材料热加工(材料成型技术)要点总结

1、科学 创新 艺术北京理工大学 工程训练中心热加工（材料成形）目录1 铸造11.1铸造的定义及分类11.2 砂型铸造生产11.2.1 砂型铸造的生产工艺过程：11.2.2 砂箱装配图：11.3 浇注系统的组成21.4 铸造工艺图21.5 铸造缺陷32 锻造42.1 定义42.2 锻造的分类42.3 锻造加热42.4 锻造设备：43 冲压/钣金工艺53.1 定义53.2 基本工序53.3 冲模结构54 焊接64.1 定义64.2 分类64.3 手工电弧焊64.4 焊接工艺参数64.5 气焊74.5.1 气焊火焰74.5.2 气焊设备94.6 氧气切割94.7 焊接接头种类及焊接位置104.8 焊接

2、缺陷105 热处理11北理工 工程训练中心 郑艺（zhengyi2011）北京理工大学工程训练中心 热加工1 铸造1.1铸造的定义及分类铸造的实质是基于液态成形。定义：是将熔炼的化学成分合格的液态金属浇注到铸型型腔中，冷却凝固后获得毛坯或零件的方法成为铸造。铸造分为：砂型铸造和特种铸造。特种铸造方法有：金属型铸造、压力铸造、低压铸造、熔模铸造、离心铸造。1.2 砂型铸造生产1.2.1 砂型铸造的生产工艺过程：在生产中需要配制型砂和芯砂。型砂的组成有4种：石英砂、水、粘接剂、附加物。型砂的性能包括：可塑性、强度、耐火性、透气性、退让性。造型方法分为手工造型和机器造型。手工造型方法又分为：整模造型

3、、分模造型、挖沙造型、活块造型、三箱造型等。1.2.2 砂箱装配图：1.熔化金属2.浇包3.排气孔4.上箱5.总排气孔6.型腔7.型芯8.型砂9.下箱1.3 浇注系统的组成 外浇口承接液态金属，并挡渣；直浇道垂直通道，形成充型压力；横浇道水平通道，挡渣；内浇口控制流速、流向，调节凝固顺序。 冒口 用于补缩,设在铸件厚大截面处1.4 铸造工艺图1、浇注位置浇注时，铸件在铸型中所处的 空间位置， 重要表面应朝下放置或立放。 2、分型面上下铸型分界面。考虑出模和造型方便。加工余量铸件需要加工的表面上预先附加的金属层。起模斜度便于模样取出，平行于起模方向。铸造圆角铸件两壁相交处的圆弧过渡。收缩余量补偿

4、铸件收缩而增大的数值。不同的合金收缩率不同：灰铸铁0.8-1.0%,铸钢1.8-2.2%,铸铝1.5%确定型芯形成铸件的内腔结构。芯体、芯头1.5 铸造缺陷类别缺陷名称与特征主要原因分析形状尺寸不合格浇不足(pouring shortfall)有未充满部分 形状不完整1.浇注温度过低2.液体金属量不足3.浇道截面太小,未开出气口4.局部过薄-结构不合理冷隔(cold partition)有未完全融合缝隙 接头处边缘圆滑1.浇注温度过低2.断流,浇注速度太慢3.浇道位置不当,浇道截面太小4.局部过薄-结构不合理5.合金流动性较差孔洞气孔（pore）表面或内部 大小不等，内壁光滑，多呈圆形1.气体

5、太多型砂太湿，起模、修型时刷水太多型芯未烘干或通气孔堵塞金属液中含气太多2.透气性不好舂砂太紧或型砂透气性不好浇注系统不合理，气体排不出砂眼（sand small hole）表面或内部有充满砂粒的孔洞，孔形不规则1.砂型掉砂型砂强度不够，未舂紧合箱时砂型局部挤坏浇注系统不合理，无圆角或太小2.带入砂型腔、浇道内散砂未吹尽缩孔(shrinkage cavity)厚截面处形状不规则，内壁粗糙1.冒口设置不合理2.合金成分不合格，收缩过大3.浇注温度过高4.铸件设计不合理，无法进行补缩2 锻造2.1 定义锻造的实质是塑性变形定义：是在外力作用下，使金属产生塑性变形，改变其形状、尺寸，改善组织性能的成

