机械制造技术中职PPT完整全套教学课件

机械制造技术全套可编辑PPT课件目录CONTENTS0102030405铸造070608091011121413切削加工基础知识车削刨削与拉削锻压焊接钻削与镗削铣削精密加工与特种加工机械加工工艺过程典型零件的加工磨削齿面加工钳工与装配绪论Introduction0000/绪论Introduction1.生产过程与机械加工工艺过程1)生产过程制造机械产品时,将原材料转变为成品的全过程称为生产过程。它包括原材料的运输和保管、生产准备、毛坯制造、零件的机械加工和热处理及其他表面处理、产品装配、调试、质量检验以及表面装饰和包装等。在生产过程中,有一些过程是不可缺少的,但并不直接参与由原材料到成品的转变,这些过程称为辅助过程,如生产准备和质量检验等。‘2)工艺过程工艺过程是生产过程中的主要部分,是指在生产过程中直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和材料性能,使其成为半成品或成品的过程。如毛坯制造、零件的机械加工和热处理及其他表面处理、产品装配等。3)机械加工工艺过程机械加工工艺过程是利用机械加工方法,直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性能等,使其转变为成品的过程。机械加工工艺过程直接决定零件和产品的质量,对产品的成本和生产周期都有较大的影响,是整个工艺过程的重要组成部分。2.机械加工工艺规程机械加工工艺规程是将机械加工工艺过程的各项内容写成文件,用来指导、组织和管理生产的技术文件。它是在总结生产实践的基础上,依据工艺理论和必要的工艺试验制定的。1)机械加工工艺规程的作用(1)机械加工工艺规程是指导生产的主要技术文件,是保证产品质量和提高经济效益的指导性文件,企业有关人员都必须严格执行。(2)机械加工工艺规程是组织生产和计划管理的重要依据,是生产加工、检验验收、工时考核、生产调度的主要依据,它对产品的生产周期、质量和生产效率都有直接影响。(3)机械加工工艺规程是新建或扩建工厂(车间)的依据,如设备的添置、车间面积的确定、动力用量、劳动力配置等,都是以机械加工工艺规程为依据的。00/绪论Introduction2.机械加工工艺规程机械加工工艺规程是将机械加工工艺过程的各项内容写成文件,用来指导、组织和管理生产的技术文件。它是在总结生产实践的基础上,依据工艺理论和必要的工艺试验制定的。2)机械加工工艺规程的格式将机械加工工艺规程的内容填入一定格式的卡片,即成为生产准备和施工的工艺文件,如机械加工工艺规程卡片、机械加工工艺卡片和机械加工工序卡片。(1)机械加工工艺规程卡片以工序为单位,列出零件加工所经过的工艺路线,它是编制其他工艺文件的基础,也是生产技术准备、编制作业计划和组织生产的依据。在单件小批生产中,通常不编制其他较详细的工艺文件,而用机械加工工艺规程卡片指导工人操作。(2)机械加工工艺卡片以工序为单位详细说明产品在某一工艺阶段中的工序号、工序名称、工序内容、工艺参数、操作要求以及采用的设备和工艺装备等。它用来指导工人操作和帮助管理人员及技术人员掌握零件加工过程,广泛用于成批生产的零件和小批生产的重要零件。(3)机械加工工序卡片是用来指导生产的一种详细的工艺文件。它详细地说明该工序中每个工步的加工内容、工艺参数、操作要求、所用设备和工艺装备等。一般有工序简图,注明该工序的加工表面和应达到的尺寸公差、几何公差和表面粗糙度值。它主要用于大批量生产。00/绪论Introduction铸造Casting011.1铸造的特点及分类1.1.1铸造的特点由于铸造是由液态凝结成固态的过程,故铸造生产具有以下特点。1.加工方便铸造对工件的尺寸和形状几乎没有任何限制,铸件的尺寸可大可小,可获得形状复杂的机械零件。因此,形状复杂的零件或大型机械零件一般采用铸造方法初步生产。在各种批量的生产中,铸造都是重要的加工方法。2.适应性强铸件的材料可以是各种金属材料,也可以是高分子材料和陶瓷材料。3.成本较低由于铸造方便,铸件毛坯与零件形状相近,能节省金属材料和切削加工工时;铸造原材料来源广泛,可以利用废料、废件等,节约资源;铸造设备通常比较简单,价格低廉。因此,铸件的成本较低。4.组织性能较差一般条件下,铸件铸态组织晶粒粗大,化学成分不均匀,因此,受力不大或承受静载荷的机械零件,如箱体、床身、支架等常用铸件毛坯。01/铸造Casting1.1铸造的特点及分类1.1.1铸造的分类铸造的工艺方法很多,一般习惯于将铸造分为砂型铸造和特种铸造两大类,砂型铸造应用较广。1.砂型铸造直接形成铸型的原材料主要为型砂,且液态金属完全靠重力充满整个铸型型腔,这种铸造方法称为砂型铸造。砂型铸造用型砂紧实成铸型,是目前生产中应用最多、最基本的铸造方法,其生产的铸件约占铸件总量的80%以上。砂型铸造一般可分为手工砂型铸造和机器砂型铸造两类。前者主要适用于单件、小批量生产以及复杂和大型铸件的生产,后者主要适用于大批量生产。图1-1所示为砂型铸造的生产过程。2.特种铸造凡不同于砂型铸造的所有铸造方法,统称为特种铸造。如金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、低压铸造等。01/铸造Casting图1-1砂型铸造的生产过程1.2砂型铸造1.2.1砂型铸造的工艺过程砂型铸造的工艺过程如图1-2所示。根据零件图的形状和尺寸,设计制造模样和芯盒;制备型砂和芯砂;用模样制造砂型;用芯盒制造型芯;把烘干的型芯装入砂型并合型;熔炼合金并将金属液浇入铸型;凝固后落砂、清理;检验合格便获得铸件。01/铸造Casting图1-2砂型铸造的工艺过程1.2砂型铸造1.2.2造型材料造型材料包括型砂、芯砂及涂料等。型砂和芯砂是按一定比例配制成的混合料。造型材料质量的优劣对铸件质量具有决定性的影响。1.型砂和芯砂的性能要求铸型在浇注凝固过程中要承受金属液的冲刷、静压力和高温的作用,要排除大量气体,型芯还要受到铸件凝固时的收缩压力等,因而型砂和芯砂的性能应满足下列要求。1)可塑性型(芯)砂在外力作用下容易获得清晰的模样印迹,外力去除后仍能完整地保持其形状的性能称为可塑性。为了得到合格的铸件,型(芯)砂必须具有良好的可塑性。

2)强度型(芯)砂承受外力作用而不易变形和被破坏的性能称为强度。铸型必须具有足够的强度,以便在修整、搬运及金属液浇注时受冲击和压力作用的情况下,不致变形或毁坏。若型(芯)砂强度不足,会造成塌箱、冲砂或砂眼等缺陷。01/铸造Casting1.2砂型铸造1.2.2造型材料1.型砂和芯砂的性能要求铸型在浇注凝固过程中要承受金属液的冲刷、静压力和高温的作用,要排除大量气体,型芯还要受到铸件凝固时的收缩压力等,因而型砂和芯砂的性能应满足下列要求。3)耐火度型(芯)砂在高温金属液注入时,不软化、不易熔融烧结并黏附在铸件表面上的性能,称为耐火度。若型(芯)砂耐火度不足,会造成黏砂,使切削加工困难。黏砂严重难以清理的铸件,可能成为废品。

