机械制造技术第二章

,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,*,第二章材料成型方法,第一节铸造,第二节焊接,第三节锻造和冲压,第一节铸造,铸造是将金属液浇入预先制备好的铸型中，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能的毛坯或零件的成型方法。用铸造方法所获得的毛坯或零件统称铸件。铸件通常都是毛坯，经切削加工后才能成为零件。,用于铸造成型的金属材料有铸铁、钢、铝合金、铜合金、镁合金等，其中以铸铁应用最为广泛。铸造的种类可分砂型铸造和特种铸造两大类。砂型铸造的铸型以原砂为主，参加适量瓤结剂、附加物和水，按一定比例混制而成。因其本钱低廉，适应性广，是目前铸造生产中应用最广泛的一种方法。特种铸造是在制造铸型时采用少用砂或不用砂的特殊工艺装备，获得比砂型铸造外表质量好、尺寸精确、力学性能较高的铸件。,下一页,返回,第一节铸造,一、砂型铸造,砂型铸造是型砂紧实成铸型的铸造方法，应用最为普遍。,1.砂型铸造的工艺过程砂型铸造的工艺过程是:制造模样、芯盒;配制型砂、芯砂;造型和造芯;烘干、合箱;熔炼金属，浇注;落砂、清理与检验等，如,图2-1,所示，主要工序是造型、造芯和金属熔炼。,(1)浇注系统与冒口将液态金属平稳地导入、填充型腔与冒口的通道，称为浇注系统。通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成，如,图2-2,所示。除导入液态金属外，浇注系统还起到挡渣、补缩与调节冷却顺序等作用。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,冒口是指在铸型内，储存供补缩铸件用熔融金属的空腔，也指该空腔中充填的金属。其作用是补缩、排气和除渣。冒口一般设置于铸件的顶部或“热节处。,(2)造芯制造型芯的过程，称为造芯。型芯主要用来形成铸件的内腔，其方法分为手工造芯和机器造芯两类，一般情况下采用手工造芯，大量生产时采用机器造芯。造芯时，一般在型芯内放置芯骨，用来提高型芯的强度;开设通气孔，以增加排气能力。型芯大多需要烘干，以进一步提高强度和透气性。图2-3为用简单芯盒手工造芯的示意图。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,(3)合型将铸件的各个局部组合成一个完整铸型的操作过程称为合型。合型前应该认真检查各个局部，安装型芯，然后将上型盖上、压紧。假设产生错位，会使铸件产生偏芯、错箱等缺陷。,(4)金属的冶炼冶炼的目的是获得一定化学成分和温度的金属液。铸铁的冶炼常采用冲天炉，其炉料有金属料、燃料和熔剂。金属料包括铸造生铁、回炉铁、废钢和铁合金;燃料为焦炭;熔剂常采用石灰石或氟石，其作用是降低炉渣的熔点，增加其流动性，实现炉渣与铁液的别离。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,(5)浇注浇注是将金属液从浇包注入铸型的过程。为了利于熔渣的上浮和清理，出炉温度一般应该高些，而浇注温度应适当低些，以减少液态金属气体的溶解量和冷凝时的收缩量。浇注速度应该适当，以免产生铸造缺陷。,(6)落砂与清理落砂是铸件在完全凝固，并经充分冷却后，使铸件与型砂、砂箱分开的操作。落砂过早，铸件温度高，冷却太快，会使铸件表层硬化，易产生变形，甚至开裂;反之，生产周期加长，生产率降低。,清理是落砂后从铸件上去除外表粘砂以及浇冒口、毛刺、氧化皮等多余金属的过程的总称。清理的方法分手工清理和机械清理。手工清理用风铲和铁刷进行清理;机械清理有摩擦清理法、喷丸清理法和抛丸清理法等方法。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,2.造型材料,造型材料包括型砂和芯砂两种。,型砂和芯砂应具有以下性能:透气性、强度、耐火度、可塑性、退让性。,造型材料由原砂、黏结剂、水和附加物等组成。原砂是型砂和芯砂的主要组成局部;黏结剂的作用是将砂粒互相瓤结在一起，使型砂具有一定的强度和可塑性，常用的有陶土、油类、树脂与水玻璃等;附加物是为了改善型砂的某些性能而附加的物质，如参加煤粉可提高耐火性能，参加水玻璃可提高强度，参加木屑可改善透气性和退让性等。型(芯)砂的制备过程主要包括烘干、筛分、混砂、松砂、停放闷砂等。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,3.造型方法,砂型铸造的造型方法很多，一般分为手工造型和机器造型两大类。,(1)手工造型手工造型是传统的造型方法，它操作灵活，应用范围广，对模具、砂箱的要求也不高，但生产率低，主要用于单件、小批量生产。按照模样的特点可以分为整模造型、分模造型、挖砂造型、活块造型等方法。,整模造型整模造型的模样是一个整体，其特点为铸型简单、造型简易，适用于形状简单最大截面在端部的铸件。其工艺过程由填砂、紧实、制作出气道、翻转下砂箱、制作上砂箱、浇注系统、起模和完成浇冒系统、修模、合箱等组成。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,分模造型将模样沿外形的最大截面处分成两局部，并用销钉定位，型腔位于上、下两个砂箱内，造型过程如图2-4所示。其特点是模样分开的分模面就是铸型的分型面，造型操作方便，适用于形状比较复杂的铸件，特别是有孔的铸件。,挖砂造型某些铸件，如手轮，其轮缘的外形为曲面，用整体模样造型时，将阻碍起模的型砂挖掉，造型过程如图2-5所示。其特点是要求较高的操作技术，生产效率低，适用于单件、小批量生产。,活块造型将模样上阻碍起模的局部做成活动的活块。起模时，先取出模样的主体，然后取出活块，此法叫做活块造型，造型过程如图2-6所示。