构，以获得所需要表面性能的系统工程技术。8.8.精密成形技术取得较大进展精密成形技术取得较大进展 如消失模铸造技术、精冲技术和超塑成形技术、水下焊接和切割技术、逆变焊接电源及药芯焊丝制造技
8、术等。9.9.热成形过程的计算机模拟技术研究有一定发展热成形过程的计算机模拟技术研究有一定发展 如，对大型铸件充型凝固过程进行了三维数值模拟；对铝合金、镍合金的微观组织形成过程进行了二维、三维模拟；建立了锻压成形过程微观组织的演化方程和热塑性本构关系；淬火和回火过程温度场、组织转变和应力场的数值模拟；焊热裂纹及氢致裂纹的物理模拟及工艺性精确评定等。4.1 4.1 概论概论4.1.3 机械制造工艺技术的发展趋势机械制造工艺技术的发展趋势 从总体发展趋势看，优质、高效、低耗、灵捷、洁净是机械制造业永恒的追求目标，也是先进制造工艺技术的发展目标。加工制造技术的热点和发展趋势大致是：u高速/超高速加工
9、技术、精密/超精密加工技术、微纳加工技术、激光加工技术、生物制造技术；u采用新型能源和复合加工技术解决新材料加工和表面改性难题；u采用自动化技术实现工艺过程优化控制；u采用清洁生产技术实现绿色制造；u加工和设计向集成和一体化方向发展；u工艺技术和信息技术、管理技术不断融合。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 械制造中常用的毛坯有铸件、锻件、焊件及各种轧制型材件（管材、型钢、钢板以及线材等）。本节介绍毛坯的主要获得方法：铸造、锻造、冲压和焊接。4.2.1 铸造铸造 铸造是熔炼金属、制造铸型并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件成形方法。铸造成形的基本工艺过程包括熔化、造型、浇
10、注、冷凝、清理和热处理等，其中影响铸件质量的关键因素是液态金属的流动性和凝固过程的收缩性。用铸造方法得到的金属件称为铸件。铸件一般为毛坯，经过切削加工等工艺处理后才成为零件。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 铸造生产具有以下优点：可以铸造出结构形状复杂特别是内腔形状复杂的毛坯（或零件），如箱体、气缸、床身等；铸件与零件尺寸较接近，加工余量小，可节省金属，减少切削工作量。铸件具有良好的减振性、耐磨性、可加工性。适应性强，可铸成不同尺寸、不同质量、不同材料的各种铸件。设备投资少，铸件生产的成本相对较低。此外，由于铸造材料来源广泛，价格低廉；铸造设备比较简单，投资少；可以利用报废的机件或金属
11、切屑，因此在工业上得到广泛应用。但铸造也有缺点：铸件组织疏松，晶粒粗大，力学性能较差，常出现缩松和气孔等缺陷，并且铸造工序较多，铸件质量不够稳定；传统的砂型铸造在劳动条件和环境污染方面，问题比较严重。随着铸造新材料、新工艺、新技术的推广应用和铸造生产机械化、自动化的发展，上述问题正在逐步得到解决，使铸造生产的应用范围得到扩展。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 铸造生产一般分为砂型铸造和特种铸造两大类。1.1.砂型铸造砂型铸造 砂型铸造就是利用型砂制成铸件的铸造方法，是目前应用最广泛、最基本的铸造方法。其生产工序很多，主要工序包括：模样加工、配砂、造型、制芯、合型、熔化、浇注、落砂、清理
12、、检验等。其生产过程如图4-1所示(套筒)，其中造型和制芯是最主要的两道工序。图图4-14-1砂型铸造过程砂型铸造过程4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 （1 1）造型）造型 用造型材料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。铸型是由上型、下型、型腔、砂芯、浇注系统和砂箱等部分组成，如图4-2所示。模样的作用是形成铸件外形，通常用木材制成，生产批量大时，常用金属、塑料等材料制成。图图4-24-2铸型装配图铸型装配图 （2 2）制芯）制芯 为获得铸件的内腔或局部外形，用制芯材料制成的安放在型腔内部的铸型组成部分称为型芯。型芯绝大部分是用型砂制成的，故又称为砂芯。用造型材料及芯盒等工艺装备制
