-十-机械专业《材料成型工艺基础》多媒体课件-1.ppt

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1、材料成形工艺基础舒金波Lesson 1 金属材料的力学性能Lesson 2 铸造工艺基础Lesson 3 铸造工艺及方法Lesson 4 铸件结构工艺性Lesson 5 自由锻Lesson 6 模锻Lesson 7 焊接原理与方法Lesson 8 可焊性与焊件结构工艺性Lesson 9 特种加工Lesson 10 快速原形制造技术Lesson 1 金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所反映出来的性能。主要性能指标有：弹性、塑性、刚性（度）强度、硬度、冲击韧性、疲劳强度和断裂韧性金属材料的力学性能之一弹性与塑性弹性 金属材料受外力作用时产生变形，当外力去掉后能回复其原来形

2、状的性能，叫做弹性。弹性变形 随着外力消失而消失的变形，叫做弹性变形。塑性 金属材料在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能叫做塑性。塑性变形 在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形，叫做塑性变形，金属材料的力学性能之二强 度金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力强度。分 类拉力抗拉强度压力抗压强度弯曲力抗弯强度强度与塑性指标工程上通用的表示塑性的指标为：延伸率（）断面收缩率（）工程上通用的表示强度的指标为：屈服强度（s、0.2）抗拉强度（b）强度和塑性指标的测定拉伸实验拉伸实验在材料试验机上进行拉伸试样低碳钢拉伸图强度和塑性指标的计算公式根据拉伸实验结果进行计算，计算公式分别为：=

3、（l-l0）/l0100%=（F0-F）/F0 100%s=Ps/F0 （MPa）b=Pb/F0 （MPa）e=Pe/F0 （MPa）F0试样的原始横截面积（mm2）F试样断裂后的横截面积（mm2）Ps ，Pb 分别为屈服点和最大点的拉力（N）l0，l 分别为试样断裂前后的长度强度和塑性指标的重要意义强度 机械设计和选材的重要依据。一般零件的许用应力必须小于屈服强度。无明显屈服点的零件，许用应力小于抗拉强度。对于弹性元件其许用应力应小于弹性极限。塑性是金属材料进行塑性加工的必要条件。是零件安全使用的可靠保证。金属材料的力学性能之三刚 性刚性 金属材料抵抗弹性变形的能力。材料本身的弹性模量零件截

4、面积的大小零件能否顺利进行加工影响零件的加工精度金属材料的力学性能之四硬 度 金属材料抵抗比它更硬的物体压入其内的能力，叫做硬度。根据测定硬度的实验方法不同来分类。布氏硬度（HB）洛氏硬度（HR）维氏硬度（HV）。布氏硬度的测定用布氏硬度计HBS压头为钢球，用于测量450HBW计算公式：HB=压入载荷（N）/压痕表面积（mm2）压头是直径为D的钢球或硬质合金球。洛氏硬度的测定用洛氏硬度计洛氏硬度计用金刚石圆锥或小钢球为压头，实验时是根据测量到的压入深度，转变成刻度盘上的数据。计算公式：HR(A)C=100-h1/0.002洛氏硬度的分类及应用标度压头总载荷（kg）应用范围适用材料HRA120金

5、刚石圆锥607085硬质合金、表面淬火的钢HRB1.588mm钢球10025100软钢、退火钢、铜合金HRC120金刚石圆锥1502067液火钢、调质钢等维氏硬度的测定采用正四棱锥体为压头，用压痕单位面积上的载荷来计量硬度值。主要用于测量极薄试样的硬度。硬度的意义硬度试验是一种非破坏性实验，可以直接在零件上测量。一般零件图上标有硬度作技术要求。金属材料的力学性能之五冲击韧度冲击韧度金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。冲击韧度的测定在冲击实验机上进行。ak=Ak/F 意义：用于受较大冲击载荷的零件；检验热加工工艺质量。金属材料的力学性能之六疲劳强度疲劳破坏_受交变载荷作用的零件，发生断裂时的

6、应力，远低于材料的屈服强度，这种破坏现象，叫做疲劳破坏疲劳强度当金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力,叫做疲劳强度。疲劳强度通常在旋转对称弯曲试验机上进行。用符号-1表示弯曲疲劳强度产生疲劳破坏的原因 材料有杂质、表面划伤等缺陷应力集中 微裂纹 裂纹扩展 破 坏金属材料的力学性能之七断裂韧性异常断裂现象 在材料的强度、塑性、冲击韧性等都符合设计要求的情况下，零件在使用过程中出现突然断裂事故。原因 研究表明这种断裂事故产生的原因是于内部存在着各种宏观缺陷，这种缺陷相当于裂纹。当材料受外力作用时，这些裂纹的尖端附近便出现应力集中，应力不断增长，裂纹扩展，导致断裂。断裂韧性就

7、是用来反映材料抵抗裂纹失稳扩张能力的性能指标，通常用K1c表示。金属材料的性能 使用性能 工艺性能铸造性能 焊接性能锻造性能热处理性能切削加工性能物理性能化学性能力学性能金属材料的物理、化学性能物理性能熔点、密度、热膨胀性、导电性、导热性等。化学性能耐腐蚀性、抗氧化性等。物理化学性能将影响工艺性能和使用性能。本课小结金属材料的力学性能指标有哪些？是如何定义的，有何意义？下列代号的含义：HBS、b、s、HRC、k、-1零件加工完成后，采用哪种方法测量其力学性能？Lesson 2 铸造工艺基础1、绪言2、液态合金的充型3、铸件的凝固收缩4、铸造内应力，变形和裂纹5、铸件中的气孔6、铸件中的偏析7、

