金属工艺学成型铸锻焊.ppt

第八章 材料的液态成形工艺铸造：将液态金属浇铸到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛胚或零件的生产方法。在机器设备中铸件所占比例很大，如机床、内燃机中，铸件占总重量的7090,压气机占6080，拖拉机占5070，农业机械占4070。8.1铸造工艺特点 8.2砂型铸造 8.3特种铸造 8.4铸件结构工艺性 8.5计算机在铸造生产中的应用简介,8.1 铸造工艺特点铸件的质量与合金的铸造性能密切相关。合金的铸造性是指在铸造过程中表现出来的工艺性能，如流动性、收缩性、吸气性、各部位的成分不均匀性等。一、液态金属的充型能力 二、合金的凝固特性 三、合金的收缩性 四、常用铸造合金的铸造性能特点,一、液态金属的充型能力 液态金属充满铸型容腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，叫做液态金属的充型能力。1、金属液的流动性 流动性是指金属液本身的流动能力，是金属的固有性质，主要取决于金属的结晶特性和物理性质。金属的流动性越好，充型能力越强。,衡量金属流动性螺旋型,表：常用铸造金属的流动性，其中灰铸铁和硅黄铜最好，而铸钢最差。,2、浇注条件：提高浇注温度，可使液态金属粘度下降，流速加快，还能使铸型温度升高，使散热速度变慢，从而大大提高金属液的充型能力。3、铸型条件：铸型中凡能增加金属液流动阻力、降低流动速度和加快冷却速度的因素，均能降低充型能力。为改善铸型的充填条件，在设计铸件时必须保证其壁厚不小于规定的“最小壁厚”（表1），在铸造工艺上也应采取相应措施。,返回目录,表1,二、合金的凝固特性合金从液态到固态的转变成为凝固或一次结晶。许多常见的铸造缺陷，如缩孔、缩松、变形、裂纹、气孔、夹杂、偏析等都是在凝固过程中产生的。,铸件凝固方式：1、逐层凝固：纯金属或共晶成分合金在恒温下结晶，凝固过程中铸件截面上的凝固区域宽度为零，截面上固液两相界面分明，随着温度的下降，固相区不断增大，逐渐到达铸件中心，这种凝固方式称为“逐层凝固”。2、体积凝固：当合金的结晶温度范围很宽，或因铸件截面温度梯度过小，铸件凝固在某段时间内，其液固共存的凝固区域很宽，甚至贯穿整个铸件截面，这种凝固方式称为“体积凝固”。,逐层凝固,体积凝固,影响铸件凝固方式的主要因素是合金的结晶温度范围和铸件的温度梯度（T2-T1）（图）,三、合金的收缩性 铸件在冷却过程中，其体积与尺寸缩小的现象叫做收缩，它是铸造金属固有的特性。经历三个相互联系的收缩阶段：液态收缩从浇注温度冷却到凝固开始温度之间的收缩。凝固收缩从凝固开始温度冷却到凝固结束温度之间的收缩。固态收缩从凝固完毕时的温度冷却到室温之间的收缩。,1、影响收缩的因素 1）化学成分 不同成分合金的收缩率不同（表）列出了几种铁碳合金的体收缩率,2）浇注温度 浇注温度主要影响液态收缩。浇注温度升高，液态收缩增加，则总收缩量增加 3）铸件结构及铸件条件 铸件的收缩是受阻收缩。,2、收缩对铸件质量的影响 1）铸件的缩孔和缩松（图）防止缩孔和缩松基本方法：采用“顺序凝固原则”图 2）铸造应力、变形和裂纹 防止方法：采用“同时凝固原则”,四、常用铸造合金的铸造性能特点,1 铸铁（1）灰铸铁 由于熔点较低，铁水流动性较好，凝固温度范围小，凝固收缩小，因此灰铸铁有良好的铸造性能。（2）可锻铸铁 可锻铸铁是由白口铸铁通过长时间的石墨化退火获得的，其碳、硅含量较低，熔点比灰铸铁高，凝固温度范围也较大，故铁液的流动性差。铸造时，必须适当的提高铁液的浇铸温度，以防止产生冷隔、浇不足等缺陷。（3）球墨铸铁 铸造性能介于灰铸铁与铸钢之间，其流动性与灰铸铁基本相同。,2铸钢 铸钢的流动性比铸铁差，易产生浇不足、冷隔等缺陷，应用于干砂型，增大浇铸系统截面积，保证足够的浇注温度等措施，提高铁液的充型能力。铸钢的熔点高，容易产生缩孔、缩松、裂纹等缺陷，所以，铸钢件往往要设置数量较多、尺寸较大的冒口，采取顺序凝固原则。3铸造有色金属 常用铸造有色和金柚铝合金、铜合金等，它们大都具有流动性好、收缩性大、容易吸气和氧化等铸造特点。,8.2 砂型铸造,一、砂型铸造工艺过程 二、砂型铸造常见缺陷,返回主目录,铸造工艺设计内容的繁简程度，主要决定于批量的大小、生产要求和生产条件。铸造工艺设计一般包括下列内容：铸造工艺图，铸件（毛坯）图、铸型装配图（合箱图）、工艺卡及操作工艺规程。广义地讲，铸造工艺装备的设计也属于铸造工艺设计的内容，例如模样图、芯盒图、砂箱图、压铁图、专用量具图和样板图、组合下芯夹具图等。,铸造工艺包括绘制零件铸造工艺图，制造模样和芯盒，造型、造芯，下芯，合型，浇注，落砂，清理和质量检验等全过程。铸造工艺整体流程见图所示。