材料成型技术基础 讲稿

1、材料成型技术基础讲稿26第一章 铸造概述铸造将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。铸造生产的特点：优点零件的形状复杂；工艺灵活；成本较低。缺点机械性能较低；精度低；效率低；劳动条件差。分类：砂型铸造90%以上特种铸造铸件性能较好，精度低，效率高我国铸造技术历史悠久，早在三千多年前，青铜器已有应用；二千五百年前，铸铁工具已经相当普遍。泥型、金属型和失蜡型是我国创造的三大铸造技术。§1-1 金属的铸造性能合金的铸造性能是表示合金铸造成型获得优质铸件的能力。通常用流动性和收缩性来衡量。一、合金的流动性1、流动性概念流动性液态合金的充型能力。流动性好的合

2、金：易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件；有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除；易于补缩及热裂纹的弥合。合金的流动性是以螺旋形流动试样的长度来衡量。试样越长，流动性越好。、影响合金流动性的因素a、合金性质方面 纯金属、共晶合金流动性好。（恒温下结晶，凝固层内表面光滑） 亚、过共晶合金流动性差。 （在一定温度范围内结晶，凝固层内表面粗糙不平）b、铸型和浇注条件 提高流动性的措施：提高铸型的透气性，降低导热系数；确定合理的浇注温度；提高金属液的压头；浇注系统结构简单。C、铸件结构 铸件壁厚>最小允许壁厚二、合金的收缩1、收缩的概念收缩是铸件中的缩孔、缩松、变形和开裂等缺陷产生的原因。收缩的三个

3、阶段：液态收缩 形成缩孔、缩松（体收缩率）凝固收缩固态收缩 产生变形和裂纹（线收缩率）几种铁碳合金的体积收缩率合金种类含碳量（%）浇注温度（）液态收缩（%）凝固收缩（%）固态收缩（%）总体积收缩（%）线收缩率（%）碳素铸钢白口铸铁灰铸铁0.353.03.51610140014001.62.43.53.04.00.17.865.46.33.34.212.461212.96.97.81.382.01.352.00.81.02、铸件的缩孔和缩松缩孔的形成：纯金属或共晶成分的合金易形成缩孔。缩松的形成：结晶温度范围大的合金易形成缩松。缩孔和缩松的防止：定向凝固在铸件可能出现缩孔的厚大部位，通过增设冒口

4、或冷铁等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口的部位凝固，冒口本身最后凝固。结果使铸件各个部分的凝固收缩均能得到液态金属的补充，而将缩孔转移到冒口之中3、铸造应力铸造内应力有热应力和机械应力，是铸件产生变形和开裂的基本原因。热应力的形成热胀冷缩不均衡机械应力的形成收缩受阻 减少和消除应力的措施： 结构上壁厚均匀，圆角连接，结构对称。 工艺上同时凝固，去应力退火。同时凝固和定向凝固比较定向凝固用于收缩大或壁厚差距较大，易产生缩孔的合金铸件，如铸钢、铝硅合金等。定向凝固补缩作用好，铸件致密，但铸件成本高，内应力大。同时凝固用于凝固收缩小的灰铸铁。铸件内应力小，工艺简单，节省金属，组

5、织不致密。4、铸件的变形对于厚薄不均匀、截面不对称及具有细长特点的杆件类、板类及轮类等铸件，当残余铸造应力超过铸件材料的屈服强度时，产生翘曲变形。用反变形法防止箱体、床身导轨的变形。5、铸件的裂纹铸钢件热裂纹（改善型芯的退让性，大的型芯制成中空的或内部填以焦碳）轮形铸件的冷裂（减少铸件应力，降低合金的脆性）§1-2 砂型铸造一、砂型铸造造型方法套筒的砂型铸造过程：造型方法：手工造型 单件、小批量生产机器造型 中、小件大批量生产机器造芯 中、小件大批量生产柔性造型单元 各种形状与批量生产（一） 手工造型手工造型方法和特点造型方法特点整模造型整体模型，分型面为平面分模造型分开模型，分型面

6、多是平面活块造型将模样上有妨碍取摸的部分做成活动的挖沙造型造型时须挖去阻碍取模的型砂刮板造型和铸件截面形状相适应的板状模样三箱造型铸件两端截面尺寸较大，需要三个沙箱（二）机器造型机器造型是将填砂、紧实和起模等主要工序实现了机械化，并组成生产流水线。机器造型生产率高，铸型质量好，铸件质量高，适用于中小型铸件的大批量生产。机器造型方法：振压造型、高压造型、抛砂造型。1、 振压造型工作原理a) 填砂 b) 振实 c) 压实 d) 起模2、 多触头高压造型3、 抛砂机（三）机器造芯在大批量生产中，常用型芯制作设备是射芯机和壳（吹）芯机。射芯机工作原理和壳（吹）芯制造原理（四）柔性制造单元柔性制造单元通

