金屬加工與實訓-基礎知識（中職機械加工等專業(yè)）全套教學課件

第一章緒論金屬加工與實訓—基礎知識全套可編輯PPT課件第1章緒論.pptx第2章金屬材料及熱處理基礎.pptx第3章熱加工基礎.pptx第4章冷加工基礎.pptxContents目1金屬加工概述2本課程的性質、任務和教學目標錄金屬加工概述OVERVIEWOFMETALPROCESSING01金屬加工是指利用各種技術手段對金屬原材料或半成品進行加工制造從而得到所需零件或產品的過程，具體的技術手段包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、車削、銑削、刨削、磨削等。日常生活中的很多物品都是由金屬材料制成的，如不銹鋼餐盤、自行車、機械手表等，如圖1-1所示。（a）不銹鋼餐盤（b）自行車（c）機械手表圖1-1日常生活中常見的金屬制品1.1金屬加工的作用、地位、現狀與發(fā)展趨勢金屬加工在國民經濟中的作用與地位金屬加工在現代制造業(yè)中具有舉足輕重的作用。而制造業(yè)作為國民經濟的支柱產業(yè)之一，在國民經濟中占有很大的比重，其涉及機械裝備、交通工具、電氣設備、儀器儀表、食品生產、化工冶金、建筑材料等各種行業(yè)。1.1金屬加工的作用、地位、現狀與發(fā)展趨勢近年來，通過不斷地引進吸收和研發(fā)創(chuàng)新，我國金屬加工技術得到了飛速發(fā)展，在加工制造領域取得了一系列重大成果，如“神舟”系列載人宇宙飛船的成功發(fā)射，“和諧號”高鐵動車組的設計與制造、國家體育場大型鋼結構建筑“鳥巢”的建成使用等。我國在金屬加工設備方面同樣取得了巨大的突破。例如，我國已經成功研制了世界上最大規(guī)格的超重型數控臥式車床（參見圖1-2）和世界上噸位最大的黑色金屬垂直擠壓機（參見圖1-3）。圖1-2DL250型5m超重型數控臥式車床圖1-33.6萬噸黑色金屬垂直擠壓機1.1金屬加工的作用、地位、現狀與發(fā)展趨勢隨著科技的發(fā)展和進步，各種新型的金屬加工技術不斷涌現，如激光加工、高速水流切割等，新技術的出現，大大拓展了金屬加工的應用范圍?，F代金屬加工技術的發(fā)展趨勢主要表現在兩個方面：

一是精密化，以微細加工和納米加工為代表的精密加工技術在尖端設備的制造方面得到廣泛應用，其加工精度可以達到亞微米級；

二是自動化，隨著計算機技術的發(fā)展，先進的數控機床、加工中心及柔性化制造單元將逐步取代傳統(tǒng)的金屬加工設備，金屬加工將變得更加智能和高效。金屬加工的發(fā)展趨勢1.2金屬加工的主要工種與特點工種是按照勞動技術的特點而劃分的工作種類，如水電工、車工等。根據金屬在被加工時的狀態(tài)不同，金屬加工工種可分為熱加工、冷加工和其他工種三大類。而每一種加工按照加工工藝流程又可具體細分為不同的工種。常見的金屬加工工種如表1-1所示。表1-1金屬加工的主要工種及其特點1.2金屬加工的主要工種與特點表1-1金屬加工的主要工種及其特點（續(xù)）1.3金屬加工的安全生產規(guī)范（一）工人安全規(guī)范參加安全生產培訓，學習安全生產的相關知識，嚴格遵守各項安全生產規(guī)章制度。遵守設備的安全操作規(guī)程，正確使用加工設備，同時做好安全防護措施，及時發(fā)現生產過程中的異常情況。注重對設備的維護保養(yǎng)，做好使用前及使用后的檢查工作，及時排除安全隱患。拒絕違章作業(yè)，并勸阻他人違章作業(yè)。1.3金屬加工的安全生產規(guī)范（二）工人車間安全規(guī)范車間地面應保持干凈整潔，安全通道應保持通暢。車間內原材料、半成品及成品應分開存放，刀具、量具及夾具應設置專門的地點由專人保管。車間內必要的地方應設置醒目的安全標識，各類安全防護設備放置齊全。電氣線路絕緣性能應保持良好，具有可靠的接地保護措施。1.3金屬加工的安全生產規(guī)范（三）設備操作安全規(guī)范做到定期檢修、定時保養(yǎng)，嚴禁超時超負荷運轉。嚴禁擅自操作不熟悉的設備。做好設備故障記錄，設備維修應由專業(yè)人員進行。發(fā)生事故時應立即切斷電源、及時上報，并保持現場。本課程的性質、任務和教學目標THENATURE,TASKSANDTEACHINGOBJECTIVESOFTHENATURE022.1本課程的任務和性質使學生掌握必備的金屬材料、熱處理、金屬加工工藝的知識和技能。010203培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，使其形成良好的學習習慣，具備學習后續(xù)專業(yè)技術的能力。對學生進行職業(yè)意識培養(yǎng)和職業(yè)道德教育，使其形成嚴謹、敬業(yè)的工作作風，為今后解決生產實際問題和職業(yè)生涯的發(fā)展奠定基礎。2.2本課程的教學目標01020304了解常用金屬材料的性能與特點，能正確選用常用金屬材料。熟悉一般機械加工的工藝路線與熱處理工藝。掌握鉗工、車工、銑工、焊工等金屬加工的基礎操作技能。會使用常見的工、量、刃具。2.2本課程的教學目標05060708能閱讀中等復雜程度的零件圖及常見工種的工藝卡，并能按工藝卡要求實施加工工藝。具備運用工具書、網絡等查閱和處理金屬加工工藝信息的能力。養(yǎng)成自主學習的習慣，培養(yǎng)探究工程實際中有關金屬工藝問題的意識，提高適應職業(yè)變化的能力。遵守職業(yè)道德和職業(yè)規(guī)范，樹立安全生產、節(jié)能環(huán)保和產品質量的職業(yè)意識。2.3本課程的學習和訓練方法本課程是一門理論聯(lián)系實踐的綜合性課程，因此在學習的過程中，一方面應注重對金屬加工基礎理論知識的學習，通過網絡、視頻等多媒體手段理解和掌握常用金屬加工的方法與原理，學會根據金屬零件的特點來選擇合理的加工方法、制定正確的工藝流程；另一方面應注意理論與實踐的結合，通過參觀企業(yè)生產現場，參加金屬加工實訓等方式建立對各種金屬加工方法的感性認識，在實訓環(huán)節(jié)中掌握金屬加工的基礎操作技能，加深對金屬加工方法的理解。THANKYOU謝謝觀看！第二章金屬材料及熱處理基礎金屬加工與實訓—基礎知識Contents目錄1金屬材料的性能2常用金屬材料3鋼的熱處理金屬材料的性能PROPERTIESOFMETALMATERIALS01使用性能使用性能是指金屬材料在使用過程中表現出來的性質和特點，主要包括物理性能（如密度、外觀、導熱性、導電性、形狀記憶性等）、化學性能（如耐熱性、耐蝕性、耐酸性、催化特性等）以及力學性能。金屬材料使用性能的好壞決定了其制造出的零部件的質量和壽命。工藝性能工藝性能是指金屬材料被加工成為所需零件的難易程度，主要包括鍛造性能、鑄造性能、焊接性能以及切削加工性能等。1.1金屬材料的力學性能

01強度02塑形03硬度04韌性在外界靜力作用下，金屬材料抵抗永久變形或破壞的能力稱為金屬材料的強度。塑性是指金屬材料在受到外力作用時，產生永久變形而不被破壞的能力。硬度是指材料產生局部變形以抵抗外部硬物壓入其內的能力。韌性是指材料抵抗外界載荷的沖擊而不產生斷裂破壞的能力。05疲勞強度材料抵抗交變外力作用而不發(fā)生疲勞破壞的能力稱為材料的疲勞強度，其大小可由疲勞極限來衡量。1.2金屬材料的工藝性能鍛造性能鑄造性能焊接性能切削加工性能鍛造性能是指金屬材料在鍛壓加工中能承受塑性變形而不破裂的能力。鑄造性能是指金屬材料在鑄造過程中經鑄造成型獲得優(yōu)質鑄件的能力。焊接性能是指材料在焊接過程中得到優(yōu)質焊接接頭的能力。切削加工性能是指金屬材料切削加工的難易程度。常用金屬材料COMMONMETALMATERIALS022.1鋼及其分類鋼鐵是現代工業(yè)中使用最廣泛的金屬材料，由于以鐵和碳作為基本組成元素，故鋼鐵又稱為鐵碳合金。通常情況下，碳含量在0.0218%到2.11%之間的鐵碳合金稱為鋼；碳含量小于0.0218%的鐵碳合金稱為純鐵；碳含量大于2.18%的鐵碳合金稱為鑄鐵，常用鑄鐵的碳含量不超過4.3%。1．鋼的分類由于鋼的種類繁多，對鋼進行科學的分類有利于我們更好地學習鋼的性能特點和掌握合理選用鋼材的方法。鋼常見的分類方法如下。（1）按照碳和合金元素的含量分類根據是否含有其他合金元素，鋼可分為碳素鋼和合金鋼。