13、造砂芯的过程称为制芯。砂芯中应放入起加强作用的芯骨。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 2.2.特种铸造特种铸造 特种铸造是指除砂型铸造方法以外的各种铸造方法。特种铸造有很多优点，如铸件精度高、表面粗糙度值低、加工余量少、生产率高和劳动条件改善等。特种铸造的种类很多，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、陶瓷型铸造、低压铸造、消失模铸造、连续铸造、挤压铸造等，而且各有特点和应用范围。(1)熔模铸造熔模铸造又称为失蜡制造，是一种精密铸造方法。它是用易熔材料(如蜡料)制成精确的可熔性模样，并涂上若干层耐火材料，经干燥、硬化成整体型壳，加热型壳熔失模样，经高温焙烧而成耐火型壳，在型壳中浇
14、注铸件的一种生产方法。(2)金属型铸造金属型铸造是采用金属制造铸型，将液体金属浇入金属型中而获得铸件的铸造方法。因金属型可以重复使用，故又称永久型铸造。金属型常用灰铸铁或铸钢经机械加工制成。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 (3)压力铸造金属液在高压下快速压入金属型腔，并在压力作用下凝固，从而获得铸件的方法称为压力铸造。压力铸造生产率高，是各种铸造方法中生产率最高的，而且容易实现自动化或半自动化生产。(4)离心铸造离心铸造是将液体金属浇入高速旋转的铸型中，在离心力的作用下，液体金属充填铸型并凝固从而获得铸件的一种铸造方法。离心铸造大多用以铸造中空的铸件，通常使用金属型，也可以用砂型。(
15、5)低压铸造低压铸造是介于一般重力铸造和压力铸造之间的一种铸造方法。重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺，也称重力浇铸。广义的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造、消失模铸造，泥模铸造等；窄义的重力铸造主要指金属型浇铸。各种铸造方法都有其各自的特点和使用范围，常用铸造方法的特点比较见表4-1。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法4.2.2 锻压成形锻压成形 4.2.2.1 锻压概述锻压概述 锻压是指金属材料在外力作用下产生塑性变形或分离，从而获得一定形状、尺寸和结构性能的毛坯和零件的一种加工方法。锻压是锻造和冲压两种加工方法的总称，
16、它们的制品称为锻件和冲压件。锻压属于金属压力加工方法的一部分。金属压力加工方法主要有锻造、冲压、轧制、挤压和拉拔等。因固态成形比较困难，锻件和冲压件的形状较为简单，不能获得外形、内腔形状复杂的零件。此外，锻造操作复杂，冲压模具费用较高。4.2.2.2 锻造锻造 锻造是利用外力使材料产生塑性变形而获得具有一定形状和结构性能的零件或毛坯的加工方法，其加工过程一般需要加热。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 按照锻造成形工艺过程的不同，锻造方法可分为：自由锻造（包括手工自由锻造和机器自由锻造）和模型锻造（包括胎模锻、锤上模锻、压力机上模锻）两大类。根据变形温度的不同，锻造可分为热锻、温锻和冷锻
17、三种，其中应用最广泛的是热锻。锻造成形的特点主要有：u可改善金属材料的内部组织，提高力学性能。所以，锻造主要用于生产各种重要的、承受重载荷的机器零件或毛坯；u具有较高的生产率和较大的灵活性，既可锻造形状简单的锻件，也可锻造形状复杂，少、无切削的精密锻件，既适合单件小批量生产，也适合大批量生产；u锻件质量不受限制，小可不足1kg，大可达几百千克甚至几百吨。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 1.1.自由锻造自由锻造 利用简单的通用性工具，将坯料置于铁砧上或锻造机器上、下砧铁之间进行锻造的方法，称为自由锻造（简称自由锻）。自由锻可加工各种大小的锻件，对于大型锻件，自由锻是唯一的生产方法。自由
