机械制造工程基础教案-车辆 1(25页).doc
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1、-机械制造工程基础教案-车辆 1-第 25 页第1篇 热加工成型第1章 铸造成形1.授课时数:4学时2.教学内容:本章介绍铸造成形的工艺基础、基本概念、特点,铸件的结构工艺性和铸造工艺设计。3.教学重点与难点:金属液态成形的工艺基础,砂型铸造及特种铸造方法,铸件的结构设计方法。4.教学方法:多媒体课件课堂教学5.教学目的与要求:(1)掌握金属液态成形的工艺基础;(2)掌握砂型铸造方法;(3)掌握铸件的结构设计方法;(4)学会绘制铸造工艺图。1.1金属液态成形工艺基础 1.教学内容: 本节主要讨论合金的流动性和充型能力,铸件的凝固与收缩,铸件的内应力、变形和裂纹,铸件的常见缺陷及分析。2.教学重
2、点和难点: 流动性、充型能力、凝固与收缩、缩孔与缩松、铸件的内应力、变形和裂纹等基本概念,以及影响流动性和充型能力的因素以及减小内应力,变形和裂纹的措施。3.教学要求:了解影响液态成形工艺的因素,提高合金流动性及充型能力。正确选择凝固方式,减小应力,变形和防止裂纹,提高铸件质量。4.基本知识点:(1)合金的流动性和充型能力流动性和影响流动性的因素充型能力及影响充型能力的因素a.浇注条件 b.铸型 (2)铸件的凝固与收缩铸件的凝固方式a.逐层凝固 b.糊状凝固 c.中间凝固 铸件合金的收缩a.液态收缩 b.凝固收缩 c.固态收缩缩孔与缩松a.缩孔与缩松的形成 b.缩孔与缩松的防止 (3) 铸件内
3、应力、变形与裂纹铸件内应力 a.热应力的形成 b.机械应力的形成 c.减小应力的措施 铸件的变形铸件的裂纹 合金的吸气性和氧化性铸件的常见缺陷分析a.孔眼 b.表面缺陷 c.形状尺寸不合格 d.裂纹 e.其他 1.2 砂型铸造 1.教学内容:讨论砂型铸造方法和砂型铸造工艺设计方法。2.教学重点和难点: 手工造型方法的特点及应用范围,合理进行铸造工艺设计。3.教学要求: 了解造型与造芯方法,熟悉手工造芯的基本方法。4.基本知识点:(1)砂型铸造工艺过程(2)造型与造芯方法常用手工造型方法的特点及应用范围 (3)铸造工艺设计浇注位置的选择; a.铸件的重要加工面应朝下或位于侧面 b.铸件的大平面应
4、朝下 c.面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位置 d.对于容易产生缩孔的铸件,应将厚大部分放在分型面附近上部或侧面 铸件分型面的选择原则:a.应尽可能使铸件的全部或大部分置于同一砂箱中 b.应使铸件的加工面和加工基准面处于同一砂箱中 c.应尽量减少分型面的数量,尽可能选平直面的分型面 d.应尽量减少型芯和活块的数量,以简化制模、造型和合型等工序 e.应尽量使型腔及主要型芯位于下型 工艺参数的确定a.机械加工余量 b.收缩余量 c.起模斜度 d.型芯头 e.最小铸出孔和槽 1.3 特种铸造1.教学内容:介绍砂型铸造以外的其他几种特种铸造方法。2.教学难点与重点:了解常用特种铸造方
5、法的工艺过程、结构工艺性、特点及应用。3.教学要求:介绍熔模铸造、金属型铸造、压力铸造和离心铸造等几种铸造的方法。4.基本知识点:(1) 熔模铸造 熔模铸造的工艺过程;熔模铸造的结构工艺性;熔模铸造的特点及应用。(2) 金属型铸造金属型铸造的结构及其制造工艺;金属型铸造铸件的结构工艺性;金属型铸造的特点及应用。(3) 压力铸造压铸机和压铸工艺过程;压铸件的结构工艺性;压力铸造的特点及应用。(4) 离心铸造离心铸造的类型及工艺;铸型转速的测定;离心铸造的特点及应用。(5)低压铸造1.4 铸件结构设计 1.教学内容:本节从便于造型、合箱、清理及减少铸造缺陷和金属或合金的铸造性能对铸件的内在质量影响
