《加工工艺学》课件1-1尺寸公差

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 互换性原理,互换性问题,螺母、子弹的互换性,步枪的批量生产,鱼雷配合,1.1,互换性与优先数,1.1.1,互换性与标准化,1.,互换性,-,同一规格的零件或部件，不需挑选择或辅助加工， 就可装配在机器上并达到原定性能要求,。,互换的三种情况,完全互换,-,完全达到上述互换性要求（即不需分组、选择、调整、修配）。,不完全互换,-,（又称 有限互换）,即装配时需分组、选择、调整。,不互换,采用配作加工或装配时修配。,满足完全互换需具备的条件,几何参数达到结合的使用要求,-,几何参数互换,物理、化学、电学、机械性能满足要求,功能互换,几何参数,零件的尺寸大小、形状、位置。,满足上述两条的称具有广有义互换性。,2.,应用互换性的优点,在设计上：,在生产上：,在修理上：,在使用上：,在管理上：,3.,互换性的最终目标,实现三化,首先是标准化；,ISO GB HB,而后是产品的系列化；,进而寻求大范围的通用化。,立足较高层次，合理地利用互换原则指导设计和生产。,2,优先数,以 为公比的等比数列,。,是工程设计和产品系列化的重要依据。,1.1.2,优先数与优先数系,优先数有几个数列：,r=5,、,10,、,20,、,40,、,80,R5,系列：,公比,1.0 1.6 2.5 4.0 6.3 10.0,R10,系列：,1.0,，,1.25,，,1.6,，,2.0,，,2.5,，,3.15,，,4.0.,R20,系列：,1.0,，,1.12,，,1.25,，,1.40,，,1.6,，,1.80,，,2.0,5,10,优先数的特点,后面的数列依次包含前面的数列。,优先数可以向两个方向延伸。,优先数的积商幂还是优先数。,优先数疏密适中，选用方便。,优先数的应用,主要由于产品的系列化，如摩托车排气量、冰箱容积、螺栓尺寸系列。,工程数值系列：如公差系列,某车床设计转速,202000,转,/,每分，分为,20,级。应该如何设计转速。,R10,系列优先数,X20,规整化,1.2,公差与配合,基本概念：,公差与配合,国家标准共包括五个标准：,GB1800,总论 标准公差与基本偏差；,GB1801,尺寸至,500mm,孔、轴尺寸公差带与配合；,GB1802,尺寸大于,500mm,至,3150mm,常用孔、轴公差带；,GB1803,尺寸至,18mm,孔、轴尺寸公差带；,GB1804,未注公差尺寸的极限偏差。,如直径,20,、长度,100mm,。,20,100,实际上不可能制造出尺寸绝对准确的零件。实际获得的零件尺寸与理想尺寸之间有一定的偏差。,如零件实际直径可能是,20.01,，或,19.98,。,实际使用时允许零件存在一定的偏差。但偏差有一定的允许范围，过大则会影响使用。,问题：如何获得（制造）确定 的尺寸？,公差,如相互配合的，直径基本尺寸为,20mm,的,电机轴和轴承孔。,20,为了保证电机轴在轴承孔内可以转动，轴的直径应略小于孔的直径。,例如：轴的直径为,F19.9120.00,；,孔的直径为,F20.1520.28,。,1.2.1,基本术语及定义,1.,孔和轴,圆柱型内、外表面。,2.,尺寸,用特定单位表示长度的数字表示。,3.,基本尺寸,设计给定的尺寸。孔用,D,表示，轴,d,用表示。,4.,实际尺寸,测量得到的尺寸。孔用,D,o,表示，轴,d,o,用表示。,5.,极限尺寸,-,允许尺寸变化的极限值。孔用,D,max,表示，轴,d,min,用表示。,6.,尺寸偏差,尺寸偏差,某尺寸与基本尺寸之差。,实际偏差,-,实际尺寸与基本尺寸之差。,极限偏差,-,极限尺寸与基本尺寸之差。,孔的上偏差,: ES= D,max,-D,轴的上偏差,: es = d,max,-d,孔的下偏差,: EI = D,min,-D,轴的下偏差,: ei = d,min,-d,7.,尺寸公差,尺寸公差,(T) ,允许零件几何参数的变动量。,孔的公差,T,D,= D,max,-D,min,=ES-EI,轴的公差,T,d,= d,max,-d,min,=es-ei,公差限制尺寸误差，,公差越小尺寸精度越高。,图,基本尺寸（理想尺寸）,8.,公差带图,+,0,-,基本尺寸,es,ei,ES,EI,1.2.2,配合与基准制,1.,配合的概念,配合,-,基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系。,2.,配合的分类,根据孔、轴公差带之间的相互位置关系，配合性质分为：,间隙配合,过盈配合,过渡配合,间隙配合,(X),具有间隙的配合。 孔尺轴尺,公差带图中孔的公差带位于轴的公差带之上。包括最小间隙为零的 配合。,轴自由转动、滑动,.,(2),过盈配合,(Y),具有过盈的配合。,孔尺寸轴尺寸， 轴不能自由活动,.,公差带图中孔的公差带位于轴的公差带之下。,包括最小,过盈,为零的,配合。用于使两零件相对固定，或准确定位。,间隙配合,-,孔的公差带位于轴的公差带之上。,过盈配合,-,孔的公差带位于轴的公差带之下。,孔的公差带与轴的公差带有重合是什么配合？,(3),过渡配合,可能具有间隙或,过盈的配合。,用于定位。,在公差带图中孔、,轴公差带相互交迭。,过渡配合是相对于待装配件的公差带而言的，对于具体的一对装配结合件，则仅具有间隙或过盈二者状态之一。