工程材料及机械制造基础教案.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,*,第一章 铸造,第一节 慨述,一、定义 将固态金属炉料按零件所需技术要求熔炼成合金熔液，将液态合金浇注到具有与零件形状相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法，称为铸造。,二、分类,湿型 中、小铸件,手工,干型 大型铸件,1,、砂型铸造,低压、中压,机器,高压,2,、特种铸造,三、铸造生产的特点：,1,、可以铸造出内腔、外形很复杂的毛坯。,2,、工艺灵活性大。,3,、铸造成本较低。,4,、铸件的形状和尺寸与零件非常相近，因而节约金属，减少了切削加工的工作量。,铸造生产存在的主要问题：,1,、铸件笨重，增加了机器设备的重量。,2,、质量不稳定，废品率高。,3,、铸件表面质量不高，工人劳动条件较差。,第二节 金属的液态成形,一、铸件的凝固,合金从液态转变为固态的状态变化，称为凝固。,1,、铸件的温度场,2,、铸件的凝固区域,3,、铸件的凝固方式,二、液态合金的充型能力,铸造性能是表示合金铸造成形获得优质铸件的能力。通常用流动性、收缩性等来衡量。,1,、合金的流动性,（1）、流动性的概念,是指液态金属本身的流动能力。流动性不好时，铸件易产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣、缩孔、热裂等缺陷。,合金流动性的好坏，通常以螺旋形流动性试样的长度来衡量。,（2）、影响流动性的因素,1)合金性质方面的影响,共晶成分合金的流动性最好。合金的结晶间隔越宽，其流动性越差。,2)铸型和浇注条件,铸型的导热速度愈大或对金属液流动阻力愈大，合金的流动性越差。,在一定范围内，浇注温度愈高，流动性愈好。,3)铸件结构,当铸件壁厚过小，壁厚急剧变化，有大的水平面等结构时，都使金属液的流动困难。,2,、合金的收缩,（1）、收缩的概念,合金从液态冷却至常温的过程中，体积缩小的现象称为收缩。,1)液态收缩,缩孔、缩松形成的基本原因,2)凝固收缩,3)固态收缩 铸造应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因,（2）、缩孔和缩松,凝固结束后往往在铸件某些部位出现孔洞，大而集中的孔洞称缩孔；细小而分散的孔洞称缩松。,1)缩孔的形成,缩孔产生的基本原因是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值，且得不到补偿。,2)缩松的形成,基本原因相同，但主要出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件壁中。,3)影响缩孔、缩松形成的因素,a,、,合金的成分,b,、,浇注条件和铸型条件,c,、,铸件结构,4)缩孔和缩松的防止方法,a,、,按照顺序凝固原则进行凝固,b,、,合理确定内浇口位置及浇注工艺,c,、,合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施,（3）、铸造应力,铸件的固态收缩受到阻碍而引起的内应力称为铸造应力。,1)热应力,热应力是由于铸件壁厚不均，各部分收缩受到热阻碍而引起的，是一种残留铸造应力。,2)机械应力(收缩应力),铸件冷却到弹性状态以后，由于受到铸型、型芯和浇、冒口等的机械阻碍而产生的应力，称机械应力。机械应力一般都是拉应力，是一种临时应力。,3)减小和消除铸造应力的方法,a,、,同时凝固原则,b,、,采取相应的工艺措施,c,、,合理设计铸件结构,d,、,去应力退火,（4）、铸件的变形,当残留铸造应力超过铸件材料的屈服极限时，往往产生翘曲变形。,前述防止铸造应力的方法，也是防止变形的根本方法。,（5）、铸件的裂纹,1)热裂 是在凝固末期高温下形成的裂纹。防止热裂的方法是使铸件结构合理。,2)冷裂 是铸件处于弹性状态即在低温时形成的裂纹。,冷裂往往出现在铸件受拉应力部位，特别是有应力集中的地方。,防止冷裂的方法是尽量减小铸造应力。,三、合金的铸造性能对铸件结构的要求(见表1-,5,),（,6,）、铸件中的气体,1,）侵入性气体,2,）析出性气体,3,）反应性气体,第三节 砂型（芯）制造,一、手工造型,手工造型时，紧砂和起模是用手工来进行的，其操作灵活、适应 性强、模型成本低、生产准备时间短，但铸件质量较差，生产率低，且劳动强度大。因此，主要用于单件、小批生产。