《鑄造工藝》PPT課件.ppt

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1、第4章 金屬材料成形工藝 4.1 常用金屬鑄造工藝 將熔化的金屬液澆注到具有與零件形狀相適應(yīng)的鑄型型腔中,待其凝固、冷卻后,獲得零件或毛坯的生產(chǎn)方法稱為鑄造。用鑄造方法得到的毛坯或零件稱為鑄件。 鑄造具有如下特點(diǎn): (1)可以制造各種形狀的鑄件,且鑄件形狀和尺寸與零件很接近,節(jié)約金屬,節(jié)省工時(shí)。 (2)鑄件的尺寸和重量幾乎不受限制。 (3)可以適應(yīng)各種材料,特別是低塑性及不能鍛造和焊接的材料。 (4)鑄造用原材料來(lái)源廣,價(jià)格低廉,可回收利用。 鑄造生主要可分為砂型鑄造和特種鑄造兩類。其中砂型鑄造是鑄造生產(chǎn)中的最基本的方法。,4.1.1 砂型鑄造工藝 砂型鑄造是指用模樣(型芯)在型(芯)砂制造的

2、砂型中注入金屬液,獲得鑄件的方法。其工藝過(guò)程如圖4.1所示。,1 造型材料 造型材料指用于制造砂型和型芯的材料,包括型砂、芯砂和涂料等。它們用砂、水、黏結(jié)劑和附加物配制而成。型(芯)砂的性能好壞,直接影響到鑄件的質(zhì)量,因此配制好的型(芯)砂,必須具備良好的可塑性,足夠的強(qiáng)度,好的透氣性,高的耐火性,還要有一定的退讓性。,2 造型 制造鑄型的工藝過(guò)程稱為造型,造型分手工造型和機(jī)器造型兩大類。 (1)手工造型。手工造型時(shí)緊砂和起模用手工完成,操作靈活,適應(yīng)性強(qiáng),模樣成本低,但鑄件質(zhì)量較差,生產(chǎn)率低,勞動(dòng)強(qiáng)度大,主要用于單件、小批生產(chǎn)。 (2)機(jī)器造型。機(jī)器造型是用模板和砂箱在專門的造型機(jī)上進(jìn)行造型

3、。它使填砂、緊砂和起模等操作實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。其生產(chǎn)率高,鑄型質(zhì)量好,改善了工人勞動(dòng)條件,適于大批生產(chǎn)。 3 造芯 當(dāng)鑄件有內(nèi)腔時(shí),一般需制作型芯。型芯用芯盒制成,芯盒結(jié)構(gòu)有整體式、對(duì)開(kāi)式和拆開(kāi)式三種,如圖4.3所示。造芯方法也分手工造芯和機(jī)器造芯兩種。,1手工造芯 手工將芯砂填入芯盒,經(jīng)緊實(shí)修整后制成型芯。形狀簡(jiǎn)單、高度不大的型芯用整體式芯盒;回轉(zhuǎn)體及形狀對(duì)稱的型芯用對(duì)開(kāi)式芯盒;形狀復(fù)雜的大、中型型芯采用拆開(kāi)式芯盒。 2機(jī)器造芯 機(jī)器造芯用于成批、大量生產(chǎn)的型芯,常用方法有振壓式造芯和射芯法。,4 澆注系統(tǒng)。金屬液進(jìn)入鑄型型腔時(shí)所經(jīng)過(guò)的一系列彼此相連的通道稱為澆注系統(tǒng)。完整的澆注系統(tǒng)包括外澆口、直

4、澆道、橫澆道和內(nèi)澆道,如圖4.4所示。 (1)外澆口。金屬液的直接注入處。作用是減輕液流對(duì)鑄型的直接沖擊,阻攔熔渣流入直澆道。 (2)直澆道。外澆口下一段圓錐形垂直通道。作用是使金屬液產(chǎn)生一定靜壓力,改善鑄型的填充性。 (3)橫澆道。將金屬液引入內(nèi)澆道的水平通道。作用是擋渣,并向內(nèi)澆道分配液流。,(4)內(nèi)澆道。把金屬液直接導(dǎo)入型腔的通道。利用內(nèi)澆道的位置、大小和數(shù)量,可以控制金屬液進(jìn)入型腔的速度和方向。,4.1.2 合金的鑄造性能 合金在鑄造過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的工藝性能稱為鑄造性能。包括流動(dòng)性、收縮、偏析傾向、吸氣性和氧化性等。 1 流動(dòng)性 合金的流動(dòng)性是指液態(tài)金屬的流動(dòng)能力。合金流動(dòng)性越好,液態(tài)

5、金屬填充鑄型的能力越強(qiáng),易于澆注出輪廓清晰、薄而復(fù)雜的鑄件。影響合金流動(dòng)性的因素主要是化學(xué)成分、澆注溫度和鑄型的填充性等。 2 合金的收縮 (1)收縮概念及影響因素。鑄件在凝固和冷卻過(guò)程中,其體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱為收縮。合金液從澆注溫度冷卻到室溫要經(jīng)歷三個(gè)階段:液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮。影響收縮的因素有:化學(xué)成分、澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件等。 (2)縮孔的形成及防止措施。金屬液在鑄型內(nèi)凝固時(shí),由于液態(tài)和凝固收縮造成體積減小,若得不到金屬液補(bǔ)足,將在鑄件最后凝固部位形成孔洞,稱為縮孔??s孔分為集中縮孔和分散縮孔兩類。合理控制鑄件的凝固過(guò)程,建立良好的補(bǔ)縮條件,就能獲得致密鑄件。,(3)