,3.,间隙与过盈的计算,对于具体的一对装配结合件：,X,0,(,Y,0,)=,D,0,-,d,0,正,间隙，负,-,过盈,对于一批零件的配合：,最大间隙（最小过赢） ：,最大的孔与最小的轴配合,最小间隙（最大过赢）：,最小的孔与最大的轴配合,计算,X,max =,D,max ,d,min = ES - ei,X,min =,D,min ,d,max = EI - es,Y,max =,D,min ,d,max = EI - es,Y,min =,D,max ,d,min = ES ei,对于过渡配合：只计算,Xmax,和,Ymax,，,Xmin,和,Ymin,为零。,正,负,4.,配合公差,(T,f,),-,允许间隙或过盈的变动量,.,对于,间隙配合的一批零件，实际间隙有：,X,min, X,X,max,Y,min, Y,Y,max,这个变动范围就是,配合公差,。,配合公差是反映配合精度的特征值。,配合公差计算,依定义,:,T,f,=,X,max,-,X,min,=(,D,max,d,min,)-(,D,min,d,max,),= (,D,max,-,D,min,)+(,d,max,-,d,min,) = T,D,+T,d,(,过盈配合同样可证,),配合公差计算公式：,间隙配合：,T,f,=,X,max,-,X,min,过盈配合,: T,f,= ,Y,max,-,Y,min,过渡配合,: T,f,=,X,max,-,Y,max,全 部,: T,f,= T,D,+T,d,例（右图）,X,max=0.030 +0.040,X,min=0.005,孔,+0.030,依,配合公差定义，,+0.025,T,f,=0.025,。,T,D,=0.010,轴,+0.010,T,d,=0.015 0,T,f,= T,d,+ T,D,=0.025,配合公差的计算,配合公差的意义,T,f,= T,D,+T,d,配合公差由孔、轴公差的大小决定，要提高配合精度，就要提高孔、轴公差等级。,加工零件时，要使实际尺寸位于公差带的中间，以便松紧适当，方便装配，提高产品质量。,孔的上偏差,轴的上偏差,孔的下偏差,轴的下偏差,ES,es,EI,ei,尺寸公差,孔的公差,轴的公差,配合公差,T,T,D,T,d,T,f,5.,基准制,为设计、加工方便经常将孔、轴之一的公差带固定，通过改变另一公差带获得各种配合。这种方式叫基准制。,国标对配合规定了二种基准制，即基孔制和基轴制。此外，,也允许选用非基准制配合。,基孔制,-,将孔的公差带位置固定，改变轴的公差带位置而获得各种不同配合的一种制度。,基准制的孔称为基准孔，,代号为,H,。,+ H,其下偏差为零，上偏,0,差为正值。,-,改变轴的公差带位置便可获得各种不同的所需配合。,+,0,-,分析,当轴的公差带位于零线下方时，形成间隙配合,;,当轴的公差带位于零线上方时：,若孔与轴相交叠为过渡配合,;,若轴的公差带完全位于基准孔的公差带之上为过盈配合。,由于孔的另一偏差位置将随公差带大小变化，在过渡配合与过盈配合之间，出现了不确定,的“过渡配合或过盈配合”区。,(2),基轴制,将轴的公差带位置固定，改变孔的公差带位置而获得各种不同配合的一种制度。,基轴制的轴称为基准轴，代号为,h,。,其上偏差为零，下偏差为负值。,h,+,-,同理，改变孔的公差带位置便可获得各种不同的所需配合。,图,同学自己分析哪个是：间隙配合，过渡配合，过盈配合？,(3),非基准制配合,满足特殊需要，可采用既不含基准孔，也不含基准轴的公差带组成的配合。,/h5,1.2.3,标准公差与基本偏差,1,、标准公差系列,公差带大小标准化,是国标以表格形式列出的系列数值，用以确定公差带大小。,公差等级,确定尺寸精确程度的等级。,IT01,IT18,，共,20,级。,尺寸分段：,为简化，将,500,的尺寸分为,13,段，如：,3,6,，,6,10,标准公差表,2,、基本偏差系列,公差带位置的标准化,靠近零线的极限偏差叫做基本偏差。,基本偏差系列,-,是国标以表格形式列出的系列数值，用以确定公差带位置。,国标规定孔、轴的基本偏差各为,28,个，用拉丁字母,(,一个或两个,),及其顺序表示。,孔：,A,、,B,、,C,、,CD, Z,、,ZA,、,ZB,、,ZC,轴：,a,、,b,、,c,、,cd,y,、,z,、,za,、,zb,、,zc,基本偏差表,基本偏差系列,A,B,C,CD,D,E,EF,F,FG,G,H,J,s,J,K,M,N,P,R,S,T,U,V,X,Y,Z,ZA,ZB,ZC,孔,a,b,c,cd,d,e,ef,f,fg,g,h,j,s,j,k,m,n,p,r,s,t,u,v,x,y,z,za,zb,zc,+,_,基本尺寸,0,轴,1.2.4,公差带与配合的代号及标注,1.,公差带的代号及标注,由代表基本偏差的字母和代表标准公差的数字组成。,孔,H7,，,G6,，,F8,轴,h7 , g6 , f8,公差带的标注（,3,种）,50H8,50,+,0,0.039,50H8(,+,0,0.039,),一般、常用、优先公差带见表,-1-7, 1-8,2.,配合的代号及标注,配合代号由孔、轴公差带的代号组成，写成分数的形式，分子为孔的代号，分母为轴的代号。,例如，,H8/f7,或 、,H7/k6,、,7/h6,国际规定了基孔制常用配合,59,种、基轴制常用配合,47,种，优先选用的配合各,13,种，分别见表,1-9,和表,1-10,。