18、锻的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割等，其中镦粗、拔长、冲孔应用最多。空气锤是生产小型锻件的通用设备，其结构如图4-3所示。图图4-34-3空气锤结构示意图空气锤结构示意图 11工作缸工作缸22压缩缸压缩缸33旋阀旋阀44手柄手柄55锤身锤身66减速机构减速机构77电动机电动机 88锤杆锤杆99上砧铁上砧铁1010下砧铁下砧铁1111砧垫砧垫1212砧座砧座1313脚踏杆脚踏杆1414工作活塞工作活塞 1515压缩活塞压缩活塞1616连杆连杆1717上旋阀上旋阀1818下旋阀下旋阀4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 2.2.模型锻造模型锻造 利用模具使坯料变形而获得锻件
19、的锻造方法称为模型锻造。模锻与自由锻相比，生产率高，锻件尺寸精度高，表面粗糙度值低，加工余量小，并能锻出形状复杂的锻件；但模锻件质量受设备能力的限制，一般不超过150kg，锻模制造成本高。根据使用的设备种类和模具功能，模锻可分为胎模锻、锤上模锻以及压力机上模锻等，前两种应用较多。u胎模锻：在自由锻设备上使用可移动的简单模具生产锻件的一种锻造方法。胎模不固定在锤头或砧座上，使用时才放到自由锻锤的下砧上，用完后再搬下。u锤上模锻：将上、下模分别紧固在锤头与砧座上，将加热透的金属坯料放入下模膛中，利用上模向下的冲击作用，迫使金属在锻模模膛内塑性流动而获得与模膛形状一致的锻件的一种锻造方法。4.2 4
20、.2 毛坯制造方法毛坯制造方法4.2.2.3 锻压概述锻压概述 利用冲模使板料分离或成形，从而获得毛坯或零件的方法称为冲压。在常温下进行的冲压称为冷冲压。冷冲压所用板材应具有良好的塑性，且厚度应在8mm以下；当板料厚度超过8mm时，宜采用热冲压。板料冲压具有以下优点：u冲压操作方便，工艺过程易机械化、自动化，生产率高；u冲压件精度高，表面粗糙度值低，互换性好，一般不需加工即可使用；u可冲压出形状复杂、重量轻、强度和刚度好的零件。u 冲压的缺点：模具制造复杂，故周期长，成本高。冲压主要用于大批量生产，板料冲压用的材料必须有较高的塑性。常用的金属材料有低碳钢、金属合金及塑性高的合金钢。4.2 4.
21、2 毛坯制造方法毛坯制造方法 冲压设备主要是压力机。冲模是冲压加工的主要工具，按结构特征可分为简单模、复合模和连续模：简单模，只有一个工位、只完成一道工序的冲模；复合模，只有一个工位，且在该工位上完成两个或两个以上冲压工序的模具；连续模，具有两个或两个以上工位，条料以一定的步距由第一个工位逐步传送到最后一个工位，并在每一个工位上逐步将条料成形为所需零件的冲模。典型冲模的结构如图4-4所示。冲压的基本工序有切断、冲裁、拉深、弯曲。此外，冲压还有一些属于局部成形的工艺，如翻边、缩口等。图图4-44-4典型冲模的结构典型冲模的结构11定位销定位销22导板导板33卸料板卸料板44凸模凸模55凸模压板凸
22、模压板66凸模板凸模板 77模柄模柄88上模板上模板99导套导套1010导柱导柱1111凹模凹模1212凹模压板凹模压板 1313下模板下模板4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法4.2.2.4 特种锻压特种锻压 1.1.精密模锻精密模锻 精密模锻是在模锻设备上锻造出形状复杂、高精度锻件的模锻工艺。精密模锻必须由相应的工艺措施来保证：如模具的设计与制造必须精确；坯料的下料尺寸要精确；必须采用无氧化或少氧化的加热方法，以提高锻件的尺寸精度和表面质量等。目前，精密模锻主要应用在两个方面：u一是生产精化毛坯，即利用精密模锻工艺取代粗切削加工工序，将精密锻件直接进行精加工而得到成品零件；u 二是生产
23、精密模锻零件，即通过精密模锻直接获得成品零件。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 2.2.粉末锻造粉末锻造 粉末锻造是粉末冶金和精密模锻相结合的新技术。其特点是：变形过程是压实和塑性变形的有机结合，从而提高了锻件的力学性能；模锻时所需的变形力要比普通模锻小；可锻复杂的精密锻件，精度高，表面粗糙度值低。粉末锻造的工艺过程是：金属粉末配制混粉冷轧制坯少氧化或无氧化烧结加热模锻(在压力机上进行)。3.3.精密冲裁精密冲裁 精密冲裁简称精冲裁，采用强力压边冲裁，可获得剪切面的表面粗糙度值小、尺寸精度高的冲压件。精密冲裁从形式上看是分离工序，但实际上工件与坯料在最后分离前，始终是保持一个整体，即冲