6、鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋 鑄造內(nèi)應(yīng)力。鑄件在凝固和冷卻過(guò)程中由于收縮不均勻和相變等因素而引起的內(nèi)應(yīng)力,稱鑄造應(yīng)力。鑄造應(yīng)力是鑄件產(chǎn)生變形、裂紋等缺陷的主要原因。 變形。當(dāng)鑄件中存在著內(nèi)應(yīng)力時(shí),其厚的部分受拉應(yīng)力,薄的部分受壓應(yīng)力,鑄件將自發(fā)地通過(guò)變形來(lái)減少或消除內(nèi)應(yīng)力。對(duì)變形量較大的鑄件,可用反變形法或開(kāi)設(shè)拉筋。重要鑄件,可用時(shí)效處理徹底去除殘余應(yīng)力。 裂紋。當(dāng)鑄造應(yīng)力超過(guò)合金的強(qiáng)度極限時(shí),鑄件便產(chǎn)生裂紋。裂紋分熱裂紋與冷裂紋兩種。,4.1.3 鑄鋼件的鑄型工藝特點(diǎn) 鑄鋼熔點(diǎn)高,流動(dòng)性差,收縮率大,易產(chǎn)生澆不足、冷隔、黏砂、縮孔(松)、裂紋等缺陷。因此,除合理設(shè)計(jì)鑄件外,還應(yīng)采取相應(yīng)的工藝措施。

7、 首先,加大澆注系統(tǒng)的截面尺寸,設(shè)置冒口,采用順序凝固,對(duì)少數(shù)薄壁均勻件,可采用同時(shí)凝固,多開(kāi)內(nèi)澆口,快速澆注。其次,采用顆粒大而均勻的石英砂,在鑄型表面涂石英粉涂料,鑄型用干型或快干型,以提高鑄型的透氣性、耐火性和退讓性。此外,澆注溫度要嚴(yán)格控制,不能過(guò)高或過(guò)低。,4.1.4 鑄件的質(zhì)量檢驗(yàn)與缺陷分析 常見(jiàn)鑄件缺陷的特征及缺陷產(chǎn)生原因見(jiàn)下表:,4.2 特種鑄造簡(jiǎn)介 特種鑄造指有別于砂型鑄造的其他鑄造方法,如金屬型鑄造、熔模鑄造、離心鑄造、壓力鑄造、磁型鑄造等。 4.2.1 金屬型鑄造 將金屬液澆入到金屬鑄型中,依靠重力作用而獲得鑄件的鑄造方法稱為金屬型鑄造。金屬型可以重復(fù)使用,所以又稱為“永

8、久型鑄造”。 1金屬型鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 金屬型鑄造:金屬型使用壽命長(zhǎng),節(jié)約造型工時(shí),提高生產(chǎn)率;鑄件尺寸精度高,表面粗糙度?。昏T件冷卻快,晶粒細(xì)小,力學(xué)性能好;鑄件工藝?yán)寐矢?,金屬液消耗量少。缺點(diǎn)是金屬型生產(chǎn)周期長(zhǎng),成本高;鑄型無(wú)退讓性和透氣性;鑄件易形成白口,不易生產(chǎn)大型、復(fù)雜鑄件。金屬型鑄造適于大批量生產(chǎn)有色金屬合金鑄件。 2金屬型的構(gòu)造及鑄造工藝特點(diǎn) 根據(jù)分型面位置的不同,金屬型一般分為垂直分型式、水平分型式和復(fù)合分型式等。如圖4.5所示。其中垂直分型式便于設(shè)置澆冒口及取出鑄件,易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,所以應(yīng)用最多。,圖4.5 金屬型的結(jié)構(gòu),金屬型鑄造時(shí)應(yīng)采取以下一些工藝措施: (1)金屬

9、型腔要涂0.21.0mm厚的耐火襯料與表面涂料。 (2)噴刷涂料和澆注前金屬型要預(yù)熱,以使鑄件冷卻速度降低。 (3)掌握好鑄件出型溫度和出型時(shí)間,防鑄件產(chǎn)生裂紋和白口,提高生產(chǎn)率。 4.2.2 熔模鑄造 熔模鑄造是用易熔材料制成模型,在模型上涂若干層耐火涂料,經(jīng)干燥硬化后,再將模型熔失,獲得無(wú)分型面的型殼,將金屬液澆入型殼中,冷凝后即成鑄件。,1 熔模鑄造的工藝過(guò)程 熔模鑄造的工藝過(guò)程見(jiàn)圖4.7所示。,2 熔模鑄造的特點(diǎn)及應(yīng)用 熔模鑄件精度高,粗糙度?。豢梢詽沧⑿螤顝?fù)雜的各種合金鑄件,如合金鋼件、碳鋼件、耐熱合金件;生產(chǎn)批量沒(méi)有限制,可以從單件到成批大量生產(chǎn)。但熔模鑄造的生產(chǎn)工序多,周期長(zhǎng),只

10、能鑄造中小型鑄件。熔模鑄造主要適于生產(chǎn)各種形狀復(fù)雜的小型零件,如汽輪機(jī)和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的葉片及其他小型零件。,4.2.3 壓力鑄造與低壓鑄造 1 壓力鑄造 壓力鑄造是在高壓下,快速將液態(tài)或半液態(tài)金屬壓入金屬型中,并在壓力下充型、凝固的一種鑄造方法。壓鑄與其他鑄造方法相比有如下優(yōu)點(diǎn): (1)壓鑄件可獲得高的尺寸精度,粗糙度小,鑄件晶粒細(xì)密,強(qiáng)度和硬度提高很多。 (2)在高速高壓下充型,可鑄出薄壁復(fù)雜件及各種孔眼、螺紋及花紋等。 (3)生產(chǎn)率高,且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。 (4)經(jīng)濟(jì)效益好,省料,省工時(shí),省設(shè)備。 壓鑄也存在一些缺點(diǎn):如壓力設(shè)備及壓型投資大,只適于定型產(chǎn)品的大量生產(chǎn);型腔中氣體難以完全排

