熱加工工藝基礎(chǔ)答案ppt課件

北京理工大學(xué)遠(yuǎn)程教育 熱加工工藝基礎(chǔ)材料學(xué)院張朝暉副教授TEL 010 68913304E MAIL zzhbit 熱加工工藝基礎(chǔ) 復(fù)習(xí)大綱 英文名稱 HighTemperatureProcess學(xué)分 2學(xué)時 40適用專業(yè) 機電工程 車輛工程 教材及參考書 教材 王俊昌 王榮聲 工程材料及機械制造基礎(chǔ) 機械工業(yè)出版社 第一章鑄造 1 何為鑄造 熔煉金屬 制造鑄型 并將熔融金屬澆入鑄型 凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法 稱為鑄造 一 流動性和充型能力 一 合金的流動性1 流動性流動性是指熔融金屬的流動能力 第一節(jié)合金的鑄造性能 2 流動性的影響因素1 合金的種類不同種類的合金 即具有不同的流動性 其中灰鑄鐵的流動性最好 硅黃銅 鋁硅合金次之 而鑄鋼的流動性最差 2 化學(xué)成分和結(jié)晶特征純金屬和共晶成分的合金 凝固是由鑄件壁表面向中心逐漸推進(jìn) 凝固后的表面比較光滑 對未凝固液體的流動阻力較小 所以流動性好 在一定凝固溫度范圍內(nèi)結(jié)晶的亞共晶合金 凝固時鑄件內(nèi)存在一個較寬的既有液體又有樹枝狀晶體的兩相區(qū) 凝固溫度范圍越寬 則枝狀晶越發(fā)達(dá) 對金屬流動的阻力越大 金屬的流動性就越差 對于鐵碳合金 純鐵和共晶鑄鐵的流動性最好 亞共晶鑄鐵和碳素鋼隨凝固溫度范圍的增加 其流動性變差 二 合金的充型能力1 充型能力考慮鑄型及工藝因素影響的熔融金屬流動性叫合金的充型能力 合金的流動性是金屬本身的屬性 不隨外界條件的改變而變化 而合金的充型能力不僅和金屬的流動性相關(guān) 而且也受外界因素的影響 2 充型能力的影響因素 1 鑄型填充條件a 鑄型的蓄熱能力 b 鑄型溫度c 鑄型中的氣體 2 澆注條件a 澆注溫度 b 充型壓力c 鑄件結(jié)構(gòu) 二合金的凝固與收縮 一 鑄件的凝固方式及影響因素1 鑄件的凝固方式 1 逐層凝固方式 2 糊狀凝固方式 3 中間凝固方式 二 鑄造合金的收縮1 液態(tài)收縮金屬在液態(tài)時由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮 2 凝固收縮熔融金屬在凝固階段的體積收縮 液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原因 3 固態(tài)收縮金屬在固態(tài)時由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮 固態(tài)收縮是鑄造應(yīng)力 變形和裂紋等缺陷產(chǎn)生的基本原因 三 影響合金收縮的因素1 化學(xué)成分不同成分的合金其收縮率一般也不相同 在常用鑄造合金中鑄剛的收縮最大 灰鑄鐵最小 2 澆注溫度合金澆注溫度越高 過熱度越大 液體收縮越大 3 鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件鑄件冷卻收縮時 因其形狀 尺寸的不同 各部分的冷卻速度不同 導(dǎo)致收縮不一致 四 收縮對鑄件質(zhì)量的影響1 縮孔和縮松鑄件在凝固過程中 其液態(tài)收縮和凝固收縮所減少的體積如果得不到及時的補充 則會在鑄件最后凝固的部位形成一些孔洞 其中大而集中的孔洞叫縮孔 小而分散的孔洞叫縮松 縮孔總是出現(xiàn)在鑄件上部或最后凝固的部位宏觀縮松多分布在鑄件最后凝固的部位 顯微縮松則是存在于在晶粒之間的微小孔洞 3 縮孔 縮松的防止措施a 采用定向凝固的原則所謂定向凝固 是使鑄件按規(guī)定方向從一部分到另一部分逐漸凝固的過程 冒口和冷鐵的合理使用 可造成鑄件的定向凝固 有效地消除鑄件上的縮孔和縮松 b 合理確定鑄件的澆注位置 內(nèi)澆道位置及澆注工藝 2 鑄造應(yīng)力 變形和裂紋 1 鑄造應(yīng)力的產(chǎn)生鑄造應(yīng)力主要是由于固態(tài)收縮而引起的 按其產(chǎn)生的原因可分為以下三種形式 a 熱應(yīng)力鑄件在凝固和冷卻過程中 不同部位由于不均衡的收縮而引起的應(yīng)力 b 固態(tài)相變應(yīng)力鑄件由于固態(tài)相變 各部分體積發(fā)生不均衡變化而引起的應(yīng)力 c 收縮應(yīng)力鑄件在固態(tài)收縮時 因受到鑄型 型芯 澆冒口等外力的阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力 2 鑄造應(yīng)力的防止和消除措施a 采用同時凝固的原則同時凝固是指通過設(shè)置冷鐵 布置澆口位置等工藝措施 使鑄件溫差盡量變小 基本實現(xiàn)鑄件各部分在同一時間凝固 b 提高鑄型溫度c 改善鑄型和型芯的退讓性d 進(jìn)行去應(yīng)力退火 3 鑄件的變形和防止防止鑄件變形有以下幾種方法 a 采用反變形法b 進(jìn)行去應(yīng)力退火c 設(shè)置工藝?yán)?4 鑄件的裂紋及防止a 鑄件裂紋的分類鑄件一般有熱裂和冷裂兩種開裂方式 b 鑄件裂紋的防止為有效地防止鑄件裂紋的發(fā)生 應(yīng)盡可能采取措施減小鑄造應(yīng)力 