成型技术基础1研究内容.ppt

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,*,研究内容,液态成形,塑性成形,粉末冶金成形,非金属材料成形,发展趋势,精密成形技术,复合成形技术,快速成形技术,计算机辅助设计与制造技术,计算机数值模拟技术,一、主要研究,1、各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造的应用和相互联系。,2、金属机件的加工工艺性和结构工艺性。,3、常用金属材料性能对加工工艺的影响。,4、工艺方法的综合比较。,二、基本要求,1、了解常用金属材料的一般性质、应用范围和选择原则。,2、初步掌握各主要加工方法的实质、工作原理、具有选择加工方法的基本知识,3、初步掌握零件的结构工艺性和常用材料的工艺性。,绪 论,矿石,冶炼,生铁锭,钢锭,炼钢,压力,钢材,压力、焊,毛坯,压力、铸,铸造,毛坯,切削加工,车、铣、磨,零件,机器,钳工,热处理,一台机器的制造过程,热加工：铸造、锻造、焊接。（热处理）,冷加工：车床、铣床、钻床、刨插床、磨床、镗床、拉床、锯床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、其它机床。,金属材料的主要性能,使用性能：反映金属材料在使用过程中所表现的特性。物理、化学、机械（力学）,工艺性能：反映金属材料在加工过程中所表现的特性。可锻性、可铸性、可焊性、可切削性。,铸造生产有：,砂型铸造,特种铸造（熔模、金属型、压力.）,铸造缺点：,(1)铸件力学性能特别是塑性与冲击性能低于塑性成形件。,晶粒粗大,组织不均匀,致密性差;,易出现缩孔、缩松、气孔、沙眼、偏析等缺陷。,(2)铸造工序多，难以精确控制，铸件质量不稳定。,(3)砂型铸造劳动条件差。,(4)铸件大多为毛坯件。,影响充型能力的主要因素：,一、合金的流动性,、流动性的概念,指熔融合金自身的流动能力。,流动性愈好，利于浇铸出轮廓清晰薄而复杂的铸件。利于非金属夹杂物和气体的上浮排出。利于补缩。,流动性好，充型能力强，易于获得尺寸准确、外形完整和轮廓清晰的铸件,流动性不好，充型能力差，铸件易产生浇不到、冷隔、气孔和夹杂等缺陷,、流动性的测定,、影响流动性的因素,合金种类,化学成分,二、浇注条件,1.浇注温度,2.充型压力,三、铸型填充条件,、铸型材料（铸型蓄热系数）,、铸型温度，,、铸型的发气和透气能力,四、铸件结构,1、折算厚度；,铸件体积与铸件表面积之比,2、复杂程度,1.1.2.2 液态金属的凝固与收缩,一、铸件凝固方式,按凝固区的宽窄来划分：,逐层凝固凝固过程中不存在凝固区，断面上由一条界线分开液、固体。,糊状凝固液、固相并存的凝固区 贯穿整个界面。,中间凝固介于逐层凝固和糊状凝 固之间。,二、铸造合金的收缩,铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现象。,1.液态收缩,2.凝固收缩,3.固态收缩,体收缩,影响收缩的因素：,化学成分、浇注温度、铸件结构与铸型条件,（）缩孔：,合金的液态收缩和凝固收缩导致铸件最后凝固的部位出现的集中孔洞。,（）缩松：,合金的液态收缩和凝固收缩导致铸件凝固的部位出现的分散细小孔洞。,缩孔和缩松会减小铸件有效承载面积，引起应力集中，力学性能、气密性下降,、缩孔和缩松的防治,热节、浇口、冒口、冷铁,控制冷却速度和凝固顺序形成定向凝固。,1.1.2.3液态成形内应力、变形与裂纹,一、内应力的形成,、热应力：由于铸件各部分冷却速度不同以致在同一时间内铸件各部分收缩不一致，导致相互约束而引起的内应力。,热应力使：,厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。,、机械应力：铸件在固态收缩时，受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的内应力。,三、铸件的变形与防止,同时凝固，反变形，自然时效,四、铸件的裂纹与防止,、热裂：高温下形成的裂纹。裂纹短，缝隙宽，形状曲折缝内呈 氧化色,）冷裂：低温下形成的裂纹。