11、出,鑄件易產(chǎn)生細(xì)小的氣孔和縮松;壓鑄件不能熱處理,以免加熱時(shí)氣體膨脹使鑄件變形;壓鑄件的塑性低,不宜在沖擊和振動(dòng)的情況下工作。壓力鑄造適于有色金屬的中小型薄壁件的大量生產(chǎn)。,2 低壓鑄造 低壓鑄造是介于一般重力鑄造(金屬型、砂型、殼型等)與壓力鑄造之間的一種鑄造方法。其基本原理如圖4.9所示,在儲(chǔ)有一定溫度金屬液的密封坩堝中通入干燥的壓縮空氣或惰性氣體,使坩堝內(nèi)的金屬液在氣體壓力作用下自下而上地通過(guò)升液管和澆道壓入型腔內(nèi),繼續(xù)保持一定的壓力,直到型腔內(nèi)的金屬液全部凝固為止,然后撤除液面上的壓力,使升液管和澆道中沒(méi)有凝固的金屬液由于重力作用而流回容器中,這樣就完成了低壓鑄造過(guò)程。低壓鑄造適用于各

12、種不同鑄件;鑄件在壓力下結(jié)晶,順序凝固,鑄件組織致密;金屬利用率和鑄件合格率高,勞動(dòng)條件好,設(shè)備投資少。,4.2.4 離心鑄造 將金屬液澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中,使金屬液在離心作用下充滿鑄型并形成鑄件,這種鑄造方法稱為離心鑄造。離心鑄造既適合澆注中空鑄件,又能鑄造成形鑄件。 離心鑄造具備以下優(yōu)點(diǎn): (1)鑄件組織致密,力學(xué)性能好。 (2)不用設(shè)置冒口和澆注系統(tǒng)。鑄造圓柱形內(nèi)腔的回轉(zhuǎn)體鑄件時(shí),不用型芯。 (3)便于鑄造“雙金屬”鑄件,如鋼套鑲銅軸承等。 其缺點(diǎn)是鑄件內(nèi)表面質(zhì)量較差,內(nèi)孔孔徑不準(zhǔn)確,不適于澆注易產(chǎn)生比重偏析的合金。,4.3 鍛造 鍛造是利用外力,通過(guò)工具或模具使金屬材料發(fā)生塑性變形,獲

13、得一定形狀、尺寸和性能的毛坯或零件的加工方法。根據(jù)所用設(shè)備和工具的不同,鍛造分為自由鍛造、模型鍛造、胎模鍛造和特種鍛造四類。與其他加工方法相比,鍛造具有以下特點(diǎn): (1)改善金屬的組織,提高力學(xué)性能。 (2)生產(chǎn)率較高。 (3)節(jié)省材料和加工工時(shí)。 (4)適用范圍廣。 鍛造的不足之處是不能獲得形狀很復(fù)雜的鍛件。 4.3.1 金屬的鍛造性能 金屬的鍛造性能是指金屬材料鍛造的難易程度。鍛造性常用金屬的塑性和變形抗力來(lái)綜合衡量。塑性越好,變形抗力越小,則金屬的鍛造性越好;反之則差。 影響金屬鍛造性能的因素有以下幾方面。 1金屬的化學(xué)成分和組織 一般純金屬及其固溶體的鍛造性最好,化合物的鍛造性最差。鋼

14、中的Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素,會(huì)降低鍛造性,而S、Cu、Sn、Pb等元素分布于晶界,也降低鍛造性。鑄態(tài)的粗晶結(jié)構(gòu)比細(xì)晶粒組織的鍛造性差。,2變形溫度 提高金屬鍛造時(shí)的溫度,塑性增加,變形抗力減小,改善了金屬的鍛造性。 3變形速度 變形速度指單位時(shí)間內(nèi)的變形程度。變形速度對(duì)金屬塑性的影響有兩方面:一方面變形速度增加,加快了加工硬化速度,降低了塑性。另一方面變形速度增加時(shí),變形過(guò)程中的熱效應(yīng)使金屬軟化,塑性增加。 4應(yīng)力狀態(tài) 金屬的變形方法不同,所產(chǎn)生的應(yīng)力大小和性質(zhì)也不同。拉應(yīng)力有助于晶間變形發(fā)生,金屬的塑性下降;壓應(yīng)力阻礙晶間變形發(fā)生,提高了金屬的塑性。,4.3.2 常用合金的鍛造性

15、能 1碳鋼。低碳鋼的塑性較好,鍛造溫度范圍較寬,很適宜用鍛造方法制造毛坯。 2合金鋼。碳鋼相比,合金鋼中合金元素的固溶強(qiáng)化現(xiàn)象明顯,且硬而脆的合金碳化物較多,所以可鍛性較差。,3鋁合金。鋁合金的鍛造溫度低,鍛造溫度范圍狹窄,錘擊時(shí)要輕、快,變形量不能太大,否則容易產(chǎn)生裂紋。 4銅合金。銅合金的始鍛溫度比鋁合金高一些,鍛造溫度范圍也比較窄。,4.3.3 自由鍛造 自由鍛造指采用通用工具或直接在鍛造設(shè)備(鍛錘或水壓機(jī))的上、下砧之間進(jìn)行鍛造。原材料用鋼錠或軋材,主要用于單件和小批生產(chǎn),是特大型鍛件唯一的生產(chǎn)方法。 自由鍛造應(yīng)用廣泛,且工藝靈活,工具簡(jiǎn)單,成本低。但與其他鍛造方法相比,其生產(chǎn)率較低,

16、鍛件質(zhì)量由鍛工操作水平保證。 自由鍛造的基本工序有拔長(zhǎng)、鐓粗、沖孔、擴(kuò)孔、切割、彎曲、扭轉(zhuǎn)和錯(cuò)移等八種。 1拔長(zhǎng)。使金屬坯料的橫截面積減少,長(zhǎng)度增加的工序。如圖4.13所示,得到具有長(zhǎng)軸線的鍛件,如光軸、曲軸、臺(tái)階軸、拉桿、連桿等。 2鐓粗。使金屬坯料的橫截面積增大,高度減小的工序。用來(lái)鍛齒輪坯、圓盤等;也可以作為環(huán)、套類空心件沖孔前的預(yù)備工序;還可以增加拔長(zhǎng)的鍛造比。見(jiàn)圖4.14。,3沖孔 用沖頭在坯料上沖出通孔或不通孔的工序。用于鍛造空心工件,如齒輪坯、圓環(huán)、套筒等。如圖4.15所示。 4擴(kuò)孔 減小空心坯料壁厚,增加其內(nèi)、外徑的工序。用于鍛造各種圓環(huán)鍛件。如圖4.16所示,沖頭擴(kuò)孔用于擴(kuò)孔