同時金屬在熔煉過程中 應(yīng)嚴(yán)格控制有可能擴大金屬凝固溫度范圍元素的加入量及鋼鐵中的硫 磷含量 三 鑄造合金的偏析和吸氣性 1 偏析鑄件中出現(xiàn)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為偏析 鑄件的偏析可分為晶內(nèi)偏析 區(qū)域偏析和體積質(zhì)量偏析三類 晶內(nèi)偏析 又稱枝晶偏析 是指晶粒內(nèi)各部分化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象 區(qū)域偏析是指鑄件截面的整體上化學(xué)成分和組織的不均勻 鑄件上 下部分化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為體積質(zhì)量偏析 2 鑄件中的氣孔和合金的吸氣 1 侵入性氣孔侵入性氣孔是由于鑄型表面聚集的氣體侵入金屬液中而形成的孔洞 2 析出性氣孔析出性氣孔是溶解在金屬液中的氣體 在凝固時由金屬液中析出而未能逸出鑄件所產(chǎn)生的氣孔 3 反應(yīng)性氣孔澆入鑄型中的金屬液與鑄型材料 型芯撐 冷鐵或溶渣之間 因化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體而形成的氣孔 統(tǒng)稱反應(yīng)性氣孔 第二節(jié)常用鑄造合金 一 鑄鐵鑄鐵是一系列主要由鐵 碳和硅組成的合金的總稱 一 鑄鐵的分類1 根據(jù)碳在鑄鐵中的存在形式分類 1 白口鑄鐵指碳主要以游離碳化鐵形式出現(xiàn)的鑄鐵 2 灰鑄鐵指碳主要以片狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵 3 麻口鑄鐵指碳部分以游離碳化鐵形式出現(xiàn) 部分以石墨形式出現(xiàn) 2 根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)分類 1 普通灰鑄鐵石墨呈片狀 2 蠕墨鑄鐵石墨呈蠕蟲狀 3 可鍛鑄鐵石墨呈團(tuán)絮狀 4 球墨鑄鐵石墨呈球狀3 根據(jù)鑄鐵的化學(xué)成分分類 1 普通鑄鐵 2 合金鑄鐵 二 灰鑄鐵 1 灰鑄鐵的顯微組織灰鑄鐵的顯微組織由金屬基體 鐵素體和珠光體 與片狀石墨組成 2 灰鑄鐵的性能a 力學(xué)性能斷裂強度通常為120 250Mpa 塑性和沖擊韌性近于0 屬于脆性材料 b 工藝性能灰鑄鐵屬于脆性材料 不能進(jìn)行沖壓 同時 其焊接性能也很差 但灰鑄鐵的切削加工性能較好 c 減振性好d 耐磨性好e 缺口敏感性低 三 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是白口鑄鐵通過石墨化或氧化脫碳可鍛化處理 改變其金相組織或成分而獲得的有較高韌性的鑄鐵 可鍛鑄鐵實際上并非可以鍛造 這個名子只表示它具有一定的塑性和韌性 可鍛鑄鐵的顯微組織由金屬基體 鐵素體和珠光體 與團(tuán)絮狀石墨組成 可鍛鑄鐵的強度一般為300 400Mpa 最高可達(dá)700Mpa 同時 可鍛鑄鐵具有一定的塑性和較高的沖擊韌度 四 球墨鑄鐵球墨鑄鐵是鐵液經(jīng)過球化處理后使石墨大部分或全部呈球狀 有時少量為團(tuán)絮狀的鑄鐵 球墨鑄鐵的顯微組織由金屬基體 鐵素體和珠光體 與球狀石墨組成 球墨鑄鐵不僅強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于灰鑄鐵 優(yōu)于可鍛鑄鐵 甚至可與鋼媲美 疲勞強度與中碳鋼接近 而且其耐磨性遠(yuǎn)高于45鋼表面淬火 球墨鑄鐵還具有優(yōu)良的熱處理性能 球墨鑄鐵的鑄造性能 減振性 切削加工性及缺口敏感性較灰鑄鐵差 但仍優(yōu)于鑄鋼 其塑性和韌性雖低于鋼 但仍能滿足一般零件的要求 五 蠕墨鑄鐵指大部分石墨為蠕蟲狀石墨的鑄鐵 蠕墨鑄鐵的力學(xué)性能介于基體相同的灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間 二 鑄鋼三 有色金屬鑄造 第三節(jié)砂型鑄造 用型砂緊實成型的鑄造方法稱為砂型鑄造 一 造型方法的選擇用造型混合料及模樣等工藝裝備制造鑄型的過程稱為造型 造型是砂型鑄造的最基本工序 通常分為手工造型和機器造型兩大類 一 手工造型根據(jù)砂型的不同特征 手工造型方法可分為 兩箱造型 三箱造型 脫箱造型 地坑造型 組芯造型 根據(jù)模樣的不同特征 手工造型方法可分為 整模造型 分模造型 挖砂造型 假箱造型 活塊造型 刮板造型 二 機器造型機器造型是指用機器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序 機器造型鑄件尺寸精確 表面質(zhì)量好 加工余量小 但需要專用設(shè)備 投資較大 適合大批量生產(chǎn) 常用的機器造型方法有 壓實緊實 高壓緊實 震擊緊實 震壓緊實 微震緊實 拋砂緊實 射壓緊實 射砂緊實 二 鑄造工藝設(shè)計 1澆注位置的選擇澆注位置的選擇應(yīng)考慮以下原則 a 體積收縮大的合金以及壁厚差較大的鑄件 應(yīng)按定向凝固的原則 將壁厚較大的部位和鑄件的熱節(jié)部位置于上部或側(cè)部 以便設(shè)置冒口進(jìn)行補縮 