,举例,写出基孔制,10H6/p5,和基轴制,10P6/h5,两配合孔轴的极限偏差，并绘公差带图。,解：查标准公差表,IT6=0.009 IT5=0.006,查基本偏差表,10H6/p5,H: EI=0 p: ei=+0.015,10P6/h5,h: es=0 P: ES= -0.015+ ,(IT6IT7 , ,在,IT7,基本偏上增加,),ES = -0.015+(+0.003)= -0.012,(3),计算另一个偏差,在第一个配合,10H6/p5,中：,ES= EI+IT6 = 0+0.009 = +0.009,es = ei +IT5,= +0.015 +0.006 = +0.021,在第二个配合,10P6/h5,中,:,EI = ES - IT6,= -0.012 - 0.009 = -0.021,ei = es IT5 = 0 - 0.006 = - 0.006,(4),公差带图,+,0,-,基本尺寸,es=+0.021,ei=+0.015,ES=+0.009,EI=0,(,10H6/p5,),+,0,-,基本尺寸,es=0,ei=-0.006,ES=-0.012,EI=-0.021,(,10P6/h5,),1.2.5,公差与配合的选择,1.,公差等级的选择,2.,基准制的选择,3.,配合种类的选择,4.“,公差与配合”标准的适用条件,1.,公差等级的选择,原则,:,在满足产品使用性能要求,(,或在工艺过程中满足后续工序要求,),的前提下，尽量选用较低的公差等级。,要考虑：保证互换性；,使用期；,可能性与经济性。,公差等级的大致应用,块规（量规）,IT01,IT1,极限量规,IT1,IT7,特别精密的配合,IT2,I T5,配合尺寸,IT5,IT13,非配合尺寸,IT12,IT18,航空工业 一般高于,IT13,2.,基准制的选择,一般优先选用基孔制,（加工困难）,特殊情况下选用基轴制,较小直径（,18mm,）的浅孔与细长轴配合时；,大直径（,500mm,）孔轴配合时（多用）；,一根轴与几个孔配合， 且有不同类型配合要求时；,轴采用标准件时；,直接采用型材做为轴时。,（,3,）必要时采用混合制（即非基准制）,单件小批生产大尺寸工件，防止报废时；,旧机器修配时；,一孔与两轴配合，且已采用基轴制 时；,增积处理前的加工尺寸。,3.,配合种类的选择,根据使用要求确定配合类别,相对运动副（,a,h,A,H,）,定心可拆联接,(j,n,J,N),固定联接,(p,zc,P,ZC),选定基本偏差的方法,计算法,试验法,类比法,f,40H7/f6,f,50H7/n6,轴,轴套,优先常用配合及其选用,国标中专门推荐了优先、常用配合（见表）,选用顺序为：优先、常用、自配。,另，参考选用说明,如：,H11/c11(,或,C11/h11),用于间隙极大，转速很高,.,H8/f7 (,或,F8/h7),用于间隙不大，中等转速,H7/k6 (,或,K7/h6),用于要求拆装的精密定位,H7/u6 (,或,U7/h6),用于过盈较大，传递大扭矩,4.“,公差与配合”标准的适用条件,使用温度,20,C,孔轴材料线膨胀系数相等或相近,适用于大批量生产,1.2.6,线性尺寸的未注公差,对零件上功能无特殊要求的要素可给出一般公差。一般公差系指在车间一般加工条件下可保证的公差。采用一般公差的要素在图样上不单独注出公差。也叫未注公差。,GB/T 180492,规定，采用一般公差的尺寸，在该尺寸后不注出极限偏差。线性尺寸的一般公差规定四个公差等级。未注公差尺寸的极限偏差数值见表,1-13,。,应用一般公差的好处,简化制图，使图样清晰易读；节省图样设计时间。,可简化对这些要素的检验要求而有助于质量管理；,突出了图样上注出公差的要素，以便在加工和检验时引起重视。,综合举例,某配合的基本尺寸为,f,40mm,，设计要求孔、轴间具有,24,68,m,m,的间隙，试确定公差等级并选取合适的标准配合。,解：,1.,确定基准制,:,无特殊，基孔制 。,2.,确定孔公差带,:,由已知,T,f,=X,max,-X,min,=0.068-0.024,=0.044mm,应是孔轴公差之和，,T,f,=,T,d,+,T,D,。,综合举例（续）,查标准公差表：,IT7=0.025mm IT6=0.016mm,0.025+0.016=0.0410.044,孔的公差可取,IT7,，轴的公差可取,IT6,。,3.,确定轴的公差带,因为是间隙配合，知轴的公差带在零线下方，,es,为负值。且,es , X,min,又知,:X,min,= 0.024 es,0.024,查基本偏差表，取,f,，,es= -0.025,轴的公差已确定为,IT6,：,IT6=0.016mm,轴的公差带确定为,f6,。,最后，配合选取 为,40H7/f6,。,-25,+25,-41,H7,f6,+0 |,f,40,4.,检验,选取的极限间隙（或过盈）与设计要求之差的绝对值不超过设计要求配合公差 的,10%,。,本题设计要求间隙：,0.024,0.068,实际选取间隙：,0.025,0.066,/ T,f,=0.025-0.024/0.044=1/4410%,/ T,f,=0.066-0.068/0.044=2/4410%,选用,40H7/f6,是适宜的。