,1,、整模造型,2,、分模造型,3,、挖砂造型,4,、假箱造型,5,、活块造型,6,、刮板造型,7,、三箱造型,8,、地坑造型,9,、脱箱造型,二、机器造型,它可大大提高劳动生产率，铸件尺寸精确，表面光洁，加工余量小，改善工人劳动条件。在大批量生产中，铸件成本显著降低。,1,、震压造型,2,、微震压实造型,3,、高压造型,4,、射压造型,5,、空气冲击造型,6,、抛砂造型,三、造型生产线,将造型机和其它辅助设备按照铸件工艺流程，用运输设备联系起来，组成一套机械化、自动化铸造生产系统。,四、机器造芯,1,、热芯盒射芯机制芯,此法生产率很高，型芯尺寸精确，强度高，表面光洁。,2,、壳芯机制芯,壳芯强度更高，因型芯中空，故树脂耗量少，通气性很高。主要缺点是酚醛树脂的价格昂贵，固化时间长，生产率低，制芯时也有臭味产生,。,五、机器造型的工艺特点,机器造型是不能进行三箱造型的，同时也应避免活块，因为取出活块费时，使造型机的生产率显著降低,第四节 砂型铸件结构的工艺性,铸造工艺及其对铸件结构的要求,一、铸造工艺的设计,（一）、准备 主要依据,生产任务：,1,、零件结构特点,2,、合金牌号、金相组织、机械性能,3,、零件的工作条件,4,、生产批量,生产条件,1,、起重设备,2,、炉子的吨位和生产率,3,、造型设备,4,、工人的技术条件,5,、工艺装备制造能力,（二）、铸造工艺内容,工艺图 毛坯图 铸型装配图,铸造工艺图中应表示出：,1,、浇注位置,2,、分型面,3,、型芯的数量、形状、尺寸及固定方法,4,、机械加工余量、拔模斜度和收缩率,5,、浇口、冒口、冷铁的尺寸和位置等,二、浇注位置和分型面的选择,1,、浇注位置和分型面的概念,铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型腔内所处的空间位置。铸件的分型面是指分开铸型便于取模的接合面。,2,、浇注位置和分型面的选择原则,（见表,16,1-7,）,三、铸造工艺参数的确定,1,、铸造收缩率,L,模,L,件,铸造收缩率,K=,100,L,件,式中：,L,模-模样尺寸，,L,件-铸件尺寸,2、加工余量,灰口铸铁件表面较平整，加工余量小；铸钢件因浇注温度高，铸件表面不够平整，加工余量应比铸铁大；有色金属材料昂贵，铸件表面又光洁，所以加工余量比铸铁还小。,大批量生产，机器造型，加工余量小；,单件、小批量生产，手工造型，加工余量大。,3、起模斜度:,机器造型应比手工造型小；铸件的内壁应比外壁斜度大。,4、最小铸出孔和槽,一般说来，在单件、小批生产条件下，灰口铸铁件上直径小于30,mm,和铸钢件上直径小于50,mm,的孔可不铸出。,四、型芯设计,五、铸造工艺图的绘制,它是在零件图上以规定的红、蓝等色符号表示铸造工艺内容所得到的图形。它决定了铸件的形状、尺寸、生产方法和工艺过程。,1、分析铸件质量要求和结构特点,2、选择造型方法,3、选择浇注位置和分型面,4、确定工艺参数,5、设计型芯,6、设计浇、冒口系统,7、绘制铸造工艺图,六、铸造工艺对铸件结构的要求（见表1-,4,）,1-4铸铁件生产,铸铁是含碳量大于2.11%(通常为2.8-3.5%),含杂质比钢多的铁碳合金.,根据碳在铸铁中存在形式不同,可分为：,1、白口铸铁 碳主要以,Fe3C,形式存在,断口呈银白色.,2、麻口铸铁 一部分碳以,Fe3C,形式存在,另一部分碳以石墨形式存在,断口为灰白色相间.,3、灰口铸铁 碳主要以片状石墨形态出现,断口为暗灰色.,4、可锻铸铁 碳主要以团絮状石墨形态出现.,5、球墨铸铁 石墨大部分或全部呈球状,有时出现少量团絮状.,6、蠕墨铸铁 大部分石墨为蠕虫状.,一、铸铁的结晶过程和石墨化,1、一次结晶过程和共晶石墨化,一次结晶过程决定了石墨形态、分布特征和共晶团尺寸、数目.,2、二次结晶过程和共晶石墨化,二次结晶过程决定了铸铁的基体组织.,3、影响铸铁石墨化的因素,(1)化学成分,a,、,碳和硅 碳和硅含量过高,将形成强度甚低的铁素体灰口铸铁;反之,容易出现硬、脆的白口组织,并使熔化和铸造增加困难.,b,、,锰和硫 含,S,使铸铁具有热脆性,并使铸造性变坏.,Mn,能抵消,S,的有害作用.,Mn+SMnS,.,Mn+FeSFe+MnS,.,c,、,磷 含,P,过高,会增加铸铁冷脆倾向.,(2)冷却速度,铸铁的冷却速度主要取决于铸型材料和铸件的壁厚.,二、灰口铸铁,1、灰口铸铁的性能,(1)机械性能 抗拉强度低,塑性和韧性近于零,抗压强度,与钢相近,属脆性材料.,(2)减振性 石墨对机械振动起缓冲作用.,(3)耐磨性 灰口铸铁的耐磨性比钢好,适于制造导轨、衬套、活塞环等.4)缺口敏感性 缺口敏感性低.从而增加了零件工作的可靠性.,(5)工艺性能 不能锻造和冲压.