裂纹细小，呈连续直线状，缝内呈 轻微氧化色。,五、合金的吸气性,气孔:液态合金中吸入了气体,若在其冷凝过程中不能逸出,滞留在金属中则冷凝后在铸件内形成的空洞,、侵入气孔,位于铸件表面，尺寸较大，是椭园型或梨型。,、析出气孔,溶解在金属液中的气体在冷凝过程中，因气体溶解度下降而析出，铸件因此而形成的气孔。,气孔尺寸较小，分布面积较广。,、反应气孔,液态金属与铸型材料芯撑冷铁或熔渣之间发生 化学反应产生气体而形成的气孔。,种类甚多，形状各异,1.1.2.4液态成形件的质量与控制,一、铸件缺陷名称及分类,、孔眼：气孔、缩孔、缩松、渣眼、砂眼、铁豆,、裂纹；热裂、冷裂,、形状、尺寸和重量不合格：多肉、浇不足、落砂、抬箱、偏芯、变形等。,、表面缺陷：粘砂、夹砂、冷隔,、成分、组织和性能不合格：化学成分不合格、金相组织不合格、偏析、过硬（白口）、物理、力学性能不合格。,二、质量控制措施,、合理选定铸造合金和铸件结构,、合理制定铸件的技术要求,、模样质量检验,、铸件质量检验,、铸件热处理,1.1.3 铸件的生产工艺简介,1.1.3.1 铸铁件生产,灰铸铁的孕育处理,灰铸铁件的生产特点,可锻铸铁件的生产特点,球墨铸铁件的生产特点,蠕墨铸铁件的生产特点,1.1.3.2 铸钢件生产,1、铸钢的类别和性能,2、铸钢件的铸造工艺特点,3、钢的熔炼,1.1.3.3 非铁合金铸件生产,1、铸造铜合金,2、铸造铝合金,3、铜、铝合金铸件的生产特点,1.2 金属的液态成形工艺,1.2.1 砂型铸造,砂型成型工艺：怎样用型砂制作砂型的型腔。,分型面：砂箱间的接触表面。,每块砂型的剖分面,分模面：整体模样的剖分面。,1、手工造型,整体模造型,分模模造型,挖砂造型,活块造型,三箱造型,地坑造型,造型材料,铸型的制造 （最重要工序）,应具备性能：,（1）强度,（2）透气性,（3）耐火性,（4）退让性,（5）可塑性,2、机器造型,机器造型主要将繁重的紧砂和精细的起模等主要操作实现机械化,、机器造型基本原理,1）紧砂方法：,压实式、震实式、震压式、抛砂式、射压式,2）起模方式：,顶箱式起模、漏模式起模、翻转式起模,机器造型的工艺特点,优点：生产率高、尺寸精度、表面质量好，劳动条件改善。,缺点：投资大，不适合三箱、活块造型。,1.2.2 特种铸造,1、金属型铸造,一 、金属型构造,二、金属型的铸造工艺,1 喷刷涂料 金属型的型腔和金属表面必须喷刷涂料,2 金属型应保持一定的工作温度 通常铸铁件为250350度,非铁金属件100250度,3 适合的出型时间 通常小型铸铁出型时间为1060S,铸件温度约为780950C,三、金属型铸造的特点和适用范围,金属型铸造可“一型多铸”,便于实现机械化和自动化生产,提高生产率.,铸件的精度和表面质量比砂型铸造显著提高.,金属型铸造主要用于铜,铝合金铸件的大批生 产,如铝活塞,气缸盖,油泵壳体,铜瓦,衬套,轻工业品.,2、熔模铸造,一 熔模铸造的工艺过程,1 蜡模制造,(1)压型制造,(2)蜡模的压制,(3)蜡模组装,二、型壳制造,它是在蜡模组上涂挂耐火材料,以制成具有一定强度的耐火型壳的过程.,(1)浸涂料,（2）撒砂,（3）硬化,三、烘培和浇注,（1）焙烧 为了进一步去除型壳中的水分残腊及其它杂质，在金属浇注之前必须将型壳送入加热炉内加热到800-1000度进行焙烧.,(2)浇注 为提高合金的充型能力,防止浇不足和冷隔缺陷,要在焙烧后趁热(600-700度)进行浇注.,四、熔模铸造的特点和适用范围,熔模铸造有如下优点:,(1)由于铸型精密,型腔表面极为光洁,故铸件的精度及表面质量均优,(2)由于型壳用高级耐火材料制成,故能用于生产高熔点的黑色金属铸件.,(3)生产批量不受限制,除适用于成批大量生产外,也可用于单件生产.,熔模铸造的主要缺点是:,(1)原材料价格昂贵.,(2)工艺过程复杂.,(3)生产周期长(4-15天),(4)铸件成本高,3、压力铸造,一 压力铸造的工艺过程,卧式压铸机的工作过程:,(1)注入金属,(2)压铸,(3)取出铸件,二 压力铸造的特点和适用范围,有如下优越性:,1、铸件的精度及表面质量较其他铸造方法均高,2、可压铸形状复杂的薄壁件,或直接铸出小孔,螺纹,齿轮等,3、铸件的强度和硬度都较高.,4、压铸的生产率较其他铸造方法均高.,不足之处:,(1)压铸设备投资大,制造费用高,周期长,只有在 