机械基础课件 课题5 金属的热加工

1.铸造、锻造及焊接的种类、方法及应用

2.砂型铸造、自由锻及手工电弧焊的特点及应用【主要内容】1.铸造

2.锻造

3.焊接【重点掌握】热加工压铸模

锻造

铸造

焊接砂型铸造1.铸造

是指将熔化的金属浇入铸型或压射到铸型型腔中，凝固后获得一定形状、尺寸和性能铸件的成形方法。特点：适应性强；铸造生产成本较低；实现了少切削和无切削；但铸件力学性能较差。分类：砂型铸造和特种铸造两类。

应用：制造承受静载荷及压应力的结构件，如箱体、床身、支架等

。砂型组成示意图

（1）砂型铸造

1）砂型组成：砂型一般由上砂型、下砂型、砂芯、浇注系统分型面：上、下砂型的交界面。型腔：砂型中由模样形成的空腔

2）砂型铸造工艺过程:制造模样和芯盒、造型（手工和机器）、制芯、浇注系统及冒口、合型、熔炼、浇注、落砂清理和检验砂型铸造工艺过程造型材料

制造铸型用的材料称为造型材料。造型材料包括型砂和芯砂，型砂和芯砂的组成：制芯浇注系统

为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。作用：保证金属液均匀、平稳地流入并充满型腔；调节浇注速度，防止金属液冲坏型腔；防止熔渣、砂粒或其它杂质进入型腔。

组成：由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。铸造铝合金椅子铸造汽车排气管机床铸件砂型铸件（2）特种铸造常用的特种铸造方法有：金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、熔模铸造等。1）金属型铸造将液体金属浇注到用金属材料制成的铸型中，获得铸件的铸造方法称为金属型铸造。2）压力铸造铝合金压铸件低压铸造铝合金金属型铝合金铸造铸件：3）离心铸造卧式离心铸造立式离心铸造4）熔模铸造（蜡样的铸造）压型蜡样注蜡精密铸造铝镁合金铸件精密铸造（铜件）离心铸造特种铸造件：2.锻造锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形方法。它是锻造和冲压的总称。（1）锻压特点：力学性能较高；节约材料；生产率较高；适用范围广。（2）锻压基本生产方式：轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻及板料冲压。

锻压基本生产方式示意图（3）应用金属锻压加工在机械制造、汽车、拖拉机、仪表、造船及国防等工业中有着广泛应用。

（4）锻造工艺1）锻造的加热钢的始锻温度一般应在铁碳相图的固相线以下150～250℃，低、中碳钢加热温度一般在1150～1250℃，终锻温度一般在A1以上50～100℃。2）冷却：低、中碳钢和低合金钢的小型锻件采用空气冷却。锻造炉热模锻（5）锻造分类自由锻和模锻（6）自由锻1）自由锻设备：锻锤和液压机2）自由锻的基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移等。

快锻压机自由锻基本工序简图锻钩3.焊接（1）焊接特点良好的密封性；节约材料；化大为小、拼小为大；获得特殊性能；焊接接头组织性能不均匀

（2）焊接的分类和应用

分类：熔焊、压焊和钎焊。

应用：主要用于制造金属结构件，在船舶、桥梁、压力容器、起重机械、房屋建筑、电视塔、金属桁架等领域应用广泛。（3）焊条电弧焊

焊条电弧焊是利用焊条和焊件间产生的电弧热，将焊件和焊条融化而进行焊接的方法

。

1）焊接设备：直流弧焊机交流弧焊机焊条焊条电弧焊示意图动画演示交流弧焊机手工电弧焊机手工直流弧焊机常用的焊接设备如下：2）焊接电弧直流电焊机的正接与反接焊接电弧的构成动画演示3）焊接材料

气焊焊条焊条碳钢焊条铸铁焊条4）焊条电弧焊焊接工艺规范①焊接接头形式对接接头角接接头T形接头搭接接头对焊角焊搭焊T型焊接焊接接头实物如下：动画演示动画演示常用对接接头的坡口形式有I形坡口、V形坡口、U形坡口、X形坡口②

焊接接头坡口形式的选择：交流弧焊机直流弧焊机

电弧焊机直流手工电弧焊机平焊横焊立焊仰焊③焊接空间位置④焊条直径的选择平焊时焊接电流的选择焊条直径／mm2.02.53.24.05.06.0焊接电流/A40～6550～80100～130160～210200～270260～300

焊条直径主要取决于焊件厚度、接头形式、焊缝位置、焊层(道)数等因素。

⑤焊接电流的选择焊接电流大小根据焊条直径来选择⑥焊层较厚的焊件

多采用开坡口(坡口形式见焊接结构设计)、多层焊，每层焊缝厚度最好在4mm～5mm。每层焊缝厚度是焊条直径的0.8～1.2倍时，生产率较高。5）焊条电弧焊的操作引弧、运条、焊条的角度、收弧、焊接清理。

4.零件成形工艺的选择1）依据零件的形状与尺寸来选择2）依据生产批量选择3）依据现有的生产条件选择麻花钻主轴箱传动轴【小结】1.铸造：铸造成形的方法很多，主要是砂型铸造和特种铸造。砂型铸造成本低、灵活性大、适应广。特种铸造主要包括金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造等.2.锻造：锻压的基本生产方式：轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻、板料冲压等。锻造分为自由锻和模锻，自由锻生产率低，只适应单件小批量或大件的生产。

