砂型铸造、特种铸造与锻造设备(ppt 87页).pptx

第二篇毛坯生产,第九章铸造生产,毛坯生产,1、毛坯生产,引言：,毛坯：根据机器零件所要求的工艺尺寸、形状而制成的坯料，供进一步加工使用，以获得成品零件。,2、毛坯生产方法：,获得毛坯的生产过程就是毛坯生产。,铸造、锻造、冲压、焊接等。,常用的毛坯除型材外，主要有铸件、锻件、冲压件和焊接件。,第九章铸造,引言：,1、铸造的概念,将经过熔化的液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型中，冷却凝固后获得毛坯或零件的一种工艺方法。(铸造),2、铸造的方法,3、铸造的特点,砂型铸造、特种铸造,(2)生产成本低，较为经济,(1)成型方便，适应性强,(3)铸件组织性能差,利用液态成形,适应各种形状、尺寸，不同材料的铸件.,节省金属,材料来源广泛，设备简单。,铸件晶粒粗大，力学性能差.,第11章铸造,第1节砂型铸造,砂型铸造是以砂为主要造型材料制备铸型的一种铸造方法。目前90%以上的铸件是用砂型铸造方法生产的。,一、砂型铸造的工艺过程,工艺准备,造型,落砂,合箱,浇注,造芯,清理,检验,熔炼金属,配砂、制模,第11章铸造,二、造型材料,制造铸型用的材料称为造型材料，砂型铸造使用主要是型砂和芯砂，它们是由砂、粘结剂和附加物组成。,造型材料应具备以下性能：,4、透气性,1、可塑性,3、耐火性,2、足够的强度,5、退让性,型砂和芯砂在外力作用下要易于成形。,型砂和芯砂在外力作用下要不易破坏。,型砂和芯砂在高温下要不易软化、烧结、粘附。,型砂和芯砂紧实后要易于通气。,型砂和芯砂在冷却时其体积可以被压缩。,第1节砂型铸造,三、模样与芯盒,1、模样与芯盒是制造铸型和型芯的工具。,2、模样形成铸件的外形，其外形相当于铸件的外部形状；型芯形成铸件的内腔形状。芯盒是制造型芯的工具。,3、砂型铸造多用木材制造模样和芯盒。,4、特种铸造用金属模、塑料模和其它模样。,第1节砂型铸造,四、造型方法,按造型操作方法的不同，可分为：,1、手工造型,2、机器造型,填砂、紧实、起模等主要有人工完成，操作灵活，生产率低，主要用于单件小批量生产。,填砂、紧实、起模等实现机械化，生产率高，投资大，主要用于批量生产。,主要方法有：,主要方法有：,整模造型,挖砂造型,三箱造型,活块造型,刮板造型,假箱造型,振压紧实、抛砂紧实,分模造型,第1节砂型铸造,五、造芯及合箱,1、造型芯,2、合箱,型芯的作用一是形成铸件的内腔，二是简化模型的外形，以制出铸件上的台和槽等。,型芯采用比型砂更好的造型材料。,造芯方法也有手工造芯和机器造芯两种。,铸型的装配工序简称合箱。合箱前，在铸型中放好型芯、扣上上箱、放置浇口杯。合箱后，两箱要卡紧，防止错箱和抬箱。,第1节砂型铸造,六、铸铁的熔炼及浇注,1、铸铁的熔炼设备有冲天炉和感应炉等。其原料有金属料、燃料和熔剂。,2、浇注系统：引导金属液进入铸型型的通道。它包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道四个部分组成。,第1节砂型铸造,七、落砂、清理和检验,1、落砂：,出箱的温度一般不高于500度，以免铸件产生内应力或开裂。,清砂是清除型砂和芯砂的过程，有水力清砂和水爆清砂两种方法。,2、清理：,去除表面粘砂的方法有滚筒清理、喷射清理和抛丸清理等方法。