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1、课题六、铸造、锻压与焊接 一、铸造 二、锻压 三、焊接 一、铸 造 1、铸造的概念 将经过熔化的液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型 中，冷却凝固后获得毛坯或零件的一种工艺方法。(铸造) 2、铸造的方法 3、铸造的特点 (2)生产成本低，较为经济 (1)成型方便，适应性强 (3)铸件组织性能差 利用液态成形,适应各种形状、尺寸不同材料的铸件. 节省金属,材料来源广泛，设备简单。 铸件晶粒粗大，力学性能差. 砂型铸造、特种铸造 4、铸造生产的类型 砂型铸造、特种铸造。 铸造过程（整模造型） （一）（一） 砂型铸造砂型铸造 砂型铸造是以砂为主要造型材料制备铸型的一种铸造方法。目前90% 以上
2、的铸件是用砂型铸造方法生产的。 1、砂型铸造的工艺过程 工 艺 准 备 造 型 落 砂合 箱浇 注 造 芯 清 理 检 验 熔炼金属 配砂、制模 砂型铸造（分模造型） 2、造型材料 制造铸型用的材料称为造型材料，砂型铸造使用主要是型砂和 芯砂，它们是由砂、粘结剂和附加物组成。 造型材料应具备以下性能： （4）透气性 （1）可塑性 （3）耐火性 （2）足够的强度 （5）退让性 型砂和芯砂在外力作用下要易于成形。 型砂和芯砂在外力作用下要不易破坏。 型砂和芯砂在高温下要不易软化、烧结、粘附。 型砂和芯砂紧实后要易于通气。 型砂和芯砂在冷却时其体积可以被压缩。 3、模样与芯盒 （1）模样与芯盒是制造
3、铸型和型芯的工具。 （2）模样形成铸件的外形，其外形相当于铸件的外 部形状；型芯形成铸件的内腔形状。芯盒是制造型芯 的工具。 （3）砂型铸造多用木材制造模样和芯盒。 （4）特种铸造用金属模、塑料模和其它模样。 4、造型方法 按造型操作方法的不同，可分为： （1）手工造型 （2）机器造型 填砂、紧实、起模等主要由人工完成，操作灵活，生产率低， 主要用于单件小批量生产。 填砂、紧实、起模等实现机械化，生产率高，投资大，主要用 于批量生产。 主要方法有： 主要方法有： 整模造型 挖砂造型 三箱造型 活块造型 刮板造型 假箱造型 振压紧实、抛砂紧实 分模造型 三箱造型 假箱造型 挖砂造型 活块造型 刮
4、板造型 5、造芯及合箱 （1）造型芯 （2）合箱 型芯的作用一是形成铸件的内腔，二是简化模型的 外形，以制出铸件上的台和槽等。 型芯采用比型砂更好的造型材料。 造芯方法也有手工造芯和机器造芯两种。 铸型的装配工序简称合箱。合箱前，在铸型中放好 型芯、扣上上箱、放置浇口杯。合箱后，两箱要卡紧， 防止错箱和抬箱。 6、铸铁的熔炼及浇注 1、铸铁的熔炼设备有冲天炉和感应炉等。 其原料有金属料、燃料和熔剂。 2、浇注系统：引导金属液进入铸型型的 通道。它包括浇口杯、直浇道、横浇道和内 浇道四个部分组成。 7、落砂、清理和检验 1、落砂： 出箱的温度一般不高于500度，以免铸件产生内应力或开裂。 清砂是
5、清除型砂和芯砂的过程，有水力清砂和水爆清砂两种方法。 2、清理： 去除表面粘砂的方法有滚筒清理、喷射清理和抛丸清理等方法。 3、检验： 主要包括外观检验、内部检验、化学性能和金相检验等。 将浇注成形后的铸件从型砂和砂箱中分离出来的工序，它 分为出箱和清砂两个过程。有手工落砂和机械落砂两种方法。 去除浇口、冒口、飞边、毛刺以及表面粘砂的工序。 其任务是确定合格的铸件，去除有缺陷的铸件。 （二）（二） 特种铸造特种铸造 1、概念： 3、常用的特种铸造方法： 2、特种铸造的特点： 引言： 铸件精度高，力学性能好；生产率高；工 人劳动条件好等。 特种铸造是指砂型铸造以外的其他铸造方法 。 金属型铸造