其特点是造型费工，要求操作技术高，活块容易松动、错位，影响铸件精度，适用于单件、小批量生产。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,刮板造型用与铸件截面形状相同的刮板代替实体模样的造型方法，叫做刮板造型，造型过程如图2-7所示。特点是不用模样，节省了材料与工时，但要求造型技术高，适用于尺寸较大的回转体、等截面的铸件的单件、小批量生产。,(2)机器造型机器造型是现代化铸造车间生产的重要手段，能够高效率地生产出尺寸精确、外表粗糙度值小、加工余量少的铸件，劳动条件较好。但需专用设备，故只适用中、小件的批量生产。机器造型的主要工序实现了机械化，消除了操作者技术水平个体差异的影响，而且砂型的紧实程度更符合铸件成型的要求，型腔轮廓清晰准确，铸件质量好。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,根据紧实型砂的原理不同，机器造型有振击压实式、空气冲击式、射压式和抛砂式等造型方法。其中振击压实式造型为典型的造型方法，但因振动强、噪声大，因而逐渐被其他紧实方式所取代。空气冲击式造型是近些年开展起来的先进造型技术，具有造型机结构简单、维修方便、噪声小的特点，很有开展前途。射压式紧实造型是现代铸造生产中用来制作型芯的主要方法，在树脂砂应用量不断扩大的状况下，射压式紧实设备数量也不断增多。抛砂式紧实仅适用于中、小批量生产大件的造型过程。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,二、特种铸造,1.压力铸造,将液态金属在高压下快速充填到金属铸型中，并在压力下充型和凝固而形成铸件的铸造方法称为压力铸造，简称压铸。图2-8为J1113G型卧式冷室压铸机外形图。该设备合型力为1 350 kN，压射力为94157 kN，一次铝合金浇入量为1. 8 kg。图2-9为常用压铸机的工作过程。,压力铸造的主要特点如下:,.生产效率极高;,.铸件外表质量好，特别是能铸出壁很薄、形状很复杂的铸件;,上一页,下一页,返回,第一节铸造,.因铸件内部易产生细小分散气孔，故压铸件不能热处理和在高温条件下工作。,压力铸造主要用于大批量生产形状复杂的有色金属薄壁件，如仪表壳、化油器、汽缸体等，在航空、汽车、电器和仪表工业得到了广泛应用。,2.消失模铸造,消失模铸造又称实型铸造或汽化模铸造。它采用聚苯乙烯泡沫塑料制成整体模样代替普通模样。造型后不取出模样就浇入金属液，在高温金属液的热作用下，泡沫塑料即被汽化，燃烧而消失。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,消失模铸造的工艺流程如下:,(1)预发泡将聚苯乙烯珠粒预发到适当密度，一般通过蒸汽快速加热来进行。,(2)模型成型经过预发泡的珠粒要先进行稳定化处理，然后送人模具型腔，再通入蒸汽，使珠粒软化、膨胀，挤满所有空隙并且瓤合成一体。,(3)模型簇组合模型在使用之前，必须存放适当的时间(几小时至数天)使其熟化稳定，然后将分块模型进行胶瓤结合。,(4)模型簇浸涂把模型簇浸入耐火涂料中，然后在3060的空气循环烘炉中十燥23h，十燥之后，将模型簇放人砂箱，填入于砂振动紧实(通常用抽真空形成负压的方式，使砂型紧实)，必须使所有模型簇内部孔腔和外围的十砂都得到紧实和支撑。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,(5)浇注熔融金属浇入铸型后，模型材料在高温下产生汽化，其空间被金属所取代后即形成铸件。,图2-10,是消失模工艺的砂箱和浇注示意图。,(6)落砂清理浇注之后，铸件在砂箱中凝固和冷却，然后落砂和清理。,消失模的主要优点是:,.模型设计的自由度增大，可整体生产复杂的铸件;,简化了铸造工艺，如无需型心、起模抖度，可以不要冒口补缩，可省分型面;,.提高铸件精度，可重复生产高精度铸件，减小机加工余量，可使铸件壁厚偏差控制在-0. 15+0. 15mm之间。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,但消失模铸件易产生与泡沫塑料有关的缺陷，如皱纹、黑渣、增碳和气孔等。,消失模铸造方法可用于生产有色及黑色金属的零件，包括汽缸体、汽缸盖、曲轴、变速箱，进气管、排气管及刹车毅等铸件。,3.金属型铸造,金属型铸造用铸铁、铸钢或耐热钢制造铸型，将熔炼好的金属浇注进去以获得铸件的铸造方法叫金属型铸造。因金属铸型可反复使用几百乃至上万次，故又称永久型，如,图2-11,所示。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,金属型铸造的主要特点是:,.一型多铸，生产效率高;,金属液冷却快，铸件内部组织致密，力学性能较高;,.铸件的尺寸精度和外表粗糙度较砂型铸件好。,由于金属型本钱高，无退让性和冷速快，所以主要适用于大批量生产形状简单的有色金属铸件，如铝合金活塞、铝合金缸体等。,4.离心铸造,离心铸造将液态金属浇入高速旋转的铸型，在离心力作用下凝固成型的工艺叫离心铸造。离心铸造在离心机上进行，按旋转轴的空间位置有卧式和立式两种离心机。铸型多用金属型，也可用非金属型(如砂型、熔模壳型等)。图2-12为立式离心铸造机示意图。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,离心铸造的主要特点如下:,.铸件组织细密，无缩孔和气孔等缺陷;,.不用型心便可制得中空铸件;,.不需要浇注系统，提高了液体金属的利用率。,但离心铸造的内外表质量较差，对成分易产生偏析的合金不宜采用。目前离心铸造主要用于圆形空心铸件的生产，也可铸造成型铸件及双金属铸件，如铸铁管、轴瓦(钢套铜衬)等。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,5.