7、过在造型自动线上加设模板库及模板快换机构等，由计算机集中控制模板的调运与更换、造型机工作参数、铸型质量的检验等。二、砂型铸造工艺设计铸造工艺图包括：铸件的浇注位置铸型分型面铸造工艺参数支座的零件图、铸造工艺图、模样图及合型图（一）浇注位置的选择浇注位置浇注时铸件在铸型中的空间位置。浇注位置的选择原则：铸件的重要加工面应朝下或位于侧面；铸件的大平面应朝下；面积较大的薄壁部分置于铸型下部或侧面；铸件厚大部分应放在上部或侧面。（二）铸型分型面的选择三通的分型方案：四箱造型、三箱造型、两箱造型分型面的选择原则：便于起模，使造型工艺简化；尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱；尽量使型腔及主要型芯位于下型。（

8、三）工艺参数的确定机械加工余量和最小铸出孔；起模斜度；铸造收缩率；型芯头设计。（四）浇、冒口系统（五）铸造工艺设计的一般程序（五）铸造工艺设计的一般程序项目用途设计程序铸造工艺图 是制造模样、模底板、芯盒等工装以及进行生产准备和验收的依据。1.产品零件的技术条件和结构工艺性分析2.选择造型方法3.确定分型面和浇注位置4.选用工艺参数5.设计浇冒口、冷铁等6.型芯设计铸件图 是铸件验收和机加工夹具设计的依据。7.在完成铸造工艺图的基础上，画出铸件图铸型装配图是生产准备、合型、检验、工艺调整的依据。8.在完成砂箱设计后画出铸造工艺卡片是生产管理的重要依据。9.综合整个设计内容（五）实例分析1、 气

9、缸套方案，轴线处于水平位置，铸件易产生缺陷；用分开模两箱造型，分型面通过圆柱面，有飞边，易错箱。方案，轴线处于垂直位置，铸件是顺序凝固；分型面在铸件一端，毛刺易清理，不会错箱2、 支座方案，沿底版中心分型。轴孔下芯方便，但底版上四个凸台必须采用活块且铸件在上、下箱各半。方案，沿底面分型，铸件全部在下箱，不会产生错箱，铸件易清理。但轴孔内凸台必须采用活块或下芯且轴孔难以铸出。3、 C6140车床进给箱体方案，能铸出轴孔，型芯稳定性好。但基准面朝上易产生缺陷且型芯数量较多，槽C妨碍起模需用活块或型芯。方案，从基准面分型，铸件大部分在下型，基准面朝上，轴孔难以铸出，且凸台E和槽C妨碍起模，需用活块或

10、型芯。方案，铸件全部置于下型，基准面朝下，铸件最薄处在铸型下部。但凸台EA和槽C都需用活块或型芯，内型芯稳定性差。大批量生产时选用方案，单件、小批量生产时选用方案或方案。车床进给箱体铸造工艺图§1-3 铸件的结构设计铸件的结构工艺性，是指所设计的零件在满足使用性能的前提下，铸造成形的可行性和经济性，即铸造成形的难易程度。良好的铸件结构性应与金属的铸造性能和铸造工艺相适应。大批量生产时，铸件的结构应便于采用机器造型；单件、小批量生产时，则应使所设计的铸件尽可能适应现有生产条件。一、合金铸造性能对铸件结构的要求（一）铸件的壁厚1、 铸件壁厚应合理2、 铸件壁厚应均匀3、 致密铸件应符合顺

11、序凝固原则（二）壁的连接1、 应有结构圆角2、 应避免交叉、锐角接头3、 不同壁厚连接应逐渐过渡（三）避免变形和开裂的结构1、 结构对称2、 合理设置加强肋3、 应有利于自由收缩二、铸造工艺对铸件结构的要求（一）铸件的外形1、尽量避免外表面内凹2、尽量示分型面为平面3、尽量减少分型面的数量4、应具有结构斜度（二）铸件的内腔1、 不用或少用型芯和活块2、 有利于型芯的定位、排气和清理三、组合铸件 对于某些大型复杂铸件，在生产条件不允许整体铸造时，可采用组合铸件。§1-4 常用铸件的生产一、铸铁件的生产铸铁是含碳量超过2.11的铁碳合金。工业用铸铁实际上是以Fe、C、Si为主要元素的多元

12、合金。铸铁中碳的存在形式： 渗碳体化合状态 石墨游离状态铸铁分类：白口铸铁 灰铸铁（片状石墨） 灰口铸铁 可锻铸铁（团絮状石墨） 麻口铸铁 球墨铸铁（球状石墨）（一）铸铁的石墨化1、石墨化过程石墨化铸铁中析出石墨的过程。 石墨化形式：缓慢冷却时，L(A) 石墨 加热时， Fe3C 石墨因此石墨是稳定相，是亚稳定相。 石墨是碳的一种结晶形态，具有六方晶格。原子呈层状排列，同一层面上的碳原子呈共价键，结合力强；层与层之间呈分子键，结合力弱。因此，石墨结晶形态常易发展为片状，强度、硬度、塑性极低。2、影响石墨化的因素（1）化学成分碳和硅是强烈促进石墨化元素。碳是石墨的基础，硅促进石墨析出（C:2.7