碳素鋼：可分為低碳鋼（含碳量ωC＜＝0.25%）、中碳鋼（0.25%＜ωC＜＝0.60%）和高碳鋼（ωC＞0.60%）。

合金鋼：可分為低合金鋼（合金元素總量＜＝5.0%）、中合金鋼（5.0%＜合金元素總量＜＝

10.0%）和高合金鋼（合金元素總量＞10.0%）。2.1鋼及其分類

（2）按照有害元素的含量分類根據鋼中有害元素硫、磷含量的不同，鋼可分為普通鋼、優(yōu)質鋼和高級優(yōu)質鋼。

普通鋼：ωP＞0.045%，ωS＞0.050%。

優(yōu)質鋼：0.035%＜ωP＜＝0.045%，0.035%＜ωS＜＝0.050%。

高級優(yōu)質鋼：ωP＜＝0.035%，ωS＜＝0.035%。

（3）按照用途分類根據用途不同，鋼可分為結構鋼、工具鋼、特殊功能鋼和專業(yè)用鋼。

結構鋼：機械零件制造用鋼、軸承鋼、彈簧鋼。

工具鋼：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼。

特殊功能鋼：不銹鋼、耐磨鋼、抗氧化鋼等。

專業(yè)用鋼：建筑用鋼、船舶用鋼、壓力罐用鋼、農機用鋼等。2.1鋼及其分類（a）鋼板（b）鋼管（c）工字鋼（d）線材圖2-7市場上供應鋼材的類型舉例2.1鋼及其分類2．鋼的牌號金屬材料的牌號是按照國家有關規(guī)定對金屬材料進行的統(tǒng)一標準化編號。其中，鋼的牌號是按照國標GB/T221—2008《鋼鐵產品牌號表示方法》中的規(guī)定來制定的。通常鋼的牌號由大寫的漢語拼音、化學元素符號、阿拉伯數字等組成。部分鋼的牌號及含義如表2-2所示。表2-2部分鋼的牌號及含義2.1鋼及其分類表2-2部分鋼的牌號及含義（續(xù)）2.1鋼及其分類3．常用鋼的性能特點及應用舉例（1）碳素鋼工業(yè)生產中，常用的碳素鋼有碳素結構鋼、優(yōu)質碳素結構鋼、碳素工具鋼以及鑄造碳鋼等。1）碳素結構鋼碳素結構鋼的塑性好，強度較低，能保證一定的力學性能，容易冶煉，工藝性能良好，故常軋制成型鋼、鋼板、鋼管等，用于制造建筑、橋梁、船舶等領域的結構件，或者加工螺釘、螺母等力學性能要求不是很高的機械零部件。碳素結構鋼常見的牌號有Q215，Q235，Q255等。其中，Q235鋼的強度、塑性、韌性及焊接性等性能都比較好，在工業(yè)生產中應用最為廣泛，常見的機械零件，如螺栓、拉桿、螺母等都是由Q235鋼制造的。2）優(yōu)質碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼的雜質元素硫、磷的含量比碳素結構鋼低，力學性能比碳素結構鋼好，通常用于制造重要的工程構件和機械零部件。優(yōu)質碳素結構鋼常見的牌號有45，60等。其中，45鋼的綜合力學性能良好，在工業(yè)生產中應用十分廣泛，主要用于制造受力較大的齒輪和軸類零件等；60鋼以上的優(yōu)質碳素結構鋼由于碳含量較高，具有較高的強度和硬度，通常在經過處理后用于制造各類彈簧、鋼絲等。2.1鋼及其分類3）碳素工具鋼碳素工具鋼生產成本低，工藝性能好，在熱處理后可以獲得很高的硬度，溫度不高時耐磨性良好；但熱硬性較差，工作溫度超過250℃時，其硬度、耐磨性會迅速下降。此外，碳素工具鋼的淬透性較低，在油中的淬透直徑僅為5mm。因此，碳素工具鋼僅限于制造形狀簡單、尺寸小、切削速度低、工作溫度不高的工具。碳素工具鋼常見的牌號有T8，T12等。其中，T8鋼具有較好的韌性和較高的硬度，適用于制造模具沖頭、剪刀等；T12鋼具有高硬度和耐磨性，但韌性較低，適用于制造鉆頭、鉸刀、絲錐等沖擊小、要求高硬度和耐磨性的刀具和量具。4）鑄造碳鋼鑄造碳鋼具有較高的強度、塑性和韌性，生產成本較低，主要用于制造受力大且需承受沖擊載荷的零部件，如軋鋼機底座、水壓機底座、火車車輪及車鉤等。鑄造碳鋼常見的牌號有ZG200-400，ZG230-450等。2.1鋼及其分類（2）合金鋼工業(yè)生產中，常用的合金鋼有合金結構鋼、合金工具鋼、高速鋼、合金彈簧鋼、軸承鋼、不銹鋼等。1）合金結構鋼合金結構鋼由于加入了一定量的合金元素，提高了鋼的淬透性，經過熱處理后比碳素結構鋼具有更好的綜合力學性能。因此，合金結構鋼通常用于制造尺寸較大、力學性能要求較高的重要零部件。常見的合金結構鋼牌號有30CrMnSiA，60Si2Mn等。2）合金工具鋼合金工具鋼是在碳素工具鋼里加入鉻、鉬、鎢、釩等合金元素以提高淬透性、韌性、耐磨性及耐熱性的合金鋼。根據用途的不同，合金工具鋼可分為刃具鋼、量具鋼和模具鋼三類。3）高速鋼高速鋼又稱為鋒鋼、白鋼，含有W，Mo，Cr，V等合金元素，在高速切削產生的高溫下（約500℃時）仍能保持較高的硬度（不低于60HRC）。根據用途不同，高速鋼可分為通用型高速鋼和特殊用途高速鋼。常用的通用型高速鋼有W6Mo5Cr4V2，W18Cr4V等，主要用于制造普通刀具，如鉆頭、鋸條、滾刀、拉刀等。常用的特殊用途高速鋼有W12Cr4v5Co5，W2Mo9Cr4VCo8等，主要用于制造難加工金屬（如鈦合金、高溫合金等）的切削刀具。2.1鋼及其分類4）合金彈簧鋼合金彈簧鋼具有很高的抗拉強度、彈性極限及疲勞強度，良好的表面質量和一定的淬透性。合金彈簧鋼的主要合金元素是Si和Mn，常見牌號有60Si2Mn，65Mn，主要用于制造各種彈簧及彈性零件。5）軸承鋼軸承鋼具有高而均勻的硬度和耐磨性，以及較高的彈性極限和良好的尺寸穩(wěn)定性。工業(yè)生產中，應用最廣泛的軸承鋼是高碳鉻軸承鋼GCr15，主要用于制造各類軸承的滾珠、滾柱及軸承內、外圈等。6）不銹鋼不銹鋼具有良好的耐蝕性、拋光性和耐熱性，碳含量比較低，主要的合金元素為Cr，其含量一般不低于10.5%。常見的不銹鋼牌號有06Cr18Ni9，20Cr13等，主要用于制造化工設備、汽輪機葉片等。2.2鑄鐵及其分類平均碳含量大于2.11%的鐵碳合金統(tǒng)稱為鑄鐵。鑄鐵由于具有優(yōu)良的鑄造性能、切削加工性能，良好的耐磨性、吸振性等特點，通常用來制造機床底座、大型工作臺、汽車底盤等體積大、需要承受振動及摩擦力的零部件。按照化學成分不同，鑄鐵可分為普通鑄鐵和合金鑄鐵。其中，普通鑄鐵所含碳元素主要以石墨形式存在，根據石墨形態(tài)的不同，普通鑄鐵可分為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵等。它們各自的牌號組成、性能特點及應用如表2-3所示。表2-3鑄鐵的牌號組成、特點及應用2.2鑄鐵及其分類表2-3鑄鐵的牌號組成、特點及應用（續(xù)）2.2鑄鐵及其分類（a）軸承座（b）變速箱（c）發(fā)動機曲軸圖2-9汽車中常見零部件2.2有色金屬及合金習慣上將鐵、鉻、錳以及它們的合金稱為黑色金屬，而把其他金屬及其合金稱為有色金屬。它們在日常生活和生產活動中同樣有著廣泛的應用，如圖2-10所示。許多有色金屬材料在物理性能和化學性能上都有獨特之處，如金、銀、銅具有良好的導熱性和導電性；銅、鈦合金具有良好的耐腐蝕性；鋁、鈦合金在具有較小的相對密度的同時，還具有很高的強度。（a）鋁制易拉罐（b）銅導線（c）飛機機身圖2-10有色金屬制品2.2有色金屬及合金1．鋁及鋁合金

