第9章_铸造、塑性成形与焊接

第九章铸造 塑性成形与焊接 9 1铸造9 2锻压9 3焊接 一 铸造生产及其特点将熔融的金属液体浇注到具有与零件的形状和尺寸相适应的铸型腔中 待其冷却凝固 以获得毛坯或零件的方法称为铸造 9 1铸造 用于铸造的金属统称铸造合金 常用的铸造合金有铸铁 铸钢及铜 铝等合金 其中 铸铁用的最为广泛 铸造生产有以下特点 1 可以制成形状十分复杂的铸件 2 铸件的形状和尺寸皆接近于零件 可节省金属 减少切削加工的工作量 3 适应的生产范围较广 4 原材料来源广泛 价格低廉 工艺设备简单 生产成本低 5 工艺过程难以控制 质量不够稳定 废品率较高 6 铸件内部易出现缩孔 缩松 气孔 砂眼等缺陷 故性能不如锻件 铸造生产通常分为砂型铸造和特种铸造两类 二 砂型铸造用型砂和型芯砂制造铸型的铸造方法称为砂型铸造 砂型铸造生产过程 一 造型材料造型材料主要是型砂和芯砂 造型材料的性能好坏直接影响铸件的质量 因此 应予合理选用和配制 1 型砂应具备的性能 1 良好的可塑性 2 一定的强度 3 一定的透气性 4 良好的耐火度 5 一定的容让性2 型砂的组成型砂由原砂 粘结剂 附加材料和水组成 砂 粘土和水 必要时添加煤粉 锯木屑等配成的粘土砂是目前铸造生产中应用最广的型砂 二 造型方法1 手工造型手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序 常用的手工造型方法有整模造型和分模造型 1 整模造型特点 模样为一整体 分型面为一平面 型腔在同一砂箱中 不会产生错型缺陷 操作简单 2 分模造型特点 模样在最大截面处分开 型腔位于上 下型中 操作较简单 应用 最大截面在中部的铸件 常用于回转体类等铸件 2 机器造型机器造型是在紧砂和起模两个主要工序实现机械化 机器造型生产率高 质量稳定 劳动条件好 在大批量生产中已代替大部分手工造型 机器造型有震实造型 压实造型 震压造型 抛砂造型 射砂造型等 三 铸造合金的熔炼及浇注铸造合金的熔炼工作 应能保证获得的金属液达到规定的化学成分和合适的温度 尽量减少金属液中的气体和杂质 浇注工作要选择合理的工艺和浇注温度 炉料的熔炼设备种类很多 目前用于熔炼铸铁的仍以焦炭为燃料的冲天炉为主 熔炼铸钢多用电弧炉和感应炉 熔炼有色合金多用反射炉和坩埚炉 二 特种铸造 一 金属型铸造金属型铸造又称硬模铸造 它是将液体金属浇入金属铸型 以获得铸件的一种铸造方法 铸型是用金属制成 可以反复使用多次 二 压力铸造压力铸造是将熔融的金属在高压下快速地压入金属型中 并在压力下凝固以获得铸件的方法 三 熔模铸造熔模铸造又称 失蜡铸造 通常是在蜡模表面涂上数层耐火材料 待其硬化干燥后 将其中的蜡模熔去而制成型壳 再经过高温焙烧即可浇注的铸造方法 四 离心铸造离心铸造是将液体金属浇入高速旋转的铸型中 使金属在离心力作用下填充铸型并结晶凝固而制成铸件的方法 9 2锻压锻压是锻造与板料冲压的合称 属于金属压力加工生产的一部分 它包括自由锻造 模型锻造 板料冲压等方法 金属压力加工另外还有轧制 拉拔 挤压等 金属压力加工的基本方式如图所示 a 自由锻造b 模型锻造c 板料冲压d 轧制e 挤压f 拉丝 金属压力加工的特点1 能改善金属内部组织结构 2 有较高的生产效率 3 可减少金属的加工损耗 4 加工适应范围较广 5 锻压成形困难 对材料的适应性差 一 金属的加热金属在加热时 随着温度的升高 塑性提高而变形抗力下降 所以在锻造 轧制等压力加工中 都要对金属坯料进行加热 1 锻造温度范围 1 始锻温度始锻温度是开始锻造的温度 也是允许的最高加热温度 常用碳素钢的始锻温度为1050 1250 含碳量越高 始锻温度越低 2 终锻温度终锻温度是停止锻造的温度 碳素钢的终锻温度为800 左右 加热和锻造时可用仪表检测金属坯料的温度 也常用观察火色 