13、3.6% , Si:1.12.5%）。碳和硅含量高时，石墨量多、尺寸大、铁素体多，因此强度、硬度低。 锰是微弱阻止石墨化元素，可促进珠光体基体形成，提高铸铁强度和硬度(Mn : 0.41.2%)。硫和磷是有害元素（S0.10.15%,P0.2）。 碳当量：CE = C + (Si+P)/3 %CE =4.28% ，共晶成分；CE4.28% ，亚共晶成分；CE4.28% ，过共晶成分。（2）冷却速度同一铸件厚壁处为灰口组织，而薄壁处为白口组织，这说明：缓慢冷却有利于石墨化过程的进行。可见，当铁水的碳当量较高，结晶过程中缓慢冷却时，易形成灰口铸铁；相反易形成白口组织（二）灰铸铁1、 灰铸铁的组织和

14、性能特点灰铸铁的组织：铁素体灰铸铁铁素体+珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁、灰铸铁的性能：（1） 机械性能较差强度低、塑性低、韧性低且壁厚敏感；抗压强度、硬度与相同基体碳钢相近。（2） （2）其它性能 耐磨性好、减震性好 、缺口敏感性小、铸造性能和切削加工性能良好 。灰铸铁与碳钢机械性能的比较性能指标抗拉强度b (N/mm2)延伸率(%)冲击韧性k(J/cm2)硬度(HBS)铸造碳钢40065010252060160230灰铸铁10035000.5051482982、灰铸铁的牌号与用途HT200表示灰铸铁，b200N/mm2（壁厚增加，强度降低）牌号基体组织用途HT100铁素体低负荷和不重要的零件。如

15、手柄、盖板、重锤等。HT150铁素体+珠光体受中等负荷的零件。如机座、支架、箱体、带轮等。HT200珠光体受较大负荷的重要件。如汽缸、床身、活塞、中等压力阀体、齿轮箱、飞轮等。3、灰铸铁的孕育处理孕育铸铁：HT250、HT300、H350T 孕育处理：降低碳、硅含量，以提高铸铁的强度；浇注前向铁水 中加入少量的孕育剂（75%硅铁），可以细化组织，促进石墨化。孕育铸铁的特点：强度较高，冷却速度对其组织和性能的影响甚小。特别适合生产厚大铸件如重型机床、压力机床身、高压液压件、活塞环、齿轮、凸轮等。（三）球墨铸铁球墨铸铁是在浇注前往铁水中加少量的球化剂和孕育剂，获得具有球状石墨的铸铁。1、 球墨铸铁

16、的组织和性能球墨铸铁的组织：铁素体球铁铁素体+珠光体球铁珠光体球铁2、球墨铸铁的牌号与用途QT500-7表示球墨铸铁，b500N/mm2, 7 %牌号基体组织用途QT450-10铁素体农机具零件、中低压阀门、输气管道。QT600-3铁素体+珠光体负荷大、受力复杂的零件。如汽车、拖拉机曲轴，连杆，凸轮轴，蜗杆机床蜗杆、蜗轮，轧钢机轧辊、大齿轮。QT700-2珠光体QT800-2珠光体高强度齿轮。3、球墨铸铁的生产特点（1） 严格控制化学成分（C、Si较高，Mn、P、S较低）（2） 较高的出铁温度（1400-1420）（3） 球化处理（获得球状石墨）（4） 孕育处理（促进石墨化，细化均匀组织）（5

17、） 热处理退火铁素体+球状石墨 QT400-18, 正火索氏体+球状石墨 QT600-3,调质回火索氏体+球状石墨 QT800-2等温淬火下贝氏体+球状石墨 QT900-24、球墨铸铁铸造工艺特点 （1）流动性比灰铸铁差（2）收缩较灰铸铁大球墨铸铁件多应用冒口和冷铁，采用定向凝固原则。在铸型刚度很好的条件下，也可采用同时凝固原则不用冒口或用小冒口。（四）铸铁的熔炼冲天炉的熔炼过程冲天炉的燃料为焦碳；金属炉料有：铸造生铁锭、回炉料、废钢、铁合金；熔剂为石灰石和氟石。在冲天炉熔炼过程中，高炉炉气不断上升，炉料不断下降：底焦燃烧；金属炉料被预热、熔化和过热；冶金反应使铁水发生变化。二、铸钢件的生产铸

18、钢的应用仅次于铸铁，其产量占铸件总产量的15%。铸钢的主要优点是力学性能高，特别是塑性和韧性比铸铁高得多，焊接性能良好，适于铸焊联合工艺制造重型机械。但铸造性能、减震性和缺口敏感性都比铸铁差。铸钢主要用于制造承受重载荷及冲击载荷的零件，如铁路车辆上的摇枕、侧架、车轮及车钩，重型水压机横梁，大型轧钢机机架、齿轮等。常用铸钢：碳素铸钢、低合金铸钢、高合金铸钢。1、铸钢的铸造工艺特点铸钢的铸造性能差，铸造工艺复杂：（1）对砂型性能如强度、耐火度和透气性要求更高。（2）工艺上大都采用定向凝固原则（3）必须严格掌握浇注温度2、铸钢的热处理为了细化晶粒，改善组织，消除铸造内应力，提高性能，铸钢件必须进行退