8、常见的铸造缺陷8、常用铸造合金分类1 绪论-铸造的特点(1)可以生产出形状复杂的零件，特别是具有复杂内腔的零件。(2)适应性广。(3)成本低。(4)铸件的尺寸和形状与零件非常接近。可以减少切削加工量。(5)缺点：工序多，质量不易控制，内部组织缺陷多，力学性能低。2、液态合金的充型2.1 液态合金填充铸型的过程，简称充型。2.2 充型能力 液态合金充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力，称为液态合金的充型能力。2.3 影响充型能力的因素(1)合金的流动性(2)浇注条件(3)铸型填充能力充型能力不强，则易产生浇不足、冷隔等。合金的充型能力之一合金的流动性合金的流动性是指熔融合金的流动能力。

9、流动性好，充型能力强，便于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。合金的流动性与合金的化学成份有关。流动动性的测定流动性实验合金的充型能力之二浇注条件（1）浇注温度浇注温度越高，充型能力越好。但温度过高。会出现其他铸造缺陷。（2）充型压力压力越大，充型能力越好。合金的充型能力之三铸型填充条件（1）铸型的蓄热能力散热越快的铸型，充型能力越差。（2）铸型温度金属型铸造和熔模铸造时，铸型温度越高，充型能力越好。（3）铸型中气体铸型中的气体压力增大，液态合金的流动困难，充型能力差。3、铸件的凝固收缩3.1 铸件的凝固方式3.2 影响铸件凝固方式的因素3.3 铸造合金的收缩3.4 铸件中的缩孔与缩松3.5 顺序

10、凝固原则（定向凝固）3.1 铸件的凝固方式1、逐层凝固纯金属和共晶成份的合金，结晶温度是一固定值。凝固过程由表面向中心逐步进行温度表层中心固液3.1 铸件的凝固方式2、糊状凝固结晶温度范围很宽的合金，从铸件的表面至心部都是固液两相混存。温度表层中心固液3.1 铸件的凝固方式3、中间凝固大多数合金属于这种方式。温度表层中心固液凝固方式与铸件质量的关系：逐层凝固有利于充型，可防止缩孔和缩松。3.2 影响铸件凝固方式的因素1、合金的结晶温度结晶温度范围越小，糊状凝固区越小。2、铸件的温度梯度温度梯度越大，糊状凝固区越小。合金的性质铸型的蓄热能力浇注温度3.3 铸造合金的收缩铸造合金从浇注，凝固直到至

11、冷却到室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象，称为收缩。收缩是铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形的根源。液态收缩凝固收缩固态收缩合金种类含碳量（%）浇注温度液态收缩凝固收缩固态收缩总收缩（%）铸造碳钢0.3516101.637.812.46白口铸铁3.0014002.44.25.46.31212.9灰口铸铁3.5014003.50.13.34.26.97.83.4 铸件中的缩孔与缩松缩孔和缩松的形成 液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积的得不到补足，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞缩孔 它是集中在铸件上部或最后凝固的部位容积较大的孔洞缩松 分散在铸件某区域内的细小孔洞，称为缩松

12、3.5 顺序凝固原则（定向凝固）所谓顺序凝固，就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。实现顺序凝固的措施。合理设计冒口和安放冷铁。铸件上可能产生缩孔或缩松的部位凝固等温线法内切圆法等温线未画到的部位内切圆大的部位可能产生缩孔或缩松4 铸造内应力、变形与裂纹4.1 内应力的形成4.2 同时凝固原则4.3 铸件的变形4.4 防止变形的措施4.5 铸件的裂纹与防止裂纹的措施4.1 铸造内应力的形成内应力包括热应力与机械应力(1)热应力 它是由于铸件的壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期内铸件各部

13、分收缩不一致而引起的。薄壁处受压应力，厚壁处受拉应力。(2)机械应力 它是合金的线收缩受到铸型或型芯机械阻碍而形成的内应力。4.2 同时凝固原则尽量减少铸件各处的温度差，使铸件不同壁厚各处在同一时间内凝固。浇口开在薄壁处，在厚壁处安放冷铁，力求使铸件各处同时冷却。同时凝固原则与顺序凝固原则对比4.3 铸件的变形铸件冷却到室温后，热应力保留在铸件中 残余应力薄壁处受压力，厚壁处受拉力变形4.4 防止变形的措施(1)设计铸件时尽可能壁厚均匀，形状对称。(2)采取同时凝固。(3)设计“反变形”量。(4)时效处理：有内应力的铸件在加工前置于露天半年以上，或550650C去应力退火。4.5 铸件的裂纹与