b 重要加工面 耐磨表面等質(zhì)量要求較高的部位應(yīng)置于下面或者側(cè)面 c 具有大面積的薄壁鑄件 應(yīng)將薄壁部分放在鑄型的下部 同時要盡量使薄壁部分處于垂直位置或傾斜位置 d 具有大平面的鑄件 應(yīng)將鑄件的大平面朝下 e 盡量減少型芯的數(shù)目 最好使型芯位于下型以便下芯和檢查 同時應(yīng)保證型芯在鑄型中安放牢靠 排氣通暢 2分型面的選擇a 分型面應(yīng)盡量采用平面分型 避免曲面分型 并應(yīng)盡量選在最大截面上 b 盡量將鑄件全部或大部放在同一砂箱 c 應(yīng)使鑄件的加工面和加工基準(zhǔn)面處于同一砂箱中 d 若鑄件的加工面很多 又不可能全部與基準(zhǔn)面放在分型面的同一側(cè)時 則應(yīng)使加工基準(zhǔn)面與大部分加工面處于分型面的同一側(cè) e 盡量減少分型面的數(shù)目 最好只有一個分型面 f 鑄件的非加工表面上 盡量避免有披縫 第四節(jié)特種鑄造 一 熔模鑄造熔模鑄造是用易熔材料制成模樣 然后在模樣上涂掛若干層耐火涂料制成型殼 經(jīng)硬化后再將模樣熔化 排出型外 從而獲得無分型面的鑄型 鑄型經(jīng)高溫焙燒后即可進(jìn)行澆注 一 熔模鑄造的工藝過程熔模鑄造的工藝過程包括 蠟?zāi)Ｖ圃?結(jié)殼 脫蠟 焙燒和澆注等 二 熔模鑄造的主要特點及適用范圍1 鑄件的精度和表面質(zhì)量較高 2 適用于各種合金鑄件 3 可制造形狀較復(fù)雜的鑄件 4 工藝過程較復(fù)雜 生產(chǎn)同期長 制造費用和消耗的材料費用較高 二 金屬型鑄造金屬型鑄造又稱硬模鑄造 是將液體金屬澆入金屬鑄型 在重力作用下充填鑄型 從而獲得鑄件的鑄造方法 一 金屬型為保證使用壽命 制造金屬型的材料具備如下的性能 高的耐熱性和導(dǎo)熱性 反復(fù)受熱不變形 不破壞 一定的強度 韌性及耐磨性 好的切削加工性能 金屬型材料一般選用鑄鐵 碳素鋼或低合金鋼 二 金屬型鑄造的特點和應(yīng)用范圍1 金屬型鑄件冷卻快 組織致密 力學(xué)性能高 2 鑄件的精度和表面質(zhì)量較高3 澆冒口尺寸較小 液體金屬耗量較少 4 不用砂或少用砂 金屬型鑄造的主要缺點是金屬型無透氣和退讓性 鑄件冷卻速度大 容易產(chǎn)生澆不到 冷隔 裂紋等缺陷 三 壓力鑄造壓力鑄造 簡稱壓鑄 的實質(zhì)是在高壓作用下 使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填金屬型型腔 并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法 二 壓鑄的特點和應(yīng)用1 壓鑄優(yōu)點 1 鑄件的尺寸精度最高 表面粗糙度值最小 2 鑄件強度和表面硬度都較高 3 生產(chǎn)效率很高 生產(chǎn)過程易實現(xiàn)機械化和自動化 2 壓鑄缺點 1 鑄件表面層存在氣孔 2 壓鑄黑色金屬時 壓鑄型壽命很低 困難較大 3 設(shè)備投資大 生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長 第五節(jié)零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性 鑄件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性包括 鑄件結(jié)構(gòu)的合理性 鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性 鑄件結(jié)構(gòu)對鑄造方法的適應(yīng)性 一 鑄件結(jié)構(gòu)的合理性1 鑄件應(yīng)有合理的壁厚2 鑄件壁厚應(yīng)力求均勻3 鑄件壁的聯(lián)接形式要合理4 盡量避免過大的水平面5 鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)避免冷卻收縮受阻和有利于減小變形 二 鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性 一 鑄件的外形設(shè)計1 應(yīng)使鑄件具有最少的分型面2 應(yīng)盡量使分型面平直3 避免外部側(cè)凹4 改進(jìn)妨礙起模的凸臺 凸緣和肋條的結(jié)構(gòu)5 鑄件要有結(jié)構(gòu)斜度 二 鑄件內(nèi)腔的設(shè)計1 應(yīng)使鑄件盡可能不用或少用型芯2 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)避免封閉空腔3 鑄件的內(nèi)腔設(shè)計應(yīng)使型芯安放穩(wěn)固 排氣容易 清砂方便 第二章鍛壓 鍛壓是對坯料施加外力 使其產(chǎn)生塑性變形 改變尺寸 形狀及改善性能 用以制造機械零件 工件或毛坯的成形加工方法 它是鍛造與沖壓的總稱 屬于壓力加工的范疇 第一節(jié)金屬的鍛造性能 一 金屬的塑性變形概述金屬塑性變形的實質(zhì) 對于單晶體是由于金屬原子某晶面兩側(cè)受切應(yīng)力作用產(chǎn)生相對滑移 或晶體的部分晶格相對于某晶面沿一定方向發(fā)生切變 即滑移理論和孿生理論 