19、火和正火处理。3、铸钢的熔炼电弧炉炼钢：钢液质量高，熔炼速度快，温度容易控制。炼钢的金属材料主要是废钢、生铁和铁合金。其它材料有造渣材料、氧化剂、还原剂和增碳剂等。感应电炉炼钢感应电炉是利用感应线圈中交流电的感应作用，使坩埚内的金属炉料（及钢液）产生感应电流，而发出热量，使炉料熔化的。（感应电炉的优点是加热速度快，热量散失小；缺点是炉渣温度较低，不能发挥炉渣在冶炼过程中的作用。）§1-5 特种铸造特种铸造的分类：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造特种铸造特点（与砂型铸造相比）：1、 铸件精度和表面质量高、铸件内在性能好；2、 原材料消耗低、工作环境好等优点；3、 铸件

20、的结构、形状、尺寸、重量、材料种类往往受到一定限制。一、熔模铸造熔模铸造是在易熔模样表面包覆若干层耐火材料，待其硬化后，将模样熔去制成中空型壳，经浇注而获得铸件的成形方法。熔模铸造工艺过程：制造熔模、制模组、上涂料（及撒砂）、脱模、焙烧、浇注、落砂、切浇口。特点：1、 铸件的形状复杂、精度和表面质量较高（IT1113,Ra1.612.5）；2、 合金种类不受限制，钢铁及有色金属均可适用；3、 生产批量不受限制；4、 工艺过程较复杂，生产周期长，成本高铸件尺寸不能太大；应用：熔模铸造是一种少、无切削的先进精密成形工艺，最适合25kg以下的高熔点、难加工合金铸件的批量生产。如汽轮机叶片、泵轮、复杂

21、刀具、汽车上小型精密铸件。二、金属型铸造金属型铸造是在重力作用下将液态金属浇入金属铸型的成形方法。金属型的结构可分为：水平分型式、垂直分型式及复合分型式等。铸造铝活塞的金属型及金属型芯优点：1、一型多铸，生产效率高2、铸件尺寸精度高，表面质量好 (IT1214, Ra6.312.5)3、铸件冷却快，组织致密，机械性能好应用：金属型铸造主要用于铜、铝、镁等有色金属铸件的大批量生产。如内燃机活塞、汽缸盖、油泵壳体、轴瓦、轴套等。三、压力铸造压力铸造是将液态金属在高压作用下快速压入金属铸型中，并在压力下结晶，以获得铸件的方法。 压铸工艺过程：注入金属 压铸 抽芯 顶出铸件压力铸造的特点：1、 铸件的

22、尺寸精度高（IT812,Ra3.20.4）2、 铸件的强度和表面硬度都较高3、 生产效率高（一般为50150次/小时）4、 铸件表皮下有气孔，不能多余量加工和热处理5、设备投资大，压铸型制造成本高，适宜大量生产应用：压力铸造主要用于铝合金、锌合金和铜合金铸件。压铸件广泛应用与汽车、仪器仪表、计算机、医疗器械等制造业，如发动机汽缸体、汽缸盖、仪表和照相机的壳体与支架、管接头、齿轮等。四、低压铸造低压铸造工艺过程： 合型 压铸 取出铸件低压铸造的特点：1、 浇注时的压力和速度可以调节2、 采用底注式冲型，金属液冲型平稳3、 铸件在压力下结晶，铸件组织致密、轮廓清晰，机械性能高4、浇注系统简单，金属

23、利用率可达90%以上。应用：低压铸造目前广泛应用于铝合金铸件的生产，如汽车发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等形状复杂的薄壁铸件。五、离心铸造离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，使其在离心力作用下成形并凝固的铸造方法。图示：卧式离心铸造机、铸铁管的离心铸造、离心铸造离心铸造的特点：1、 铸件组织致密，机械性能好2、 不用型芯和浇注系统，简化生产，节约金属3、 金属液的充型能力强，便于流动性差的合金及薄壁铸件4、 便于制造双金属结构5、铸件易产生偏析，内孔不准确且内表面粗糙应用：离心铸造是铸铁管、气缸套、铜套、双金属轴承的主要生产方法，铸件最大可达十多吨。此外，在耐热钢辊道、特殊钢的无缝管坯、造纸机干

24、燥滚筒等生产中得到应用。 第二章 锻压第一节 概述锻压借助外力的作用，使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的锻压件。塑性变形金属坯料 锻压件一、锻压加工方法加工方法：自由锻、模锻、板料冲压、挤压、拉拔、轧锻二、锻压加工特点优点：1、能改善金属的组织，提高金属的机械性能；2、提高材料的利用率和经济效益（节省材料和切削加工工时）；3、具有较高的劳动生产率。缺点：1、不能获得形状复杂的锻件；2、初次投资费用高（设备、工模具、厂房）；3、生产现场劳动条件差。应用：轧制、挤压、拉拔金属型材、板材、钢材、线材等；自由锻、模锻承受重载的机械零件，如机器主轴、重要齿轮、炮管、枪管等；板料冲

