-十-机械专业《材料成型工艺基础》多媒体课件-1.ppt

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，,概念,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。,概念,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： =（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。,概念,影响因素,材料本身的弹性模量 零件截面积的大小,意义,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） 。,概念与类型,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,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。,概念,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？,课间休息,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、常见的铸造缺陷 8、常用铸造合金分类,本课提纲,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。,概念,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。 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 顺序凝固原则（定向凝固）,小节提纲,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,3.4 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,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,小节提纲,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。,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,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,课间休息,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,本课提纲,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,小节提纲,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、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，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？,课间休息,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；,本课提纲,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,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,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,2.1 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,习题,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,习题,为什么空心球难以铸造？要采取什么措施？试用图示出。,习题,课间休息,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,本课提纲,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 自由锻工艺规程的制定,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。,绘制锻件图,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。,2.3.4 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：130240 材料：18CrMnTi,锻件图,半轴自由锻工艺卡,重量：25kg 坯料尺寸130240 材料：18CrMnTi,工序1 锻出头部,半轴自由锻工艺卡,重量：25kg 坯料尺寸130240 材料：18CrMnTi,工序2 拔长,半轴自由锻工艺卡,重量：25kg 坯料尺寸130240 材料：18CrMnTi,工序3 拔长及修整台阶,半轴自由锻工艺卡,重量：25kg 坯料尺寸130240 材料：18CrMnTi,工序4 拔长及留出台阶,半轴自由锻工艺卡,重量：25kg 坯料尺寸130240 材料：18CrMnTi,工序5 锻出凹挡及 拔长端面并修整,3 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,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。,课间休息,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 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,1.3 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 模膛类型,模锻模膛 终锻模膛 预锻模膛 制坯模膛 拔长模膛 滚挤模膛 弯曲模膛 切断模膛,终锻模膛,预锻模膛,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 模锻工艺规程的制定,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）,课间休息,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,本课提纲,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。,2600K,2400K,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+2Fe,MnO 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 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,小节提纲,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，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,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）,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（Kg/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 为碱性焊条。 常见牌号有：J422、 J426、 J427、 J502、 J506、 J507、 J553、 J556、 J557、 J606,J507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