大量生产条件下经济上才合算.,(2)压铸高熔点合金(如铜、钢、铸铁时),压型寿命 很低,难以适应.,(3)由于压铸的速度极高型腔内气体很难排除厚壁处的收缩也很难补缩,致使铸件内部常有气孔和缩松.,(4)由于上述气孔是在高压下形成的,热处理加热时孔内气体膨胀将导致铸件表面气泡,所以压铸件不能用热处理方法来提高性能.,4、低压铸造,低压铸造是介于重力铸造（如砂型铸造,金属型铸造）和压力铸造之间的一种铸造方法.,一 低压铸造的基本原理:,(1)充型压力和充型速度便于控制,故可适应各种 铸型,如金属型,砂型,熔模型壳,树脂型壳等.,(2)铸件组织较砂型铸造致密,对于铝合金铸件针 孔缺陷的防止效果尤为明显.,(3)由于省去了补缩冒口,使金属的利用率提高到9098.,(4)由于提高了充型能力,有利于形成轮廓清晰,表面光洁的铸件.,此外,设备较压铸简单,投资较少,.,二 低压铸造的特点和适用范围,5、离心铸造,将液态合金浇入高速旋转的铸型,使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶,这种铸造方法称作离心铸造.,一、离心铸造的基本方式,离心铸造必须在离心铸造机上进行.,立式离心铸造机,卧式离心铸造机.,二、离心铸造的特点和适用范围,具有如下优点:,(1)利用自由表面生产圆筒形或环形铸件时,可省去型芯和浇注系统,因而省工,省料,降低了铸件成本.,(2)在离心力的作用下,铸件呈由外向内的定向凝固,而气体和熔渣因密度较金属小,则向铸件内腔(即自由表面)移动而排除,故铸件极少有缩孔,缩松,气孔,夹渣等缺陷.,(3)便于制造双金属铸件.,离心铸造的不足之处:,(1)依靠自由表面所形成的内孔尺寸偏差大,而且内表面粗糙,若需切削加工,必须加大余量.,(2)不适于密度偏析大的合金及轻合金铸件,如铅青铜,铝合金,镁合金等.,此外,因需要专用设备的投资,故不适于单件,小批量生产.,6、陶瓷型铸造,陶瓷型铸造是以陶瓷作为铸型材料的一种铸造方法.,1 基本工艺过程,(1)砂套造型,(2)灌浆与胶结,(3)起模与喷烧,(4)烘烧与合箱,(5)浇注,2 陶瓷型铸造的特点及适用范围,(1)陶瓷型铸造具有熔模铸造的许多优点.,(2)陶瓷型铸件的大小几乎不受限制,如铸件重量可从几千克到数吨,而熔模铸件最大仅几千克.,(3)在单件,小批量生产条件下,需要的投资少，生产周期短,在一般铸造车间较容易实现.,7、实型铸造,1、泡沫塑料模,发泡成型 加工成型,2、铸造工艺,3、特点,没有分型面,简化工艺设计,尺寸精度好,8、挤压铸造,又称液态模锻，由压射冲头直接挤压铸型内的定量金属液，冷却凝固成形，并拌有一定塑性变形,9、液态挤轧,用于一次成形管、棒、板等型材,1.2.3金属液态成形方法的合理选择,表,1.3液态成形金属件的工艺设计,1.3.1铸造成形的方案选择,一、浇注位置选择原则,浇注时铸件所处的空间位置。,（如何放置铸件）,二、铸型分型面的选择原则,、应使造型工艺简化。,尽量采用平直分型面,尽量减少分型面数目,避免不必要的活块和型芯。,砂垛,、尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱,以保证零件的位置精度。,型芯 加工基准,3、尽量使型腔及主要型芯位于下砂箱,以便于造型、下芯、合箱和检验铸件的壁厚。,吊芯 吊砂,三、浇注位置与分型面的关系,一般先确定浇注位置、再选分型面。相互关照选择最佳。一优先保证铸件质量为主，兼顾造型、下芯、合箱及清理等操作便利为辅,平做立浇,1.3.2 工艺参数的确定,一、机械加工余量和最小铸孔,二、铸造收缩率,三、拨模斜度及铸造圆角,四、型芯头及芯座,五、浇注系统设计,引导金属液流入铸型型腔的一系列通道的总称。,外浇口：承接金属液并将其平稳地导入直浇道。,直浇道：产生静压力、调速。,横浇口：分配金属液，阻挡熔渣。,内浇口：控制金属液的速度与方向。,冒口：铸型中设置的一个储存金属液的空腔,六、铸造工艺图：把一确定的工艺设计内容用各种工艺符号描绘在零件图上的图样。