25、压汽车制造、电器、仪表及日用品。第二节 金属塑性变形一、金属塑性变形实质问题：金属材料为什么能产生塑性变形？塑性变形的实质？金属晶体单晶体（理想金属） 多晶体（实际金属）1、单晶体的塑性变形主要方式滑移变形单晶体的塑性变形过程：未变形弹性变形弹、塑性变形塑性变形后滑移变形实质：晶体的一部分相对另一部分的移动是位错在切应力作用下沿滑移面的运动。2、多晶体的塑性变形晶内变形晶粒内部的滑移变形晶间变形晶粒间的移动和转动晶粒位向与受力变形关系：通过塑性变形硬位向软位向软位向硬位向二、塑性变形对金属组织和性能的影响将拉伸试样拉断后，发现其性能变化，缩颈处更明显；铝丝反复弯折后，很快脆断。1、冷变形强化（

26、加工硬化）冷变形强化金属材料在冷塑性变形时，其强度、硬度升高，而塑性、韧性下降的现象（变形量增加，强化效果更明显）。产生原因：滑移面上产生了微小碎晶，晶格畸变。（内应力）加工硬化的应用：提高强度、使变形均匀、提高安全性。2、回复和再结晶回复保持加工硬化，消除内应力。如冷卷弹簧进行去应力退火。再结晶消除加工硬化，提高塑性。在结晶速度取决于加热温度和变形程度。在结晶是一个形核、长大过程。3、冷变形和热变形冷变形 再结晶温度以下的塑性变形。热变形 再结晶温度以上的塑性变形。冷变形加工硬化冲压、冷弯、冷挤、冷轧塑性材料热变形加工硬化+再结晶锻造、热挤、轧制变形量大，易氧化4、锻造比和锻造流线锻造比变形

27、程度的大小。镦粗：y = H0 / H拔长：y = F0 / F 金属材料组织紧密晶粒细化形成锻造流线（各向异性）流线的纵向性能高于横向流线的合理分布流线与工件最大拉应力方向一致，与切应力、冲击方向垂直；沿工件外轮廓连续分布。三、金属的锻造性能金属锻造性能塑性、变形抗力塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。影响因素：金属的本质 化学成分、金属的组织状态变形条件 变形温度、变形速度、应力状态、表面质量第三节 自由锻自由锻利用冲击力或压力使加热好的金属在上、下抵铁之间产生变形。（除部分接触表面外，都是自由表面，变形不受限制。）自由锻特点：1、工具简单，不需造价昂贵的模具2、可以锻造各种重量的

28、锻件，对于大型锻件几乎是唯一的锻造方法3、自由锻所需设备的吨位较小4、锻件的尺寸精度低，加工余量大5、锻件形状简单，生产率低，劳动强度大自由锻应用 单件和小批量生产。一、自由锻设备分类：手工自由锻铁砧、锻造工具（生产小型锻件、效率低）机器自由锻空气锤、蒸气-空气锤、水压机自由锻设备吨位（T）锻件质量作用力动力空气锤0.051100 kg冲击力电动机蒸气-空气锤0.551500 kg冲击力蒸气或压缩空气0.40.9MPa(49个大气压)水压机500150001300T静压力高压水20MPa(200个大气压)水压机变形量大，锻造深度大，内部质量好，没有振动、噪音小。二、自由锻的工序基本工序：镦粗、

29、拔长、冲孔、弯曲、错移、扭转；辅助工序：倒棱、压肩等；精整工序：修整鼓形、平整端面、校直弯曲。三、自由锻工艺规程的制订1、绘制锻件图锻件图 = 零件图 + 加工余量、锻件公差和余块2、坯料的质量及尺寸计算坯料的质量：G 坯料 = G 锻件 + G 烧损+ G 切头 + G 芯子（轴类零件G 切头； 盘盖类零件G 芯子）坯料的尺寸锻件的锻造比（轧材: y > 1.3钢锭: y = 2.55）采用的变形方式（镦粗(防弯):H/D<2.5）3、确定变形工工步a.齿轮坯自由锻工艺过程：下料镦粗垫环局部镦粗冲孔冲子扩孔修整b.半轴自由锻工艺过程锻出头部拔长拔长及修整台阶拔长并留出台阶锻出凹挡

30、及拔长端部并修整4、制订工艺规程举例 (p83)四、自由锻零件的结构工艺性1、尽量避免锥面或斜面2、避免圆柱与圆柱面相交3、避免椭圆形、工字型或其它非规则形状截面及非规则外形4、避免肋板和凸台第四节 模 锻模锻将加热后的坯料放在模膛内受压变形而获得锻件的一种加工方法。特点：1、尺寸精度高；2、锻件形状复杂；3、操作简单，生产效率高；4、流线完整、性能好。应用：中、小型锻件的成批和大量生产（为什么？）一、模锻设备模锻设备锻造力性质锻件精度生产率模锻锤冲击力较低较低曲柄压力机压力较高较高平锻机压力较高较高摩擦压力机冲击力压力较高较低1、模锻锤可以镦粗、拔长、滚挤、弯曲、成形、预锻、终锻。2、曲柄压

