材料成型工藝基礎(chǔ)(何柏林)課件

1、材料成形工藝基礎(chǔ)工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)華東交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院材料工程系第章 金屬的液態(tài)成形概述1.1液態(tài)成形理論基礎(chǔ)1.2鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.3砂型鑄造1.41.6特種鑄造1.5鑄造缺陷1.1 概述工程材料毛 坯機(jī)械（切削）加工零 件機(jī)械產(chǎn)品鑄造鍛造焊接粉末冶金預(yù)先熱處理最終熱處理熱處理裝配（退/正火）（淬/回火）毛坯成形方法注塑成型機(jī)械產(chǎn)品成形方法1.1 概述春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，我國(guó)開(kāi)始大量使用鐵器（如澆鑄農(nóng)具用的鐵模），隨后出現(xiàn)了煉鋼、鍛造、釬焊和退火、淬火、正火、滲碳等熱處理技術(shù)。一直到明朝，在這之前的多年間，我國(guó)鋼鐵的產(chǎn)量及金屬材料成形工藝技術(shù)一直在世界上遙遙領(lǐng)先。近現(xiàn)代鑄造技術(shù)落后于發(fā)達(dá)

2、國(guó)家。現(xiàn)代連鑄連軋 古代鑄造技術(shù) 1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)金屬液態(tài)成形（鑄造）：將液態(tài)金屬在重力或外力作用下充填到型腔中，待其凝固冷卻后，獲得所需形狀和尺寸的毛坯或零件的方法。液態(tài)成形具有適應(yīng)性廣，工藝靈活性大（材料、大小、形狀幾乎不受限制），適合形狀復(fù)雜的箱體、機(jī)架、閥體、泵體、缸體等的制造；制造成本較低，鑄件與最終零件的形狀相似、尺寸相近。液態(tài)成形的主要缺點(diǎn)是組織疏松、晶粒粗大，鑄件內(nèi)部常有縮孔、縮松、氣孔等缺陷產(chǎn)生，導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能，特別是沖擊性能較差。1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)金屬凝固原理凝固（結(jié)晶）形核和長(zhǎng)大影響鑄件組織的因素：（1）原始爐料（2）冷卻速度（3）孕育處理鑄件的凝固方式：

3、逐層凝固；糊狀凝固；中間凝 固1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)鑄件的凝固方式:逐層凝固；糊狀凝固；中間凝固1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)影響鑄件凝固方式的因素合金的結(jié)晶溫度范圍(合金的結(jié)晶溫度范圍越小，凝固區(qū)域越窄，越傾向于逐層凝固。如砂型鑄造時(shí)，低碳鋼結(jié)晶溫度范圍小，為逐層凝固；高碳鋼結(jié)晶溫度范圍甚寬，為糊狀凝固。鑄件的溫度梯度(在合金結(jié)晶溫度范圍已定的前提下，凝固區(qū)域的寬窄取決于鑄件內(nèi)外層間的溫度梯度。若鑄件的溫度梯度由小變大，則其對(duì)應(yīng)的凝固區(qū)由寬變窄。)1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)鑄件的溫度梯度合金的性質(zhì)(合金的凝固溫度越低，熱導(dǎo)率越高，結(jié)晶潛熱越大，鑄件內(nèi)部溫度均勻化能力越大，因而使鑄型的激冷作用變小，

4、故溫度梯度越?。ㄈ缍鄶?shù)鋁合金）。鑄型的蓄熱能力(鑄型蓄熱能力越強(qiáng)，激冷能力越強(qiáng)，鑄件溫度梯度越大)澆注溫度(澆注溫度越高，因帶入鑄型中熱量增多，鑄件的溫度梯度減小。)1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)總結(jié)：具有逐層凝固傾向的合金（如灰鑄鐵、鋁硅合金等） 易于鑄造，應(yīng)盡量選用。當(dāng)必須采用有糊狀凝固傾向的合金（如錫青銅、鋁銅合金、球墨鑄鐵等）時(shí)，需考慮采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?，選用金屬型鑄造等，以減小其凝固區(qū)域。1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)1.定義：合金在鑄造成形的整個(gè)工藝過(guò)程中，獲得外形正確、內(nèi)部健全鑄件的性能2.衡量因素：充型能力、收縮性（1）合金的充型能力影響因素：內(nèi)部條件：金屬的流動(dòng)能力螺旋形流動(dòng)性試樣

5、外部條件：鑄型條件、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)金屬與合金的鑄造性能螺旋形流動(dòng)性試樣1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)金屬與合金的鑄造性能（2）合金的收縮定義：從液態(tài)到常溫下，體積和尺寸縮小的現(xiàn)象。表示方法：體收縮率v 、線收縮率l1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)金屬與合金的鑄造性能（2）合金的收縮收縮的三個(gè)階段：液態(tài)收縮：從澆注溫度到液相線溫度 體收縮凝固收縮：從液相線到固相線溫度 體收縮固態(tài)收縮：固相線溫度到室溫 線收縮影響收縮的因素：合金收縮性(成分、溫度、組織轉(zhuǎn)變）、澆注條件、鑄型結(jié)構(gòu)、鑄件結(jié)構(gòu)、外界阻力1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)1.縮孔定義：鑄件凝固結(jié)束后在某些部位出現(xiàn)的大而集中的孔洞形成

6、原因：液態(tài)收縮和凝固收縮遠(yuǎn)大于固態(tài)收縮形成條件：(1)金屬恒溫或很窄范圍內(nèi)結(jié)晶 (2)逐層凝固方式鑄造性能對(duì)鑄件質(zhì)量的影響1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)液態(tài)合金填滿鑄型后見(jiàn)圖 a，因鑄型吸熱，靠近型腔表面的金屬很快就降到凝固溫度，凝固成一層外殼見(jiàn)圖，溫度繼續(xù)下降，合金逐層凝固，凝固層加厚，內(nèi)部的剩余的液體，由于液態(tài)收縮和補(bǔ)充凝固層的凝固收縮，體積縮減，液面下降，鑄件內(nèi)部出現(xiàn)空隙見(jiàn)圖，直到內(nèi)部完全凝固，在鑄件上部形成縮孔見(jiàn)圖。已經(jīng)形成縮孔的鑄件繼續(xù)冷卻到室溫時(shí)，因固態(tài)收縮使鑄件的外形輪廓尺寸略有縮小見(jiàn)圖。合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大，澆注溫度越高，鑄件的壁越厚，縮孔的容積就越大。1.2 液態(tài)成形理論基

7、礎(chǔ)2.縮松定義：鑄件凝固后在某些部位出現(xiàn)的細(xì)小而分散的孔洞形成原因：液態(tài)收縮和凝固收縮遠(yuǎn)大于固態(tài)收縮形成條件:(1)金屬很寬范圍內(nèi)結(jié)晶 (2)糊狀凝固方式鑄造性能對(duì)鑄件質(zhì)量的影響1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)一般合金在凝固過(guò)程中都存在液-固兩相區(qū)，樹(shù)枝狀晶在其中不斷擴(kuò)大見(jiàn)圖。枝晶長(zhǎng)到一定程度，枝晶分叉間的熔融合金被分離成彼此孤立的狀態(tài)見(jiàn)圖，它們繼續(xù)凝固時(shí)也將產(chǎn)生收縮，這種凝固方式稱糊狀凝固。這時(shí)鑄件中心雖有液體存在，但由于樹(shù)枝晶的阻礙使之無(wú)法補(bǔ)縮，在凝固后的枝晶分叉間就形成許多微小的孔洞(縮松）見(jiàn)圖。1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)鑄造性能對(duì)鑄件質(zhì)量的影響3.縮松和縮孔的防止（1）基本原則 使縮松轉(zhuǎn)化為縮孔