4)透气性型(芯)砂由于内部砂粒之间存在空隙,能够通过气体的能力,称为透气性。当高温金属液注入铸型后,会产生气体,砂型和型芯中也会产生大量气体。若型(芯)砂透气性差,会使铸件产生气孔缺陷。5)退让性铸件冷却收缩时,砂型和型芯的体积可以被压缩的性能,称为退让性。退让性差,会阻碍金属收缩,使铸件产生内应力,甚至造成裂纹等缺陷。01/铸造Casting1.2砂型铸造1.2.2造型材料2.型(芯)砂的组成型(芯)砂是由原砂、黏结剂、附加材料、旧砂和水等混合而成的。原砂是型(芯)砂的主体,其主要成分为SiO2,采自山地、海滨或河滨。要求SiO2

含量高,砂粒大小均匀,形状以球形为佳。SiO2

的含量与型(芯)砂的耐火度有直接关系,SiO2

的含量越高,耐火度越好。黏结剂一般分为黏土和膨润土两种,有时用水玻璃、植物油或合脂(合成脂肪酸的副产品)做黏结剂。黏结剂的作用是使型(芯)砂具有一定的强度和可塑性。煤粉和锯木屑是常用的廉价附加材料。加入的煤粉在浇注时燃烧生成还原性气体,在铸型与金属液之间产生气膜,防止铸件表面黏砂;加入锯木屑可改善型(芯)砂的退让性和透气性。已用过的型(芯)砂,经过适当处理后仍可掺在型(芯)砂中使用,以便节约新砂的用量。01/铸造Casting1.2砂型铸造1.2.3模样与芯盒模样是形成铸型型腔的模具,芯盒是用来制造型芯以形成具有内腔的铸件。模样和芯盒在单件、小批量生产时通常用木材制造;生产批量较大时,也可用塑料和金属制造。为了保证铸件质量,在制造模样和芯盒时,必须了解下列工艺参数:(1)加工余量。加工余量是指为保证铸件加工面尺寸和零件精度,在进行铸件工艺设计时预先增加的切削加工时切去的金属层厚度。一般小型铸件的加工余量为2~6mm。(2)收缩余量。收缩余量是指为了补偿铸件冷却时的收缩,模样比铸件图样尺寸增大的数值。(3)起模斜度。起模斜度是指为使模样容易从铸型中取出或使型芯容易从芯盒中脱出,平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度。一般来说,木模外壁的起模斜度为30'~3°,平行壁越高,其斜度越小,内壁的斜度比外壁的大;金属模的斜度小于木模的;机器造型的斜度小于手工造型的。01/铸造Casting1.2砂型铸造1.2.3模样与芯盒(4)芯头。芯头是指型芯的外伸部分,不形成铸件轮廓。在铸型中芯头可使型芯定位准确,安放牢固,排气顺利。根据型芯的安放位置,芯头可分为垂直芯头和水平芯头,其结构如图1-3所示。(5)铸造圆角。为了减少铸件裂纹,方便造型和制芯,应将模样及芯盒的交角处做成圆角,此圆角称为铸造圆角,如图1-4所示。01/铸造Casting图1-3芯头结构图1-4铸造圆角知识链接：分型面就是铸型组元间的接合面。分型面选择得是否合理,对于铸件质量以及制模、制芯、合型和切削加工等工序的复杂程度有很大影响。分型面不仅要满足造型工艺的要求,还要有利于提高铸件的质量。分型面的选择原则如下:(1)便于起模。为此,通常将铸件的最大截面作为分型面,以保证模样的顺利取出。(2)尽量使分型面平直、数量少,以避免不必要的活块和型芯,便于下芯、合型和检验等。(3)尽量使铸件位于同一砂箱内。(4)尽量使加工面与加工基准面位于同一砂箱内。(5)尽量使型腔和主要型芯处于下箱。此外,分型面的选择也应结合浇注位置综合考虑,尽可能使两者相适应,避免合型后翻动铸型引起的偏芯、砂眼、错型等缺陷。01/铸造Casting1.2砂型铸造1.2.4造型和造芯用造型材料及模样、芯盒等工艺装备制造砂型和型芯的过程称为造型和造芯。根据机械化程度的不同,造型、造芯可分别由手工或机器完成。1.造型1)手工造型手工造型全部由手工或手动工具完成。手工造型方法操作灵活,适应性强,模样成本低,生产准备时间短,但铸件质量不稳定,生产效率低,且劳动强度大,主要用于单件、小批量生产。实际生产中,由于铸件的大小、形状、铸造合金、生产批量和技术要求不同,手工造型的方法也不同,常用的手工造型方法有整模造型、分模造型、挖砂造型、刮板造型、活块造型等。(1)整模造型。整模造型过程如图1-5所示。其特点是模样为一整体,放在一个砂箱内,能避免铸件出现错型缺陷,造型操作简单,铸件的尺寸精度高。整模造型适用于生产形状简单、最大截面在端部且为平面的铸件。01/铸造Casting图1-5整模造型过程(a)造下型;(b)刮平,翻箱;(c)翻转下型,造上型,挖气孔;(d)起模,开浇口;(e)合型;(f)带浇口的铸件;(g)铸件1.2砂型铸造1.2.4造型和造芯(2)分模造型。分模造型过程如图1-6所示。为了便于造型时将模样从砂型内起出,模样沿最大截面处分开。造出的铸型型腔不在同一砂箱中,上下铸型错移会造成铸件错型。这种方法操作也很简便,对各种铸件的适应性好,应用最为广泛。(3)挖砂造型。有些铸件外形轮廓为曲面,但又要求整模造型,则造型时需挖出阻碍起模的型砂。挖砂造型要求准确挖砂至模样的最大截面处,技术要求较高,生产效率低,只用于单件、小批量、最大截面不在端部且模样又不便分开的铸件的生产。01/铸造Casting图1-6分模造型过程(a)铸件;(b)模样;(c)造下型;(d)造上型;(e)起模,放型芯,合型1.2砂型铸造1.2.4造型和造芯(4)刮板造型。刮板造型是用一个与铸件截面形状相应的刮板代替模样,来刮出所需铸型的型腔,其过程如图1-7所示。刮板造型节省了模样材料和模样加工,但操作费时,生产效率较低,多用于单件、小批量,尤其是尺寸较大的旋转体铸件的生产。01/铸造Casting图1-7刮板造型过程(a)带轮零件图;(b)刮板;(c)刮制下砂型;(d)刮制上砂型;(e)合型1.2砂型铸造1.2.4造型和造芯2)机器造型机器造型就是用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型方法。机器造型使工人的劳动强度降低,生产效率提高,铸件质量稳定,便于组织流水线生产,但由于设备投资大,主要用于大批量生产。紧砂的目的是使砂箱内松散的型砂紧实,从而使砂型具有一定的强度。其方法可分为压实、震实、震压和抛砂四种基本形式,其中以震压式应用较广。图1-8所示为震压式造型机紧砂机构示意图,机构采用先震后压的组合紧砂方法。工作时压缩空气从震实进气口9进入震实活塞4的下方,使震实活塞带动工作台5及砂箱6上升,当震实活塞上升至一定高度后,震实排气口10即被打开,砂箱连同工作台因自重而下落,完成一次震实。如此反复多次,便将型砂震实。当压缩空气进入压实气缸1时,压实活塞3带动工作台再次上升,使型砂触及压头8,实现压实。最后使压实气缸排气,砂箱随工作台降落,完成全部紧砂过程。震压式紧砂方法可使型砂紧实度均匀,生产效率高,是大批量生产中小型铸件的基本紧砂方法。01/铸造Casting1—压实气缸;2—震实气路;3—压实活塞;4—震实活塞;5—工作台;6—砂箱;7—模样;8—压头;9—震实进气口;10—震实排气口。