6、形工艺方法。与铸造件相比，锻造能够打碎内部枝晶，使工件组织之谜，力学性能高。所以锻造件一般适用于受力大，工作载荷大的工作条件，例如轧辊、曲轴等。2.2 锻造的分类锻造分为：自由锻、模锻和胎模锻自由锻的工序分为：辅助工序、基本工序、精修工序。基本工序又分为：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、错移、切割等。2.3 锻造加热锻造加热的目的，是为了提高塑性，降低变形抗力。锻造加热缺陷氧化与脱碳 材料烧损，表层硬度下降，控制在余量范围内。过热 晶粒粗大，塑性下降，锻打时易开裂，应避免。过烧 接近熔点温度，晶界氧化，塑性消失，不允许。裂纹 坯料因加热速度过快，产生较大热应力造成，注意加热规范。 2.4 锻造设备：空

7、气锤利用压缩空气驱动工作活塞上下运动，以冲击力实现锻打水压机利用高压水驱动工作活塞，产生静压力实现锻造空气锤结构：工作原理：电机通过减速机构及曲柄连杆机构，带动压缩缸内的活塞，上下往复运动，将压缩空气送入缸的上腔或下腔，驱使锤杆和锤头上下运动进行打击。1.电动机2.减速机构3.手柄4.压缩机5.转阀6.工作缸7.锤杆8.上砥铁9.下砥铁10.砥垫11.砧座12.脚踏杆液压机结构工作原理：坯料置于下砧上，利用活动横梁上下往复运动，实现对坯料施压，使其变形。1.立柱2.活动横梁3.上横梁4.工作柱塞5.工作缸6.回程柱塞7.回程缸8.密封圈9.上砥铁10.下砥铁11.下横梁3 冲压/钣金工艺3.1

8、 定义冲压是通过冲模作用对板料施压，使其分离或变形，获得零件或毛坯的加工方法。3.2 基本工序基本工序：落料、冲孔、弯曲、拉深等。3.3 冲模结构4 焊接4.1 定义焊接是一种连接方法，是一种原子间距的连接（冶金结合）定义：通过加热、加压或两者并用，使用或不使用填充材料，使分离的金属达到原子（冶金）结合而形成连接的工艺方法成为焊接。4.2 分类主要是三大焊接方法：熔化焊、压力焊、钎焊4.3 手工电弧焊手工电弧焊的基本操作技术为：引弧、运条、焊缝收尾。引弧方法有敲击法和划擦法。电焊条组成：焊芯和药皮。焊芯的作用：既作电极又作填充金属。药皮熔化后性质不同，使焊条分为：酸性焊条和碱性焊条。实习所使用

9、的焊机型号为BX1-300,电源电压：380V，空载电压：60V，工作电压20-30V，电流调节范围60-300A。手工电弧焊示意图1.弧焊机 2.焊钳 3.焊条 4.电弧 5.熔池 6.焊缝 7.工件4.4 焊接工艺参数焊条直径：厚板用粗焊条，薄板用细焊条，直径越大，焊接效率越大；焊接电流：I=kd ，其中k：30-60，为经验系数，d是焊条直径；电弧电压：电弧越长，电压越高焊接速度：速度越大，对于某一点来说，热输入就越小。一般来说保证焊缝质量的情况下，采用粗焊条、较大电流和较低的电弧电压焊条牌号 J422 其中J表示结构钢，焊缝抗拉强度420MPa，J422是酸性焊条，适用交、直流电源J5