8、 順序凝固 安置冒口（2）工藝措施 合理確定內(nèi)澆口位置及澆注工藝 合理應(yīng)用冒口、冷鐵等工藝措施1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)鑄件上每一部分的收縮都得到稍后凝固部分的合金液的補(bǔ)充，縮孔轉(zhuǎn)移到冒口部位，切除后便可得到無(wú)縮孔的致密鑄件。冒口、冷鐵和補(bǔ)貼的綜合運(yùn)用是消除縮孔、縮松的有效措施。同時(shí)凝固原則即采用相應(yīng)工藝措施使鑄件各部分溫度均勻，在同一時(shí)間內(nèi)凝固。階梯形鑄件在壁厚較大的處放置冷鐵，以加快該處的冷卻速率；在壁薄的處開(kāi)設(shè)多個(gè)內(nèi)澆道，使此處始終保持高溫，則該鑄件在縱斷面上得到均勻的溫度場(chǎng)，從而達(dá)到、三部分同時(shí)凝固的目的。1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)鑄造性能對(duì)鑄件質(zhì)量的影響4.鑄造應(yīng)力（1）定義：鑄件在冷卻

9、凝固過(guò)程中，各部分體積變化不一致，彼此制約形成內(nèi)應(yīng)力（2）分類：臨時(shí)應(yīng)力、殘留應(yīng)力（3）形成原因熱應(yīng)力：鑄件壁厚不均勻，各部分冷卻速度不同，以致在同一時(shí)間內(nèi)鑄件各部分收縮不一致引起-殘留應(yīng)力機(jī)械阻礙應(yīng)力：鑄件冷卻到彈性狀態(tài)后，受到機(jī)械阻礙產(chǎn)生應(yīng)力，拉應(yīng)力-臨時(shí)應(yīng)力1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)鑄造性能對(duì)鑄件質(zhì)量的影響(4)減小和消除鑄造應(yīng)力的方法盡量選擇彈性模量和收縮系數(shù)小的合金材料減小砂型的緊實(shí)度，或在型芯、型砂內(nèi)加入木屑、焦炭末等附加物合理設(shè)置內(nèi)澆口和冒口使鑄件各部分溫度分布均勻盡量避免阻礙收縮的結(jié)構(gòu)去應(yīng)力退火1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)鑄造性能對(duì)鑄件質(zhì)量的影響5.鑄件的熱裂（1）出現(xiàn)時(shí)期：出現(xiàn)在凝

10、固末期高溫下（2）形成原因：凝固方式：寬凝固溫度范圍、糊狀凝固凝固受到阻礙（3）防止措施結(jié)構(gòu)合理，壁厚均勻減少收縮阻力減少有害元素1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)鑄造性能對(duì)鑄件質(zhì)量的影響鑄件的變形鑄件的冷裂低溫下的裂紋6.鑄件的冷裂和變形1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)鑄造性能對(duì)鑄件質(zhì)量的影響7.氣孔和金屬夾雜物（1）氣孔 1）危害減少鑄件的有效截面積；產(chǎn)生局部應(yīng)力集中；降低鑄件的強(qiáng)度和塑性；彌散性氣孔使鑄件組織疏松，降低鑄件的氣密性 2）防止氣孔的方法減少金屬液的原始含氣量；熔煉時(shí)使金屬液與氣體隔開(kāi)；除氣處理；提高冷卻速度或增加外壓（2）非金屬夾雜物 1）危害降低疲勞強(qiáng)度；沖擊韌性下降；降低合金的鑄造性能：

11、降低流動(dòng)性、熱裂紋、微觀縮孔和氣縮孔 2）防止非金屬夾雜物的工藝措施控制易氧化元素含量；加入溶劑吸收或捕捉雜物；真空或保護(hù)氣體下澆注；沖型平穩(wěn)；型砂配方1.2 液態(tài)成形理論基礎(chǔ)1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 鑄造工藝設(shè)計(jì)可分為三個(gè)基本部分，即鑄造合金準(zhǔn)備、鑄型設(shè)計(jì)和鑄件處理。 鑄造合金是指鑄造生產(chǎn)中用于澆注鑄件的金屬材料，它是以一種金屬元素為主要成分，并加入其他金屬或非金屬元素而組成的合金，主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金。鑄件工藝參數(shù)的選擇1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 鑄造工藝參數(shù)包括收縮率、加工余量、起模斜度、鑄造圓角及芯頭、芯座等。 為了補(bǔ)償收縮，模樣比鑄件圖樣尺寸增大的數(shù)值稱為收縮余量（收縮率）。

12、收縮余量的大小與鑄件尺寸的大小、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和鑄造合金的線收縮率有關(guān)，通常以鑄件線收縮率表示。鑄造收縮率K表達(dá)式為： 通常，灰鑄鐵的鑄造收縮率為.，鑄造碳鋼為.，鑄造錫青銅為.。鑄件工藝參數(shù)的選擇 鑄件為進(jìn)行機(jī)械加工而加大的尺寸稱為機(jī)械加工余量。在零件圖上標(biāo)有加工符號(hào)的地方，制模時(shí)必須留有加工余量。加工余量的大小，要根據(jù)鑄件的大小、生產(chǎn)批量、合金種類、鑄件復(fù)雜程度及加工面在鑄型中的位置來(lái)確定?；诣T鐵件表面光滑平整，精度較高，加工余量小；鑄鋼件的表面粗糙，變形較大，其加工余量比鑄鐵件要大；非鐵金屬件由于表面光潔、平整，其加工余量可以適當(dāng)減小；機(jī)器造型比手工造型精度高，故加工余量可減小。 零件上

13、的孔與槽是否鑄出，應(yīng)考慮工藝上的可行性和使用上的必要性。1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 為使模樣容易地從鑄型中取出或型芯自芯盒中脫出，所設(shè)計(jì)的平行于起模方向在模樣或芯盒壁上的斜度，稱為起模斜度。 起模斜度的大小根據(jù)立壁的高度、造型方法和模樣材料來(lái)確定。立壁愈高，斜度愈小；外壁斜度比內(nèi)壁小；機(jī)器造型的一般比手工造型的小；金屬模斜度比木模小。 芯頭指型芯的外伸部分，不形成鑄件輪廓，只落入芯座內(nèi)，用以定位和支撐型芯。模樣上用以在型腔內(nèi)形成芯座并放置芯頭的突出部分也稱芯頭。因此芯頭的作用是保證型芯能準(zhǔn)確地固定在型腔中，并承受型芯本身所受的重力、熔融金屬對(duì)型芯的浮力和沖擊力等。此外，型

14、芯還利用芯頭向外排氣。鑄型中專為放置芯頭的空腔稱芯座。芯頭和芯座都應(yīng)有一定斜度，便于下芯和合型。1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 鑄件上兩壁之間應(yīng)為圓角連接(鑄造圓角），以防止沖砂及在尖角處產(chǎn)生縮孔、應(yīng)力、裂紋及黏砂等缺陷。圓角半徑一般為轉(zhuǎn)角處兩壁平均厚度的/左右。鑄件毛坯在表面的相交處，都有鑄造圓角，既能方便起模，又能防止?jié)茶T金屬液時(shí)將砂型轉(zhuǎn)角處沖壞，還可以避免鑄件在冷卻時(shí)產(chǎn)生裂縫或縮孔。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 在鑄型中引導(dǎo)液體金屬進(jìn)入型腔的通道稱為澆注系統(tǒng)，它對(duì)金屬液的流動(dòng)方向、壓力傳遞、填充速度、填充時(shí)間、排氣條件、型（模）溫分布都起著重要的控制和調(diào)節(jié)作用；

15、同時(shí)也是決定鑄件表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量的重要因素。 金屬液在壓鑄過(guò)程中的充型狀態(tài)是由壓力、速度、時(shí)間、溫度、排氣等因素綜合作用形成的，因而澆注系統(tǒng)與壓力傳遞、合金流速、填充時(shí)間、凝固時(shí)間、型（模）溫度、排氣條件有著密切的關(guān)系。1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 澆注系統(tǒng)的作用是：引導(dǎo)液體金屬平穩(wěn)地充滿型腔，避免沖壞型壁和型芯； 擋住熔渣進(jìn)入型腔； 調(diào)節(jié)鑄件的凝固順序。圖中的冒口是為了保證鑄件質(zhì)量而增設(shè)的，其作用是排氣、浮渣和補(bǔ)縮。對(duì)厚薄相差大的鑄件，都要在厚大部分的上方適當(dāng)開(kāi)設(shè)冒口。1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)澆注系統(tǒng)可以分為階梯式、底注式、中注式和頂注式幾類1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)澆注位置和分型面的選擇 澆注