二 熱鍛 冷鍛 溫鍛 等溫鍛從金屬學(xué)的觀點劃分鍛壓加工的界限為再結(jié)晶溫度 1 熱鍛在金屬再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的鍛造工藝稱為熱鍛 在變形過程中冷變形強化和再結(jié)晶同時存在 屬于動態(tài)再結(jié)晶 2 冷鍛在室溫下進(jìn)行的鍛造工藝稱為冷鍛 3 溫鍛在高于室溫和低于再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的鍛造工藝稱為溫鍛 4 等溫鍛在鍛造全過程中 溫度保持恒定不變的鍛造方法稱為等溫鍛 三 鍛造流線和鍛造比鍛造時 金屬的脆性雜質(zhì)被打碎 順著金屬主要伸長方向呈碎粒狀或鏈狀分布 塑性雜質(zhì)隨著金屬變形沿主要伸長方向呈帶狀分布 這樣熱鍛后的金屬組織就具有一定的方向性 通常稱為鍛造流線 又叫纖維組織 鍛造比是鍛造時變形程度的一種表示方法 通常用變形前后的截面比 長度比或高度比來表示 鍛造比對鍛件的鍛透程度和力學(xué)性能有很大影響 第二節(jié)自由鍛只用簡單的通用性工具 或在鍛造設(shè)備的上 下砧間直接使坯料變形而獲得所需的幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件 這種方法稱為自由鍛 一 自由鍛設(shè)備根據(jù)對坯料作用力的性質(zhì)不同 自由鍛設(shè)備可分為產(chǎn)生沖擊力的鍛錘和產(chǎn)生靜壓力的壓力機兩大類 二 自由鍛零件結(jié)構(gòu)工藝性1 零件結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單 對稱 平直 2 應(yīng)避免零件上的錐形 楔形結(jié)構(gòu) 3 應(yīng)避免圓柱面與圓柱面 圓柱面與棱柱面相交 4 零件上不允許有加強筋 5 對橫截面尺寸相差很大或形狀復(fù)雜的零件 應(yīng)盡可能分別對其進(jìn)行鍛造 然后用螺紋連接 三 高合金鋼鍛造特點 一 高合金鋼的組織和再結(jié)晶特點1 金屬組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜 塑性低 2 再結(jié)晶溫度高 再結(jié)晶速度低 變形抗力大 二 高合金鋼的加熱特點1 導(dǎo)熱性差 2 鍛造溫度范圍窄 三 高合金鋼鍛造操作特點1 備料 2 控制變形量 增大鍛造比 3 變形要均勻 4 避免出現(xiàn)拉應(yīng)力 第三節(jié)模鍛 利用模具使毛坯變形而獲得鍛件的鍛造方法稱為模鍛 與自由鍛相比 模鍛具有鍛件精度高 流線組織合理 力學(xué)性能高等優(yōu)點 而且生產(chǎn)率高 金屬消耗少 并能鍛出自由鍛難以成形的復(fù)雜鍛件 受設(shè)備噸位的限 模鍛件不能太大 按模具類型模鍛可分為開式模鍛 有飛邊模鍛 閉式模鍛 無飛邊模鍛 和多向模鍛等 按設(shè)備類型模鍛可分為錘上模鍛 胎模鍛 壓力機上模鍛等 一 錘上模鍛 一 模鍛錘錘上模鍛所用設(shè)備主要是蒸汽 空氣模鍛錘 選擇模鍛錘的鍛造能力有經(jīng)驗類比法和查表法 1 經(jīng)驗類比法模鍛錘噸位可用公式 G 3 5 6 3 KA2 查表法模鍛錘噸位亦可查閱相關(guān)資料 二 模鍛及鍛模模膛錘上模鍛使用的鍛模是由帶燕尾的上 下模組成 上 下模接觸時 其接觸面上所形成的空間為模膛 具有一個模膛的鍛模稱為單模膛模鍛 具有兩個以上模膛的鍛模稱為多模膛模鍛 多模膛模鍛時 按其模膛的結(jié)構(gòu)和功用可分為制坯模膛和模鍛模膛兩類 1 制坯模膛用以初步改變毛坯形狀 合理分配金屬 以適應(yīng)鍛件橫截面積和形狀的要求 2 模鍛模膛模鍛模膛又可分為預(yù)鍛膛和終鍛模膛 1 預(yù)鍛模膛為了改善終鍛時金屬的流動條件 避免產(chǎn)生充填不滿和折迭 使鍛坯最終成形前獲得接近終鍛形狀的模膛 它可提高終鍛模膛的壽命 其結(jié)構(gòu)比終鍛模膛高度大 寬度小 無飛邊槽 模鍛斜度和圓角大 2 終鍛模膛模鍛時最后成形用的模膛 和熱鍛件圖上相應(yīng)部分的形狀 尺寸一致 模膛周圍設(shè)飛邊槽 通孔鍛件需留沖孔連皮 三 模鍛零件的結(jié)構(gòu)工藝性1 模鍛件應(yīng)具有合理的分模面 模鍛斜度和圓角半徑 2 非配合表面一律設(shè)計成非加工表面 3 零件的外形應(yīng)力求簡單 平直和對稱 4 應(yīng)避免窄溝 深槽 深孔及多孔結(jié)構(gòu) 5 形狀復(fù)雜的鍛件應(yīng)采用鍛 焊或鍛 機械加工聯(lián)接的方法 以簡化模鍛工藝 二 胎模鍛胎模是在自由鍛設(shè)備上鍛造模鍛件時使用的模具 常用的胎模有摔模 扣模 墊模 套模 合模 彎曲模 跳模等 第四節(jié)沖壓 使板料經(jīng)分離或成形而得到制件的工藝統(tǒng)稱為沖壓 沖壓常用的設(shè)備有剪床和沖床等 剪床為沖床備料 將板料切成條料 而沖壓加工主要在各類沖床上進(jìn)行 一 沖壓的基本工序 一 分離工序1 切斷將材料沿不封閉的曲線分離的沖壓方法稱為切斷 2 沖裁利用沖模將板料以封閉的輪廓與坯料分離的沖壓方法稱為沖裁 3 精密沖裁用壓邊圈使板料沖裁區(qū)處于靜液壓作用下 抑制剪裂紋的發(fā)生 