,零件铸造工艺图的设计,铸造工艺图是根据铸造要求表示铸型分型面、浇冒口系统、浇注系统、浇注位置、型芯结构尺寸、控制凝固措施（冷铁、保温衬板）等的图样。铸造工艺图的设计要遵循下列程序：1）零件的技术条件和结构工艺性分析。2）选择铸造及造型方法。3）确定浇注位置和分型面。4）选用工艺参数。5）设计浇冒口，冷铁和铸肋。6）砂芯设计。,铸造工艺图绘制的技术要点如下：,1.分型面选定分型面，应考虑以下原则1）尽量把铸件的大部分或全部放在一个砂箱内。2）应当使铸件的加工面和加工基准面位于一个砂箱内。3）尽量减少分型面的数量。4）尽量减少型芯的数量。5）尽量使分型面平直。,2.浇注系统,典型的浇注系统由四部分组成：浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道。选择浇注位置主要考虑以下原则：1）重要的面应处于型腔的底面或侧面。如车床床身铸件在浇注时，应使其导轨面处于铸型的下方。2）铸件的薄壁部分应置于铸型的下部或侧面，以保证金属液能顺利充满这一部分。3）铸件的厚实部分应放在上部或侧面，以便于安置浇口、冒口进行补缩。4）铸件的大平面尽可能朝下。,3.工艺参数,工艺参数主要有加工余量、拔/起模斜度、铸造收缩率、最小铸出孔、型芯和铸造圆角等。铸件的加工余量就是切削加工时要切去的金属层。余量的大小主要决定于铸件的尺寸、形状和铸件材料。加工余量包括下列尺寸：1）铸件尺寸公差；2）加工余量等级；3）加工余量数值。所谓起模斜度，即使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒脱出，平行于起模方向在或芯盒壁上的斜度。收缩率(L模样-L铸件)/L模样100，主要考虑铸件的结构和铸型的退让性。芯头尺寸一般取决于铸件相应部位的孔、槽尺寸，且与铸造方法和铸型种类有关。型芯头尺寸包括：1）芯头长度；2）芯头斜度。圆角：所谓铸造圆角是指制造模样时，壁的连接和转角处要做成圆弧过渡。对于小型铸件，外圆角半径一般取 2-8mm，内圆角半径一般取4-16mm。,4.冒口的设置,冒口主要作用在于补缩，同时能排气，集渣。其设置原则：1）保证顺序凝固，放在最后凝固部分。2）尽量放在铸件最高处，有利补缩，熔渣易浮出。3）冒口最好放在内浇口附近，使金属液通过冒口再进入铸型，提高补缩效果。4）尽量避开易拉裂部位，不影响自由收缩。5）尽量放在需加工部位，便于清理。,模样及芯盒,铸型的组成结构,造型方法的选择：,1 手工造型 1）按模样特征分：整模造型、分模造型、活块造型、刮板造型、假箱造型、挖砂造型、实物造型等 2）按砂箱特征分：两箱造型、三箱造型、地坑造型、脱箱造型等2 机器造型 机器造型使用机器来完成填砂、紧实和起模等造型的操作过程，是现代化铸造车间的基本造型方法。,造型,手工造型,a）捣砂锤；b）直浇道棒；c）通气针；d）起模针；e）墁刀：修平面及挖沟槽用；f）秋叶：修凹的曲面用；g）砂勾：修深的底部或侧面及钩出砂型中散砂用；h）皮老虎,a)造下砂型 b)造上砂型 c)开外浇口、扎气孔 d)起出模样 e)合型 f)带浇口铸件图5 齿轮坯整模两箱造型过程,a)铸件图 b)模样 c)造下型 d)造下型 e)铸型图6 分模造型过程,a)零件 b)铸件 c)模样 d)造下砂型 e)取出模样主体 f)取出活块图9 活块造型过程,a)木模样 b)造下砂型 c)在下砂型上割分型面 d)造上砂型 e)开箱起模 f)合型图7 挖砂造型过程,a)端盖模样放在假箱上 b)在假箱上造下砂型图8 假箱造型过程,a)槽轮零件 b)造下砂型修活砂块 c)造上砂型 d)移活砂块并起模 e)铸型图10 实物造型过程示意图,a)带轮铸件 b)刮板 c)刮制下型 d)刮制上型 e)合型图11 带轮铸件的刮板造型过程,a)铸件 b)模样 c)造下型 d)造中型 e)造上型 f)合型图12 槽轮铸件的三箱造型,a)无箱盖地坑造型 b)有箱盖地坑造型图1-13 地坑造型,a)顶箱起模 b)落模起模机器造型的起模方法,按紧实方式不同，机器造型分为压实造型、震击造型、抛砂造型和射砂造型,）压实造型是利用压头的压力将砂箱内的型砂紧实,a)填满型砂 b)刮去多余型砂 c)紧实图2 紧实率测定法示意图,a)填砂 b)振击紧砂 c)辅助压实d)起模震压造型机的工作过程,）震击造型是利用震动和撞击力对型砂紧实（图）,）抛砂造型图3-11为抛砂机工作原理图,）射砂造型,造芯,手工制造砂芯过程,型芯的常见形式,a)用平板烘干 b)砂胎支撑烘干 c)用成型烘干器烘干,砂芯烘干方法,装配时的紧固,常用的紧固方法,金属熔炼,常用的熔炼设备有电阻坩埚炉、感应炉和冲天炉。电阻坩埚炉主要用于熔炼铝、铜等有色金属及其合金；感应炉不但可以熔炼有色金属，也可以进行钢的熔炼；冲天炉主要用来熔炼铸铁。