熔模铸造,熔模铸造又称失蜡铸造。它是用易熔材料(如蜡料)制成零件的模样，在蜡模上涂挂几层耐火材料，经硬化、加热，将脱掉蜡模后的模壳经高温焙烧装箱加固后，趁热进行浇注从而获得铸件的一种方法。其铸造生产过程如图2-13所示。,熔模铸造的主要特点是:,.无须起模、分型、合型等操作，能获得形状复杂、尺寸精度高、外表粗糙度低的铸件，故有精密铸造之称,.适用于各种铸造合金，尤其是高熔点、难加工的耐热合金。,此法由于受蜡模强度的限制，目前主要用于生产形状复杂、精度要求高或难以进行锻压、切削加工的中小型铸钢件、不锈钢件、耐热钢件等，如汽轮机叶片、成型刀具和锥齿轮等。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,三、铸件清理,1.铸件的落砂,将浇注成型后的铸件从型砂和砂箱中别离出来的操作称为落砂。落砂应在铸件充分冷却后进行。过早会使铸件冷却太快，外表易产生硬化，铸铁件会出现外表白口，严重时还会因内应力过大而出现变形、裂纹等缺陷。通常铸铁件的落砂温度不得大于500 oC。对于形状简单、质量小于10 kg的铸件，一般在浇注后0. 5 h左右即可进行落砂。,为了改善劳动条件与提高生产率，目前已经广泛采用震动落砂机进行机械落砂。,上一页,下一页,返回,第一节铸造,2.铸件的清理,落砂后的铸件必须进行清理才能到达外表质量的要求。清理的内容主要包括切除浇冒口、去除砂心及铸件外表瓤砂、飞边、毛刺和氧化皮等。机械清理的方法有滚筒清理、喷砂或喷丸清理等。,3.铸件质量检验,清理后的铸件还要进行质量检验，合格的铸件验收后人库;个别有不太严重缺陷的铸件经修补后仍可作次品使用;缺陷严重或缺陷出现在铸件重要部位的那么将成为废品。检验后，应对铸件缺陷进行分析，找出原因，提出预防措施。,常见铸件缺陷的名称、特征及形成原因如表2-1所示。,上一页,返回,第二节焊接,焊接是通过加热或(和)加压，并且用或不用填充材料使焊件金属到达原子结合的一种加工方法。焊接属于一种连接成型技术。,根据焊接的工艺特点和母材金属所处的状态，可将焊接方法分为三大类。,.熔化焊，是将接头加热至熔化状态，一般都参加填充金属的焊接方法，如手工电弧焊、气体保护焊、电渣焊、等离子焊、电子束焊、激光焊等;,.压力焊，是对焊件施加压力，加热或不加热的焊接方法，如电阻焊(包括点焊、对焊等)、摩擦焊、扩散焊、爆炸焊、超声波焊等;,下一页,返回,第二节焊接,.钎焊，是采用熔点比母材低的钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料的熔点而母材不熔化，利用毛细管作用使液态钎料填充接头间隙与母材相互扩散形成连接的焊接方法。,焊接是一种永久性连接方法，能连接各种锻件和板类零部件等，可以简化毛坯工艺、制成复杂结构件。焊接与螺栓连接、铆接、胶接等(如图2-14所示)方法相比，具有节约材料、减轻零部件重量、气密性好、生产效率高、便于实现机械化和自动化等优点。因此，焊接方法得到普遍重视并获得迅速开展。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,焊接技术可用于制造金属结构，广泛用于造船、车辆、桥梁、航空航天、建筑钢结构、重型机械、化工装备等领域;可制造机器零件和毛坯，如轧辊、飞轮、大型齿轮、电站设备的重要部件等;可连接电器导线和精细的电子线路。但凡金属材料需要连接的地方，就有焊接方法的应用。它甚至还可应用于新型陶瓷连接、非晶态金属合金焊接等。,焊接也存在着缺乏之处，如熔化焊在焊接时往往是局部高温快速加热并快速冷却，容易导致焊缝及其附近区域的化学成分、金相组织、力学性能和物理性能、抗腐耐磨等性能与母材有所不同，焊件中由于局部加热和冷却所导致的焊接剩余应力和变形，这些都不同程度地影响了产品的质量和平安性;焊缝及热影响区有时因工艺不当产生的某些缺陷，将会影响结构的承载能力。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,一、手工电弧焊,电弧焊利用焊条与工件间产生电弧热，将工件和焊条熔化而进行的一种焊接方法。主要包括手工电弧焊、埋弧焊与气体保护电弧焊。手工电弧焊简称手弧焊，是常用焊接方法之一。手弧焊具有设备简单、维护容易、焊钳小、使用方便等优点，适宜于焊接板厚3mm以上的碳钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢等，以及铸铁的焊补。,1.焊接过程,手工电弧焊焊缝形成过程如图2-15所示。焊接时在焊条与焊件之间引发电弧，高温电弧将焊条端头与焊件局部熔化而形成熔池，然后，熔池迅速冷却、凝固形成焊缝，遂使别离的两块焊件连接成一个整体。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,电焊条的药皮熔化后形成熔渣覆盖在熔池上，熔渣冷却后形成渣壳依旧覆盖在焊缝上，始终对焊缝起着保护作用。,2.焊接电弧,焊接电弧指发生在焊条端头与工件之间，由电场通过两电极(焊条与工件)之间的气体进行强力、持久的放电，即所谓气体放电现象。,(1)焊接电弧的形成焊接时，先将焊条与焊件瞬时接触，发生短路。强大的短路电流流经少数几个接触点，如图2-16 ( a)所示，致使接触点处温度急剧升高并熔化，甚至局部发生蒸发。当焊条迅速提起时，焊条端头的温度已升得很高，在两电极间的电场作用下，产生了热电子发射。飞速发射的电子撞击焊条端头与焊件间的空气，使之电离成正离子和负离子。电子和负离子流向正极，正离子流向角秘。仗迎带申L后占的宗向运动形成了悍榕申L弧。如图2-16 ( b)所示。