6、出发,讨论铸件的结构设计。2.教学重点与难点:根据铸造工艺对铸造结构的要求进行结构设计和根据铸造性能对铸造结构设计的要求进行结构设计。3.教学要求:根据铸造工艺对铸件的要求,合理设计铸件外形、内腔和结构斜度,根据铸造性能的要求合理设计铸件壁厚、壁的联结方式等。4.基本知识点:(1)铸件工艺对铸件结构的要求尽量使分型面为平面应具有最少的分型面尽量避免起模方向存在外部侧凹,以便于起模凸台和筋条结构应便于起模垂直分型面上的不加工表面最好有结构斜度尽量少用或不用型芯型芯在铸型中应支撑牢固可增加芯头或工艺孔,用以固定型芯(2)铸造性能对铸件结构设计的要求合理设计壁厚铸件壁厚应尽量均匀铸件壁的连接a.铸件
7、的圆角结构 b.避免锐角连接 c.避免大的水平面 第2章 锻压成形1.授课时数:4学时2.教学内容:本章主要讨论金属塑性变形基础、自由锻、模锻工艺方法和冲压方法。3.教学重点与难点: 金属塑性变形后组织与性能的变化、纤维组织的形成与合理应用。自由锻基本工序与自由锻工艺规程的制订,自由锻件结构工艺性。模锻的特点,锤上模锻。、4.教学方法: 多媒体课件课堂教学5.教学目的与要求: (1)掌握金属塑性变形后组织与性能的变化 (2)掌握自由锻基本工序及自由锻工艺规程的制订。(3)掌握模锻的特点与锻模结构 2.1 金属塑性变形基础1.教学内容: 本节主要讨论金属塑性变形的特点,金属的冷变形强化与再结晶,
8、金属塑性变形后组织与性能的变化。2.教学重点与难点:金属的冷变形强化与再结晶,金属塑性变形后组织与性能的变化,纤维组织的概念、形成原因,合理利用纤维组织。3.教学要求:了解金属塑性变形的特点与实质,掌握金属的冷变形强化与再结晶,金属塑性变形后组织与性能的变化。4.基本知识点(1)金属塑性变形的特点可改善金属的组织,提高金属的力学性能。可提高材料的利用率。具有较高的生产率。可获得精度较高的毛坯或零件。(2)金属塑性变形的实质单晶体的塑性变形、滑移、孪生多晶体的塑性变形晶粒取向对塑性变形的影响、晶界对塑性变形的影响(3)金属的冷变形强化 冷变形强化的概念:金属在冷变形后,其强度和硬度提高,塑性降低
9、的现象称为冷变形强化。 产生冷变形强化的原因:引起产生冷变形强化的原因是各滑移方向的位错相互干涉,使变形困难。 冷变形强化的利弊 利:可利用冷变形强化作为一种强化金属的工艺用于生产。 弊:使进一步变形困难,必须增大变形设备功率;必须增加中间退火工序。(4)再结晶再结晶过程可分为回复、再结晶、晶粒长大三个阶段再结晶温度T再经验公式:T再=0.4T熔式中,T再为最低再结晶温度,T熔为金属熔点的温度,单位K。 回复:当加热温度低于再结晶温度时,晶格中的原子只能作短距离扩散,使空位与间隙原子合并,空位与位错发生交互作用而消失,使晶格畸变减轻,残余应力显著下降。组织、性能无明显变化。 再结晶:当加热温度
10、超过再结晶温度时,形成新晶粒取代已变形的晶粒。钢铁的最低再结晶温度400450,再结晶退火温度600700 晶粒长大:对冷变形金属进行再结晶退火,一般都得到细小的等轴晶粒。如温度继续升高,或延长保温时间,则再结晶后的晶粒又会长大而形成粗大晶粒,从而使金属的强度、硬度和塑性降低。(5)金属热塑性变形对组织与性能的影响 消除铸态的某些缺陷,提高材料的力学性能通过塑性变形可使铸态中的疏松、气孔等压合,消除偏析,将粗大的柱状晶和枝晶压碎,再结晶成细小均匀的等轴晶粒,改善夹杂物、碳化物的形态与分布。结果提高了金属材料的致密度和力学性能。 形成纤维组织热加工时因铸态中的非金属夹杂物沿金属流动方向被拉长形成