,1、在零件图上找出加工表面，绘红色平行线以示加工余量，并标注出加工余量数值。,2、尺寸小于30 50的不铸出孔或其他结构，剖面涂红以表示实体，投影视图画“”，表示不铸出。,3、取分型面投影为线的视图一端适当延长，绘出分型、分模符号，标注浇注位置。,4、标注出浇口、冒口位置，其结构另画图。画冷铁形状与尺寸示意图。,5、画出型芯轮廓、芯头形状、标注尺寸、间隙。型芯数量多事要编号，复杂型芯标注出填砂、吊芯、出气方向。,6、审查机械加工或铸造工艺要求，绘出工艺凸台、工艺肋等结构。,7、以上内容完成后进行复查。,七综合分析举例,1.4液态金属成形件的结构设计,一铸件结构与铸造工艺的关系,、尽量避免铸件起模方向存有外部侧凹，以便于起模。,、尽量使分型面为平面,、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,、尽量不用或少用型芯,、应有足够的芯头，以便于型芯的固定、排气和清理,二铸件结构与合金铸造性能的关系,、合理设计铸件的壁厚。,、铸件的壁厚应尽可能均匀。,、铸件壁的联接。,、防裂筋的应用。,、减缓筋、辐收缩的阻碍。,第2章 金属的塑性成形,塑性变形:材料断裂前发生的不可逆的永久变形。,金属在外力作用下，使其内部产生应力，当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服极限以后，外力停止作用，金属的变形也并不消失。,2.1 金属塑性成形的工艺基础,2.1.1金属塑性成形的工艺种类,金属的压力加工,利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法。,轧制、拉拔、挤压、,锻造（自由锻 模锻）、板料冲压,轧制：金属坯料在两个回转轧辊的空隙中受压变形，以获得各种产品的加工方法,拉抜：金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法,挤压：金属坯料在挤压模内被挤出模孔而变形的加工方法,锻造：金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的加工方法,自由锻 模锻,板料冲压：金属坯料在冲模间受外力作用而产生变形或分离的加工方法,塑性成形优点：,(1)组织细化致密、力学性能提高。,(2)体积不变的材料转移成形，材料利用率高。,(3)生产率高，易机械化、自动化。,(4)制品精度较高。,塑性成形缺点：,(1)不能加工脆性材料,(2)难以加工形状特别复杂（特别是内腔）、体积特别大的制品,(3)设备、模具投资费用高,2.1.2金属变形过程中的组织与性能,理想的单晶体,晶体内部产生滑移,弹性变形,塑性变形,等轴晶粒,1.冷变形后金属的组织与性能,(1)晶格沿变形最大的方向伸长，性能趋向各向异性。,(2)晶粒破碎，位错密度增加，产生冷变形强化,加工硬化（冷变形硬化、冷作硬化）,金属变形后，强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。,(3)晶粒择优取向，形成变形织构。,(4)残余内应力。,2.冷变形后金属在加热时组织与性能的变化,回复,回复温度：T,回,=(0.250.3)T,熔,再结晶,再结晶温度:T,再,=0.4T,熔,T,回,、T,熔,、T,再,分别是绝对温度表示的金属,回复、熔化、再结晶温度,塑性变形分为冷变形和热变形,冷变形：在再结晶温度以下的变形。,热变形:在再结晶温度以上的变形。,3.热变形后金属的组织与性能,（1）金属的致密度提高,（2）组织细化，力学性能提高,（3）出现锻造流线，金属性能呈现异向性,金属在压力加工产生塑性变形时，其晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们沿变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫作纤维组织。,应使零件在工作中产生的最大正应力方向与纤维方向重合，最大剪应力方向与纤维方向垂直。,变形程度用,锻造比：,Y拔=F0/F,Y镦=H0/H,2.1.3 合金的锻造性及影响成形的因素,可锻性,是衡量材料在经受压力加工时获得优质零 件难易程度的工艺性能。