金属坯料的颜色 的方法来判断温度 2 加热速度与冷却方法 1 加热速度提高加热速度不仅会提高生产率 降低燃料消耗 而且还能减少钢的氧化与脱碳 降低金属的损耗 过高的加热速度 会使坯件加热内外不均 严重时会使坯件产生裂纹甚至断裂 所以必须控制好加热速度 2 冷却方法常用的冷却方法有空冷 坑冷和炉冷等 二 自由锻造自由锻是只用简单的通用性工具 或在锻造设备的上 下砧铁间直接使坯料产生变形 获得所需的几何形状及内部质量锻件的加工方法 此时 金属的受力变形是在上下两砧铁间作自由流动 不受限制 形状和尺寸由锻工控制 所以称为自由锻 1 自由锻造设备 1 空气锤空气锤的结构与工作原理见图 外观图b 传动示意图1 踏杆2 砧座3 砧垫4 下抵铁5 上抵铁6 手柄7 下旋气阀8 上旋气阀9 工作气缸10 压缩气缸11 减速器12 电动机13 连杆机构14 15 活塞 2 蒸汽锤蒸汽锤的结构与工作原理见图 双柱拱式蒸汽锤1 机架2 落下部分3 工作汽缸4 操作手柄5 砧座6 阀芯7 进汽管8 阀体9 锤杆10 活塞11 排汽管 3 水压机水压机的结构与工作原理见图 1 工作缸2 工作柱塞3 上横梁4 活动横梁5 立柱6 底座7 下抵铁8 上抵铁9 回程缸10 回程柱塞11 横梁12 拉杆 2 自由锻造的基本工序基本工序有镦粗 延伸 弯曲 冲孔 切割 扭转 错移和锻接等 生产中常用的是镦粗 延伸和冲孔 它们分别表示如图 镦粗a 全部镦粗b c 局部镦粗 延伸a 一般延伸b 带心棒延伸 冲孔a 空心冲子冲孔b 板料冲孔c 实心冲子冲孔 三 模型锻造模型锻造是将金属坯料放在具有一定形状的锻模模膛内受冲击力或压力后变形而获得锻件的方法 模型锻造有如下特点 生产效率高 锻件形状和尺寸比较准确 加工余量小 能锻出形状较为复杂的锻件 但锻模的制造成本高 需用专门的模锻设备 模型锻造适用于中小型锻件的成批和大量生产 四 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 板料冲压通常在冷态下进行 所以又称为冷冲压 只有当金属板料的厚度超过8 10mm时 才采用热冲压 一 板料冲压的特点与应用板料冲压具有下列特点 1 可制成形状复杂的零件 材料利用率高 2 产品具有较高的几何精度和表面精度 3 能获得重量轻 强度和刚度较高的零件 4 操作简单 生产率高 便于实现机械化和自动化生产 板料冲压广泛应用于金属制品工业 尤其在汽车 拖拉机 航空 电器 仪表 国防及日用品工业中 占有极为重要的地位 二 冲压设备冲压设备主要是剪床和冲床 1 剪床剪床的用途是将板料切成一定宽度的条料 以供下一步冲压工序之用 2 冲床冲床又称曲柄压力机 除剪切工作外 板料冲压的基本工序都是在冲床上进行的 冲床按其结构分为单柱式和双柱式两种 三 板料冲压的基本工序 1 分离工序分离工序是使坯料的一部分相对另一部分相互分离的工序 如剪切 落料 冲孔等 2 成形工序成形工序是使坯料的一部分相对于另一部分发生位移而不破裂的工序 如弯曲 拉深等 9 3焊接焊接是一种永久性连接金属材料的工艺方法 焊接过程的实质是用加热或加压等手段 借助金属原子的结合与扩散作用 使分离的金属材料牢固地连接在一起 广泛用于桥梁 建筑 船舶 化工和机械制造等工业部门 焊接方法的种类很多 按焊接过程的特点 可归纳为三大类 即熔焊 压焊和钎焊 1 熔焊熔焊是将两个焊件局部加热到熔化状态 并加入填充金属 冷却凝固后形成牢固的接头 常用的熔焊有电弧焊 气焊 电渣焊 电子束焊 激光焊和等离子弧焊等 2 压焊压焊是在焊接时 不论焊件是否加热 必须对焊件施加一定的压力 使两者结合面紧密接触并产生一定的塑性变形 从而将两焊件焊接在一起 常用的压焊有电阻焊 摩擦焊 扩散焊 爆炸焊 冷压焊和超声波焊等 3 钎焊钎焊是指采用比焊件熔点低的钎料和焊件一起加热 使钎料熔化 焊件不熔化 