16、時(shí)鑄件在鑄型中所處的位置稱為澆注位置。鑄件在澆注系統(tǒng)的位置，對(duì)鑄件質(zhì)量、造型方法、砂箱尺寸、機(jī)械加工余量等都有著很大的影響。在選定澆注位置時(shí)應(yīng)以保證鑄件質(zhì)量為主，一般應(yīng)注意下面的幾個(gè)原則。 應(yīng)將鑄件上質(zhì)量要求高的表面或主要的加工面，放在鑄型的下面。1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 對(duì)于一些需要補(bǔ)縮的鑄件，應(yīng)把截面較厚的部分放在鑄型的上部或側(cè)面。這樣便于在鑄件的厚壁處放置冒口，形成良好的順序凝固，有利于鑄件補(bǔ)縮。 對(duì)于具有大面積的薄壁部分放在鑄型的下部，同時(shí)盡量使薄壁立著或傾斜著澆注，這樣有利于金屬的充填。1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 對(duì)于具有大平面的鑄件，應(yīng)將鑄件的大平面放在鑄型的下面，可使鑄件的大平面不

17、容易產(chǎn)生夾砂等缺陷。 對(duì)于帶有型芯的鑄件，應(yīng)使型芯能放置牢固并在合箱時(shí)便于檢驗(yàn)。筒體鑄件臥澆時(shí)的情況。由于型芯較長(zhǎng)，剛度不夠，在金屬液的浮力作用下，型芯產(chǎn)生如圖虛線所示的彎曲變形。若改為立澆，就可以避免上述不良情況的產(chǎn)生。 應(yīng)使鑄件總的生產(chǎn)工時(shí)和材料消耗最少。1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 鑄型分型面的選擇恰當(dāng)與否會(huì)影響鑄件質(zhì)量，選擇不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致制模、造型、造芯、合箱或清理等工序復(fù)雜化，甚至還會(huì)增大切削加工的工作量。在選擇鑄型分型面時(shí)，一般應(yīng)注意下面幾點(diǎn)。鑄型分型面的選擇原則 便于起模，使造型工藝簡(jiǎn)化，盡量使分型面平直、數(shù)量少，避免不必要的活塊和型芯。1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 盡量把鑄件的大部分或全部

18、放在下型內(nèi)，這樣可將主要的型芯放在下型，便于型芯的安放和檢驗(yàn)，還可使上型的高度減低，便于合箱。1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 應(yīng)使鑄件的加工面及加工基準(zhǔn)面，放在同一個(gè)鑄型內(nèi)。1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 應(yīng)使鑄模容易從鑄型中取出，并盡量減少活塊模、高大的吊砂和彎曲的分型面等。 盡量減少型芯的使用。這樣可以省去制造和安放型芯的工作，也可減少由此造成的誤差及產(chǎn)生的披縫，降低鑄件的制造成本。 鑄件的不加工表面應(yīng)盡量避免有披縫。 鑄型的分型面，應(yīng)盡量能與澆注位置一致。這樣可避免合箱后，再翻動(dòng)鑄型。因翻箱操作是一個(gè)很繁重的工作，同時(shí)在翻動(dòng)鑄型時(shí)，可能使型芯的位置發(fā)生移動(dòng)，影響鑄件的精度或造成缺陷。 選擇分型面的上

19、述諸原則，對(duì)于某個(gè)具體的鑄件來(lái)說(shuō)難以全面滿足，有時(shí)甚至互相矛盾。因此，必須抓住主要矛盾、全面考慮，至于次要矛盾，則應(yīng)從工藝措施上設(shè)法解決。1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 為保證鑄件的質(zhì)量，提高產(chǎn)生產(chǎn)率，降低成本，鑄造生產(chǎn)需根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)，并繪制成圖。 在生產(chǎn)鑄件之前，編制出控制該鑄件生產(chǎn)工藝的技術(shù)文件等工作稱為鑄造工藝設(shè)計(jì)。鑄造工藝設(shè)計(jì)主要是畫鑄造工藝圖、鑄件毛坯圖、鑄型裝配圖和編寫工藝卡片等，它們是鑄造生產(chǎn)的指導(dǎo)性文件，也是生產(chǎn)準(zhǔn)備、管理和鑄件驗(yàn)收的依據(jù)。因此，鑄造工藝設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)鑄件的質(zhì)量、生產(chǎn)率及成本起著決定性的作用。 鑄造成形工藝設(shè)計(jì)鑄件

20、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：保證其工作性能和力學(xué)性能要求、考慮鑄造工藝和合金鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否，對(duì)鑄件的質(zhì)量、生產(chǎn)率及其成本有很大的影響。砂型鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求：鑄件的外形必須力求簡(jiǎn)單、造型方便。鑄件的內(nèi)腔必須力求簡(jiǎn)單、盡量少用型芯。1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.3 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)合金鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求： 1.鑄件的壁厚應(yīng)盡可能均勻； 2.鑄件內(nèi)表面及外表面轉(zhuǎn)角的連接處應(yīng)為圓角 ； 3.鑄件上部大的水平面（按澆注位置）最好設(shè)計(jì)成傾斜面； 4.為了防止裂紋，應(yīng)盡可能采用能夠自由收縮或

21、減緩收縮受阻的結(jié)構(gòu)，如輪輻設(shè)計(jì)成彎曲形狀； 5.在鑄件的連接或轉(zhuǎn)彎處，應(yīng)盡量避免金屬的積聚和內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，厚壁與薄壁相連接要逐步過(guò)渡，并不能采用銳角連接，以防止出現(xiàn)縮孔、縮松和裂紋。 6.對(duì)細(xì)長(zhǎng)件或大而薄的平板件，為防止彎曲變形，應(yīng)采用對(duì)稱或加肋的結(jié)構(gòu)。1.4 砂型鑄造 砂型鑄造是將液態(tài)金屬澆入砂型的鑄造方法。砂型鑄造是目前最常用、最基本的鑄造方法。黏土砂型砂的種類樹(shù)脂砂水玻璃砂油砂和合脂砂型（芯）砂要具有“一強(qiáng)三性”，即一定的強(qiáng)度、透氣性、耐火性和退讓性。1.4 砂型鑄造手工造型 手工造型操作方便靈活、適應(yīng)性強(qiáng)，模樣生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間短。但生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，鑄件質(zhì)量不易保證。只適用于單件小批量

22、生產(chǎn)。1.4 砂型鑄造1.4 砂型鑄造整模造型1.4 砂型鑄造1.4 砂型鑄造分模造型1.4 砂型鑄造1.4 砂型鑄造挖沙造型1.4 砂型鑄造1.4 砂型鑄造活塊造型1.4 砂型鑄造1.4 砂型鑄造刮板造型1.4 砂型鑄造1.4 砂型鑄造三箱造型1.4 砂型鑄造機(jī)器造型（芯） 手工造型中的摏箱、起模兩工序不僅效率低，勞動(dòng)條件差，而且鑄件尺寸不準(zhǔn)確。機(jī)器造型能較好的改變上述缺點(diǎn)，是大批量生產(chǎn)砂型（芯）的主要方法，能夠顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，并提高鑄件的尺寸精度、表面質(zhì)量，使加工余量減小。用機(jī)器代替手工進(jìn)行造型（芯），稱機(jī)器造型（芯）。造型過(guò)程包括：填砂、緊實(shí)、起模、下芯、合箱以及鑄型、