17、量不大的空心件,芯棒擴(kuò)孔用于薄壁空心件。,5彎曲 將坯料彎曲成一定形狀的工序,可以鍛造吊鉤、角尺、U形彎板等鍛件。彎曲變形的鍛件,金屬的纖維組織沿鍛件輪廓連續(xù)分布,鍛造質(zhì)量好。彎曲方法見(jiàn)圖4.17。 6切割 用剁刀切去坯料上一部分坯料的工序,主要用于下料和切除料頭等。 7扭轉(zhuǎn) 將坯料的一部分相對(duì)另一部分繞其共同軸線轉(zhuǎn)過(guò)一定角度的工序。用來(lái)鍛造曲軸、連桿等鍛件,也可校正鍛件。 8錯(cuò)移 將坯料的一部分相對(duì)于另一部分錯(cuò)開(kāi),但仍保持這兩部分軸線平行的工序。,4.3.3 模型鍛造 模型鍛造是把加熱的金屬坯料放入固定于模鍛設(shè)備上的鍛模內(nèi),施加壓力使其變形,得到所需形狀和尺寸的鍛件的鍛造工藝。,模鍛與自由鍛

18、相比有以下優(yōu)點(diǎn): (1)生產(chǎn)率高。有時(shí)比自由鍛高十幾倍。 (2)模鍛件表面質(zhì)量高,尺寸精確,加工余量小,節(jié)省材料和機(jī)加工工時(shí)。 (3)能鍛造出形狀比較復(fù)雜的鍛件。 (4)操作簡(jiǎn)單,對(duì)工人技術(shù)要求較低,勞動(dòng)強(qiáng)度較低。 模鍛也存在一些缺點(diǎn):鍛模成本高,受設(shè)備噸位限制,模鍛件重量不能太大,一般在150kg以下。模鍛只適用于中、小型鍛件的大批量生產(chǎn)。,1 錘上模鍛 錘上模鍛是目前廣泛采用的一種模鍛方法,它所用設(shè)備主要是蒸汽空氣模鍛錘,噸位為1.516t,能鍛造的鍛件重量為0.5150kg。鍛模的外形和結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4.18。 模膛根據(jù)其作用分為制坯模膛、模鍛模膛和切割模膛三大類。,2 繪制模鍛件圖 模鍛件圖

19、是制定模鍛工藝規(guī)程,設(shè)計(jì)和制造鍛模,驗(yàn)收鍛件的依據(jù)。模鍛件圖根據(jù)零件圖繪制,繪制時(shí)應(yīng)考慮下列問(wèn)題。 (1)分模面位置 分模面指上、下模的分界面,分模面的選擇要保證鍛件能從模膛中取出,并使模膛高度最小。一般情況下,分模面選在鍛件最大截面上,為防止上、下模錯(cuò)移,最好在最大截面的中部;分模面盡量為平面,以簡(jiǎn)化模具的制造。 (2)確定機(jī)加工余量和公差 由于模鍛件尺寸較精確,表面粗糙度小,其機(jī)加工余量和公差比自由鍛件小。機(jī)加工余量(單邊)一般為14mm,公差在0.53mm之間。 (3)模鍛斜度 為方便鍛件從模膛中取出,鍛件在垂直于分模面的壁上應(yīng)有一定斜度,稱為模鍛斜度。由于鍛件冷卻收縮時(shí)易夾緊模膛凸出部

20、分,所以內(nèi)壁斜度比外壁斜度大。一般外壁斜度取=37,內(nèi)壁斜度取=512。模膛越深,模鍛斜度越大。,(4)圓角半徑 鍛件上所有壁的交接處均需做成圓角,以提高金屬在模膛內(nèi)的流動(dòng)性,避免應(yīng)力集中產(chǎn)生裂紋,并延長(zhǎng)鍛模壽命。鍛件上向外凸出的為外圓角,向內(nèi)凹的為內(nèi)圓角。一般內(nèi)圓角半徑比外圓角半徑大23倍,同一鍛件盡可能采用相同的圓角半徑,以方便加工。 (5)沖孔連皮 鍛件上直徑d25mm的孔,模鍛時(shí)不能沖透,在孔內(nèi)留有一定厚度的沖孔連皮,待切邊時(shí)沖透或機(jī)加工時(shí)切除。軸套模鍛件圖見(jiàn)圖4-19。,圖4.19 軸套模鍛件圖,3 摩擦壓力機(jī)上模鍛 摩擦壓力機(jī)上可以鍛造帶頭的桿類鍛件和一些較為復(fù)雜的小鍛件,與模鍛錘

21、相比,摩擦壓力機(jī)的錘擊速度較低,有利于低塑性材料的變形;沖擊力小,可以采用頂桿裝置及小模鍛斜度或無(wú)模鍛斜度,實(shí)現(xiàn)精密模鍛。另外,摩擦壓力機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格較低,無(wú)砧座,震動(dòng)小,勞動(dòng)條件好,但其生產(chǎn)率不如模鍛錘。目前摩擦壓力機(jī)廣泛用于各中、小型工廠,以中、小批量生產(chǎn)為主。,4 平鍛機(jī)上模鍛 平鍛機(jī)的鍛模由兩塊凹模和一塊凸模組成,有兩個(gè)相互垂直的分模面。因此,擴(kuò)大了模鍛范圍,可以做出帶法蘭的半軸類和有兩個(gè)凸緣的鍛件,生產(chǎn)率高,鍛件模鍛斜度小或無(wú)斜度,無(wú)沖孔連皮,能節(jié)省大量金屬,而且鍛件精度高。平鍛機(jī)可以模鍛形狀復(fù)雜的鍛件,特別是帶頭部的桿件及有孔的鍛件,但對(duì)非回轉(zhuǎn)體件及不對(duì)稱的鍛件較難鍛造。平鍛機(jī)上