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,(2)焊接电弧的构成焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三局部组成，如图2-16(c)所示。,一般情况下，阳极温度略高于阴极温度，因为阳极区外表受高速电子的撞击，产生较大的能量，故发出较多的热量，约占电弧热量的43 %;而阴极区因发射电子而消耗一定能量，故阴极区产生的热量略低，约占电弧热量的36 %;弧柱区产生的热量仅占21 % ;弧柱周围温度那么较低，因而大局部热量散失在大气中。弧柱温度那么随焊接电流增大而升高。,当以铁作为电极材料时，阴极区温度约为2 400 K，阳极区温度约为2 600 K，而弧柱中心区温度高达6 0008 000 K。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,由于电弧中各区温度不同，因此，用直流电源焊接时有正接法和反接法的区分，工件接电焊机正极、焊条接电焊机负极的接法，称为正接法;反之，那么为反接法。使用交流电焊机时，由于电源周期性地改变极性，故无正接和反接的区分，焊条和工件上的温度及热量分布趋于一致。,3.焊接设备,手工电弧焊的主要设备是弧焊机，它为焊接电弧提供电源。为保证能够提供平安可靠的焊接电流，必须符合以下要求:高的空载电压，容易引弧;焊接时，大电流，低电压，弧长和电流的变化应很小;短路电流不得太大，还要有良好的调节特性，能根据不同的焊接材料与厚度调节焊接电流。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,弧焊机分为交流弧焊机与直流弧焊机两类。交流弧焊机是一种特殊的降压变压器，它通过改变次级线圈抽头的接法和可动铁芯的位置，对焊接电流进行调节。这种弧焊机体积小、重量轻、噪声小、结构简单、节省电能、使用可靠、维修方便，目前国内广泛使用，但其焊接电弧的稳定性稍差。直流弧焊机所提供的电源是直流电，容易引弧，电弧稳定，焊接质量好，能够适应各类焊条，并能够根据焊件特点选用正接或反接，常用于重要结构件的焊接，但存在着结构复杂、噪声大、本钱高、维修困难等缺点。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,4.焊条,电焊条(简称焊条)是手工电弧焊时的焊接材料，是一种涂有药皮的熔化电极，它由焊芯和药皮两局部组成。,焊芯是焊接专用的金属丝，按规定，它有一定的直径和长度。焊条直径即为焊芯的直径(焊丝直径)，通常其规格有2 , 2. 5、3.2, 4, 5、6mm等。其长度一般为300450 mm。,焊丝的作用有两个:一是作为电极，传导电流，产生并维持电弧;二是熔化后作为填充金属与熔化的母材一起组成焊缝。另外必要时，也可以用焊芯来渗合金。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,按国家标准规定，焊接专用钢丝(焊丝)分为碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢三类。常用的碳素结构钢焊芯牌号有H08 , H08 A , H08 E和H10Mn2等。牌号的含义为:H表示焊芯，08表示含碳量为0. 08 %，合金元素及其他符号与钢号表示方法相同。,药皮是挤压涂在焊芯外表上的涂料层，它由矿石粉、铁合金粉、黍占结剂等原料按一定比例配制而成。其主要作用是使电弧容易引燃并保持稳定;在电弧高温下，产生大量气体，并形成熔渣，保护熔化金属不被氧化;去除有害元素(如氧、氢、硫、磷等)，添加有益的合金元素，以改善焊缝质量。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,根据药皮所含氧化物的性质，焊条分为酸性焊条和碱性焊条两类。酸性焊条是指药皮中含有酸性氧化物比碱性氧化物多的焊条;反之那么称为碱性焊条。酸性焊条有良好的工艺性能，交、直流电源均可使用，但焊缝的力学性能，尤其是塑性、韧性不如用碱性焊条焊接的焊缝好，故常用于一般结构件的焊接。碱性焊条工艺性能差，要求用直流电源施焊，但焊接质量好，常用于重要的结构件及焊接性较差金属的焊接。,按照国标GB 5117一1985的规定，焊条型号用大写字母和数字表示，如E4315, E5015等。E表示焊条，型号中四位数字的前两位表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为MPa ,第三位数字表示焊条适用的焊接位置，第三位与第四位数字组合表示药皮类型和电流种类。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,如J422牌号的J表示结构钢焊条，42表示焊缝的抗拉强度不低于420MPa, 2表示氧化钦钙型药皮，可用于直流或交流焊接。,焊条的选用一般按等性能原那么，并考虑焊件的结构特点、工作条件、产量、施焊条件及经济性等因素，合理地选用。,5.焊接工艺,(1)接头形式和坡口形式在手工电弧焊中，由于焊件厚度、结构形状和使用条件不同，其接头形式和坡口形式也不同，如图2-17所示。,焊接接头形式可分为对接接头、角接接头、T形接头和搭接接头四种。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,为了使焊件焊透并减少被焊金属在焊缝中所占的比例，一般在对接接头手工电弧焊钢板厚度大于6 mm时要开坡口。重要的结构厚度大于3 mm时就要开坡口。常见的坡口形式有V形、U形、K形和X形等。,(2)焊缝的空间位置按施焊时焊缝在空间所处的位置不同，焊缝可分为平焊缝、立焊缝、横焊缝和仰焊缝四种形式，如图2-18和图2-19所示。平焊时，熔化金属不会外流，飞溅小，操作方便，易于保证焊接质量;横焊和立焊那么较难操作;仰焊最难，不易掌握。