,（简介过盈或过渡配合的解题思路）,1.3,形状和位置公差,什么是形状和位置公差,?,零件对形状和位置有什么要求,?,如何表达对零件形状和位置的要求,?,如何检测对零件形状和位置的要求,?,形状和位置公差 国家标准,GB/T 11822000,形状和位置公差 通则、定义、符号和图样表示法,GB/T 11842000,形状和位置公差 未注公差值,GB133192000,形状和位置公差 位置度公差,GB/T 166712000,形状和位置公差 最大实体要求、最小实体要求和可逆要求,GB/T 42492000,公差原则,GB19582000,检测规定,一、形位公差标注方法,1.,形位公差的项目与符号,2.,形位公差的标注,形位公差标注的内容：,公差框格：公差的项目符号公差数值基准代号,被测要素,指引线 ： 带箭头,基准要素,：两种方式（形状公差无）,形位公差标注示例,(1),形位公差标注示例,(2),形位公差标注示例,(3),轮廓要素,-,构成零件轮廓的点、线、面,。,中心要素,-,对称要素的中心点、中心线、或回转表面的轴线。,二、形状公差,1.,直线度,在平面内的直线,被测要素,理想要素,(,平行线,),误差,在空间的直线度,在给定方向,在两个方向,在任意方向的直线度,形位公差带的形状特征,形位公差带指被测,实际要素,变动的区域，由形状、大小、方向、位置四个要素决定。其形状（根据特征）最典型的有四种：,实际要素,-,零件上实际存在的要素。测量时由测得要素来替代。它并非该要素的真实情况。,2.,平面度,它同时控制任一方向的直线度,。,3.,圆度,4.,圆柱度,它同时控制圆柱面的圆度和轴剖面内两素线的平行度。,三、位置公差,1.,平行度,（定向）,被测要素对于基准有四种情况：面对面、线对线、线对面、面对线。,2.,垂直度（定向）,被测要素对于基准有四种情况：,面对面,线对线,线对面,面对线。,3.,同轴度,(,定位,),4.,跳动,圆跳动 径向圆跳动,圆跳动 端面圆跳动,全跳动 径向全跳动,全跳动 端面全跳动,（定位,-,倾斜度、位置度同学自学）,综合标注示例,1.4,表面粗糙度,指零件表面在较小间距内的微小峰谷高低不平的程度和间距状况。,它是一种微观几何形状误差。,对零件表面几何形状误差，一般：,波距,10mm,，称宏观几何形状误差,-,形状误差；,波距,1,10mm,，称表面波纹度（波度）。,波距,1mm,，称微观几何形状误差,-,表面粗糙度；,一、评定基准,1.,取样长度,l,-,在判别和测量表面粗糙度时所规定的一段基准线长度。,目的是限制或减弱其它几何形状误差的影响。,每个取样长度 应含有五个以上的峰谷。,其系列值为,0.08,、,0.25,、,0.8,、,2.5,、,8 .0,、,25,如： 车、铣、刨： 可取,l,= 2.5mm,精磨 ： 可取,l,= 0.25mm,2.,评定长度,l,n,-,评定表面轮廓所必需的最小长度,。,目的是充分合理地反映被测表面的粗糙度特征，消除加工表面不均匀性的影响。,它可包括一个或几个取样长度。,如： 车、铣、刨：,l,n,=,（,1,3,）,l,精磨：,l,n,=,（,6,17,）,l,3.,轮廓中线,测量和评定表面粗糙度的基准线。,最小二乘中线,：轮廓上各点到中线距离的平方和为最小。,轮廓的算术平均中线,:,划分轮廓上、下两边面积相等的线。,y,l,F1 F3 F5 F7 F,2,n-,1,0,F2 F4 F6 F,2,n,如图：,F1 + F3 +Fn-1 = F2 + F4 + Fn,二、主要评定参数,（高度参数）,1.,轮廓算术平均偏差,Ra,-,在取样长度内，被测轮廓上各点至中线距离绝对值的算术平均值,。,y,l,公式,:,Ra,=,ydx,y,1,y,2,y,3,y,4,近似：,Ra, y,i,1,l,l,0,1,n,n,i=1,2.,微观不平度十点高度,Rz,-,在取样长度内，,5,个最大的轮廓峰高的平均值与,5,个最大轮廓谷深的平均值之和。,y,y,p1,y,p2,y,p3,y,p4,y,p5,y,v1,y,v2,y,v3,y,v4,y,v5,公式：,Rz = ( y,pi,+ y,vi,) y,pi,y,vi,都取正值,1,5,5,5,i=1,i=1,l,3.,轮廓最大高度,R,y,-,在取样长度内，轮廓的峰顶线和谷底线之间的距离。,峰顶线,谷底线,公式：,R,y,= y,pmax,+ y,vmax,y,pmax,y,vmax,取正值,y,pmax,y,vmax,R,y,三、 表面粗糙度的标注,基本符号,单独使用无意义，如在其上加注评定参数要求，则表示用任何方法获得的表面。,表示用车、铣、磨等切削加工去除材料的方法获得的表面。,表示用不去除材料获得的表面。如锻造、铸造等或要求保持上道工序的状况。,表面粗糙度的标注,周围有关的标注,b a -,高度参数允许值,(m),C ( f ) b ,加工方法、表面处理,c ,取样长度（不按国标时）,a d ,加工纹理方向符号,e ,加工余量（,mm,）,e d f -,间距参数值（,mm,）或,t p,表面粗糙度的标注,图样标注,四、表面粗糙度对零件使用性能的影晌,表面粗糙度值过大：,加剧摩擦和磨损；,降低工作精度；,影响配合性质的稳定性；,降低疲劳强度；,使腐蚀加剧；,影响结合密封性。,五、表面粗糙度的选择,1.,评定参数的选择,优先选用,Ra,常用参数值范围：,0.025,6.3m,；,超出上述范围时选用,Rz,表面信息有局限性；,当零件很小或为曲面，难以得到规定的取样长度时选用,Ry,。