實現(xiàn)塑性變形分離的沖裁方法稱為精密沖裁 4 切口將材料沿不封閉的曲線部分地分離開 其分離部分的材料發(fā)生彎曲 此種沖壓方法稱為切口 二 成形工序1 拉深 拉延 變形區(qū)在一拉一壓的應(yīng)力狀態(tài)作用下 使板料成形為空心件而厚度基本不變的加工方法稱為拉深 也叫拉延 拉深變形后制件的直徑與其毛坯直徑之比稱為拉深系數(shù) 保證危險斷面不被拉裂的拉深系數(shù)的最小值又稱為極限拉深系數(shù) 受極限拉深系數(shù)的限制 所需要的拉深不能一次完成而需要分幾次逐步成形 這次數(shù)就稱為拉深次數(shù) 2 彎曲將板料 型材或管材在彎矩作用下彎成具有一定曲率和角度的制件的成形方法稱為彎曲 三 沖壓零件結(jié)構(gòu)工藝性1 對沖裁件的要求1 沖裁件的外形應(yīng)力求簡單 對稱 2 應(yīng)避免長槽與細(xì)長懸臂結(jié)構(gòu) 3 孔的有關(guān)尺寸應(yīng)滿足要求 沖壓件上應(yīng)采用圓角代替尖角聯(lián)接 孔與溝槽盡量在變形工序前的平板坯料上沖出 最小圓角半徑值可查有關(guān)手冊 2 對彎曲件的要求1 彎曲件的形狀應(yīng)力求對稱 2 彎曲邊尺寸不易過短 孔不能距彎曲線太近 3 對拉深件的要求1 拉深件外形應(yīng)簡單 對稱 且不宜太高 2 拉深件的最小許可圓角半徑可查有關(guān)手冊 第五節(jié)少無切削工藝簡介 一 特種鍛造包括精密模鍛 高速錘模鍛 徑向鍛造 擺動輾壓 多向模鍛 粉末鍛造 二 軋制金屬材料 或非金屬材料 在旋轉(zhuǎn)軋輥的壓力作用下 產(chǎn)生連續(xù)塑性變形 并獲得要求的截面形狀并改變其性能的方法稱為軋制 三 拉拔坯料在牽引力作用下引過?？桌?使之產(chǎn)生塑性變形而得到截面縮小 長度增加的制品的工藝稱為拉拔 四 搓絲和滾絲當(dāng)兩搓板作相對運動時 使其間的坯料軋成螺旋狀的溝槽的加工方法 稱為搓絲 具有刃口的輥輪藉其旋轉(zhuǎn)使棒坯滾軋成螺旋形的溝槽的加工方法稱為滾絲 五 擠壓坯料在三向不均勻壓應(yīng)力作用下 從模具的孔口或縫隙擠出 使之橫斷面積減小 長度增加 成為所需制品的加工方法稱為擠壓 按擠壓溫度可分冷擠 溫擠 熱擠 按坯料從模孔中流出部分的運動方向與凸模運動方向的關(guān)系可分為正擠壓 反擠壓 復(fù)合擠壓和徑向擠壓 通過擠壓可以得到各種截面形狀的型材或零件 第三章焊接 1 焊接定義焊接是通過加熱或加壓 或兩者并用 并且用或不用填充材料 使工件達(dá)到結(jié)合的一種方法 2 焊接分類焊接可分為熔化焊 壓力焊和釬焊三大類 其中熔化焊又可分為電弧焊 氣體保護(hù)焊 氣焊 等離子焊 電渣焊 激光焊 壓力焊可分為電阻焊 摩擦焊 超聲波焊 冷壓焊 鍛焊 釬焊可分為烙鐵釬焊 火焰釬焊 高頻釬焊 爐中釬焊 鹽浴釬焊 真空釬焊 1 熔焊將待焊處母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法稱為熔焊 2 壓焊焊接過程中 必須對焊件施加壓力 以完成焊接的方法稱為壓焊 3 釬焊釬焊是硬釬焊和軟釬焊的總稱 采用比母材金屬熔點低的金屬材料作釬料 將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點 低于母材溶化溫度 利用液態(tài)釬料潤濕母材 填充接頭間隙并與母材相互擴散實現(xiàn)連接焊件的方法 第一節(jié)焊接的基本原理 一 焊接的實質(zhì)焊接的實質(zhì)是使兩個分離的物體通過加熱或加壓 或兩者并用 在用或不用填充材料的條件下借助于原子間或分子間的聯(lián)系與質(zhì)點的擴散作用形成一個整體的過程 焊接電弧由焊接電源供給 具有一定電壓的兩極間或電極與母材間 在氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的強烈而持久的放電現(xiàn)象稱為焊接電弧 焊接電弧由陰極區(qū) 陽極區(qū)和弧柱三部分組成 陰極區(qū)的溫度約為2400K 陽極區(qū)的溫度約為2600K 電弧陽極區(qū)和陰極區(qū)之間的部分稱為弧柱 弧柱區(qū)溫度最高 可達(dá)6000K 8000K 二 焊接熱過程對焊接接頭組織 性能的影響 一 焊接熱循環(huán)焊接時 電弧沿焊件逐漸移動并對焊件進(jìn)行局部加熱 焊件經(jīng)焊接后所形成的結(jié)合部分稱為焊縫 焊縫及其鄰近區(qū)域的總稱叫焊縫區(qū) 在焊接過程中 焊縫區(qū)金屬從常溫被加熱到最高溫度 然后再逐漸冷卻到常溫 在焊接熱源作用下 焊件上某點的溫度隨時間變化的過程稱為焊接熱循環(huán) 二 焊縫區(qū)的金屬組織與性能1 焊縫金屬區(qū)焊縫金屬區(qū)指在焊接接頭橫截面上測量的焊縫金屬的區(qū)域 2 熔合區(qū)焊縫與母材交接的過渡區(qū) 即熔合線處微觀顯示的母材半熔化區(qū) 3 熱影響區(qū)是焊接或切割過程中 材料因受熱的影響 但未熔化 而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域 按其組織特征又可分為以下四個區(qū)域 1 過熱區(qū) 2 細(xì)晶區(qū) 3 不完全重結(jié)晶區(qū) 4 再結(jié)晶區(qū) 