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,(3)焊接标准参数的选择焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量(如焊接电流、电弧电压、焊接速度等)统称为焊接工艺参数。手工电弧焊的工艺参数主要是焊条直径、焊接电流、电弧电压和焊接速度等，其中尤为重要的是，焊条直径和焊接电流。,焊条直径首先，根据焊件的厚度初步选择焊条直径，如表2-2所示，然后按焊接工艺条件(接头形式、焊接位置、焊接层数等)作必要的调整。,如立焊、横焊和仰焊应选较细焊条;多层焊时，打底层用小直径焊条以保证焊透，减少缺陷和防止烧穿，而中间及覆盖层可用大直径焊条以提高生产率。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,焊接电流一般情况下都按焊条直径选择焊接电流。通常可按经验公式I = (3055)d来确定。式中，I是焊接电流(A)，而d那么是焊条直径(mm)。应注意的是，由上述公式计算所得的电流只是个大致范围，实际施焊时还要考虑焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头形式、焊接位置等因素进行必要的修整，通常要经过试焊来确定。,焊接层数对较厚的工件要开坡口，采用多层焊或多层多道焊。一般每层焊道厚度不能大于45mm。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,其他焊接工艺参数电弧长度(和电弧电压成正比，影响熔宽)和焊接速度(单位时间内完成的焊缝长度)由焊工视具体操作情况掌握，一般不作规定。通常，尽量要求用短弧焊接，电弧长度不超过焊条直径。使用碱性焊条时，弧长应更短(约为焊条直径的一半)。,焊接时，所用工艺参数是否正确，不但影响焊缝外观成型，而且影响焊接接头的内部质量。,二、其他焊接方法简介,随着工业生产的日益开展，还有许多焊接方法逐渐被广泛采用，这里主要介绍常见的埋弧自动焊、气体保护焊、钎焊等。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,1.埋弧自动焊,埋弧自动焊(简称埋弧焊)是电弧在焊剂层下燃烧，用机械自动引燃电弧并进行控制，自动完成焊丝送进和电弧移动的一种电弧焊方法，如图2-20所示。将焊丝插人焊剂中，引燃电弧，使焊丝和焊件局部熔化形成熔池。焊剂形成的气体和熔渣可使电弧和熔池与外界空气隔绝。焊丝逐渐前移，即可完成焊接。,和手工电弧焊相比，埋弧自动焊有以下特点:,焊接质量好，由于电弧和金属熔池得到可靠保护，焊接过程稳定，焊接标准自动调节，所以焊接质量十分稳定，焊缝成型及力学性能优良;,上一页,下一页,返回,第二节焊接,.生产率高，因埋弧焊使用光焊丝，不存在手弧焊的焊条发热问题，以及焊丝导电长度短，所以可使用大电流(可达1 000 A以上)焊接，又因其熔深大，所以中厚板焊接可以不开或少开坡口，故生产率高不说，还大量节省了开坡口工时及填充焊接材料与能耗;,劳动条件好，电弧光在焊剂层下不外露，焊接过程机械化、自动化，劳动条件大为改善;,.设备复杂，适应性较差，只适于平焊位置的对接或角接平直长焊缝，或直径较大的环缝。,埋弧焊主要用于板厚3 mm以上的碳钢和低合金结构钢的焊接，适用于长直的平焊缝和直径大的环形焊缝。目前主要应用于锅炉、起重机、船舶、石油和化工容器等金属结构的制造。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,2.气体保护焊,用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊，称为气体保护焊。具有电弧可见、热量集中、熔池小、热影响区小、焊件变形小、可以实现全位置焊接等优点，适合于薄板的焊接。常用气体保护焊有氢弧焊和CO,2,气体保护焊等。,(1)氢弧焊氢弧焊是以惰性气体氢气作为保护气体的气体保护焊。氢弧焊分为不熔化极(钨极)氢弧焊与熔化极氢弧焊两种，如,图2-21,所示。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,焊接时氢气由喷嘴连续喷出，有效地保护电弧和熔池。由于氢气是惰性气体，在焊接中与液态金属既不发生冶金、化学反响，也不溶入金属，所以电弧稳定，焊接质量高。另外，由于气流压缩使电弧热量集中，因而焊接速度快，熔深大，而焊接变形小。由于上述特点，氢弧焊一般用于有色金属(如铜、铝、钦及其合金)和不锈钢、耐热钢、高强度结构钢的焊接。因氢气较贵，所以氢弧焊主要用于重要结构的焊接。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,(2) CO2气体保护焊 CO2气体保护焊是利用CO2作为保护气体的气体保护焊。焊接装置与熔化极氢弧焊相似，连续送进的焊丝为一电极，焊件为另一电极，采用自动半自动方式进行焊接。CO2气体保护焊生产率高，焊接本钱较低，热影响区小，并可实现全位置焊接。但焊接过程中金属飞溅比较严重，焊缝成型小，容易产生气孔。CO2气体保护焊主要用于低碳钢和低合金高强度结构钢的薄板焊接，广泛应用于汽车、船舶、机车车辆等各个行业。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,3.气焊,气焊是利用可燃气体和助燃气体混合后燃烧产生的高温作为热源的一种焊接方法。最常用的氧乙炔焊，其最高温度可达3150左右。其焊接过程如图2-22所示。焊接时，乙炔和氧气在焊炬中混合均匀后从焊嘴喷出，点燃后形成火焰，将焊件和焊丝熔化，形成熔池，不断移动焊炬和焊丝，就形成焊缝。气焊火焰对熔池保护差，焊接质量不高，焊后工件变形较大，生产率不高，近几十年来，因惰性气体(如Ar气)和活性气体(如 CO2)保护电弧焊的开展，气焊被这些新技术替代的趋势不断加强，其应用范围那么不断减小。