机械制造基础实习

绪论 人类的物质文明是从制造业开始的。我国是四大文明古国之一，为世界留下了灿烂的物质文明。例如，《诗经》上有记载：“有匪君子，如切如磋，如琢如磨。”切、磋、琢、磨便是我国古时加工骨头、象牙、玉和石头的方法。 机械制造业为国民经济提供技术装备，其发展水平是衡量一个国家经济发展水平和综合国力的重要标志。目前，对于各行各业，现代化的生产手段都是以机械化和自动化为标志，而机械是一切现代化生产的基础。 因此，旨在传授机械制造相关基础知识和基本技能的《机械制造基础实习》实践课程就成为高等学校绝大多数工科专业、管理专业和部分理科专业学生的必修课。 1．实习内容 机械产品的制造过程是产品从原材料转变为成品的整个过程。一般机械产品的主要制造过程如图0-1所示。首先将原材料用铸造、锻压或焊接等方法制成毛坯，再进行切削加工，并经过热处理或其他处理以改善零件的某些性能，*后将制成的零件加以装配、调试，合格后即成为机器。原材料包括各种铸铁、钢锭、金属型材及非金属材料等。 图0-1 一般机械产品的丰要制造过程 机械制造基础实习涉及一般机械产品制造的全过程。机械零件的制造方法分为加工和处理。将原料或毛坯制成所需形状和尺寸的工件的方法称为加工，把改变金属的组织和性能的方法称为处理。 机械零件的加工根据各阶段所达到的质量要求不同，可分为材料成形和切削加工2个主要阶段。热处理工艺穿插其间进行，通过热处理可以提高金属材料的力学性能，改善其工艺性能，充分发挥材料的性能潜力。绝大多数机械零件，尤其是重要零件都需要热处理，刀具、量具、模具和轴承等必须热处理。 1）材料成形 主要方法有铸造（液态成形）、锻压（塑性成形）和焊接（连接成形）等，常用于毛坯加工。这些加工方法可以比较经济、高效地加工出各种形状和尺寸的毛坯（或工件）。铸造、锻压和焊接时一般需要对原材料进行加热，习惯上又称为热加工。 2）切削加工 利用切削工具将坯料或工件上多余材料切除，以获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的加工方法。切削加工分为钳工和机械加工2大类，其中，机械加工占有主要地位。根据所用机床的不同，机械加工又分为车削加工、铣削加工、刨削加工、钻削加工、磨削加工和齿形加工等。切削加工一般不需要对原材料或零件进行加热，习惯上又称为冷加工。 此外，随着科技的日新月异，以数控加工为特征的现代制造技术使传统加工方法和制造技术正经历着重大变革。因此，实习内容还应包括数控加工、特种加工和现代制造管理等方面。 2．实习目的 机械制造基础实习的目的是使学生学习机械制造基本工艺知识，增强工程实践能力，提高个人综合素质，培养创新意识和创新能力。让学生在实践中学习工艺知识，了解工业过程，并体验工程文化。 1）学习工艺知识 在实习中，学生主要通过自己的亲身实践来获取机械制造基本工艺知识，这些工艺知识非常具体、生动和实际，为机械类各专业后续课程的学习及今后工作打下必要基础。 2）增强实践能力 通过实习，学生运用所学知识和技能独立分析和解决实际工艺技术问题，通过亲自动手操作各种机械设备，使用各种刀具、夹具和量具等，从而增强学生的工程实践能力。 3）提高综合素质 实习是在生产实践的特殊环境下进行的，大多数学生是**次进入车间，**次用自身劳动加工零件。学生将亲身感受到劳动的艰辛，体验到劳动成果的来之不易，增强热爱劳动和劳动人民的思想情感，加强对工程素养的认识，从而提高个人综合素质。 4）培养创新意识和创新能力 实习中涉及的加工设备和制造工艺，都凝结着劳动者和科技工作者历经长期追求和苦苦探索的创造发明和生产经验。通过实习让学生了解、熟悉和掌握部分设备的结构、原理和使用方法，选择合适的制造工艺，创造性地完成特定的实习任务，有利于培养学生的创新意识和创新能力。 