,3、检验：,主要包括外观检验、内部检验、化学性能和金相检验等。,将浇注成形后的铸件从型砂和砂箱中分离出来的工序，它分为出箱和清砂两个过程。有手工落砂和机械落砂两种方法。,去除浇口、冒口、飞边、毛刺以及表面粘砂的工序。,其任务是确定合格的铸件，去除有缺陷的铸件。,第1节砂型铸造,第2节特种铸造,1、概念：,3、常用的特种铸造方法：,2、特种铸造的特点：,引言：,铸件精度高，力学性能好；生产率高；工人劳动条件好等。,特种铸造是指砂型铸造以外的其他铸造方法。,金属型铸造,压力铸造,熔模铸造,离心铸造,壳型铸造,第2节特种铸造,一、金属型铸造,将液态金属注入用金属制成的铸型中，以获得铸件的方法。,1、工艺特点：,一型多铸，铸件精度高，力学性能好，但成本高，主要用于大批大量生产铜、铝、镁等非铁合金铸件。,2、工艺过程：,金属型铸造,第2节特种铸造,二、熔模铸造,将蜡料制成模样，在上面涂以若干层耐火涂料制成型壳，然后加热型壳，使模样熔化、流出，并焙烧成有一定强度的型壳，再经浇注，去壳而得到铸件的一种铸造方法。,1、工艺特点：,以熔化模样为起模方式。铸件精度高，是少无切削加工的方法之一。其设备简单，生产批量不受限制，主要用于大批、大量生产。其缺点是工艺过程复杂，生产周期长。,2、工艺过程：,熔模铸造,第2节特种铸造,三、压力铸造,将熔融的金属在高压下，快速压入金属铸型的型腔中，并在压力下凝固，以得到铸件的一种铸造方法。,1、工艺特点：,高速高压。,2、工艺过程：,压力铸造,多用于非铁合金（如铝、铜、镁等）精密铸件的批量生产。,第2节特种铸造,四、离心铸造,将熔融的金属浇入高速旋转的铸型中，使金属液在离心力的作用下凝固成形，以得到铸件的一种铸造方法。,1、工艺特点：,组织紧密，铸件质量好。,2、工艺过程：,离心铸造,用于生产空心铸件。,第2节特种铸造,整模造型,刮板造型,假箱造型,挖砂造型,三箱造型,活块造型,砂型铸造,金属型铸造,熔模铸造,压力铸造,离心铸造,分模造型,第10章锻压生产,锻压是锻造与板料冲压的合称，属于金属压力加工的一部分。,自由锻,模锻,挤压,拉拔,板料冲压,金属压力加工方式,金属压力加工的特点：（1）改善组织，细化晶粒，消除缺陷，提高力学性能；（2）减少加工损耗，省材省工，生产效率高；（3）加工零件的体积和质量适应范围大；（4）不能获得外形和内腔形状复杂的工件；（5）只能加工塑性材料，如钢和有色金属等，不能加工脆性材料，如铸铁等。,一、加热：提高塑性，利于变形及获得良好的锻后组织,1、锻造温度范围,始锻温度过高：增强可锻性、增加锻造时间，但将引起过热和过烧。过热指超温时晶粒迅速长大，使金属塑性降低的的现象。一般可以通过正火细化晶粒来补救。,第二节锻造工艺,始锻温度过低：锻造时间不足，塑性变差。终锻温度过高：锻造结束后晶粒继续长大，力学性能变差。终锻温度过低：塑性差，变形困难。,过烧指在更高的温度下晶界上产生脆性氧化层的现象。严重时使其报废。过烧与过热相比，不但晶粒粗大，而且表面发生氧化脱碳，形成脆壳，严重地破坏了晶粒之间的金属键，过烧之后的零件稍一锻打就会粉碎，无法补救。,2、加热速度与冷却方法,加热速度过快时：会使锻坯内外温度不均，严重时会发生开裂。,正常或稍快的加热速度将减少氧化和脱碳，降低燃料消耗，提高生产率；氧化钢在高温下时间过长，表层将会与炉气中的氧产生反应，生成很硬的氧化铁皮，造成金属损耗的现象。