,影响因素,一.金属的本质,1.化学成份的影响,2.金属组织的影响,二、加工条件,1.变形温度的影响,2.变形速度的影响,3.应力状态的影响,4.坯料表面质量,2.2 金属塑性成形的工艺方法,2.2.1自由锻,定义：利用冲击力或压力使金属在抵铁间中产生变形，从而获得所需形状及尺寸的锻件的工艺方法。,金属在上下砧之间受压（冲击力或静压力）后，在非受力方向自由流动塑性变形，获得锻件,(1)适于多品种、单件、小批生产,(2)自由锻是大型锻件的唯一锻造方法，如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆、大型重要齿轮等,一、锻造方法,分类：手工锻造和机器锻造,所用设备分类：分为锻锤类、水压机、机械压力机三类,二、自由锻的基本工序,使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以达到所需形状和尺寸的工艺过程。,生产中常采用的有,镦粗：使坯料高度减小、横截面增大的工序。,拔长：使坯料横截面减小、长度增大的工序。,冲孔：使坯料具有通孔和盲孔的工序。,弯曲：使坯料轴线产生一定曲率的工序。,扭转：使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的工序。,错移：使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序。,切割：分割坯料或去除余量的工序。,锻接：两件坯料连接成一体的工序。,2.2.2 模膛锻造,定义:在高强度金属锻模上，预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压成形，从而获得锻件的工艺方法。,按使用的设备分类：锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻等。,2.2.2.1 模锻分类,1、开式模锻,2、闭式模锻,3、多向模锻,2.2.2.2 锤上模锻锻模结构,锻模结构,模膛根据其功用不同可分为模锻模膛和制坯模膛,1、制坯模膛,（1）拔长模膛,（2）滚压模膛,（3）弯曲模膛,2、模锻模膛,（1）预锻模膛：作用是使坯料变形到接近锻件的形状和尺寸,圆角和斜度较大,没有飞边槽,形状简单或批量不大时可不用预锻模膛,（2）终锻模膛：作用是使坯料变形到所要求的形状和尺寸,形状应和锻件的形状相同,沿模膛四周有飞边槽,具有孔的锻件会留有冲孔连皮,与自由锻比较有如下优点：,1、生产率高。,2、模锻尺寸精确，加工余量小。,3、可以锻造出形状比较复杂的锻件。,4、可以节省金属材料减少切削加工工作量。,、曲柄压力机上模锻,、摩擦压力机上模锻,2.2.2.3 胎模锻,在自由锻设备上使用胎膜生产锻件的方法,胎膜的种类：扣模、筒模、合膜,胎模锻与自由锻比较有以下特点：,(1)胎模锻件的形状和尺寸基本与锻工技术无关，靠模具保证，对工人技术要求不高，操作简便，生产率较高,(2)胎模锻造的形状准确，尺寸精度较高，因而敷料少，加工余量小,(3)胎模锻件在胎模内成形，锻件内部组织致密纤维分布更符合性能要求,胎模与模锻比较有以下特点：,(1)胎模锻造不需采用昂贵设备，并扩大 了自由锻设备的生产范围,(2)胎模锻造工艺操作灵活，可以局部成 形,(3)胎模是一种不固定在锻造设备上的模具，结构较简单，制造容易，且周期短,2.2.4 锻造工艺及结构设计,一.绘制锻件图,1、余块（敷料）为了简化锻件形状、便于进行锻造而增加的一部分金属。,2、锻件余量 在零件的加工表面上增加 供切削加工用的金属。,3、锻件公差 锻件名义尺寸的允许变动 量。,、分模面：上下锻模在模锻上的分界面,、模锻斜度：模锻件上平行于锤击方向的斜度,、模锻圆角半径：模锻件上所有两平面的交角。,、冲孔连皮：模锻时无法冲通那部分金属。,、台阶：其直径大于相邻部分的直径的那段轴。,、凹档：其直径小于相邻部分的直径的那段轴。,、法兰：长度小于直径的0.5倍，且其直径大于相邻部分直径的1.5倍时的台阶。,二.