6、压力铸造 熔模铸造离心铸造 壳型铸造 1、金属型铸造 将液态金属注入用金属制成的铸型中，以获得铸件的方法。 （1）工艺特点： 一型多铸，铸件精度高，力学性能好，但成本高，主要用于大 批大量生产铜、铝、镁等非铁合金铸件。 （2）工艺过程： 金属型铸造 金属型铸造 2、熔模铸造 将蜡料制成模样，在上面涂以若干层耐火涂料制成型壳，然后 加热型壳，使模样熔化、流出，并焙烧成有一定强度的型壳，再经 浇注，去壳而得到铸件的一种铸造方法。 （1）工艺特点： 以熔化模样为起模方式。铸件精度高，是少无切削加工的方法 之一。其设备简单，生产批量不受限制，主要用于大批、大量生产 。其缺点是工艺过程复杂，生产周期长。
7、 （2）工艺过程： 熔模铸造 熔模铸造 3、压力铸造 将熔融的金属在高压下，快速压入金属铸型的型腔中，并在 压力下凝固，以得到铸件的一种铸造方法。 （1）工艺特点： 高速高压。 （2）工艺过程： 压力铸造 多用于非铁合金（如铝、铜、镁等）精密铸件的批量生产。 压力铸造 4、离心铸造 将熔融的金属浇入高速旋转的铸型中，使金属液在离心力的作 用下凝固成形，以得到铸件的一种铸造方法。 （1）工艺特点： 组织紧密，铸件质量好。 （2）工艺过程： 离心铸造 离心铸造 二、锻 压 1、锻压的概念 借助于外力作用，使金属坯料产生塑性变形，从而获得所要求 形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的一种压力加工方法。
8、2、金属的塑性变形 金属在外力作用下，首先产生弹性变形，当外力超过一定限度 后，会发生塑性变形。 金属塑性变形的能力大小，主要取决于三个因素： （1）金属的化学成分 （3）变形时温度 （2）组织结构 碳、合金含量越低，分布越均匀，塑性越好。 钢的奥氏钵组织塑性最好，渗碳体最差。 温度越高，塑性越好。 3、锻压的特点 (2)节约金属材料 (1)改善金属组织、提高力学性能 (3)较高的生产率 锻压的同时可消除铸造缺陷，均匀成分，形成纤维组织， 从而提高锻件的力学性能。 比如在生产六角螺钉时采用模锻成形就比切削加工效率 约高50倍。 比如在热轧钻头、齿轮、齿圈及冷轧丝杠时节省了切 削加工设备和材料的
9、消耗。 （4）锻压主要生产承受重载荷零件的毛坯，如机器中的主轴 、齿轮等，但不能获得形状复杂的毛坯或零件。 4、锻压生产的分类 （1）自由锻造 （2）模样锻造 （3）板料冲压 利用冲击力或静压力使经过加热的金属在锻压设备的上、下砧 铁之间塑性变形、自由流动称为自由锻造。 把金属坯料放在锻模模膛内施加压力使其变形的一种锻 造方法。又简称模锻。 将金属板料置于冲模之间，使板料产生分离或变形的加 工方法。通常在常温下进行，也称冷冲压。 （一） 锻造工艺 1、加热 （1）目的：提高塑性能、降低变形抗力，以利于变形和 获得良好 的锻后组织。 （2）锻造温度范围：如图2-11 注：加热过高、过低，加热时间
10、过短、过长都不利于锻压生产。 2、自由锻造 （1）特点： 锻件成形主要靠工人的操作技能； 采用通用设备和工具； 只能生产形状简单的锻件，适用于单件小批生产。 （2）基本工序： 锻造的基本工序是指为了达到工件的形状和尺寸而进行的使 金属发生变形的工艺过程。主要工序有： 镦 粗拔 长冲 孔 正挤压 弯 曲 反挤压复合挤压 3、模样锻造 以锻模模膛限制金属坯料的变形，从而获得锻件的成形方 法，其特点是： 可以锻造出质量好，形状较为复杂的锻件； 生产率高，但设备吨位较大，锻模制造困难，费用高； 适用于中、小型锻件的大批量生产。 弯 曲 正挤压 反挤压 复合挤压 （二） 锻造设备 1、空气锤 利用压缩空
11、气推动锻锤进行工作。 以落下部分质量来表示锻造能力； 常用吨位为65750千克，用于锻造小型锻件。 靠飞轮、螺杆和滑块向下运动时所积蓄的动能使锻件变形。是模锻 的主要设备。 2、蒸汽空气锤 3、液压机 4、摩擦压力机 利用一定蒸汽或压缩空气推动锻锤进行工作。 常用吨位为15吨，用于锻造中型锻件，是模锻的主要设备。 利用高压水为动力进行工作。靠静压力工作。 常用吨位为5150吨，用于锻造大型锻件，是大型锻件的唯一设备。 空 气 锤 空气锤 液 压 机 摩 擦 压 力 机 （三） 板料冲压 板料冲压可获得尺寸精度高、互换性好、形状复杂的零件。冲压件 一般不需要进行切削加工。冲压操作简单，易于实现机
