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1、第4章 热加工及压力加工,4.1铸造基础,铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型型腔中，凝固后获得一定形状和性能铸件的成型方法。 铸造具有如下优点： （1）铸件可以不受尺寸大小和重量的限制。它可以生产各种形状、各种尺寸的毛坯，特别适宜制造具有复杂内腔的零件。如内燃机气缸盖、缸体、进排气支管、变速箱壳体、驱动桥壳体、机床车身等。 （2）对材料的适应性强。铸件材料可以是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料。 （3）铸件成本低。,4.1.1砂型铸造的生产过程,砂型铸造是指用型砂紧实成型的铸造方法。其生产过程主要由配砂、造型、制芯、合箱、熔炼、浇注和清理等
2、组成。,砂型铸造工艺过程,1 造型,1）造型材料制造铸型用的材料称为造型材料，主要包括型砂和芯砂。型砂和芯砂由原砂（SiO2）、粘结剂（粘土）以及附加物（煤粉、木屑等）、旧砂和水按一定的比例混合配制而成。 2）造型方法分为手工造型和机器造型两大类。,（1）手工造型用手工方法制作砂型的过程，称为手工造型常见的手工造型方法有整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型和刮板造型等。1）整模造型 整模造型的模型是整体，分型面为平面，型腔全部在一个砂箱内。,2）分模造型 分模造型是将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下两个砂箱内，造型简单省工。,3）挖砂造型 模型为整体，但分型面为曲面，造下型
3、后，用手工将阻碍起模的型砂挖去。,4）刮扳造型 批量小，尺寸大的回转体铸件，如皮带轮、飞轮、齿轮和弯管，常采用刮板造型，用一个与铸件截面形状相似的木扳(刮板)代替模型，来刮出所需铸型的型腔。,（2）机器造型 机器造型是指用机器设备来完成造型过程。,2 造芯,机器零件往往在内部有一定形状的空腔，这些空腔在浇注时必须予以充塞填实。型芯的主要作用就是用来获得铸件的内腔，有时也可作为铸件难以起模的局部铸型。制造型芯的过程称为造芯。,芯盒制芯简图,3 浇注系统,金属液浇入铸型时所流经的通道称为浇注系统。通常浇注系统由外浇口、直浇口、横浇口、内浇口组成。,4 合箱,将上、下砂型和砂芯等装配在一起的操作过程
4、，称为合箱。,5 熔炼、浇注、落砂、清理,1）熔炼金属熔炼质量的好坏直接影响铸件的力学性能和物理性能。,2）浇注将金属熔液盛入浇包(装液态金属的工具)内，再浇入铸型中去的工艺过程称浇注。 3）落砂落砂是指从铸型中取出完全凝固并经充分冷却的铸件的过程。 4）清理落砂后的铸件，常常不可避免地带有部分或全部砂芯。表面粘附着大片砂粒、飞边、毛刺，同时浇口、冒口都还存在，去除这些缺陷的过程称为清理。 5）检验铸件清理后要进行检验。检验的内容一般有外观、形状、尺寸、机械性能、化学成分、内部缺陷等。,4.1.2 特种铸造,与砂型铸造不同的其他铸造方法称为特种铸造。常用的特种铸造方法有： 1. 熔模铸造用易熔
5、材料制成易熔模型，在模样上涂以耐火材料，干燥、硬化后，再经加热、高温焙烧即可浇注的铸造方法，称为熔模铸造。 2. 金属型铸造金属型铸造是让液态合金在重力的作用下注入金属铸型或的铸件的方法。,3. 压力铸造在高压下将液态合金高速压入金属铸型，并在压力下凝固成型的铸造方法称为压力铸造。 4. 离心铸造 离心铸造是将液态合金注入高速旋转的铸型内，合金主要在离心力作用下充型、结晶形成铸件。离心铸造要在离心机上进行。,4.2 金属压力加工,金属压力加工是在外力的作用下，使金属坯料产生塑性变形来获得满足形状、尺寸和机械性能要求的零件或毛坯的加工方法。金属压力加工的主要生产方式有自由锻造、模锻、板料冲压、扎
6、制、挤压和拉拔等。,金属压力加工具有以下工艺特点： 1）提高金属机械性能 压力加工能使原始铸态组织的晶粒细化，使内部缺陷（如缩松、气孔、微小裂纹等），被压合。组织变的致密，从而提高机械性能。 2）具有较高的机械生产率。 3）节省金属材料 有的精密压力加工能实现少或无切削加工。 4）与铸造和焊接相比，金属压力加工设备复杂、难以生产形状复杂的零件。 缺点： （1）与铸造和焊接相比，金属压力加工设备复杂且难以生产形状复杂的零件。其制件的尺寸精度、形状精度和表面质量还不够高； （2）加工设备比较昂贵,制件的成本比铸件高。,4.2.1金属压力加工的基础知识,1. 金属压力加工的基本原理金属压力加工是利用