坯料质量及尺寸计算,尺寸计算公式,G,坯料,=G,锻件,+G,烧损,+G,料头,三、锻造工序的确定,长轴类模锻件,短轴类模锻件,四、锻造工艺规程中的其他内容,锻造温度范围、加热规范、冷却规范、锻造设备,2.2.4.3 锻件的结构设计,1.锻件上具有锥体或斜面的结构，从工艺角度衡量是不合理的，应,改斜为平。,2.锻件由数个简单几何体构成时，几何体的交接处不应形成空间曲线，应,改曲为直。,3.锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面，应加厚去筋，,改凸为平。,4.锻件的横截面积有急剧变化或形状较复杂时，应化整为零设计成由几个简单件构成的组合体部件，每个简单件锻制成形后再用焊接或机械连接方式构成整体零件。,2.3 薄板冲压成型工艺,定义：利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。,冷冲压,用途：板料冲压广泛应用于制造金属成品的工业部门。在汽车、航空、电器、仪表及国防等工业中占有极重要的地位,特点：,可冲复杂零件，且废品少,表面质量、互换性好,操作简单、工艺过程便于机械化、自动化，生产率高。,2.3.1 冲压成形基本工序,2.3.1.1分离工序,使坯料的一部分与另一部分相分离的工序。,一、落料及冲孔(统称冲裁),冲落部分为成品，周边为废料。,冲落部分为废料，周边为成品。,2、凸凹模间隙,Z=m,断面质量,模具寿命,卸料力,冲裁力,尺寸精度,1、冲裁变形过程,3、凸凹模刃口尺寸的确定,落料时：,最小零件尺寸凹模刃口尺寸,凸模刃口尺寸凹模刃口尺寸Z,冲孔时：,最大零件尺寸凸模刃口尺寸,凹模刃口尺寸凸模刃口尺寸Z,4、冲裁力计算,F=KL,F:冲裁力 N,K:系数,L:冲裁件周边长度 mm,:坯料厚度 mm,：材料抗剪强度MPa,5、冲裁件的排样,修整：利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉存留的剪裂带和毛刺。,三.切断：用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行,分离的工序。,2.3.1.2 变形工序,使坯料的一部分相对于另一部分产生位移 而不破裂的工序。如拉深、弯曲、翻边等,一、拉深:,利用模具使坯料变形成开口空心零件的工序,1、拉深过程,拉深系数,2、拉深,中的,废品,凸凹模的圆角半径,凸凹模间隙,拉深系数,润滑,二、弯曲：,坯料的一部分相对于另一部分弯曲 成一定角度的工序,三.翻边：在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。,四.成型：利用局部变形使坯料或半成品改变 形状的工序。,2.3.2 冲模的分类及结构,一、简单冲模,二、连续冲模,三、复合冲模,2.3.3 冲压形成件的结构工艺性,一、冲压件的形状及尺寸,1、对落料件和冲孔件的要求,2、对弯曲件的要求,3、对拉深件的要求,二、简化工艺及节省材料的设计,三、冲压件的厚度,第3章 材料的连接成形,金属连接的形式,可拆卸连接：螺栓、键、楔,不可拆卸连接：铆接、焊接、胶接,铆接、焊接比较,节约金属、密封性好、质量高、简化修理工作、生产力高。,3.1 焊接成形,3.1.1 慨述,定义：将两块分离的金属用加热或加压，或既加热又加压的方法，使其借助于原子间的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来的工艺过程。,距离,污染与氧化层,用途：船舰、高炉壳体、压力容器、建筑构架和车厢等都是用焊接方法制造的。,种类：,液相、固相、固液相,按焊接过程的特点分为熔化焊、压力和钎焊三大类。,其中应用最普遍的是熔化焊中的电弧焊。,3.1.2 焊接成形工艺基础,3.1.2.1 焊接电弧,焊接电弧是在具有一定电压的电极与工件之间的气体介质中，产生的强烈而持久的放电现象。,焊接设备,电弧的静特性：电弧在稳定燃烧下，其电流与电压的关系。,欧姆定律 V=IR,电弧柔性电阻,外特性：电源的负载特性。电源供给的电流与电压的关系。