24、裁过程中自始至终是塑性变形。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法4.2.3 焊接焊接 焊接是对两块分离的金属材料进行局部加热或加压，在使用或不使用充填材料的情况下，借助于金属原子的结合与扩散作用，使其连成一个整体的工艺方法。焊接是不可拆连接。焊接具有很多优点：连接工件方便、灵活、牢固，生产率高；可以采用拼焊结构，大型、复杂工件能以小拼大、化繁为简；可焊成双金属结构及实现异种材料的连接，节省贵重材料；连接性能好，多数情况下焊接接头能达到与母材同等的强度；焊接可以修补铸、锻件的缺陷及磨损的机器零件。焊接也有一些不足：如焊后零件不可拆，更换修理不方便；对某些新材料（如陶瓷）的焊接有一定困难；焊接
25、工艺不当时会产生焊接缺陷，焊接接头组织与性能不均匀；易产生较大的残余应力和变形等。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 按工艺过程的特点，焊接可分为熔焊、压焊和钎焊三大类：u熔焊是将焊件的连接处加热到熔化状态（有时另加填充材料），形成熔池，然后冷却，使之连接成一个整体。常用的熔焊方法有焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和气焊等。u压焊是通过对焊接连接处施加压力，或既加压又加热，使接头处紧密接触并产生塑性变形，通过原子间的结合而使之成为一个整体。常用的压焊有电阻焊、摩擦焊等。u钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件加热至高于钎料熔点、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
26、，并与母材相互扩散实现连接的方法。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法4.2.3.1 焊条电弧焊焊条电弧焊 电弧焊是以电弧作为焊接热源的熔焊方法。用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊称为焊条电弧焊，焊条电弧焊是应用最广泛的焊接方法。焊条电弧焊的形成过程如图4-5所示。焊接前，将焊钳和焊件与电焊机的两极相连，并用焊钳夹持焊条。焊接时，电弧在焊条与焊件之间形成，电弧热使焊件和焊条同时熔化形成熔池。电弧热还使焊条的药皮熔化、燃烧。被熔化的药皮与熔池金属发生物理化学作用形成熔渣；药皮燃烧产生CO2气体。熔渣和CO2气体可防止空气中氧和氮的侵入，起保护熔池金属的作用。随着焊条的移动，新的熔池不断形成，旧的
27、熔池不断凝固，最后形成连续的焊缝。图图4-54-5焊条电弧焊的形成过程焊条电弧焊的形成过程4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法4.2.3.2 气焊与气割气焊与气割 1.1.气焊气焊 气焊是利用可燃气体燃烧的高温火焰来熔化母材和填充金属的一种焊接方法，如图4-6所示。气焊最常用的气体是乙炔和氧气(助燃气体)，并使用不带涂料的焊丝作充填物。图图4-64-6气焊及设备气焊及设备4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 2.2.气割气割 气割即氧气切割，它是根据某些金属在氧气流中能够剧烈氧化(即燃烧)的原理，利用气体火焰的热能将工件切割处预热到一定温度后，喷出高速切割氧流，使其燃烧并放出热量实现切
28、割的方法。图图4-74-7埋弧焊焊接过程示意图埋弧焊焊接过程示意图11焊剂头焊剂头22送丝滚轮送丝滚轮33导电嘴导电嘴44焊丝焊丝 55焊剂焊剂66焊剂回收器焊剂回收器77焊件焊件88电缆电缆4.2.3.3 其他焊接方法其他焊接方法 1.1.埋弧焊埋弧焊 埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，其焊接过程如图4-7所示。将焊丝插入焊剂中，引燃电弧，使焊丝和焊件局部熔化形成熔池。焊剂形成的气体和熔渣可使电弧和熔池与外界空气隔绝。焊丝逐渐前移，即可完成焊接。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 2.2.气体保护焊气体保护焊 气体保护焊是用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。常用