图1-8震压式造型机紧砂机构示意图1.2砂型铸造1.2.4造型和造芯2.造芯型芯一般是用芯盒制成的,芯盒的空腔形状和铸件的内腔相适应。图1-9所示为芯盒造芯方法,图(a)为整体芯盒造芯,适用于形状简单的中、小型型芯;图(b)为对开芯盒造芯,适用于形状对称较复杂的型芯;图(c)为可拆式芯盒造芯,适用于形状复杂的大、中型型芯。由于型芯是放置于砂型内腔的,浇注时被金属液包围,因此制造型芯时除采用合适的芯砂外,还需在型芯中放置芯骨,并将型芯烘干以增加强度。在型芯中应做出通气孔,使浇注时产生的气体由型芯经芯头排至铸型外,以免铸件产生气孔缺陷。型芯表面一般要刷上涂料,用以提高型芯表层的耐火度、保温性、化学稳定性,使型芯表面光滑,并提高其抵抗高温熔融金属侵蚀的能力。01/铸造Casting图1-9芯盒造芯方法(a)整体芯盒造芯;(b)对开芯盒造芯;(c)可拆式芯盒造芯1.2砂型铸造1.2.5浇注系统浇注系统是指为将金属液注入型腔而在铸型中开设的一系列通道。浇注系统包括冒口在内,统称为浇冒系统。对浇注系统的要求如下:(1)能均匀连续而平稳地将金属液引入并充满型腔,防止金属液冲坏砂型。(2)防止熔渣进入型腔。(3)调节铸件凝固顺序,补给铸件冷却凝固收缩时所需的金属液。01/铸造Casting1.2砂型铸造1.2.5浇注系统典型的浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道等组成,如图1-10所示。浇口杯为开口较大的漏斗形,用来将来自浇包的金属液引入直浇道,金属液在浇口杯内有短暂的停留,使上浮的熔渣不致流入型腔,以缓和冲击,分离熔渣。直浇道为一圆锥形垂直通道,引导金属液流入型腔,利用其高度使金属液产生一定的静压力,来控制金属液流入铸型的速度,提高充型能力。横浇道分配金属液进入内浇道,它的断面一般为梯形,并设在内浇道之上,起到挡渣的作用。内浇道是引导金属液进入型腔的部分,其作用是控制金属液的流速和流向,调整铸件各部分的温度分布。冒口与出气口的作用是排出型腔内的气体,还可以在铸件凝固时向其补给金属液。冒口一般设在铸件的最高处或最厚处。01/铸造Casting1—浇口杯;2—直浇道;3—横浇道;4—内浇道;5—出气口。图1-10典型的浇注系统1.2砂型铸造1.2.6铸造其他操作1.合型与铸件检查合型是铸型的装配工序。合型要保证砂型型腔的几何形状、尺寸的准确性,并检查型芯的安放是否稳固。在型芯放好后,必须详细检查各个部分,才能扣上上型,然后放置浇口杯。扣型时应防止偏差或错型,合型后,为防止浇注时上砂箱被金属液抬起,造成抬型、射箱(金属液流出箱外)或跑火(着火的气体窜出箱外)事故,应将上、下两型紧扣或放上压箱铁。2.浇注金属熔化后,用浇包将金属液浇入铸型的操作称为浇注。浇注时应注意控制浇注温度和浇注速度。浇注温度应根据铸造合金的种类、铸件结构及尺寸等确定。浇注速度的大小应能保持金属液连续不断地注入铸型,不得断流,应该使浇口杯一直处于充满状态。3.落砂和清理落砂是使铸件与型砂、砂箱分离的操作。铸件浇注后要在砂型中冷却到一定温度后才能落砂。一般10kg左右的铸件需冷却1~2h才能开型,上百吨的大型铸件需冷却十几天。落砂过程还包括清除铸件表面和孔穴中的浮砂和型(芯)砂。清理是落砂后从铸件上清除表面黏砂或粗糙部分、浇道和冒口多余金属等过程的总称。铸件表面的黏砂、粗糙部分可用滚筒清理、抛丸清理、打磨清理等。铸铁件上的浇道、冒口可用铁锤敲掉,韧性材料的铸件可用锯割或气割等方法去除。01/铸造Casting小提示：浇注位置确定了铸件在浇注时受重力作用的状态,选择时应以保证铸件质量为前提,同时考虑造型和浇注的方便。浇注位置的选择原则如下:(1)铸件的重要表面应朝下或位于侧面。(2)铸件上的大平面应尽可能朝下。(3)铸件的薄壁部位应置于下部。(4)截面较厚的部分放在上部或侧面。01/铸造Casting1.2砂型铸造1.2.7铸件的缺陷铸造生产中,铸件质量受很多因素的影响,如配砂、造型、造芯、合型、熔化、浇注、落砂和清理等,常会产生铸造缺陷。常见铸造缺陷的特征及产生原因分析如表1-1所示。01/铸造Casting表1-1常见铸造缺陷的特征及产生原因分析1.2砂型铸造1.2.7铸件的缺陷铸造生产中,铸件质量受很多因素的影响,如配砂、造型、造芯、合型、熔化、浇注、落砂和清理等,常会产生铸造缺陷。常见铸造缺陷的特征及产生原因分析如表1-1所示。01/铸造Casting表1-1常见铸造缺陷的特征及产生原因分析(续)1.3特种铸造砂型铸造的铸件表面粗糙,需留有较大的切削加工余量,废品率较高,生产效率低,劳动条件差。为了克服上述缺点,实践中发展了特种铸造。1.熔模铸造熔模铸造是用蜡料制成蜡模,蜡模上包裹多层耐高温材料后制成型壳,加热使蜡制模样熔化排出,再经高温对型壳焙烧,形成浇注型腔的铸造方法。熔模铸造能够获得较高精度和较好表面质量的铸件。2.金属型铸造金属型铸造的铸型一般由铸铁或钢制作,可以反复使用,减少了造型的工作量。但金属型铸造导热快,使金属液的充型能力下降,容易使铸件产生浇注不足和冷隔。铸型无退让性和透气性,使铸件容易出现裂纹、气孔等缺陷。3.离心铸造离心铸造是将金属液注入高速旋转的特定铸型中,利用离心力使金属液填充铸型的方法。离心铸造必须在离心铸造机上进行。4.压力铸造压力铸造是在高压下使金属液快速充满型腔,并在压力下凝固的铸造方法。其使用的铸型为金属型,在压铸机上完成铸造过程。01/铸造Casting复习思考题：1.什么是铸造?铸造有哪些优点?2.什么是砂型铸造?什么是特种铸造?常用的特种铸造有哪些?3.什么是型砂?什么是芯砂?型(芯)砂应具备哪些主要性能?4.什么是模样?制造模样时需要了解哪些工艺参数?5.常见的手工造型方法有哪几种?6.什么是浇注系统?浇注系统由哪几部分组成?各组成部分的主要作用是什么?7.什么是落砂?什么是清理?8.铸件常见的缺陷有哪些?简述其产生的原因。01/铸造Casting锻压Forging022.1