三 焊接應(yīng)力與變形焊接時 焊件的不均勻局部加熱和冷卻是導(dǎo)致焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的根本原因 一 焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生在焊接構(gòu)件中由于焊接而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為焊接應(yīng)力 焊后殘留在焊件內(nèi)的焊接應(yīng)力稱為焊接殘余應(yīng)力 焊件由于焊接而產(chǎn)生的變形稱為焊接變形 焊后焊件殘留的變形稱為焊接殘余變形 二 焊接裂紋與焊接變形的形式焊接時 在任何情況下焊接應(yīng)力總是存在的 焊接裂紋包括縱向裂紋 橫向裂紋 內(nèi)部裂紋 根部裂紋等 焊接變形的基本形式有角變形 彎曲變形 波浪變形 收縮變形 扭曲變形 錯邊變形等 三 預(yù)防和減小焊接應(yīng)力及焊接變形的措施1 合理設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)2 焊前預(yù)熱3 反變形法4 剛性固定法5 選擇合理的焊接順序6 錘擊焊縫法7 強迫冷卻法8 焊后熱處理 四 接變形的矯正1 機械矯正法即用機械的方法將變形矯正過來 2 火焰矯正法采用局部加熱焊件的某些部位 使其受熱時膨脹 受周圍冷金屬制約引起長度方向被壓縮 冷卻時收縮而矯正變形 第二節(jié)焊條電弧焊 電弧焊是利用電弧作為熱源的熔焊方法 簡稱弧焊 焊條電弧焊是用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法 一 焊條1 焊條的組成和作用焊條是涂有藥皮的供焊條電弧焊用的熔化電極 由藥皮和焊芯兩部分組成 2 焊條的分類 1 焊條按熔渣的化學(xué)性質(zhì)分為兩大類1 酸性焊條2 堿性焊條 2 焊條按用途可分為十一大類碳鋼焊條 低合金鋼焊條等 3 焊條的選用 1 按強度等級和化學(xué)成分選用1 焊接一般結(jié)構(gòu) 一般選與焊件強度等級相同的焊條 2 焊接異種結(jié)構(gòu)鋼時 按強度等級低的鋼種選用焊條 3 焊接特殊性能鋼種 應(yīng)選用與焊件化學(xué)成分相同或相近的特種焊條 4 焊件碳 硫 磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大時 應(yīng)選用堿性焊條 5 焊接鑄造碳鋼或合金鋼時 一般選用堿性焊條 2 按焊件的工況條件選用焊條1 焊接承受動載 交變載荷及沖擊載荷的結(jié)構(gòu)件時 應(yīng)選用堿性焊條 2 焊接承受靜載的結(jié)構(gòu)件時 應(yīng)選用酸性焊條 3 焊接表面帶有油 銹 污等難以清理的結(jié)構(gòu)件時 應(yīng)選用酸性焊條 4 焊接在特殊條件 如在腐蝕介質(zhì) 高溫等條件下工作的結(jié)構(gòu)件時 應(yīng)選用特殊用途焊條 3 按焊件形狀 剛度及焊接位置選用焊條1 厚度 剛度大 形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件 應(yīng)選用堿性焊條 2 厚度 剛度不大 形狀一般 尤其是均可采用平焊結(jié)構(gòu)件 應(yīng)選用適當(dāng)?shù)乃嵝院笚l 3 除平焊外 立焊 橫焊 仰焊等焊接位置的結(jié)構(gòu)件應(yīng)選用全位置焊條 第三節(jié)其它焊接方法 一 埋弧焊定義電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法稱為埋弧焊 2 特點1 生產(chǎn)率高 2 焊接質(zhì)量高 穩(wěn)定 3 節(jié)約金屬材料 4 改善勞動條件 3 應(yīng)用常用來焊接厚度為6mm 60mm的長直焊縫和較大直徑 一般不小于250mm 的環(huán)形焊縫 二 氣體保護(hù)電弧焊用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊 簡稱氣體保護(hù)焊 一 氬弧焊1 定義 使用氬氣作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)焊 2 特點 1 焊件不易氧化 2 便于操作 容易實現(xiàn)全位置自動化 3 焊接熱影響區(qū)小 焊件不易變形 4 焊縫致密 成形美觀 5 焊接成本高 3 應(yīng)用 主要用于焊接易氧化的有色金屬和合金鋼 如鋁 鎂 鈦及其合金 耐熱鋼 不銹鋼等 二 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊1 定義 利用CO2作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)焊 簡稱CO2焊 2 特點 1 電流密度大 生產(chǎn)效率高 2 焊接熱影響區(qū)小 焊件不易變形 3 焊縫氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低 接頭抗裂性好 4 焊接成本低 3 應(yīng)用 適合于各種位置的焊接 三 電渣焊1 