如今气焊只是在薄钢板和有色金属焊接、钎焊以及修理行业中继续被有限地使用，重要的结构件几乎都不用气焊。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,4.钎焊,钎焊是用熔点低于母材的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到适当的温度，使焊件仍处于固态而钎料熔化后靠湿润及毛细管作用填充进接头间隙并与母材相互扩散实现连接的一种方法。钎焊加热温度低，母材不熔化，焊接过程较为简单，焊接应力和变形小，尺寸精度高。但焊接接头强度较低，耐热性较差，并且多采用搭接接头，增加了结构重量，因此多用于仪器、仪表、微电子器件、真空器件的焊接。根据钎料熔点的不同，钎焊可以分为硬钎焊与软钎焊两类。,(1)软钎焊钎料熔点在450以下。常用的钎料为锡铅钎料，钎剂为松香或氯化锌溶液等。其接头强度低，工作温度在100以下。软钎焊主要用于受力不大的薄板容器及电器零件的焊接。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,(2)硬钎焊钎料熔点在450以上。常用的钎料有铜基、银基、铝基钎料等，钎剂主要有硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等。其接头强度较高，工作温度也较高。主要用于刀具以及仪表零件的焊接，如自行车车架、切削刀具等。,5.电阻焊,电阻焊是利用电流直接通过工件自身和工件间的接触而产生的电阻热，将工件接触面局部加热至塑性状态或熔融状态，在压力下完成焊接的一种方法。按工艺特点，电阻焊分为点焊、缝焊和对焊三种，如,图2-23,所示。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,点焊是利用两个柱状电极加压并通电，在接触处形成一个熔核，冷却后即成一个焊点。点焊适用于制造接头处不要求密封的搭接结构和厚度小于3 mm的冲压、轧制的薄板构件。它广泛用于如汽车驾驶室等低碳钢产品的焊接。,缝焊是用一对滚轮电极代替点焊的柱状电极，当它与焊件作相对运动时，经通电加压，在接缝处形成一个一个相互重叠的熔核，冷却后即成密封的焊缝。缝焊用于焊接油桶、罐头、暖气片、飞机油箱和汽车油箱等有密封要求的薄板焊件。,对焊是将两个工件的端面相互接触，经通电和加压后，使其整个接触面焊合在一起。对焊用于石油、天然气输送管道，钢轨，锅炉钢管，自行车、摩托车轮圈，锚链及各种刀具等，也可用于各种部件的组合及异种金属的焊接。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,三、常见的焊接缺陷,常见焊接缺陷的类型、形成缺陷的原因及其预防措施如表2-3所示。,四、焊接检验,工件焊完之后，应根据相关的产品技术条件所规定的要求进行检验。生产中常用的检验方法有:,1.外观检验,用肉眼或借助低倍放大镜观察焊缝的外表情况，确定是否有缺陷存在;用样板，焊缝量尺等测量焊缝外形尺寸是否合格。,上一页,下一页,返回,第二节焊接,2.致密性检验,该检验主要是用于检查要求密封的容器和管道，常用的方法有气压试验、水压试验、气密性试验和煤油试验。,水压试验用于检查受压容器的强度和焊缝致密性，试验压力是工作压力的1. 251 .5倍。,3.无损检验,无损检验主要用于检查焊缝内部缺陷。常用方法有磁粉探伤、渗透探伤、射线探伤和超声波探伤等。,.磁粉探伤是利用处于磁场中的焊接接头外表磁粉分别具有的特征来检查铁磁性材料外表及近外表缺陷(如微裂纹等);,上一页,下一页,返回,第二节焊接,.渗透探伤是用带有荧光染料(荧光法)或红色染料(着色法)的渗透剂对焊接缺陷的渗透作用来检查外表微裂纹;,.射线探伤和超声波探伤是用专门仪器检查焊接接头是否有内部缺陷，如裂纹、未焊透、气孔、夹渣等。,上述方法均属于非破坏性检验。必要时，根据产品设计要求还可以进行破坏性检验，如力学性能试验(将焊接接头按要求加工成试件，进行拉伸、弯曲、冲击等机械性能试验)、金相检验、断口检验及耐腐蚀试验等。,上一页,返回,第三节锻造和冲压,用一定的设备或工具，对金属材料施加外力使其产生塑性变形，从而改变其尺寸、形状并改善其性能，生产型材、毛坯或零件的加工方法，总称为金属压力加工。金属压力加工的种类较多，如,图2-24,所示，常用方法的分类和应用如下。,自由锻，在加热状态下使用锻锤或压力机及简单工具迫使坯料成型。用于生产单件、小批生产外形简单的各种规格毛坯，如轧辊、大电机主轴、万吨级船的传动轴等;,模锻，在加热状态下用模锻锤或压力机及锻模使坯料成型。可批量生产中、小型毛坯(如汽车的曲轴、连杆、齿轮等)和日用五金工具(如扳手等);,下一页,返回,第三节锻造和冲压,.冲压，在常温状态下用剪床或冲床及冲模等使板料别离或兼成型。可批量生产如钢、铝制的日用品如盆、杯、自行车链条片等，和汽车上用的汽车外壳、油箱等;,.轧制，在加热状态或常温状态使用轧机和轧辊进行压力加工，用来减小坯料截面尺寸，或兼改变截面形状。可批量生产钢管、钢轨、角钢、工字钢与各种板料等型材;,.拉拔，使用拉拔机和拉拔模进行压力加工，用来减小坯料截面尺寸，或改变坯料截面形状。可批量生产钢丝、铜铝电线、漆包线、铜铝电排等丝状、带状、条状型材等;,.挤压，使用挤压机和挤压模加工，主要改变坯料截面形状;可批量生产塑性较好的复杂截面型材，如铝合金门窗构条、铝散热片等，或生产齿轮、螺检、铆钉等各种挤压零件。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,自由锻和模缎统称锻造，介于两者之间的过渡方式称为胎模锻。,经过锻造加工后的金属材料，其内部原有的缺陷如裂纹、疏松等，在锻造力的作用下可被压合，且形成细小晶粒。