锻压的分类及特点锻压是在外力作用下使金属材料产生塑性变形,从而获得具有预期形状、尺寸和力学性能的毛坯、型材或零件的加工方法。2.1.1锻压的分类1.锻造将金属坯料加热到高温状态后,放在上、下砧铁或模具间,使其在外力作用下产生塑性变形的方法称为锻造。按照成型方式的不同,锻造又可分为自由锻造(简称自由锻)和模型锻造(简称模锻)两大类,如图2-1(a)和(b)所示。锻造主要用于生产各种重要的、承受重载荷的机器零件毛坯,如机床的主轴和齿轮、内燃机的连杆、炮筒和枪管以及起重吊钩等。02/锻压Forging图2-1锻压分类(a)自由锻造;(b)模型锻造;(c)冲压2.1锻压的分类及特点锻压是在外力作用下使金属材料产生塑性变形,从而获得具有预期形状、尺寸和力学性能的毛坯、型材或零件的加工方法。2.1.1锻压的分类2.冲压利用冲模使金属薄板受力产生分离或变形的工艺称为冲压,如图2-1(c)所示。冲压一般在常温下进行,故又称冷冲压,简称冷冲。冲压又可分为落料、冲孔、弯曲、拉深等。冲压广泛用于汽车、拖拉机、航空、仪表及日用品工业部门。02/锻压Forging图2-1锻压分类(a)自由锻造;(b)模型锻造;(c)冲压2.1锻压的分类及特点2.1.2锻压的特点锻压成形加工方法有如下特点:(1)锻压加工后,可使金属获得较细密的晶粒,可以压合铸造组织内部的气孔等缺陷,并能合理控制金属纤维的方向,以提高零件的性能。(2)锻压加工后,坯料的形状和尺寸发生改变而其体积基本不变,与切削加工相比,可节约金属材料和加工工时。(3)能加工各种形状、质量的零件,使用范围广。02/锻压Forging2.2锻造2.2.1锻造加热与冷却1.锻造加热在锻造前对金属进行加热,目的是提高其塑性,降低变形抗力,改善金属的可锻性,使之容易流动成形。锻造时由始锻温度到终锻温度的间隔称为锻造温度范围。确定锻造温度范围的基本原则是金属在确定的锻造温度范围内具有良好的塑性和较低的变形抗力,并能获得优质锻件,不产生各种缺陷;加热次数少,生产效率高,成本低。1)始锻温度始锻温度是开始锻造的温度,也是允许的最高加热温度。始锻温度不宜过高,否则可能造成过烧和过热。但始锻温度也不宜太低,否则将缩短锻造操作的时间,缩小锻造的温度范围,增加锻造的困难。一般将始锻温度控制在其熔点以下150~250℃。2)终锻温度终锻温度是停止锻造的温度。终锻温度过高会降低锻件的力学性能;终锻温度过低,则锻件塑性不良,变形困难,甚至导致锻件产生裂纹。02/锻压Forging2.2锻造2.2.1锻造加热与冷却2.冷却锻造后的锻件仍有较高的温度,冷却时由于表面冷却快,内部冷却慢,锻件内、外冷却收缩不一致,可能会使一些塑性较低或大型复杂锻件产生变形或开裂等缺陷。锻件冷却的方式主要根据材料的化学成分、锻件的形状特点和截面尺寸等因素确定。锻件的形状越复杂、尺寸越大,冷却速度越慢。碳钢和低合金钢中、小锻件,多采用空冷;中碳钢、高碳钢和大多数低合金钢的中型锻件多在炉灰或干砂中缓冷;中碳钢和低合金钢的大型锻件以及高合金结构钢的重要零件,多在锻造后即将锻件放入500~700℃的炉中随炉缓冷。锻后的零件或毛坯要按图样技术要求进行检验。经检验合格的锻件,最后进行热处理。02/锻压Forging2.2锻造2.2.2自由锻金属锻造时的变形是在上、下两铁砧之间自由流动的变形称为自由锻。自由锻按其设备和操作方式又可分为手工自由锻和机器自由锻两种,机器自由锻时打击能量大,能够锻造较大的锻件。自由锻的设备较为简单,锻件表面粗糙,尺寸精度差,生产效率低,适于单件或小批量生产。1.自由锻设备1)加热炉锻件加热可采用一般燃料如焦炭、重油等进行燃烧,利用火焰加热,也可采用电能加热。典型的电能加热设备是高效节能的红外箱式炉,其结构如图2-2所示。它采用硅碳棒为发热元件,并在内壁涂高温烧结的辐射涂料,加热时炉内形成高辐射均匀温度场,因此升温快,单位耗电低,节能。红外箱式炉采用无级调压控制柜与其配套,具有快速起动、精密控温、送电功率和炉温可任意调节的特点。02/锻压Forging图2-2红外箱式炉的结构2.2锻造2.2.2自由锻金属锻造时的变形是在上、下两铁砧之间自由流动的变形称为自由锻。自由锻按其设备和操作方式又可分为手工自由锻和机器自由锻两种,机器自由锻时打击能量大,能够锻造较大的锻件。自由锻的设备较为简单,锻件表面粗糙,尺寸精度差,生产效率低,适于单件或小批量生产。1.自由锻设备2)空气锤空气锤的结构如图2-3所示。空气锤的公称规格是以落下部分的质量来表示的。如65kg空气锤,是指其落下部分的质量为65kg,而不是指它的打击力。02/锻压Forging图2-3空气锤的结构2.2锻造2.2.2自由锻1.自由锻的工序自由锻的工序分为基本工序、辅助工序和精整工序三类。基本工序是使金属塑性变形的主要工序,包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、切割等;辅助工序是为方便基本工序的操作所设置的预先变形工序,包括压钳口、倒棱和压肩等;精整工序是能够提高锻件表面质量和精确锻件的尺寸的工序,包括锻件整形和精压等。1)镦粗镦粗是使坯料的横截面增大和高度降低的工序,分为整体镦粗和局部镦粗(端部镦粗和中部镦粗),如图2-4所示。在大多数情况下,由于上、下铁砧对坯料两端的摩擦阻力所致,镦粗后坯料呈腰鼓形状,需要进行滚圆等纠正性操作。镦粗主要适用于圆盘类零件。02/锻压Forging图2-4镦粗(a)整体镦粗;(b)端部镦粗;(c)中部镦粗2.2锻造2.2.2自由锻1.自由锻的工序2)拔长锻造时使坯料的长度增加、截面减小的工序称为拔长。拔长包括平砧上拔长、带芯棒拔长。平砧或V形砧上拔长主要用于轴杆类锻件;带芯棒拔长用于空心件,如套筒等管状锻件。为了使坯料变形均匀,拔长时要不断地进行90°翻转坯料,如图2-5所示。每次送进量不宜太多,以免坯料横向流动增大,影响拔长效率。3)冲孔利用冲头在坯料上冲出通孔或不通孔的工序称为冲孔。冲孔的方法包括双面冲孔和单面冲孔,大多数锻件上的孔均采用实心冲头双面冲孔的方法冲出,如图2-6所示。02/锻压Forging图2-5拔长的翻料方案图2-6实心冲头双面冲孔2.2锻造2.2.2自由锻1.自由锻的工序4)弯曲使坯料弯曲成一定角度或形状的锻造工序称为弯曲,如图2-7所示。另外,还有使坯料的一部分相对于另一部分旋转一定角度的扭转工序和分离坯料或切除料头的切割工序。02/锻压Forging图2-7弯曲(a)角度弯曲;(b)成形弯曲知识链接自由锻常见缺陷自由锻常见的缺陷有裂纹、末端凹陷、轴心裂纹和折叠等。产生裂纹的原因主要有坯料质量不好、加热不充分、锻造温度过低、锻件冷却不当和锻造方法有误等。末端凹陷和轴心裂纹是锻造时坯料内部未热透或坯料整个截面未锻透,变形只产生在坯料表面造成的,如图2-8(a)所示。产生折叠的原因主要是坯料在锻压时送进量小于单面压下量,如图2-8(b)所示。02/锻压Forging图2-8自由锻缺陷(a)末端凹陷和轴心裂纹;(b)折叠2.2锻造2.2.3模锻模锻是使材料在锻模模膛内一次或多次承受冲击力或压力的作用,而被迫流动成形的锻造方法。由于模膛对金属坯料流动的限制,最终获得的锻件与模膛形状相同。1.模锻的主要特点模锻加工的成形具有如下特点:(1)生产效率高,金属的变形在模膛内进行,锻件成形快,一般比自由锻快数倍。(2)锻件尺寸精度高,加工余量小,从而节约金属材料和切削加工工时。(3)能锻造形状比较复杂的锻件。(4)热加工流线分布合理,大大提高了零件的力学性能和使用寿命。(5)操作过程简单,易于实现机械化和自动化生产,可以使工人劳动强度降低。由于锻模是用优质模具钢制成的,成本高,而且坯料整体变形,变形抗力较大,加工工艺复杂,生产周期长,因此,模锻只适用于中、小型锻件的大批量生产。02/锻压Forging2.2锻造2.2.3模锻2.