热加工工艺基础论文

1、 热加工工艺基础（论文） 题 目： 爆炸焊接技术的展望 专业名称： 机械设计制造及其自动化 指导老师： 樊 老 师 学 院： 船 山 学 院 班 级： 09机械01班 学 号： 20099410102 学生姓名： X X 2011年 12月 6日 论铸造与焊接工艺的优劣 摘要：铸造和焊接的工艺是机械工业中不可或缺的加工方式，可以根据两工艺的应用种类、范围、力学分析、工序及缺陷分析和控制综合对比两种工艺的特点，以便更好地了解这两种工艺，为以后的学习奠定基础。 本人通过查阅大量文献资料和实验结论总结了以上两种工艺的特点以及分析两种工艺的优劣。总结分析表明：其中铸造的原材料大都来源广泛，价格较低，工

2、艺装备及设备的投资费用较低，在各类机械产品中，铸件质量占整机质量的比重很大；焊接应用几乎不受限制，主要用来制造机器零件、部件和工具等，有连接性能好，省料、省工、成本低，重量轻，简化工艺。主要缺点是：铸造的铸件组织疏松，力学性能较差；铸造工序多，难以精确控制；焊接的结构是不可拆卸的，不便更换、修理部分零件，接头的力学性能不如母材，而且会产生残余应力和焊接变形等缺陷。Abstract：casting and welding processes is indispensable in the mechanical industry, processing methods can be applied

3、 in accordance with the two types of processes, scope, mechanics analysis, processes and error control integrated seamless and compares the two craft character in order to better understand how the two craft, lay the foundation for future learning.I passed a substantial literature information availa

4、ble and experimental conclusions summarized above two technics characterized by two technics of analysis as well as disadvantages. Summary: the casting of raw materials analysis shows that most widely, sources at a lower price, technical equipment and equipment investment in low-cost, quality castin

5、gs in all types of machinery products accounted for a great proportion of the whole machine quality; welding applications, which are used for virtually unrestricted manufacturing machine parts, components and tools, such as good performance, and materials that are linked up and low-cost, light weigh

6、t, and streamline processes. The main disadvantage is that foundry casting organizations: Osteoporosis is a relatively poor performance, and mechanics; casting process, it will be difficult to control the exact structure; welding of inconvenience which can not be demolished, replacement, repair part

7、 of the joints, spare parts and materials, and mechanical performance rather than a residual stress and welding deformation such deficiencies. 关键词：铸造； 焊接；工艺种类；加工工艺；应用范围；力学分析；误差分析与控制Keywords：Casting; welding; technology types; processing technology; application; mechanical analysis; error analysis an

8、d control一、焊接与铸造工艺的种类铸造生产是将金属加热熔化，使其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的铸型型腔中，在重力或外力（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却并凝固成铸件（或零件）的一种金属成形方法。铸造可分为铸铁，铸钢，有色金属铸造和特种铸造等大类。其中，铸铁分为灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、白口铸铁；铸钢可分为铸造碳钢和铸造合金钢；有色金属铸造有铸造铝合金、铜合金、镁合金、和锌合金；特种铸造可分为熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、消失模铸造、陶瓷型铸造及可型铸造等。焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件产生原子间结合的一种连接加

9、工方法。焊接可分为氧-乙炔焊接、钎焊、手工电弧焊、熔化极及药芯焊丝气体保护焊、钨极氩弧焊、等离子弧焊及其他焊接方法。其中，其他焊接方法可分为：电子束焊、电渣焊、摩擦焊、机关焊接、点焊和缝焊、螺柱焊、埋弧焊、轨道螺旋式焊接。二、焊接和铸造工艺的应用范围铸造工艺主要是为铸造生产服务的，铸造主要用于生产形状复杂的大型铸件、小型复杂精密铸件铸造艺术品、精密机械零件模具和精密铸件有色合金铸件，薄壁铸件旋转体形铸件、各种直径的管件固定截面的长形铸件，如钢锭、钢管等，主要生产形状十分复杂的造型，如汽车的汽缸体、汽缸盖，水泵等，形状复杂无规则的机械毛柸零件，通过铸造工艺的不断优化和创新，很多大型、重型的机械设