,陡降的外特性,I,V,5mm,2mm,3.1.2.2 焊接冶金过程及特点,一、焊接过程,熔池视作一微型冶金炉，但冶炼条件差：,(1)温度高，反应快，氧化、吸气、金属蒸发烧损严重,(2)熔池小，冷速快，冶金反应不充分，排气去渣来不及,易产生气孔、夹渣、裂纹、脆性、力学性能下降等缺陷,保证焊缝质量措施：,(1)使熔池与空气隔开，保护熔池,(2)加脱氧剂，脱氧造渣,(3)增添有益合金元素，补偿烧损,3.1.2.3 电焊条,焊条的组成：,由焊条芯和药皮组成,焊条芯作用：,1、导电,2、填充焊缝,质量要求高，特殊冶炼而成,2、焊条药皮,保证焊缝金属质量的主要因素,作用：,(1)稳定电弧 添加钾、钠、锑使其易电离，以增加导电性,(2)造气 防止空气的有害影响,(3)造渣 使金属与空气隔离，保证液态金属不被氧化、氮化；使焊缝金属缓冷，减少焊接应力；保证脱氧，脱S、P、H。,(4)渗入合金元素,药皮的种类:分为酸性焊条和碱性焊条,手弧焊特点：,操作灵活，适应性强,生产力低，质量不稳,对工人技术要求高,3.1.2.4 焊接接头组织与性能,焊缝和热影响区统称焊接接头,焊缝区,熔合区很窄，仅0.10.4mm宽，组织极不均（部分铸态，部分过热），力学性能最差（塑性差、强度低、脆性大），属接头薄弱部位,过热区13mm宽，晶粒粗大，塑性、韧度差，也属性能最差部位,正火区1.24mm宽，晶粒均匀细小，塑性、韧度较高，是热影响区中力学性能最好的区域,部分正火区,即不完全重结晶区，晶粒大小不均，力学性能较正火区差,再结晶区只在焊前经过冷塑性变形（如冷轧、冷冲压等）的母材中出现，塑性提高,3.1.2.5 焊接应力与变形,一.产生的原因和典型示例,在焊接过程中对焊件进行局部的不均匀加热会产生焊接应力与变形,常见的几种基本形式：,(1)收缩变形,(2)角变形,(3)弯曲变形,(4)扭曲变形,(5)波浪形变形,二、减少焊接应力与变形的工艺措施,防止和减少焊接变形的工艺措施,(1)反变形法：,(2)选择合理的焊接次序：,(3)刚性夹持法：,(4)矫正法：,(4)矫正法：,3.1.3 熔焊,3.1.3.1埋弧焊,一、焊接过程,二、特点,1、生产率高,2、质量稳定,3、节省材料,4、改善了劳动条件,三、埋弧焊的焊丝与焊剂,四、埋弧焊工艺,3.1.3.2 氩弧焊,一、焊接过程,1、不熔化极氩弧焊,2、熔化极氩弧,3.1.3.3 二氧化碳气体保护焊,3.1.3.4 电渣焊,利用电流通过熔渣所产生的电阻热进行焊接的方法。,可焊接很厚的工件，不用开坡口。,3.1.4 压焊,3.1.4.1 电阻焊,一、点焊,分流现象,二、缝焊,三、对焊,3.1.4.2 摩擦焊,利用工件间相互摩擦产生的热量，同时加压而进行的焊接,.1.5 钎焊,一、硬钎焊,二、软钎焊,3.1.10 焊接技术的新进展,3.1.10.1真空电子束焊,以极高速电子流束冲击工件（将动能转变为热能）的焊接方法。,3.1.10.2 等离子弧焊接与切割,自由电弧：未受外界约束的电弧,机械压缩效应,热压缩效应,电磁收缩效应,3.1.10.3激光焊接,3.1.10.4扩散焊：,互相接触的表面，在高温高压下，被连接表面相互靠近，局部发生塑性变形，经过一定时间后，结合层原子间互相扩散而形成整体的可靠连接过程。,3.1.10.5爆炸焊,4.1切割,1、气割,2、等离子弧割,3、激光切割,4、高压水割,3.1.6 金属材料的焊接性,3.1.6.1焊接性的概念和评定方法,1、焊接性的概念：用来相对衡量金属材料在一定的焊接工艺条件下，获得优质接头的难易程度,评定标准：,(1)工艺可焊性 产生工艺缺陷的倾向,(2)使用可焊性 对使用要求的适应性,2、金属材料焊接性的评定方法,用碳当量来评定,定义：把各种元素都按相当于若干含碳量的办法总和起来。计算公式如下:,W(,c,)当量=W(,c,)+W(M,n,)/6+W(C,r,)/5+W(M,o,)/5+W(V)/5+W(N,i,)/15+W(C,u,)/15,根据经验：,(1)W(c)当量0.6%:淬硬倾向强，可焊性差需采用较高的预热温度和严格的工艺措施,小型抗裂试验法,试验法,3.1.6.2 碳钢和合金钢的焊接,一、碳钢的焊接,1、低碳钢的焊接(C0.25%,塑性好，无淬硬倾 向，可焊性好),(1)不需特殊工艺措施，一般也不需焊后热处理(板厚50mm除外),(2)可以用所有的焊接方法进行焊接,(3)焊条的选择应保证焊缝与母材等强度,2、中碳钢的焊接(C=0.250.6%,可焊性较差),(1)近缝区易产生淬硬组织及冷裂缝,(2)焊缝金属产生热裂纹倾向大。