14、防止(1)热裂 热裂是铸件在高温下产生的裂纹。其形状特征是：裂纹短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化色。合金性质 铸造合金的结晶特点和化学成分对热裂的产生均有明显的影响铸型阻力 铸型(包括型芯)的退让性对热力的形成有重要影响。(2)冷裂 冷裂是在低温下行成的裂纹。其形状特征是:裂纹细小，呈连续直线状，有时缝内呈轻微氧化色。5 铸件中的气孔气孔的来源1、侵入气孔侵入气孔是由于砂型表面层聚集的气体侵入金属液中而形成的。2、析出气孔溶解于金属液中的气体在冷凝过程中，因气体溶解度下降而析出，在铸件中形成的气孔。3、反应气孔浇入铸型中的金属液与铸型材料、型芯撑、冷铁或熔渣之间，因化学反应产生气体而形成的气孔

15、。6 铸件中的偏析铸件内部化学成份不均匀的现象，称为偏析。偏析类型1、晶内偏析 结晶温度宽的合金易产生晶内偏析2、区域偏析 合金中各成份因熔点的不同，引起不时凝固。7 常见的铸造缺陷类别名称类别名称类别名称孔眼气孔形状、尺寸和重量不合格多肉表面缺陷粘砂缩孔浇不足夹砂缩松落砂冷隔渣眼抬箱成份组织和性能不合格化学成份不合格砂眼错箱金相不合格铁豆偏芯偏析裂纹热裂变形过硬（白口）冷裂物理、机械性能不合格8 铸造合金的分类铸钢铸铁灰口铸铁白口铸铁可锻铸铁球墨铸铁铸造铝合金铸造铜合金灰口铸铁的特性力学性能较低。良好的铸造性能。良好的切削加工性。减振性。耐磨性缺口敏感低。本课复习铸件的常见缺陷有哪些？产生的

16、原因是什么？怎样防止？什么是同时凝固原则？什么是顺序凝固原则？下例两图哪个是同时凝固？哪个是顺序凝固？为了防止铸件产生内应力，应采取哪种凝固方式？同时凝固顺序凝固Lesson 3 铸造工艺及方法1、砂型铸造1.1 造型材料 1.2 手工造型方法1.3 铸造工艺与铸造工艺图2、其他铸造方法2.1 金属型铸造2.2 压力铸造2.3 熔模铸造2.4 离心铸造1.1 造型材料型（芯）砂的组成?型（芯）砂应具备哪些主要性能？型砂是砂、粘结剂附加物和水组成可塑性、强度、透气性、耐火性、退让性涂料的组成？作用？扑料？石墨（石英粉）+粘土+水1.2 手工造型方法按砂箱特征两箱造型三箱造型地坑造型1.2 手工造

17、型方法按模型特征整模造型分模造型挖砂造型活块造型刮板造型假箱造型1.3 铸造工艺参数与铸造工艺图1.3.1 铸造工艺参数(1)浇注位置浇注位置是浇注时铸件在铸型中所处的位置。(2)分型面(3)加工余量和铸孔(4)拔模斜度（起模斜度）型芯端头的延伸部分。(5)型芯头(6)收缩率1.3.2 铸造工艺图例铸造工艺参数之一1.3.1 浇注位置的选择原则1、铸件的重要加工表面和主要工作面应朝下或呈侧立。铸造工艺参数之一1.3.1 浇注位置的选择原则2、铸件的大平面应朝下。不合理合理铸造工艺参数之一1.3.1浇注位置的选择原则3、为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔等缺陷，应将面积较大的薄壁部分朝下。铸造工

18、艺参数之一1.3.1 浇注位置的选择原则4、容易形成缩孔的铸件，应将截止面较厚的部分放在分型面附近的上部或侧面，以便安放冒口。铸造工艺参数之二1.3.2 分型面的选择原则1、尽量使铸件的大部分或全部置于同一砂箱中，或使加工面和加工基准面在同一砂箱中，以保证铸件的精度，便于造型、型芯的安放和检验及合箱等操作。大批量小批量铸造工艺参数之二1.3.2 分型面的选择原则2、尽量减少分型面的数量，最好只有一个分型面。不好不好好铸造工艺参数之二1.3.2 分型面的选择原则3、分型面的选择应尽力减少型芯和活块的数量，以便简化制模、造型、合箱等操作。铸造工艺参数之二1.3.2 分型面的选择原则4、为了便于造型

19、、安放型芯、合箱及检查型腔尺寸，应尽量使型腔和主要型芯置于下箱中。铸件的重要加工表面和主要工作面应朝下或呈侧立。铸造工艺参数之二1.3.2 分型面的选择原则5、应尽量采取直平面作为分型面。浇注系统的组成及作用外浇口直浇道横浇道内浇道冒口铸造工艺参数之三1.3.3 加工余量及铸孔加工余量值与铸件大小、合金种类及造型方法等有关。单件小批生产的铸铁件的加工余量为4.55.5mm。小孔可不铸出。单件小批生产时：3050mm的孔；成批生产时：1530mm的孔：大批量生产时:1215mm的孔。不加工孔必须铸出。铸造工艺参数之四、五1.3.4 拔模斜度、收缩率拔模斜度是指平行于起模方向的模样壁的斜度。通常为