11、纤维组织,这些夹杂物在再结晶时不会改变其纤维状。存在纤维组织会导致金属材料的各向异性。沿纤维方向的力学性能高,垂于纤维方向的力学性能低。(6)锻造比锻造可改善铸态金属组织的结构和性能,改善的程度取决于塑性变形程度。2.2 自由锻1)教学内容: 本节先对自由锻方法进行必要的概述,主要讨论自由锻基本工序的内容、自由锻工艺规程的制订、自由锻件的结构工艺性、高合金钢的锻造特点。2)教学重点与难点: 自由锻基本工序的内容、自由锻工艺规程的制订、自由锻件的结构工艺性3)教学要求: 掌握基本工序的内容及自由锻工艺规程的制订,掌握典型零件的自由锻件的结构工艺性,了解常见的锻造缺陷。4)基本知识点 (1)自由锻
12、概述(2)自由锻工序 自由锻工序可分为基本工序、辅助工序和精整工序。基本工序: 镦粗:使坯料高度减小、横截面积增加的工序。它是自由锻中最常用的工序,适合于块状、盘套类锻件的生产。 拔长:使坯料横截面积减小、高度增加的工序。它适用于轴类、杆类锻件的生产。为壹规定的锻造比和改变金属内部组织结构,锻造以以钢锭为坯料的锻件时,拔长经常与镦粗交替反复使用。 冲孔:在坯料上冲出通孔或盲孔的工序。 对圆环类锻件,冲孔后还应进行扩孔。辅助工序:它是指进行基本工序之前的预变形工序。如压钳口、倒棱、压肩。精整工序:它是在完成基本工序之后,用以提高锻件尺寸及位置精度的工序。如校正、滚圆、平整等。(3)自由锻工艺规程
13、的制订 绘制锻件图锻件图是制定锻造工艺的依据,绘制锻件图时主要考虑工艺余块、余量及锻件公差。锻件中零件轮廓线用双点划线表示。(用图片说明)工艺余块:零件上的某些精细结构,如键槽、齿槽、小孔不通孔、小台阶难以用自由锻锻出,必须添加一部分金属以简化锻件形状,这部分添加的金属称为工艺余块。锻件余量:锻件上凡需要切削加工的表面都应留有加工余量。锻件公差:零件的基本尺寸加上加工余量称为锻件基本尺寸,锻造公差是锻件基本尺寸的允许变动量。 坯料重量及尺寸计算坯料重量可按下式计算:G料=G锻件+G 烧损+G料头式中G料 坯料重量G锻件锻件重量G烧损烧损重量,第一次加热取被加热金属的23%,以后各次加热取1.5
14、2%。G料头在锻造过程中冲掉或被切掉的那部分金属的重量。坯料尺寸的确定:首先根据锻件图计算出坯料的体积,并根据材料的密度计算出坯料的重量,再根据基本工序的类型及锻造比计算坯料横截面积、直径、边长等。(4)自由锻件的结构工艺性 尽量避免锥体和斜面结构。 尽量避免圆柱面与圆柱面相交。 避免椭圆形、工字形或其他非规则形状截面及非规则外形。 避免加强筋与凸台等结构。 复杂件应设计成为简单件组合件。2.3 模锻1)教学内容:本节主要讨论模锻的特点、锤上模锻、压力机上模锻的特点、胎模锻及模锻件结构工艺性。2)教学重点与难点:模锻模膛的类型和作用、掌握模锻件的结构工艺性3)教学要求:了解模锻的特点,掌握锻模
15、模膛的类型和作用、掌握模锻件的结构工艺性。了解各种模锻方法的特点。4)基本知识点: (1)模锻的特点: 生产率高。 模锻件尺寸精确,加工余量小,精密模锻能取代切削加工 可锻出形状复杂零件 节省金属材料,减少切削加工。在批量足够的条件下可降低成本。(2)锤上模锻 模锻锤结构蒸气-空气模锻锤的主要构造:踏板、机架、砧座、操纵系统。 选择锻锤吨位:锻锤吨位与锻件大小有关,锻件愈大,要求锻锤的吨位愈大。 模锻模膛锻模模膛有模锻模膛和制坯模膛两种。模锻模膛由终锻模膛和预锻模膛两部分组成。a.终锻模膛:终锻模膛的作用是使坯料最后到锻件所要求的形状和尺寸,因此它的形状和锻件的形状相同。尺寸比锻件实际尺寸大1
