《鑄造工藝》PPT課件.ppt

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(chēng)為鑄造。用鑄造方法得到的毛坯或零件稱(chēng)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(lèi)。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(chēng)為造型，造型分手工造型和機(jī)器造型兩大類(lèi)。 （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(zhuān)門(mén)的造型機(jī)上進(jìn)行造型。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(chēng)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(chēng)為澆注系統(tǒng)。完整的澆注系統(tǒng)包括外澆口、直澆道、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(chēng)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)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(chēng)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(chēng)為縮孔?？s孔分為集中縮孔和分散縮孔兩類(lèi)。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）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(chēng)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。 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(chēng)為金屬型鑄造。金屬型可以重復(fù)使用，所以又稱(chēng)為“永久型鑄造”。 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，表面粗糙度小；鑄件冷卻快，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，粗糙度小；可以澆注形狀復(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(chēng)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(lèi)。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，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(pán)等；也可以作為環(huán)、套類(lèi)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(lèi)。,2 繪制模鍛件圖 模鍛件圖是制定模鍛工藝規(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(chēng)為模鍛斜度。由于鍛件冷卻收縮時(shí)易夾緊模膛凸出部分，所以?xún)?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(lèi)鍛件和一些較為復(fù)雜的小鍛件，與模鍛錘相比，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(lèi)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(chēng)的鍛件較難鍛造。平鍛機(jī)上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。可沖壓復(fù)雜的零件、儀表上的細(xì)小件和重型汽車(chē)上的縱梁等大制件?？杉庸さ吞间?、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(chēng)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(lèi)。 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、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，它包括彎曲、拉深、成形三類(lèi)，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(chēng)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，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(lèi)。 （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)，也稱(chēng)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(mén)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?？字欣?，使其橫截面積減少，得到與?？壮叽缧螤钕嗤闹破返募庸し椒ā＠味嘣谑覝叵逻M(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(lèi)。 1熔化焊 將焊件接頭處加熱至熔化狀態(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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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。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?chē)饘俚臓恐贫荒茏杂蛇M(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(chēng)。 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(chēng)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，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(chēng)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(lèi)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，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(lèi)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。,