常用的模锻方法按使用设备的不同将模锻分为锤上模锻、压力机上模锻和胎模锻等。1)锤上模锻锤上模锻是在模锻锤上进行的模锻,可进行镦粗、拔长、滚挤、弯曲、成形、预锻和终锻等各变形工步的操作。锤上模锻用的锻模由带燕尾的活动上模2和固定下模4两部分组成,并分别用紧固楔铁6、8、11紧固在锤头1和模座5上。上、下模合模后,中部形成完整的模膛10、分模面9和飞边槽3,如图2-9所示。02/锻压Forging图2-9锻模构造2.2锻造2.2.3模锻2.常用的模锻方法1)锤上模锻根据模膛在锻模中的个数不同,模膛可分为单模膛和多模膛。单模膛形状与锻件基本相同,用于形状比较简单的锻件。对于形状复杂的锻件,可在一副锻模上设置几个模膛,以便提高生产效率,这类模膛称为多模膛。图2-10所示为弯曲连杆在多模膛内的模锻过程。多模膛用于截面相差大或轴线弯曲的轴(杆)类锻件及形状不对称的锻件,多模膛由拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛、预锻模膛、终锻模膛等组成。02/锻压Forging图2-10弯曲连杆在多模膛内的模锻过程2.2锻造2.2.3模锻2.常用的模锻方法2)压力机上模锻模锻锤工作时振动噪声大,劳动条件差,因此近年来逐渐被压力机所代替。(1)摩擦压力机模锻。摩擦压力机是利用摩擦力传动的,故称摩擦压力机,如图2-11所示。电动机4经过传动带5使装有两个圆轮6的圆轮轴旋转,锻模分别安在滑块10和机座1上,螺杆8两端分别与滑块10和飞轮7相连,并穿过固定在机架上的螺母9带动滑块沿导轨3做上下滑动。工作时,通过改变操纵杆位置可使圆轮沿轴向窜动。当某一圆轮靠紧飞轮边缘时,依靠摩擦力带动飞轮和螺杆做不同方向的转动。在螺母的制约下螺杆的转动变为滑块的上下滑动,实现模锻生产。摩擦压力机模锻生产效率低,适用于单模膛模锻;摩擦压力机结构简单,造价低,维护方便,劳动条件好,是中、小型工厂普遍采用的锻造设备。02/锻压Forging图2-11摩擦压力机2.2锻造2.2.3模锻2.常用的模锻方法2)压力机上模锻模锻锤工作时振动噪声大,劳动条件差,因此近年来逐渐被压力机所代替。(1)摩擦压力机模锻。摩擦压力机是利用摩擦力传动的,故称摩擦压力机,如图2-11所示。电动机4经过传动带5使装有两个圆轮6的圆轮轴旋转,锻模分别安在滑块10和机座1上,螺杆8两端分别与滑块10和飞轮7相连,并穿过固定在机架上的螺母9带动滑块沿导轨3做上下滑动。工作时,通过改变操纵杆位置可使圆轮沿轴向窜动。当某一圆轮靠紧飞轮边缘时,依靠摩擦力带动飞轮和螺杆做不同方向的转动。在螺母的制约下螺杆的转动变为滑块的上下滑动,实现模锻生产。摩擦压力机模锻生产效率低,适用于单模膛模锻;摩擦压力机结构简单,造价低,维护方便,劳动条件好,是中、小型工厂普遍采用的锻造设备。(2)曲柄压力机模锻。曲柄压力机又称热模锻压力机,其曲柄连杆的运动由离合器控制,使曲柄旋转,通过连杆带动滑块上下往复运动,进行锻造加工。曲柄压力机模锻时滑块行程固定不变,锻件一次成形,易实现机械化和自动化,生产效率高。曲柄压力机的设备费用高,结构较复杂,适用于大批生产的模锻件。02/锻压Forging2.2锻造2.2.3模锻2.常用的模锻方法3)胎模锻在自由锻设备上使用可移动胎模生产锻件的锻造方法称为胎模锻。胎模不固定在自由锻锤的砧块上,需要时才放上去。锻造时,将加热后的坯料放入胎模锻压成形。一般是先将坯料经过自由锻预锻成近似锻件的形状,然后在胎模内终锻成形。按照胎模的结构形式,常用胎模可分为以下几种:(1)摔模。适用于锻造回转体轴类锻件,如图2-12(a)所示。(2)扣模。用来对坯料进行局部或全部扣形,适用于生产非回转体的扣形件和制坯,如图2-12(b)所示。(3)套筒模。呈套筒形,适用于生产回转体盘类锻件,如图2-12(c)所示。(4)合模。适用于生产形状复杂的非回转体锻件,如图2-12(d)所示。02/锻压Forging2.2锻造2.2.3模锻按照胎模的结构形式,常用胎模可分为以下几种:(1)摔模。适用于锻造回转体轴类锻件,如图2-12(a)所示。(2)扣模。用来对坯料进行局部或全部扣形,适用于生产非回转体的扣形件和制坯,如图2-12(b)所示。(3)套筒模。呈套筒形,适用于生产回转体盘类锻件,如图2-12(c)所示。(4)合模。适用于生产形状复杂的非回转体锻件,如图2-12(d)所示。02/锻压Forging图2-12胎模种类(a)摔模;(b)扣模;(c)套筒模;(d)合模2.2锻造2.2.3模锻2.常用的模锻方法3)胎模锻胎模锻与自由锻相比可获得形状较为复杂、尺寸较为精确的锻件,可节约金属,提高生产效率。与其他模锻相比,它具有模具简单、便于制造、造价低廉等优点。胎模锻生产效率低,锻件质量也不如其他的模锻,工人劳动强度大,锻模的寿命短,因此,这种模锻方法适用于中、小批量生产,它在没有模锻设备的工厂中应用较为普遍。02/锻压Forging2.3冲压2.3.1常用冲压设备常用冲压设备有机械压力机、剪板机等。1.机械压力机机械压力机俗称冲床,有很多种类型,常用的开式冲床如图2-13所示。电动机4通过V带10带动飞轮9转动,当踩下踏板12后,离合器8使曲轴7与飞轮相连而旋转,再经连杆5使滑块11沿导轨2做上下往复运动,进行冲压加工。当松开踏板12时,离合器8脱开,制动器6立即制止曲轴7转动,使滑块11停在最高位置上。02/锻压Forging图2-13开式冲床2.3冲压2.3.1常用冲压设备常用冲压设备有机械压力机、剪板机等。2.剪板机剪板机(俗称剪床)的用途是将板料剪切成一定宽度的条料,以供冲压使用。剪板机的外形如图2-14所示。电动机带动带轮使轴转动,通过齿轮传动及离合器带动曲轴转动,使装有上刀片的滑块做上下运动,与工作台上的下刀片配合完成剪料动作。制动器与离合器配合,可使滑块停在最高位置,为下次剪切做好准备。02/锻压Forging图2-14剪板机的外形2.3冲压2.3.2冲压工序1.分离工序分离工序是使板料的一部分和另一部分分开的工序,包括冲裁和切断。(1)冲裁。冲裁是利用冲模将板料以封闭的轮廓与坯料分离的一种冲压方法,如图2-15(a)所示。常见的冲裁有落料和冲孔。落料是利用冲裁取得一定外形的制件或坯料的冲压方法。冲孔是将冲压坯内的材料以封闭的轮廓分离开来,得到带孔制件的一种冲压方法,其冲落部分为废料。(2)切断。切断是使材料沿不封闭的曲线分离的一种冲压方法,其分离部分的材料发生弯曲,此种冲压方法又称切口,如图2-15(b)所示。2.成形工序成形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生塑性变形而不破坏的工序,如弯曲和拉深。(1)弯曲。使坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序称为弯曲,如图2-15(c)所示。(2)拉深。使坯料变形成开口空心零件的工序称为拉深,如图2-15(d)所示。