31、力机行程不能调节；不能拔长和滚挤；每个变形工步在一次行程中完成。3、平锻机4、摩擦压锻机螺杆与滑块非刚性连接，承受偏心能力差；滑块行程、打击能量可自动调节。二、锤上模锻工艺1、模锻的变形工步和模锻模膛变形工步制坯工步（制坯模膛）初步成形模锻工步（模锻模膛）最终成形弯曲连杆的多模膛锻模2、模锻件图的制订模锻件图是制订变形工艺、设计锻模、计算坯料和检验锻件的依据。模锻件图包括的内容：选定分模面；确定加工余量和锻造公差（加工表面）；模锻斜度；圆角半径；冲孔连皮。选定分模面的原则：能从模膛中顺利取出；金属易于充满模膛；简化模具制造；能及时发现错模；减少余块节约金属。3、变形工步的确定短轴类锻件：（齿轮

32、坯）镦粗制坯和终锻成形。长轴类锻件：（弯曲连杆）拔长、滚挤、弯曲制坯和预锻、终锻成形。三、模锻件的结构工艺性1、 应具有合理的分型面；2、锻件上与分型面垂直的非加工表面应设计有结构斜度；3、在满足使用要求的前提下，锻件形状应力求简化；4、应尽量避免窄沟、深槽和深孔、多孔结构；5、可采用锻-焊组合工艺，简化模锻工艺。问题：小型锻件的中、小批量生产应采用自由锻还是模锻？答案：胎膜锻四、胎膜锻胎膜锻在自由锻设备上使用非固定模具（胎膜）生产模锻件的方法。特点：与自由锻相比：生产率高，精度高（余量小），与模锻相比： 成本低（设备、模具）。第五节 板料冲压板料冲压：金属板料产生分离、变形冲压件冲床冲压设备

33、冲模冲压工具（分上模和下模）基本工序：冲裁、弯曲、拉深和成形板料冲压的特点：1、可冲压形状复杂的零件，废料少；2、冲件尺寸精度高，质量稳定，互换性好；3、质量轻、强度高、刚性好；4、操作简单，生产率高；5、板料必须具备足够的塑性，冲模制造复杂、费用高。板料冲压的应用：飞机、汽车、电机、仪器、仪表等一、冲裁冲裁板料沿封闭轮廓分离的工序。（落料和冲孔）冲孔和落料相同：模具结构；坯料变形过程。1、冲裁过程及受力分析冲裁区塌角、光亮带、剪裂带、毛刺。（各部分的尺寸比例与材料的性质、板厚、模具结构等条件有关。）2、冲裁件的形状和尺寸1）冲裁件形状尽量简化，便于模具加工、热处理；2）应考虑排样，节省材料。

34、3、模具的尺寸冲孔：D凸 = D孔, D凹 = D凸 + 2Z落料：D凹 = D落料, D凸 = D凹 - 2Z模具间隙 Z = (0.050.25) tt 板料厚度问题：冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度达不到要求时，如何处理？4、冲裁件的修整间隙为0.0060.01mm；边切除量0.050.2mm；修整后的切面粗糙度Ra=1.250.65；尺寸精度IT6IT7。5、冲裁模二、弯曲弯曲：将平直板料弯成一定的角度和圆弧。弯曲问题：弯裂、回弹1、防止弯裂和回弹措施防止弯裂弯曲半径 r > 最小弯曲半径 r min回弹的防止变模具尺寸，使弹复后达到零件的尺寸；改变模具的结构；拉弯。2、弯曲件展开尺

35、寸计算弯曲件的弯曲部位边薄，长度变长3、弯曲件结构工艺性弯曲半径不应小于最小弯曲半径，但也不宜过大；弯曲部位与板料边缘及板料上孔的距离有限制；应尽量沿材料纤维方向弯曲，多向弯曲时，应先冲工艺孔或切槽。4、弯曲模三、拉深拉深：平面板料 开口中空形件拉深过程、拉深的变形和应力：拉深缺陷：皱折、拉穿防止皱折加压边圈（压边力不宜过大）防止拉穿模具结构凸凹模加工成圆角 R凸<R凹=(330) t模具间隙 Z=(1.11.5) t限制拉深系数m = d / D = 0.5 0.8 > m min否则应多次拉深涂润滑剂减少摩擦四、成形使板料或半成品改变局部形状的工序。成形工序包括压肋、压坑、胀形

36、、翻边。使冲压件具有更好的刚性和合理的空间形状。图示为刚模压坑、软模胀形、刚模胀形、软模压肋、曲面压缩翻边、平面深长翻边、翻孔。第三章 金属焊接成形第一节 概 述焊接 通过加热或加压，使焊件达到原子结合的一种加工方法。焊接的种类：熔化焊 气焊、电弧焊、电渣焊等；压力焊 电阻焊、压力焊；钎焊 软钎焊、硬钎焊。焊接的特点与应用优点：连接性能好省工省料成本低重量轻简化工艺缺点：结构不可拆卸焊接接头的组织、性能变坏产生残余应力和变形易产生焊接缺陷应用：金属结构件自行车三角架、钢窗、锅炉、压力容器、管道、船舶、车辆等；机器部件轴、齿轮、刀具等。第二节 熔焊过程和焊接质量一、熔焊冶金过程和电焊条1、熔焊的