,电阻坩埚炉,感应电炉炉体结构和外观,冲天炉的结构示意图,常见的铸件缺陷、产生原因和预防措施,8.3 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 二、金属型铸造 三、压力铸造 四、低压铸造 五、离心铸造 六、几种铸造方法的比较,返回目录,一、熔模铸造 熔模铸造使用易熔材料制成模样，造型之后将模样熔化，排出型外，从而获得无分型面的型腔。基本工艺过程 蜡模制造、结壳、脱蜡、培烧和浇注等过程。,返回目录,熔模铸造的主要特点：,1）由于没有分型面，所以能生产形状非常复杂的铸件。2）铸件精度和表面质量高。3）适用于各种合金铸件，特别适合高熔点、难加工、形状复杂的高合金钢铸件，如高速钢刀具，不锈钢叶片、叶轮等。4）工序繁多，生产周期长，生产效率较低。5）铸件大小受限，一般不超过25kg。,二、金属型铸造金属型铸造时将液态金属浇入金属铸型，以获得铸件的铸造方法。可以重复使用，又称永久性铸型,金属型的结构及其铸造工艺 图3-29为活塞的金属 型铸造示意图。该金属 型由左半型1和右半型2 组成，采用垂直分型，活塞内腔由组合式型腔 构成。铸件冷却凝固后，先取出中间型芯4，在取 出左、右两侧型芯3，然 后沿水平方向拔出左右 销孔型芯5，最后分开两 个半型，即可取出铸件。,返回目录,金属型铸造主要工艺过程包括：,1）预热 金属型预热温度主要通过试验来确定，一般不低于150。2）喷涂料 金属型表面应喷一层耐火涂料（厚度为0.3-0.4mm），以保护型壁表面，免受金属液的直接冲蚀和热击。3）浇注 由于金属型的导热能力强，因此浇注温度应比砂型铸造高20-30。铝合金为680-740，铸铁为1300-1370，锡青铜为1100-1150，对薄壁小件取上限，对厚壁大件取下限。4）开型 对于金属型铸造，要根据不同的铸件选用合适的开型时间，具体数值需通过试验来确定。,金属型铸造的特点：,1）由于不需要造型，从而节省了型砂的制备和输送以及造型、落砂和砂处理等工序，同样也节省了这些工序所属要的工时及设备。2）金属型铸件冷却快，组织致密，力学性能高，铸件的精度和表面质量较高。3）浇、冒口尺寸较小，液体金属耗量减少，一般可节约15%-30%。4）金属型铸造的主要缺点是金属型无透气和退让性，铸件冷却速度大，容易产生浇不足、冷隔、裂纹等缺陷。,三、压力铸造压力铸造时将熔融的金属在高压下快速压入压型，并在压力下凝固，以获得铸件的方法。,压力铸造的工艺过程 图3-30为立式压铸机工作过程示意图。合型后，用定量勺将金属液注入压室中；压射活塞向下推进，见金属液压入铸型（图b）；金属凝固后，压射活塞退回，下活塞上移顶出余料，动型移开，取出铸件。,返回目录,四、压力铸造压力铸造就是在压力作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填金属型型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。常用压射压力为5-150MPa，充填速度约5-100m/s，充填时间很短，约0.01-0.2s。,返回目录,压力铸造过程主要由压铸机来实现。压铸机分：热压室式和冷压室式两类。,热压室式压铸示意图,冷压室卧式压铸示意图,铸件结构工艺性：通常是指铸件本身结构符合铸造生产要求，即便与整个工艺过程的进行，有利于保证产品质量。1.铸件结构应利于简化铸造工艺 为了简化造型、造芯及减少工装制造工作量，便于下芯和清理，对铸件结构又如下要求：（1）铸件外形应尽量简单,返回目录,8.4 铸件结构的工艺性,（2）铸件内腔结构应符合铸造工艺要求铸件的内腔结构采用型芯来形成，这将延长生产周期，增加成本，因此，设计铸件结构时，应尽量不用或少用型芯。,图3-16为悬臂支架的两种设计方案，图a采用方形空心截面，须用型芯，图b改为工字形截面，可以省掉型芯。,（3）铸件的结构斜度 铸件上垂直于分型面的不加工年最好有一定的结构斜度，以便于起模同时便于用砂垛代替型芯（成为自带型芯），以减少型芯数量,如图3-18中a、b、c、d各件不带结构斜度，不便于起模，e、f、g、h带一定斜度的结构。对不允许有结构斜度的铸件，应在模样上流出拔模斜度。,图3-19位大型坐标镗床身(图a)和水压工作缸（图b）的组合结构示意图。,（4）组合铸件的应用 对于大型或形状复杂的铸件，可采用组合结构，即先设计成若干个小铸件进行生产，切削加工后用螺栓连接或焊接成整体。,2.铸件结构应利于避免产生铸件缺陷,铸件的许多缺陷，如缩孔、缩松、裂纹、变形、浇不足、冷隔等，有时是由于铸件结构不合理引起的，因此在设计铸件结构时应考虑以下几个方面：（1）壁厚合理 为防止产生冷隔、浇不足或白口等缺陷，各种不同的合金视铸件大小、铸造方法不同，其最小壁厚应受到限制（参见表3-2）。减小壁厚，为了保证铸件的强度，可采用加强筋等结构。