钎料熔化后填充到与焊件连接处的间隙 待钎料凝固后 两焊件就被连接成整体的方法 常用的钎焊有锡焊 铜焊等 一 焊条电弧焊 焊条电弧焊是利用电弧产生的热量来熔化焊条和部分工件 从而使两块金属连成一体的手工操作的焊接方法 由于它使用的设备简单 操作灵活方便 能够适应各种条件下的焊接 因此成为熔焊中应用最广泛的一种焊接方法 但焊条电弧焊要求操作者技术水平较高 生产率较低 劳动条件较差 焊条电弧焊的焊接过程1 焊条2 焊条药皮3 焊件4 熔滴5 熔池6 焊缝7 渣壳8 熔渣9 气体 一 焊接电弧焊接电弧是焊条端部与焊件之间产生的一种强烈持久的气体放电现象 在气体放电过程中产生大量的热能和很强的弧光 焊接电弧由阴极区 阳极区和弧柱区三部分组成 弧柱区温度最高 其中心温度可达5700 以上 二 焊条电弧焊设备焊条电弧焊的主要设备是电焊机 实际上是一种弧焊电源 按产生的电流种类不同 分为直流弧焊机和交流弧焊机 1 交流弧焊机交流弧焊机是一种特殊的降压变压器 通常称为弧焊变压器 它将220V或380V的电压降到60 80V 以满足引弧的需要 2 直流弧焊机分为直流弧焊发电机和弧焊整流器两种结构 焊接发电机由交流电动机和直流电焊发电机组成 采用焊接发电机焊接时电弧稳定 能适应各种焊条 但结构较复杂 噪音大 成本高 主要适用于小电流焊接 在用低氢型焊条焊接合金结构钢和有色金属时 需选用直流电焊机 三 焊条1 焊条的组成一般焊条电弧焊的焊条由焊芯 心部金属丝 和药皮 外包层 两部分 1 焊芯焊芯主要起导电和填充焊缝金属的作用 焊芯的化学成分直接影响焊缝质量 2 药皮药皮在焊接过程中对保证焊缝质量和改善工艺性能起着极其重要的作用 2 焊条的分类及型号根据用途的不同 焊条共分九类 即 碳钢焊条 低合金钢焊条 钼和铬钼耐热钢焊条 不锈钢焊条 堆焊焊条 低温焊条 镍基铸铁焊条 铜和铜合金焊条 铝和铝合金焊条 根据药皮化学成分和性质的不同 有酸性焊条和碱性焊条之分 三 气焊与气割 一 气焊1 气焊的特点和应用气焊是利用可燃气体燃烧火焰产生的热量将焊件和焊丝熔化使焊件连接的一种焊接方法 气焊与电弧焊相比 气焊火焰温度低 且不集中 适宜焊接薄板 火焰可调节 适宜焊接不同金属 操作灵活简便 设备简单 不用电源 但加热缓慢 生产效率低 焊件易产生严重变形 接头质量不高 气焊主要用于焊接3mm以下厚度的低碳钢薄板 有色金属及其合金 钎焊刀具 铸件焊补 热处理加热等 2 气焊设备和工具 1 氧气瓶 2 减压器 3 乙炔瓶 4 焊炬如图所示 焊炬1 焊嘴2 混合管3 乙炔阀门4 手柄5 乙炔接管6 氧气接管7 氧气阀门 3 焊丝和焊剂焊丝是填充材料 焊剂 气焊粉 的作用是去除焊接过程中产生的氧化物 改善焊缝成形质量 二 气割气割是利用氧 乙炔中性火焰将金属预热到燃点后 打开切割氧气阀门 将金属剧烈氧化成熔渣 并从切口中吹掉 从而使金属分离 氧气切割的最大优点是灵活方便 适应性强 设备简单 生产率高 气割常用于钢材的下料及焊件的坡口加工 气割所用设备基本同于气焊设备 但气割所用工具为割炬 四 其它焊接方法 一 埋弧焊埋弧焊工艺十分相似于焊条电弧焊 是电弧焊的一种 在焊接过程中 金属 电弧均被可熔的颗粒焊剂所覆盖 二 电渣焊电渣焊是利用电流通过熔渣产生的电阻热熔化金属而进行的焊接方法 三 气体保护电弧焊气体保护电弧焊也称气电焊 它是利用某种气体作为保护介质的一种电弧焊接方法 常用的气体保护焊有二氧化碳气体保护焊和氩弧焊两种 1 二氧化碳气体保护焊这种焊接方法是以二氧化碳气体作为保护气体 靠焊丝与工件之间产生的电弧来熔化金属 以自动或半自动方式进行焊接 二氧化碳气体保护焊的焊接质量好 生产率高 可进行全位置焊接 主要用于焊接低碳钢 低合金结构钢 2 氩弧焊氩弧焊采用惰性气体氩气作为保护气体 主要用于焊接易被熔化的非铁金属 钛 铝等 不锈钢 耐热钢等 四 电阻焊电阻焊是利