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1、汽车机械基础,2013,金属的冷、热加工基础,模块3金属的冷、热加工基础,单元14热加工基础单元15金属切削加工,课题1铸造,一、铸造特点二、铸造分类三、砂型铸造工艺过程四、铸件结构工艺性,单元14热加工基础,应知应会 了解铸造、锻造及焊接的种类、方法、用途。 掌握铸造、锻造及焊接的特点及其在汽车上的应用。 课题1铸造课题2锻造课题3焊接,一、铸造特点,1)采用铸造方法可获得外形及内腔复杂的铸件，如汽车变速箱箱体、气缸、床身、机架等。2)铸造的适用范围广，机械中大多数金属都可以进行铸造，特别是低塑性不能锻造和焊接生产的材料。3)铸件的形状及尺寸与零件接近，因而切削加工的工作量较小，能节省金属材
2、料和加工工时。4)铸造用的原材料来源广，还可直接利用报废的机件和切屑，且设备简单，所以铸件的成本较低。,二、铸造分类,1. 砂型铸造2. 特种铸造,1. 砂型铸造,用型砂和芯砂制造铸型的铸造方法称为砂型铸造。它分为手工砂型铸造和机器砂型铸造，前者主要用于单件、小批量生产，后者则适用于大批量生产。,2. 特种铸造,(1)金属型铸造将金属液浇入用金属制成的铸型中而获得铸件的铸造方法称为金属型铸造。(2)压力铸造压力铸造是在高压下，快速将液态或半液态金属压入金属型中，并在压力下凝固，以获得铸件的一种铸造方法。(3)熔模铸造熔模铸造又称失蜡铸造，是一种精密铸造方法。(4)离心铸造将金属液浇入高速旋转的
3、铸型中，使金属液在离心力作用下填充铸型和结晶，这种铸造方法称为离心铸造。,三、砂型铸造工艺过程,1. 造型材料2. 模样和芯盒3. 造型4.制芯5. 浇注系统、冒口6. 合箱7. 浇注8. 落砂和清理,三、砂型铸造工艺过程,图14-1轴套铸件的生产过程1芯盒2芯砂3砂芯4浇包5金属液6铸件7砂型8型砂9模样,1. 造型材料,用于制造砂型和型芯的材料，称为造型材料。它包括型砂、芯砂和涂料等，造型材料性能的好坏，直接影响到铸件的质量，因此必须合理选用和配制造型材料。,2. 模样和芯盒,制造砂型时，应用模样可以获得与零件外部轮廓相似的型腔，而铸件内部的孔穴则是由型芯形成的，制造型芯的模样称为型芯盒(
4、简称芯盒)。,3. 造型,(1)整体模造型当零件外形轮廓的最大截面位于其顶端，而其他各截面尺寸往另一端依次减小时，为了顺利起模，可将砂型沿该最大截面分型，且将模样做成整体的。(2)挖砂造型当零件外形轮廓的最大截面不在其顶端，而又必须采用整体模样造型时，需用挖砂造型方法，挖去妨碍起模的型砂，将模样的最大截面露出，以便顺利起模。(3)分模造型当铸件外形的最大截面位于其轮廓的中部，而其余各截面尺寸依次往两端递减时，为了方便起模和避免挖砂，可将砂型沿此最大截面分型，同时将模样也沿此面分开成两半(不一定是对称的两半)，称为分模。(4)活块造型当铸件外形上局部有妨碍起模的凸台、耳或肋时，在制造模样时，可将
5、这些部分做成活动的模块，称为活块。,(1)整体模造型,图14-2整体模造型过程a)造下型：填砂、舂砂b)刮平、翻箱c)翻转下型，造下型，扎气孔d)敞箱、起模、开浇道e)合箱f)带浇注系统的铸件1砂舂2砂箱3底板4模样5刮板6泥号7浇道棒8通气针,(2)挖砂造型,图14-3挖砂造型过程a)零件造b)下型c)翻下型，挖修分型面d)造上型e)合箱f)带浇注系统的铸件1模样2下型3上型,(3)分模造型,图14-4分模造型过程a)铸件b)模样c)开始做上型d)起模e)安放型芯f)合箱,(4)活块造型,图14-5活块造型a)工艺图b)模样c)造下型，拔出销子d)造上型e)开箱，先起模，后起活块1，4活块2