因此锻件组织致密，力学性能(尤其是抗拉强度和冲击韧度)比同类材料的铸件大大提高。机器上一些重要零件(特别是承受重载和冲击载荷)的毛坯，通常用锻造方法生产。除自由锻外，其他锻造方法还具有较高的生产率和锻件成型精度。锻造主要缺点是锻件形状的复杂程度(尤其是内腔形状)不如铸件。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,一、锻造性能,金属的锻造性能是衡量金属在经受压力加工时获得优良制品难易程度的工艺性能。主要包括金属的塑性和变形抗力两个指标。金属的塑性好，变形抗力小，那么锻造性能好;反之，那么锻造性能差。金属的塑性常用金属的断面收缩率、断后伸长率来表示。变形抗力是指在压力加工过程中，金属作用于施压工具外表单位面积上的压力。金属的锻造性能取决于金属的本质及加工条件。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,1.金属的本质,金属的本质主要包括化学成分和金相组织。不同成分的合金具有不同的塑性和变形抗力，其可锻性就不同。纯金属的塑性比其合金的塑性好，变形抗力小。含合金元素愈多，塑性愈低，变形抗力愈大，例如，相同碳含量的合金钢比碳钢的塑性低，变形抗力大。组织愈均匀，塑性愈好，单相固溶体的金属塑性较好，多相组织的金属变形抗力大，塑性差，例如20钢室温组织是铁素体和珠光体，塑性就不如加热到相变温度以上转变为单一奥氏体时的塑性好。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,2.加工条件,金属的加工条件一般指金属的变形温度、变形速度和变形方式等。变形温度对塑性和变形抗力的影响最大，在一定的变形温度范围内，温度越高，塑性提高，变形抗力降低，可锻性会提高，但是温度过高，会降低塑性。一般情况下，提高变形速度，使金属塑性下降，变形抗力增加，锻造性能变差，只有当变形速度超过某临界值时，变形产生的热效应提高了变形温度，使锻造性能得到改善。变形方式不同，变形金属内应力的状态不同，也会影响金属的塑性与变形抗力。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,二自由锻,自由锻分手工锻造和机器锻造两种。手工锻造只能生产小型锻件，生产率也较低;机器锻造那么是自由锻的主要生产方法。自由锻所用工具、设备简单，通用性大，工艺灵活，但锻件的精度不高，加工余量大，生产率低，劳动强度大。,1.自由锻设备,常用的自由锻设备有空气锤、蒸汽一空气锤和液压机三种。一般情况下，根据锻件质量与坯料尺寸，选用自由锻设备。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,(1)空气锤空气锤是利用电动机驱动并由空气带动锤头工作的锻造设备。空气锤产生冲击力，使金属坯料变形，操作方便，但能量不大，主要用来锻造小型锻件。目前，常用空气锤的吨位为501 000 kg，如图2-25所示。,(2)蒸汽一空气锤蒸汽一空气锤是利用蒸汽或压缩空气带动锤头工作的锻造设备。其结构较为复杂，吨位较大，可以用来生产质量小于1 500 kg的中小型锻件。目前，常用蒸汽一空气锤的吨位为1 8t。,(3)液压机液压机是利用15 40MPa的高压水推开工作活塞形成巨大的静压力使金属产生塑性变形，其工作时无振动，噪声小，工作平稳、平安，锻件质量好，但设备本钱高，较为复杂，适用于大型锻件的锻造。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,2.自由锻根本工序,自由锻根本工序主要有墩粗、拔长(延伸)、冲孔和扩孔、弯曲、扭转、切割等。锻造各种形状的锻件，可采用这些工序中的一个或多个。,(1)墩粗沿坯料轴向锻打，使其高度减小，横截面积增大。墩粗分为整体墩粗(沿坯料全长的微粗)和局部墩粗(坯料局部长度的墩粗)两种方式。墩粗用来锻造圆盘类及法兰等锻件，还作为冲孔前的预备工序。墩粗方法及本卷须知如图2-26所示。,(2)拔长垂直坯料轴线锻打，使其横截面积减小，长度增加。实心或空心的轴类锻件采用拔长工序。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,坯料在拔长过程中应作90,o,翻转。,图2-27,(a)为锻打完一面后翻转90,o,，再锻打另一面。重量大的毛坯常采用此拔长方法。图2-27(b)为来回翻转90,o,拔长。此法用于重量较小和一般钢件的锻造。,毛坯从大直径拔长到小直径时，应先以正方截面拔长到一定程度后，再倒棱、滚圆，如,图2-28,所示。,(3)冲孔和扩孔 用冲子在坯料上冲出透孔或不透孔。冲孔方法如,图2-29,所示。,直径小于25 mm的孔一般不冲出。孔径较大时，可先冲小孔，然后将空心工件套在心轴上，将孔扩大，如,图2-30,所示。,(4)弯曲把坯料弯成弧形或一定的角度。,(5)切割将坯料切断或切成一定的形状。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,三、模型锻造,模型锻造简称模锻，是将加热后的坯料放在模膛内受压变形，得到和模膛形状相符的锻件的方法。,模锻与自由锻相比有以下特点:,.能锻造出形状比较复杂的锻件;,.模锻件尺寸较精确，外表粗糙度较好，比自由锻件节省金属材料;,.生产效率较高。,但是，模锻生产受到设备吨位的限制，模锻件的尺寸不能太大。此外，锻模制造周期长，本钱高。所以模锻适合于中小型锻件的大批量生产。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,按所用设备不同，模锻可分为:胎模锻、压力机上模锻和锤上模锻等。,1.胎模锻,胎模锻是在自由锻造设备上使用简单的模具(胎模)来生产模锻件的工艺。胎模锻一般采用自由锻方法制坯，然后在胎模中终锻成型。