（1）純鋁鋁是一種銀白色的金屬，熔點660℃，沸點2327℃，在常溫及潮濕條件下，純鋁的表面容易形成一層氧化膜；相對密度為2.72g/cm3，僅為鋼鐵材料的1/3左右；導電、導熱性能良好，是僅次于金、銀、銅的優(yōu)良導體。鋁元素含量豐富，是地殼中含量僅次于氧和硅的元素，同時也是含量最豐富的金屬元素。工業(yè)中，純鋁原料一般制成棒狀、片狀、箔狀等形狀。純鋁由于硬度和強度都很低，不適合直接加工成機械零部件，但廣泛應用于制造導線、電容器和包裝。純鋁卷板2.2有色金屬及合金（2）鋁合金通過向純鋁中加入適量的合金元素如銅、錳、鎂等，可以得到各種性能優(yōu)越的鋁合金。鋁合金密度與純鋁相當，但強度卻大大提高，“比強度”（強度與密度的比值）勝過很多合金鋼，是現代制造業(yè)中理想的結構材料，被廣泛應用于機械制造、運輸工具、動力機械以及航空工業(yè)等領域，使用量僅次于鋼。根據加工方法不同，鋁合金可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。鋁合金門窗2.2有色金屬及合金1）變形鋁合金變形鋁合金具有良好的塑性，常用于制作板材、管材等型材，如飛機蒙皮、發(fā)動機油箱、卡車輪轂等。根據使用性能及用途的不同，變形鋁合金可分為以下幾類，如表2-4所示。表2-4變形鋁合金的分類及特點2.2有色金屬及合金2）鑄造鋁合金鑄造鋁合金具有良好的鑄造性能、耐腐蝕性、耐熱性和焊接性，可以通過鑄造成型技術制造各種形狀復雜、有一定強度要求的零部件，如發(fā)動機殼體、活塞、氣缸體等。鑄造鋁合金中常見的添加元素有硅、銅、鎂、鋅等，根據所添加合金元素的不同，鑄造鋁合金可分為以下四類，如表2-5所示。表2-5鑄造鋁合金的常用牌號、性能特點及應用2.2有色金屬及合金2．銅及銅合金（1）純銅銅是人類最早發(fā)現并使用的金屬，人類對銅的開采與使用可以追溯到遙遠的青銅器時代。銅的密度為8.96g/cm3，比鋼鐵的密度大，無磁性。純銅為紫紅色，在空氣中表面容易形成一層紫色的氧化膜，因此純銅又稱紫銅。純銅具有優(yōu)良的導電性和導熱性（僅次于金和銀），強度和硬度均較低，塑性良好，耐腐蝕性較好。因此純銅廣泛用于制作導電、導熱、耐腐器材，如導線、散熱片、變壓器、高壓輸油管等。純銅雕塑2.2有色金屬及合金（2）銅合金純銅由于強度和硬度低，無法用于制造受力零部件，但往銅中加入一種或幾種其他元素便可得到各種性能優(yōu)越的銅合金。根據加入合金元素的不同，銅合金可以分為黃銅、青銅、白銅三大類，如表2-6所示。表2-6銅合金的分類、特點及應用范圍2.2有色金屬及合金3．硬質合金通過粉末冶金方法將一種或幾種難熔金屬的碳化物與具有黏結作用的金屬鈷粉末合成的材料稱為硬質合金。硬質合金具有很高的硬度和耐磨性，在500℃的高溫下其高硬度基本保持不變，在900℃時仍能保持很高的硬度，這種特性使得硬質合金成為理想的刀具材料。車、銑、刨、鉆等加工方法中所用的刀具大部分都是采用硬質合金制造的，如圖2-11所示。由于硬質合金材料的韌性較差、抗彎強度較低，難以直接加工成整體的刀具，所以一般是先將硬質合金加工成一定規(guī)格的刀片，再通過焊接、黏結、螺紋連接等方法安裝到刀具基體上。（a）車刀（b）銑刀（c）鉆頭圖2-11硬質合金刀具2.2有色金屬及合金根據所含難熔金屬碳化物的不同，硬質合金可以分為鎢鈷類硬質合金、鎢鈦鈷類硬質合金、鎢鈦鉭類硬質合金。它們各自的牌號組成、性能特點及應用范圍如表2-7所示。表2-7常見硬質合金的牌號組成、性能特點及應用范圍2.2有色金屬及合金表2-7常見硬質合金的牌號組成、性能特點及應用范圍（續(xù)）鋼的熱處理HEATTREATMENTOFSTEEL033.1鋼的熱處理的概念、目的及分類1．鋼的熱處理的概念對固態(tài)的鋼件進行加熱、保溫和冷卻，改變鋼的內部組織以獲得所需的物理、化學及力學性能的工藝過程稱為鋼的熱處理。與其他材料的熱處理工藝相同，鋼的熱處理需要經過加熱、保溫、冷卻三個階段，不同的加熱和冷卻條件會產生不同的內部組織結構，所得到的熱處理效果也不相同。鋼的各種熱處理工藝都可以用圖2-12所示的熱處理工藝曲線來表示。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都應加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。保溫的目的是使金屬材料內的顯微組織完全轉變。冷卻是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，通過冷卻使高溫組織轉化為其他組織，從而獲得不同的性能。圖2-12熱處理工藝曲線3.1鋼的熱處理的概念、目的及分類2．鋼的熱處理的目的鋼的熱處理一方面是為了消除毛坯材料的內部結構缺陷，改善切削加工性能，為后續(xù)加工工序做準備；另一方面是為了提高材料的各項力學性能，如強度、硬度和耐磨性等，充分發(fā)揮材料的潛力，從而提高零件及產品的質量并延長使用壽命。3．鋼的熱處理的分類鋼的熱處理的方法有很多，根據熱處理工藝中加熱和冷卻方式的不同，以及熱處理后鋼內部結構、性能的變化特點，鋼的熱處理可以分為整體熱處理和表面熱處理兩大類。鋼的熱處理3.2鋼的整體熱處理--（1）退火（1）概念退火是將鋼件加熱到一定溫度，并保溫一段時間，然后緩慢冷卻以使內部組織均勻化，從而獲得預期力學性能的熱處理工藝。退火一般作為鋼材料加工前的預備熱處理工藝。（2）目的①降低鋼件硬度，增強塑性和韌性，為切削加工做準備。②消除殘余應力，穩(wěn)定鋼件尺寸，防止變形和開裂。③使鋼件內化學成分均勻化，細化晶粒，提高力學性能。④為鋼件的后續(xù)熱處理準備合適的組織。（3）分類及應用不同成分的鋼在進行退火處理時，所需加熱的溫度和冷卻方式不相同，據此可以將退火分為完全退火、球化退火和去應力退火，其處理方法、特點及應用范圍如表2-8所示。3.2鋼的整體熱處理--（1）退火表2-8幾種退火方式的特點及應用范圍3.2鋼的整體熱處理--（2）正火（1）概念正火是將鋼件加熱到一定溫度，并保溫一段時間，出爐在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火與退火的處理方法類似，主要差別在于正火的冷卻速度更快。（2）目的正火的目的與退火相同。由于冷卻速度比退火快，鋼件正火后其內部組織更細小，獲得的強度和硬度都更高。