6、上模3下模5销子,4.制芯,当铸件有内腔时，一般均需制作型芯(见图14-1和图14-4)，即制芯。型芯浇注时被高温金属液包围，并受到冲刷和浮力，因此型芯中应放芯骨、开通气孔和表面上涂料来满足要求。,5. 浇注系统、冒口,(1)浇注系统浇注时，为把金属液引入铸型型腔而开出的一系列彼此相连的通道。(2)冒口冒口是在铸型内靠近最后凝固的部位(铸件厚大部位或上部)开设的具有一定储液能力的储液空间(见图14-7)。,(2)冒口,图14-6浇注系统的组成,(2)冒口,图14-7用冒口消除缩孔,6. 合箱,砂型的装配称为合箱。合箱是造型的最后一道工序，操作不妥时，会使铸件造成气孔、砂眼、错箱、偏芯等缺陷。,
7、7. 浇注,将金属液注入铸型的过程称为浇注。浇注温度的高低及浇注速度的快慢，对铸件质量有很大的影响。如掌握不当，会产生缩孔、气孔、粘砂等缺陷。铸铁的浇注温度一般在12501460，而浇注速度则应根据铸件具体情况而定。,8. 落砂和清理,将铸件从铸型中取出的过程称为落砂。落砂后的铸件必须进行清理，去除铸件上的浇道、冒口、型芯、飞边、毛刺等，并对一些小缺陷进行修补。,四、铸件结构工艺性,1.铸造工艺对铸件结构的要求2.合金的铸造性能对铸件结构的要求,1.铸造工艺对铸件结构的要求,1)铸件外形轮廓应力求简单，简单的外形将给制模和制芯带来很大方便，应尽量采用直线轮廓，少用曲面和内凹形状，尤其是非圆曲面
8、。2)尽量减少分型面数目，分型面数量少，采用砂箱数减少，同时减少型芯数量，使造型工艺简化，减少错箱、偏芯等缺陷，提高铸件质量。3)尽量避免小凸台、耳、肋的结构，可避免采用活块造型，使造型简单。4)减少不必要的凹坑或内腔，以减少型芯数量。5)凡垂直于分型面的不加工的表面都应具有一定的倾斜度，即结构斜度。,图14-8结构斜度,2.合金的铸造性能对铸件结构的要求,1)铸件壁厚应适当并均匀。2)铸件壁的连接或转弯处应有结构圆角，防止产生应力集中、产生裂纹等缺陷。3)铸件壁的连接应避免交叉或锐角，防止金属液局部积聚而产生缩孔、缩松等缺陷。4)尽量避免铸件有过大的水平面。5)铸件在冷却时应能自由收缩，减少
9、内应力，防止产生裂纹。6)细长和大而薄的平板件在收缩时，容易产生翘曲变形。,课题2锻造,一、锻造特点二、锻造分类三、碳钢锻造加热温度四、自由锻造的基本工序五、自由锻件的结构工艺性,一、锻造特点,(1)改善金属的内部组织，提高金属的力学性能通过锻造使金属内部的缺陷(如气孔、缩松、裂纹等)得以压实，细化晶粒，因而提高了金属材料的力学性能。(2)具有较高的生产率以制造内六角螺钉为例，用模锻成形后再加工螺纹，生产效率可比全部用切削加工提高约50倍。(3)节约金属材料一些精密模锻件尺寸精度和表面粗糙度能接近成品零件的要求，只需少量甚至不需切削加工即可得到成品零件，从而减少了金属的损耗。(4)应用范围广锻
10、件质量从不到1g的表针到重达数百吨的大轴都可锻造。,二、锻造分类,根据成形方式的不同，锻造分为自由锻造和模型锻造。自由锻造按工作时所受作用力来源的不同，又可分为手工自由锻造和机器自由锻造。在现代工业生产中，手工自由锻造已逐步被机器自由锻造和模型锻造所取代。,三、碳钢锻造加热温度,图14-9碳钢的锻造温度范围,四、自由锻造的基本工序,1. 镦粗2. 拔长3. 冲孔4.弯曲,1. 镦粗,图14-10镦粗1上砧2，5坯料3，6工件4下砧7漏盘,2. 拔长,图14-11拔长,2. 拔长,图14-12扩孔,3. 冲孔,图14-13冲孔a)双面冲孔b)单面冲孔c)空心冲孔1第二个冲头2,7,13坯料3,8
11、漏盘4第一个冲头5,9上砧6,12冲头10第二个上垫11第一个上垫14,15垫环16第三个上垫17芯料,4.弯曲,图14-14弯曲a)角度弯曲b)成形弯曲1成形压铁2工件3成形垫铁,五、自由锻件的结构工艺性,图14-15自由锻件结构合理与不合理的示例,课题3焊接,一、焊接特点二、焊接分类三、焊条电弧焊四、气焊与气割,一、焊接特点,1)焊接与铆接等不可拆连接相比，节约金属，接头密封性好，容易实现机械化和自动化。2)可用型材等拼接成焊接结构件，以代替大型复杂的铸件，生产周期短，劳动强度低。3)设备简单，操作方便，产品成本低。4)可以制造双金属结构。,二、焊接分类,1.熔焊2.压焊3.钎焊,1.熔焊
