章 铸锻焊PPT课件

1、1.合金的流动性 流动性是指熔融合金的流动能力，它是影响充型能力的主要因素。 合金的流动性通常用螺旋试样来测定。第1页/共67页v影响合金流动性的因素： (1) 合金的成分 纯金属、共晶合金流动性好；(2) 浇注条件 提高浇注温度，可提高流动性 ； 浇注压力加大，流动性提高； 铸型散热越快，流动性越差 。预热铸型可以提高流动性。 另外 ，铸型的透气性 、铸件的结构对充型能力也有较大影响 。 第2页/共67页2.合金的收缩性合金的收缩过程 铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸的减小称为收缩。其中体积的减小称为体收缩，尺寸的减小称为线收缩。 铸造合金的收缩包括：液态收缩、凝固收缩、固态收缩。 收缩

2、大小受化学成分，浇注温度和浇铸工艺等影响 。 第3页/共67页 缩孔、缩松 铸造应力 铸件的固态收缩受到阻碍而产生的应力称为铸造应力。 分为机械应力和热应力 。 应力框 杆2图2-3 铸造应力框杆1第4页/共67页防止缩孔、缩松的方法 加冒口和冷铁 防止变形、裂纹的方法 防止铸件产生变形、裂纹最根本的方法是防止应力产生。 壁厚均匀一致 ，力求铸件各部位冷却速度一致； 铸件中的热应力可用去应力退火、时效等方法消除； 在工艺上采取改善型、芯砂的退让性，及时落砂消除对收缩的阻碍等措施。 第5页/共67页3.合金的吸气性 吸气性是指金属液吸收气体的能力。 气体主要来源于造型材料中的水分， 主要是氢气，

3、其次是氮气和氧气。 为减少金属液中的气体，可采取q减少吸气量 (真空冶炼 )q及时排出气体 (如在铝液中加入六氯乙烷，当其受热分解时产生大量气泡上浮，带走金属液中的氢气 ) 铸钢件不宜使用氢气在钢中产生白点（微裂纹）。q阻止气体析出（快冷、加压、凝固）三方面措施。 第6页/共67页 4.合金的偏析 铸件中化学成分不均匀的现象称为偏析。 偏析会造成铸件性能不均匀，严重影响铸件的质量。常见的偏析有三种： 晶内偏析 （扩散退火消除） 比重偏析（搅拌、加大冷速） 区域偏析 （加大冒口）第7页/共67页金属滑移理论 锻压是指固态金属在高温或常温下，通过外力的作用产生塑性变形而获得所需尺寸、形状及力学性能

4、的毛坯或零件的工艺方法。 其基本特点是塑变成形。 单晶体变形过程如图 第8页/共67页v多晶体的塑性变形 金属一般都是多晶体，塑性变形较单晶体复杂 。除晶粒内部的滑移变形外，还有晶粒与晶粒间的滑动和转动，即晶间变形。 由于多晶体中每个晶粒的位向不同，各晶粒的塑性变形将受到周围位向不同的晶粒及晶界的影响和约束。 其变形抗力也比同种金属的单晶体高得多。第9页/共67页加工硬化与再结晶 1.加工硬化与再结晶 加工硬化 金属发生塑性变形后强度和硬度提高的现象称为加工硬化或冷作硬化。 回复 将金属加热到一定温度，原子获得一定的扩散能力而使晶格扭曲程度减轻，并使内应力下降，部分地消除加工硬化现象，即强度、

5、硬度略有下降，而塑性略有升高，这一过程称为“回复”。第10页/共67页 再结晶 如果对塑性变形后的金属加热，金属原子获 得足够高的动能，因塑性变形而被拉长的晶粒及碎晶等将重新生核、结晶，形成新的细小均匀的等轴晶粒等轴晶粒，从而消除了加工硬化现象，这一过程称为再结晶。 纯金属的再结晶温度T再0.4T熔。 第11页/共67页 金属的冷、热变形 再结晶温度以上的塑性变形称为热变形。 在再结晶温度以下（通常指低于回复温度）的塑性变形称为冷变形。 锻造纤维组织 锻造纤维组织的形成使金属产生各向异性： 锻件纵向（平行于纤维方向）上的塑性和韧性增加，而在横向（垂直于纤维方向）的则下降。第12页/共67页q

6、纤维的合理分布 在设计和制造零件时： 尽量使零件工作时的 最大正应力与纤维方 向一致。 使切应力或冲击力 与纤维方向垂直， 使纤维组织的分布尽 可能与零件的外形轮 廓相符合而不被切断。(a)(b)(c)第13页/共67页金属的锻压性能 金属的锻压（造）性能指的是金属锻压成形的难易程度。 金属锻压（造）性能好坏的指标： 塑性 变形抗力 取决于金属的本质和变形条件。 金属本质的影响 化学成分：纯金属的比合金的好。 金属组织：单相组织的锻压性能比多相组织的好；铸态组织和粗晶组织不如锻轧组织和细晶组织的锻压性能好。第14页/共67页 变形条件的影响 变形温度：随着变形温度的升高 ，材料的塑性提高而变形