23、砂箱的運(yùn)輸?shù)裙に嚟h(huán)節(jié)。大部分造型機(jī)主要是實(shí)現(xiàn)型砂的緊實(shí)和起模工序的機(jī)械化，至于合箱、鑄型和砂箱的運(yùn)輸則由輔助機(jī)械來(lái)完成。不同的緊砂方法和起模方式的組合，組成了不同的造型機(jī)。造型機(jī)的種類很多，按緊砂方法不同可分：震壓式造型機(jī)、震實(shí)式造型機(jī)、壓實(shí)式造型機(jī)、射壓式造型機(jī)及氣沖式造型機(jī)等。1.4 砂型鑄造機(jī)器造型（芯）1.5 特種鑄造特種鑄造特種鑄造是指與砂型鑄造不同的其它鑄造方法。 金屬型鑄造 熔模鑄造 壓力鑄造 離心鑄造 消失模鑄造 低壓鑄造 陶瓷型鑄造 擠壓鑄造 磁型鑄造 1.5 特種鑄造金屬型鑄造是指在重力作用下將金屬液澆注入金屬鑄型獲得鑄件的方法。鑄型用金屬制成，可以反復(fù)使用幾百次到幾千次。

24、金屬型是指用金屬材料制成的鑄型。壓力鑄造是指熔融金屬在高壓下高速充型，并在壓力下凝固的鑄造方法。1.5 特種鑄造離心鑄造是指將金屬液澆入繞著水平、傾斜或立軸旋轉(zhuǎn)的鑄型中，在離心力的作用下，充填鑄型并凝固成鑄件的鑄造方法。離心鑄造是在離心鑄造機(jī)上進(jìn)行的，其鑄件軸線與鑄型回轉(zhuǎn)軸線重合。這類鑄件多是簡(jiǎn)單的圓筒形，鑄造時(shí)不用砂芯就可形成圓筒的內(nèi)孔。1.5 特種鑄造熔模鑄造是指用易熔材料（如石蠟）制成模樣，在模樣上涂覆若干層耐火材料制成型殼，熔出模樣后經(jīng)高溫焙燒，即可澆注的鑄造方法。1.5 特種鑄造實(shí)型鑄造又稱為氣化模鑄造或消失模鑄造，其原理是采用聚苯乙烯泡沫塑料模樣代替普通模樣造型后，模樣不取出就澆入

25、金屬液，在液態(tài)金屬熱的作用下，模樣燃燒、氣化而消失，金屬液取代了模樣所占的位置，冷卻凝固后即可獲得所需要的鑄件。1.5 特種鑄造 鑄造工藝過(guò)程復(fù)雜，影響鑄件質(zhì)量的因素很多，往往由于原材料控制不嚴(yán)，工藝方案不合理，生產(chǎn)操作不當(dāng)，管理制度不完善等原因，會(huì)使鑄件產(chǎn)生各種鑄造缺陷。 鑄造生產(chǎn)工序多，很容易使鑄件產(chǎn)生各種缺陷，在整個(gè)鑄造過(guò)程中，都必須進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，包括： （）鑄件外觀質(zhì)量檢驗(yàn) （）鑄件內(nèi)在質(zhì)量檢驗(yàn) （）鑄件使用質(zhì)量檢驗(yàn)1.6 鑄件缺陷和檢驗(yàn)第2章 金屬的塑性成形概述2.1金屬的塑性成形原理2.2自由鍛造2.3模型鍛造2.42.6板料沖壓成型工藝2.5其他塑性成形方法先進(jìn)塑性成形工藝2.7

26、2.1 概述金屬塑性成形（壓力加工）是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的生產(chǎn)方法。凡是有一定塑性的金屬，均可以進(jìn)行壓力加工，塑性變形是壓力加工的基礎(chǔ)。2.1 概述金屬塑性成形在工業(yè)生產(chǎn)中分為：軋制、擠壓、拉拔、自由鍛造、模型鍛造、板料沖壓等。塑性成形（壓力加工）的特點(diǎn)2.1 概述1改善金屬的組織、提高力學(xué)性能 2節(jié)約材料 3較高的生產(chǎn)率 4毛坯或零件的精度較高 5適用范圍廣 2.2 金屬的塑性成形原理單晶體多晶體金屬塑性變形滑移孿晶2.2 金屬的塑性成形原理塑性成形的基本規(guī)律1體積不變規(guī)律2最小阻力定律3加工硬化及卸載彈性恢復(fù)規(guī)律金屬中發(fā)生滑移的

27、是那些滑移系與外力夾角等于或接近于的晶粒，使位錯(cuò)在晶界附近塞積，當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使相鄰晶粒中原來(lái)處于不利位向滑移系上的位錯(cuò)開(kāi)始滑動(dòng)，從而使滑移由一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。2.2 金屬的塑性成形原理影響金屬塑性變形的因素1金屬的本質(zhì)1.化學(xué)成分2.組織狀態(tài)2變形條件1.變形溫度2.變形速率3.應(yīng)力狀態(tài)2.3 自由鍛造 自由鍛造（自由鍛）是將加熱好的金屬坯料，放在鍛造設(shè)備的上、下砧鐵之間，施加沖擊力或壓力，使之產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需鍛件的一種加工方法。坯料在鍛造過(guò)程中，除與上、下砧鐵或其他輔助工具接觸的部

28、分表面外，都是自由表面，變形不受限制，故稱自由鍛造。自由鍛造時(shí)，除與上、下砧鐵接觸的金屬部分受到約束外，金屬坯料朝其他各個(gè)方向均能自由變形流動(dòng)，不受外部的限制，故無(wú)法精確控制變形的發(fā)展。2.3 自由鍛造自由鍛的特點(diǎn)：工具簡(jiǎn)單可以鍛造各種重量的鍛件所需設(shè)備噸位小尺寸精度低，加工余量大適用于單件和小批量生產(chǎn)。 自由鍛生產(chǎn)中能進(jìn)行的工序很多，可分為基本工序、輔助工序、精整工序三大類。其基本工序是實(shí)現(xiàn)鍛件變形的基本工序，如鐓粗、拔長(zhǎng)、彎曲、沖孔、切割、扭轉(zhuǎn)和錯(cuò)移等。輔助工序是為基本工序的實(shí)現(xiàn)而對(duì)坯料進(jìn)行的少量變形的預(yù)先工序，如壓鉗口、壓鋼錠棱邊、切肩等。精整工序是在基本工序后對(duì)鍛件表面缺陷進(jìn)行整形的工

29、序，如清除鍛件表面凸凹不平等，一般在終鍛溫度以下進(jìn)行。2.3 自由鍛造使坯料橫截面減小而長(zhǎng)度增加的工序稱為拔長(zhǎng)。2.3 自由鍛造使坯料高度減小而橫截面增大的工序稱為鐓粗。2.3 自由鍛造 在坯料上沖出通孔或不通孔的工序稱為沖孔。2.3 自由鍛造使空心坯料的外徑減小，壁厚減薄，而長(zhǎng)度增加的工序稱為芯軸拔長(zhǎng)。使空心坯料內(nèi)外徑同時(shí)增大，壁厚減薄，長(zhǎng)度略有增加的工序稱為芯軸擴(kuò)孔。2.3 自由鍛造2.3 自由鍛造繪制鍛件圖確定變形工步計(jì)算坯料重量和尺寸選定設(shè)備 選定鍛造設(shè)備的依據(jù)是鍛件的材料、尺寸和重量，同時(shí)也要考慮車間現(xiàn)有的設(shè)備條件。錘上自由鍛工序規(guī)程的制定繪制鍛件圖2.3 自由鍛造自由鍛件結(jié)構(gòu)工藝性

30、2.3 自由鍛造對(duì)于自由鍛件結(jié)構(gòu)總的要求是：在滿足使用性能要求的前提下，鍛件形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單和規(guī)則，使鍛造方便，節(jié)約金屬和提高效率，具體要求如下。2.3 自由鍛造2.3 自由鍛造2.3 自由鍛造在模鍛設(shè)備上，利用高強(qiáng)度鍛模，使金屬坯料在模膛內(nèi)受壓產(chǎn)生塑性變形，而獲得所需形狀、尺寸以及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件加工方法稱為模型鍛造。在變形過(guò)程中由于模膛對(duì)金屬坯料流動(dòng)的限制，因而鍛造終了時(shí)可獲得與模膛形狀相符的模鍛件。2.4 模型鍛造模型鍛造1錘上模鍛2壓力機(jī)上模鍛3胎模鍛2.4 模型鍛造2.4 模型鍛造特點(diǎn)：由于有模膛引導(dǎo)金屬的流動(dòng)，鍛件的形狀可以比較復(fù)雜；鍛件內(nèi)部的鍛造流線比較完整，從而提高了零件的機(jī)械性能