22、模鍛廣泛用于大批量生產(chǎn)的鍛件。 4.3.4 鍛壓新工藝簡(jiǎn)介 1 精密模鍛 精密模鍛是在普通模鍛設(shè)備上鍛造形狀復(fù)雜的高精度鍛件的一種先進(jìn)模鍛工藝。它能鍛造一些形狀復(fù)雜、使用性能要求高且難機(jī)械加工的零件 2 輥鍛 輥鍛是使冷態(tài)或熱態(tài)的坯料在裝有扇形模塊的一對(duì)旋轉(zhuǎn)的軋輥中通過(guò),借助模槽對(duì)金屬的壓力使坯料產(chǎn)生塑性變形,獲得所需鍛件或鍛坯的鍛造新工藝。,4.4 板料沖壓 4.4.1 板料沖壓特點(diǎn) 板料沖壓是在沖床上用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形的加工方法。這種加工方法通常是在冷態(tài)下進(jìn)行的,所以又叫冷沖壓。 板料沖壓有以下特點(diǎn): (1)加工范圍廣??蓻_壓復(fù)雜的零件、儀表上的細(xì)小件和重型汽車上的縱梁等大制件???/p>

23、加工低碳鋼、高塑性合金鋼、銅、鋁及鎂合金,也可加工石棉板、纖維板等非金屬材料。 (2)產(chǎn)品有足夠高的精度和較小的表面粗糙度。 (3)材料消耗少,能得到重量輕、強(qiáng)度和剛度較高的零件。 (4)生產(chǎn)率高,產(chǎn)品成本低,操作簡(jiǎn)單,便于機(jī)械化和自動(dòng)化。 其缺點(diǎn)是沖模制造復(fù)雜,成本高,并且成形工序不能加工低塑性金屬,所以板料沖壓一般只用于大批量生產(chǎn)。,4.4.2 沖壓設(shè)備及沖壓模具 1沖壓設(shè)備 常用的沖壓設(shè)備是曲柄壓力機(jī),按床身形式分為開(kāi)式和閉式兩種。 開(kāi)式壓力機(jī)的床身為整體型,可以從前、左、右三個(gè)方向送進(jìn)坯料,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便。但床身剛度較小,容易變形。,閉式壓力機(jī)為大、中型壓力機(jī),床身兩側(cè)封閉,強(qiáng)度和

24、剛度都比較大 2沖壓模具 沖模按工序的組合特點(diǎn)分為簡(jiǎn)單模、連續(xù)模和復(fù)合模三種。 (1)簡(jiǎn)單沖模。指在沖床的每次行程中只能完成一道基本工序的沖模。如落料模、沖孔模、切邊模、彎曲模、拉深模等。 (2)復(fù)合沖模。在沖床的一次行程中,一個(gè)模具內(nèi)的同一位置上能完成幾個(gè)不同沖壓工序的沖模,稱為復(fù)合沖模。復(fù)合沖模結(jié)構(gòu)緊湊,制件精度高,生產(chǎn)率高,孔與制件外形的同心度容易保證,但模具構(gòu)造復(fù)雜,成本高,適于大批量生產(chǎn)及精度要求高的沖壓件。 (3)連續(xù)沖模。指在沖床的一次行程中,按一定順序在模具的不同位置完成兩道以上的沖壓工序的沖模。連續(xù)沖模生產(chǎn)率高,制件精度較高,操作方便,便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。但模具制造復(fù)雜,成本

25、高,適于精度要求不高的中、小型制件的大批量生產(chǎn)。,4.4.3 板料沖壓的基本工序 板料沖壓基本工序分為分離工序與變形工序兩大類。 1 分離工序 分離工序是使板料與制件沿要求的輪廓線分離,獲得一定斷面質(zhì)量的沖壓方法。包括剪切、沖裁、切口、修邊等工序。如圖4.22所示。,(1)剪切。剪切工序主要用于下料。由剪床完成。 (2)沖裁。指板料沿封閉的輪廓線分離的工藝,包括落料和沖孔兩個(gè)工序。沖裁時(shí),板料分離的過(guò)程如圖4.23所示。凸模下壓,板料產(chǎn)生彈性壓縮和彎曲,與凸、凹模接觸處形成很小圓角。凸模繼續(xù)下壓,材料內(nèi)應(yīng)力超過(guò)屈服極限,部分金屬被擠入凹模洞口,產(chǎn)生塑剪變形,形成光亮帶,板料也發(fā)生彎曲和拉伸。凸

26、、凹模刃口處由于應(yīng)力集中出現(xiàn)細(xì)微裂紋。隨著凸模的壓下,裂紋不斷向材料內(nèi)部擴(kuò)展,當(dāng)上、下裂紋重合時(shí),板料被剪斷分離,形成粗糙斷裂帶。,沖裁時(shí),凸、凹模的刃口必須鋒利,凸、凹模的間隙要合理。設(shè)計(jì)模具時(shí),落料用凹模刃口尺寸等于制件尺寸,凸模刃口尺寸等于制件尺寸減去雙邊間隙;沖孔用凸模刃口尺寸等于孔的尺寸,凹模刃口尺寸等于孔徑尺寸加雙邊間隙。 為提高材料利用率,沖裁時(shí)應(yīng)合理排樣。如果制件切口的精度要求較高,可用有搭邊的排樣,見(jiàn)圖4.24(a);反之,則用無(wú)搭邊排樣,可節(jié)省金屬,見(jiàn)圖4.24(b)。,2 變形工序 使沖壓毛坯在不被破壞的條件下發(fā)生塑性變形,獲得要求的制件形狀和尺寸精度的沖壓方法,它包括彎