（3）應用由于鋼件保溫后直接出爐在空氣中冷卻，高溫爐可以連續(xù)批量處理鋼件，因此正火的生產周期短，成本較低。在工業(yè)生產中，正火有以下幾個方面的應用。①用于提高低碳鋼、低碳合金鋼的硬度，改善其切削加工性能。②用于部分中碳結構鋼的預先熱處理，為其后續(xù)球化退火和淬火做準備。③提高強度、硬度和韌性，可作為對力學性能要求不高的零部件的最終熱處理。3.2鋼的整體熱處理--（3）淬火（1）概念淬火是將鋼件加熱到一定溫度，保溫一段時間后在某種介質中進行快速冷卻，以大幅提高材料硬度的熱處理工藝。淬火通常與回火相互配合，是提高鋼件硬度、強度以及耐磨性的重要方法。它們往往作為鋼件的最終熱處理工藝。（2）常用淬火介質淬火介質是指工件淬火冷卻時采用的介質，不同的介質冷卻能力不同，常用的淬火介質有水及水溶液、各種礦物油、硝鹽浴、堿浴、空氣等。它們的冷卻能力由強到弱，依次降低。需要指出的是，鋼件在較高溫度區(qū)間時，需要快速冷卻以獲得高硬度；在較低溫度區(qū)間時，需要緩慢冷卻以避免變形和開裂。1）水及水溶液；2）各種礦物油；3）硝鹽浴和堿浴硝鹽浴和堿浴的冷卻能力介于水和礦物油之間，適用于等溫淬火和分級淬火。（3）常用淬火方法淬火中最為關鍵的步驟是冷卻，冷卻的速度直接影響著鋼件淬火的效果。冷卻速度過快，會造成鋼件的變形和開裂；冷卻速度過慢，鋼件無法獲得所需的性能。根據冷卻方式的不同，淬火可分為單介質淬火、雙介質淬火、分級淬火、等溫淬火。各種淬火方法的工藝特點及應用范圍如表2-9所示。3.2鋼的整體熱處理--（3）淬火表2-9常用淬火方法的工藝特點及應用范圍3.2鋼的整體熱處理--（3）淬火表2-9常用淬火方法的工藝特點及應用范圍（續(xù)）3.2鋼的整體熱處理--（4）回火（1）概念將淬火后的鋼件重新加熱到某一較低溫度，保溫一段時間后冷卻至室溫，這種熱處理工藝稱為回火?；鼗鹨话阕鳛殇摷淖罱K熱處理工藝，在工業(yè)生產中應用極為廣泛。（2）目的鋼件淬火之后一般需要立即進行回火，這是因為淬火后的鋼件內部存在較大的內應力，組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)，隨著時間的增加，組織會逐漸轉化，鋼件會因此產生變形和開裂?；鼗鹂梢杂行慊鸷螽a生的內應力，避免鋼件形狀和尺寸的變化。同時，回火還可以降低脆性，提高韌性，并使鋼件獲得一定的硬度。（3）常用回火方法鋼件最終的硬度與回火保溫階段的溫度有直接的關系，一般情況下，保溫階段的溫度越高，最終獲得的硬度就越低。根據回火溫度范圍的不同，回火可分為低溫回火、中溫回火以及高溫回火。它們的特點及應用如表2-10所示。3.2鋼的整體熱處理--（4）回火表2-10回火的特點及應用表2-10回火的特點及應用3.2鋼的整體熱處理--（5）調質處理（1）概念在工業(yè)生產中，一般對鋼件先進行淬火，然后進行高溫回火，這種復合熱處理工藝稱為調質處理，簡稱為調質。（2）目的及應用調質處理可以使鋼件獲得良好的綜合力學性能，在具備較高強度的同時保持良好的塑性和韌性。同時，調質處理還可以作為某些精密零件的預先熱處理，以防止其在最終熱處理后產生變形和開裂。調質處理通常用于絲杠、連桿、主軸、軸承等受力復雜的重要機械零部件，如圖2-13所示。（a）絲杠（b）連桿（c）機床主軸（d）軸承圖2-13經調質處理的零部件3.2鋼的整體熱處理--（6）時效處理經塑性變形、鑄造、鍛造后的鋼件，在粗加工之后、精加工之前，被放置在較高的溫度或室溫環(huán)境中，存放一段時間，以使鋼件的性能、形狀、尺寸等發(fā)生緩慢變化直至穩(wěn)定。這種熱處理工藝稱為時效處理。時效處理的目的在于消除鋼件內的殘余應力，穩(wěn)定內部組織結構，避免發(fā)生變形，并改善力學性能。根據處理時是否加熱，時效處理可以分為人工時效處理、自然時效處理以及振動時效處理。（1）人工時效處理將鋼件重新加熱到100～150℃，在較短時間內（5～20h）進行的時效處理，稱為人工時效處理。（2）自然時效處理不經過加熱，將鋼件直接存放在室溫條件下，長時間放置而進行的時效處理，稱為自然時效處理。（3）振動時效處理常溫時讓鋼件以一定的頻率進行振動，以使其內部應力均勻化，穩(wěn)定鋼件的形狀和尺寸，這種處理工藝稱為振動時效處理。3.3鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理是指僅對工件的表層進行熱處理，以改變表層的組織結構和力學性能的工藝。在熱處理中，工件的硬度及耐磨性一般與塑性和韌性成反比，即熱處理獲得了高硬度，則會相應地削弱工件的塑性和韌性。在機械設備的實際使用過程中，許多零部件常常工作在復雜的受力條件下，它們不僅承受著各種彎曲、扭轉、沖擊等動態(tài)載荷，還需要經受強烈的表面摩擦力，如圖2-14所示。這種工作條件就要求零件內部具有良好的塑性和韌性，而表面則須保持高硬度和高耐磨性。表面熱處理可以很好地滿足工件這種“表里不一”的性能需求。常用的表面熱處理方法包括表面淬火和化學熱處理等。（a）傳動齒輪（b）凸輪軸（c）曲軸圖2-14應進行表面處理的零部件3.3鋼的表面熱處理--（1）表面淬火表面淬火是指僅對工件表面進行淬火的熱處理工藝。其基本方法是先對工件表面進行快速加熱，需要在很短的時間內使工件表面達到組織轉變的溫度，然后在表層熱量尚未傳導到工件內部之前將其進行快速冷卻，從而使工件表層通過淬火獲得高硬度、高耐磨性，而工件內部仍保持表面淬火前的力學性能，如良好的強度、塑性和韌性等。表面淬火處理的關鍵是如何實現快速加熱。常用的加熱方式有感應加熱、火焰加熱等。目前，在工業(yè)生產中常用的表面淬火方法按加熱方式不同可分為感應加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火等。（1）感應加熱表面淬火感應加熱表面淬火是利用流過工件表面的感應電流所產生的熱效應，快速加熱工件表層組織，并進行快速冷卻的工藝，具體方法如圖2-15所示。為了獲得足夠強的熱效應，工件需要被放置在通有一定頻率電流的線圈中，電流的頻率直接影響著表面淬火的淬硬層深度，電流頻率越高，其產生的熱效應就越容易集中在工件表層，淬硬層也就越薄，二者之間的對應關系如表2-11所示。3.3鋼的表面熱處理--（1）表面淬火圖2-15感應加熱表面淬火示意圖3.3鋼的表面熱處理--（1）表面淬火表2-11電流頻率與淬硬層深度的關系感應加熱表面淬火具有以下特點。①加熱速度快、時間短，表層無氧化及變形現象。②淬火質量好，工件表層硬度比普通淬火高2～3HRC，而且淬硬層深度可以控制。③易于機械化和自動化，生產效率高，但相關設備復雜、成本昂貴，故適用于大批量生產處理。感應表面淬火多用于中碳鋼、低合金鋼制造的中小型工件的大批量生產。3.3鋼的表面熱處理--（1）表面淬火（2）火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火是利用燃燒乙炔等可燃氣體所產生的高溫火焰對工件表面進行加熱，并使其快速冷卻的工藝，具體方法如圖2-16所示?；鹧婕訜岜砻娲慊鹁哂幸韵绿攸c。①由于火焰加熱時間難以控制，得到的淬硬層深度不統(tǒng)一，一般為2～6mm。②火焰噴嘴與工件距離不好掌控，容易造成表面受熱不均勻，淬火質量難以控制。③設備簡單，操作簡便，成本低廉?；鹧婕訜岜砻娲慊疬m用于單件、小批量工件的表面處理。圖2-16火焰加熱表面淬火示意圖3.3鋼的表面熱處理--（2）化學熱處理化學熱處理是將鋼件置于具有一定溫度的活性介質中，并保溫較長時間，使介質中的一種或幾種元素滲入鋼件表層，以改變其化學成分、組織結構和力學性能的熱處理工藝。與其他熱處理方法不同的是，化學熱處理在改變工件的組織結構及力學性能的同時，還通過滲入其他化學元素改變了鋼件表層的化學成分。化學熱處理的基本過程包括分解、吸收和擴散。根據吸收元素的不同，化學熱處理可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲等方法。它們各自的工藝特點及應用范圍如表2-12所示。表2-12幾種化學熱處理方法的特點及應用3.4熱處理新技術形變熱處理形變熱處理是通過塑性變形與熱處理的有機結合，顯著提高工件綜合力學性能的新型熱處理工藝。01激光表面熱處理激光表面熱處理是一種利用具有極高能量密度的激光束照射鋼件表面，以極快速度將表層組織加熱到一定溫度后通過鋼件自身散熱冷卻的熱處理工藝。02真空熱處理真空熱處理是一種將鋼件放置在0.0133～1.33Pa真空度的真空介質中進行加熱、保溫以及冷卻的熱處理工藝。03物理蒸鍍技術物理蒸鍍技術是在高真空環(huán)境和一定溫度條件下為鋼件表面覆蓋一層陶瓷薄膜，從而提高鋼件的表層力學性能的熱處理工藝。043.5熱處理工藝的應用熱處理在機械零部件的加工制造過程中有著重要的作用，它能改善材料的切削加工性能，提高零件的質量和使用壽命。根據處理目的和要求的不同，熱處理一般安排在各種冷熱加工環(huán)節(jié)之間，可分為預先熱處理和最終熱處理。根據設計技術要求，合理地安排熱處理工藝，對獲得最佳熱處理效果以及最大限度地提高零部件的性能有著重要的意義。1．熱處理的技術要求熱處理的技術要求一般會在零件圖中直接體現。設計者會根據零件的功能與使用情況，在技術要求中標明零件需要采用的熱處理方法、硬度、強度等內容。加工工藝的編制者需要根據這些要求選用合適的熱處理工藝。