10、备的工作稳定性得到良好的保证，例如机床底座，内燃机机座，重型机械的地盘（7090）以及风机、压缩机（6080）和拖拉机（5070）等重型机械产品。焊接工艺随着科技水平的进步有单种的手工电弧焊发展到了等离子弧焊激光焊等先进焊接方式，极大地满足了机械加工的需要，从而在众多领域应用广泛。焊接主要用于制造金属结构，如锅炉、压力容器、管道、船舶、车辆、桥梁、飞机、火箭、起重机、海洋结构、冶金和石油化工设配等。它也用来制造机器零件、部件和工具等，如重型机械和冶金、锻压机械的机架与轴、轮齿、锻模、刀具等。焊接以其灵活的加工特点和广阔的应用前景在未来我国的现代化建设中无疑发挥出独特的作用。三、焊接与铸造工艺的

11、工序1、铸造生产是一个复杂的多工序组合的工艺过程，它包括以下主要工序：（1）生产工艺准备，根据要生产的零件图、生产批量和交货期限，制定生产工艺方案和工艺文件，绘制铸造工艺图；（2）生产准备，包括准备熔化用材料、造型制芯用材料和模样、芯盒、砂箱等工艺装备；（3）造型与制芯；（4）熔化与浇注；（5）落砂清理与铸件检验。 造型是铸造中很重要的一道工序，造型可按铸型和造型方法以及机器造型分类，其中按铸型可分为湿型（砂型不需烘干，成本低、劳动条件好、生产效率高、生产周期短、造型不易变形、尺寸精度高，当强度较低，水分含量较高）干型（含水少、强度高、透气性好、易于保证质量，但砂型尺寸精度较低，生产成本较高，

12、且生产周期长，劳动条件差，不易实现机械化生产）、表干型（表面烘干型）、自硬砂型（利用化学反应硬化砂型。强度高，含水少，沙塑尺寸精度高，生产效率高，劳动条件好，可实现机械化生产，但生产成本较高）以及覆沙金属型；按手工造型方法可分为劈箱造型（劈模造型）、脱箱造型、叠箱造型、组芯造型、刮板造型和地坑造型；按机器造型方法可分为震击式、压实式、震压式、微震压实式、抛砂造型、射压造型、静压造型和气冲造型。制芯使形成铸件的内腔、内孔、砂芯的几何形状与要形成的内腔级内孔相一致，形成铸件的外形以及加强铸型的强度。制芯可以按手工和机器制芯分类，按手工制芯可分为芯盒制芯、刮板制芯；按机器分为盒外固化制芯（震击制芯、

13、微震击压制芯、挤压制芯、震压制芯、射（吹）砂制芯）；盒内固化制芯（热芯盒法制芯、壳芯盒法制芯<三乙胺法、酯硬化法、SO2法>、CO2法制芯、自硬砂法制芯）；不固化制芯。浇注是铸造成型的关键环节，铸件的质量的好坏的直接原因是根据浇注环节分析的，合理的铸造系统是保证铸件性能的最根本因素。浇注系统一般由外浇道（浇口杯、浇口盆）、直浇道、横浇道和内浇道组成。浇注系统根据金属液注入型腔的高度不同，可以将它分为顶注式、中注式、底注式和阶梯注入式4种。浇注系统尺寸是根据浇注时间、内浇道横截面积以及各浇道组元的比例来确定的。综上，铸造工序多，难以精确控制。2、焊接的主要工序有：（1）预热：预热有利

14、于减低中碳钢热影响区的最高硬度，防止产生冷裂纹，改善接头塑性，减小焊后残余应力。（2)焊条选择：许可时优先选用碱性焊条。（3)焊接接口前处理：将焊件尽量开成U形坡口式进行焊接。如果是铸件缺陷，铲挖出的坡口外形应圆滑。（4）确定焊接工艺参数：电源极性、电弧电压、焊丝直径、焊丝伸长长度、焊丝位向、保护气体、行走速度、焊接接头位置、保护电流及送死速度（机械焊接）。（5）焊后热处理：焊后最好对焊件立即进行消除应力热处理，特别是对于大厚度焊件、高刚性结构件以及严厉条件下(动载荷或冲击载荷)工作的焊件更应如此。消除应力的回火温度为600650。 焊接可以从人力投入量考虑分为手工焊、半自动机器焊、全自动机器