31、和使用壽命；鍛件表面光整，尺寸精度高，節(jié)約材料和切削加工工時(shí)；4）生產(chǎn)率較高；5）操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化6）生產(chǎn)批量越大成本越低。2.4 模型鍛造2.4 模型鍛造2.4 模型鍛造避免設(shè)計(jì)深孔、多孔結(jié)構(gòu)，以便于模具制造和延長(zhǎng)模具壽命；孔徑小于30mm或孔深大于直徑兩倍時(shí)，鍛造困難。對(duì)復(fù)雜鍛件，為減少敷料，簡(jiǎn)化模鍛工藝，在可能條件下，應(yīng)采用鍛造焊接或鍛造機(jī)械聯(lián)結(jié)組合工藝。胎膜鍛造2.4 模型鍛造 胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用簡(jiǎn)單的非固定模具（胎膜）生產(chǎn)模鍛件的一種加工方法。適用于小型鍛件的中、小批量生產(chǎn)。胎膜鍛造2.4 模型鍛造 胎模鍛兼有自由鍛和模鍛的特點(diǎn)。胎模鍛適合于中、小批量生產(chǎn)小型多品種的

32、鍛件，特別適合于沒(méi)有模鍛設(shè)備的工廠。2.5 板料沖壓成型工藝板料沖壓是利用裝在沖床上的沖模對(duì)金屬板料加壓，使之產(chǎn)生變形或分離，從而獲得零件或毛坯的加工方法。特點(diǎn)： 1.原材料必須具有足夠的塑性，并應(yīng)有較低的變形抗力； 2.金屬板料經(jīng)過(guò)塑性變形的冷變化強(qiáng)化作用，并獲得一定的幾何形狀后，具有結(jié)構(gòu)輕巧，強(qiáng)度和剛度較高的特點(diǎn)； 3.沖壓件尺寸精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好，一般不再進(jìn)行機(jī)械加工，即可作為零件使用。 4.沖壓生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 5.沖壓模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，制造費(fèi)用高，只有在大批量生產(chǎn)的條件下，采用沖壓加工方法在經(jīng)濟(jì)上才是合理的。2.5 板料沖壓成型工藝沖孔

33、與落料的區(qū)別沖裁2.5 板料沖壓成型工藝彎曲是將金屬材料彎成一定角度、曲率和一定形狀的零件的工藝方法。彎曲成形的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在沖壓生產(chǎn)中占很大比重。彎曲所用的材料有板料、棒料、管材和型材。2.5 板料沖壓成型工藝?yán)钍菍⑵矫姘辶献冃螢橹锌招螤顩_壓件的沖壓工序，拉深又稱拉延。拉深可以制成筒形、階梯形、盒形、球形、錐形及其他復(fù)雜形狀的薄壁零件。2.5 板料沖壓成型工藝脹形是將板料或空心半成品的局部表面脹大的工序，如壓制凹坑，加強(qiáng)筋，起伏形的花紋及標(biāo)記等。2.5 板料沖壓成型工藝翻邊是在板料或半成品上沿一定的曲線翻起豎立邊緣的成形工序，翻邊在生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。按變形的性質(zhì)，可分為內(nèi)孔翻邊和外緣翻邊。

34、2.5 板料沖壓成型工藝旋壓：頂塊把坯料壓緊在模具上，機(jī)床主軸帶動(dòng)模具和坯料一同旋轉(zhuǎn)，手工操作趕棒加壓于坯料反復(fù)趕輾，于是由點(diǎn)到線，由線及面，使坯料逐漸貼于模具上而成形。2.5 板料沖壓成型工藝2.6 其他塑性成形方法擠壓是指對(duì)擠壓模具中的金屬錠坯施加強(qiáng)大的壓力作用，使其發(fā)生塑性變形從擠壓模具的?？谥辛鞒?，或充滿凸、凹模型腔，而獲得所需形狀與尺寸的制品的塑性成形方法。2.6 其他塑性成形方法擠壓種類2.6 其他塑性成形方法拉拔是在拉力作用下，迫使金屬坯料通過(guò)拉拔?？?，以獲得相應(yīng)形狀與尺寸制品的塑性加工方法，是管材、棒材、異型材以及線材的主要生產(chǎn)方法之一。2.6 其他塑性成形方法金屬坯料在旋轉(zhuǎn)軋

35、輥的作用下產(chǎn)生連續(xù)塑性變形，從而獲得所要求截面形狀并改變其性能的加工方法，稱為輥軋。常采用的輥軋工藝有輥鍛、橫軋、斜軋、旋壓等。2.6 其他塑性成形方法 軋鍛是金屬坯料通過(guò)軋輥的旋轉(zhuǎn)軋制出各種形狀的鍛件的一種加工方法。適用于生產(chǎn)扁截面的常桿件，帶有頭部、沿長(zhǎng)度方向橫截面積遞減的鍛件，連桿等。2.6 其他塑性成形方法旋壓是利用旋壓機(jī)使毛坯和模具以一定的速度共同旋轉(zhuǎn)，并在滾輪的作用下，使毛坯在與滾輪接觸的部位產(chǎn)生局部塑性變形，由于滾輪的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和毛坯的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使局部的塑性變形逐步擴(kuò)展到毛坯的全部所需表面，從而獲得所需形狀與尺寸零件的加工方法。2.7 先進(jìn)塑性成形工藝液態(tài)模鍛是將一定量的金屬液注入

36、金屬模膛，然后對(duì)熔融及半熔融狀態(tài)的金屬液施以機(jī)械靜壓力，使其在壓力下結(jié)晶凝固，以獲得毛坯或零件的成型工藝，又稱擠壓鑄造。澆注加壓、凝固、塑性變形脫模間接加壓，直接加壓 粉末鍛造是綜合粉末冶金與精密鍛造的一種復(fù)合工藝。 粉末鍛造與普通模鍛相比制件尺寸精度高；制件力學(xué)性能好；低成本低、無(wú)切削，高效率。粉末原料預(yù)成形坯燒結(jié)鍛造粉末冷鍛加熱鍛造燒結(jié)鍛造燒結(jié)燒結(jié)加熱鍛造燒結(jié)鍛造加熱鍛造粉末鍛造補(bǔ)充加工熱處理2.7 先進(jìn)塑性成形工藝?yán)媒饘僭谔囟l件下所具有的超塑性進(jìn)行成形加工的方法稱為超塑性成形。超塑性微細(xì)晶粒超塑性相變超塑性其他超塑性細(xì)小的等軸晶粒適當(dāng)?shù)淖冃螠囟葮O低的應(yīng)變速率2.7 先進(jìn)塑性成形工藝第

37、3章 連接成形概述3.1熔焊過(guò)程與接頭的組織與性能3.2常用焊接方法3.3現(xiàn)代焊接方法3.43.6常用金屬材料的焊接性3.5焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)先進(jìn)塑性成形工藝3.73.1 概述 常見(jiàn)的材料連接成形工藝包括焊接、膠接和機(jī)械聯(lián)結(jié)等，其中焊接是最主要的一種連接成形方法。 焊接不僅可以解決各種鋼材的連接問(wèn)題，而且還可以解決鋁、銅等有色金屬及鈦、鋯等特種金屬材料的連接問(wèn)題，因而已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、造船、海洋開(kāi)發(fā)、汽車制造、石油化工、航天技術(shù)、原子能、電力、電子技術(shù)及建筑等部門。3.1 概述利用加熱或加壓或者兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件產(chǎn)生原子間的結(jié)合的一種連接加工方法。主要焊接方法熔焊氣焊電弧