29、的气体保护焊有氩弧焊（以氩气作为保护气体）和CO2气体保护焊（以CO2为保护气体）两种。3.3.等离子弧焊接与切割等离子弧焊接与切割 用等离子弧的热量进行焊接与切割，称为等离子弧焊接与切割。等离子弧的产生可叙述如下：在钨极和焊件间加以高压，经高频振荡器的激发，使气体电离形成电弧，此电弧通过细孔喷嘴受到机械机械压缩压缩；从进气管通入高速氩气流，使弧柱外围受到强烈冷却，于是电弧被进一步压缩(称为热压缩热压缩)；电弧内若干带电粒子的运动，可视为无数根平行的通电导体，其自身磁场产生的电磁力使这些“导体”相互吸引，将弧柱再进一步压缩(称为电磁压缩电磁压缩)。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 由于
30、上述三种压缩效应，便形成了电离度激增、弧柱截面积变细小、能量高度集中、温度极高、速度极快的等离子弧。等离子弧焊接与切割原理如图4-8和图4-9所示。图图4-84-8等离子弧焊接原理示意图等离子弧焊接原理示意图11电极电极22陶瓷垫圈陶瓷垫圈33高频振荡器高频振荡器 44同轴喷嘴同轴喷嘴55水冷却器水冷却器66等离子弧等离子弧77保护气体保护气体88焊件焊件图图4-94-9等离子切割原理示意图等离子切割原理示意图11冷却水冷却水22等离子气等离子气33电极电极44等离子弧等离子弧55切割件切割件4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 4.4.电阻焊电阻焊 电阻焊是焊件组合后通过电极施加压力,利
31、用电流通过焊件接触面及邻近区域时产生的电阻热，将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头的方法。电阻焊的基本形式有点焊、缝焊和对焊三种，如图4-10所示。5.5.钎焊钎焊 钎焊是指利用熔点比焊件低的钎料，置于焊件间隙处，加热仅使钎料熔化并填充焊件的间隙，冷却后将焊件连接起来的方法。按钎料熔点不同，钎焊可分为软钎焊（采用熔点低于450的钎料）和硬钎焊（采用熔点高于450的钎料）两种。图图4-104-10电阻焊的基本形式电阻焊的基本形式a)a)点焊点焊b)b)缝焊缝焊c)c)对焊对焊4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法4.2.3.4 焊接新工艺焊接新工艺 近年出现许多新的焊接工艺
32、，如摩擦焊、超声波焊、爆炸焊、电渣焊、电子束焊接、激光焊接及扩散焊接等，其中最重要的是电子束焊接、激光焊接和扩散焊接。1.1.电子束焊接电子束焊接 电子束焊接的原理：从炽热的灯丝发射的电子在高压作用下，经电磁透镜聚焦形成电子束并以极高的速度射向焊件表面，电子的动能变为热能而使焊件接头熔化，根据焊件的熔化程度适当移动焊件，即可获得所要求的焊接接头。电子束焊的焊接速度极快，熔深大，焊件不开坡口，焊件变形小，焊缝质量高；但设备昂贵，焊件尺寸受真空室限制，对焊件的清理与装配要求严格4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 2.2.激光焊接激光焊接 激光焊接利用能量密度很高(105107W/cm2)的激
33、光束聚焦到工件表面，使辐射作用区表面的金属“烧熔”黏合而形成焊接接头。其焊接过程大体分为：激光照射工件材料，工件材料吸收光能；光能转变为热能使工件材料无损加热；工件材料被熔化，作用结束与加工区冷凝。3.3.扩散焊接扩散焊接 扩散焊接是一种可以连接物理、化学性能差别很大的异种材料(如陶瓷与金属)的固态连接方法，并可连接截面形状和尺寸差异大的材料，以及连接经过精密加工的零部件而不影响其原有精度。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法4.2.4 毛坯成形方法比较毛坯成形方法比较 常用毛坯成形方法的比较见表4-2。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法4.2