02/锻压Forging2.3冲压2.3.2冲压工序02/锻压Forging图2-15冲压工序(a)冲裁;(b)切断;(c)弯曲;(d)拉深知识链接其他常用的冲压成形工序如下:(1)缩口:将管件和空心制件的端部加压,使其径向尺寸缩小的加工方法。(2)翻边:将板料边缘或管件的口部进行折边或翻扩的加工方法。(3)翻孔:在预先制好孔的半成品上或未经制孔的板料上冲制出竖直边缘的成形方法(通常将翻孔归为翻边)。(4)胀形:在双向拉应力作用下,使板料或空心坯料产生塑性变形而取得所需制件的加工方法。02/锻压Forging2.3冲压2.3.3冲压模具冲压模具简称冲模,由上模(凸模)和下模(凹模)两部分组成。典型的冲压模具包括冲裁模、弯曲模和拉深模等,如图2-16所示。02/锻压Forging图2-16冲压模具(a)冲裁模;(b)弯曲模;(c)拉深模复习思考题1.什么是锻压?锻压包括哪两种加工方法?2.什么是锻造?什么是冲压?3.什么是始锻温度?什么是终锻温度?4.锻件常用的冷却方法有哪几种?其各适用于何种情况?5.什么是自由锻?自由锻的基本工序有哪些?6.胎模锻与模锻的主要区别是什么?7.冲压的基本工序分为哪两类?其各有什么特点?8.落料和冲孔有什么异同?9.什么是弯曲?什么是拉深?10.摩擦压力机模锻和曲柄压力机模锻分别适用于哪些情况?02/锻压Forging焊接Welding0303/焊接Welding焊接是指通过加热或加压或两者并用,并且用(或不用)填充材料使分离的材料牢固地连接在一起的一种加工方法。焊接通常指的是各种同种或异种金属材料(包括各类钢材、铝合金、钛合金、铜合金、镍合金以及其他一些特种金属合金)之间的连接。有工业发达国家统计,每年仅需要进行焊接加工之后使用的钢材就占钢总产量的45%左右。03/焊接Welding3.1焊接的特点及分类3.1.1焊接的特点焊接与其他连接方法有着本质的区别。焊接使被连接的焊件不仅在宏观上建立了永久性的联系,而且在微观上建立了组织之间的内在联系。焊接过程中必须使两个分离焊件(通常是金属)的连接表面接近到原子间的结合力能够发生作用的程度,换言之,要接近金属内部原子间的距离。为此,焊接时往往需要采用加热或加压或两者并用的措施来促使两个分离焊件紧密连接。焊接具有以下特点:(1)焊接比其他的连接方法具有更高的强度及更好的密封性,且质量可靠。(2)可减轻结构质量,节约大量金属材料。(3)生产效率高,便于机械化、自动化生产。(4)可以制造双金属结构的工件。(5)产品成本低。03/焊接Welding3.1焊接的特点及分类3.1.2焊接的分类焊接方法种类繁多,而且新的方法仍在不断涌现,目前一般按焊接过程的不同将焊接分为三大类。1.熔焊熔焊是将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。实现熔焊的关键是热源,并且焊接时必须采取有效的措施隔离空气,以保护高温焊缝。2.压焊焊接过程中,必须对焊件施加压力(加热或不加热)以完成焊接的方法称为压焊。3.钎焊采用比母材熔点低的金属材料做钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度,利用液态钎料润湿母材、填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法称为钎焊。热切割(如气割、等离子切割、激光切割等)、表面堆焊、喷镀、碳弧气刨、胶接等均是与焊接方法相近的金属加工方法,也属于焊接技术范围。03/焊接Welding3.2焊条电弧焊焊条电弧焊是应用最广泛的焊接方法。焊条电弧焊是用手工操作焊条进行焊接的方法,如图3-1所示。焊接时,焊工手握夹持着焊条的焊钳进行焊接,焊条和工件之间产生的电弧将工件局部加热到熔化状态形成熔池。随着电弧向前移动,熔池尾部液态金属逐步冷却结晶,最终形成焊缝。其焊接过程如图3-2所示。图3-1焊条电弧焊的操作图3-2焊条电弧焊的焊接过程03/焊接Welding3.2焊条电弧焊焊条电弧焊使用的设备简单,方法简便灵活,适应性强,但对焊工操作技术要求高,焊接质量在一定程度上取决于焊工的操作技术水平。此外,焊条电弧焊劳动条件差,生产效率低,因此,该方法适用于焊接单件或小批量产品短的和不规则的各种空间位置的以及不宜实现机械化焊接的焊缝。焊条电弧焊适用于碳钢、低合金钢、不锈钢、铜及铜合金等金属材料的焊接,以及铸铁焊补和各种金属材料的堆焊等。03/焊接Welding3.2焊条电弧焊3.2.1焊接电源与焊条1.电源1)交流弧焊电源交流弧焊电源是一种特殊的降压变压器,它具有结构简单、工作噪声小、价格便宜、使用可靠、维护方便等优点。如图3-3(a)所示,交流弧焊机可将工业用的电压(220V或380V)降低至空载时的60~70V、电弧燃烧时的20~35V。它的电流调节通过改变活动铁心的位置来进行。具体操作方法是转动调节手柄,并根据电流指示盘将电流调节到所需值。2)直流弧焊电源发电机式直流弧焊机外形如图3-3(b)所示,其由一台交流电动机和一台直流发电机组成,电动机带动发电机工作而形成直流弧焊电源。3)弧焊整流器弧焊整流器是由大功率整流元件组成的,将交流电转变为直流电,如图3-3(c)所示。弧焊整流器的特点是电弧稳定性好,结构简单,维修方便,噪声小。03/焊接Welding3.2焊条电弧焊3.2.1焊接电源与焊条1.电源1)交流弧焊电源交流弧焊电源是一种特殊的降压变压器,它具有结构简单、工作噪声小、价格便宜、使用可靠、维护方便等优点。如图3-3(a)所示,交流弧焊机可将工业用的电压(220V或380V)降低至空载时的60~70V、电弧燃烧时的20~35V。它的电流调节通过改变活动铁心的位置来进行。具体操作方法是转动调节手柄,并根据电流指示盘将电流调节到所需值。2)直流弧焊电源发电机式直流弧焊机外形如图3-3(b)所示,其由一台交流电动机和一台直流发电机组成,电动机带动发电机工作而形成直流弧焊电源。3)弧焊整流器弧焊整流器是由大功率整流元件组成的,将交流电转变为直流电,如图3-3(c)所示。弧焊整流器的特点是电弧稳定性好,结构简单,维修方便,噪声小。图3-3焊条电弧焊所用电源(a)交流弧焊机;(b)发电机式直流弧焊机;(c)弧焊整流器03/焊接Welding3.2焊条电弧焊3.2.1焊接电源与焊条2.焊接电弧焊接电弧是由阴极区、阳极区和弧柱区所构成的,如图3-4所示。图3-4焊接电弧结构示意图03/焊接Welding3.2焊条电弧焊3.2.1焊接电源与焊条2.焊接电弧阳极区的温度高于阴极区的温度,当采用直流电源焊接时,电极有两种接法:将工件接正极,焊条接负极,称为正接法,用于高熔点、尺寸较大的焊件的焊接;将工件接负极,焊条接正极,称为反接法,用于薄件、有色金属、不锈钢及铸铁等的焊接,如图3-5所示。用交流电源焊接时,因为交流电极性是变化的,所以也就不存在正接法和反接法,两极的温度相等。一般情况下,交流电弧的稳定性比直流电弧差。图3-5电极的两种接法(a)正接法;(b)反接法03/焊接Welding3.2焊条电弧焊3.2.1焊接电源与焊条3.焊条1)焊条的结构焊条由焊芯和药皮组成,如图3-6所示。焊条的直径和长度是指焊芯的直径和长度。常用焊条的直径有1.6mm、2.0mm、2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm和6.0mm七种,长度为200~550mm。