38、焊等離子弧焊電子束焊激光焊焊條電弧焊埋弧焊氣體保護(hù)電弧焊氬弧焊CO2氣體保護(hù)焊鹽浴釬焊金屬浴釬焊電阻焊摩擦焊冷壓焊爆炸焊擴(kuò)散焊烙鐵釬焊火焰釬焊電阻釬焊感應(yīng)釬焊浸漬釬焊爐中釬焊 壓焊 釬焊3.1 概述焊接的優(yōu)點(diǎn)： 連接性能好 省料省工成本低 重量輕 簡(jiǎn)化工藝焊接的缺點(diǎn)：焊接結(jié)構(gòu)是不可拆卸的，要更換修理部分的零部件不便。焊接接頭的組織和性能往往變壞。要產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和焊接變形，影響零部件與金屬結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，增加工作時(shí)的應(yīng)力，降低承載能力。會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷，引起應(yīng)力集中，降低承載能力，縮短使用壽命，甚至造成折斷。3.1 概述 除了焊接以外，膠接技術(shù)和機(jī)械聯(lián)結(jié)也廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)部門。膠接技術(shù)

39、是使用膠黏劑來(lái)連接各種材料，與其他連接方法相比，膠接不受材料類型的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)各種材料之間的連接。例如各種金屬、各種非金屬和金屬與非金屬之間的連接。 機(jī)械聯(lián)結(jié)有螺紋聯(lián)結(jié)、銷釘聯(lián)結(jié)、鍵聯(lián)結(jié)和鉚釘聯(lián)結(jié)，其中鉚釘聯(lián)結(jié)為不可拆連接，其余均為可拆連接。機(jī)械聯(lián)結(jié)的主要特點(diǎn)是所采用的連接件一般為標(biāo)準(zhǔn)件，具有良好的互換性，選用方便，工作可靠，易于檢修。其不足之處是增加了機(jī)械加工工序，結(jié)構(gòu)重量大，密封性差，影響外觀，且成本較高。3.2 熔焊過(guò)程與接頭的組織與性能熔焊過(guò)程熔焊的焊接過(guò)程一般是利用熱源將工件局部加熱至熔化狀態(tài)，形成焊接熔池，最后通過(guò)液體金屬結(jié)晶凝固而連接成不可拆卸的整體。熔焊過(guò)程一般包括焊接熱過(guò)程

40、、焊接熔池的化學(xué)冶金過(guò)程和焊縫結(jié)晶過(guò)程。3.2 熔焊過(guò)程與接頭的組織與性能焊接熱過(guò)程在焊接加熱和冷卻的過(guò)程中，焊接接頭上某點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化的過(guò)程叫焊接熱循環(huán)。焊接熱循環(huán)的參數(shù)包括加熱速度，最高加熱溫度Tm，在過(guò)熱溫度停留時(shí)間t過(guò)，冷卻速度等。對(duì)焊縫質(zhì)量起重要影響的是冷卻速度。通常用從800冷卻到500的時(shí)間t8/5表示?？諝庵械牡?dú)夂脱鯕夥纸鉃檠踉涌諝庵械乃ㄟ€包括工件表面的銹、油和水，焊條及焊劑受潮的水分）發(fā)生分解母材和焊接材料中帶來(lái)硫、磷雜質(zhì)3.2 熔焊過(guò)程與接頭的組織與性能NHOSP213保證焊縫質(zhì)量1.減少有害物質(zhì)進(jìn)入熔池。2.清除已進(jìn)入熔池的有害元素，增加合金元素。焊接冶金過(guò)程

41、3.2 熔焊過(guò)程與接頭的組織與性能焊接熔池溫度高、冷卻快、連續(xù)熔化連續(xù)結(jié)晶的動(dòng)態(tài)過(guò)程。焊接結(jié)晶過(guò)程3.2 熔焊過(guò)程與接頭的組織與性能焊接變形焊接加熱時(shí)，不能自由膨脹，冷卻時(shí)不能自由收縮，部分金屬受拉應(yīng)力殘留下來(lái)，形成焊接殘余應(yīng)力。焊接金屬?gòu)氖軣崆暗奈恢玫嚼鋮s收縮后的位置的變化，稱為焊接變形。3.2 熔焊過(guò)程與接頭的組織與性能焊接裂紋熱裂紋：發(fā)生在焊縫區(qū)，在焊縫結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生的，叫結(jié)晶裂紋；發(fā)生在熱影響區(qū)，在加熱到過(guò)熱溫度時(shí)產(chǎn)生的，叫液化裂紋。冷裂紋：焊道下裂紋，焊趾裂紋，焊根裂紋。最主要和常見(jiàn)的是延遲裂紋。防止方法：焊前預(yù)熱和焊后緩冷減少焊縫金屬的含氫量烘干焊條和焊劑中的水分清除焊絲表面、坡口

42、及兩側(cè)母材的銹，水，油污進(jìn)行消氫處理采用合理的焊接順序和小焊接電流及時(shí)進(jìn)行焊后熱處理3.2 熔焊過(guò)程與接頭的組織與性能焊接接頭的組織與性能焊接接頭由焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成。焊縫鑄態(tài)組織晶粒粗大，成分偏析，組織不致密，但可以滿足性能要求。3.2 熔焊過(guò)程與接頭的組織與性能焊接接頭的組織與性能低碳鋼的熱影響區(qū)可分為過(guò)熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)。熔合區(qū)和熱影響區(qū)中的過(guò)熱區(qū)（或淬火區(qū)）是焊接接頭中機(jī)械性能最差的薄弱環(huán)節(jié)，會(huì)嚴(yán)重影響焊接接頭的質(zhì)量。3.2 熔焊過(guò)程與接頭的組織與性能焊接質(zhì)量檢驗(yàn) 焊后成品檢驗(yàn)可以分為破壞性檢驗(yàn)和非破壞性檢驗(yàn)兩類。破壞性檢驗(yàn)主要包括焊縫的化學(xué)成分分析、金相組織分析和力學(xué)

43、性能試驗(yàn)，主要用于科研和新產(chǎn)品試生產(chǎn)；非破壞性檢驗(yàn)的方法很多（外觀、致密性、磁粉、探傷），由于不對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生損害，因而在焊接質(zhì)量檢驗(yàn)中占有很重要的地位。 3.3 常用焊接方法常用焊接方法焊條電弧焊 電渣焊埋弧自動(dòng)焊 氣體保護(hù)焊 電阻焊釬焊3.3 常用焊接方法焊條電弧焊焊條電弧焊是用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的一種電弧焊。該方法是利用和工件之間產(chǎn)生的電弧將焊條和工件局部加熱到熔化狀態(tài)，焊條端部熔化后的熔滴和熔化的母材融合一起形成熔池。隨著電弧向前移動(dòng)，熔池金屬逐步冷卻結(jié)晶，形成焊縫。1. 焊條：由焊芯和藥皮組成。焊芯的作用：起導(dǎo)電作用，提供焊接熱源，也可作為填充金屬，與熔化的母材共同組成焊縫金屬。藥皮的

44、作用：1）改善焊接工藝性 2）機(jī)械保護(hù)作用 3）冶金處理作用3.3 常用焊接方法焊條的種類按用途：碳鋼焊條，低合金焊條，不銹鋼焊條，鑄鐵焊條，堆焊焊條，鎳和鎳合金焊條，銅和銅合金焊條，鋁和鋁合金焊條按熔渣性質(zhì)：酸性焊條，堿性焊條 3.3 常用焊接方法堿性焊條與酸性焊條的差異堿性焊條機(jī)械性能好。堿性焊條工藝性能差。堿性焊條的焊縫金屬抗裂性好。 堿性焊條對(duì)銹、油、水的敏感性大，易出氣孔。堿性焊條有毒煙塵多。焊條的選用：要求焊縫和母材具有相同水平的使用性能。3.3 常用焊接方法焊條電弧焊的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍特點(diǎn)：操作靈活，設(shè)備比較簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，焊接變形小。 焊條電弧焊對(duì)焊工操作技術(shù)要