20、153。收缩率指铸件自高温冷却到室温的尺寸收缩率。灰口铸件为0.71.0%铸钢为1,32.0%铝硅合金为0.81.2%铸造工艺参数之六1.3.5 型芯头分为垂直芯头和水平芯头。垂直芯头高度取决于芯头的截面尺寸。下芯头的斜度310，上芯头的斜度615。芯头与铸型之间的间隙14mm。铸造工艺图方案2 较好下芯方便，须使用活块，易产生错箱。铸造工艺图2.1 熔模铸造工艺过程蜡模制造压型制造蜡模的压制蜡模组装焙烧和浇注脱蜡和造型脱蜡造型结壳浸涂料撒砂硬化落砂和清理2.1 熔模铸造特点与应用铸件精度高（IT1114）、表面粗糙度低（Ra6.31.6）。一般不再进行切削加工。适应于各种铸造合金，特别是形状

21、复杂的耐热合金铸件。因为型壳材料是高温的。可做出形状复杂、难于切削加的铸件。如汽轮机叶片。工艺过程复杂，生产成本高，不能生产大型铸件。主要用航空、电器、仪器和刀具。2.2 金属型铸造 金属型铸造是将液态合金浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。工艺要求：喷刷涂料。使金属铸型保持一定的工作温度。合适的出型时间。防止铸铁件产生白口。金属型铸造的特点一型多铸生产率高冷却速度快，铸件组织致密，机械性能高。表面光洁，尺寸准确。缺点：金属型成本高，加工费用大金属型没有退让性，不宜生产形状复杂的铸件。金属型冷却速度快，易产生裂纹。用于大批量生产有色铸件。2.3 压力铸造压力铸造是将金属液在高压下高速充型，

22、并在压力下凝固，获得铸件的方法。工作过程：浇入金属压铸取出铸件压力铸造的特点铸件的精度及表面质量较高（IT1113、Ra6.31.6），因此压铸件为经机械加工。可压出形状复杂的薄壁件或镶嵌件。铸件的强度和硬度都较高。生产率高。缺点：成本高。不适于压高熔点金属。铸件内部常有气孔、缩孔等。不能进行热处理。2.4 离心铸件将液态合金浇入高速旋转（2501500r/min）铸型中，使金属液在离心力作用下充填铸型并结晶，这种铸造方法称为离心铸造。立式卧式离心铸造的特点利用自由表面产生圆筒型铸件，可省去型芯和浇注系统，省工、省料，降低成本。在离心力作用下成型，不易产生缩孔、气孔、夹渣。充型能力强，便于流动

23、性差的合金及薄件的生产。便于制造双金属铸件缺点：内表面粗糙，加工余量大。本课小结型砂的组成？性能？手工造型方法有哪些？铸造工艺的内容包括哪些？怎样确定浇注位置与分型面？（见P28、29练习）常见的特种铸造方法有哪些？Lesson 4 铸件结构设计1、铸造工艺对铸件结构的要求；1.1 铸件外形的结构设计1.2 铸件内腔的结构设计1.3 铸件的结构斜度1.4 铸件结构与铸造方法的关系2、合金的铸造性能对铸件结构的要求；3、后续工艺对铸件结构的要求；1.1 铸件外形的设计铸件外形的设计应考虑便于起模1、应有起模斜度2、尽量避免操作费时的三箱造型、挖砂造型、活块造型及不必要的外部型芯。铸造工艺对铸件结

24、构的要求1.1 铸件外形的设计之一避免外部侧凹 以便于造型。不好好铸造工艺对铸件结构的要求 1.1 铸件外形的设计之二分型面要尽量平直不合理合理铸造工艺对铸件结构的要求 1.1 铸件外形的设计之三凸台、筋条的设计要方便造型不好好铸造工艺对铸件结构的要求 1.1 铸件外形的设计之三凸台、筋条的设计要方便造型不好好铸造工艺对铸件结构的要求1.2 铸件内腔的设计良好的内腔设计，既可减少型芯数量，又有利于型芯的固定、排气和清理，因而可防止偏芯、气孔等缺陷，并降低成本。1.2 铸件内腔的设计之一应尽量减少和避免型芯1.2 铸件内腔的设计之一应尽量减少和避免型芯用吊砂代替型芯1.2 铸件内腔的设计之二便于

25、型芯的固定、排气和清理接上向上排气便于型芯的固定、排气和清理向下排气不好增设工艺孔1.3 铸件的结构斜度铸件上垂直于分型面的不加工表面最好具有结构斜度，这样起模省力、铸件精度高。结构斜度设计斜度a:h角度适应范围1：51130h 500mm.1:10030有色合金1.4 铸件结构与铸造方法的关系熔模铸造便于取出蜡和型芯(与砂型铸造相似)为了便于浸渍和撒砂，孔、槽不宜过小或过深。孔径应2mm，通孔时，孔径/孔深46，盲孔时，孔深/孔径2mm,槽深/槽宽26。应可能满足顺序凝固的要求。应尽量避免有大平面。可在大平面上增设工艺孔和工艺筋。增加工艺孔增加工艺筋1.4 铸件结构与铸造方法的关系金属型铸造

26、铸件应能顺利地出型，尤其便于金属型芯的抽出。1.4 铸件结构与铸造方法的关系压铸件尽量消除侧凹和深腔。在无法避免的情况下，也应便于抽芯。内侧凹无法抽芯外凹便于抽芯2 铸件结构与合金铸造性能的关系2.1合理设计铸件壁厚2.2 壁与壁之间的联接2.3 其他2.1 铸件结构与合金铸造性能的关系之一合理设计铸件壁厚。最小壁厚的大小与合金的流动性有关。砂型铸造条件下的最小壁厚 2.1 铸件结构与合金铸造性能的关系之一最小壁厚铸件尺寸铸钢灰口铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金铜合金 500500 1520 101512202.1 铸件结构与合金铸造性能的关系之一铸件壁厚参考值2.1 铸件结构与合金铸造性能的关系之