7、抗力减小。加热温度原子结合力滑移阻力加速再结晶，及时消除加工硬化得单相区（内有可锻区）要防止： 过热-由于加热温度过高，锻件晶粒过分长大。 过烧-由于加热温度过高，锻件晶界氧化或熔化。过热锻件可通过热处理细化晶粒，过烧锻件只能报废。第15页/共67页 变形速度 变形速度在不同的速度范围内对锻压性能有不同的影响。 C左:来不及消除加工硬化的影响，使金属的塑性下降，变形抗力提高. C右:当变形速度较大时，由于塑性变形的热效应，使金属的温度升高，变形抗力下降，从而又改善了可锻性。高速锤锻造和高能成形就是利用了这一原理。 但常用的一些锻造方法，其变形速度都低于上述临界速度，由其本质塑性差的合金钢和高碳

8、钢，均采用减慢变形速度的工艺，以防止坯料破裂。 第16页/共67页 应力状态 压应力的 数目越多，塑性越好； 拉应力的数目越 多，塑性越差。 例如，坯料在自由镦粗时，外侧层呈两压一拉的应力状态，所以在外侧表面易产生裂纹。 第17页/共67页 2.金属的锻造温度范围 锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度之间的温度区间。 始锻温度 碳钢的始锻温度 比固相线低200左右。 终锻温度 碳钢的终锻温度 为800左右 。第18页/共67页2.3锻压工艺设计锻压成形方法 压力加工包括锻造、冲压、轧制、拉拔、挤压等。其中锻造和冲压统称为锻压 。 常用锻压方法及技术与经济性见表2-10。 第19页/共67页自由锻

9、工艺规程 自由锻工艺规程包括绘制锻件图、计算坯料重量和尺寸、确定变形工序、选定设备和工具、确定锻件加热和冷却方法等内容。 1.绘制锻件图 锻件图是锻造加工的基本依据，它是以零件图为基础并考虑机械加工余量、锻造公差和余块等绘制而成的。 第20页/共67页 自由锻锻件图 第21页/共67页机械加工余量 凡需后续机械加工的表面应留有加工余量。 在技术上可行和经济合理的条件下，应尽量减少加工余量。锻造公差 锻件实际尺寸与基本尺寸之间所允许的偏差即为锻造公差。锻件的基本尺寸为零件的基本尺寸与加工余量之和。 锻造公差的大小约为加工余量的1/41/3。自由锻件的加工余量与公差数的具体数值可阅查有关手册。第2

10、2页/共67页工艺余块 为了简化锻件形状，便于锻造而添加一部分金属称为余块。当零件上带有较小的凹档、台阶、凸肩、法兰和孔时，皆需添加余块。 在锻件图中，锻件的外形用粗实线描绘。零件的主要形状用双点划线描绘。 锻件的名义尺寸和锻造公差标注在尺寸线上面，相应的零件尺寸标注在尺寸线的下面并用括弧括起来。 第23页/共67页2.计算坯料重量和尺寸 重量可按下式粗略计算： 坯料重量(G坯)=锻件重量(G件)+坯料损耗量(G损)坯料损耗量 G损= K1G件使用煤炉时，K1=2.54；油炉时K1=23；煤气炉时K1=1.52.5。 根据坯料重量确定坯料尺寸时，要满足对锻件的锻造比（高径比）的要求：1.25

11、H0 / D0 3 由坯料重量（及密度）可算出坯料的体积V坯，然后再算出坯料直径D0或边长A0及高度H0。第24页/共67页确定变形工序 主要内容包括： 基本工序的名称与顺序； 工序的尺寸； 所选用的工具等。 自由锻件的分类及基本工序见表2-11。选择锻造设备 锻造设备应根据锻件的材料、尺寸，锻造的基本工序，锻造设备的锻造能力等因素进行选择。选择时要充分考虑本单位的设备条件。 锻造常用的设备有空气锤、蒸汽-空气锤和液压机等。第25页/共67页 自由锻工艺设计实例 零件名称：法兰盘，材料Q235,数量100，零件图如下，制订其自由锻工艺规程。第26页/共67页绘制锻件图 锻件形状为一实心盘， 见