45、求高，焊工培訓(xùn)費(fèi)用大。 應(yīng)用范圍：?jiǎn)渭∨a(chǎn)，厚度2mm以上，各種焊接位置。3.3 常用焊接方法埋弧自動(dòng)焊 焊絲與工件之間燃燒的焊接電弧完全淹埋在一定厚度的焊劑層下，電弧將焊絲端部及焊縫附近的母材和焊劑熔化，電弧力將熔池中的金屬推向熔池后方，在隨后的冷卻過(guò)程中，熔化的金屬形成熔池，熔融的焊劑成為熔渣覆蓋在焊縫上。熔池受顆粒狀焊劑、熔渣和焊劑蒸汽的保護(hù)，使之與外界空氣隔絕。熔渣除了對(duì)熔池和焊縫金屬起機(jī)械保護(hù)作用外，焊接過(guò)程中還與熔化的金屬發(fā)生冶金反應(yīng)，起到調(diào)整焊縫化學(xué)成分，補(bǔ)充合金元素的作用。 3.3 常用焊接方法埋弧自動(dòng)焊 3.3 常用焊接方法氣體保護(hù)電弧焊 3.3 常用焊接方法CO2氣體保

46、護(hù)焊是利用CO2保護(hù)的電弧焊。氬弧焊技術(shù)是在普通電弧焊的原理的基礎(chǔ)上，利用氬氣對(duì)金屬焊材的保護(hù)，通過(guò)高電流使焊材在被焊基材上融化成液態(tài)形成溶池，使被焊金屬和焊材達(dá)到冶金結(jié)合的一種焊接技術(shù)。 3.3 常用焊接方法壓力焊 壓力焊是利用加熱或加壓的方法，使兩工件接合面達(dá)到塑性或半熔化狀態(tài)，使接觸面上的原子形成新的結(jié)晶，將兩工件焊接起來(lái)的過(guò)程。包括電阻焊和摩擦焊。 電阻焊是利用電流通過(guò)焊接接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱，把焊件加熱到塑性或局部熔化狀態(tài)，再在電極壓力作用下形成接頭的一種焊接方法。電阻焊可分為點(diǎn)焊、縫焊、對(duì)焊。 3.3 常用焊接方法點(diǎn)焊是利用電流通過(guò)兩圓柱形電極和搭接的兩焊件產(chǎn)生電阻熱

47、，將焊件加熱并局部熔化，形成一個(gè)熔核（其周圍為塑性狀態(tài)），然后在壓力下熔核結(jié)晶，形成一個(gè)焊點(diǎn)的焊接方法。 3.3 常用焊接方法縫焊與點(diǎn)焊同屬于搭接電阻焊，焊接過(guò)程與點(diǎn)焊相似，采用滾盤作電極，邊焊邊滾，相鄰兩個(gè)焊點(diǎn)重疊一部分，形成一條有密封性的焊縫。 3.3 常用焊接方法對(duì)焊是利用電阻熱將焊件斷面對(duì)接焊合的一種電阻焊，可分為電阻對(duì)焊和閃光對(duì)焊。電阻對(duì)焊：先加預(yù)壓，使兩端面壓緊，再通電加熱，使待焊處達(dá)到塑性溫度后，再斷電加壓頂鍛，產(chǎn)生一定塑性變形而焊合。閃光對(duì)焊：兩焊件不接觸，先加電壓，再移動(dòng)焊件使之接觸，由于接觸點(diǎn)少，其電流密度很大，接觸點(diǎn)金屬迅速達(dá)到熔化、蒸發(fā)、爆破，呈高溫顆粒飛射出來(lái)，稱為閃

48、光；經(jīng)多次閃光加熱后，端面均勻達(dá)到半熔化狀態(tài)，同時(shí)多次閃光把端面的氧化物也清除干凈，于是斷電加壓頂鍛，形成焊接接頭。 3.3 常用焊接方法摩擦焊 摩擦焊是利用工件金屬焊接表面相互摩擦產(chǎn)生的熱量，將金屬局部加熱到塑性狀態(tài)，然后在壓力下完成焊接的一種熱壓焊接方法。 3.3 常用焊接方法釬焊 釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料濕潤(rùn)母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接的焊接方法。 釬焊得到優(yōu)質(zhì)接頭的前提：液體釬料能充分流入并致密地填滿全部釬焊間隙，潤(rùn)濕性好；與母材很好的相互作用。3.3 常用焊接方法3.4 現(xiàn)代焊接方法電子束焊

49、電子束焊：對(duì)電子槍的陰極通電加熱，使其發(fā)射出大量電子，通過(guò)強(qiáng)電場(chǎng)加速和電磁透鏡聚焦后，形成高能量密度（5108w/cm2）的電子束（束斑直徑1mm）轟擊焊件，其動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使金屬迅速熔化而?shí)現(xiàn)焊接的方法。3.4 現(xiàn)代焊接方法激光焊和激光切割激光焊激光切割3.4 現(xiàn)代焊接方法擴(kuò)散焊擴(kuò)散焊是借助壓力、溫度、時(shí)間及真空（或保護(hù)氣氛）等條件，使待焊件表面相互接觸，連接面產(chǎn)生微觀塑性變形，并通過(guò)原子間充分?jǐn)U散和再結(jié)晶，從而獲得冶金結(jié)合的均質(zhì)焊接接頭的一種固相焊接方法。特點(diǎn)：（1）母材不過(guò)熱或熔化； （2）可以焊接不同類型的材料； （3）可以焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及厚薄相差大的工件； （4）接頭的成分、組織與

50、性能完全相同或基本相 同。3.4 現(xiàn)代焊接方法攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊是利用摩擦熱作為焊接熱源，在焊接過(guò)程是由一個(gè)圓柱體形狀的焊頭伸入工件的接縫處，通過(guò)焊頭的高速旋轉(zhuǎn)，使其與焊接工件材料摩擦，從而使連接部位的材料溫度升高軟化，同時(shí)對(duì)材料進(jìn)行攪拌摩擦來(lái)完成焊接的。 焊接性能3.5 常用金屬材料的焊接性 金屬焊接性就是金屬是否能適應(yīng)焊接加工而形成完整的、具備一定使用性能的焊接接頭的特性。它包括兩方面的內(nèi)容：第一是在焊接加工時(shí)金屬形成完整焊接接頭的能力，金屬在焊接加工中是否容易形成缺陷；第二是焊成的接頭在適用條件下安全運(yùn)行的能力，即在一定的使用條件下可靠運(yùn)行的能力。金屬焊接性的間接評(píng)價(jià)方法：碳當(dāng)量和冷裂

51、紋敏感系數(shù)。碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼的焊接3.5 常用金屬材料的焊接性低碳鋼：焊接性良好，采用所有的焊接方法都可焊好。低合金結(jié)構(gòu)鋼：普通低合金鋼一般采用手工電弧焊和埋弧自動(dòng)焊，具有更高要求的可用電渣焊，氣體保護(hù)焊或混合氣體保護(hù)焊。中碳鋼的焊接：采用細(xì)焊條、小電流、開(kāi)坡口、多層多道焊等，防止含碳量高的母材過(guò)多熔入焊縫，并采取其它的防止冷裂紋的工藝措施。不銹鋼的焊接：馬氏體不銹鋼，鐵素體不銹鋼，奧氏體不銹鋼其他材料焊接3.5 常用金屬材料的焊接性不銹鋼的焊接：馬氏體不銹鋼，鐵素體不銹鋼，奧氏體不銹鋼鑄鐵焊補(bǔ)工藝：熱焊和冷焊1.鋁及鋁合金的焊接 主要問(wèn)題：氧化、氣孔、接頭軟化、熱裂紋2.銅及銅合金的焊接