可焊性较差,铸造性和切削加工性能好.,2、灰铸铁的分类,(1)普通灰铸铁,(2)孕育铸铁 提高灰口铸铁机械性能的有效方法是向铁水中冲入孕育剂,进行孕育处理,然后浇注,用这种方法制成的铸铁称为孕育铸铁.,3、孕育处理,(1)铁水中,C,、,Si,含量要低,(2)铁水出炉温度要高,(3)孕育剂 为含硅量75%的硅铁,加入量为铁水重量的0.2-0.,7,%.,(4)孕育处理的方法 孕育剂放在出铁槽中.,三、球墨铸铁,它是向出炉的铁水中加入球化剂和孕育剂而得到的球状石墨铸铁.,1、球墨铸铁的组织与性能,(1)铁素体球铁 塑性、韧牲好.,(2)珠光体球铁 强度、硬度高.,2、球墨铸铁件的生产特点,(1)铁水 制造球铁所用的铁水与灰口铸铁原则相同,但要有足够高的含碳量,低的硫、磷含量,有时还要求低的含锰量.,(2)球化处理和孕育处理,球化剂:稀土镁合金 作用:使石墨呈球状析出.,加入量:为铁水重量的1.,3,-1.,8,%.,孕育剂:含硅量为75%的硅铁.,作用:促进石墨化,防止球化元素所造成的白口倾向.同时通过孕育还可使石墨球圆整、细化,改善球铁的机械性能.,加入量:为铁水重量的0.4-1.0%.,(3)铸型工艺,球铁较灰铁容易产生缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷,因而在工艺上要求较为严格.,四、可锻铸铁,可锻铸铁又称玛钢或玛铁,它是将白口铸铁经石墨化退火而成的一种铸铁.,抗拉强度得到提高,有高的塑性和韧性.,1、可锻铸铁的牌号和应用,(1)黑心可锻铸铁的牌号用“,KTH”,代表,后面的两组数字分别表示其最低抗拉强度和延伸率.,塑性、韧性好.耐磨性较高.,(2)珠光体可锻铸铁用“,KTZ”,代表,后面数字含义与前相同.强度、硬度较高,并可通过淬火等 热处理来强化.,2、可锻铸铁的生产特点,用碳硅含量均较低的铁水浇注出白口铸铁坯料,将清理后的白口坯料叠放于退火箱中,将箱盖,用泥封好后送入退火炉中,缓缓地加热到920-980,C,的高温,保温20-30小时,并按规范冷却到室温.石墨化退火的总周期一般为40-70小时.,五、蠕墨铸铁,1、性能 突出优点是导热性优于球铁,而抗生长和抗氧化性较其它铸铁均高.此外,它的耐磨性优于孕育铸铁及高磷耐磨铸铁.,2、制取 蠕化剂:稀土镁钛、稀土镁钙合金或镁钛合金.,加入量:为铁水重量的1-2%.,它的铸造性能接近灰铁,缩孔、缩松倾向比球铁小,故铸造工艺较简便.,3、应用 适于制造工作温度较高或具有较高温度梯度的零件,如大型柴油机气缸盖、制动盘、钢锭模、金属型等.,还可制造形状复杂的大铸件,如重型机床和大型柴油机机体等.,1-5铸钢件和有色合金铸件生产,一、铸钢件生产,流动性差,主要用于强度、塑性、韧性要求较高的机件.,1、铸钢的种类,(1)碳素铸钢 常用于制造机器零件的铸钢主要是含碳量为0.25-0.45%的中碳钢.低碳钢熔点高,铸造性能差,.,高碳钢熔点,低,铸造性能较中碳钢好,但塑性,韧性差,仅用于少量耐磨件,.,(2)合金铸钢 低合金铸钢中合金元素总量10%.加入合金元素后,铸钢的强度、耐磨性和耐热性都明显提高,因而能减轻铸件重量,节约钢材,提高铸件使用寿命.,2、铸钢的铸造工艺特点,钢的铸造性能差;熔点高,钢液易氧化;流动性不好,收缩大.因此,铸造困难,常出现各种铸造缺陷.如易形成缩孔、气孔、裂纹和粘砂等缺陷.,(1)对型砂性能要求较高;,(2)铸型工艺上大多采用顺序凝固原则;,(3)必须严格掌握浇注温度(1500-1650C),3、铸钢件的热处理,热处理是生产铸钢件的必要工序,因为铸态钢件晶粒粗大,组织不均,且常存有残余内应力,致使铸件的强度,特别是塑牲和韧性不够高,铸钢件必须进行正火或退火.,二、有色合金铸件生产,1、铝合金铸件的生产,铝合金的最大特点是比重轻,熔点低,导电、导热性能优良,耐腐蚀性能好.,(1)铸造铝合金的分类、性能特点及应用,铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金等四大类.,(2)铝合金的铸造工艺特点,它一般在坩埚炉或电阻炉内熔炼.它在高温下的氧化和吸气能力很强.,它一般熔点低,流动性好,对型砂耐火性要求低,可采用细砂造型,以降低粗糙度.,对于铸造性能较差的铝镁合金和铝铜合金,应保证型砂和芯砂有足够的退让性.,2、铜合金铸件的生产,(1)铸造用铜合金,黄铜 铜和锌的合金,锌可提高塑性和强度.