12、表2-12。计算坯料重量和尺寸 V件= 637cm3 G坯= (1+k1) G件=5.15kg (取k1=3) 选 D0=70mm H0=170mm 验算锻造比 D0 / H0=2.433确定变形工序 镦粗 滚圆 平整端面选择锻造设备 150kg空气锤 法兰盘锻造工艺卡见表2-12。第27页/共67页自由锻件结构设计 设计的原则是：在满足使用性能要求的前提下，锻件形状应力求简单，易于锻造。自由锻件的结构工艺性见表2-13。 不合理 合理 第28页/共67页模锻工艺规程 包括绘制锻件图，计算坯料的重量和尺寸，确定变形工步和设计模膛，选择设备以及锻件的修整工序等。 不合理 合理 绘制模锻件图 选择

13、分模面便于锻件从模膛中取出；金属易于充满模膛， 容易发现错模；减少锻件余块，直线分模 。第29页/共67页加工余量、公差、余块 模锻件的加工余量一般为 mm，公差为0.33。尽量减少或不加余块，节约金属。冲孔连皮 锻件上的透孔模锻时不能直接锻出，在该部位留有一层较薄的金属，称为连皮 。模锻斜度、圆角 为便于锻件从模膛中取出，锻件与模膛侧壁接触部分需带一定斜度，称为模锻斜度，如图-33。模锻斜度一般为5、7、10、12等值。模膛深度与宽度比值（h/b）越大，斜度值越大。内壁斜度比外壁斜度大一级。第30页/共67页 锻件上两个面的相交处均应以圆角过渡。 一般外圆角半径取16mm ，内圆角半径为外圆

14、角半径的倍。 模锻斜度、圆角半径及连皮 第31页/共67页齿轮坯模锻件图图第32页/共67页2. 计算坯料尺寸 计算步骤与自由锻件相似。 3.确定变形工步 各个变形工步都必须在相应的模膛内完成。锻模模膛分为制坯模膛和模锻模膛。模锻模膛又分为预锻模膛和终锻模膛两种。 齿坯模锻件变形工步 预锻终锻预成型图2-35 齿坯模锻件变形工步锻件第33页/共67页4.选择模锻设备5.修整：切边、冲孔、校正、清理等 6.锻后热处理：一般采用退火或正火处理 第34页/共67页模锻件结构设计 应使结构符合下列原则： 1.具有合理的分模面、模锻斜度和圆角半径， 制模方便，易于出模。2.在满足使用要求的前提下，零件形

15、状力求简单；尽量采用平直、对称及截面差别不大并且过渡 平缓的形状；尽量壁免薄壁、高筋、高台、深孔或多孔的结 构。3.形状复杂的零件，可考虑采用锻造焊接或 锻造机械连接组合工艺。第35页/共67页摇臂零件的结构工艺性比较 适当减少大头部体积；将大头部深孔用冲孔(带连皮)方式获得 ；将小头部的深而细的孔改用盲孔锻出；对杆部的形状作了适当改动。 因而结构工艺性大为改善。 第36页/共67页2.4焊接工艺设计焊接成形方法三大类：熔化焊、压力焊、钎焊（详见图2-37）焊接是一种永久性连接方法 。q其主要优点是： 结构的重量轻，连接性能好； 焊缝接头气密性好，外观平滑； 生产周期短、生产率高、劳动强度低；

16、 便于实现自动化 。 第37页/共67页焊接也存在一些不足： 焊接是一个不均匀的加热和冷却过程，易使焊接结构产生应力、变形并造成焊缝附近热影响区组织与性能的不均匀变化； 接头处会产生裂纹、气孔、未焊透、夹渣等缺陷而引起应力集中，降低承载能力，甚至造成脆断； 焊接结构是不可拆卸的，不利于零、部件的更换。 第38页/共67页 常用焊接方法的技术与经济性见表2-15。焊接工艺设计1.焊接工艺设计的原则能获得满意的焊接接头。焊接应力与变形小、可焊性好。焊接时焊件的翻转次数少、施焊方便。生产率高、生产周期短、生产成本低。2.焊接工艺设计的主要内容选择焊接方法、焊接设备 首先应根据产品的结构尺寸、形状、材

17、料的焊接性、焊接接头的质量要求等，选择最经济、最方便、高效率并且能保证焊接接头质量的焊接工艺方法。 然后根据焊接方法选择相应的焊接设备。 第39页/共67页确定焊接工艺参数（手工电弧焊时） 确定焊条直径、 焊接电流与电压、 焊接速度、 焊接顺序及方向。确定焊接热参数 确定预热、焊后热处理的工艺参数 。选择或设计焊接工艺装备 如采用翻转装置、装配一焊接夹具等。 第40页/共67页焊接件结构设计1.焊接结构材料的选择 原则是：在满足结构使用性能要求的前提下，应尽量选用焊接性较好的材料。 含碳量0.5的碳钢和含碳量0.4的合金钢焊接性不好，不宜用作焊接结构材料。焊接结构应尽量选用同种金属材料制作。