16、.5%(锻件收缩率),另外,沿模膛四周有飞边槽,用以增加金属从模膛中流出的阻力。促使金属更好地充满模膛,同时容纳多余的金属。对于具有通孔的锻件,由于不可能靠上、下模的突起部分把金属完全挤压到旁边去,故终锻件后在孔内有一薄金属,称为冲孔连皮。b.预锻模膛:预锻模膛的作用是使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸,这样再进行终锻时,金属容易充满终锻模膛。预锻模膛没有飞边槽。c.制坯模膛:制坯模膛用来进行复杂模锻件的预先制坯,制坯模膛有以下几种: 拔长模膛:用来减小坯料某部分的横截面积,以增加该部分的长度。当模锻件沿轴向横截面积相差较大时,常用这种模膛进行拔长。拔长模膛分为开式和闭式两种。一般情况下把它设
17、在锻模的边沿处。 滚挤模膛:在坯料长度基本不变的前提下用它来减小坯料某部分的横截面积,以增大另一部分的横截面积。滚挤模膛也分为开式和闭式两种。 弯曲模膛:对于弯曲的杆类模锻件,需采用弯曲模膛来弯曲坯料。 切断模膛:它是在上模与下模的角部组成的刃口,用来切断金属。单件锻造时,用它从坯料上切下锻件或从锻件上切下钳口。多件锻造时,用它分离单个锻件和切下钳口。 (4)模锻件结构工艺性设计模锻件时,应根据锻件特点和工艺要求,使其结构与模锻工艺适应,以便于模锻件生产和降低成本。为此,锻件的结构应符合下列原则: 锻件必须具有一个合理的分模面。以保证模锻件易于从模膛中取出,敷料最少,锻模容易制造。 只在零件上
18、有与其他机件配合的表面留加工余量。 设计零件的外形要力求简单。避免薄壁、高筋、凸起结构。 在零件结构充许的条件下,应尽量避免深孔和多孔结构。 对于复杂锻件,为减少工艺余块,简化模锻工艺,在可能条件下,应采用锻造焊接或锻造机械联接组合工艺。(5)胎模锻胎模主要有扣模、套筒模及合模等。 2.4冲压1)教学内容: 本节先对冲压方法进行必要的概述,主要讨论冲压的特点、冲压基本工序、冲压模具。2)教学重点与难点: 冲压基本工序、拉深成形特点及存在问题3)教学要求: 掌握冲压机理、冲压基本工序、冲裁变形过程、拉深存在问题及解决办法。4)基本知识点 (1)冲裁变形过程(2)拉深 第3章 焊接1.授课时数:4
19、学时2.教学内容:本章主要讨论焊接的基本原理及焊条电弧焊,并介绍埋弧自动焊、气体保护焊、电阻焊、钎焊等其他焊接方法,还将对可焊性进行讨论。3.教学重点与难点:电弧焊、气体保护焊、电阻焊、可焊性、焊件结构工艺性。4.教学方法:多媒体课堂教学5.教学要求:掌握焊接的基本原理及焊条电弧焊的工艺方法,材料的可焊性及焊接结构设计时的工艺原则。了解埋弧自动焊、气体保护焊、气焊与气割、钎焊等其他焊接方法。3.1 焊接基本原理1)教学内容:本节主要讨论焊接电弧、电弧焊冶金过程的特点、电焊条、焊接接头金属组织与性能的变化、焊接应力与变形。2)教学重点与难点:电焊条、焊接接头金属组织与性能的变化、焊接应力与变形。
20、3)教学要求:掌握电弧焊冶金过程的特点、电焊条的选用、焊接接头金属组织与性能的变化、焊接应力与变形。4)基本知识点:(1)焊接电弧焊接电弧是电极与工件之间的气体介质中长时间而强有力的放电现象。在焊接电弧中,阳极区产生的热量和温度比阴极区高,阳极区温度约为2600K,阴极区温度约为2400K。(2)焊条电弧焊冶金过程的特点 焊接电弧和熔池的温度高于一般的冶炼温度。导致金属元素蒸发烧损。 金属熔池体积小,高温时间短,导致化学成份不均匀,气体和杂质来不及浮出。易产生气孔和夹渣等缺陷。 空气中的氧与金属发生化学反应,使金属元素烧蚀,同时残留在焊缝金属中,导致气孔夹渣。 空气中的氢、氮留在金属中,使焊缝
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