,2.,参数值的选择,基本原则：,在满足零件功能要求或后续工艺要求的情况下，选择尽可能大的表面粗糙度值。,考虑因素：,满足零件的功能要求；,加工的经济性；,要与零件的公差等级相适应；（表,12-20,，,P48,）,该零件可能采用的工艺方法。,类比法确定参数值时的一般原则,同一零件上，工作表面的粗糙度值应小于非工作表面。,摩擦表面,的粗糙度值应小于非摩擦表面,;,有相对运动的表面，速度越高粗糙度值越小。,受交变载荷的表面及易产生应力集中的部位,(,如圆角、沟槽,),表面粗糙度值小。,配合性质要求越稳定，粗糙度值越小。,尺寸公差等级高、形状精度高，表面粗糙度数值小。,防腐性、密封性要求高时,，表面粗糙度值小。,六,.,表面粗糙度选用实例,见表,12-33 P59,（以下请记住,）,Ra,值,6.3,：机械加工非配合面。,3.2,：基本加工方法可达的经济值。,1.6,：次要配合中的一般配合面。,0.8,：配合面常用值，广泛应用。,0.4,：重要工作表面。,0.2,：重要零件的重要表面，如发动机曲轴表面,七、加工方法与表面粗糙度值,1.5,螺纹与圆柱齿轮的精度标注,1.5.1,螺纹的公差等级及标记,螺纹由,牙型（牙型角,和牙型半角,/2,），,中径,D,2,（,d,2,），,螺距,P,（多螺纹线时为导程,L,），,线数,n,，,旋向（左或右），,五个要素组成，,图中所示的螺纹为,单线右旋梯形螺纹。,螺纹公差结构是由公差带和旋合长度两个要素构成。,普通螺纹的,中径,和,顶径,公差等级常用的为,4,、,5,、,6,、,7,、,8,、,9,级。,内螺纹,的基本偏差仅规定有,G,、,H,两个位置（位于零线以上），,外螺纹,的基本偏差规定有,e,、,f,、,g,、,h,四个位置（位于零线以下）。,螺纹的旋合长度分为短、中、长,三组，分别用代号,S,、,N,、,L,表示。,普通螺纹的完整标记由,螺纹代号,、,螺纹公差带代号,和,螺纹旋合长度代号,三部分组成。,普通螺纹的标记示例如下：,M 101,左, 7H L,旋合长度（中等长旋合长度不注）,内螺纹中径和顶径公差带（相同）,旋向（右旋螺纹不注）,公称直径（大径）,螺距（粗牙螺距不注）,螺纹类型代号（,M,为普通螺纹）,普通螺纹选用的公差带见表 。,第二章 成形工艺,成形工艺 在制造中的位置,毛坯,零件,产品,原材料,成型加工,切削加工,特种加工,装配,一、铸 造,将液态金属浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得,毛坯,或,零件,的工艺叫铸造。,制造木模,配制型砂,用木模、型砂制成砂型，,浇注，凝固,液态金属,上砂型,（上箱）,浇口,落砂后铸件,下砂型,(,下箱）,型腔,分型面,铸造工艺分类,铸造方法有很多种，常用的有，砂型铸造，金属型铸造，压力铸造，熔模铸造，壳型铸造，离心铸造等。由于砂型铸造应用最广，产量最大，所以，通常把它做为一种基本的铸造方法，其余方法归为一类，称为特种铸造。,根据铸造合金不同，可将铸造分为铸铁、铸钢、有色金属铸造等。根据铸型材料不同，可分为永久型铸造和非永久型铸造。也可按浇注力分为重力铸造、低压铸造、压力铸造、离心铸造等。,铸造的特点,铸造时铸件在液态下整体成形。与切削加工的逐步成形和锻压等的固态成形相比有许多突出的特点。,1.,能制造形状复杂的铸件 由于液态金属有很好的充型能力,因而能制造形状复杂的铸件,特别是具有复杂内腔。如空心涡轮叶片，整体轴流转子，各种阀门壳体，各种工艺品等。,2.,生产率高 铸件不论大小和复杂程度，均一次成形，铸件生产率高；铸件与零件形状、尺寸相近，减少了后续加工，使零件生产效率提高。,3.,成本低廉 铸造所用原材料便宜，如铸铁锭钢锭，废旧金属等，金属利用率高，废料少。对于贵重金属制品就更为突出。,4.,适应性广 适用于几乎所有金属材料，如塑性极差不能锻造的铸铁，切削性很差的高温合金等，都可以铸造。对铸件的大小没有限制，小到几克，大到几百吨的铸件都能生产，也是特大金属件的最常用的制造方法。,5.,铸造的缺点 铸造温度较高，温度变化大，因此铸件易产生晶粒粗大，夹渣，缩孔，缩松，收缩变形裂纹等缺陷。铸件的机械性能低于锻件，最常用的砂型铸造尺寸精度和表面质量较低。铸造生产环境较差，劳动强度大。,铸造的特点,砂型铸造,砂型铸造是以型砂做为铸型材料，采用重力浇注的铸造方法。,(1),手工造型,(2),机器造型,a.,适于铸造各种金属：,b.,不受铸件大小，形状限制：,c.,不受批量限制：,d.,设备投资少，成本低：,e.,铸件尺寸精度低，表面粗糙：尺寸精度为,IT16-IT15,级，表面粗糙度为,Ra100-12.5,，是几乎所有加工方法中尺寸精度最低，表面最粗糙的加工方法。,f.,缺陷多，质量不稳定：,g.,生产率低：,应用,砂型铸造在机械制造中应用广泛，约有,80%,的铸件是用砂型铸造的。砂型铸造是生产特大零件的唯一方法。几乎所有的铸铁件和绝大部分铸钢件是用砂型铸造生产的。航空工业中砂型铸造应用也较多。形状复杂的铝合金和镁合金零件，尤其是大型零件，一般都是用砂型铸造的，如发动机附件传动机匣、进气机匣、离心机匣、轮毂、各种复杂壳体、盖等。,金属型铸造,金属型铸造是用铸铁、钢或其他金属材料做铸型，在重力下将液态金属浇入铸型获得铸件的工艺方法。