15、焊。其中手工电弧焊的主要工序是将焊接放置在工件附近，确保焊机和工件周围区域干燥，确保电弧附近没有易燃物质并在现场准备好灭火器材，根据工件要求选择适当的焊条，设置适当的极性和焊接电流，将电缆连接到工件上，准备好焊条、焊接安全用具，开启焊机开始焊接；半自动机器焊主要应用于各种新的焊接技术，基本上实现了送丝和加工环节的自动。虽然目前应用不够广泛，但是前景值得期待；全自动焊接是基于焊接原理的一种应用于机械工业生产流水线的现代化工业的标志。所以，全自动焊接是一种针对多台焊机的一种统称。四、焊接与铸造工艺的力学分析铸件的力学性能与铸件的凝固和收缩有密切的联系，铸件主要表现在组织较疏松，其屈服强度、抗拉强度

16、、蠕变强度、高温强度、低温强度等较低，力学性能较差。凝固是指液态金属浇入铸型的冷却作用，液态金属的温度降至液相线与固相线温度范围时，液态金属向固态转变的变化过程。它可以根据铸件截面上呈现的凝固区域大小来区分，一般分为逐层凝固、体积凝固和中间凝固。其中，一般认为逐层凝固的合金补缩能力好，热裂倾向小，无疏松（或疏松很小），易获得组织致密的铸件；体积凝固的合金补缩能力较差，热裂倾向大，难以形成组织致密的铸件；中间凝固的补缩能力、热裂倾向和流动性介于前两者凝固方式之间。收缩是指金属液从浇入铸型到冷却凝固至室温的整个过程中发生的体积和尺寸减小的现象。任何一种金属液浇入铸型后，从浇注温度冷却到常温，都要经

17、历液态收缩阶段，凝固收缩阶段，固态收缩阶段。铸件在铸型中收缩时受到的阻力有铸件表面的摩擦力，热阻力，机械阻力。由于上述3种阻力的影响，在进行铸造工艺设计时，模样尺寸不能按照自由收缩率考虑，而是考虑各种阻力影响之后的实际收缩率。铸 （L模 L件）L件 ×100式中 铸 铸造收缩率； L模 模样尺寸； L件 铸造尺寸。焊缝具有良好的力学性能，能耐高温、高压，能耐低压，具有良好的密封性、导电性、抗腐蚀性、耐磨性等。由于熔焊接头的材料一般情况不与母材相同，所以在塑性、韧性不如母材，一般包括焊缝区、熔合区和热影响区。焊缝区经过焊接冶金处理，其组织是粗大的铸造组织；融合区和热影响区中靠近的过热区

18、（粗晶区），力学性能下降严重。五、焊接与铸造工艺的缺陷分析与控制 铸造工艺的缺陷及变形主要来源于铸造应力，铸件变形，铸件的裂纹、缩孔和收缩。铸造应力是铸件的固态收缩受到阻碍而引起的应力，按阻碍收缩的原因可分为热应力和机械应力。其中热应力是由于壁厚不均匀，各部位冷却速度和线收缩不均匀，相互阻碍而引起的应力；机械应力是铸件的固态收缩受到铸型、型芯和浇、冒口等外因的机械阻碍而产生的应力。铸造变形的主要原因主要是残留应力的存在和铸件的应力松弛特性，表现为不均匀的塑性变形。铸件的裂纹是由于瞬时铸造应力超过金属的强度极限导致的。根据温度范围可分为热裂和冷裂，其中热裂是在凝固末期高温下形成的裂纹通常产生于凝

19、固缓慢的热节处；冷裂是铸件在较低温度下形成的裂纹，往往出现在铸件受拉应力特别是在应力集中的部位、塑性差的合金和大型复杂铸件中。缩孔是指在铸件中存在气泡的现象，缩松主要是指铸件中存在裂缝的现象。防止以上情况出现的主要方法是从合金性质、铸型条件、铸造工艺和铸件结构4个方面进行考虑。 焊接过程是在高温下进行的，它是工件变形的主要原因。由于金属满足在没有受到约束并且连续加热和冷却，当达到室温时，都会恢复到原来的尺寸，所以在对于工件焊接尺寸有严格要求的情况下，尽量减少对工件的约束。金属（以钢为例）在膨胀应力下经历的峰值温度越高，产生的变形越大。加热时受热一侧膨胀并软化，冷至室温后，受热过程中产生的大部分皱褶消失，但在受热一侧却产生了塑性变形。不平衡加热和温度较低部分的拘束导致工件