黄铜价廉,常用来制造耐腐蚀或耐磨件.,青铜 铜和锌以外的元素组成的铜合金.,锡青铜凝固收缩及线收缩率均低,不易产生缩孔,耐腐蚀性及耐磨性均比黄铜好,多用于制造壁厚不均匀,要求致密性不高的耐磨或耐腐蚀铸件.,(2)铜合金的铸造特点,铜合金熔化特点是金属料不与燃料直接接触,以便减少铜及合金元素的损耗,保持金属料的纯洁.,熔化青铜,常加熔剂(如玻璃、硼砂)以覆盖铜液,同时还常加入0.3-0.6%的磷铜,进行脱氧黄铜中的锌本身就是良好的脱氧剂,所以熔化黄铜时,不需加熔剂和脱氧剂.,1-6 特种铸造,特种铸造是指与普通砂型铸造有显著区别的一些铸造方法.,一、熔模铸造,它是用易熔材料制成模型,然后用造型材料将其包住,经过硬化,再将模型熔失,从而获得无分型面的铸型.由于熔模广泛采用蜡质材料来制造,故又称为“失蜡铸造”.,1、熔模铸造的特点和适用范围,(1)铸件的精度和表面质量较高,且可浇注形状复杂件.,(2)能够铸造各种合金铸件.,(3)生产批量不受限制,从单件、小批到大量生产.,(4)工艺过程较复杂、生产周期长,多用于小型零件.,二、金属型铸造,将液体金属浇入金属铸型以获得铸件的方法.又称永久型铸造.,1、工艺特点:由于金属型导热快,且没有退让性,因此,铸件易于产生浇不足、冷隔、裂纹等缺陷.,而灰口铸铁还常出现硬脆的白口组织.,(1)金属型预热 (2)刷涂料,(3)浇注温度,(4)开型时间,2、金属型铸造的特点和应用范围,(1)提高劳动生产率、改善劳动条件.,(2)提高铸件的机械性能,(3)铸件精度和表面质量较高,(4)节约金属和造型材料,(5)主要用于大批量生产有色金属铸件,三、压力铸造,是在高压下,快速地将液态或半液态金属压入金属型中,并在压力下凝固以获得铸件的一种工艺方法.,1、压力铸造的特点及应用范围,(1)可浇注出薄而复杂的精密铸件,并可直接铸出各种孔眼、螺纹和齿轮,且产品质量好.,(2)压铸的生产率比其它任何铸造方法都高得多,且易于实现生产的自动化和半自动化.,(3)零件成本低.,(4)主要适用于铝、镁、锌等有色金属.,(5)压铸件不能进行热处理.,四、低压铸造,是介于重力铸造(如一般砂型、金属型铸造)和压力铸造之间的一种铸造方法.,1、特点,(1)适应性强,可用于各种铸型(金属型、砂型、树脂壳型、熔模型壳等),(2)浇注时压力较低,金属液充填平稳,减少了金属液对型腔的冲刷和飞溅.,(3)铸件组织致密.,五、离心铸造,将液体金属浇入高速旋转的铸型中,使金属在离心力作用下填充铸型和结晶,这种铸造方法称为离心铸造.,1、特点,(1)一般适用于回转体,可省去型芯和浇注系统.,(2)铸件结晶细密,无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷,机械性能好3)不足之处是铸出的内孔不准确,内表面质量比较差.,六、消失模铸造,用,泡沫塑料制造铸型后不取出模样，浇注时模样气化消失而获得铸件的方法称为,消失模铸造，也称实型铸造。,1,、特点和应用范围,优点,：（,1,）铸件尺寸精度高、表面粗糙度低。,（,2,）工序简单，缩短了生产周期，生产率高。,（,3,）节省投资，经济效果好。,（,4,）适应性广。,消失模铸造存在的主要问题是：,（,1,）铸件浪费较大。,（,2,）铸件易出现与泡沫塑料高温热解产物有关的缺陷。,（,3,）烟雾、气体对环境有污染。,七、各种铸造方法的比较,见表,1-19,第二章 锻 压,锻压(压力加工)是借助于外力的作用,使金属坯料产生塑性变形,从而获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的加工方法.,一、锻压加工的特点,1、能改善金属的组织、提高金属的机械性能.,2、可节约金属材料和切削加工工时,提高金属材料的利用率和经济效益.,3、具有较高的劳动生产率.,二、锻压加工的主要生产方式,1、轧制 2、挤压 3、拉拔 4、自由锻 5、模锻 6、板料冲压,2-1金属的塑性变形,一、金属塑性变形的实质,1、单晶体的塑性变形,单晶体是指原子排列方式完全一致的晶体.,(1)滑移 是晶体的一部分相对另一部分,沿原子排列紧密的晶面作相对滑动.,(2)双晶(孪晶)其特点是晶体在外力作用下,晶体内一部分原子晶格相对于另一部分原子晶格发生转动.,产生双晶变形所需要的切应力一般都高于产生滑移变形所需要的切应力.,2、多晶体的塑性变形,多晶体的塑性变形可分为晶内变形与晶间变形,晶粒内部的塑性变形称为晶内变形.