37、冶金过程空气中的O2、N2、H2O在电弧的作用下：O2 2O 发生氧化反应，焊缝性能降低；N2 2N 高温熔入液态金属，冷却后形成气孔；H2O 2H+O形成气孔，产生氢脆。保证焊缝质量措施：减少有害元素进入熔池消除已进入熔池的有害元素，增加金属元素2、电焊条 2.1焊条的组成专用焊接金属丝由多种矿石粉铁合金配成焊芯的作用：作电极传导电流，产生电弧作填充金属（调整成分）药皮的作用：机械保护作用(气体和熔渣)冶金处理（熔渣）改善焊接工艺性（引弧容易燃烧稳定）2.2焊条的种类、型号与牌号按用途分：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按按熔渣性质分：

38、酸性焊条（SiO2、MnO等）碱性焊条（CaO、FeO等）2.3焊条的型号：碳钢焊条 (GB5117-85): E 4 3 0 3 , E 5 0 1 5 , E 5 0 1 6 . 药皮类型（酸、碱），电流种类 焊接位置（平、横、立、仰） 抗拉强度 430 MPa 焊条3、碱性焊条和酸性焊条的特性碱性焊条：机械性能好（韧性高，抗裂性好）；焊接工艺性能差；（用直流电）对油污、锈、水敏感性大；（清洗、烘干） 排出有毒烟尘 H F 。（通风良好）酸性焊条与碱性焊条相反4、焊条的选用选用原则：焊缝和母材具有相同水平的使用性能。不绣钢、耐热钢焊条按相同成分选择焊条结构钢焊条按等强原则选相同强度等级焊条

39、例：16 Mn ,抗拉强度520 Mpa , 可选用E5003 (J502), E5015 (J507), E5016 (J506)二、焊接接头的组织和性能1、低碳钢焊接接头的组成低碳钢焊接接头的组织1焊缝区（熔化区）2熔合区（半熔化区）3热影响区4母材焊缝的组织和性能 铸态组织，性能可以达到要求。熔合区的组织和性能 成分不均匀，组织粗大，机械性能很低。热影响区的组织和性能过热区（1100 ）组织粗大，机械性能很低,正火区（Ac31100）晶粒细小，机械性能高，部分相变区（Ac1Ac3）晶粒不均匀，机械性能低。可见，熔合区、过热区是接头中性能最差的薄弱的部位，会严重影响焊接接头的质量。三、焊接

40、变形和焊接应力1、焊接变形和残余应力的不利影响造成焊件的尺寸、形状变化；矫正变形会使性能降低，成本增加；焊接应力会降低承载能力；引起焊接裂纹；应力衰减会产生变形。2、焊接变形和残余应力产生原因在焊接过程中，对焊件进行局部的不均匀加热，会产生焊接应力和变形。下图为平板对接焊缝的应力和变形过程示意图3、焊接变形的基本形式4、减少焊接应力与变形的工艺措施焊前预热及焊后热处理；选择合理的焊接次序；刚性固定法；反变形法；锤击焊缝法；采用机械矫正和火焰矫正。焊接顺序刚性固定法反变形机械矫正与火焰矫正第三节 常用焊接方法一、手工电弧焊1、焊接电弧电弧气体电离、电极发射电子电弧的温度：阴极区 2100 ，弧柱

41、 57007700 ，阳极区 2300 电弧区热量：阳极占43%,阴极区占36%,弧柱区占21%。 正接法: 工件接正极, 焊条接负极2、焊接过程(1)电弧在焊条与被焊件之间 燃烧,电弧热使工件和焊条同时熔化成熔池；(2) 电弧使焊条的药皮熔化或燃烧,产生熔渣和气体,对熔化金属和熔池起保护作用；(3) 电弧使焊条的药皮熔化或燃烧,产生熔渣和气体,对熔化金属和熔池起保护作用；3、手工电弧焊的特点手工电弧焊有何特点？使用哪种设备？优点：设备简单，操作灵活，适应性强。缺点：生产效率低，劳动强度大，质量不易保证。电焊机：直流电焊机：引弧容易，电弧稳定，焊接质量好交流电焊机：结构简单，使用可靠，维修方便

42、焊丝焊剂二、埋弧自动焊1. 埋弧自动焊的焊接过程自动焊焊接动作由机械装置自动完成。埋弧焊电弧在颗粒状焊剂层下燃烧进行焊接。2. 埋弧自动焊的特点与应用特点：生产效率高 （比手弧焊提高510倍）焊接质量好 （ 焊缝内气孔、夹渣少，焊缝美观）成本低 （省工、省时、省料）劳动条件好 （无弧光,、飞溅, 劳动强度低）适应性差 （平焊、长直焊缝和较大直径的环缝）焊接设备复杂，焊前准备工作严格应用： 成批生产、中厚板结构的长直焊缝和较大直径的环缝，如锅炉、压力容器、船舶等。三、气体保护焊保护气体：氩气氩弧焊CO2CO2气体保护焊1、氩弧焊及其特点o 钨极氩弧焊钨极熔点高，发射电子能力强直流正接：钨极烧损小