,金属型铸造既可用金属型芯，也可以用砂芯取代难以抽拔的金属型芯形成铸件上的空腔和孔。,金属型铸造的特点,(1),生产率高,金属型可重复使用，属于永久铸型，铸型可使用几百次至几万次。铸型散热快，铸件冷凝时间短，易于实现机械化、自动化生产。,(2),铸件尺寸精度高，表面光洁，一致性好,钢铁铸件尺寸精度为,IT7-IT9,级，有色金属铸件为,IT6-IT8,级。表面粗糙度为,Ra12.5-6.3,，最高可达,Ra3.2,。钢铁铸件上大于,12,的孔和铝、镁、锌等合金铸件上大于,10,的孔都可以铸出。,(3),节约金属，减少切削加工量,(4),铸件机械性能好,(5),金属型制造周期长，费用高,(6),难以生产复杂的铸件,应用,金属型铸造主要应用于有色金属铸件的大批量生产。如内燃机铝活塞，汽缸盖，铜轴瓦，轴套等。飞机和航空发动机上的铝、镁合金铸件，生产批量较大时用金属型铸造，如发动机放气活门壳体、主滑油泵上盖、油雾分离器壳体、安装座等。,压力铸造,压力铸造,是用金属做铸型，在高压下浇注并凝固成形的铸造工艺。,型芯,顶杆,型腔腔,活塞,浇口,定模,动模,压室,铸件,(a),合型,.,浇料,(b),压射,(c),开模,.,顶出,动型,静型,型芯,压力铸造,(1),压铸机：压铸是在压铸机上进行的。压铸机分为冷室和热室两大类。热室压铸机用于生产锌、铅、铝等低熔点合金，冷室压铸机用于生产锌、铝、铜等较高熔点的合金。压铸机的规格按合型力大小分，从几吨到上万吨。,(2),铸型：压铸用铸型也叫压铸模。压铸模主要由定模，动模，型芯，顶出机构等组成。模具的尺寸精度很高，表面光洁。动、定模靠导柱定位，定位精度很高，因而具有很高的合型精度。,压射的压力为十几,MPa,到上百,MPa,，甚至高达几百,MPa,；压射速度为,0.5-120,米,/,秒；充填时间只有,0.2-0.01,秒。,特点,(1),压铸件质量好：尺寸精度能达到切削加工的一般水平，达,IT12-IT11,级，表面粗糙度可达到，甚至超过切削加工的一般水平，达,Ra3.2-0.8m,。可生产出薄壁复杂铸件，如螺纹、小孔、文字及花纹图案等。最小壁厚锌合金可达,0.3mm,，铝合金可达,0.5mm,，最小螺距,0.75mm,，最小孔径小于,1mm,。一致性好，尺寸稳定。,(2),生产率高：在所有铸造方法中，压铸所能达到的生产率是最高的。压铸生产的主要工作都由机械完成，只有向压室勺料，取铸件等少量工作由人工完成，自动化程度高的可全部由机械完成。压铸还可节省大量机械加工时间。提高零件的生产率。,压铸件有气孔。因此压铸件不能在高温下使用，也不能进行热处理。否则，气体受热膨胀，使铸件表面起泡。切削加工时要严格控制切削量，以免把表面致密层切掉，露出气孔。,压铸模型制造周期长，费用高，压铸机投资也较大，不适合小批量生产。,应用,压铸主要用于有色金属，中小型薄壁复杂铸件的大批量生产。在汽车、摩托车、航空航天、农机、建筑装饰、医疗器械、电机电器、仪表、计算机等行业得到广泛应用。如果摩托车发动机缸体、缸盖、变速箱壳体，汽车化油器壳体及零件，电机壳、端盖、转子，电扇底座，照像机主体，电唱机唱片盘，打印机打印头壳体等等。,熔模铸造,熔模铸造是用蜡或塑料制成可熔性模型，用石英砂和粘接剂做成壳型，用重力浇注的铸造工艺。熔模铸造也称失蜡铸造。,特点及应用,(1),尺寸精度高，表面光洁,蜡模成型性好，模型精确，壳型无分型面，不需起模、合型，造型误差小，烧结后的壳型强度高。铸件精度可达,IT10,IT8,级，,Ra6.4,1.6mm,。可实现少切削，无切削精密铸造。,(2),可铸形状复杂的，薄壁铸件,蜡模易于成型，不用考虑取模，复杂内腔可用可熔型芯。,(3),能生产各种合金，特别适合于耐热合金、贵重金属等。,(4),批量不受限制：单件、小批量生产时可用手工方法，生产准备时间短，操作灵活；大批生产可用机械化方法，成组生产，效率高。一个模组可达数百件铸件。,(5),熔模铸造工艺复杂，生产周期较长，成本较高，不宜生产大铸件。,尊盘是春秋战国时期最复杂、最精美的青铜器件。,尊盘通体用陶范浑铸而成，尊足等附件为另行铸造，然后用铅锡合金与尊体焊在一起。尊颈附饰是由繁复而有序的镂空纹样构成，属于熔模铸件。由此可知，早在公元前,5,世纪，失蜡铸造法在中国已有很高的技艺。,离心铸造,离心铸造是将液体浇入旋转着的铸型中，在离心力作用下充型并凝固的铸造方法。,铸型通常用金属型，也可用砂型。,1.,工艺方法,离心铸造是在离心铸造机上进行的。离心铸造机分为立式和卧式两种，如图,8-17,。立式离心铸机主要用来生产圆盘、类圆环类铸件；卧式离心铸机主要用于生产圆管类件。,实型铸造,实型铸造用发泡聚苯乙稀做模型，干砂做铸型，不用起模。浇注时模型气化消失，金属液填充、成型。实型铸造也称消失模铸造，气化模铸造。,5.,消失模铸造,泡沫塑料模,浇注时气化消失,工件,各种铸造方法精度比较,工艺名称,尺寸精度,表面粗糙度,砂型铸造,IT14-16,100-12.5,熔模铸造,IT7-10,6.4-1.6,金属型铸造,IT8-IT10,12.5-6.3,压力铸造,IT7-9,3.2-0.8,本章主要内容,成形工艺基础理论,金属的铸造性,金属的锻压性能：金属滑移理论,金属的焊接性,成形工艺设计,铸造工艺设计,锻压工艺设计,2.1,成形工艺基础理论,2.1.1,合金的铸造性能,将液态金属浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固后，获得毛坯或零件的工艺叫铸造。