12、械化，生产率高。 1、冲压设备 剪床冲床油压机 2、冲压基本工序 （1）冲裁工序： （2）变形工序： 使坯料的一部分与另一部分分离的工序。 落料与冲孔： 按封闭的轮廓线分离的工序。其变形过程和模具结构 是相同的。 落料是被分离的部分为成品，周边是废料；冲孔是被分离的 部分是废料，周边是成品。 使坯料的一部分相对另一部分产生位移而不破坏的工 序。包括弯曲、拉深、翻边、成形工序等。 剪床 冲床 冲床 冲 床 油压机 三、焊 接 焊接是一种永久性连接金属材料的工艺方法。焊接过程 实质是用加热或加压等手段，借助金属原子的结合与扩散作 用，使分离的金属材料牢固地连接在一起。 焊接的特点: 焊接与其它连接
13、方法有本质的区别,不仅在宏观上建立了永久 性的联系,在微观上也建立了组织之间的原子级的内在联系. 焊接比其它连接方法具有更高的强度,密封性,且质量可靠,生 产率高,便于实现自动化. 节省金属,工艺简单,可以很方便的采用锻-焊,铸-焊等复合工 艺,生产大型复杂的机械结构和零件. 焊接是一个不均匀加热的过程,焊后的焊缝易产生焊接应力,易 引起变形. 3、焊接的种类: (1)熔化焊: 根据焊接的过程可分为三类: 主要有电弧焊,气焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊等. (2)压力焊: (3)钎焊: 通过加压和加热的综合作用,以实现金属接合的焊接方法. 以熔点低于被焊金属熔点的焊料填充接头形成焊缝
14、的焊接 方法. 主要包括电阻焊,摩擦焊,爆炸焊等 . 主要包括软钎焊和硬钎焊. 熔焊是将两个焊件局部加热到熔化状态，并加入填充金属 ，冷却凝固后即形成牢固的接头。. （一） 手工电弧焊 1、焊接过程 手工电弧焊是熔焊一种,它是用手操作焊条,利用焊条与被焊金属工 件间产生的电弧热量加热并熔化金属,随后形成焊缝,获得牢固接头的焊 接方法. 焊接时,焊工手握夹着焊条的焊钳进行焊接,焊条和工件之间产生电 弧将工件局部加热到熔化状态形成熔池,焊条作为一个电极,其端部在电 弧的作用下不断被熔化,形成熔滴进入熔池,随着电弧的向前移动,熔池 尾部液态金属逐步冷却结晶,最终形成焊缝.(其过程如图) 2、焊接工艺
15、 （1）焊接电弧 电弧是在电极(焊条)和工件间的气体介质中强烈而持久的放 电现象. 1）产生过程: 焊接时,使电极与工件瞬时接触并迅速提起(离开焊件2- 4mm),由于短路产生高热,产生金属蒸汽.高温金属发出电子并 撞击气体分子,使气体介质电离成正离子和负离子,正离子流向 阴极,负离子流向阳极,形成电弧. 2）电弧的构造:(如图) 当采用直流电源焊接时,阳极区温度可达2600,阴极区可 2400 ,电弧中心区可达6000-8000 .故有正反两种接法. 采用交流电源焊接时,两极温度均可达2500 左右. 焊接电弧分 为三个区：阴极 区、弧柱区、阳 极区。 （2）焊接接头形式及坡口 （3）焊缝的
16、空间位置 根据焊件结构形状,厚度和使用条件,常用的接头型式有: 对接搭接角接交接 坡口:为保证厚板能焊透和减少焊件在焊缝中的比例,焊接前把 两焊件的待焊处加工成所需的几何形状. 常见的坡口型式有: V型X型Y型U型 根据焊缝在空间的位置不同,可分为: 平焊横焊立焊仰焊 3、电焊条 焊条在焊接过程中一是作为电极传导电流及产生电弧，二是作为填 充材料。焊条是手工电弧焊接必须使用的焊接填充材料。 （1）作用： （2）组成： 焊条由焊芯和药皮两部分组成。 焊芯： 其作用是传导电流、产生电弧和填充金属的作用。 药皮： 由多种矿石粉、铁合金粉、有机物和粘结剂等组成。 其作用是： （1）改善焊条工艺性 （2）机械保护 （3）参与冶金反应 （3）焊条型号： E 4 3 1 5 焊接电流种类及药皮类型 焊接位置 熔敷金属抗拉强度的最小值（430MPa） 焊条 4、电焊设备 弧焊机是手工电弧焊的主要设备，常用的交流电弧焊机和 直流电弧焊机。 （1）交流电弧焊机 （2）直流电弧焊机 其实质是一部具有符合焊接要求的特殊降压变压器。 是由特殊的直流发电机和普通的交流电动机组成的