27、一铸件壁厚要均匀若铸件各部分的壁厚差别过大,则厚壁处形成金属积聚的热节,致使厚壁处易于产生缩孔、缩松、裂纹等缺陷。铸件结构与合金铸造性能的关系之二铸件壁与壁之间的联接应合理设计铸件壁的联接或转角时，也应尽力避免金属的积聚和内应力的产生。铸件壁的联接或转角处，应有结构圆角热节处易产生缩松和缩孔，应力集中。产生结晶分界面，分界面处易积聚杂质铸件结构与合金铸造性能的关系之二铸件壁与壁之间的联接应合理设计铸件壁的联接或转角时，也应尽力避免金属的积聚和内应力的产生。铸件壁的联接或转角处，应有结构圆角热节处易产生缩松和缩孔，应力集中。产生结晶分界面，分界面处易积聚杂质铸件结构与合金铸造性能的关系之二铸件壁

28、与壁之间的联接应合理设计铸件壁的联接或转角时，也应尽力避免金属的积聚和内应力的产生。铸造内圆角的大小应与铸件的壁厚相适应，圆角直径约为相邻壁厚的1.5倍铸件结构与合金铸造性能的关系之二铸件壁与壁之间的联接应合理设计铸件壁的联接或转角时，也应尽力避免金属的积聚和内应力的产生。应避免锐角联接铸件结构与合金铸造性能的关系之一铸件壁与壁之间的联接应合理设计铸件壁的联接或转角时，也应尽力避免金属的积聚和内应力的产生。不同壁厚间的联接应逐步过渡铸件结构与合金铸造性能的关系之三铸件应量避免有过大的水平面铸件结构与合金铸造性能的关系之三铸件在冷却时应能自由收缩后续工艺对铸件结构的要求应有合理的加工余量，尽量减

29、少切削加工面积。应有可靠的粗加工基准面和夹紧部位。应考虑热处理时产生变形和开裂。下例铸件结构是否合理？如不合理，请在图上进行修改结构斜度的设计圆角的设计凸台的设计试用内接法确定下图所示铸件的热节部位。在保证尺寸H的前提下，如何使铸件的壁厚尺寸均匀为什么空心球难以铸造？要采取什么措施？试用图示出。Lesson 5 自 由 锻 1.自由锻的基本工序2.自由锻工艺规程的制定3.自由锻件的结构工艺性4.高合金钢的锻造5.常见的锻造缺陷自由锻工序基本工序自由锻基本工序是使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以达到所需形状和尺寸的工艺过程。包括镦粗、拔长、弯曲、冲孔、扩孔、切割、扭转和错移等。辅助工序辅助工序

30、是为基本工序操作方便而进行的预先变形工序。如钢锭倒棱、预压钳把、压肩（分段压痕）等。修整工序修整工序是为了减少表面缺陷而进行的工序。如整形、滚圆、校正等。自由锻基本工序举例之一镦粗镦粗带尾梢镦粗局部镦粗展平镦粗自由锻基本工序举例之二拔长拔长芯轴拔长自由锻基本工序举例之三芯轴扩孔冲孔与扩孔实心冲子冲孔空心冲子冲孔冲子冲孔2.1 绘制锻件图2.2 坯料重量及尺寸计算2.3 选择锻造工序2.4 计算变形力、选择合适的锻造设备2.5 确定锻造温度范围、加热及冷却规范2.6 确定锻件热处理制度2.1 自由锻工艺规程的制定之一以零件图为基础再结合锻造工艺确定敷料 为了简化锻件形状，便于进行锻造而增加的一部

31、分金属。锻件余量 锻件上凡需要切削加工的表面都应留有加工余量。锻件公差 零件的基本尺寸加上加工余量称为锻件基本尺寸，锻造公差是锻件基本尺寸的允许变动量。2.2 自由锻工艺规程的制定之二计算坯料的重量和尺寸坯料重量可按下式计算：G料=G锻件+G烧损+G料头式中G料坯料重量 G锻件锻件重量 G烧损烧损重量，第一次加热取被加热金属的23%，以后各次加热取1.52%。G料头在锻造过程中冲掉或被切掉的那部分金属的重量。2.3 自由锻工艺规程的制定之二计算坯料的重量和尺寸坯料的尺寸(横截面积）根据坯料重量可选计算出坯料体积。V=G/（dm3)确定横截面积时主要考虑：锻件的锻造比和采取的变形方式（锻造比是变

32、形前后的横截面积之比。）对于锭坯锻造比应大于2.53对于轧坯：镦粗时考虑高/径比。H0/D0=1.252.5拔长时若有锻造比要求，则考虑锻造比。2.3.1 根据锻件形状和锻造工序的特点确定锻造工序。2.3 自由锻工艺规程的制定之三选择锻造工序盘类零件锻造工序：镦粗（或拔长及镦粗）冲孔2.3.2 根据锻件形状和锻造工序的特点确定锻造工序。2.3 自由锻工艺规程的制定之三选择锻造工序轴类零件锻造工序：拔长（或镦粗及拔长），切肩 和锻台阶2.3.3 根据锻件形状和锻造工序的特点确定锻造工序。2.3 自由锻工艺规程的制定之三选择锻造工序筒类零件锻造工序：镦粗（或拔长及镦粗），冲孔，在芯轴上拔长。2.3