脱碳钢在高温下表层被氧化，造成含碳量下降，硬度降低的现象。,冷却速度过快时：锻造后冷却速度过快时，将产生挠曲或开裂，表面淬硬难以切削。,二、自由锻造,利用冲击力或压力使金属在锻造设备的上下抵铁间产生自由变形的方法。,自由锻造的加工适应性较广，但对技术水平要求高，劳动条件差，金属损耗大，生产率低。,手工锻造适用于单件、要求不高的小型锻件，机器锻造适用于小批量生产、大型锻件。,自由锻造的基本工序,经塑性变形得到所需形状及尺寸的工艺过程。,三、模型锻造,将金属坯料放在锻模模膛内，在锻压冲击力或压力下变形而获得锻件的方法。模型锻造的生产率高，锻件形状准确，可获得形状复杂的锻件，切削加工余量小。但需要专门模锻设备，故成本较高。适用于中小型、批量生产。,1、锤上模锻,在专用的模锻空气锤或模锻蒸汽锤的锻锤和模垫上分别固定上下模，上下模经锤击合拢，而获得锻件的方法。,锤上模锻具有一般模锻的优点，但冲击大、震动大、噪声大、效率低。一般仅用于中小吨位的锻锤。,2、压力机上模锻,在压力机上的滑块和底座上分别固定上下模，上下模经下压合拢，而获得锻件的方法。,压力机上模锻工作时冲击小、噪声小、操作安全，但生产率低。一般适用于中小批量生产。,3、胎模锻,在自由锻造的设备上用胎膜生产锻件的方法。与锤上模锻和压力机模锻不同的是，胎膜不与锤头和下模座连在一起。,胎膜锻造工艺灵活，可提高锻件的精度和形状的复杂程度，减少了加工余量，提高了生产率。,空气锤,适用于小型锻件,蒸汽锤,适用于中、小型锻件,主要有空气锤、蒸汽锤、水压机、液压机等。,第3节锻造设备,水压机,适用于大型锻件,大型水压机,板料冲压,用冲模使薄板料分离或变形的加工方法。板料冲压一般在冷态下进行，故称冷冲压。当板料厚度超过810mm时，可采用热冲压。板料冲压的优点是：（1）可压出形状复杂的零件，废料少，利用率高；（2）冲压尺寸精度高，表面光洁，无须再加工；（3）可直接获得强度高、刚度好、质量轻的零件；（4）操作简单，便于机械化和自动化生产，生产率高；（5）缺点是冲模成本高；通常用于金属制品的大批量生产。,第四节板料冲压,1、冲压设备,剪床将板料剪成适当的条料，供冲压之用。,冲床（又称曲柄压力机）将条料冲压成型。,剪床,冲床,冲模用于冲压的模具。,2、板料冲压基本工序,（1）分离工序,（2）变形工序,课后小结,1.锻压生产定义,锻压是压力加工（包括锻造、板料冲压、轧制、挤压、拉拔）的一部分，具体指锻造和板料冲压的合称。,2.压力加工的优缺点,1）改组织、细晶粒、压和缺陷；2）生产效率高；3）省工省料；4）加工范围大；5）内形复杂件和脆性材料不能加工。,3.锻造的加热温度,碳素钢的始、终锻温度,始锻温度：比固相线低200,终锻温度：大约为800,始锻过高：过热、过烧,始锻过低：塑性变差,终锻过高：晶粒继续长大,终锻过低：塑性差难变形,4.锻造的加热速度和冷却速度,加热正常或稍快时：少氧化脱碳，低燃料消耗，高生产率；,加热过快时：内外温度不均，严重时会发生开裂。,冷却过快时：产生挠曲或开裂，表面淬硬难以切削。,5.自由锻造,设备：空气锤、蒸汽锤、水压机,工艺：镦粗、延伸、弯曲、冲孔、切割、扭转、错移、锻接,6.模型锻造,适用：手工锻（用于小型、单件），机锻（用于大型、单件）,适用：中小型、成批大量件,设备：模锻锤（蒸汽空气锤）、压力机。