2．一般熱處理工序的安排規(guī)律在制定零部件的加工工藝時，需要考慮零件的熱處理技術要求，合理地安排熱處理工序在整個零件加工工藝流程中的位置。一般情況下，預先熱處理（包括正火、退火、調質等）的工序安排在零件毛坯生產之后、切削加工之前，或粗加工之后、精加工之前進行；最終熱處理（包括淬火、回火、表面熱處理等）后零件的硬度較高，一般不適宜進行切削加工（磨削除外），故最終熱處理工序一般安排在半精加工之后，磨削加工之前進行。3.5熱處理工藝的應用3．常見零件的熱處理工序安排（1）車床主軸的熱處理主軸作為車床中傳遞力矩的重要零件，其加工質量的好壞直接影響著車床的精度。車床主軸應當具有較高的強度，足夠的硬度和耐磨性。C620型車床主軸的零件圖如圖2-17所示。在對該型號車床主軸的結構及工作條件進行分析后，可確定材料選用40Cr，毛坯采用鍛造成型獲得。從零件圖中可以看出主軸的熱處理技術要求是：整體進行調質處理，硬度為220～250HBW，軸頸及階梯面進行表面淬火，硬度為52HRC。圖2-17C620型車床主軸3.5熱處理工藝的應用工藝技術部門經過分析后制定出該主軸的制造工藝路線如下：備料→鍛造→正火（或退火）→粗車加工→調質→精車加工→表面淬火→低溫回火→精磨加工。在該工藝路線中，熱處理各工序的作用如表2-13所示。表2-13車床主軸熱處理各工序的作用3.5熱處理工藝的應用（2）滾動軸承的熱處理滾動軸承作為機械設備的常用零件，主要安裝在軸的兩端，能夠有效地減少軸轉動時的摩擦，提高傳動效率。滾動軸承一般由軸承外圈、滾動體、軸承內圈等零部件組成。根據滾動體的不同，滾動軸承可分為滾珠軸承、滾針軸承和滾柱軸承，如圖2-18所示。（a）實物圖（b）結構組成示意圖圖2-18滾動軸承3.5熱處理工藝的應用現以GCr15軸承鋼制造某種型號的滾珠軸承為例，介紹如何安排熱處理工序。軸承內、外圈及滾動體的制造工藝路線如下：

備料→鍛造→正火→球化退火→機械加工→淬火→冷處理（-80～-60℃；1h）→低溫回火→精磨加工→時效處理（120～130℃；10h）。在該工藝路線中，熱處理各工序的作用如表2-14所示。表2-14滾動軸承熱處理各工序的作用3.5熱處理工藝的應用（3）發(fā)動機傳動齒輪的熱處理發(fā)動機傳動齒輪作為傳遞力矩和速度的重要零件，受力情況復雜，不僅需要克服高速載荷的沖擊，還要承受齒輪嚙合時產生的摩擦力。根據圖2-19所示的某發(fā)動機傳動齒輪零件圖可知，其熱處理的技術要求為：齒面滲碳層深度為0.85～1.1mm，齒面硬度為60HRC。圖2-19某發(fā)動機傳動齒輪零件圖3.5熱處理工藝的應用制定該傳動齒輪的制造工藝如下：備料→鍛造→正火→機械加工→滲碳→淬火→低溫回火→精磨齒形。在該工藝路線中熱處理各工序的作用如表2-15所示。表2-15發(fā)動機傳動齒輪熱處理各工序的作用THANKYOU謝謝觀看！第三章熱技工基礎金屬加工與實訓—基礎知識Contents目錄1鑄造2鍛壓3焊接鑄造FOUNDRY011.1鑄造的基礎知識--（1）鑄造的基本概念鑄造是一種將熔融的金屬液體倒入具有和零件形狀相匹配的空腔模型中，待其冷卻凝固后獲得具有一定形狀和力學性能的金屬件的加工方法?？涨荒Ｐ陀址Q為鑄型，鑄造獲得的金屬件稱為鑄件。鑄件是工業(yè)生產中機械零件毛坯的重要來源，一般要經過各種切削粗加工、精加工后才能成為零件，但某些對尺寸精度和表面粗糙度要求不高的零件，可以不經加工直接使用鑄件。傳統(tǒng)鑄造工藝1.1鑄造的基礎知識--（2）鑄造的特點材料適應性廣適用零件范圍廣材料來源廣，成本低廉。廢品率較高；力學性能較差。1.1鑄造的基礎知識--（2）鑄造的特點（a）鐵鍋（b）井蓋（c）摩托車發(fā)動機殼體圖3-1生活中的鑄造制品1.1鑄造的基礎知識--（3）鑄造的分類鑄造生產的方法很多，通常將鑄造分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類。砂型鑄造是工業(yè)生產中最基本的鑄造方法，除此以外，其他的鑄造方法都稱為特種鑄造。常見的特種鑄造方法包括金屬型鑄造、熔模鑄造、壓力鑄造和離心鑄造等。離心鑄造1.1鑄造的基礎知識--（4）鑄造的安全文明規(guī)范①操作人員必須按規(guī)定穿戴好勞動保護用品。②制備型砂時注意將砂過篩，不要混進鐵塊、鐵釘等異物，以免損壞相關設備。③造型時應小心使用通氣針等尖銳的工具，以免刺傷自己或他人；不要用嘴吹分型砂，以免砂粒飛入眼睛，造成不必要的傷害。④移動砂箱時須多人協(xié)調合作，動作一致，輕拿輕放，避免砸傷手腳；在造型場內行走時要注意腳下，避免踩壞砂型或被砂箱絆倒。⑤開爐前應準備好相關設備，澆鑄用具要嚴格烘干，檢查澆包有無隱患。⑥開爐時注意保持車間內空氣的流通，及時排除工作現場的有害氣體和煙塵。⑦鐵水不能裝滿澆包，抬包時遵守人在前，包在后的原則，并保持注意力的集中。⑧平穩(wěn)不間斷地澆注，剩余的鐵水要倒入專用的容器。⑨遇到火星或鐵水飛濺時應保持鎮(zhèn)靜，不要慌亂地四處奔跑，更不能將澆包隨意丟棄，以免造成更大的事故。⑩嚴禁將雜物丟入鐵水中，以免引起鐵水外濺傷人。?嚴禁用手去觸碰尚未完全冷卻的鑄件，以免燙傷自己。?清理鑄件要在其冷卻至室溫后進行，要注意周圍環(huán)境，防止誤傷他人，不要用手直接處理毛刺。?清理后的鑄件、砂箱應分類整齊擺放，剩余的廢砂應集中存放，切勿隨意丟棄。1.2砂型鑄造--（1）砂型鑄造的工藝過程砂型鑄造的一般工藝過程如圖3-2所示。根據零件的形狀和尺寸，設計制作模樣和芯盒；配置型砂和芯砂；利用模樣制造砂型，利用芯盒制造型芯；將型芯裝入砂型后合型；選擇合適的原材料并進行熔煉；將金屬液澆注到鑄型中；冷卻凝固后的鑄型進行落砂、清理、檢驗后即可得到鑄件。圖3-3表示的是某法蘭盤零件毛坯的砂型鑄造過程。圖3-2砂型鑄造的工藝過程1.2砂型鑄造--（1）砂型鑄造的工藝過程圖3-3法蘭盤零件毛坯的鑄造過程1.2砂型鑄造--（2）模樣與芯盒制作模樣是根據零件的外形和尺寸制作的模子，用來形成砂型中與零件外形相似的型腔，是鑄造生產中必要的裝備。制作模樣的常用材料有木材、塑料和金屬。中小批量零件的鑄造生產常用木材制作模樣，對于大批量產品來說，采用金屬或塑料制作模樣更合適。若零件具有內腔，還需制造砂芯，即造芯。砂芯的制作需要用到芯盒。零件的內孔等特征可以通過砂芯獲得。套筒砂型鑄造工藝過程示意圖1.2砂型鑄造--（3）型砂、芯砂的制備足夠的強度高的耐火性良好的可塑性良好的透氣性型砂應當具備性能1.2砂型鑄造--（4）造型造型是利用制備好的型砂和模樣制造砂型的過程。造型是砂型鑄造中最關鍵的工序，所得鑄型的好壞直接關系到鑄件的質量。常見的造型方法有手工造型和機器造型兩大類。（1）手工造型手工造型是指所有造型操作全部依賴手工或手工工具完成的造型工序。手工造型操作靈活，使用的工具簡單，造型成本低廉，并且適用性廣，無論鑄件形狀和尺寸如何，手工造型基本都能進行造型。但手工造型也存在著生產效率低、造型質量不穩(wěn)定、勞動強度大等缺點，因此手工造型主要用于單件、小批量零件的鑄造，對于難以用機器進行造型的大型復雜零件尤其適用。常見的手工造型方法有整體造型、分模造型、挖砂造型、三箱造型等。1.2砂型鑄造--（4）造型1）整體造型整體造型是用整體模樣直接造型以獲得型腔的造型方法，如圖3-4所示。整體造型的特點是模樣的最大截面是平面并位于模樣的某一端，該平面與分型面重合；模樣整體或大部分在一個砂型中。整體造型獲得的鑄件形狀比較簡單，內部不會產生錯型缺陷，適合于圓盤等形狀簡單的鑄件。圖3-4整體造型1.2砂型鑄造--（4）造型2）分模造型分模造型是利用分塊的模樣進行造型的方法，如圖3-5所示。模樣一般以最大橫截面作為分模面，分為上下兩塊，分模面與分型面重合，型腔位于上下兩個砂型中。分模鑄造適合于最大橫截面在中間部位且外形對稱的鑄件，如圓軸、套筒和管道等。圖3-5分模造型1.2砂型鑄造--（4）造型3）挖砂造型挖砂造型是一種通過對分型面進行多次修整以方便取出模樣獲得復雜型腔的造型方法，圖3-6所示為手輪挖砂造型的工藝過程。挖沙造型利用的是整體模樣，分型面一般為曲面。造型時，一般先造下砂型，并將妨礙起模的型砂（即為模樣最大橫截面以上的型砂）挖去，然后造上型。挖沙造型對操作者技術要求非常高，故生產效率低下，主要適用于形狀復雜的單件或小批量鑄件。（a）手輪零件圖（b）造下型（c）反轉，挖修分型面圖3-6手輪的挖砂造型工藝過程1.2砂型鑄造--（4）造型圖3-6手輪的挖砂造型工藝過程（d）造上型，起模，合型（e）帶澆注系統(tǒng)的手輪鑄件1.2砂型鑄造--（4）造型4）三箱造型三箱造型是利用三個砂型共同組成鑄型的造型工藝，圖3-7所示為皮帶輪的三箱造型工藝過程。三箱造型適合鑄造形狀復雜，特別是中間橫截面積小，兩頭橫截面積大的零件。模樣分三塊，兩個分型面分布于中型的上下兩個面。中箱的高度應與中間模樣高度相近，以方便取出鑄件。三箱造型操作復雜，技術要求高，生產效率低下，主要用于形狀復雜的單件小批量鑄件。（a）皮帶輪零件圖（b）模樣的組成（c）完整砂型組成圖3-7皮帶輪的三箱造型工藝過程1.2砂型鑄造--（4）造型