34、.5 先进毛坯成形技术先进毛坯成形技术 在继承、发展传统毛坯成形技术和应用近代科学技术成就的基础上，开创了许多新的毛坯成形方法、技术及工艺。1.精密洁净铸造工艺精密洁净铸造工艺 许多新的铸造方法及工艺，如化学硬化砂铸造工艺、高效金属型铸造工艺以及消失模铸造工艺等，与普通砂型铸造相比，这些铸造工艺的共同优点可概括为六个字，即“精密、洁净、高效”。具体表现在：u可以大量生产同类型、高质量而且稳定的铸件，且铸件尺寸精度和表面质量较高，从而实现少切削或无切削加工；u能进一步简化生产工艺过程,缩短生产周期,便于实现生产工艺过程的机械化、自动化,提高劳动生产率,改善劳动条件,使铸造工厂(或车间)绿色化；u
35、可大量减少生产原材料的消耗，降低生产成本，获得良好的经济效益和社会效益。4.2 4.2 毛坯制造方法毛坯制造方法 2.2.超塑性成形技术超塑性成形技术 超塑性成形技术是建立在现代材料科学、力学、数字模拟和计算机、自动化和机器人技术、模具和润滑技术、金属塑性和成形技术等多种科学与技术基础上的一门先进科学技术。超塑性是指材料在一定的内部组织条件（如晶粒形状及尺寸、相变等）和外部环境条件（如温度、应变速率等）下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的伸长率的现象。利用材料的超塑性可以在小吨位设备上实现形状复杂的零件精密成形。3.3.焊接自动化技术焊接自动化技术 逆变电源、激光焊接技术、新型堆焊技术、微连接
36、技术、焊接机器人、焊接过程数值模拟技术和专家系统等使得焊接这种古老的加工工艺实现了从“技艺”向“科学”的转变。4.3 4.3 材料热处理及表面处理技术材料热处理及表面处理技术 4.3.1 材料整体热处理材料整体热处理 热处理是通过金属在固态下的加热、保温和冷却，以改变其内部组织从而获得所需性能的工艺方法。任何一种热处理的工艺过程，都包括加热、保温、冷却三个步骤，如图4-11所示。整体热处理的主要特点是对工件整体进行穿透加热。机械设备上使用最多和需要进行热处理最多的金属材料是钢，因此本节以钢的热处理为例来进行介绍。图图4-114-11常用热处理方法的工艺曲线常用热处理方法的工艺曲线4.3 4.3
37、 材料热处理及表面处理技术材料热处理及表面处理技术 由于热处理时起主要作用的因素是温度和时间，因此各种热处理都可以用温度-时间为坐标的热处理工艺曲线来表示。铁碳相图是确定钢热处理工艺的重要依据，如图4-12所示。铁碳相图中组织转变的临界温度曲线A1、A3、Acm是在极其缓慢的加热或冷却条件下测定出来的，而在实际热处理中的加热或冷却大多不是极其缓慢的，故实际转变温度比相图上的临界温度有一定的滞后现象，也就是通常所说的要有一定的过热或过冷，组织转变才能充分进行。通常将加热时的实际临界温度位置用Ac1、Ac3、Accm来表示，而冷却时的实际临界温度位置用Ar1、Ar3、Arcm表示。图图4-124-
38、12加热和冷却时各临界点的位置加热和冷却时各临界点的位置4.3 4.3 材料热处理及表面处理技术材料热处理及表面处理技术 常规热处理技术是指众所周知的“四火”，即退火、正火、淬火、回火，也可以称之为传统热处理技术。(1)退火退火是指把钢加热到一定温度，经保温后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的工艺方法。退火的目的是：降低硬度以便于切削加工；提高塑性以利于塑性成形；细化晶粒以提高力学性能；消除应力以防止变形或开裂。根据加热温度的不同，退火可分为完全退火、球化退火、等温退火、均匀化退火、去应力退火以及再结晶退火。(2)正火正火是指把工件加热到临界温度Ac3(或Accm)以上4060，保温一定时间以完全