晶粒之间相互移动或转动称为晶间变形.,大量实验结果表明,多晶体的塑性变形正是由于存在着晶界和各晶粒的位向差别,其变形抗力比同种金属的单晶体高得多,塑性变形的实质是由于外力在金属内所形成的较大应力，迫使组成金属的晶粒内部产生滑移,同时晶粒间也产生滑移与转动.,二、塑性变形对金属组织及性能的影响,金属在常温下经过塑性变形后,内部组织发生变化:,(1)晶粒沿变形最大的方向伸长;,(2)晶格与晶粒均发生扭曲,产生内应力;,3)晶粒间产生碎晶.,1、冷变形强化(加工硬化),这种随变形程度增加,强、硬度升高而塑性、韧性下降的现象,称为加工硬化.,2、回复和再结晶,随着温度的升高,使原子回复正常排列,消除晶格扭曲,这一过程称为回复.,T,回,=(0.25-0.30),T,熔,T,再,=(0.35-0.40),T,熔,随着温度的继续升高,将有新的晶粒代替原变形晶粒的过程称为金属的再结晶.此时,加工硬化全部消除.,3、冷变形和热变形,冷变形是指金属在其再结晶温度以下进行塑性变形.热变形是指金属在其再结晶温度以上进行塑性变形.,4、锻造流线(亦称纤维组织),铸锭中分布在晶粒边界上的杂质,随着晶粒的变形被拉长,而再结晶时金属晶粒形状改变,但杂质依然沿被拉长的方向保留下来,形成纤维形状,叫纤维组织.,三、金属的锻造性能,可锻性常用金属的塑性和变形抗力来综合衡量.,塑性越大,变形抗力越小,则可以认为金属的可锻性好.反之则差.,影响可锻性的因素:,1、金属的本质,(1)化学成分的影响,一般纯金属的可锻性比合金为好,(2)金属组织的影响,纯金属及其固溶体(如奥氏体)可锻性好.而碳化物(如渗碳体)可锻性差.,2、加工条件,(1)变形温度的影响,提高变形温度,改善金属的可锻性.,(2)变形速度的影响,变形速度即单位时间内的变形程度.,(3)应力状态的影响,三个方向中压应力数目越多,则塑性越好;拉应力数目越多,则塑性越差.,2-2常用的锻造工艺,一、自由锻 自由锻是将加热好的金属坯料,放在锻造设备的上、下抵铁之间,施加冲击力或压力,使之产生塑性变形,从而获得所需锻件的一种加工方法.,二、模锻 模锻是将加热后的坯料放在锻模模膛内,在锻压力的作用下迫使坯料变形而获得锻件的一种加工方法.,三、胎模锻 胎模锻是在自由锻设备上使用简单的非固定模具(胎模)生产模锻件的一种工艺方法.,2-3自由锻工艺,一、自由锻的工序,1、基本工序 是使金属产生一定程度的塑性变形,以达到所需形状及尺寸的工艺过程.,2、辅助工序 是为基本工序操作方便而进行的预先变形.,3、精整工序 是用以减少锻件表面缺陷的工序.,二、锤上自由锻工艺规程的制订,1、绘制锻件图 锻件图是以零件图为基础并考虑以下几个因素绘制而成的.,(,1)锻件余量 (2)锻件公差,(3)余块(敷料)余块是为了简化锻件形状,便于锻造而增加的一部分金属.,2、确定变形工步(见表2-7),3、计算坯料重量和尺寸 坯料重量可按下式计算：,G,坯料,=,G,锻件,+,G,烧损,+,G,料头,式中,G,坯料-,坯料重量,G,锻件-,锻件重量,G,烧损-,加热时坯料表面氧化而烧损的重量.第一次加热取被加热金属的2-3%,以后各次加热取1.5-2.0%.,G,料头-,在锻造过程中冲掉或被切掉的那部分金属重量.,4、选定设备 选定锻造设备的依据是锻件的材料、尺寸和重量,同时还要适当考虑车间现有的设备条件.,三、合金钢锻造特点,合金钢锻造与一般碳素钢相比有下列特点：,1、合金钢锭或轧制坯料的表面和内部缺陷较多,残余内应力较严重.,2、合金钢的锻造温度范围较窄.,3、合金钢的可锻性较差.,4、合金钢内部的偏析严重,高碳合金钢常具有冲击韧性很低的网状碳化物.,5、合金钢在锻造过程中易产生较大的内应力,故常进行工序间退火.,四、自由锻零件的结构工艺性,1、尽量避免锥面或斜面.,2、避免圆柱面与圆柱面相交.,3、避免椭圆形、工字形或其它非规则形状截面及非规则外形.,4、避免肋板和凸台等结构,5、截面有急剧变化或形状复杂的零件,可分段锻造,再用焊接或机械连接组成整体.,2-4锤上模锻工艺,一、模锻的变形工步和模锻模膛,1、模锻模膛,(1)终锻模膛 其作用是使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸.因此它的形状应和锻件的形状相同.,(2)预锻模膛 其作用是使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸.,预锻模膛和终锻模膛的区别是前者的圆角和斜度较大,没有飞边槽.,二,、模锻件图的制订,1、选定分模面,(1)锻件从模膛中能顺利取出,(2)最好把分模面选在使模膛具有最浅的深度上,(3)最好使分模面为一平面,(4)上下模腔外形力求一致,以便能及时发现错模,(5)应使零件上所加的余块最少,2、确定加工余量和锻造公差,模锻件加工余量和锻造公差比自由锻小得多.,3、模锻钭度,锻件上与分模面垂直的锻件表面必须附加斜度,这个斜度称为模锻斜度.,4、圆角半径,锻件上所有面与面的相交处,都必须采取圆