其基本特点是液态成型。,合金在铸造过程中所表现出来的工艺性能称作合金的铸造性能。铸造性能是保证铸件质量的主要因素，是衡量铸造合金的主要指标。,流动性是指熔融合金的流动能力，它是影,响充型能力的主要因素。,合金的流动,性通常用螺旋,试样来测定。,1.,合金的流动性,合金的成分,纯金属、共晶合金流动性好；,(2),浇注条件,提高浇注温度，可提高流动性 ；,浇注压力加大，流动性提高；,铸型散热越快，流动性越差 。预热铸型可以提高流动性。,另外 ，铸型的透气性 、铸件的结构对充型能力也有较大影响 。,影响合金流动性的因素,合金的收缩过程,铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸的减小称为收,缩。其中体积的减小称为体收缩，尺寸的减小称为线收缩。,铸造合金的收缩包括：,液态收缩、凝固收缩、固态收缩。,收缩大小受化学成分，浇注温度和浇铸工艺等影响 。,2.,合金的收缩性,缩孔、缩松,铸造应力,铸件的固态收缩受到阻碍而产生的应力,称为铸造应力。,分为机械应力,和热应力 。,加冒口和冷铁,防止,缩孔、缩松,的方法,防止变形、裂纹,的方法,防止铸件产生变形、裂纹最根本的方法是防止应力产生。,壁厚均匀一致 ，力求铸件各部位冷却速度一致；,铸件中的热应力可用去应力退火、时效等方法消除；,在工艺上采取改善型、芯砂的退让性，及时落砂消除对收缩的阻碍等措施。,吸气性是指金属液吸收气体的能力。 气体主要来源于造型材料中的水分，主要是氢气，其次是氮气和氧气。,为减少金属液中的气体，可采取：,减少吸气量,及时排出气体,阻止气体析出,（快冷、加压凝固）,3.,合金的吸气性,铸件中化学成分不均匀的现象称为偏析。,偏析会造成铸件性能不均匀，严重影响铸件的质量。常见的偏析有三种：,晶内偏析,（扩散退火消除）,比重偏析,（搅拌、加大冷速）,区域偏析,（加大冒口）,4.,合金的偏析,铸件结构工艺性,铸件结构工艺性是指铸件的形状、尺寸，要有利于铸件的生产，简化工艺过程，避免产生缺陷。,简化工艺过程,满足合金铸造性要求,防止出现缺陷。,如图,1,为轴承支架，,(a),方案需要两个型芯，横芯安放不稳。,(b),方案改为一个型芯，有三点支撑，安放稳固。图,2,中,(b),方案开设了工艺孔，使铸件清理方便。,型芯,型芯,(a),(b),(a),不,易清理,(b),易于清理,图,2,图,1,(b),(a),1,、简化工艺过程,尽量不用或少用型芯和活块,2,、满足合金铸造性要求,(1),a.,壁厚应适当,铸件的壁过薄会影响流动性，引起浇不足、冷隔等缺陷。因此每种铸造方法都规定有最小壁厚。铸件的壁也不能过厚，因厚壁处冷却慢，晶粒粗大，易产生缩孔、缩松。铸件的强度随壁厚增加而下降，尤其是灰口铸铁和镁合金。因此不能单纯用增加壁厚的办法提高构件的承载力。为保证铸的强度和刚度，应采用工字形，,T,字形成空心截面，而不用实心截面，并在脆弱部位安置加强筋。,b.,壁厚要均匀,厚壁处冷却慢，易产生缩孔、缩松等缺陷。壁厚不均匀还容易产生热应力，造成变形或开裂。 壁厚不能一致时，连接处要有过渡，以减少应力集体中，防止开裂。,2,、满足合金铸造性要求,(2),热节,不正确的,许可的,正确的,c.,应注意避免热节热节是指铸件上金属积聚处。热节处易产生缩孔、缩松。铸件上应尽量避免壁、筋形成锐角连接或多重连接，以避免热节。,2,、满足合金铸造性要求,(3),d.,应能减小收缩应力,图,8-31,所示轮形铸件，如采用直轮辐，可能在收缩应力下开裂，若采用弯曲轮辐或倾斜辐板，则可避免开裂。,2,、满足合金铸造性要求,(4),20060413-2,合金铸造性能对铸件结构的要求,壁厚应合理,一般外壁、内壁、肋板厚度之比可按,:,：,0.8,：,0.6,进行设计。,壁厚要均匀,不均匀壁厚的改进 不等壁厚的过渡,三、铸造工艺设计,铸造工艺设计的内容主要有：,确定浇注位置,选择分型面,确定工艺参数,1,、确定浇注位置,重要的部位、大平面应在下部,厚大部位向上，便于安放冒口补缩。,要使型芯安放稳固，防止倾斜或上浮。,浇注位置是指浇注时铸件在铸型中的位置。,铸件的重要的表面,应朝下或位于侧面。,铸件的薄壁部分应位于下部。,铸件的厚大部位朝上，以便安放冒口补缩。,1.,确定浇注位置,2.,选择分型面,应尽量减少分型面的数量；,尽量使铸件在同一半铸型中（同一砂箱内）；,分型面尽量平直，以简化制模和造型工艺 ；,分型面选在铸件最大截面处，以保证起模方便。,3.,确定工艺参数,加工余量,铸件加工余量用代号,RMA,表示，其等级由精到,粗分为,A,、,B,、,C,、,. J,、,K,共,10,级。见表,2-7,。,铸件上较小的孔也不铸出，留待机械加工。,拔模斜度,拔模斜度是指为使,铸模容易从铸型中取出,而沿起模方向设计的斜度。,收缩余量,=,（,L,模,L,件）,/ L,件,100,灰口铸铁的线收缩率约为,1,，,铝约为,1.0,1.5,，,钢约为,1.5,2.2,。,制模时，通常用“缩尺”来测量尺寸。,铸造圆角（详见“铸件结构设计”）。,绘制铸造工艺图时，还应对型芯及浇注系统进行设计并绘在工艺图上 。,1.,铸造工艺图绘制实例,滑油泵盖零件简图,图,铸件结构、质量分析,选择铸造方法,:,零件生产数量,不多，采用砂型铸造，手工造型,。