27、曲、拉深、成形三類,見(jiàn)圖4.25。 (1)彎曲。彎曲是將板料彎成一定角度或形狀的沖壓方法。如圖4.26所示,彎曲時(shí)坯料內(nèi)側(cè)受壓,外側(cè)受拉,彎曲變形程度由彎曲件的內(nèi)角半徑r與材料厚度t之比(即彎曲系數(shù)K= r/t)來(lái)衡量。比值越小,彎曲變形量越大。,(2)拉深。拉深是利用模具使板料變?yōu)殚_(kāi)口空心件的沖壓方法,也稱壓延或拉延。拉深分不變薄拉深和變薄拉深兩種。拉深件的尺寸精度高,可以制造形狀復(fù)雜的零件。 3成形 成形是通過(guò)毛坯的局部變形來(lái)改變毛坯的形狀,包括翻邊、擴(kuò)口、縮口、旋壓、整形、校平、壓印等工序。 4.5 其他壓力加工方法簡(jiǎn)介 4.5.1 零件的軋制 軋制是使金屬坯料在軋機(jī)上旋轉(zhuǎn)的軋輥下輾壓,

28、并進(jìn)行變形的加工方法。它具有生產(chǎn)率高,產(chǎn)品質(zhì)量好,成本低,金屬消耗少等優(yōu)點(diǎn)。軋制分為縱軋、橫軋和斜軋三大類。 (1)縱軋??v軋時(shí)兩軋輥線平行、旋轉(zhuǎn)方向相反,軋輥軸線與坯料軸線相垂直。零件的縱軋有輥鍛軋制與輾環(huán)軋制。 (2)橫軋。橫軋時(shí)軋輥軸線與坯料軸線平行。軋制前將毛坯外層加熱,然后將帶齒的軋輪作徑向進(jìn)給,同時(shí)軋輪與毛坯對(duì)輾。對(duì)輾過(guò)程中,毛坯上一部分金屬被壓入形成齒谷,相鄰部分金屬被軋輪“反擠”而上升形成齒頂。齒輪熱軋可以制造直齒輪和斜齒輪,它是一種無(wú)切削加工齒形的新工藝。,(3)斜軋。斜軋時(shí)軋輥同向旋轉(zhuǎn),軸線在空間交錯(cuò),并與坯料軸線相交一定角度,坯料在軋輥的作用下邊旋轉(zhuǎn)邊前進(jìn),作螺旋運(yùn)動(dòng),也

29、稱螺旋斜軋。 4.5.2 零件的擠壓 擠壓是將坯料放在擠壓模中,在強(qiáng)大壓力作用下從型腔中擠出,獲得所需擠壓件的加工方法。根據(jù)坯料的溫度不同,擠壓分為冷擠壓、溫?cái)D壓、熱擠壓三種。 1冷擠壓 指在室溫下進(jìn)行的擠壓。冷擠壓件的尺寸精度較高,表面粗糙度較小。加工硬化提高了擠壓件的強(qiáng)度,與切削加工相比,其生產(chǎn)率大幅提高,且成本低。但冷擠壓的變形抗力非常大,這限制了擠壓件的尺寸。 2溫?cái)D壓 將毛坯加熱到金屬再結(jié)晶溫度以下某個(gè)適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)進(jìn)行擠壓。與冷擠壓相比,溫?cái)D壓降低了變形抗力,成形容易,提高了模具壽命。溫?cái)D壓有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)。溫?cái)D壓不僅用于中碳鋼,還可用于合金鋼。溫?cái)D壓件的性能接近于冷

30、擠壓件。,3熱擠壓 將毛坯加熱至熱鍛溫度范圍內(nèi)進(jìn)行擠壓。熱擠壓變形抗力小,但擠壓件的尺寸精度和表面質(zhì)量較低。熱擠壓廣泛地用于冶金部門生產(chǎn)鋁、銅、鎂及其合金的型材和管材等。也用于生產(chǎn)機(jī)械零件及其毛坯。 4.5.3 零件的拉拔 拉拔是將金屬坯料從模孔中拉出,使其橫截面積減少,得到與??壮叽缧螤钕嗤闹破返募庸し椒?。拉拔多在室溫下進(jìn)行,主要用于生產(chǎn)各種鋼、有色金屬及其合金的棒材、線材和管材。,4.6 焊接 焊接的實(shí)質(zhì)就是將分離的金屬,通過(guò)局部加熱或同時(shí)加熱和加壓等方式,借助于原子間的擴(kuò)散和結(jié)合,以達(dá)到永久性連接的一種工藝方法。 根據(jù)原子間結(jié)合的方式不同,焊接方法可以分為三大類。 1熔化焊 將焊件接頭

31、處加熱至熔化狀態(tài),通常還需另加填充金屬(焊絲、電焊條)以形成共同的熔池,冷卻凝固后便形成一整體。此類焊法有電弧焊、氣焊、電渣焊等。,2壓力焊 將焊件接頭處局部加熱至高溫塑性狀態(tài)或接近熔化狀態(tài),然后施加壓力,使接頭處緊密接觸并產(chǎn)生一定的塑性變形,通過(guò)原子間的結(jié)合而形成一整體。此類焊法有電阻焊、摩擦焊、爆炸焊等。 3釬焊 將填充金屬(低熔點(diǎn)釬料)熔化后,滲入到焊件的接頭處,通過(guò)原子間的擴(kuò)散和溶解將兩固態(tài)金屬連成一個(gè)整體。此類焊法有軟釬焊和硬釬焊。,4.6.1 手工電弧焊 手工電弧焊是利用焊條與焊件間產(chǎn)生的電弧熱,將焊件和焊條熔化而進(jìn)行的手工操作焊接方法。 手工電弧焊設(shè)備簡(jiǎn)單,使用靈活,可在室內(nèi)、室