（2）機器造型機器造型是指用機器完成全部或者大部分造型操作的造型方法。與手工造型相比，機器造型具有生產效率高、鑄件尺寸精確、表面質量好、勞動強度低等優(yōu)點，但機器造型的設備昂貴，生產前期準備時間較長，主要用于大批量鑄件的生產。全自動水平造型機1.2砂型鑄造--（5）造芯制造型芯的過程成為造芯。與造型的工序類似，造芯也可以分為人工造芯和機器造芯兩種。人工造芯生產效率低，適用于形狀復雜的單件小批量型芯的制作；機器造芯效率高，型芯質量好，緊實度均勻，主要用于大批量型芯的生產。手工造芯常用的方法是芯盒造芯，如圖3-8所示，芯盒具有跟鑄件內腔一致的空腔形狀。（a）裝配芯盒（b）取型芯圖3-8芯盒造芯的工藝過程1.2砂型鑄造--（6）合型合型，又稱合箱，是將上型、下型、型芯、澆口棒等組件組合成為一個完整鑄型的過程。如圖3-9所示，完整鑄型主要包括上砂型、型腔（形成鑄件的空腔）、下砂型、砂芯（簡單鑄件沒有）、澆注系統(tǒng)以及砂箱等部件。其中，上砂箱與下砂箱的結合面稱為分型面，外澆口、直澆道、內澆道以及出氣孔稱為澆注系統(tǒng)。合型前應檢查砂型和型腔的形狀否與模樣一致；檢查下型是否放置平整，型芯是否固定完全；檢查通氣孔是否通暢，澆道內有無浮砂。完成以上檢查后，方可合上上型。合型后，應使上、下砂箱之間的相對位置保持固定，以防出現上砂箱因受到金屬熔液壓力而被頂起的現象。圖3-9完整鑄型的組成1.2砂型鑄造--（7）合金熔煉合金熔煉是指加熱熔化金屬合金，獲得澆注所需合金熔液的工序。合金熔液質量的好壞直接影響著鑄件的性能。優(yōu)質合金熔液具有溫度合適、化學成分合格、非金屬雜物及氣體含量少等特點。若合金熔液的溫度過低，鑄件會產生澆注不足、夾渣、氣孔等缺陷；若合金熔液溫度過高，鑄件會產生總收縮量增大、吸收氣體過多、粘砂等缺陷；若合金熔液化學成分不合格，鑄件的力學性能和工藝性能將會降低；若合金熔液內非金屬雜物和氣體過多，鑄件會產生氣孔、縮孔等缺陷。另外，在合金熔煉過程中，應當注意節(jié)約能量和金屬原材料。不同種類和成分的合金材料使用的熔煉設備也不相同。熔煉鑄鐵一般使用沖天爐或感應加熱爐，熔煉鑄鋼一般使用電阻爐或感應加熱爐，熔煉非鐵金屬一般使用坩堝爐。其中，沖天爐具有操作簡單方便，生產效率高，可連續(xù)不間斷熔煉等特點，在工業(yè)生產中得到廣泛應用。1.2砂型鑄造--（8）澆注澆注是指將熔煉好的合金熔液澆入鑄型的工序。澆注是鑄造的重要環(huán)節(jié)之一，不合理的澆注會使鑄件產生澆不足、砂眼、氣孔、縮孔等缺陷。澆注時操作不當可能會毀壞鑄型，嚴重時甚至會威脅到操作者的人身安全。（1）澆注系統(tǒng)為將金屬熔液引入型腔而在鑄型內設置的通道稱為澆注系統(tǒng)。其主要作用如下。①保證金屬熔液能夠平穩(wěn)、連續(xù)、均勻地進入并充滿型腔，避免沖壞腔壁和型芯。②防止砂粒、熔渣等雜質以及氣體進入型腔而造成鑄件內部出現缺陷。③合理控制鑄件各部位的冷凝順序，保證鑄件的順利凝固。④及時補充鑄件冷凝收縮時所需的金屬熔液，保證鑄件形狀的完整。⑤方便鑄件澆注時排氣，減少鑄件內部的氣泡、縮孔等缺陷。澆注系統(tǒng)一般由澆口杯、冒口、直澆道、橫澆道及內澆道等部分組成，如圖3-10所示，各組件的作用如下。1.2砂型鑄造--（8）澆注（a）澆注系統(tǒng)一（b）澆注系統(tǒng)二圖3-10澆注系統(tǒng)的組成1.2砂型鑄造--（8）澆注（2）澆注工藝要求澆注工藝過程中需要嚴格控制澆注溫度和澆注速度，應該根據金屬熔液的種類、鑄件的形狀及大小，合理確定澆注溫度和澆注速度，以便獲得優(yōu)質的鑄件。澆注溫度是指金屬液進入鑄型時的溫度。澆注溫度過高時，鑄件會產生縮孔、裂紋等缺陷；澆注溫度過低時，鑄件會產生澆不足、氣孔等缺陷。通常情況下，灰鑄鐵的澆注溫度在1300℃左右，鋁合金的澆注溫度在750℃左右。澆注速度是指單位時間內澆入型腔的金屬液的質量。澆注速度過快時，型腔內的氣體來不及排出，鑄件內部會產生氣孔，同時，過快的澆注速度會使型腔內產生過大的金屬液壓力，容易導致鑄型壁的變形、抬箱、跑火等問題。澆注前應除盡金屬液表層的熔渣，以免熔渣進入型腔導致鑄件產生質量缺陷。澆注時應平穩(wěn)連續(xù)地澆入金屬熔液，中間不要中斷，防止氣體進入型腔。1.2砂型鑄造--（9）落砂、清理及檢驗落砂是指從澆注好的鑄型中取出鑄件的操作過程。澆注后鑄件在鑄型中應冷卻足夠的時間才能進行落砂。過早落砂時，鑄件在鑄型中的冷卻時間不夠，容易產生內部應力，出現變形和開裂?；诣T鐵鑄件過早落砂時會在其表層形成白口組織，造成后續(xù)切削加工的困難。清理是指落砂后清除鑄件表面黏結的砂粒以及多余金屬的過程。清理時應避免損傷鑄件，鑄件表面的毛刺和飛邊可以用打磨的方法去除。檢驗是對鑄件進行外觀、形狀、尺寸等方面的檢查，檢驗合格后的鑄件方能作為毛坯進行后續(xù)加工。鋁合金砂型鑄造1.3特種鑄造--（1）金屬型鑄造金屬型鑄造是指將金屬液澆入金屬鑄型中以獲得鑄件的鑄造方法。圖3-11所示為垂直分型式金屬鑄型的結構示意圖。金屬型鑄造的鑄型采用金屬材料制作，型腔的表面質量好，尺寸精確，鑄件的加工余量?。焕鋮s速度快，鑄件內部組織緊密，結晶顆粒小，力學性能好，而且鑄型可以重復使用成千上萬次，大大縮短了鑄造的準備周期，提高了鑄造生產的效率。但是金屬型鑄造存在著制造成本高、無退讓性，鑄件表面容易出現裂紋等缺點。因此，金屬型鑄造主要用于非鐵合金（鋁合金、銅合金或鎂合金）鑄件的大批量生產，如活塞、氣缸體、液壓泵外殼等。