,确定浇注位置和分型面,为保证底面和,70,圆柱面的质量，置于铸型的下部。,分型面选定为尺寸最大的,80,端面,。,确定工艺参数,加工余量：,高度方向单侧值为,4mm,；直径方向双,侧加工，余量值为,6mm,。,拔模斜度 ：,收缩率：,铝合金的线收缩率为,1.0,1.5,过渡圆角：,各相交壁处均设计过渡圆角。,4,小孔与小端窄槽不铸出，留待切削加工。,e.,滑油泵盖铸造工艺图,根据上述考虑设计的铸造工艺图见图,上,下,20060418-1,一、锻造工艺设计,(,自由锻,),锻造工艺规程包括绘制锻件图、计算坯料重量和尺寸、确定变形工序、选定设备和工具、确定锻件加热和冷却及锻后热处理规范等内容。锻造工艺规程一般用文字写在工艺卡上，作为锻件生产的准则。,1.,锻件的结构工艺性,自由锻件结构工艺性,模锻件的结构工艺性,自由锻件结构工艺性,对设计自由锻件结构工艺性总的要求是在满足使用要求的前提下，零件形状应尽量简单和规则，,模锻,模锻是使加热到锻造温度的金属坯料在锻模模腔内一次或多次承受冲击力或压力的作用而被迫流动成形以获得锻件的加工方法。,制定模锻件图时工艺上应考虑,确定变形工步、分模面位置、冲孔连皮、模锻斜度和圆角半径等。,模锻件的结构工艺性,模锻件结构应符合下列原则：,(1),锻件应具有合理的分模面，以满足制模方便，锻件易于出模等要求。,(2),在满足使用的前提下，零件形状力求简单，尽量采用平直面和对称形状，尽量壁免薄壁、高筋、高台、深孔，以利于金属充满模膛，便于模具制造。,(3),形状复杂的零件，可考虑采用锻造,-,焊接或锻造,-,机械连接组合工艺以简化模锻工艺。,3.,实例,(,锻件图,-,自由锻、模锻,),在锻件图中，锻件的外形用粗实线描绘。零件的主要形状用双点划线描绘。锻件的名义尺寸和锻造公差标注在尺寸线上面，相应的零件尺寸标注在尺寸线的下面并用括弧括起来。图,9-7,为冷轧辊的零件图及锻件图。,余块,试样,余块,f392,L,1,530,13,L,1,(507),l,2,l,2,f,2,(518),f,3,(392),f,330,f,392,f,518,f,556,26,2006,65,(889), 946,39,L(1903),L,3,(507),L,3,530,13,176,177,330,889,1903,330,177,f,3,426,22,作业,P223 2-7,、,2-9,补充题：,1,、比较铸造、锻造工艺各有什么特点？,2,、寻找铸件、锻件各一件，分析分别是用什么具体工艺方法制造的，并分析选择这种工艺的原因。,锻压是对坯料施加外力，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方法。它是锻造与冲压的总称，属于压力加工的范畴。,锻 压,1.,锻压工艺,2,、锻压特点：,与铸造相比，压力加工的优点是：金属铸锭经塑性变形后，铸造组织的内部缺陷如气孔、缩孔、微裂纹等得到焊合，再结晶后可细化晶粒，金属的各种力学性能得到提高。冲压件又具有重量轻、精度高、刚性好等优点。,但由于锻压件是在固态成形，金属的流动受到限制。因此，对于形状复杂、尤其是内腔形状复杂的零件，从制造工艺上锻件远不及铸件容易实现。另外，锻件的成本比铸件高，材料利用率等方面也不如铸件。,1,、金属的塑性变形概述,金属塑性变形的实质，对于单晶体是由于金属原子某晶面两侧受切应力作用产生相对滑移，即滑移。,金属的锻造性能,2.1.2,金属滑移理论,锻压是指固态金属在高温或常温下，通过外力的作用产生塑性变形而获得所需尺寸、形状及力学性能的毛坯或零件的工艺方法。 其基本特点是塑变成形。,单晶体变形过程如图,2.1.3,加工硬化与再结晶,1.,加工硬化与再结晶,加工硬化 金属发生塑性变形后强度和硬度提高的现象称为加工硬化或冷作硬化。,回复 将金属加热到一定温度，原子获得一定的扩散能力而使晶格扭曲程度减轻，并使内应力下降，部分地消除加工硬化现象，即强度、硬度略有下降，而塑性略有升高，这一过程称为“回复”。,热锻、冷锻,从金属学的观点划分锻压加工的界限为再结晶温度。,1,热锻,在金属再结晶温度以上进行的锻造工艺称为热锻。在变形,过程中冷变形强化和再结晶同时存在，属于动态再结晶。,2,冷锻,在室温下进行的锻造工艺称为冷锻。冷锻可以避免金属加,热出现的缺陷，获得较高的精度和表面质量，并能提高工件的强度和硬度。但冷锻变形抗力大，需用较大吨位的设备，多次变形时需增加再结晶退火和其它辅助工序。,锻造流线,锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，这样热锻后的金属组织就具有一定的方向性，通常称为锻造流线，又叫纤维组织。,锻造纤维组织的形成使金属产生各向异性： 锻件纵向（平行于纤维方向）上的塑性和韧性增加，而在横向（垂直于纤维方向）的则下降。,纤维的合理分布,在设计和制造零件时：,尽量使零件工作时的,最大正应力与纤维方,向一致。,使切应力或冲击力,与纤维方向垂直，,使纤维组织的分布尽,可能与零件的外形轮,廓相符合而不被切断。,(a),(b),(c),纤维组织的稳定性很高，不能用热处理方法消除，只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。,四、金属的锻造性能,是指金属经受锻压加工时成形的难易程度的工艺性能。其优劣常用塑性和变形抗力综合衡量。塑性高、变形抗力小则