,(2)铸件壁厚力求均匀 铸件壁厚均匀，减少后大面积，可防止形成热节及产生缩孔、缩松、晶粒粗大等缺陷，并能减少铸造热应力及所导致的变形和裂纹等缺陷。如图3-21所示顶盖铸件的两种结构设计，图a在厚壁处易产生缩孔，在过渡处易产生裂纹；该为图b，可防止上述缺陷产生。,铸件上的筋条分布应尽量减少交叉，以防止形成较大的热节。如图3-22所示，将图a交叉接头改为图b的交错接头结构，或采用图c的环形接头，以减少金属的积聚，避免缩孔、缩松缺陷产生。,a)b)c)图2-22 筋条的分布（3）铸件壁的正确连接 铸件不同壁厚的连接应逐渐过渡（图3-23）。拐弯和交接处应采用较大的圆角连接（图2-24），避免锐角连接（如图3-25），可以避免应力集中而产生开裂。,（4）避免较大的水平面 铸件上水平方向的较大面积，在脚注是金属也上升较慢，长时间烘烤铸型表面，使铸件容易产生夹砂、浇不足等缺陷，也不利于夹渣、体的排除，因此，因尽量用倾斜结构代替过大水平面，如图3-26所示。,3 铸件结构要便于后续加工,图2-27所示为电机端盖铸件。原设计图a不便于装夹，该为图b代工艺搭子的结构，能在一次装夹中完成轴孔d和定位环D的加工，并能较好的保证同轴度的要求。,压铸具有如下的特点：,1）可以压铸形状复杂的薄壁铸件。铸件最小的壁厚，锌合金为0.3mm；铝合金为0.5mm。最小铸孔直径为0.7mm。可铸螺纹最小螺距为0.75mm。2）铸件的尺寸精度最高，表面粗糙度Ra值最小，尺寸稳定划一，故互换性好，可简化装配操作。3）铸件强度和表面硬度都较高。4）生产效率很高，生产过程易于实现机械化和自动化。5）压铸时，高速液流会包住大量空气，凝固后在铸件表皮下形成许多气孔，故压铸件不宜进行较多余量的切削加工，以免气孔外露。6）由于黑色金属的熔点高，压铸黑色金属时，压铸型寿命很低，困难较大。7）设备投资大，生产准备周期长。,五、离心铸造离心铸造是将熔融金属注入高速旋转的铸型中，使其在离心力的作用下填充铸型并结晶，从而获得铸件的方法。离心铸造必须在离心铸造机上进行。,离心铸造机,离心铸造具有如下特点：,1）铸件致密、无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好。2）铸造有圆筒形内孔的铸件时，可免去型芯及浇注系统，可简化工艺、节省金属。3）生产率高，适于浇注流动性差的合金，薄壁件及双金属件。4）铸件易产生偏析，内孔尺寸不准确，内表面粗糙。,六、几种铸造方法的比较,返回,在铸造领域应用计算机标志着生产经验与现代科学的进一步结合，是当前铸造科研开发和生产进展的重要内容之一。随着计算机模拟、几何模拟和数据库的建立及其相互联系的扩展，数值模拟以迅速发展为铸造工艺CAD（计算机辅助设计），CAE（计算机辅助工程），并实现铸造生产的CAM（计算机辅助制造）。,返回主目录,8.5 计算机在铸造生产中的应用简介,微机测试与控制系统,四、金属的锻造性能,金属的锻造性能是指金属经受塑性加工是成形的难以程度。金属的锻造性能好，表明该金属适于采用塑性加工方法成形。金属的锻造性能常用金属的塑性和变形抗力来综合衡量。金属的锻造性能决定于金属的本质和变形条件。1.金属的本质 1）化学成分 碳钢 合金钢 低合金钢 高合金钢 2）金属组织 纯金属与固溶体具有良好的锻造性能，而碳化物的锻造性能差。2.变形条件 1）变形温度 随温度升高，金属原子的动能升高，易于产生滑移变形，从而改善了金属的锻造性能。（图示为碳钢的锻造温度范围）,返回,2）变形速度 变形速度即单位时间内的变形程度，它对金属锻造性能的影响是复杂的。3）应力状态 金属在经受不同方法进行变形时，所产生的应力大小和性质是不同的。例如，挤压变形时（图示）金属为三向受压状态。而拉拔时（图示）金属为两向受压、一向受拉的状态。综上所述，金属的锻造性能既取决于金属的本质，又取决于变形条件。在塑性加工过程中，要力求创造最有利的变形条件，充分发挥金属的塑形，降低变形抗力，使功耗最少，变形进行得充分，达到加工目的。,9.2 常用塑性加工方法 1 自由锻 2 模锻 3 板材冲压成形,一、自由锻,定义：自由锻是利用冲击力或压力使金属在上、下两个抵铁间产生变形，从而获得所需形状及尺寸的锻件的一种加工方法。手工锻造：小型锻件生产 自由锻：机器锻造：自由锻的主要方式 对于大型锻件，自由锻是唯一的锻造方式。常用的自由段设备有锻锤和压力机两大类。1.自由锻的工序 分为基本工序、辅助工序和精整工序三类。1）基本工序 包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移等，其中最常用的是镦粗、拔长和冲孔。2）辅助工序 预先变形工序，如压钳口、倒棱、切肩等。3）精整工序 使锻件达到图样要求 2.