12、,熔焊是将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。根据热源的不同，熔焊又分为气焊、焊条电弧焊、电渣焊、等离子弧焊、激光焊、电子束焊等。,2.压焊,压焊是对焊件接头处局部加热(或不加热)并施加一定的压力，以完成焊接的方法。压焊又分为电阻焊、摩擦焊、冷压焊等。,3.钎焊,钎焊是把比被焊金属熔点低的金属(称为钎料)加热熔化，使其填充到焊件接缝的间隙中而达到连接的焊接方法。根据钎熔点的不同，钎焊可分为软钎焊和硬钎焊。,三、焊条电弧焊,1.焊接电弧2.焊接设备3.焊条4.焊接工艺,三、焊条电弧焊,图14-16焊条电弧焊,1.焊接电弧,图14-17焊接电弧的组成,1.焊接电弧,图14-18直流电焊
13、接的接线法,2.焊接设备,焊条电弧焊的主要设备是弧焊机。按电源种类的不同，弧焊机可分为直流电弧焊机和交流电弧焊机。,3.焊条,1)使电弧容易引燃并稳定燃烧。2)产生足量的气体和熔渣，对熔池金属起保护作用。3)向熔池补充合金元素，保证焊缝金属的化学成分。4)给予焊条良好的工艺性能。,4.焊接工艺,(1)接头形式与坡口焊条电弧焊中，根据焊件厚度和工作条件、结构形式的不同，常用的接头形式有：对接接头、角接接头、搭接接头和T字接头四种(见图14-19)。(2)焊缝位置在大型复杂的焊接结构中，经常遇到各种不同空间位置的焊缝。(3)焊接规范凡与焊接过程有关的参数总称为焊接规范。,(1)接头形式与坡口,图1
14、4-19焊接接头形式,(1)接头形式与坡口,图14-20对接接头的坡口形式,(1)接头形式与坡口,图14-21平、横、立、仰焊缝,四、气焊与气割,1.气焊用气体和设备2.气焊工艺3.气割,1.气焊用气体和设备,(1)气焊用气体(2)气焊用设备,(1)气焊用气体,图14-22减压器1调压螺钉2调压弹簧3橡胶膜片4低压室5高压室6高压表7活门弹簧8活门9低压表10调压手柄,(2)气焊用设备,图14-23回火防止器正常工作状态,(2)气焊用设备,图14-24回火防止器回火时的工作状态,(2)气焊用设备,图14-25吸射式焊炬1焊嘴2混合管3乙炔阀门4手柄5氧气阀门,2.气焊工艺,(1)气焊火焰种类及
15、应用气焊时调节焊炬中乙炔和氧的体积比例，可获得三种不同性质的气焊火焰(见图14-26)。(2)接头形式气焊可以焊接平焊、横焊、立焊、仰焊等各种空间位置的焊缝。(3)焊丝与气焊熔剂焊丝作为填充金属，与熔化的母材一起形成焊缝。,(1)气焊火焰种类及应用,图14-26气焊火焰及中性焰的温度分度a)中性焰b)碳化焰c)氧化焰,3.气割,(1)割炬气割设备与气焊设备相同，只是气割时用割炬代替焊炬(见图14-27)。(2)金属气割的条件,(1)割炬,图14-27割炬1割嘴2切割氧通道3切割氧调节阀4乙炔调节阀5预热氧6预热焰混合气体管,(2)金属气割的条件,1)金属的燃点低于熔点。这样才能保证金属在固态下
16、燃烧，使割口平整。 2)金属氧化物的熔点应低于金属的熔点。这样才能保证燃烧产物在液态容易被吹走，否则，在割口表面层易形成固态氧化物膜，阻碍氧气流与下层金属接触，中断切割过程。 3)金属燃烧时放热量要大，金属的导热性要差。否则，下层金属很难获得足够的热量预热到燃点以上，切割过程不能顺利进行。,单 元 小 结,1.铸造、锻造和焊接生产的特点。2.铸造包括砂型铸造和特种铸造两大类。3.砂型铸造的工艺过程造型材料和模样芯盒的准备、造型、浇注、落砂、清理等。4.铸件结构的设计应使铸造工艺简化，提高生产率，同时更要满足合金铸造性能的要求，以减小铸造缺陷的产生。5.锻造分为自由锻造和模型锻造两大类。6.自由锻造的基本工序主要有镦粗、拔长、弯曲、冲孔等。7.自由锻件的设计必须考虑自由锻造设备和工具的特点，符合自由锻造的工艺性。8.焊接分为熔焊、压焊和钎焊三大类。,9.焊条电弧焊的设备、电弧、焊条的组成及作用。10.焊接接头形式、坡口形式和焊缝的空间位置。11.气焊的设备及气焊工艺。12.气割的实质、金属能气割的条件。,单 元 小 结,单元15金属切削加工,应知应会 了解机床分类、牌号编制方法及切削加工