52、 主要問(wèn)題：難融合、易變形、接頭機(jī)械性能、導(dǎo)電性能等下降3. 鈦及鈦合金的焊接主要問(wèn)題：氧化污染及接頭脆化、裂紋、氣孔有色金屬焊接焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇3.6 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)材質(zhì)不同，結(jié)構(gòu)焊接工藝性不同。一般在保證結(jié)構(gòu)使用要求前提下，盡量選擇焊接性良好的材料制造焊接結(jié)構(gòu)。焊接結(jié)構(gòu)工藝過(guò)程3.6 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì) 焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝過(guò)程主要包括備料、裝配、焊接、焊接變形矯正、質(zhì)量檢驗(yàn)、表面處理等幾個(gè)階段。 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容，除了結(jié)構(gòu)材料應(yīng)選用焊接性好的金屬材料外，大致有以下四項(xiàng)：焊縫布置、焊接方法選擇、焊接接頭設(shè)計(jì)和焊縫符號(hào)標(biāo)注等。 焊縫的布置3.6 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)焊縫布置的一般原則便于

53、焊接操作，至少要能夠焊接。焊縫要避開(kāi)應(yīng)力較大部位，特別是應(yīng)力集中部位。焊縫應(yīng)避免密集交叉。4）焊縫設(shè)置應(yīng)盡量對(duì)稱，最好能同時(shí)施焊，以減少焊接變形。5）盡量減少焊縫長(zhǎng)度和截面。6）焊縫應(yīng)盡量設(shè)置在能在平焊位置施焊的部位，以便易于保證焊接質(zhì)量與提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。并且在焊接生產(chǎn)時(shí)，盡量少翻轉(zhuǎn)，以提高生產(chǎn)率。7）焊縫一般應(yīng)避開(kāi)加工部位。3.6 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)3.6 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)3.6 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)3.6 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)3.6 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)接頭形式3.6 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)接頭型式設(shè)計(jì)：對(duì)接、搭接、角接和T形接等。根據(jù)結(jié)構(gòu)的形狀和焊接生產(chǎn)工藝而定。焊接坡口3.6 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)坡口型式設(shè)計(jì)

54、：I形坡口、V形坡口、X形坡口、U形坡口等。根據(jù)板厚而定。3.6 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)膠接3.7 膠接 膠接，也稱粘接，是利用化學(xué)反應(yīng)或物理凝固等作用，使一層非金屬的膠體材料具有一定的內(nèi)聚力，并對(duì)與其界面接觸的材料產(chǎn)生粘附力，從而由這些膠體材料將兩個(gè)物體緊密連接在一起的工藝方法。膠接接頭3.7 膠接第4章 粉末冶金成形概述4.1粉末冶金工藝4.2粉末冶金制品的結(jié)構(gòu)工藝性4.34.1 概述 粉末冶金技術(shù)是以金屬粉末或金屬與非金屬粉末的混合物為原料，經(jīng)過(guò)成形、燒結(jié)，獲得金屬材料及制品的工藝。采用粉末冶金技術(shù)可以控制粉末粒度大小和合金的微觀結(jié)構(gòu)，獲得理想的組織；可以最大限度地減少傳統(tǒng)鑄造工藝中的合金成分

55、偏聚，晶粒粗大，組織不均勻等缺陷；還解決了硬質(zhì)粉末的成形和加工等問(wèn)題。 4.1 概述 粉末冶金成型技術(shù)從普通機(jī)械制造到精密儀器，從五金工具到大型機(jī)械，從電子工業(yè)到電機(jī)制造，從采礦到化工，從民用工業(yè)到軍事工業(yè)，從一般技術(shù)到尖端高科技，幾乎沒(méi)有一個(gè)工業(yè)部門不在使用著粉末冶金材料或制品。 4.2 粉末冶金工藝粉末制取 金屬粉末的粉末的制取方法有機(jī)械法和物理化學(xué)法兩大類。機(jī)械法制取粉末是將原材料機(jī)械地粉碎，而化學(xué)成分基本不發(fā)生變化的工藝過(guò)程；物理化學(xué)法則是借助化學(xué)或物理的作用，改變?cè)牧系幕瘜W(xué)成分或聚集狀態(tài)，而獲得粉末的工藝過(guò)程。 4.2 粉末冶金工藝粉末配制 采用上述粉末制備方法得到的粉末，在粉末冶

56、金成形前，要對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理及配制。粉末預(yù)處理及配制包括退火、篩分、制粒等。制粒是將小顆粒的粉末制成大顆?；驁F(tuán)粒的工序，常用來(lái)改善粉末的流動(dòng)性。在硬質(zhì)合金生產(chǎn)中，為了便于自動(dòng)成形，使粉末能順利充填模腔就必須先進(jìn)行制粒。能承擔(dān)制粒任務(wù)的設(shè)備有滾筒制粒機(jī)、圓盤制粒機(jī)和振動(dòng)篩等。混合是將兩種或兩種以上不同成分的粉末均勻混合的過(guò)程。 4.2 粉末冶金工藝粉末成形 粉末成形是將松散的粉體加工成具有一定尺寸、形狀以及一定密度和強(qiáng)度的坯塊。其主要目的是將粉末成形為所要求的形狀；賦予坯體以精確的幾何形狀與尺寸，這時(shí)應(yīng)考慮燒結(jié)時(shí)的尺寸變化；賦予坯體要求的孔隙度和孔隙類型；賦予坯體以適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，以便搬運(yùn)。 4.2

57、粉末冶金工藝燒結(jié) 燒結(jié)是高溫加熱使粉體顆粒之間發(fā)生原子間的擴(kuò)散、固溶、化合和熔接，致使壓坯收縮并強(qiáng)化，使壓坯中的粉粒接觸面結(jié)合起來(lái)，成為堅(jiān)實(shí)的整塊的過(guò)程。 4.2 粉末冶金工藝燒結(jié)后處理 對(duì)一些要求較高的粉末冶金制品，燒結(jié)后還需進(jìn)行其它的處理與加工。金屬粉末壓坯燒結(jié)后的進(jìn)一步處理，叫做燒結(jié)后處理。后處理的種類很多，一般由產(chǎn)品的要求來(lái)決定。常用的幾種后處理方法如下：1）滲透（或熔滲） 2）復(fù)壓 3）切削加工 4）熱處理 4.2 粉末冶金工藝粉末冶金應(yīng)用4.3 粉末冶金制品的結(jié)構(gòu)工藝性 用粉末冶金法制造機(jī)器零件時(shí)，除必須滿足機(jī)械的設(shè)計(jì)要求外，還應(yīng)考慮壓坯形狀是否適于壓制成形，以便高效、高質(zhì)量地制作

58、出符合使用要求的粉末冶金制品。對(duì)于用戶提出的粉末冶金制品零件的形狀，則需要對(duì)粉末冶金制品的形狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)改動(dòng)，改動(dòng)后若不能達(dá)到使用要求，因此，需要對(duì)壓坯形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，再在燒結(jié)之后進(jìn)行機(jī)械加工，得到所需形狀的粉末冶金制品。 4.3 粉末冶金制品的結(jié)構(gòu)工藝性幾點(diǎn)注意事項(xiàng)避免模具出現(xiàn)脆弱的尖角；避免模具和壓坯出現(xiàn)局部薄壁；錐面和斜面需有一小段平直帶； 需要有脫模錐角或圓角； 避免垂直于壓制方向的側(cè)凹。第5章 非金屬材料成形概述5.1塑料的成形5.2橡膠的成形5.3陶瓷的成形5.4復(fù)合材料的成形5.55.1 概述 非金屬材料是指除金屬材料之外的所有材料的總稱，通常主要包括有機(jī)高分子材料、無(wú)機(jī)非金屬材料和復(fù)合材料三大類。 非金屬材料成形具有以下特點(diǎn)： （1）可以是流態(tài)成形，也可以是固態(tài)成形，可以制成形狀復(fù)雜的零件。 （2）非金屬材料的成形通常是在較低溫度下成型，成型工藝較簡(jiǎn)便。 （3）非金屬材料的成形一般要與材料的生產(chǎn)工藝結(jié)合。5.2 塑料的成形 塑料是一類以天然或合成樹(shù)脂為主要成分，在一定溫度、壓力條件下經(jīng)塑制成形，并在常溫下能保持形狀不變的高分子工程材料。塑料制品質(zhì)量輕，比強(qiáng)度高；耐腐蝕，化學(xué)穩(wěn)定性好；有優(yōu)良的電絕緣性能、光學(xué)性能、減摩、耐磨性能和消聲