3．实习要求 实习中应注意以下几点。 1）树立“安全**”的思想 安全生产对国家、集体、个人和家庭都非常重要。“安全**”既是完成机械制造基础实习学习任务的基本保证，也是培养合格的高质量工程技术人员的基本内容。在整个实习过程中，学生要始终树立“安全**”的思想，时刻警惕麻痹大意的情绪。 2）遵守实习纪律和工厂规章制度 遵守实习纪律和工厂规章制度是学生安全、保质和保量完成实习任务的重要保证。注意实习教材的预习和复习，实习时认真听取现场指导者的讲解，严格遵守操作规程，重视人身和设备安全。从点滴着手，注重工程素养的培养，增强实习中的组织性和纪律性。 3）培养工程意识，处理好质量、效益和效率间的关系 不同的工艺方案和设备具有不同的经济精度，从而对应不同的效率和效益，因此，实习中应特别注重培养学生从工程的角度解决实际问题的能力，增强学生的工程意识，处理好质量、效益和效率间的关系。 第1篇 材料成形——铸、锻、焊 第1章 铸造 1.1 概述 铸造是指将熔融金属液，浇注入预先准备好的铸型型腔内，待冷却凝固后获得一定形状、尺寸和性能的金属件（铸件）的方法。大多数铸件作为毛坯件，需要经过切削加工才可使用，部分经精密铸造或特种铸造的铸件可作为成品直接使用。 熔融金属和铸型是铸造的2大基本要素。适于铸造的金属材料包括铸铁、铸钢和有色合金（如铝合金、铜合金、镁合金、钛合金和锌合金）等，其中铸铁（特别是灰铸铁）用得*为普遍，约占铸件总产量的70%。铸型可用型砂、金属或其他耐火材料做成。 使用型砂做成铸型的铸造方法称为砂型铸造，与砂型铸造不同的其他铸造方法都称为特种铸造，其中砂型铸造的应用*广泛。本章重点介绍砂型铸造。 砂型铸造的生产工序很多，主要包括制造模样和芯盒、制备型砂及芯砂、造型和造芯、合型、熔炼金属、浇注、落砂、清理及检验等，其一般生产流程如图1-1所示。对于型芯及大铸型，在合型和浇注前还需要烘干。例如，飞轮铸件的生产过程如图1-2所示。 图1-1 砂型铸造的一般生产流程 铸造的优点是适应性强，几乎不受材料、形状、尺寸和批量的限制，而且成本低廉；其缺点是生产工序多．铸件质量难以控制，铸件的力学性能较差，而且劳动强度大。铸造主要用于形状复杂的毛坯件生产，如机床床身和发动机缸体等，它是制造具有复杂结构金属件的*灵活的成形方法。 图1-2 飞轮铸件的生产过程 1.2 砂型的制造 1.2.1 型砂 砂型铸造用的造型材料主要是型砂和芯砂，其中型砂用于造型，芯砂用于造芯。型（芯）砂一般由原砂、黏结剂、附加物和水等混制而成，具有一定的物理性能，能够满足造型的需要。型砂的质量直接关系到铸件质量。中、小铸件广泛采用湿砂型（不经过烘干可直接浇注的砂型），大铸件则用干砂型（需经过烘干的砂型）。 1．型砂的组成 湿型砂主要由石英砂、膨润土、煤粉和水等材料组成。石英砂是型砂的主体，主要成分是石英（Si02），其熔点为1713℃，是型砂中耐高温的物质。膨润土是黏结性较大的一种黏土，用做黏结剂，吸水后形成胶状的黏结剂膜，包覆在砂粒表面，把单个砂粒黏结起来，使型砂具有足够的湿强度。煤粉是附加物，在高温受热时，分解出一层带光泽的碳附着在型腔表面，起到防止铸件黏砂的作用。砂粒之间具有空隙，起透气作用。紧实后的型砂结构如图1-3所示。 图1-3 型（芯）砂的结构 2．型砂的性能 为保证铸件质量，必须严格控制型砂的性能。 对湿型砂的性能要求分为2类：一类是工作性能，指砂型经受自重、外力、高温金属液烘烤和气体压力等作用的能力，包括湿强度、耐火度、透气性和退让性等；另一类是工艺性能，指便于造型、修型和起模的性能，如流动性、韧性、起模性和紧实率等。在机器造型中，工艺性能更为重要。 （1）湿强度。指紧实后的湿型砂抵抗外力破坏的能力。足够的强度可保证砂型在制造、搬运及金属液冲刷下不破坏。强度过低，易造成塌箱和冲砂，铸件易产生砂眼和夹砂等铸造缺陷，但强度过高，则使型砂的透气性和退让性降低，铸件易产生气孔、变形和裂纹等铸造缺陷。型砂的强度跟黏结剂含量、原砂粒度和砂型紧实度等有关。砂中黏结剂含量越高，砂型紧实度越高，原砂粒度越细，则强度越高。 （2）耐火度。指型砂经受高温热作用的能力。耐火度差，铸件易产生黏砂的铸造缺陷，严重时会造成废品。型砂的耐火度跟原砂的S02含量和粒度等有关。原砂S02含量越高，粒度越粗，则耐火度越高。 （3）透气性。指紧实后的型砂透过气体的能力。浇注时，型腔内会由于水气化和空气热膨胀产生大量气体，这些气体必须通过铸型排出。透气性差，铸件易产生气孔和浇不足等铸造缺陷。透气性太高会使砂型疏松，铸件易出现表面粗糙和黏砂的缺陷。型砂的透气性跟黏结剂含量、原砂粒度和砂型紧实度等有关。砂中黏结剂含量越低，砂型紧实度越低，原砂粒度越大，透气性越好。 （4）退让性。指在铸件冷却收缩过程中，型砂可被压缩的能力。退让性不足，会使铸件收缩受到阻碍，铸件内应力增加，易产生变形和裂纹等铸造缺陷。型砂的退让性跟砂型紧实度和原砂成分等有关。砂型紧实度越高，透气性越差。可在型砂中加入锯末和纸屑等以提高其退让性。 （5）溃散性。指砂型浇注后容易溃散的性能。溃散性好可以节省落砂和清砂的劳动量。 （6）流动性。指型砂在外力或本身重量作用下，砂粒间相对移动的能力。流动性好易于充填、舂紧和形成紧实度均匀、轮廓清晰和表面光洁的型腔。 （7）韧性。也称可塑性，指型砂在外力作用下变形、去除外力后仍保持所获得形状的能力。韧性好使起模和修模时砂型不易破碎和掉落。 型砂配制好后，应放置一段时间，使用前还要过筛使其松散，一般可用手感法检测型砂性能，如图1-4所示。 图1-4 手感法检测型砂性能 3．型砂的制备 型砂的制备工艺对型砂获得良好的性能有很大的影响。浇注时，砂型表面受高温熔融金属液的作用，砂粒碎化、煤粉燃烧分解，型砂中灰分增多，部分黏土丧失黏结力，使型砂的性能变差。因此，落砂后的旧砂，一般不直接用于造型，需要掺入新材料，经过混制，恢复型砂良好性能后才能使用。型砂的混制一般在混砂机中进行，旧砂混制前需要经磁选及过筛以去除金属块及砂团。 1.2.2 造型 用型砂及模样等制造铸型的过程称为造型。砂型铸造的铸型又称为砂型，它由上砂型、下砂型、型腔（形成铸件外形的空腔）、砂芯（形成铸件内孔的芯砂）、浇注系统和砂箱等部分组成。图1-5表示铸型的组成及各部分名称。（将熔融的金属浇注入铸型内，使其按照型腔形状凝固成形，从而形成铸件）。 图1-5 铸型的组成及各部分名称 造型是砂型铸造*基本的工序，通常分为手工造型和机器造型2大类。 1．手工造型 手工造型是全部用手工或手动工具完成造型工作。手工造型操作方便灵活、适应性强，模样准备时间短，但生产率低，劳动强度大，且铸件质量不易保证，适于单件或小批量生产。 手工造型的方法很多，按砂箱特征可分为两箱造型、三箱造型和地坑造型等。按模样特征可分为整模造型、分模造型、挖砂造型与假箱造型、活块造型、刮板造型等。下面介绍常用的手工造型方法。 （1）整模造型。整模造型所用的模样是一个整体，型腔全部位于一个砂箱内。由于只有一个模样和一个型腔，造型简单、操作方便，不会产生错箱缺陷，型腔形状和尺寸精度高，适用于形扶简单、*大截面位于一端且为平面的铸件，如轴承座、齿轮坯和端盖等。轴承座的整模造型过程如图1-6所示。 （2）分模造型。分模造型的模样沿*大截面分成两部分或几部分，分别在上、下箱或上、中、下箱内造型，各部分之间用销钉定位。分模造型的操作方法和技术与整