自由锻工艺规程的制定 1）绘制锻件图 典型锻件图的画法如图所示,返回,2）计算坯料质量和尺寸 1坯料质量 m坯=m锻+m烧+m切 2坯料尺寸 3选择自由锻工序 4选择锻造设备 5确定加工火次 3）自由锻件的结构工艺性 1锻件上具有锥体或斜面的结构，必须使用专用工具，锻造成形也比较困难，应尽量避免，如图3-52所示。2锻件有几个简单几何体构成时，几何体的交接处不应形成空间曲线，如图3-53所示结构。3自由锻不应设计加强筋、凸台、工字形面或空间曲线形表面，如图3-54所示。4锻件的横截面积有急剧变化或形状复杂时，应设计、成由几个简单件构成的组合体。,上一页,返回,返回,定义：模锻是利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。与自由段相比 优点：锻件精度高，流线组织合理，力学性能高，生产率高，金属消耗少等。缺点：需用锻造能力大的设备和价格昂贵的锻模，不适合于单件、小批量生产。模锻可分为锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻等。这里介绍锤上模锻。1.锤上模锻设备 蒸汽-空气模锻锤 2.锻模结构 如右图所示 3.锤上模锻工艺规程的制订（1）绘制模锻件图（2）确定模锻工步（3）坯料计算（4）选择模锻设备（5）安排修整工序,二、模锻,4.模锻零件的结构工艺性 设计模锻零件时，应根据模锻特点和工艺要求，使零件结构符合下列要求：（1）模锻件应具有合理的分段面、模锻斜度和圆角半径。（2）由于模锻件尺寸精度高，表面粗糙度低，因为只有与其它机件配合的表面才需进行机加工，其它表面均应设计成非加工表面。（3）零件的外形应力求简单、平直和对称，截面相差不宜过于悬殊，避免高筋、薄壁、凸起等不利成形的结构。（4）应避免窄沟、深槽、深孔及多孔结构，以利于金属的充满、模具制造和延长模具寿命。（5）形状复杂的锻件应采用锻焊或锻机械联接组合工艺，以减少余块，简化模锻工艺，如右图所示。,1.定义：利用冲模使板料产生分离或变形，以获得零件的加工方法称为板料冲压。2.板料冲压具有下列特点：1）可以冲压出形状复杂的零件，废料较少。2）产品具有足够的精度和较低的表面粗糙度，互换性好。3）能获得质量轻、材料消耗少、强度和刚度较高的零件。4）冲压操作简单，工艺过程便于实现机械化自动化，生产率高，故零件成本低。3.冲压的基本工序 分为分离工序和变形工序两类。1）分离工序 是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。a.冲裁 利用冲模将板料以封闭的轮廓与坯料分离的冲压工序。图示为金属板料的冲裁过程。,上一页,下一页,三、板料冲压,返回,b.修整 利用修整模沿冲裁件外援或内孔刮去一薄层金属。c.切断 是指用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。d.精密冲裁 用压边圈使板料冲裁区处于静压作用下，抑制剪裂纹的发生，实现塑性变形分离的冲裁方法。e.切口 将材料沿不封闭的曲线部分地分离开，其分离部分的材料发生弯曲，这种冲压方法称为切口。2）变形工序 是使坯料的一部分相对于另一部分产生相对位移而不破裂的工序。主要分为：a.拉深 拉深是使平板坯料变成中空型零件或使中空型零件深度加深的变形工序，拉深工序图。b.弯曲 弯曲是坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序。c.翻边 翻边是使平板坯料上的孔或外圆获得内、外凸圆的变形工序。,上一页,下一页,d.成形 是利用局部变形是坯料或半成品改变形状的工序。4.冲压件的结构工艺性 设计冲压件应注意以下几点：（1）冲压件的形状与尺寸（2）冲压件的厚度（3）改进结构可以简化工艺及节省材料（4）冲压件的精度和表面质量,上一页,返回,第十章 现 代 焊 接 技 术,概述焊接基础常用焊接方法常用金属材料的焊接焊接结构工艺性焊接缺陷及检验方法,返回,10.1概 述 1、焊接的定义 焊接是指通过加热或加压，或两者并用，使用或不使用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。2、焊接的分类 焊接是19世纪末20世纪初发展起来的新兴技术，目前已成为具有几十种焊接方法的学科。按焊接过程特点，可分为三大类：熔焊、压焊和钎焊。其分类法方法见表一。1）熔焊 将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。按加热热源不同，可分为气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。2）压焊 焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。如电阻焊、摩擦焊等。