胎模不固定在设备上，锻造过程中可随时放上或取下。胎模适合于中小批量生产。,手锤头胎模如,图2-31,所示。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,2.压力机上模锻和锤上模锻,锤上模锻时，通常把锻模做成上下两局部，如图2-32所示，并固定在锻造设备上。锻模上有导柱、导套或定位块保证上下模对准，通常制坯和终锻都在一副锻模的不同模膛内完成。这类模锻适合于大批量生产。,锤上模锻所用设备主要是蒸汽空气锤，其工作原理与蒸汽一空气自由锻锤根本相同。模锻锤的吨位一般为116t，模锻件的质量一般在150 kg以下。,模锻压力机可分为曲柄压力机、摩擦压力机、平锻机和模锻水压机等。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,相对锤上模锻，压力机上模锻具有以下优点:,.滑块运动速度较低，金属变形速度低，有较充分的时间进行再结晶，所以低塑性金属适宜在压力机上进行模锻,滑块行程一定，金属在模膛中一次便可锻压成型，生产效率较高;,工作时振动小、噪声低、劳动条件好;,.便于实现操作的机械化和自动化。,四、冲压概述,板料冲压是利用装在冲床上的模具使板料别离或变形，从而获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的加工方法。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,板料冲压多用于具有足够塑性和较低变形抗力的金属材料(如低碳钢和有色金属及其合金等)薄板。板料厚度小于6mm的称薄板冲压，在一般情况下，板料不需要加热，故又称冷冲压。当板料厚度大于810mm时，才采用热冲压。板料冲压也可用于加工非金属材料，如硬橡胶、胶木板、石棉板、皮革、云母片等非金属材料。占全世界钢产60%70%以上的板材、管材及其他型材，其中大局部经过冲压制成成品。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,1.板料冲压的特点,板料冲压具有如下特点:,冲压件具有质量轻，强度较高，刚性好，尺寸精度和外表粗糙度高等优点;,.操作简单，工艺过程易实现机械化和自动化，生产率高，材料消耗少，产品本钱低;,.冲模结构复杂，精度要求高，制造费用高，只适于大批量生产。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,冲压生产中常用的设备是剪床和冲床。剪床用来把板料剪切成一定宽度的条料，以供下一步的冲压工序用。生产中常用的剪床有斜刃剪、平刃剪和圆盘剪等类型，按照传动形式剪床可以分为液压剪板机和机械剪板机。冲床用来实现冲压工序，制成所需形状和尺寸的成品零件;冲床有开式和闭式两种，其吨位以所产生的公称压力表示，最小的为6. 3 t，大的有400t、600t、1250t等。,2.冲压生产主要工序,根据材料的变形特点，冲压的根本工序可分为别离工序与塑性变形工序两大类。别离工序是使冲压件与板料沿要求的轮廓线相互别离，并获得一定断面质量的冲压加工方法。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,塑性变形工序是使冲压毛坯在不被破坏的条件下发生塑性变形，以获得所要求的形状、尺寸和精度的冲压加工方法。为了提高劳动生产效率，常将两个以上的根本工序合并成一个工序，该工序称为复合工序。,主要冲压工序的分类及相应模具如表2-4所示。,3.冲压模具,冲模是冲压生产中必不可少的工艺设备，是使板料别离或变形的工具，冲模结构合理与否对冲压件质量、冲压生产的效率及模具寿命等都具有很大的影响。常用冲模可以分为简单冲模、连续冲模与复合冲模三种。,上一页,下一页,返回,第三节锻造和冲压,(1)简单冲模简单冲模是在冲床一次行程中只完成一道工序的模具。此模具结构简单，容易制造，适用于小批量生产。,(2)连续冲模连续冲模是冲床的一次行程中在模具的不同部位上同时完成数道冲压工序的模具。这种模具的生产效率高，易于实现自动化生产。但要求定位精度高，制造比较麻烦，本钱也比较高，适用于一般精度工件的大批量生产。,(3)复合冲模复合冲模是利用冲床的一次行程在模具的同一位置完成两道以上工序的模具。这种模具能够保证零件较高的精度，生产效率高;但制造复杂，本钱高，适用于大批量生产。,上一页,返回,图2-1砂型铸造过程示意图,返回,图2-2浇注系统的组成,返回,图2-3手工造芯示意图,返回,图2-4分模造型,返回,图2-5挖砂造型,返回,图2-6活块造型,返回,图2-7刮板造型,返回,图2-8 J1113G型卧式冷室压铸机外形图,返回,图2-9常用压铸机的工作过程,返回,图2-10消失模工艺的砂箱和浇注示意图,返回,图2-11金属型铸造,返回,图2-12立式离心铸造机示意图,返回,图2-13熔模铸造生产过程示意图,返回,表2-1常见铸件缺陷的名称、特征及形成原因,返回,图2-14零件连接方式,返回,图2-15手工电弧焊焊缝形成过程,返回,图2-16焊接电弧形成,返回,图2-17焊接接头形式和坡口形式,返回,图2-18对接焊缝空间位置,返回,图2-19角接焊缝空间位置,返回,表2-2焊条直径的选择,返回,图2-20埋弧自动焊过程示意图,返回,图2-21氨弧焊示意图,返回,图2-22气焊示意图,返回,图2-23电阻焊,返回,表2-3常见焊接缺陷类型、成因及预防措施,返回,图2-24金属压力加工的分类,返回,图2-25空气锤,返回,图2-26车敦粗方法及本卷须知,返回,图2-27拔长时坯料的翻转方法,返回,图2-28圆形毛坯拔长方法,返回,图2-29冲孔,返回,图2-30扩孔,返回,图2-31手锤头胎模,返回,图2-32锻模,返回,表2-4主要冲压工序的分类和相应模具,返回,