圖3-11垂直分型式金屬鑄型的結構示意圖1.3特種鑄造--（2）熔模鑄造熔模鑄造是指首先采用易熔材料（如石蠟）制造模樣，然后在模樣外表涂刷若干層防火涂料，待其干燥后得到型殼，最后熔掉型殼內的模樣，型殼經高溫焙燒后放入砂箱內固定，并進行澆注的鑄造方法，其基本工藝流程如圖3-12所示。（a）鑄造蠟模（b）制備型殼（c）型殼澆注圖3-12熔模鑄造的工藝流程示意圖1.3特種鑄造--（3）壓力鑄造壓力鑄造簡稱壓鑄，是將熔融的金屬在高壓下充填型腔，并在壓力下凝固的鑄造方法。壓力鑄造所用的型腔一般采用耐熱合金鋼制造，金屬液承受的最大壓力達到數十兆帕（MPa）。壓力鑄造一般在專用的機器上進行，即壓鑄機。壓鑄機一般分為熱壓室式和冷壓室式兩種。冷壓式又可分為立式和臥式兩種。圖3-13所示為臥式冷壓室式壓鑄機的工作原理。圖3-13臥式冷壓室式壓鑄機的工作原理（a）合型后向壓型內注入金屬液（b）將金屬液壓入型腔（c）開型得到鑄件1.3特種鑄造--（4）離心鑄造離心鑄造是指將金屬液澆入高速旋轉的鑄型中，使其在離心力作用下充滿鑄型并凝固以得到鑄件的鑄造方法。離心鑄造通常采用離心鑄造機進行，根據鑄型旋轉軸空間位置的不同，離心鑄造機可以分為立式和臥式兩類，二者的基本工作原理如圖3-14所示。圖3-14離心鑄造的基本原理（a）立式（b）臥式1.4鑄造新技術及新工藝消失模鑄造技術真空密封造型鑄造技術冷凍造型法現代計算機技術在鑄造工藝方面的額應用鍛壓FORGEANDSTAMP022.1鍛壓的基礎知識--（1）鍛壓的特點鍛壓優(yōu)點01提高力學性能02節(jié)省金屬材料03生產效率高2.1鍛壓的基礎知識--（1）鍛壓的特點0102一般鍛壓加工的方法得到的零件毛坯尺寸精度不高，難以獲得形狀復雜的零件毛坯。鍛壓設備復雜，鍛壓成本比鑄造高。鍛壓缺點2.1鍛壓的基礎知識--（2）鍛壓的分類和應用鍛壓包括鍛造和沖壓，其中鍛造一般需要將金屬坯料加熱，可以分為自由鍛、模鍛和胎模鍛等。鍛造主要用于制造要求承受重大載荷和沖擊的重要零部件，如機床的主軸和齒輪，發(fā)動機的連桿和曲軸、起重機的吊鉤等。沖壓一般是在常溫下進行，主要用于板料的加工，在各種電子設備、儀器儀表、家用電器等領域應用非常廣泛。2.1鍛壓的基礎知識--（3）鍛壓的安全文明操作規(guī)程01020304操作者應穿戴好勞保用品，對身體進行有效防護，防止高溫工件燙傷自己。鍛造前注意檢查錘頭、錘桿是否有裂紋，錘頭是否松動。室溫較低時應對鍛造設備及工具的重點部位進行預熱，防止其在低溫狀態(tài)接觸高溫工件時發(fā)生斷裂。鍛件應平穩(wěn)地放置在下砧鐵的中部，以防飛出傷人。鍛壓設備的安全操作規(guī)程2.1鍛壓的基礎知識--（3）鍛壓的安全文明操作規(guī)程05060708嚴禁鍛打過燒或過冷卻的坯料，以免損壞機器和坯料飛裂傷人。嚴禁在鍛床工作過程中將手伸入鍛錘下方拿取和放置鍛件，以防出現意外砸傷事故。清除砧鐵和鍛件表層的氧化皮時需要用火鉗或掃帚等工具，嚴禁用手直接清除，以免燙傷自己。掌鉗時應手握火鉗的尾部，不要將手指放在鉗柄之間，以防鉗口開裂夾傷手指。鍛壓設備的安全操作規(guī)程2.1鍛壓的基礎知識--（3）鍛壓的安全文明操作規(guī)程01020304嚴禁將手和工具伸進危險區(qū)域，取放工件最好使用專用工具。每沖完一個工件，手腳必須同時離開按鈕或踏板，以防誤操作。沖床運行過程中出現異常時，必須立即關閉電源，停車檢修，不允許沖床帶故障運轉。多人同時操作時，需要相互配合，協(xié)調一致，以免誤操作。沖壓設備的安全操作規(guī)程2.2自由鍛--（1）自由鍛的概念自由鍛是利用人工或機器設備施加豎直方向的壓力，使加熱后的金屬坯料在上、下砧面之間自由地發(fā)生塑性變形，以獲得所需形狀、尺寸和力學性能的鍛件的鍛造方法。自由鍛可以分為手工自由鍛和機器自由鍛兩種，其中手工自由鍛由于生產效率低、勞動條件差、鍛件質量難以控制等不足，已基本被淘汰?，F代工業(yè)生產中最常用的鍛造方法是機器自由鍛。2.2自由鍛--（2）自由鍛的特點及應用自由鍛的設備及工具簡單，工藝靈活，通用性大，可以鍛造從幾克到幾百噸的鍛件，成本較低。目前機械設備中的大型、特大型鍛件往往只能依靠自由鍛來制造。但自由鍛的鍛件形狀比較簡單，尺寸精度不高，形狀和尺寸大多依靠操作者的技術來保證，故操作難度高，鍛件質量不穩(wěn)定，主要用于單件或小批量鍛件的生產。2.2自由鍛--（3）自由鍛的設備在現代工業(yè)生產中，自由鍛基本都是采用機器進行的，根據鍛造壓力來源的不同，機器鍛造的設備可以分為鍛錘和液壓機兩類，其中鍛錘又可以分為空氣錘和蒸汽—空氣錘兩大類。圖3-15所示為常見的空氣錘，其基本原理是通過電機的運轉不斷壓縮空氣，空氣進入工作氣缸后推動錘桿上下運動以敲擊鍛件?？諝忮N主要用于生產中、小型鍛件。圖3-16所示為工業(yè)生產中常用的水壓機，它通過靜壓力使金屬坯料產生塑性變形，工作平穩(wěn)，變形均勻，鍛件力學性能較好。水壓機一般體積龐大，機體笨重，能產生巨大的壓力，最大可鍛造300噸的鍛件，是巨型鍛件的唯一成型設備。圖3-15空氣錘2.2自由鍛--（3）自由鍛的設備圖3-16水壓機2.2自由鍛--（4）胚料的加熱金屬坯料在進行鍛造之前，需要進行加熱，目的是提高金屬坯料的塑性，降低內部的變形抗力，防止坯料在鍛造過程中出現破裂，以改善其鍛造性能。加熱可以使用火焰加熱，也可以使用電爐加熱。