3）钎焊 钎焊是软钎焊和硬钎焊的总称。3、焊接的应用 焊接与其他加工方法相比，具有适应性广，节约金属材料，可生产要求密封性的构件，便于实现机械化、自动化等优点。目前正向高温、高压、高容、高寿命|、高生产率的方向发展，并正在解决具有的属性能材料的焊接问题，如超高强度钢、不锈钢、有色金属、异种金属及复合材料的焊接等,10.2 焊 接 基 础,焊接的实质焊接电弧焊接冶金过程及其对焊件质量的影响焊接热过程及焊接接头组织性能的变化焊接应力与变形,一、焊接的实质 焊接的实质是使两个分离的物体通过加热或加压，或者并用，在用或不用填充材料的条件下借助于原子间或分子间的联系与质点的扩散作用形成一个整体的过程。要是两个分理的物体形成永久性结合，首先必须是两个物体相互接近到0.3nm0.5nm的距离，使之达到原字间的力能够互相作用的程度。焊接技术就是采用加热、加压或两者并用的方法，来克服阻碍原子结合的因素，已达到二者的永久牢固连接的。下图为焊接纯铁时所必需的温度和压力。,二、焊接电弧 焊接电弧是由焊接电源供给的，在具有一定电压的两极间或电极与焊件间的气体介质中产生的强烈而之久的放电现象。使用直流电时，焊接电弧由阳极区、弧柱区和阴极区三部分组成，电弧热量主要集中在阳极区，约占43，阴极区占36，其余21是由电弧中带电微粒相互摩擦而产生。电弧中阳、阴极区的温度因电极材料的不同而有所不同。当使用交流弧焊电源时，由于阴极由于极性是交替变化的，因此两个极区的温度和热量分布基本相等。,三、焊接冶金过程及对焊件质量的影响 进行电弧焊时，母材和焊条受到电弧高温作用而熔化形成熔池，池中的液态金属与周围的熔渣及空气接触产生复杂激烈的化学反应，就是焊接冶金过程。与一般的冶炼过程相比，焊件冶金过程有如下特点：1、熔池体积小，周围是冷金属，故熔池处于液态的时间很短（10s左右），各种冶金反应进行的不充分，气体和杂质来不及析出，已产生气孔和夹渣等缺陷。2、熔池温度高，是金属元素强烈烧损蒸发。为保证焊缝质量，焊接过程中，应采取下列措施：（1）减少有害元素进入熔池（2）清除已进入熔池中的有害元素，添加合金元素,四、焊接热过程及焊接接头组织、性能的变化 1、焊接热循环（如图）焊接时，电弧沿着工件 逐渐移动并对工件进行局部 加热。在焊接过程中焊缝区 金属从常温加热到最高温度，然后再逐渐冷却到常温。由于焊件上个点所处的位置 不同，其被加热的最高温度 亦不相同，在焊接热源作用 下，焊件上某点的温度随时 间变化的过程称为焊接热循 环，一般有热循环曲线来表 示，如图,2、焊接接头组织与性能的变化 焊缝 焊缝是由熔池内的液态金属凝固而形成的 熔合区 焊缝向热影响区过渡的区域 热影响区 在焊接或切割过程中，材料因受热的影响（但未 熔化）而发生金相组 织和力学性能变化的区 域。,五、焊接应力与变形 焊接时，焊件的不均匀局部加热和冷却是导致焊接应力和变形的根本原因。1、焊接应力与变形的产生 焊件的局部加热和冷却，使焊缝区金属加热时的热膨胀量及冷却时的收缩量较其他区域都大，并受两侧金属制约，受热膨胀是不能自由伸长而被塑性压缩，向厚度方向展宽；冷却时同样不能自由缩短，尤其当焊缝区金属温度降至弹性变形阶段以后，由于焊件各部分收缩不一致必然导致焊缝区乃至整个焊件产生应力与变形。2、焊接变形的形式 焊接变形的基本形式主要有收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形等。3、预防和减少焊接应力及焊接变形的措施 合理设计焊接结构、焊前预热、反变形法、刚性固定法、选择合理的顺序、锤击焊缝法、强迫冷却法、焊后热处理。4、焊接变形矫正 机械矫正、火焰矫正,10.3 常用焊接方法,焊条电弧焊埋弧焊气体保护电弧焊电渣焊等离子弧焊电阻焊摩擦焊钎焊,一、焊条电弧焊 焊条电弧焊使用手工操作焊条进行焊接的一种电弧焊。焊条电弧焊的过程如图所示。焊条电弧焊具有设备简单、操作灵活、成本低、适应性强等优点，但对焊工操作技术要求高，焊接质量不够稳定，劳动条件差，生产率低。因此焊条电弧焊主要是用在单位小批生产中焊接碳素钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢和对铸铁的。,1、焊条电弧焊电源 1)具有适当的空载电压和较高的引弧电压，以利于引弧，保证安全。2)当电弧稳定燃烧时，焊接电流增大，电弧电压应急剧下降；3)还应保证焊条与焊件短路时短路电流不应太大；4)焊接电流应能灵活调节，以适应不同的焊件与焊条的要求。焊条电弧焊电源有交流和直流两大类，其型号编制方法（GB1029-88)及含义为：大类名称 小类名称 附注特征 系列序号 基本规格 派生代号 改进序号A：弧焊发电机（直流）X：下降特征 J:交流 4：晶体管式（额定焊接电流）B:弧焊变压器（交流）P；平特性 E:交直流 5:晶闸管式Z:弧焊整流器 D:多特性,1,2,3,4,5,6,7,a.