,3、高碳钢的焊接,与中碳钢相似，但可焊性更差只用于修补工作。应采用更高的预热温度，更严格的工艺措施，才可进行焊接,二、合金钢的焊接,低合金高强度钢焊接特点：,(1).热影响区的淬硬倾向大,(2).焊接接头的裂缝倾向大,3.1.6.3 铸铁的补焊,1.特点：铸铁的焊接性能差,(1)易形成白口组织，导致硬度高，焊后很难进行机械加工。,(2)焊接应力大易开裂,(3)易产生气孔(液固相温度较接近，凝固时间短，气体来不及逸出。),(4)铸铁流动性好，立焊时溶池金属易流失，故只适于平焊。因此铸铁一般用来焊补铸铁件，称为铸铁的焊补，按焊前是否预热可分为热焊法和冷焊法两大类。,3.1.6.4 非铁金属的焊接,一、铜及铜合金的焊接,1、导热性高，热量极易散失,2、易氧化，易开裂,3、吸气性强，成气孔,4、不易电阻焊,氩弧焊、气焊、钎焊等,二、铝及铝合金的焊接性,特点：,铝及其合金的焊接性较差，主要问题是易氢化和易形成气孔，有的铝合金还有热裂缝的产生和机械性能下降。,常用的焊接方法：,氩弧焊、气焊、点焊、缝焊和钎焊,3.1.7 焊接缺陷与检验,3.1.7.1焊缝常见缺陷,3.1.7.2焊接检验过程,1、焊前检验,2、生产过程检验,3、焊后检验,3.1.7.3焊接接头检验方法,1、破坏检验方法,2、非破坏检验方法,3.1.7.4 常用非破坏检验方法,1、外观检查,着色探伤,荧光探伤,磁粉探伤,2、密封性检查,煤油检验,气密性检验,水压检验,3、无损探伤,超声波探伤,激光全息探伤,3.1.8 焊接结构的工艺设计,3.1.8.1 焊接结构设计的步骤与内容,1、分析工作条件,提出性能要求,2、提出设计方案，优化设计,3、按照设计内容，分步进行设计,3.1.8.2 焊接结构材料的选择,1、尽量选用焊接性能好的材料,2、注重材料的冶金质量,3、尽量少用异种材料焊接,4、优先选用型材,5、合理选择材料的尺寸、形状和规格,3.1.8.3 焊接方法的选用,3.1.8.4焊接接头及坡口形式的确定,1、接头形式,3.1.8.5 焊缝的合理布置,1、焊缝布置应尽量分散,2、焊缝的位置应尽可能对称,3、焊缝布置应尽量避开最大应力断面和应力集中位置,4、焊缝布置应尽量避开机械加工表面,5、焊缝布置应便于焊接操作,3、接头过渡形式,4、其他焊接方法的接头与坡口形,3.2 材料的其它连接成形方法,3.2.1 胶接,3.2.2 机械连接,81 班作P183 3.21题,82 班作液化气罐题,各班长负责组织讨论，每班选出一个代表在课堂发言（必须做好PPT课件）。每个人须交讨论稿一份。,第4章 非金属材料的成形,4.1 高分子材料的成形,高分子材料可分为塑料、橡胶、合成纤维、胶粘剂、涂料等。,4.1.1 工程塑料的成形,塑料是以高分子化合物为主要组份，在一定温度和压力下可塑制成型，并在常温下保持不变的一类材料。,按受热时的行为可分为：,热塑性塑料,优点：易加工成型，力学性能较好。,缺点：耐热性和刚性较差,热固性塑料,优点：耐热性高，抗蠕变性强。,缺点：性硬而脆，力学性能不高,按功能和用途可分为：,通用塑料,指产量大，价格低，多用于一般工农业生产和日常生活之中的塑料。主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑料等六大品种。,工程塑料,通常是指力学性能较好，可代替金属材料制造工程构件的塑料。,特殊性能塑料,塑料制件的成型,注射成型,挤出成型,压制成型,浇注成型,吹塑成型,真空成型,4.2 陶瓷材料的成形,一般可分为以下三个阶段：,原料配制,批料成形,制品烧成,坯料成型：,是将混合好的坯料加工成一定尺寸、形状，并具有一定结构强度的半成品。,坯料成型方法有：,（1）可塑成型,（2）注浆成型,（3）压制成型,制品的烧成或烧结：,瓷化将干燥后的坯件加热到高温，使其进行一系列的物理化学变化而成瓷的过程。,烧成坯料瓷化后，开口气孔率较高，致密度较低时，称之为烧成。,烧结则是指坯料瓷化后的制品开口气孔率极低，而致密度很高的瓷化过程。,