坯料允許加熱到的最高溫度稱為始鍛溫度，停止鍛造時的溫度稱為終鍛溫度，二者之間的溫度區(qū)間稱為鍛造溫度范圍。金屬材料的化學成分不同，其最佳的鍛造溫度范圍也不相同，幾種常見金屬材料的鍛造溫度范圍如表3-1所示。表3-1常見金屬材料的鍛造溫度范圍2.2自由鍛--（5）自由鍛的基本工序自由鍛是通過不斷地進行局部鍛打來獲得所需鍛件的，其基本工序包括鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、扭轉、切割等。（1）鐓粗鐓粗是對金屬坯料進行軸向鍛打，使其高度減小、截面積增大的鍛造工序。鐓粗可以分為整體鐓粗和局部鐓粗，如圖3-17所示。鐓粗通常用于鍛造高度小、橫截面積大的零件毛坯，如齒輪、圓盤等。（a）整體鐓粗（b）局部鐓粗圖3-17鐓粗2.2自由鍛--（5）自由鍛的基本工序（2）拔長拔長是使金屬坯料橫截面積減小、長度增加的鍛造工序，其主要用于鍛造長而細的零件毛坯，如軸、拉桿、曲軸等。根據拔長的部位的不同，拔長可以分為整體拔長、局部拔長以及心軸拔長，分別如圖3-18所示。圖3-18拔長2.2自由鍛--（5）自由鍛的基本工序（3）沖孔沖孔是用沖頭在金屬坯料上沖出通孔或不通孔的鍛造工序。沖孔可以分為單面沖孔和雙面沖孔，分別如圖3-19所示。單面沖孔一次性直接沖出通孔；進行雙面沖孔時，需先將孔沖至坯料厚度的2/3～3/4的深度，然后取出沖頭，翻轉坯料，最后從反面將孔沖為通孔。沖孔一般用于鍛造齒輪坯或環(huán)套等空心類零件。（a）單面沖孔（b）雙面沖孔圖3-19沖孔2.2自由鍛--（5）自由鍛的基本工序（4）彎曲彎曲是將金屬坯料彎曲到指定角度或形狀的鍛造工藝，如圖3-20所示。彎曲常用于鍛造角尺、吊鉤等帶彎曲角度的零件。（a）角度彎曲（b）形狀彎曲圖3-20彎曲2.2自由鍛--（5）自由鍛的基本工序（5）扭轉扭轉是將金屬坯料一端固定，使另一端繞其軸線旋轉一定角度的鍛造工序，如圖3-21所示。扭轉前需要將扭轉部位加熱到較高的始鍛溫度，以提高其塑性變形的能力。扭轉主要用于鍛造多拐角的零件，如曲軸、麻花鉆頭等，還可以用來校正某些鍛件。圖3-21扭轉2.2自由鍛--（5）自由鍛的基本工序（6）切割切割是將金屬坯料分割為幾個部分或切除鍛件余量的鍛造工序。切割方形截面坯料或鍛件時，首先使用剁刀垂直切入工件，如圖3-22（a）所示，快要斷時將坯料或鍛件翻轉180°，再使用克棍截斷，如圖3-22（b）所示。切割圓形截面的坯料或鍛件時，應將其放在帶有凹槽的剁墊上，使用剁刀邊旋轉切割，如圖3-23所示。（a）（b）圖3-22方形截面鍛件料的切斷圖3-23圓形截面鍛件的切斷2.3模鍛與胎模鍛--（1）模鍛模鍛是將加熱后的金屬坯料放入模具的模腔內，使其受壓產生塑性變形以獲得指定形狀和尺寸的鍛件的鍛造方法。常用的模鍛設備有蒸汽—空氣模鍛錘、無砧底錘、高速錘、平鍛機等，其中蒸汽—空氣模鍛錘在工業(yè)生產中應用最為廣泛。模鍛設備中最重要的部件是鍛模，它的精度直接影響著鍛件的形狀和尺寸精度。根據鍛模結構的不同，模鍛可以分為單膛模鍛和多膛模鍛。單膛模鍛的工藝流程如圖3-24所示，鍛模通過燕尾槽及斜楔的配合固定在錘頭和模座上，鍛件一般需要去飛邊和連皮才能成為零件毛坯。多膛模鍛使用的鍛模內含有多個模膛，能適應復雜形狀零件的鍛造。圖3-24單膛模鍛工藝流程2.3模鍛與胎模鍛--（2）胎模鍛胎模鍛是在自由鍛的設備上使用可移動的模具進行鍛造的方法。胎模鍛與模鍛相比，所用模具可以自由移動，且模具結構簡單、易于制造，不需要專業(yè)的鍛造設備，但鍛件的表面質量沒有模鍛高。胎模鍛可以利用自由鍛的設備，工藝靈活多樣，鍛件的形狀和尺寸精度均高于自由鍛，但操作者的勞動強度大，生產效率低，因此胎模鍛主要用于小型零件的中小批量生產。胎模的種類2.4沖壓--（1）沖壓的特點及應用沖壓是將金屬板料放在沖床上，利用沖模使得部分金屬材料發(fā)生塑性變形或脫離以獲得沖壓件的加工方法。沖壓板料的厚度一般低于6mm，在室溫下即可進行沖壓，因此沖壓又稱為冷沖壓。當板料厚度超過8～10mm時，沖壓前需要將板料加熱。沖壓的板料一般具有較低的強度和較好的塑性，如低碳鋼、銅及其合金等。非金屬材料也可用于沖壓，如硬紙板、膠木板、皮革等。沖壓件的形狀和尺寸精度比較高，一般不需要進行后續(xù)的切削加工，只需鉗工進行稍加修整即可作為最終零件使用。沖壓操作簡單、容易實現機械化和自動化，但沖模制造復雜，成本較高，因此沖壓非常適合大批量零件的生產。2.4沖壓--（2）沖壓設備（1）沖床沖床是用于沖壓的機床，其種類有很多，常見的有開式沖床和閉式沖床。開式沖床中，工作臺在三個方向上都是敞開的，如圖3-25所示，其基本原理是，沖模的上、下模分別裝在滑塊下端和工作臺上，電機經過大輪減速后帶動曲軸轉動，再通過連桿帶動滑塊相對于工作臺運動，實現板料的沖壓。（a）沖床實物（b）沖床結構原理圖3-25開式沖床2.4沖壓--（2）沖壓設備（2）剪床剪床的作用是將板料剪成所需尺寸的條料，以供沖壓工序使用。按照刀口的形狀，剪床可以分為斜刃剪床、平刃剪床和圓盤剪床等。斜刃剪床的實物及內部原理如圖3-26所示。電動機經過傳動軸、離合器帶動曲軸轉動，再通過滑塊帶動斜刃刀片相對工作臺作擠壓運動，實現板料的剪切。圖3-26剪床（a）剪床實物（b）剪床結構原理2.4沖壓--（3）沖壓的基本工序沖壓的基本工序包括分離工序和成型工序。分離工序是使板料的一部分與另一部分相互分離的工序，如沖裁、剪切等，其中沖裁包括落料和沖孔。成型是使