39、奥氏体化，然后在空气中冷却的热处理工艺。正火的目的是：细化晶粒、改善力学性能和可加工性，消除网状二次渗碳体组织，为淬火做准备；还可以取代部分完全退火，提高生产率。正火实质上是退火的另一种形式，其作用与完全退火相似。正火与完全退火不同之处是工件放在空气中冷却而不是随炉冷却。4.3 4.3 材料热处理及表面处理技术材料热处理及表面处理技术 (3)淬火淬火就是将工件加热到临界温度Ac3（或过共析钢Ac1)以上3050（约760860），保温一定时间后，放入冷却介质中快速冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺。淬火的主要目的是：提高工件的强度和硬度，增加耐磨性，并在回火后获得适当的强度和韧性相配合的性能。
40、淬火操作时要严格控制加热温度、保温时间和冷却速度。常用的淬火冷却介质有水和油。淬火时还要注意淬火工件浸入淬火冷却介质的方式。(4)回火回火是将淬火后的工件重新加热到临界温度Ac1以下某一温度，经过一定时间的保温后，在油中或空气中冷却的热处理工艺。回火的目的是：减小或消除工件在淬火时所形成的内应力，适当降低工件的硬度，减少工件脆性，防止变形和开裂；稳定工件尺寸，调整力学性能，使工件获得较好的强度和韧性或较好的综合力学性能。4.3 4.3 材料热处理及表面处理技术材料热处理及表面处理技术 4.3.2 表面处理技术表面处理技术 材料表面处理的目的是：u提高材料在腐蚀性介质中的耐蚀性或抗高温氧化性能，
41、防止金属材料及其制品在生产、储运和使用过程中发生锈蚀；u提高工件耐磨性、减摩性及抗疲劳等性能；u根据需要，使材料及其制品表面具有各种特殊的功能，如绝缘、导电、反光、光的选择吸收、电磁性、焊接性、可胶接等，也可制造特殊新型表面材料及覆层金属板材；u对于装饰性材料和制品，通过改变表面光泽、色彩、图纹等以获得优良装饰效果；u修复磨损或腐蚀损坏的工件，补救加工超差的产品。4.3 4.3 材料热处理及表面处理技术材料热处理及表面处理技术 表面处理技术日新月异，种类繁多，其分类如图4-13所示。图图4-134-13表面处理分类表面处理分类4.4 4.4 零件加工制造零件加工制造 零件制造方法，包括去除成形
42、、受迫成形、堆积成形、生成成形等，其中去除成形主要是通过切削加工实现的。切削加工是利用切削工具从工件（毛坯）上切去多余的材料，使零件具有符合图样规定的几何形状、尺寸和表面粗糙度等方面要求的加工过程。切削加工可分为机械加工和钳工两部分。机械加工是在机床上利用机械力对工件进行加工的切削加工方法。根据机床运动的不同、刀具的不同，机械加工主要分为车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削、插削、磨削以及特种加工等。钳工主要是在钳台上，以手持工具为主，对工件进行加工的切削加工方法。随着加工技术的现代化，越来越多的钳工加工工作已被机械加工所代替，钳工自身也在逐渐机械化。4.4 4.4 零件加工制造零件加工制造 4
43、.4.1 传统切削加工方法传统切削加工方法 4.4.1.1 车削加工车削加工 车削加工是指工件回转做主运动，车刀做进给运动的加工方法。车削特别适合于加工回转面，而回转面是机械零件中应用最广泛的一种表面形式，因此车削是切削加工的主要方式。车削加工的尺寸精度一般可达IT6IT8,，表面粗糙度Ra值可达0.86.3m。1.1.车床类型车床类型 车削加工中使用的机床称为车床。车床的类型很多，按照结构和用途，主要分为卧式车床、立式车床、转塔车床、端面车床、半自动和自动车床、仿形车床和多刀车床、数控车床以及各种专用车床，例如凸轮轴车床、曲轴车床、铲齿车床等，其中卧式车床应用最多。图4-14所示为C6136
44、型卧式车床。4.4 4.4 零件加工制造零件加工制造 单件小批生产各种轴、盘、套等零件，一般在卧式车床或数控车床上进行加工；长径比为0.30.8的重型零件，多用立式车床加工；成批生产外形较复杂，且具有内孔及螺纹的中小型轴、套类零件，应选用转塔车床进行加工；大批、大量生产形状不太复杂的小型零件（如螺钉、螺母、管接头、轴套等），多选用半自动和自动车床进行加工。图图4-144-14C6136C6136型卧式车床型卧式车床4.4 4.4 零件加工制造零件加工制造 2.2.车削的工艺特点及加工范围车削的工艺特点及加工范围 1)加工精度比较高，而且易于保证各加工面之间的位置精度。由于车削加工过程连续进行，