,方法：锤上模锻、压力机上模锻、胎模锻。,7.板料冲压,定义：用冲模使板料分离或变形的方法（分冷冲、热冲）。,适用：薄板金属制品。,设备：剪床、冲床、冲模。,工艺：分离工序（包括剪切、落料、冲孔、修整）；变形工序（包括弯曲、拉深、成形、翻边）。,第11章焊接,焊接是通过加热或加压，或两者并用，借助于金属原子的结合和扩散，使分离的材料牢固地连接成一体的工艺方法。,焊接生产的主要优缺点：,（1）与铸钢结构件相比，可节约材料、减轻重量、降低成本；（2）对一些单件大型零件可以以小拼大，简化制造工艺；（3）可修补铸锻件的缺陷和局部损坏的零件，经济意义重大；（4）接头致密性高，连接性能好；（5）容易产生焊接变形、焊接应力及焊接缺陷等。,主要焊接方法,锡焊,熔焊将两个焊件局部连接处加热至熔化状态，并加入填充金属形成熔池，待其冷却结晶后形成牢固接头的一个整体的焊接方法。压焊将两个焊件局部连接处施加压力（不论加热与否），使其产生塑性变形，从而焊合成一个整体的焊接方法。钎焊利用对熔点比焊件低的填充金属钎料的加热熔化（焊件不熔化），填入接头间隙并与母材通过扩散接合成一个整体的焊接方法。,一、焊条电弧焊（手工电弧焊）,（一）焊接电弧,利用焊条和焊件之间产生的电弧热量熔化金属的焊接方法。,药皮的作用：产生CO2气体覆盖熔池，防止空气中的氧、氮、侵入后生成氧化物、氮化物，烧损有益元素，金属含氧量大大增加，使力学性能降低；形成熔渣，使有害物及杂质浮于表面容易清除。,1、焊接电弧的引燃,焊件与焊条接触造成短路产生高电阻热金属熔化并形成金属蒸气焊条与焊件迅速拉开（24mm）焊条与焊件形成两电极，电极间金属蒸气的原子部分被电离电子运动与气体介质分子碰撞加速电离正负离子对流形成焊接电弧。,2、焊接电弧的构造和极性,用直流电焊接时电弧的正负极是固定的，由于阴极区和阳极区的温度不同，所以电极的接法有正接和反接之分。,（反接）用于较薄焊件和有色金属焊件的焊接。,（正接）用于较厚焊件的焊接,用交流电焊接时极性是交替变化的，两极的温度相同，不必考虑正接与反接。,搭接,双U形对接,角接,平头对接,X形对接,U形对接,T形接,V形对接,（二）焊接接头接头形式,（三）焊缝空间位置,平焊,立焊,横焊,仰焊,（3）焊接参数（规范）,焊条直径d（平焊低碳钢时）,焊条电流I=Kd(安培)（d为焊条直径）,焊接速度v（平焊低碳钢时）,（2）焊接电流稳定：要求在电弧长度发生变化或不发生变化时，都要有稳定的电流，使电弧稳定燃烧；,（3）短路电流不太大：当焊条与焊件粘接发生短路时，要求短路电流不超过工作电流的1.252倍，防止焊接电源烧坏；,（4）焊接电流能够调节：要求根据焊件厚度以及材料的不同，能够对焊接电源的工作电流从几十A几百A进行调节。,（1）焊接电压特殊：引弧时由电源电压220V或380V陡降至空载电压5090V（直流电焊机）及6090V（交流电焊机），正常焊接时又降至较低的工作电压2030V；,1、对焊接电源的要求,（二）焊条电弧焊设备,主要设备弧焊机（亦称焊接电源）,交流弧焊电源（弧焊变压器）简单、便宜、噪音小、使用可靠、维护方便、应用很广，但电弧不够稳定；,2、常用弧焊电源的类型,直流弧焊电源（直流弧焊发电机）电弧稳定、焊接质量好，但结构复杂、噪音大、价格高、不易维修、已不再生产，（已由整流式直流发电机取代，亦称“弧焊整流器”）。