图3-6焊条03/焊接Welding3.2焊条电弧焊3.2.1焊接电源与焊条3.焊条1)焊条的结构焊条由焊芯和药皮组成,如图3-6所示。焊条的直径和长度是指焊芯的直径和长度。常用焊条的直径有1.6mm、2.0mm、2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm和6.0mm七种,长度为200~550mm。2)焊芯焊芯的作用之一是作为电极导电,同时是形成焊缝金属的主要材料,因此,焊芯的质量直接影响焊缝的性能。一般焊芯的材料是特制的优质钢。3)药皮药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层,焊接时形成熔渣及气体。药皮对焊接质量的好坏同样起着重要的作用。药皮的主要作用如下:(1)保持电弧稳定燃烧,以改善焊接工艺,保证焊接质量。(2)对焊缝进行机械保护。药皮在焊接时产生大量的气体和熔渣,隔绝空气,对焊缝金属起保护作用。(3)脱去焊缝金属的有害杂质(如氧、氢、硫、磷等)。(4)向焊缝金属渗入有益的合金元素,以改善焊缝质量。03/焊接Welding3.2焊条电弧焊3.2.2焊接工艺1.焊接接头在焊条电弧焊中,由于产品结构形状、材料厚度和焊缝质量要求不同,需要采用不同形式的接头进行焊接。接头形式有对接、搭接、角接和T形接头,如图3-7所示。图3-7焊接接头形式(a)对接接头;(b)搭接接头;(c)角接接头;(d)T形接头03/焊接Welding3.2焊条电弧焊3.2.2焊接工艺2.接头的准备工作接头的准备工作包括处理坡口、间隙和钝边。这些准备工作做得好,可使焊接时容易焊透,又可避免烧穿,有利于保证焊缝质量和焊缝尺寸。坡口的几何形状如图3-8所示,由焊件的厚度决定。图3-8坡口的几何形状(a)I形坡口;(b)V形坡口;(c)X形坡口;(d)U形坡口03/焊接Welding3.2焊条电弧焊3.2.2焊接工艺3.焊条直径和焊接电流的选择焊条直径和焊接电流直接影响焊接质量和生产效率。焊条直径d取决于焊件厚度、接头形式和焊缝空间位置,通常按焊件厚度选取。焊接电流一般按焊条直径选取。增大焊接电流能提高生产效率,增加熔深。但电流太大,会造成焊缝咬边、烧穿、飞溅和焊缝成形不良等缺陷;电流太小,则电弧燃烧不稳定,易造成夹渣、未焊透等缺陷,且生产效率低。03/焊接Welding3.2焊条电弧焊3.2.2焊接工艺4.焊接空间位置的选择焊接空间位置有平焊、横焊、立焊和仰焊,如图3-9所示。图3-9焊接空间位置(a)平焊;(b)横焊;(c)立焊;(d)仰焊03/焊接Welding3.2焊条电弧焊3.2.2焊接工艺5.操作方法1)引弧引弧的方法有敲击法和划擦法两种,如图3-10所示。敲击法引弧是将焊条垂直地接触焊件表面,短路后,立即将焊条提起;划擦法引弧与擦火柴相似,将焊条在焊件表面划动一下,点燃电弧。图3-10引弧的方法(a)敲击法;(b)划擦法03/焊接Welding

图3-11焊条横向摆动的形式(a)锯齿形;(b)月牙形;(c)三角形;(d)8字形;(e)环形03/焊接Welding3.2焊条电弧焊3.2.2焊接工艺5.操作方法4)焊缝收尾焊缝收尾时,为了不出现尾坑,焊条应停止向前移动,而采用划圈收尾法或反复断弧法自下而上地慢慢拉断电弧,以保证焊缝尾部成形良好。(1)划圈收尾法。焊条移至焊道的终点时,利用手腕的动作做圆圈运动,直到填满弧坑再拉断电弧。该方法适用于厚板焊接,用于薄板焊接会有烧穿危险。(2)反复断弧法。焊条移至焊道终点时,在弧坑处反复熄弧、引弧数次,直到填满弧坑为止。该方法适用于薄板及大电流焊接,但不适用于碱性焊条焊接,否则会产生气孔。焊接结束后,焊缝表面被一层熔渣覆盖着,待焊缝温度降低后,用敲渣锤轻轻敲击除掉;焊件上焊缝两侧的飞溅金属,可用扁铲铲除;使用钢丝刷清理焊缝及其周边。03/焊接Welding3.3气焊与气割3.3.1气焊气焊是利用气体燃烧所产生的高温火焰进行焊接的。火焰一方面把工件接头的表层金属熔化,另一方面把金属焊丝熔入接头的空隙中,形成金属熔池。当焊炬向前移动时,熔池金属随即凝固成为焊缝,使工件的两部分牢固地连接成一体。气焊一般用于厚度为3mm以下的低碳钢薄板、管件的焊接,铜、铝等有色金属的焊接及铸铁件的焊接等。

1.气焊系统图3-12所示为气焊系统。气焊设备包括氧气瓶、乙炔瓶、减压器、回火保险器和焊炬,它们通过软管连接组成焊接系统。图3-12气焊系统03/焊接Welding3.3气焊与气割3.3.1气焊1.气焊系统1)氧气瓶氧气瓶是运送和储存高压氧气的容器,其容积为40L,工作压力为15MPa。按照规定,氧气瓶外表漆成天蓝色,并用黑漆标明“氧气”字样。保管和使用时应防止沾染油污;放置时必须平稳可靠,不应与其他气瓶混在一起;不许曝晒、火烤及敲打,以防爆炸。使用氧气时,不得将瓶内氧气全部用完,最少应留100~200kPa,以便再次装氧气时吹除灰尘和避免混进其他气体。2)乙炔瓶乙炔瓶是储存和运送乙炔的容器,国内最常用的乙炔瓶公称容积为40L,工作压力为1.5MPa。其外形与氧气瓶相似,外表漆成白色,并用红漆写上“乙炔”“不可近火”等字样。在瓶体内装有浸满丙酮的多孔性填料,可使乙炔稳定而又安全地储存在瓶内。使用乙炔瓶时,除应遵守氧气瓶使用要求外,还应该注意:瓶体的温度不能超过40℃;搬运、装卸、存放和使用时都应竖立放稳,严禁在地面上卧放并直接使用,一旦要使用已卧放的乙炔瓶,必须先直立静止20min,再连接乙炔减压器使用;不能遭受剧烈的振动等。3)减压器减压器是将高压气体降为低压气体的调节装置。减压器的作用是降低气体压力,并使输送给焊炬的气体压力稳定,以保证火焰能够稳定燃烧。03/焊接Welding3.3气焊与气割3.3.1气焊1.气焊系统4)回火保险器正常气焊时,火焰在焊炬的焊嘴外面燃烧,但当气体供应不足、焊嘴阻塞、焊嘴太热或焊嘴离焊件太近时,火焰会沿乙炔管路往回燃烧。这种火焰进入喷嘴内逆向燃烧的现象称为回火。回火保险的作用就是截留回火气体,保证乙炔瓶的安全。5)焊炬焊炬的作用是将乙炔和氧气按一定比例均匀混合,由焊嘴喷出,点火燃烧,产生气体火焰。常用的氧-乙炔射吸式焊炬如图3-13所示。各种型号的焊炬均配备3~5个大小不同的焊嘴,以便焊接不同厚度的焊件时使用。图3-13氧-乙炔射吸式焊炬(a)外形;(b)内部结构03/焊接Welding3.3气焊与气割3.3.1气焊2.气焊火焰调节氧气、乙炔气体的不同混合比例可得到三种性质不同的火焰,如表3-1所示。表3-1氧-乙炔焰的分类及应用小提示：点火时,先微开氧气阀门,再打开乙炔阀门,随后点燃火焰。这时的火焰是碳化焰。然后逐渐开大氧气阀门,将碳化焰调整成中性焰。同时,按需要把火焰大小调整合适。灭火时,应先关乙炔阀门,后关氧气阀门。03/焊接Welding3.3气焊与气割3.3.1气焊2.气焊工艺1)焊丝和气焊熔剂气焊所用的焊丝是没有药皮的金属丝,其成分与工件基本相同,原则上要求焊缝与工件达到相等的强度。焊接合金钢、铸铁和有色金属时,熔池中容易产生高熔点的稳定氧化物,如Cr2O3、SiO2