33、.4 根据锻件形状和锻造工序的特点确定锻造工序。2.3 自由锻工艺规程的制定之三选择锻造工序环类零件锻造工序：镦粗（或拔长及镦粗），冲孔，在芯轴上扩孔。2.3.5 根据锻件形状和锻造工序的特点确定锻造工序。2.3 自由锻工艺规程的制定之三选择锻造工序曲轴类零件锻造工序：拔长（或镦粗及拔长），错移，锻台阶，扭转2.3.6 根据锻件形状和锻造工序的特点确定锻造工序。2.3 自由锻工艺规程的制定之三选择锻造工序弯曲类零件锻造工序：拔长，弯曲2.4 坯料的加热加热的目的？始锻温度？终锻温度？加热过程中常见的缺陷有哪些？2.5 锻件的冷却常见的冷却方式有哪些？半轴自由锻工艺卡重量：25kg 坯料尺寸：1

34、30240 材料：18CrMnTi半轴自由锻工艺卡重量：25kg 坯料尺寸130240 材料：18CrMnTi半轴自由锻工艺卡重量：25kg 坯料尺寸130240 材料：18CrMnTi半轴自由锻工艺卡重量：25kg 坯料尺寸130240 材料：18CrMnTi半轴自由锻工艺卡重量：25kg 坯料尺寸130240 材料：18CrMnTi半轴自由锻工艺卡重量：25kg 坯料尺寸130240 材料：18CrMnTi3 自由锻件的结构工艺性3.1 圆锥体的锻造须用专门工具，锻造比较困难，应尽量避免。不合理合理自由锻件的结构工艺性3.2 圆柱体与圆柱体交接处的锻造很困难，应改成平面与圆柱体交接。不合理

35、合理自由锻件的结构工艺性3.3 加强筋与表面凸台等结构难以用自由锻方法获得，应避免这种设计，对于椭圆形或工字形截面、弧线及曲线形表面，也应避免。不合理合理自由锻件的结构工艺性3.4 横截面有急剧变化或形状比较复杂的零件，应分成几个简单部分，再用焊接或机械联接法组合成整体。不合理合理4 高合金钢的锻造特点备料 高合金钢坯料不允许有表面裂纹等缺陷，锻前需进行退火处理。加热特点与锻造温度范围 应低温装炉，缓慢升温。锻造温度范围窄，只有100200C锻造特点控制变形量增大锻造比变形要均匀避免出现拉应力锻后冷却炉冷或坑冷5 常见的锻造缺陷裂纹锻造过程中由于加热、冷却、变形、热处理等工艺不当所致。晶粒局部

36、粗大由于加热温度过高、变形不均匀、锻造比太小等。弯曲和变形 白点（氢脆）对白点敏感的钢，加热或冷却不当，造成的裂纹。本课小结自由锻工序有哪几类？自由锻基本工序有哪些？基本工序辅助工序修整工序镦粗、拔长、冲孔与扩孔、弯曲、扭转、错移、切断（割）钢锭倒棱、预压钳把、分段压痕修整平面、彭形滚圆、弯曲本课小结制定自由锻工艺规程应考虑哪些内容？绘制锻件图应考虑哪些内容？自由锻件可分为哪几种类型？下列自由锻件结构是否合理？如不合理，请修改。Lesson 6 模 锻与塑性变形后金属组织与性能的变化1.锤上模锻1.1 模锻的优点 1.2 模锻锤1.3 锻模结构1.4 模膛类型1.5 模锻工艺规程的制订1.6

37、模锻件结构工艺性2.胎模锻3.塑性变形后金属组织与性能的变化 1.1 模锻的优点 1、生产率高。2、模锻件尺寸精确，加工余量小，精密模锻能取代切削加工3、可锻出形状复杂零件4、节省金属材料，减少切削加工。在批量足够的条件下可降低成本1.2 模锻锤蒸气-空气模锻锤1踏板2机架3砧座4操纵系统 模锻锤吨位（KN）57.5101520205070100130锻件重量 (kg)1001.3 锻模结构锤头上模毛边槽下模模垫砧座分模面模膛楔铁1.4 模膛模膛类型类型模锻模模锻模膛膛终锻模膛终锻模膛预锻模膛预锻模膛制坯模膛制坯模膛拔长模膛拔长模膛滚挤模膛滚挤模膛弯曲模膛弯曲模膛切断模切断模膛膛终锻模膛预锻模

38、膛拔长模膛滚挤模膛弯曲模膛制订锻件图坯料重量及尺寸计算确定模锻工步（模膛）计算变形力、选择合适的锻造设备确定锻造温度范围、加热及冷却规范确定锻件热处理制度1.5.1 制定模锻锻件图1 确定分模面原则(1)要保证锻件能从模膛中取出。分模面应选在锻件最大尺寸的位置。(2)必须使分模面处上下模膛的外形一致。以便于发现错模事故。(3)最好把分模选在能使模膛的深度最浅的的位置处。(4)选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。(5)最好使分模面为一个平面。1.5.1 制定模锻锻件图2 余量、公差和敷料余量一般在14mm，为自由锻的1/21/3左右。公差一般在0.33mm。直径小于25的孔不锻出。直径大于25