,（三）电焊条,焊芯传导电源、产生电弧、作填充金属；焊芯是专门冶炼的，C、Si较低，S、P极少，目前常用碳素结构钢焊芯牌号有H08、H08A、H08MnA，常用直径有3.26mm,长度有350450mm；,药皮稳定燃烧、阻隔空气、添加合金元素、保证焊缝性能；药皮主要由矿石粉和铁合金粉等按一定比例配制而成；,焊条的分类及型号按用途不同分为：结构钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条；,碳素钢焊条型号（GB511785）,E4315,药皮类型和焊接电流种类（低氢钠型药皮，直流反接）,焊接位置（0、1适应立平横仰全位置焊接，2平（角）焊，4向下立焊）,焊缝金属最低抗拉强度值（最低抗拉强度b430Mpa）,表示焊条,二、气焊与气割,利用气体火焰来熔化母材和填充金属的焊接方法。,（一）气焊,气焊设备简单，操作灵活方便，不需电源。但火焰温度较低（最高3150），生产率低，工件变形大。一般用于焊接厚度在3mm以下的薄钢板、铜、铝等有色金属及合金，钎焊刀具，铸铁焊补。,加入焊剂（气焊粉）：去除氧化物，保护熔池，增加金属流动性，改善焊缝成形。,（二）气割,利用火焰将金属预热到燃烧点后，打开压力氧气阀，使高温金属在纯氧中燃烧成熔渣，然后高压氧将其从切口中吹走，从而分离金属的方法。,三、其它焊接方法,（一）埋弧焊,埋弧焊在熔剂层的覆盖下进行电弧焊的焊接方法。,1.质量高无飞溅，堆层厚,保护好，焊缝美观。,2.生产率高电流大，不须换焊条。,3.省材料不开坡口，焊丝利用率高，熔渣可回收。,4.劳动条件好无弧光，不飞溅，烟雾少。,主要用于平焊；由于电流强度大,不适合焊接厚度小于20mm的薄板.,（二）电渣焊,电渣焊利用电流通过液态熔渣产生的电阻热加热熔化母材与填充金属（电极）的焊接方法。,1、生产率高，成本低：大型厚工件以焊代替铸锻，不开坡口，省工省时省料；,2、焊缝金属纯净质量高：保护好，空气不易进入，熔池存在时间长；低熔点杂质易排出；,3、焊接接头组织粗大，焊后要正火处理；,一般用于板厚40mm以上工件的直缝焊接（直立焊接）。,（三）二氧化碳气体保护焊,是以CO2气体作为保护气体，以焊丝作为电极，靠焊丝与焊件之间产生的电弧熔化金属的焊接方法。,1、生产率高，成本低：CO2气体便宜，成本是埋弧自动焊和手弧焊的40%；焊丝自动送料，电弧热量集中，焊接速度快，；,2、操作性能好：CO2气体保护焊是明弧，焊接过程看得清楚，并且焊接灵活，适合全位置焊接；,3、焊接质量高：CO2气体保护焊焊缝含氢低质量高，并且电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，热影响区小，变形和开裂倾向小；,4、焊缝成形差，飞溅大，烟雾大，设备使用维修不便；,一般用于低碳钢、低级别普通低合金钢的薄板的焊接。,（四）氩弧焊,是以惰性气体氩气作为保护气体的焊接方法。,1、保护效果好，焊缝成形美观，质量优良；,2、电弧稳定，特别是小电流时也很稳定；,3、电弧可见，易于实现全位置焊接；,4、电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，热影响区小，变形和开裂倾向小；,5、氩气价格较高，因此成本高。,一般适用于焊接易氧化的有色金属和