10、07 为碱性焊条，适用直流电源。4.5 气焊4.5.1 气焊火焰氧-乙炔焰由于氧与乙炔的混合比不同，可分为中性焰、碳化焰(也称还原焰)和氧化焰三种，如图。 图 氧-乙炔焰(a)中性焰 (b)碳化焰 (c)氧化焰1焰心 2内焰(暗红色) 3内焰(淡白色) 4外焰1.中性焰 在焊炬的混合室内，氧与乙炔的体积比(O2/C2H2)为11.1时，可燃气完全燃烧，无过剩的游离碳或氧，这种火焰称为中性焰。 中性焰由焰芯、内焰和外焰三部分组成，见图 (a)。焰芯，呈尖锥形，色白而明亮，轮廓清楚，焰芯的光亮是由焰芯中化学反应所产生的炽热的碳微粒所发生的。亮度虽高，但温度并不很高，约950。 内焰，紧靠焰芯末端，

11、呈杏核形，蓝白色并带深蓝色线条，微微闪动。焰芯中分解的碳就在这一区域内与氧化合而剧烈燃烧，并生成一氧化碳，因此温度很高，尤以离开焰芯末端3mm左右处温度最高，约3100。气焊时主要是利用火焰的这一部分。这部分气氛中2/3是一氧化碳，1/3是氢。所以对熔池具有一定的还原氧化物的作用。 外焰，与内焰并无明显界限，一般是从颜色上来区分。外焰的颜色从内向外由蓝白色变为淡紫色和橙黄色。外焰的温度比焰芯高，约为12002500。具有氧化性，但二氧化碳对熔池具有保护作用。 中性焰由于内焰温度高，且具有还原性，能改善焊缝的机械性能，是气焊中经常使用的火焰。一般低碳钢、低合金钢和有色金属材料的焊接基本上都采用中

12、性焰。 2.碳化焰(还原焰) 氧与乙炔的混合比(O2/C2H2)小于1(一般为0.850.95)时，混合气中的乙炔未完全燃烧，这种火焰称为碳化焰。 碳化焰的焰芯、内焰和外焰三部分界限很明显(见图(b)。整个火焰长而软。焰芯呈炽白色，也发生乙炔的氧化和分解反应;内焰呈淡白色，由一氧化碳、氢和碳微粒组成;外焰呈橙黄色，除燃烧产物二氧化碳和水蒸气外，还有未燃烧的碳和氢。 碳化焰的最高温度低于3000。由于存在过剩的碳微粒和氢，碳会渗入熔池金属中，使焊缝的含碳量增高。游离的氢也会进入焊缝，产生气孔和裂缝，因此，碳化焰不能用于焊接低碳钢，而只适用于高碳钢、铸铁的焊接(或补焊)以及硬质合金的堆焊。 3.氧

13、化焰 氧与乙炔的混合比(O2/C2H2)大于1.1(一般在1.21.7之间)时，混合气燃烧过程加剧，并出现氧过剩，这种火焰称氧化焰。 氧化焰中整个火焰和焰芯的长度都明显缩短，只能看到焰芯和外焰两部分(见图(c)。焰芯呈蓝白色，外焰呈蓝紫色。火焰挺直，带有“嘶嘶”的声音。氧的比例越大、火焰则越短，响声也越大。 氧化焰的最高温度高于中性焰。由于存在过剩的游离氧，故具有氧化性。若用来焊接钢，焊缝将产生大量的氧化物和气孔。同时熔池会发生剧烈沸腾，使焊缝金属变脆，故不适于焊接钢件，一般只用于焊接黄铜。 应用最广泛的是中性焰。气焊主要用于焊接低碳钢薄板、铸铁、铜或铝等合金。4.5.2 气焊设备4.6 氧气切割1、气割机理：1 O2 -C2H2 焰工件待切割处加热至燃点，2 再喷出高压氧气流高温纯氧中剧烈燃烧，3 燃烧的产物（熔渣）被高压氧气流吹掉。 气割的实质是氧化过程而非熔化过程。2、金属气割条件： 金属的燃点 金属熔点； 氧化物的熔点 金属熔点； 金属燃烧放出足够热量，金属导热性应较低。3、不能气割的金属： 铸铁、不锈钢、铜合金、铝合金4.7 焊接接头种类及焊接位置焊接接头焊接位置平焊、立焊（竖焊）、仰焊4.8 焊接缺陷缺陷特征图原因1夹渣熔渣夹入焊缝中电流过小层间清理不净操作(速度过快)2咬边边缘熔化后未