39、的孔锻出时应留冲孔连皮。连皮厚度与孔径有关，当孔径为3080mm时，连皮厚度为48mm。1.5.1 制定模锻锻件图3 模锻斜度和圆角半径模锻斜度与h/b有关，h/b越大，斜度越大。一般为515。内模锻斜度比外模锻斜度大25。外圆角半径(r)一般取1.512mm.内圆角半径(R)一般取外圆角半径的23倍1.5.2 确定模锻工步模锻分类1、长轴类2、盘类长轴类模锻件工步 常用工步：拔长滚挤弯曲预锻终锻盘类模锻件工步 常用工步：。镦粗。终锻修整工序切边和冲孔 校正 热处理 清理 精压1.6 模锻件结构工艺性1.锻件必须具有一个合理的分模面。以保证模锻件易于从模膛中取出，敷料最少，锻模容易制造。2.只

40、在零件上有与其他机件配合的表面留加工余量。3.设计零件的外形要力求简单。避免薄壁、高筋、凸起结构。对于复杂零件宜采用锻焊工艺2 胎模锻胎模锻是在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的工艺方法。其工艺特点介于自由锻和模锻之间。胎模主要有扣模、套筒模及合模等。胎模介绍1、扣模2、套筒模3、合模3 塑性变形后金属组织与性能的变化冷变形后组织变化晶粒沿变形最大的方向伸长晶粒与晶粒均发生扭曲，产生内应力晶粒间产生破碎冷变形后性能变化强度硬度升高、塑性韧性降低。加工硬化金属的回复与再结晶 T回=（0.250.30)T熔 T再=0.4T熔 3 锻造后组织性能的变化铸件内有各种缺陷：通过锻造：锻合孔隙，微裂纹，破碎

41、夹杂（渣），细化、均化组织。出现纤维组织性能变化：强度、硬度、塑性提高，特别是冲击韧性提高。纤维组织练习（见P105）Lesson 7 焊接原理与方法1.焊接的基本原理1.1 焊接电弧1.2 电弧焊冶金过程的特点1.3 焊接接头金属组织与性能的变化1.4 焊接应力与变形2.常用焊接方法2.1 焊条电弧焊2.2 埋弧自动焊2.3 气体保护焊2.4 气焊与气割2.5 钎焊1.1 焊接电弧焊接电弧是电极与工件之间的气体介质中长时间而强有力的放电现象。2600K2400K厚件薄件空载电压？工作电压？电弧长度？1.2 焊条电弧焊冶金过程的特点1.焊接电弧和熔池的温度高于一般的冶炼温度。导致金属元素蒸发烧

42、损。2.金属熔池体积小，高温时间短，导致化学成份不均匀，气体和杂质来不及浮出。易产生气孔和夹渣等缺陷。3空气中的氧与金属发生化学反应，使金属元素烧蚀，同时残留在焊缝金属中，导致气孔夹渣。4.空气中的氢、氮留在金属中，使力学性能变脆。焊缝处的力学性能变差保证焊缝质量的措施造成有效的保护，限制空气进入焊接区。渗入有用的合金元素，以保证焊缝的化学成分。进行脱氧、脱硫和脱磷。Fe2O3+MnMnO+2FeO FeO+MnMnO+Fe 2FeO+SiSiO2+2FeMnO SiO2加入CaO脱硫、脱磷1.3 焊接接头组织与性能的变化 温度分布1.3 焊接接头组织区与性能的变化焊缝区铸态组织焊接热影响区熔

43、合区铸态组织与过热粗晶组织，性能低。过热区过热粗晶组织，性能低。正火区细晶组织，性能高。部分相变区晶粒大小不均匀，性能稍低。重要的焊接结构件应进行正火或退火处理。1.4.1 焊接应力产生的原因与示例平板对焊长方形钢板边缘焊：圆筒形环缝原因：焊件上温度不均匀热胀冷缩不均匀焊缝处冷却收缩受阻焊缝处受拉应力1.4.2 减少焊接应力的措施(1)合理选材、避免焊缝密集交叉、避免焊接面过大、焊缝过长。(2)选择合理的焊接次序。(3)预热法：预热到350400C(4)焊后退火处理：加热到500650C、之间不能自由收缩而开裂好1.4.3 焊接变形收缩变形：角变形：弯曲变形：扭曲变形：波浪形变形：1.4.4

44、减少焊接变形的措施(1)焊缝对称设计(2)反变形法(3)加裕法(4)刚性夹持法(5)选择合理的焊接次序不合理矫正机械矫正火焰加热矫正合理对称进行施焊2.1 焊条电弧焊2.1.1 电焊条的组成与作用2.1.2 药皮的组成与作用2.1.3 焊条的分类与牌号2.1.4 焊条的选用原则2.1.5 焊条的选用实例焊条电弧焊2.1.1 电焊条的组成与作用电焊条的组成？焊芯起导电和填充焊缝金属的作用。焊芯采用专门冶炼的钢丝制造，常见牌号H08、H08A、H08E、H08Mn2Si等，直径1.65mm.药皮的作用：提高电弧的稳定性，改善焊接工艺性；将空气与熔池隔开以保护熔池；对熔池中金属脱氧并渗合金；造渣缓冷