交流电源是一种特殊的降压变压器，具有结构简单、噪声小、成本低等优点，但是电弧稳定性较差。b.直流电源有弧焊发电机(由一台三相感应电动机和一台直流弧焊发电机组成）和弧焊整流器(整流式直流弧焊机)两种类型。直流电源分正接和反接；交流电源无正、反接之分。,2、焊条（1）焊条的组成和作用 焊条由焊芯与药皮组成。焊芯在焊接过程中既是导电的电极，又本身熔化作为填充金属，与熔化的母材共同形成焊缝金属。药皮是压涂在焊芯表面的涂料层，这要作用是：在焊接过程中造气，起保护作用，防治空气进入焊缝；冶金作用如脱氧、脱硫、脱磷和渗合金等；并具有稳弧、脱渣等作用，以保护焊条具有良好的工艺性能，形成美观的焊缝。（2）焊条的分类 1）焊条按用途可分为十一大类，即碳钢焊条、低合金钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、低温钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、镍和镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条。2）焊条按熔渣的性质分两类，即酸性焊条和碱性焊条。,3）焊条型号均由国家规定各类焊条型号的编制方法。（3）焊条的选用 1）根据被焊的金属材料类别选择相应的焊条种类。2）焊缝性能要与母材性能相同。或焊缝化学成分类型与母材相同，以保证性能相同。3）焊条工艺性能要满足施焊操作需要。3、焊条电弧焊焊接的工艺规范 焊接工艺规范指制造焊件所有有关的加工和实践要求的细则文件，包括焊条型号、焊条直径、焊接电流、坡口形式、焊接层数等参数的选择。（1）焊接接头和坡口形式的选择（2）焊条直径的选择（3）焊接电流的选择（4）焊层数,二、埋弧焊 电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法称为埋弧焊。埋弧焊的焊接过程如图：埋弧焊与焊条电弧焊相比，有如下特点：（1）生产率高（2）焊接质a量高且稳定（3）节约金属材料和电能（4）劳动条件好 但埋弧焊适应性差，通常只焊接直缝和环缝，只能平焊。,三、气体保护电弧焊 用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。1、氩弧焊 氩弧焊是使用氩气作为保护气体的气体保护焊。按所用电极不同，氩弧焊可分为熔化极氩弧焊和钨极氩弧焊两 种。,氩弧焊的特点：（1）由于用惰性气体氩对熔池及焊缝进行保护，故最适用于焊接易氧化的有色金属、合金钢及锆等稀有金属。（2）电弧和熔池区是气流保护，明弧可见，便于操作，而且容易实现全位置自动化焊接。（3）电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，焊接热影响区小，焊后焊件焊接应力和变形小。（4）电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，表面无熔渣，成形美观。由于上述特点，氩弧焊几乎可以焊接所有的金属和合金，但氩气较贵，成本高。2、二氧化碳气体保护焊 利用CO2作为气体的气体保护焊，简称CO2焊，特点如下：成本低、质量好、生产率高、适应性强。缺点是:用较大电流焊接是飞溅较大，烟雾较多。弧光强烈，焊缝表面不够美观。CO2焊适用于低碳钢和强度级别不同的低合金结构钢。,四、电渣焊 电渣焊是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的方法。其焊接基本过程如图所示。电渣焊与其他焊接方法相比，有如下特点：（1）很厚的工作可以一次完成（2）生产率高，焊接材料消耗小（3）焊缝金属较纯净 电渣焊主要用于厚壁压力容器和铸焊、锻焊、后半拼接等大型构件制造，焊接厚度应大于40mm;常用于碳钢、合金钢何不锈钢的焊接。,五、等离子弧焊 1、等离子弧 等离子弧实质上是一种导电截面被压缩得很小、能量转换非常激烈、电离度很大、热量非常集中的压缩电弧。等离子弧的发生装置如图。该装置有直流电源供电，利用高频振荡引弧(短路引弧)方法是钨极与喷嘴或钨极与 焊件之间引燃电弧。同时，电弧通过水冷喷嘴是受到三 种压缩作用：一是两极间电 弧通过喷嘴细孔道的机械压 缩，成为机械压缩效应；二 是水冷喷嘴使弧柱外层冷却，迫使带电粒子流向弧柱中心 收缩，称为热压缩效应；三,是无数根平行导体所产生的自身磁场，使弧柱进一步压缩，称为磁压缩效应。2、等离子弧焊 借助水冷喷嘴的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行弧焊的方法称为等离子弧焊，焊接电流小于30A的等离子弧焊称为微束等离子弧焊。