定義 電渣焊是利用電流通過液體熔渣所產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的方法 2 特點 1 厚大截面可一次焊成 生產(chǎn)效率高 2 焊縫金屬比較純凈 3 接頭組織粗大 焊后需進(jìn)行正火處理 3 應(yīng)用 適用于板厚40mm以上結(jié)構(gòu)的焊接 四 等離子弧焊1 定義 借助水冷噴嘴對電弧的拘束作用 獲得較高能量密度的等離子弧進(jìn)行焊接的方法稱為等離子弧焊 2 特點 1 焊件不易氧化 2 便于操作 容易實現(xiàn)全位置自動化 3 焊接熱影響區(qū)小 焊件不易變形 4 焊縫致密 成形美觀 5 電弧挺直度和方向性好 可焊接薄壁結(jié)構(gòu) 6 弧柱溫度高 焊接速度快 生產(chǎn)率高 3 應(yīng)用 等離子弧焊接已日益廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中 特別是國防工業(yè)和尖端技術(shù)所用銅合金 合金鋼 鎢 鉬 鈷 鈦等金屬的焊接 如鈦合金的導(dǎo)彈殼體 波紋管及膜盒 微型繼電器 電容器的外殼封接及飛機上一些薄壁容器等均可用等離子弧焊 五 電子束焊1 定義 利用加速和聚焦電子束轟擊置于真空或非真空中焊件所生的熱能進(jìn)行焊接的方法稱為電子束焊 2 特點 1 焊縫金屬純度高 2 焊縫表面質(zhì)量好 內(nèi)部熔合性好 3 焊接熱影響區(qū)小 焊件不易變形 4 控制靈活 精度高 適應(yīng)性強 3 應(yīng)用 電子束焊應(yīng)用廣泛 從微型電子線路組件 真空膜盒 鉬箔蜂窩結(jié)構(gòu) 原子燃料器件到大型的導(dǎo)彈外殼都可以采用電子束焊接 此外 熔點 導(dǎo)熱性 溶解度相差很大的異種金屬 在真空中使用的器件和內(nèi)部要求真空的密封器件等 用真空電子束焊接也能得到良好接頭 第四節(jié)壓焊與釬焊 一 電阻焊工件組合后通過電極施加壓力 利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的方法稱為電阻焊 電阻焊分為對焊 點焊和縫焊 一 對焊對焊是使用兩個被焊工件沿整個接觸面焊合的電阻工藝 按工藝不同可分為電阻對焊和閃光對焊 二 電阻點焊電阻點焊是焊件裝配成搭接接頭 并壓緊在兩電極之間 利用電阻熱熔化母材金屬 形成焊點的電阻焊方法 電阻點焊主要適用于各種薄板 板料沖壓結(jié)構(gòu)及鋼筋構(gòu)件 三 膠接點焊膠接點焊是以膠接加強電阻點焊強度的連接方法 它是近年來發(fā)展起來的新工藝 與電阻點焊相比 膠接點焊接頭的搭接抗剪強度可提高3倍 疲勞強度可提高9倍 四 縫焊工件裝配成搭接接頭 對接接頭 T形接頭 角接接頭等接頭形式 并置于兩滾輪電極之間 滾輪加壓工件并轉(zhuǎn)動 連續(xù)或斷續(xù)送電 形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法稱為縫焊 縫焊主要應(yīng)用于焊縫較規(guī)則 有密封要求的3mm以下薄壁結(jié)構(gòu) 二 摩擦焊摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所產(chǎn)生的熱 使端面達(dá)到熱塑性狀態(tài) 然后迅速頂鍛 完成焊接的一種壓焊方法 摩擦焊的特點 焊接表面不易氧化 接頭質(zhì)量穩(wěn)定 不易產(chǎn)生夾渣 氣孔等缺陷 廢品率低 無需焊條 焊劑及填充金屬 操作簡單 成本低 生產(chǎn)率高 易于實現(xiàn)機械化 自動化 同種金屬及異種金屬均可施焊 三 釬焊釬焊是硬釬焊和軟釬焊的總稱 根據(jù)釬料的熔點不同 釬焊分為以下兩類 1 硬釬焊使用硬釬料 熔點高于450 進(jìn)行的釬焊稱為硬釬焊 適用于受力較大及工作溫度較高的焊件 如自行車車架 切削刀具等 2 軟釬焊使用軟釬料 熔點低于450 進(jìn)行的釬焊稱為軟釬焊 用于受力不大或工作溫度較低的工件 如電子器件 儀器 儀表等 第五節(jié)堆焊與熱噴涂 一 堆焊為增大或恢復(fù)焊件尺寸 或使焊件表面獲得具有特殊性能的熔敷金屬而進(jìn)行的焊接稱為堆焊 堆焊的目的是提高零件表面的耐磨 耐熱 耐蝕等性能或修復(fù)已磨損的零件使其恢復(fù)原尺寸 二 熱噴涂熱噴涂是將熔融狀態(tài)的噴涂材料 通過高速氣流使其霧化噴射在零件表面上 形成噴涂層的一種金屬表面加工方法 除各種金屬線材的噴涂外 還可以噴涂陶瓷 玻璃 塑料等非金屬材料 以滿足各種零件表面性質(zhì)的使用要求 第六節(jié)常用金屬材料的焊接 一 金屬材料的焊接性金屬材料的焊接性是指材料在限定的施工條件下 焊接成按規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件 并滿足預(yù)定服役要求的能力 焊接性受材料 焊接方法 構(gòu)件類型及使用要求四個因素的影響 焊接性的好壞主要從兩個方面來衡量 一是焊接工藝性的優(yōu)劣 如焊接接頭產(chǎn)生的缺陷 尤其是出現(xiàn)各種裂紋傾向的大小 二是焊接接頭在使用過程中的可靠性 如焊接接頭的力學(xué)性能 耐蝕 耐熱 導(dǎo)電 導(dǎo)磁等方面性能的持久性 一般情況下 