45、切削层公称横截面积不变，切削力变化小，切削过程平稳，所以加工精度高。2)生产率高，应用范围广泛。可用很高的切削速度以及很大的背吃刀量和进给量，所以生产率高；车削加工能适应多种材料、多种表面、多种尺寸和多种精度要求，应用范围广泛。3)刀具简单，刚度高，制造、刃磨和装夹方便，生产成本较低。车削加工范围广泛，可以车削内圆面(含内圆切槽)、外圆面(含外圆切槽)、锥面、平面、切断成形面、内螺纹、外螺纹,以及进行钻孔、扩孔、铰孔和滚花等工作，如图4-15所示。4.4 4.4 零件加工制造零件加工制造图图4-154-15卧式车床所能完成的典型加工卧式车床所能完成的典型加工a)a)车外圆车外圆b)b)钻孔钻孔
46、c)c)车孔车孔d)d)铰孔铰孔e)e)车锥孔车锥孔 f)f)车端面车端面g)g)切槽切槽h)h)车螺纹车螺纹i)i)滚花滚花j)j)车大锥度锥面车大锥度锥面k)k)车小锥度锥面车小锥度锥面l)钻中心孔钻中心孔m)m)车成形表面车成形表面n)n)攻螺纹攻螺纹o)o)倒角倒角4.4 4.4 零件加工制造零件加工制造4.4.1.2 铣削加工铣削加工 铣削是指铣刀旋转做主运动，工件做进给运动的切削加工方法。铣削是平面加工的主要方法之一，此外，铣削还适合于加工台阶面、沟槽、各种形状复杂的成形表面（如齿轮、螺纹等），还用于切断。1.1.铣削特点铣削特点 铣削为断续切削，冲击、振动很大。高速铣削时刀齿还经
47、受时冷时热的温度骤变，硬质合金刀片易出现裂纹和崩刃，使刀具寿命下降。u铣削为多刀多刃切削，刀齿易出现径向圆跳动和轴向圆跳动；u铣削为半封闭容屑形式；u圆柱铣刀逆铣时，由于刀齿切削刃钝圆半径的存在，使刀齿都要在工件已加工表面上滑行一段距离后才能切入工件基体；u铣削时切削层的公称厚度及铣削力都是周期性变化的，这种周期性的断续切削过程易引发铣削工艺系统的振动。4.4 4.4 零件加工制造零件加工制造 2.2.常用铣床及铣削的应用范围常用铣床及铣削的应用范围 铣床的主要类型有：卧式铣床（图4-16）、立式铣床、龙门铣床、工具铣床以及各种专用铣床等。铣削可分为粗铣（I T 11 I T 1 2，Ra=1
48、2.525m）、半精铣（IT9IT10，Ra=3.26.3m）和精铣（IT7IT8，Ra=1.63.2m）。图图4-164-16卧式升降台铣床卧式升降台铣床4.4 4.4 零件加工制造零件加工制造 铣削的应用范围很广，加工的主要轮廓表面有：平面、台阶面、槽、型腔以及成形面等。图4-17所示为在铣床上所进行的主要工作。图图4-174-17铣床的主要工作铣床的主要工作a)a)圆柱铣刀铣平面圆柱铣刀铣平面b)b)面铣刀铣平面面铣刀铣平面c)c)立铣刀铣侧平面立铣刀铣侧平面d)d)立铣刀铣槽立铣刀铣槽e)e)三面刃铣刀铣槽三面刃铣刀铣槽f)f)三面刃铣刀铣台阶面三面刃铣刀铣台阶面g)Tg)T形槽铣刀铣
49、形槽铣刀铣T T形槽形槽h)h)锯片铣刀切断锯片铣刀切断i)i)角度铣刀铣角度角度铣刀铣角度 j)j)燕尾槽铣刀铣燕尾槽燕尾槽铣刀铣燕尾槽k)k)键槽铣刀铣键槽键槽铣刀铣键槽l)l)模具铣刀铣型腔模具铣刀铣型腔m)m)成形铣刀铣圆弧面成形铣刀铣圆弧面4.4 4.4 零件加工制造零件加工制造4.4.1.3 刨削加工刨削加工 刨削是指刨刀对工件做水平相对直线往复运动的切削加工方法。空行程、冲击和惯性力等问题，限制了刨削生产率和精度的提高。1.1.刨削加工特点刨削加工特点u机床和刀具的结构较简单，通用性好；u生产率低；刨削回程不进行切削，加工不连续，冲击较严重；此外刨削常用单刃刨刀刨削，刨削用量也较
50、少，故加工生产率低。但是，当加工狭长表面(如导轨、长槽)时，由于减少了进给次数以及可以采用多件、多刀刨削，刨削的生产率可能高于铣削。u刨削的加工精度一般可达IT7IT8，表面粗糙度可控制在Ra=1.66.3m。刨削加工可保证一定的相互位置精度，故常用龙门刨床加工箱体和导轨的平面。4.4 4.4 零件加工制造零件加工制造 2.2.刨削加工的应用刨削加工的应用 刨削可以在牛头刨床（图4-18）和龙门刨床上进行。前者适宜加工中小型工件，后者适宜加工大型工件或同时加工多个中型工件。刨削主要用来加工平面，也广泛地用来加工沟槽。刨削同样可分为粗刨(IT12IT11，Ra=12.525m)、半精刨(IT9I