43、。直流反接：钨极烧损大，电弧不稳，但有“阴极破碎”作用（焊铝时有利）。应用：焊接电流不能过大，只能焊4mm以下的薄板；焊接钢材板：直流正接法；焊铝、镁合金：直流反接法或交流电源。o 熔化极氩弧焊1) 以连续送进的金属丝做电极并填充焊缝；2) 焊接电流较大,生产效率高，适用焊接较厚的焊件；（板厚为825mm）3) 采用直流反接，电弧稳定，焊铝时有“阴极破碎”作用；4) 可采用自动焊或半自动焊。o 氩弧焊特点1) 保护效果好，电弧稳定，焊接质量好；2) 电弧热量集中，热影响区小，焊后变形小；3) 可全方位焊接，便于观察、易于自动控制；4) 氩气成本高，一般情况下不采用。应用：用于焊接易氧化的有色金

44、属、合金钢和不锈钢。2、CO2气体保护焊焊接过程 电弧CO2 CO + O使金属氧化，合金元素烧损，不能焊接有色金属和合金钢。应用：用于低碳钢、低合金钢薄板的焊接。必须采用含脱氧剂的焊丝H08Mn2SiA，直流反接。特点：1）成本低 （为埋弧焊和手弧焊的40%50%）2）效率高 （电流密度大，熔深大，焊接速度快）3）焊接质量好 （有气流冷却，热影响区小，变形小）4）采用气体保护，能全位置焊接5）焊缝成形差，飞溅大6）设备使用维修不方便四、电渣焊1. 电渣焊工艺过程2. 电渣焊的特点生产率高（板厚> 40mm的焊接一次焊成）焊缝缺陷少,焊接质量好（不易产生气孔、夹渣和裂纹）成本低（省电和省

45、熔剂）焊件需正火热处理(热影响区较大,组织粗大)五、电阻焊是利用焊件接触面的电阻热，将焊件局部加热到塑性或熔化状态，在压力下形成接头的焊接方法。电阻焊分为：点焊、缝焊、对焊。电阻焊特点焊接电压低，电流大，生产率高；不需要填充金属，焊接变形小；劳动条件好，操作简单，易于实现自动化生产；焊接设备复杂，投资大；适用于大批量生产；对焊件厚度和接头形式有一定限制。1、点焊点焊过程：加压 通电 断电 去除压力形成熔核 凝固防止分流： 点焊接头形式：点焊主要适用于薄板冲压结构和钢筋构件。2、缝焊缝焊：与点焊相同，只是采用滚轮做电极，边焊边滚。特点：焊点互相重叠，分流现象严重。焊件厚度3mm。应用：有密封要求

46、的薄壁结构，3、对焊电阻对焊：端面加工要求高，质量不易保证。闪光对焊：对端面加工要求低，质量较高，用于重要零件的焊接。应用：杆状零件的对接，如刀具、管子、钢轨、钢筋、异种金属。（端面形状尺寸要相同或相近）六、钎焊是利用低熔点的钎料作填充金属， 加热熔化后渗入固态焊件间的间隙内，将焊件连接起来的焊接方法。焊前准备： 接头形式：清洗表面；搭接装配；放置钎料。1、焊接过程将工件和钎料适当加热（烙铁、火焰、炉子、电阻、高频加热）；钎料熔化，借助毛细管的作用被吸入和充满间隙；被焊金属和钎料在间隙内相互扩散；凝固后，形成钎焊接头。2、钎焊分类种类特点软钎焊（锡、铅钎料）硬钎焊（铜基、银基钎料）钎料熔点 4

47、50 450性能特点接头强度 100Mpa工作温度较低接头强度 200Mpa工作温度较高应用用于受力不大的仪表、导电元件的焊接。用于受力较大的构件、刀具、工具的焊接。3、钎焊特点1）加热温度低，变形也小。接头光滑平整，工件尺寸精确；2）钎焊接头强度低；3）可焊接性能差异很大的异种金属, 对工件厚度无限制；4）可整体加热，同时钎焊由多条焊缝组成的复杂形状构件，生产率高；5）钎焊设备简单，生产投资费用少。第四节 常用金属材料的焊接一、金属材料的焊接性1、金属材料焊接性的概念金属焊接性：是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。焊接性衡量指标：形成焊接缺陷的敏感性（裂纹）使用性能（机械

48、性能）影响焊接性的因素：金属材料本身性质焊接方法、焊接材料、焊接工艺2、钢的焊接性评价方法碳当量碳、合金元素含量 焊接性碳当量：碳钢及低合金钢：CE =C+Mn/6+(Cr+Mo+ V) /5+ (Ni+Cu)/15CE 0.4%时，冷裂纹倾向不明显, 焊接性良好；CE 0.4%0.6%时，冷裂倾向明显，焊接性较差；CE 0.6%时，冷裂倾向很强, 焊接性很差。碳当量越高，焊接性越差二、碳素钢和普低钢的焊接焊接裂纹产生？内部条件：碳当量CE外部条件：环境温度1、碳钢的焊接低碳钢：CE 0.4% ，焊接性良好。各种焊接方法都能获得优质焊接接头。中碳钢：CE 0.4%，冷裂倾向很强，焊接性较差。焊前预热150250，焊后缓冷，采用细E5015焊条、小电流、开坡口、多层多道焊，降低焊缝的含碳