合金的含碳量越高 其焊接性就會越差 二 碳素鋼的焊接1 低碳鋼的焊接低碳鋼塑性好 一般沒有淬硬傾向 對焊接熱過程不敏感 具有良好的焊接性 焊接時一般不需要采取特殊的工藝措施即可獲得優(yōu)質(zhì)接頭 但對于厚度大于50mm的構(gòu)件 需用多層焊 焊后應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力退火 在低溫條件下焊接剛度大的構(gòu)件時 由于溫差大而變形又受到限制 會導(dǎo)致較大的焊接應(yīng)力 應(yīng)進(jìn)行焊前預(yù)熱 重要構(gòu)件常進(jìn)行焊后去應(yīng)力退火或正火 低碳鋼可以用各種方法進(jìn)行焊接 常用的是焊條電弧焊 埋弧焊 電阻焊 電渣焊和氣體保護(hù)焊 一般結(jié)構(gòu)常使用酸性焊條 如E4303 E4320 E4301 E4310等 對于承受重載或低溫下工作的重要構(gòu)件 以及厚度大 剛度大的構(gòu)件可采用低氫型焊條 如E5015 E5016 E4316等 埋弧焊一般采用H08A或H08MnA焊絲 配以HJ431焊劑進(jìn)行焊接 2 中 高碳鋼的焊接中 高碳鋼屬于淬火鋼 隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加 其淬硬傾向漸趨嚴(yán)重 焊接性明顯變差 通常焊接中碳鋼的鑄件或鍛件 焊接時一般從兩方面著手 一是選用適當(dāng)?shù)暮笚l 如抗裂性好的低氫型焊條或奧氏體不銹鋼焊條等 二是采用一定的焊接工藝措施 如焊前預(yù)熱工件 采用細(xì)焊條 小電流 開坡口 多層焊 防止母材金屬過多地深入焊縫 以防止產(chǎn)生熱裂紋 并采用焊后緩冷以防止產(chǎn)生冷裂紋等 高碳鋼工件則只用于補焊而很少用于構(gòu)件的焊接 三 低合金鋼的焊接1 低合金鋼焊接經(jīng)常出現(xiàn)的問題 1 熱裂紋熱裂紋指焊接過程中 焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)產(chǎn)生的焊接裂紋 其原因在于低合金鋼的焊接過程中銅 硼 氮等元素成為形成裂紋的敏感元素 2 冷裂紋焊接接頭冷卻到較低溫度下 對于鋼來說在Ms溫度以下 時產(chǎn)生的焊接裂紋稱為冷裂紋 冷裂紋常發(fā)生在高強度鋼的厚板結(jié)構(gòu)中 其原因是接頭的剛度大 造成的局部應(yīng)力大 或在冷卻過程中氫析出后聚集造成局部應(yīng)力超過了鋼的強度極限 3 白點在焊縫金屬拉斷面上 出現(xiàn)的如魚目狀的一種白色圓形斑點稱為白點 其產(chǎn)生原因是焊接過程中吸收了過量的氫 故又稱氫白點 低合金鋼焊接主要根據(jù)不同鋼號的屈服點等級選擇焊接材料 應(yīng)遵守等強度 某些鋼號應(yīng)考慮成分相同或相近 原則 對于厚度大 剛度大的構(gòu)件或在低溫下焊接時應(yīng)考慮使用低氫型焊條 焊前進(jìn)行預(yù)熱等 嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)范施焊 四 不銹鋼的焊接不銹鋼中應(yīng)用最廣泛的是奧氏體不銹鋼 常采用焊條電弧焊和鎢極氬弧焊 也可用埋弧焊 焊條電弧焊時 應(yīng)選用與母材化學(xué)成分相同的焊條 氬弧焊和埋弧焊時 選用的焊絲應(yīng)保證焊縫化學(xué)成分與母材相同 焊接奧氏體不銹鋼的主要問題是晶界腐蝕和熱裂紋 由于不銹鋼在500 800 范圍內(nèi)長時間停留 晶界處將析出碳化鉻 引起晶界貧鉻區(qū) 使接頭喪失耐蝕性能 因此 應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)暮附硬牧霞安捎眯‰娏?快速焊 強制冷卻等措施以防止晶界腐蝕 熱裂紋是由于晶界處易形成低熔點硫 磷等共晶 且此類鋼本身熱導(dǎo)率較小 僅為低碳鋼的1 3左右 而線膨脹系數(shù)大 約比低碳鋼大50 故在焊接時易形成較大拉應(yīng)力 應(yīng)嚴(yán)格控制硫 磷等雜質(zhì)的含量 五 鑄鐵的補焊為修補工作 鑄件 鍛件 機械加工件或焊接結(jié)構(gòu)件 的缺陷而進(jìn)行的焊接稱為補焊 1 避免白口和裂紋的措施白口組織出現(xiàn)的主要因素是碳含量高 如果能使焊縫金屬緩慢冷卻 調(diào)整熱循環(huán) 使碳元素可以自由地游離出來 就可以降低白口組織的形成 若能進(jìn)一步調(diào)節(jié)焊縫金屬的化學(xué)成分則會達(dá)到更好的效果 硅 鋁等是促進(jìn)石墨化元素 其含量的提高可促進(jìn)碳以石墨形態(tài)析出 而硫 鉻等則是反石墨化元素 在焊接材料中應(yīng)增大促進(jìn)石墨化元素的含量 降低反石墨化元素的含量 以防止或降低白口的形成傾向 同時 在焊接過程中應(yīng)采取種種措施 減小焊接應(yīng)力 防止裂紋的產(chǎn)生 2 鑄鐵的補焊方法及補焊材料 1 鑄鐵的補焊方法補焊方法有熱焊法 即焊前將工件全部或局部預(yù)熱到500 700 焊后在爐中緩慢冷卻 半熱焊法 即焊前將工件預(yù)熱到400 以下進(jìn)行補焊的方法 2 鑄鐵補焊材料一般采用鑄鐵焊條 常用的鑄鐵焊條有兩類 一類為焊縫金屬是鑄鐵組織的焊條 如E