模锻批量或大批量生产3.焊接：焊接可分为三大类：熔焊、压焊和钎焊。焊接分焊条电弧焊和其它焊接方法。焊条电弧焊焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成，焊条由焊芯和药皮两部分组成，焊条按其熔渣性质可将焊条分为酸性焊条和碱性焊条两大类。对力学性能要求高的选择碱性焊条，要求工艺性好的选择酸性焊条。【习题与思考题】1.名词解释铸造、砂型铸造、锻造、镦粗、弯曲、拔长、焊接、熔化焊、压焊、钎焊。

答：铸造是指将熔化的金属浇入铸型或压射到铸型型腔中，凝固后获得一定形状、尺寸和性能铸件的成形方法。砂型铸造是将液态金属浇入用型砂制作的铸型型腔中，待其冷却凝固后，将铸型破坏取出铸件的方法。

锻造是指在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。

镦粗：镦粗是使坯料高度减小、横截面积增加的工序。

弯曲：弯曲是使坯料弯成一定角度或形状的工序。

拔长：拔长是使坯料长度增加而横截面积减小的工序。

焊接：焊接是指通过加热或加压，或两者并用，用或不用填充材料，使工件结合在一起的方法。

熔化焊：将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔化焊。

压焊：焊接过程中，必须对焊件施加压力(加热或不加热)，以完成焊接的方法。

钎焊:是采用比母材金属熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。2.填空题：（1）铸造成型方法很多，主要分为砂型和特种铸造两大类。（2）手工造型的方法有整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型等。（3）冒口的主要作用是补缩，一般冒口应设置在铸件厚大部位或上部。（4）焊接方法按焊接过程的特点分熔焊、压焊和钎焊三大类。（5）焊接电弧由阳极区、阴极区、弧柱区三个区域组成（6）焊件接正极，焊条接负极的接法称为正接法。（7）焊接接头的基本形式有对接、角接、搭接、

T形。（8）锻造分类一般分为自由锻和模锻。

（9）自由锻的基本工序有镦粗、拔长、弯曲、冲孔、错移等。（10）自由锻所用设备，根据它对坯料作用力的性质不同，分为锻锤和液压机两大类。（11）砂型一般由上砂型、下砂型、砂芯、浇注系统等部分组成。

3．选择题（1）下列焊接方法中属于熔焊的有

A、

B、

C。

A.埋弧焊B.电渣焊C.激光焊D.电阻焊。（2）焊条电弧焊焊接电弧阳极区的温度大约是

BK左右，阴极区的温度大约是

AK左右，弧柱区的温度大约是

C

K左右

A．2400B．2600C．6000～8000

（3）焊接一般结构件时用

A

，焊接重要结构件时用

B。

A.酸性焊条B.碱性焊条（4）下列金属中焊接性最好的是

A，最差的是

C

。

A．20钢B．HT250C．T12钢d.LF21(3A21)

4．简答题（1）铸造生产有哪些优缺点？答：铸造适用范围广，铸造生产成本较低，实现了少切削和无切削，铸件力学性能较差。（2）什么是砂型铸造？砂型铸造的主要工艺过程是什么？答：砂型铸造是将液态金属浇入用型砂制作的铸型型腔中，待其冷却凝固后，将铸型破坏取出铸件的方法。制造模样和芯盒、配制型砂和芯砂、造型、制芯、合箱、熔融金属、浇注、落砂、清理和检验。

（3）什么是特种铸造？常用的特种铸造有哪些？答：与砂型铸造不同的其它一系列铸造方法，称为特种铸造。常用的特种铸造方法有：金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、熔模铸造、壳型铸造、陶瓷型铸造、密封铸造、连续铸造等。（4）常见的手工造型方法有哪些？答：主要有整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、三箱造型、刮板造型、地坑造型等。（5）指出自由锻造的生产特点和应用范围。答：力学性能较高，节约材料，生产率较高，适用范围广，精度较低。应用于单件小批量生产。也是大件唯一的生产方法。

（6）自由锻有哪些基本工序?

答：自由锻有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移等基本工序。（7）如何确定锻造温度范围？答：钢的锻造温度范围是指锻件由始锻温度至终锻温度的间隔。钢的始锻温度一般应在铁碳相图的固相线以下150～250℃，低、中碳钢加热温度一般在1150～1250℃，始锻温度过高容易产生过热或过烧缺陷，再结晶后的细小晶粒会继续长大，锻件会因晶粒比较粗大而降低力学性能。对于亚共析钢来说，在A1～A3温度区间加热，终锻温度一般在A1以上50～100℃。对于过共析钢，当锻件冷却至ACm以下时，容易沿奥氏体晶界析出网状渗碳体，为此其终锻温度应控制在A1以上，以便能通过锻造击碎网状渗碳体。

（8）什么叫正接法和反接法?并分别说明应用场合。答：正接是指工件接正极，焊条接负极，此时电弧热量主要集中在焊件上，有利于加快焊件熔化，保证足够的熔深，适用于焊