角过渡,这样可增大锻件强度.,5、冲孔连皮,锤上模锻不能直接锻出通孔,孔内必须留有一定厚度的金属层,称为冲孔连皮.,S=48mm,三、变形工步的确定,短轴类锻件,锤击方向与坯料轴线同向,通常采用镦粗制坯和终锻成形.,长轴类锻件,锤击方向与坯料轴线垂直,这类锻件需采用拔长、滚挤等工步制坯.,四、坯料尺寸的计算,短轴类锻件坯料的体积(,V,坯,)可按下式计算：,V,坯,=(,V,锻,+,V,连,+,V,飞,)(1+,K,1,),式中,V,锻,-锻件体积,V,连-,冲孔连皮的体积,V,飞-,飞边的体积,按飞边槽容积的一半计算,K,1,-,烧损系数(见表2-,-5,),五、锻锤吨位的确定(见表2-1,4,),六、模锻件的精整,1、切边和冲孔 2、校正 3、精压,七、模锻零件的结构工艺性,1、锻件应具有合理的分模面.,2、与其它表面配合的面应留有余量,锻件上与分模面垂直的非加工表面,应设计有结构斜度.,3、锻件形状应力求简单.,4、应尽量避免窄沟、深槽和深孔、多孔结构.,5、在可能的条件下,应采用锻、焊组合工艺以减少余块、简化模锻工艺.,2-5 坯料的加热和锻件的冷却与热处理,一、坯料的加热,1、过热 当碳素钢加热到,GS,线以上再继续升温时,则晶粒随温度的升高开始长大,若超过一定温度,晶粒即剧烈长大,这种具有粗大晶粒的现象,叫做过热.,2、过烧 当金属被加热到接近熔点温度时,晶间低熔点物质开始熔化,炉气中的氧化性气体渗入到晶粒边界,在晶界上形成氧化层,破坏了晶粒间的联系,金属失去了可锻性,这种现象叫做过烧.,3、始锻温度 开始锻造时的温度,4、终锻温度 停止锻造时的温度,二、锻件的冷却 常用的冷却方法有：空冷、坑冷和炉冷.,三、锻件的热处理 一般结构钢锻件采用退火、正火处理.,调整硬度,消除内应力,均匀组织,细化晶粒等.,2-6 板料冲压,板料冲压是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法.,特点：1、原材料必须具有足够的塑性,变形,抗力小；,2、可冲压形状复杂的零件,废料较少；,3、产品具有足够高的精度和低的表面粗糙度,强度和刚度较高,互换性能好；,4、冲压操作简单,工艺过程便于机械化和自动化,生产率高,零件成本低.,5、冲模制造复杂,精度要求高,只适用于大批量生产.,基本工序：分离工序和变形工序,一,、分离工序,使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序,1、剪切 是使坯料按不封闭轮廓分离的工序.,2、落料及冲孔 是使坯料按封闭轮廓分离的工序.落料是被分离的部分为成品,而周边是废料；冲孔是被分离的部分为废料,而周边是成品.,3、修整 利用修正模沿冲裁件的外缘或内孔切去一薄层金属,以去除塌角、剪裂带和毛剌等,从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度.,二、变形工序,1、弯曲,使坯料的一部分相对于另一部分弯曲一定角度的工序.,2、拉深 使坯料变成中空形状零件的工序.,3、成形 是利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序.,4、翻边 是在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序.,第三章 焊 接,一、焊接过程的实质 是利用加热或加,压力等手段,借助于金属原子的结合与扩散作用,使分离的金属材料牢固地连接起来.,二、焊接方法的种类,1、熔化焊 利用局部加热的方法,将两工件的结合处加热到熔化状态,并形成共同的熔池,一般还另加填充金属,冷却结晶以后形成牢固的接头,将两工件焊接成为整体.,2、压力焊 利用加压力(或同时加热)的方法,使两工件接合面紧密接触在一起,并产生一定的塑性变形,使它们的原子组成新的结晶,将两工件焊接起来.,3、钎焊 对工件和作为填充金属的钎料进行适当加热,工件金属不熔化,但熔点低的钎料被熔化后填充到工件之间,与固态的被焊金属相互熔解和扩散,钎料凝固后,将两工件焊接起来.,三、焊接方法具有的优点:,1、连接性能好 2、省料省工成本低,3、重量轻 4、简化工艺,四、焊接技术存在的问题,1、焊接结构不可拆卸,更换修理不便.,2、焊接接头的组织和性能往往要变坏.,3、要产生焊接残余应力和变形.,4、会产生焊接缺陷.,3-1熔焊过程和焊接质量,一、熔焊过程和焊接质量,1、熔焊冶金过程,(1)焊接电弧和熔池金属的温度高于一般的冶金温度,气体活性大.,(2)金属熔池冷速快,化学反应难以达到平衡状态,有时气体和杂质来不及浮出即产生气孔和缺陷.,在焊接过程中,应采取下列措施,(1)造成有效的保护,限制空气进入焊接区;,(2)渗加合金元素,以保证焊缝的化学成分;,(3)进行脱氧、脱硫和脱磷.,2、电焊条,(1)电焊条的组成和作用 