32、外、高空和各種位置施焊,是焊接生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的一種方法。 1 焊接電弧 焊接電弧是電極與工件間的氣體介質(zhì)中強(qiáng)烈持久的放電現(xiàn)象。電極可以是碳棒、鎢極或焊條,手工電弧焊一般使用焊條。,2 手工弧焊機(jī) 手工電弧焊主要設(shè)備是弧焊機(jī)。按電流種類不同分為直流弧焊機(jī)和交流弧焊機(jī)。 3 焊條 焊條是作為熔化電極用的焊接材料。由焊芯和涂敷在焊芯外的藥皮兩部分組成。 (1)焊芯。焊芯起導(dǎo)電和填充焊縫的作用,是形成焊縫和調(diào)整焊縫成分的主要材料。 (2)藥皮。藥皮的主要作用是使電弧穩(wěn)定燃燒和獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫。 4 焊接工藝 手工電弧焊的焊接工藝包括接頭形式與坡口、焊縫空間位置、焊接規(guī)范的選擇等。 (1)接頭形式與坡口。

33、接頭形式有對(duì)接接頭、角接接頭、搭接接頭、T字形接頭四種,如圖4.32所示。常見(jiàn)坡口形式有:V形、U形、K形和X形四種。,(2)焊縫的空間位置。如圖4.33所示,按焊縫在空間的位置不同,分為平焊、橫焊、立焊和仰焊四種。 (3)焊接規(guī)范。手工電焊的焊接規(guī)范是選擇焊條直徑、焊接電流、焊接速度和電弧長(zhǎng)度等。 5 焊接應(yīng)力與變形 焊接過(guò)程中,由于焊接接頭區(qū)域受不均勻的局部加熱和冷卻,其膨脹和收縮受到周圍金屬的牽制而不能自由進(jìn)行,就在焊件中產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形。焊接應(yīng)力存在使焊件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與沖擊韌性下降,易引起裂紋和脆斷。同時(shí)焊接應(yīng)力導(dǎo)致的焊接變形,使焊件尺寸、形狀改變,給裝配造成困難。因此,對(duì)焊接應(yīng)力與變

34、形必須予以重視。,圖4.33 焊縫的空間位置,6 焊件的結(jié)構(gòu)工藝性 焊接結(jié)構(gòu)工藝性一般包括焊接結(jié)構(gòu)材料選擇、焊縫布置和焊接接頭設(shè)計(jì)等方面內(nèi)容。 (1)焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇。應(yīng)盡可能選擇焊接性良好的焊接材料來(lái)制造焊接結(jié)構(gòu)件。特別是優(yōu)先選用低碳非合金鋼和低合金高強(qiáng)度鋼等材料,其價(jià)格低廉,工藝簡(jiǎn)單,易于保證焊接質(zhì)量。 (2)焊縫布置。焊縫布置的一般工藝原則如下: 焊縫布置應(yīng)盡量分散,避免過(guò)分集中和交叉。 焊縫應(yīng)避開(kāi)應(yīng)力集中部位。 焊縫布置應(yīng)盡可能對(duì)稱。 焊縫布置應(yīng)便于焊接操作。 盡量減少焊縫長(zhǎng)度和數(shù)量。 焊縫應(yīng)盡量避開(kāi)機(jī)械加工表面。,4.6.2 其他熔化焊 1 氣焊與氣割 氣焊是利用氧氣和可燃?xì)怏w混合

35、燃燒時(shí)產(chǎn)生的大量熱量,將焊件和焊絲局部熔化,而進(jìn)行焊接的一種方法。氣焊設(shè)備簡(jiǎn)單,操作靈活方便,能進(jìn)行多種金屬的焊接。但氣焊火焰溫度低,加熱慢,焊件受熱區(qū)大,生產(chǎn)率低,因此應(yīng)用不如電弧焊廣泛。 氣割是利用氣體火焰將金屬預(yù)熱到燃點(diǎn)溫度,然后開(kāi)放切割氧,將金屬劇烈氧化成熔渣,并從切口中吹掉,從而將金屬分離的過(guò)程。 2 埋弧焊 埋弧焊也稱熔劑層下電弧焊。它可以分為自動(dòng)和半自動(dòng)埋弧焊兩種。焊接時(shí),自動(dòng)焊機(jī)頭將光焊絲自動(dòng)送入電弧區(qū)并保證選定的弧長(zhǎng),電弧在焊劑層下燃燒,并靠焊機(jī)控制均勻地向前移動(dòng)(或焊機(jī)不動(dòng),工件勻速移動(dòng))。在焊絲前面,焊劑從漏頭中不斷流出撒在工件表面。 3 氬弧焊 氬弧焊是以氬氣作為保護(hù)氣

36、體的一種電弧焊接方法。氬氣是惰性氣體,它不和金屬起化學(xué)反應(yīng),也不熔于金屬,保護(hù)效果很好,焊接后焊逢質(zhì)量較高。 氬弧焊電弧穩(wěn)定,飛濺小,焊縫致密,表面無(wú)熔渣,成形美觀;電弧在氣流壓縮下燃燒,熱量集中,熔池較小,焊接速度快且熱影響區(qū)窄,工件焊后變形小。氬弧焊是明弧,便于操作,容易實(shí)現(xiàn)全位置的自動(dòng)化焊接。,4 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是以CO2作為保護(hù)氣體的電弧焊。它用焊絲作電極,靠焊絲和焊件之間產(chǎn)生的電弧熔化金屬,以自動(dòng)或半自動(dòng)方式進(jìn)行焊接。CO2保護(hù)焊的電弧在氣流壓縮下燃燒,熱量集中,熱影響區(qū)小,工件變形小,焊接質(zhì)量較好;而且焊絲自動(dòng)送進(jìn),焊接速度快,生產(chǎn)率高;用CO2氣體代替焊劑