7、金属材料塑性变形的原理来进行的。 2. 金属材料的加工硬化和再结晶在常温下金属经塑性变形后，组织和性能会发生变化：晶粒沿最大变形方向伸长；晶格与晶粒发生扭曲和畸变，产生内应力；晶粒间出现碎晶。金属的机械性能随着组织的变化而变化，变形程度增加，金属材料的强度、硬度增加，而韧性、塑性却降低，这种现象称为加工硬化。,3. 冷加工与热加工从金属学的角度划分冷、热加工的界限是再结晶温度。金属在再结晶温度以下的变形称为冷变形，对应的加工方法成为冷加工。 4. 热压力加工对金属组织和性能的影响（1）改善钢锭的组织和性能 （2）形成纤维组织 5. 锻造温度始锻温度，就是开始对坯件施加压力时的最高温度。终锻温度
8、，就是停止锻造的温度。其选择原则是在不出现过热和过烧的前提下，尽量提高始锻温度。,常用金属材料的锻造温度,4.2.2 自由锻,锻压设备,1. 自由锻工艺概述 自由锻是用冲击力或压力使金属材料在上下两个砧块(抵铁)之间产生塑性变形，以获得所需形状和尺寸的锻件的工艺方法。金属在上、下两砧块间自由变形，所以称为自由锻。自由锻分为手工锻造和机器锻造。 2. 自由锻的基本工序自由锻的基本工序包括墩粗、延伸、冲孔、弯曲、切割、错移、扭转、锻接等八类。,（1）镦粗镦粗是使毛坯高度减小、而横截面增大的锻造工艺方法。,（2）拔长 拔长也称为延伸，是使毛坯的横断面减小，而长度增大的锻造工艺方法 。,（3）冲孔 冲
9、孔是指在毛坯上冲出透孔或不透孔的锻造工艺方法。,（4）弯曲 弯曲是将毛坯弯成所规定外形的锻造工艺方法。 （5）切割 切割是将毛坯分割成几部分或切除余料的锻造工艺方法。 （6）错移 将毛坯的一部分相对于另一部分平移错开的锻造工艺方法。 （7）扭转使毛坯的一部分相对于另一部分绕其轴线转动一定角度的锻造工艺方法。 （8）锻接 将两件毛坯在高温下锻打在一起的锻造工艺方法。,3. 锻造的结构工艺性在设计锻件结构形状时，必须考虑锻造设备和锻造的工艺性，使锻造工艺简单、节约金属，提高劳动生产率。对一些斜面、圆锥体和复杂的相贯体等，应避免使用。,4.2.3 模锻,模型锻造是指利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造
10、方法，简称模锻。有以下特点： 1）生产率比自由锻高34倍。 2）锻件尺寸精度高，表面光洁，公差和余量小，节省材料及切割加工费用。 3）可以生产形状比较复杂的锻件。如汽车的前桥、转向节、发动机的曲轴、连杆等。 4）制模费用高，成本费用高，故单件、小批量生产不宜采用。缺点：模锻是整体成形，摩擦阻力大，故需要吨位较大的锻锤；只能生产小型锻件；模具的使用寿命较低；模具加工工艺复杂，制造周期长，费用较高。,4.2.4 胎模锻造,胎模锻造是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的一种锻造方法，介于自由锻造与模锻两种方法之间。胎模不固定在锤头或砧座上，只有使用时才放到砧上去。通常用自由锻造的设备制坯，然后在
11、胎膜中终锻成形。胎膜锻造与自由锻相比，生产率高，锻件精度高，节约金属材料，成本高；与模锻相比，设备简单，工艺灵活，模具寿命低，生产率低。胎膜锻造适用于中小型锻件的小批生产。,4.2.5板料冲压,板料冲压是用冲模使板料分离或变形的一种加工方法，又称冷冲压。当板料厚度8mm时，应采用热冲压。,1. 板料冲压的工艺特点板料冲压工艺常用的设备是剪床和冲床。剪床的用途是把板料剪成条或块，冲床可完成剪裁、落料、冲孔、切边、弯曲、拉探、成形等工序。,2. 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序分为分离工序和变形工序两大类，分离工序包括剪切、落料、冲孔和修整等，变形工序包括弯曲、拉深、成型和翻边等。 （1）剪切