45、，进行冶金处理；从而提高焊缝力学性能。焊芯与药皮2.1.2 药皮的组成与作用原料种类作 用稳弧剂改善引弧性能，提高电弧燃烧的稳定性。造渣剂造渣、保护焊缝、脱硫脱磷造气剂造成一定量的气体，隔绝空气，保护焊接熔滴与熔池。脱氧剂降低电弧气氛和熔渣的氧化性，脱除金属中的氧，锰还起脱硫作用。合金剂使焊缝金属获得必要的合金成分稀渣剂增加熔渣流动性，降低熔渣粘度粘结剂将药皮牢固的粘结在焊芯上。2.1.3 焊条的分类及牌号按药皮化学性质可分为酸性和碱性（低氢）按用途不同可分为10大类。即结构钢焊条（J）、低温钢焊条（W）、钼和铬钼耐热钢焊条（R）、不锈钢焊条（A、G）、堆焊焊条（D）、铸铁焊条（Z）、镍和镍合

46、金焊条（Ni）铜及铜合金焊条（T）、铝及铝合金焊条（L）、特殊用途焊条（Ts）酸性焊条碱性焊条熔渣呈酸性保护气体是H2、CO熔渣呈碱性保护气体是CO、CO2电弧稳定、可交、直两用。焊接电流大，焊缝成型好。操作要求不严氟化物降低电弧稳定性、用直流焊接电流小，焊缝成型差。操作要求严药皮成分氧化性强，易烧蚀有用合金，合金元素过渡效果差脱硫、磷能力差、抗裂性差。易产生“白点”，冲击韧性一般。药皮成分有还原性，合金烧蚀少，合金元素过渡效果好脱硫、磷能力好、抗裂性好。冲击韧性高。用于一般钢结构、生产率高。用于锅炉压力容器。的受压元件与重要结构件。焊条牌号焊条类别代码焊条类别代码药皮类型代号焊条抗拉强度（K

47、g/mm2）J422表示：结构钢焊条，焊缝强度不低于420MPa，药皮类型为氧化钛钙型2.1.4 焊条的选用原则低碳钢和普通低合金钢构件，一般都要求焊缝金属与母材等强度，因此可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。同一强度等级的酸性焊条或碱性焊条的选用，主要应考虑焊接件的结构形状（简单或复杂），钢板厚度，载荷性质（静载或动载）和钢材的抗裂性能而定。低碳钢与低合金结构钢焊接，可按异种钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊条。铸钢的含碳量一般都比较高，而且厚度较大，形状复杂，很容易产生焊接裂纹。选用碱性焊条。焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应的专用焊条，以保证焊缝金属的主要化学成分与性

48、能和母材相同2.1.5 焊条的选用实例 某工字梁采用 16Mn 钢焊接而成。母材的力学性能和化学成分如下：b=520MPa，s=350MPa，5=21%,，40C 时，k=30J/cm2，C=0.2%，Mn=1.6%，Si=0.6%，S0.05%，P0.05%，梁受力大且受冲击载荷,工作温度：-2040C，试选用合适的焊条牌号。分析 16Mn 钢属低合金结构钢，根据焊条选用原则，应按等强度原则选用。梁受力大，且受冲击载荷，工作温度较抵，是较重要结构，要求冲击韧度好，抗裂性，低温冲击韧度好，应选用耐冲击较好的碱性焊条。焊条的选用实例查阅焊接手册J*1、J*5 均为酸性焊条，J*6、J*7 为碱性

49、焊条。常见牌号有：J422、J426、J427、J502、J506、J507、J553、J556、J557、J606J507的力学性能指示与母材接近。2.2 埋弧自动焊埋弧自动焊的特点生产率高。是手弧焊的510倍焊质量高且稳定节省金属材料改善了劳动条件缺点：设备费用贵，工艺准备复杂，对接头加工与装配要求严。用于直线焊缝与圆筒形工件的纵、环焊接。不宜焊薄板。2.3.1 氩弧焊氩弧焊是用氩气（Ar2）作为保护气体的气体保护焊。分为熔化极氩弧焊和钨极氩弧焊两种氩弧焊的特点由于用惰性气体保护，适合于接各类合金钢，易氧化的有色金属以及锆、钽、铌等稀有金属。氩弧焊电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，表面没有焊渣，

50、成形美观。电弧和熔池是气体保护，明弧可见，便于操作，易实现自动化。电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，熔池较小，焊接速度较快，焊接热影响区小，工件焊后变形小。氩气价格高，控制系统较复杂，操作时忌自然吹风，只能在室内进行。目前主要用于焊接有色金属及不锈钢、耐热钢。2.3.2 二氧化碳气体保护焊二氧化碳气体保护焊是利用二氧化碳气体作为保护气体的电弧焊。它利用焊丝作电极，以自动或半自动的方式进行焊接。二氧化碳气体保护焊的特点成本低焊接质量较好生产率高，焊接变形小，操作性能好。缺点：飞溅大，烟雾多，弧光强烈，焊缝表面不够美观，忌吹风，易产生气孔，设备较复杂。目前广泛用于汽车、造船、机车车辆、农机生产等。2