和Al2O3

等,使焊缝中产生夹渣。故在焊接时,使用适当的气焊熔剂,可与这类氧化物结成低熔点的熔渣,以便浮出熔池。因为金属氧化物多呈碱性,所以一般用酸性气焊熔剂,如硼砂、硼酸等。焊铸铁时,往往有较多的SiO2

出现,因此通常会采用碱性气焊熔剂,如碳酸钠和碳酸钾等。使用时,通常用焊丝将气焊熔剂蘸在端部送入熔池。焊接低碳钢时,只要接头表面干净,不必使用气焊熔剂。03/焊接Welding3.3气焊与气割3.3.1气焊2.气焊工艺2)焊接参数气焊的接头形式和焊接空间位置等工艺问题的考虑,与焊条电弧焊基本相同。气焊的焊接参数主要有焊丝的直径、焊嘴的大小以及焊嘴对工件的倾斜角度。焊丝的直径根据工件的厚度而定。焊接厚度为3mm以下的工件时,所用的焊丝直径与工件的厚度基本相同。焊接较厚的工件时,焊丝直径应小于工件厚度。焊丝直径一般不超过6mm。焊炬端部的焊嘴是氧-乙炔混合气体的喷口,每把焊炬备有一套口径不同的焊嘴,焊接厚的工件应选用较大口径的焊嘴。焊接钢材时焊嘴的选择如表3-2所示。表3-2焊接钢材时焊嘴的选择03/焊接Welding3.3气焊与气割3.3.1气焊2.气焊工艺2)焊接参数此外,焊接时焊嘴中心线与工件表面之间夹角(θ)的大小,将影响到火焰热量的集中程度。焊接厚件时,应采用较大的夹角,使火焰的热量集中,以获得较大的熔深;焊接薄件时则相反。焊嘴与工件夹角的选择如表3-3所示。表3-3焊嘴与工件夹角的选择03/焊接Welding3.3气焊与气割3.3.2气割1.气割过程氧气切割简称气割,是一种切割金属的常用方法,如图3-14所示。气割时,先把工件切割处的金属预热到它的燃烧点,然后以高速氧气流猛吹。这时金属发生剧烈氧化,所产生的热量把金属氧化物熔化成液体。同时,氧气流又把氧化物的熔液吹走,工件就被切出了整齐的缺口。只要把割炬向前移动,就能把工件连续切开。知识链接金属的性质必须满足两个基本条件才能进行气割:金属的燃烧点应低于其熔点,金属氧化物的熔点应低于金属的熔点。纯铁、低碳钢、中碳钢和普通低合金钢都能满足上述条件,具有良好的气割性能;高碳钢、铸铁、不锈钢,以及铜、铝等有色金属都难以进行气割。图3-14气割03/焊接Welding3.3气焊与气割3.3.2气割2.气割操作工作时,先点燃预热火焰,将工件的切割边缘加热到金属的燃烧点,然后开启切割氧气阀门进行切割。气割必须从工件的边缘开始。如果要在工件的中部挖割内腔,则应在开始气割处先钻一个直径大于5mm的孔,以便气割时排出氧化物,并使氧气流能吹到工件的整个厚度上。在批量生产中,气割工作可在气割机上进行,割炬能沿着一定的导轨自动做直线、圆弧和各种曲线运动,准确地切割出所要求的工件形状。03/焊接Welding3.4其他焊接方法简介3.4.1埋弧焊电弧在焊剂层下燃烧所进行焊接的方法称为埋弧焊,其以连续送进的焊丝作为电极和填充金属。焊接时,在焊接区的上面覆盖一层颗粒状的焊剂,电弧在焊剂层下燃烧,将焊丝端部和局部母材融化,形成焊缝。电弧在焊剂层下燃烧,能防止空气对焊接熔池的不良影响;焊丝连续送进,焊缝的连续性好,消除了焊条电弧焊焊接中因更换焊条而引起的缺陷;由于焊剂的覆盖减少了金属烧损和飞溅,可节省焊接材料。埋弧焊在焊接过程中引燃电弧、焊丝送进和沿焊接方向的移动等全部用机械自动进行。埋弧焊的焊接过程如图3-15所示。埋弧焊与焊条电弧焊相比,具有生产效率高、节约金属、提高焊缝质量和改善劳动条件等优点,在造船、锅炉、车辆等工业部门获得广泛的应用,特别适用于焊接大型工件的直缝和环缝。图3-15埋弧焊的焊接过程03/焊接Welding3.4其他焊接方法简介3.4.2气体保护焊气体保护电弧焊简称气体保护焊。它是利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法。1.钨极气体保护焊钨极气体保护焊是一种不熔化电极的气体保护焊,它利用钨极和工件之间的电弧使金属熔化而形成焊缝,如图3-16所示。焊接过程中,钨极不熔化,只起电极的作用,焊枪的喷嘴送进氩气或氦气做保护,还可根据需要另外添加填充金属。钨极气体保护焊几乎可以用于所有金属的焊接,尤其适合焊接铝、镁等能形成难熔氧化物的金属以及钛和锆等活泼金属。图3-16钨极气体保护焊示意图03/焊接Welding3.4其他焊接方法简介3.4.2气体保护焊2.CO2

气体保护焊CO2气体保护焊是以CO2气体作为保护气体的气体保护焊。CO2气体保护焊的焊接过程如图3-17所示。焊接过程中,以连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作为热源,CO2气体经供气系统从焊枪喷出,当焊丝与焊件接触引燃电弧后,连续送进的焊丝末端和熔池被CO2气流保护,防止空气对熔化金属的有害作用,从而保证获得高质量的焊缝。CO2气体保护焊由于具有成本低、焊接质量好、生产效率较高、操作方便等优点,常用来焊接低碳钢、低合金结构钢和高合金钢。图3-17CO2气体保护焊的焊接过程03/焊接Welding3.4其他焊接方法简介3.4.3电阻焊电阻焊是焊件组合后通过电极施加压力,利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热,将两工件的接触表面熔化而实现连接的焊接方法。这种焊接不需要外加填充金属和焊剂。根据焊接接头形式其可分为对焊、点焊和缝焊三种,如图3-18所示。为了防止在接触面上产生电弧,并且为了锻压焊缝金属,焊接过程中始终需要施加压力。进行电阻焊时,被焊工件表面状况是影响焊接质量的主要因素,因此,在焊前必须对电极以及工件与工件间的接触表面进行清理。图3-18电阻焊原理示意图(a)对焊;(b)点焊;(c)缝焊03/焊接Welding3.4其他焊接方法简介3.4.3电阻焊电阻焊是焊件组合后通过电极施加压力,利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热,将两工件的接触表面熔化而实现连接的焊接方法。这种焊接不需要外加填充金属和焊剂。根据焊接接头形式其可分为对焊、点焊和缝焊三种,如图3-18所示。为了防止在接触面上产生电弧,并且为了锻压焊缝金属,焊接过程中始终需要施加压力。进行电阻焊时,被焊工件表面状况是影响焊接质量的主