37、,降低了成本。 但CO2保護(hù)焊的焊縫表面成形性差,飛濺較大,焊接設(shè)備復(fù)雜,維修不便。 5 電渣焊 電渣焊是利用電流通過(guò)液態(tài)熔渣所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源來(lái)進(jìn)行焊接的。 電渣焊的特點(diǎn)是:生產(chǎn)率高,任何厚度的工件都不需開(kāi)坡口,焊接材料消耗少;焊縫金屬純凈,不易產(chǎn)生夾渣和氣孔,很厚的工件也可以一次焊成。由于焊縫區(qū)在高溫下停留的時(shí)間較長(zhǎng),熱影響區(qū)較大,晶粒粗大,易產(chǎn)生過(guò)熱組織,使近縫區(qū)的力學(xué)性能下降,故對(duì)重要工件,焊后需進(jìn)行處理。,4.6.3 電阻焊與釬焊 1 電阻焊 電阻焊又稱接觸焊,它是利用電流通過(guò)兩焊件接觸處所產(chǎn)生的電阻熱作為焊接熱源,將焊件局部加熱至高溫塑性狀態(tài)或熔化狀態(tài),并在壓力作用下形成牢固接

38、頭的焊接方法。電阻焊具有高生產(chǎn)率、焊接變形小、勞動(dòng)條件好、不需添加填充金屬、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。但設(shè)備較復(fù)雜,耗電量大,對(duì)焊件厚度與截面形狀有一定限制,通常用于成批大量生產(chǎn)。 2 釬焊 釬焊是利用熔點(diǎn)比焊件金屬低的釬料作填充金屬,經(jīng)適當(dāng)加熱后,釬料熔化進(jìn)入焊縫間隙,借助毛細(xì)管的作用被吸入和充滿工件間隙之內(nèi),由于被焊金屬原子與釬料原子間的相互擴(kuò)散作用,凝固后形成釬焊接頭。 4.6.4 常用金屬材料的焊接 1 金屬的可焊性 金屬材料的可焊性是指被焊金屬材料在一定的焊接工藝方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式的條件下,獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。,2 常用金屬材料的焊接特點(diǎn) 1碳鋼 (1)低碳鋼。含

39、碳量小于0.25%,塑性好,一般無(wú)淬硬傾向,可焊性良好,各種焊接方法均可適用。在常溫下焊這類鋼,不需采取特殊的工藝措施,焊后也不需熱處理。 (2)中碳鋼。含碳量在0.25%0.60%左右,可焊性較差,含碳越高,可焊性越差,近縫區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織和冷裂紋。因此焊前必須預(yù)熱,預(yù)熱溫度為150400之間,焊后緩冷,進(jìn)行去應(yīng)力退火,盡可能選用抗裂性好的低氫型焊條。焊接時(shí)采用細(xì)焊條、小電流、開(kāi)坡口、多層焊。中碳鋼主要用于各種鑄件、鍛件的焊接。 (3)高碳鋼。含碳量大于0.60%,可焊性更差,焊接時(shí)焊縫與熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋的傾向更大,因此,只用于高碳鋼工件的修補(bǔ)。 2合金鋼 (1)低合金鋼。由于合金元素的影響

40、,焊接性能較低碳鋼差。低合金鋼一般按屈服強(qiáng)度分級(jí),強(qiáng)度等級(jí)低的,可焊性較好,可以采用與低碳鋼相似的焊接工藝。強(qiáng)度等級(jí)較高的低合金鋼(C當(dāng)量0.4%),可焊性較差,淬硬和冷裂傾向加大,焊接時(shí)需采取嚴(yán)格的工藝措施,如焊前預(yù)熱(150以上),選用低氫型焊條,焊后550650去應(yīng)力退火。,(2)中、高合金鋼。這兩類鋼合金元素含量較高,可焊性差,焊接時(shí),要針對(duì)不同的鋼種和不同的要求,采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?,才能獲得滿意效果。 3鑄鐵 鑄鐵的碳、硅含量高,可焊性很差,容易出現(xiàn)白口組織及氣孔、裂紋等缺陷,主要用于鑄鐵件的焊補(bǔ)。由于鑄鐵熔點(diǎn)低,鐵水流動(dòng)性好,所以一般只適于在平焊位置施焊。常用手弧焊或氣焊焊接,焊接

41、方法有以下兩種。 (1)熱焊法。焊前將工件整體或局部預(yù)熱到600700,并在焊接過(guò)程中保持預(yù)熱溫度,焊后緩慢冷卻。熱焊法使焊件受熱均勻,冷卻速度慢,可防止產(chǎn)生白口及裂縫,焊補(bǔ)質(zhì)量好,焊后易于機(jī)械加工。但生產(chǎn)率低,成本較高,焊工勞動(dòng)條件差,故一般用于小型及焊后需要加工的復(fù)雜和重要鑄件。 (2)冷焊法。焊前不預(yù)熱或預(yù)熱溫度低于400,依靠焊條來(lái)調(diào)整焊縫化學(xué)成分以防止或減少白口和裂縫。冷焊法生產(chǎn)率高,成本低,勞動(dòng)條件較好,但有時(shí)質(zhì)量不易保證。冷焊法一般用于焊后不需機(jī)械加工的鑄件。,4銅及銅合金 銅及銅合金的導(dǎo)熱性很好,為保證焊透,焊接時(shí)需較大的熱量,一般需預(yù)熱;銅的熱脹冷縮性大,易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力與變形,焊件應(yīng)力大時(shí)易產(chǎn)生裂紋;銅液態(tài)時(shí)吸氣性強(qiáng),凝固時(shí)易生成氣孔,氧化性強(qiáng),生成的氧化物會(huì)引起熱裂及夾渣。 目前焊接銅、青銅多采用氬弧焊,黃銅用輕微氧化焰氣焊。此外,還可以采用釬焊。 5鋁及鋁合金 鋁及鋁合金容易氧化,生成高熔點(diǎn)的致密氧化鋁,阻礙金屬的熔合,易使焊縫夾渣;鋁的導(dǎo)熱系數(shù)大,焊厚度較大的工件時(shí)需預(yù)熱;它的熱脹冷縮性大,易產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形,甚至產(chǎn)生裂縫;吸氣性強(qiáng),易產(chǎn)生氣孔,且液態(tài)和固態(tài)時(shí)的表面顏色無(wú)明顯變化,不易判斷熔池溫度的變化,使焊接操作產(chǎn)生困難。目前焊接鋁及鋁合金的較好方法是氬弧焊、電阻焊和釬焊,也可采用中性焰氣焊。,

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