等离子弧焊除了具有能量集中、热影响区小、焊接质量好、生产率高等优点外，还具有以下特点：一是小孔效应，能较好的实现单面焊双面成形；二是微束等离子弧焊可汗箔材和薄板。但等离子弧焊接的设备比较复杂，气体消耗量大，只宜于室内焊接。,六、电阻焊 工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面积邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法称为电阻焊。电阻焊使用低电压、大电流，故焊接时间极短，一般只有0.1s至几十秒。与其他焊接方法相比，电阻焊生产率高，焊件变形小，无需填充金属，操作简单，劳动条件较好，易于实现机械化和自动化。根据接头形式，电阻焊可分为点焊、对焊和缝焊。1、电阻点焊 电阻点焊是将焊件装配成搭接接头，并压紧在两极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的焊接方法。（如图）,2、对焊 对焊是使用两个被焊工件沿整个接触面焊合的电阻焊工艺。按工艺不同可分为电阻对焊和闪光对焊。（如图）图3-132,（1）电阻对焊 将焊件装配成对接接头加紧在电极上，加与压力并通电，利用电阻热使接触面加热至塑性状态，然后增大压力，同时断电，使接触面产生塑性变形并形成牢固接头。（2）闪光对焊 将焊件装配成对接接头加紧在电极上，接通电源，并使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点，使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，迅速加压并断电，使熔化金属自结合挤出，并产生大量塑性变形使焊件焊合。3、缝焊 工件装配成搭接或对接接头并置于两滚轮电极之间，滚轮加压工件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法称为缝焊。,七、摩擦焊 摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所产生的热使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。摩擦焊可分为连续驱动式和储能式两种。摩擦焊的特点是：在摩擦过程中两端面的氧化膜和杂质被清除，接头质量好且稳定，不易产生气孔、夹渣等缺陷，组织也致密；可焊金属金属范围较广，特别使用于异种金属的对接，操作简单无需加焊接材料，易实现自动控制，生产率高。摩擦焊接头一般是等断面的，也可以是不等断面的，但要求其中有一件是圆形的。,八、钎焊 钎焊是要求两母材的接触面很干净，因此要用钎剂(钎焊熔剂)。钎剂能去除氧化膜和油污等杂质，保护母材接触面和钎料不受氧化，并增加钎料润湿性和毛细流动性。根据前料熔点不同，钎焊可分为软钎焊和硬钎焊。（1）软钎焊 钎料熔点在450 以下的钎料的钎焊叫软钎焊。常用钎剂是松香、氧化锌溶液等。软钎焊接头强度低，工作温度低，主要用于电子线路的焊接。（2）硬钎焊 钎料熔点高于450的钎焊叫硬钎焊。常用钎料有铜基钎料和银基钎料。钎焊的特点是：加热温度低，焊件本身不熔化，故接头组织和性能变化小，焊件的应力和变形也小，易保证焊件尺寸，接头光滑平整，外形美观，同种、异种金属均可焊接，设备简单，易于实现自动化。,10.4常用金属材料焊接,金属材料的焊接性碳素钢的焊接低合金钢的焊接不锈钢的焊接铸铁的补焊有色金属的焊接,一、金属材料焊接性 1、焊接性的概念 金属材料的焊接性即金属材料在一定的焊接工艺条件下表现出“好 焊”和“不好焊”的性能，是指材料在限定的条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求能力。焊接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求四个因素的影响。焊接性的好坏从两个方面来衡量：一是焊接工艺的优；二是焊接接头在使用过程中的可靠性。2、焊接性的评定 金属的焊接性可以通过估算或实验的 方法来评定。（1）用碳当量法估算焊接性（2）焊接性试验,二、碳素钢的焊接 1、低碳钢的焊接 低碳钢的碳当量小于0.40，一般没有淬硬、冷裂倾向，焊接性良好。2、中、高碳钢的焊接 中、高碳钢属于淬火钢，随着含碳量的增加，淬硬、冷裂倾向渐趋严重，焊接性明显变差。焊接中碳钢时要选用适当的焊条，采用一定的焊接工艺措施。高碳钢工件，则只用补焊而很少用于构件的焊接。,三、低合金钢的焊接 低合金钢一般按屈服强度分等级，常用焊条电弧焊和埋弧焊 焊接，相应的焊接材料见表。强度级别较低的低合金钢合金元素少，碳当量低，焊好，一般不需预热。强度级别较高的低合金钢一般焊前要预热。,四、不锈钢的焊接 不锈钢按空冷后室温组织不同可分为马氏体型不