焊条由焊芯和药皮两部分组成,1)焊芯 起导电和填充金属的作用.,焊芯,采用焊接专用金属丝（称为焊丝）,2)药皮 它的作用主要有:,a,、,改善焊接工艺性 提高电弧燃烧的稳定性.,b,、,机械保护作用 防止空气对熔化金属的有害作用.,c,、,冶金处理作用 提高焊缝金属的机械性能.,药皮的原材料有矿石、铁合金、有机物和化工产品等四类2)焊条的种类、型号和牌号,1,）按用途分有碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条、镍和镍合金焊条、铜和铜合金焊条、铝和铝合金焊条等。,2,）按熔渣性质分有,a,、,酸性焊条 药皮熔渣中酸性氧化物比碱性氧化物多的称为酸性焊条.结,xx1-xx5,均属此.,酸性焊条氧化性较强,致使药皮中合金元素烧损较大,焊缝金属的机械性能,特别是冲击韧性与塑性较碱性焊条低.,b,、,碱性焊条 药皮熔渣中碱性氧化物比酸性,氧化物多的称为碱性焊条.结,xx6,结,xx7,属此.,用碱性焊条焊接的焊缝金属机械性能良好,特别是冲击韧性较高，抗裂性能好。,(3)焊条的选用原则,焊条选用的原则是要求焊缝和母材具有相同水平的使用性能。,通常对要求塑性好,冲击韧性高,抗裂能力强,低温性能好的,应选用碱性焊条.,如焊件受力不复杂,母材质量较好,应尽量选用较经济的酸性焊条.,对耐热钢和不锈钢等有特殊性能要求的钢种焊接,应选用相应的专用焊条,以保证焊缝金属的主要成分和母材相同.,二、焊接接头的组织与性能,1、焊接热循环 在焊接加热和冷却过程中,焊接接头上某点的温度随时间变化的过程叫焊接热循环.,2、焊缝的组织和性能 因焊缝冷却速度快,又因焊条药皮的渗合金等作用,焊缝金属中锰、硅等合金元素的含量可能比基体金属高,所以焊缝金属的性能可不低于基体金属.,3、热影响区与熔合区的组织和性能,(1)熔合区 在低碳钢焊接接头中,这一区域虽然很窄(约0.1-1,mm),但它在很大程度上决定着焊接接头的性能.其性能常常是焊接接头中最差的.,(2)过热区 其塑性和冲击韧性降低,特别是对于容易淬火硬化的钢材的危害性更大.,(3)正火区 冷却后使金属晶粒细化,得到正火组织,因而机械性能得到改善.,(4)部分相变区 部分铁素体来不及转变,冷却后晶粒大小不同,因此机械性能稍差.,4、影响焊接接头性能的因素,(1)焊接材料 (2)焊接方法,IU,(3),焊接工艺,E=,-,V,由焊接能源（热源）输入给单位长度焊缝上的能量（热量），称为线能量，又称热输入。,(4),焊后热处理,此外，还有接头形式、工件厚度、施焊环境温度和预热等。,三、焊接变形和焊接应力,1、焊接变形和残余应力的不利影响,形状尺寸不合要求,矫正费时,增加成本,降低塑性和承载能力,甚至造成脆断.,2、焊接变形和残余应力产生的原因,焊接过程中对焊件进行局部的不均匀的加热,是产生焊接变形和应力的根本原因.,3、焊接变形的防止和矫正,1)防止焊接变形的措施,a,、,反变形法,b,、,加裕量法,c,、,刚性夹持法,d,、,选择合理的焊接次序,2)矫正焊接变形的方法,a,、,机械矫正法,b,、,火焰加热矫正法,4、减少与消除焊接应力的措施,在实际生产中,最有效的减少内应力的方法是焊前预热.,最常用的也是最有效的方法是对工件进行高温回火(也称消除应力退火)即将工件均匀加热到600-650,C,保温一定的时间(不少于1小时),而后缓慢冷却.整体高温回火消除焊接应力的效果最好,一般可将80-90%以上的残余应力消除掉.,四、焊接缺陷,1、焊接缺陷的危害,由于焊接产生的焊接接头不完好的现象叫焊接缺陷.主要有焊接裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、气孔、咬边和焊瘤等.,(1)产生应力集中,降低承载能力.,(2)引起裂纹,缩短使用寿命.,(3)造成脆断,3-2 常用焊接方法,一、埋弧自动焊,1,、设备,2,、焊接材料,焊接材料有焊丝和焊剂。,焊丝除了作为电极和填充金属外，还可以有渗合金、脱氧、去硫等冶金处理作用。,焊剂有熔炼焊剂和烧结焊剂两种,。,3,、工艺,埋弧自动焊的工艺参数主要有焊丝直径、焊接电流、电弧电压和焊接速度等。,4,、埋弧自动焊的特点和应用,(1)生产率高,成本低.(2)焊接质量高而且稳定.,(3)节省金属材料 (4)劳动条件好(5)适应性较差,(6)设备投资大,调整周期长.,适用范围：焊接长的直线焊缝和较大直径的环形焊缝.,二、气体保护焊,1、氩弧焊,有钨,极,氩弧焊 和熔化极氩弧焊 两种。