18、2.焊缝布置应考虑以下原则：应尽量减少焊缝数量和填充金属量； 如图2-38所示箱体焊接结构。 第41页/共67页焊缝布置应便于操作 布置焊缝时，要考虑有足够的焊接空间，具有良好的“敞开性” 。第42页/共67页应尽量避免构 焊缝尽可能对称 件接头截面突变第43页/共67页焊缝不得密集、 焊缝应避开最大应力交叉 和应力集中的位置 焊 缝 应 避 开切削 加工表面第44页/共67页3. 焊接接头、坡口形式的选择 常见的接头形式有对接、搭接、角接和T型接头四种 。 开坡口的目的是为保证焊缝根部焊透，获得较好的接头质量。不同厚度的焊接件，其坡口形式也不同。第45页/共67页对接接头 搭接接头 点焊 钎

19、焊 第46页/共67页角接接头 形接头第47页/共67页焊接工艺设计实例产品名称及技术要求：液化石油气钢瓶，壁厚3mm，设计压力为1.6MPa，充装质量50kg，批量生产。第48页/共67页1.选择钢瓶材料瓶 体 选 用 液 化 石 油 气 钢 瓶 专 用 钢 板 材 料15MnHp钢，用3mm厚钢板冲压后焊接成形。瓶嘴选用塑性和焊接性好的20钢，用圆钢经切削加工后，焊到瓶体上。2.焊缝布置 瓶体的焊缝布置 有两种方案 ：第49页/共67页3.焊接接头设计瓶嘴与瓶体的焊接接头形式采用角接，不开坡口。筒身的纵向焊缝，采用形坡口单面焊。上、下封头与筒身采用环形焊缝；接头形式采用衬环对接或缩口对接。

20、第50页/共67页4.焊接方法和焊接材料的选择瓶嘴与瓶体的焊接：采用焊条电弧焊，焊条牌号为J507 。瓶体纵向焊缝和环形焊缝的焊接：可采用多种方法，最好是选用埋弧自动焊，焊丝牌号可选用H08A、H08MnA 。5.工艺过程筒身： 瓶嘴： 上、下封头： 检验： 6.液化石油气钢瓶装配图 第51页/共67页2.5板料冲压与粉末冶金板料冲压 板料冲压设备主要有剪床和冲床两类。冲压工作主要在冲床上进行。基本工艺可分为分离工艺和成形工艺两大类。 1.冲裁 冲裁是采用分离工艺使板料按封闭轮廓分离的一种冲压方法。冲裁包括落料与冲孔。 第52页/共67页金属板料的冲裁过程 ：第53页/共67页2. 拉延 拉延

21、又称拉深，是采用成形工艺使板料成为中空形状零件的一种冲压方法。成品 废品第54页/共67页3.其它冲压工艺翻边 起伏 胀形 旋压 第55页/共67页4.板料冲压件的结构设计 冲压件形状应力求简单、 对称；冲裁件形状应尽量采用圆形、矩形等规则形状，并便于合理排样 ；冲裁件上的槽和悬臂结构不能太狭、太深或太长，孔间距或孔边距不宜过近；冲孔的尺寸不能过小；拉延件外形要力求简单，最好采用轴对称形状并且不要过深； 采用冲一焊结构可以简化冲压工艺。 第56页/共67页粉末冶金 粉末压制成形方法通常称为粉末冶金。它是制造各种金属（及非金属）粉末和以粉末为原料通过成形、烧结和必要的后置处理制取金属材料和制品的

22、工艺方法。压制成形过程 第57页/共67页粉末冶金 的优点：制品精度高、组织结构均匀 实现了少、无切削加工 节省大量的金属材料和加工工时及机床 粉末冶金应用 ：(1)多孔制品 (2)复杂形状制品(3)难加工材料的制品(4)具有特殊性能的制品 第58页/共67页2.6非金属工程材料成型塑胶成型工艺 是将各种形态的塑胶原材料转变为一定形状和性能的制品的方法。 塑胶成型技术取得了快速的发展： 由单一型技术向组合型技术发展， 由常规条件的成型技术向特殊条件的成型技术发展， 第59页/共67页1.模压成型 模压成型又称压制成型，是将松散状的固态物料放入到预热的模具中，通过加热和加压方法使它们逐渐软化熔融，然后根据模腔形状进行流动成型，经一定时间后卸压、启模即得到制品（塑件）的过程。 主要用于热固性塑料。 生产过程控制较为简单，并易于生产大型制品。 第60页/共67页2. 注射成型 注射成型也称注塑成型，是将原料先在注射机料筒内预热至塑料的流动温度，然后以较大压力和较高速度将