12、 剪切是使坯料按不封闭轮廓进行分离的工序，多在剪床上进行。 （2）落料和冲孔 落料和冲孔是使坯料按封闭轮廓分离的工序。落料是被分离的部,落料与冲孔,（3）修整 对尺寸要求严、断面要求光洁的冲压件，在落料、冲孔后，需要进行修整，即将坯料的余量以切削的形式去掉。,（4）弯曲 是指将板料、型材或管料在弯矩作用下弯成一定角度的工序。实施弯曲时，应当尽可能地使坯料的拉伸和压缩方向顾着纤维方向，以防拉裂。同时，金属材料在弯曲后常常有一定的回弹量，确定弯曲量时应注意。,1凸模 2凹模 3板料,（5）拉深 拉深是将板料成形为开口中空零件的工序。 （6）翻边 翻边是在带孔的坯料上用扩大孔的方法获得凸缘的工序。,
13、1-工件 2半成品 3冲头 4凹模 5成品,内孔翻边,4.2.6 轧制轧制是压力加工的一种。轧制过程靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进辊缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形。它是生产型材、板材、管材的主要方法。广泛的应用于钢材的生产，如轧制各种型钢、钢板、无缝钢管、钢球、套圈等。轧制过程的作用：一是使轧件获得一定的形状和尺寸；二是使组织和性能得到一定程度的改善。轧制一般采用热轧，即坯料在加热的状态下进行塑性变形。,4.3 焊接生产基础,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，使焊件达到原子结合的一种加工方法。焊接方法通常分为三大类，熔化焊、压力焊和钎焊。 焊接的优点有
14、：（1）成本低，是一种永久连接方法；（2）通过选择适当的材料，可降低产品的重量；（3）可连接几乎所有的常用金属；（4）使用场所不受任何限制；（5）是一种柔性加工方法。 焊接也有一定局限性，主要有：（1）对于不同的金属和应用场合，必须选用与其相适应的焊接工艺；（2）手工焊的焊接质量取决于焊工的操作技术；（3）通常需要对焊缝内部进行检查，以确保焊缝质量。,4.3.1手工电弧焊,手工电弧焊是利用焊条与工件间的电弧热来熔化焊条和工件的熔化焊方法，简称手弧焊。 1.焊接电弧,手工电弧焊,电弧的构成,2. 手工电弧焊的设备及焊接电弧的接法手工电弧焊的主要设备是电焊机。电焊机分为直流和交流两种。用直流电进行
15、焊接时，由于阴极区与阳极区上的热量不同，所以有正接法和反接法两种不同的接线方法。焊件接正极，焊条接负极的连接方法称为正接法，采用正接法时，电弧热量大部分集中在焊件上，能加快焊件的熔化速度，保证有较大的熔深，适用于焊接较厚的焊件；反接法是焊件接负极，焊条接正极，焊件上热量较少，适于焊接较薄的工件、有色金属、不锈钢及铸铁等。,3. 焊条焊条由焊芯和药皮组成的。它不仅是引燃电弧的一个电极，而且烧熔后还能用来填充焊缝。因此它直接影响焊缝质量和焊缝的力学性能。 （1）焊芯 焊芯的主要作用是传导焊接电流，产生电弧并维持电弧燃烧；其次作为填充物，形成焊缝。 （2）药皮 药皮是由多种材料组成的。其作用是提高电
16、弧燃烧的稳定性；防止金属熔池被氧化；保证焊缝金属的脱氧作用；向熔池添加合金元素，提高焊缝金属的机械性能；使焊缝金属脱氧、脱硫、脱磷、去氢。,（3）焊条的分类焊条按用途分十大类，对不同的钢种规定了不同的焊条。主要有结构钢焊条、耐热钢焊条、低温钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、铜及铜合金焊条、镍及镍合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条等。 （4）焊条的牌号前边的汉字表示焊条的大类别。前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值。最后的一位数字表示药皮的类型及电源的种类。例如：结422中，“结”表示焊条为结构钢焊条。“42”表示焊条熔敷金属金属的抗拉强度不低于420MPa，第三位数字“2”表示药皮类型为钛钙型，电流为交、直流正反接。,（5）焊条的选用原则 1）等强度原则 低碳钢和低合金钢焊接时，应根据强度等级来选择焊条，要求焊条的强度大致接近于焊件母材的强度。 2）同成分的原则 对于耐蚀钢、低量钢等有特殊性能要求的钢件，应选用化学成份接近焊件材质的焊条。 3）抗裂性的要求 焊件材质如含碳量高或含硫、磷杂质高时，应选用抗裂性能低的氢型焊条。,