,氩弧焊特点和应用范围：,(1)电弧稳定,飞溅小,焊缝致密,表面无熔渣,成形美观.,(2)容易实现全位置自动化焊接.明弧可见,便于操作.,(3)热量集中,熔池较小,焊接速度较快,热影响区较窄,工件焊后变形小.,(4)氩气贵,成本高.,适用范围：主要用于焊接铝、镁、钛及其合金,低合金钢、耐热钢、不锈钢等只能在室内焊接.,2、,CO,2,气体保护焊,CO,2,气体保护焊的特点和应用：,(1)成本低 是手弧焊的40%.,(2)质量较好 热影响区较小,变形和产生裂纹的倾向也小.,(3)生产率高 是手弧焊的1-3倍.,(4)操作性能好 操作灵活,适于各种位置的焊接.,(5)焊缝成形差,飞溅大.,(6)如控制不当,易产生气孔,且设备比较复杂.,适用范围：适用于低碳钢和强度级别不高的低合金钢,主要用于薄板.,三、电渣焊,电渣焊是利用电流通过熔渣产生的熔渣电阻热加热熔化母材与电极(填充金属)的一种焊接方法.,电渣焊一般处于立焊位置进行焊接.,电渣焊的特点：,(1)焊接厚件时,生产率高,成本低.,(2)焊缝金属比较纯净.,(3)电渣焊接头组织粗大,焊后要进行正火处理.,四、电阻焊 电阻焊在焊接过程中产生的热量,可用焦耳-椤次定律计算：,Q=I,2,Rt,式中：,Q-,电阻焊时所产生的电阻热(,J),I-,焊接电流,(,A)(,几千-几万安),R-,工件的总电阻().包括工件本身电阻,和工件间的接触电阻.,t-,通电时间(,s)(0.01-,几秒),特点：电阻焊具有生产率高,焊件变形小,焊工劳动条件好,不需添加焊接材料,易于自动化等.,(一)点焊,1、硬规范 是指在较短的时间内通以较大的电流,它的生产率高,变形小,适于焊接导热性和导电性较好的金属.,2、软规范 是指在较长的时间内通以较小的电流,生产率较低,由于加热时间长,适合焊有,淬硬倾向的金属.,适用范围：点焊主要用于焊接各种薄板冲压结构及钢筋.,(二)缝焊 缝焊时,焊点相互重叠50%以上,密封性良好.主要用于油箱等要求密封的薄壁结构.,(三)对焊 对焊是利用电阻热使两个工件在整个断面上焊接起来的一种方法.,1、电阻对焊 2、闪光对焊,五、摩擦焊 是利用工件接触端面相对旋转运动中摩擦所产生的热，使端面加热到热塑性,状态，然后迅速加压顶锻完成焊接的一种压焊方法。,摩擦焊,有,以下优点：,（,1,）焊接质量好且稳定,（,2,）焊接生产率高,（,3,）成本低,（,4,）适用焊接异种金属,适用范围：大批量生产杆状工件。,五、钎焊 钎焊是利用熔点比焊件金属低的钎料作填充金属,适当加热后,钎料熔化,将处于固态的工件联结起来的一种焊接方法.,1、软钎焊 钎料熔点在450,C,以下的钎焊.,2、硬钎焊 钎料熔点在450,C,以上的钎焊.,主要特点：钎焊过程中只需填充金属熔化,因此,焊件加热温度低,其组织和机械性能变化很小,变形也很小,接头光滑平整,工件尺寸精确.,六、常用焊接方法的比较和选用(表3-7),3-3常用金属材料的焊接,一、金属材料的焊接性,1、金属焊接性概念,2、金属焊接性的间接评价方法,(1)碳当量,C,当量,0.6%时,可焊性不好,(2)冷裂纹敏感系数,Pc,碳当量没有考虑板厚、焊缝含氢量等重要因素的影响。,防止裂纹要求的最低预热温度,Tp,=1440Pc329(C),二、碳素结构钢和低合金结构钢的焊接,1、低碳钢的焊接 低碳钢含碳量=150,C.,3,、,中碳钢的焊接 中碳钢的含碳量在0.25-0.6%左右,可焊性较差.,中碳钢焊接的主要特点：,(1)在近缝区易产生淬硬组织及冷裂缝,(2)由于母材含碳量高,焊缝金属热裂倾向也较大.预热能减缓冷却速度,防止产生冷裂纹,因此,预热是焊接中碳钢的重要工艺措施.(150-250,C),三、,不锈钢的焊接,1,、奥氏体不锈钢 焊接性良好,2,、马氏体不锈钢 焊接性较差,.,其主要问题是焊接接头冷裂纹和淬硬脆,化3,、铁素体不锈钢焊接的主要问题是过热区晶,粒长大引起脆化和裂纹,.,不锈钢的焊接方法：通常是手工电弧焊和氩弧,焊,.,四、铸铁的焊补,1,、铸铁焊接特点：,(1),熔合区易产生白口组织,;(2),易产生裂纹,;(3),易产生气孔,.,另外,铸铁流动性好,立焊时熔池金属容易流失,所以,一般只适于平焊,.,2,、铸铁焊补方法,(1),热焊法 它使焊件受热均匀,冷却速度慢,可,防止产生白口及裂纹,焊补质量较好,焊后易于机械加工,.,(2),冷焊法 此法生产率高,成本,低,劳动条件较好,但有时质量不易保证,.,五、有色金属的焊接,1,、铝及铝合金的焊接 焊接的主要问题：,(1),氧化,(2),