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1、第二章 金属热加工基础,2.1 铸造,铸造成形的原理铸造工艺特点及应用砂型铸造生产过程,铸造成形的原理,铸造生产是把金属加热熔化后注入铸型的型腔中，待金属液冷却后获得铸件的一种生产工艺方法。,铸造工艺特点及应用,可制成形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯，如箱体、床身、气缸体等。适应范围广。工业上常用的金属材料都可铸造；铸件大小几乎不限（铸件外形尺寸可从几毫米到十几米，壁厚可从1mm到1m）；生产的批量不限，既适用于单件小批生产，又适用于大批量生产。成本低。可直接利用成本低廉的废机件和切屑，设备费用较低；在金属切削机床中，铸件占机床总重量75%以上，而生产成本仅占1530%。,砂型铸造生产过程,
2、砂型铸造生产过程包括以下步骤：绘制零件铸造工艺图制造模样和芯盒造型和造芯下芯、合箱浇注落砂清理质量检验获得合格铸件。,基本造型方法,基本术语基本造型方法造型方法的选择,一、基本术语,铸 型：用型砂、金属或其他耐火材料制成；包 括形成铸件形状的空腔、型芯和浇冒系 统的组合整体。型 腔：铸型中造型材料所包围的空腔部分。铸 件：用铸造方法制成的金属件，一般作毛坯 用。分型面：铸型组元间的接合面。分模面：模样组元间的接合面。,模 样：由木材、金属或其他材料制成，用来形 成铸型型腔的工艺装备。零 件：铸件经切削加工制成的金属件。砂 芯：为获得铸件的内孔或局部外形，用芯砂 或其他材料制成的，安放在型腔内部
3、的 铸型组元。芯 盒：制造砂芯或其他耐火材料所用的装备。,二、基本造型方法,整模造型、分模造型、挖砂造型、活块造型、三箱造型,1.整模造型,整模造型的特点及应用,特点：分型面为平面，铸型型腔全部在一个砂箱内，造型简单，铸件不会产生错箱缺陷。应用范围：铸件最大截面在一端，且为平面。,2.分模造型,分模造型的特点及应用,特点：模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱内。造型方便，但制作模样较麻烦。应用范围：最大截面在中部，一般为对称性铸件。,3.挖砂造型,挖砂造型的特点及应用,特点：模样为整体模，造型时需挖去阻碍起模的型砂，故分型面是曲面。造型麻烦，生产率低。应用范围：单件小批生产模样薄、分
4、模后易损坏或变形的铸件。,4.三箱造型,三箱造型的特点及应用,特点：铸件两端截面尺寸比中间部分大，采用两箱无法起模，将铸型放在三个砂箱中，组合而成。三箱造型的关键是选配合适的中箱。造型复杂，易错箱，生产率低。应用范围：单件小批生产具有两个分型面的铸件。,特种铸造,1、熔模铸造 熔模铸造又称失蜡铸造，用易熔材料如蜡料制成模样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成型壳，熔出模样后经高温焙烧即可浇注的铸造方法。（工艺过程见电教片）,特点与应用：1.铸件的精度高，表面粗糙度低（IT1210、Ra12.51.6m）2.可铸出形状复杂的薄壁铸件，如铸件上的凹槽（宽3mm），小孔（2.5mm）均可直接铸出。,3
5、.铸件合金种类不受限制，钢、铸铁和有色合金均可。4.生产工序复杂，生产周期长。5.原材料价格贵，铸件成本高。6.铸件不能太大、太长，否则蜡模易变形。,熔模铸造是一种少无切削的先进的精密铸造工艺。它最适合25kg以下的高熔点、难以切削加工合金铸件的成批大量生产，广泛应用于航天、飞机、汽轮机、燃汽轮机叶片、泵轮、复杂刀具、汽车、拖拉机和机床上的小型铸件生产。,2、压力铸造 简称压铸：熔融金属在高压下高速充型，以获得铸件的方法。,压铸的压力（压射比压）一般为3070MPa（300700大气压），充型速度可达5100m/s，充型时间为0.050.2s，最短时间只有千分之几秒。高压、高速是压铸的两大特点
6、,特点与应用：1.生产 效率高，便于实现自动化、半自动化。2.铸件的精度高，表面粗糙度低。3.铸件高压高速下结晶，故晶粒细小，表层紧实，铸件的强度、硬度高。4.便于采用嵌铸又称镶铸法。嵌铸是将各种金属或非金属的零件嵌放在压铸型中，在压铸时与压铸件铸合成一体。5.压铸机费用高，压铸模具制造成本高，工艺准备周期长，不适用单件小批量生产。,3、金属型铸造 又称永久型铸造：在重力作用下将熔融金属浇入金属型而获得铸件的方法。,特点和适用范围：1.生产率高 金属型可“一型多铸”，易于实现机械化和自动化生产。2.铸件精度和表面质量高，加工余量减小。3.铸件力学性能好，因冷却快，故组织致密。,4.劳动条件好，
7、减少了硅尘对人的危害和环境的污染。5.金属型透气差、无退让性、铸件冷却快，易生缺陷。适用范围：用于大批量生产铝合金活塞、气缸体、铜合金轴瓦，及铁合金铸件等。,4、离心铸造 将金属液浇入绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型，在离心作用下凝固成铸件的铸造方法。,特点与应用：1.生产空心旋转铸件时，可以省去型芯、浇注系统和冒口。,2.补缩条件好，使铸件致密，力学性能好。,3.便于浇注“双金属轴套和轴瓦”。,4.铸件内孔自由表面粗糙，尺寸误差大，质量差。,5.不适合比重偏析大的合金及铝、镁等轻合金。,适用范围：离心铸造适用于大批量生产管、筒类铸件，如铁管、筒套、缸套、双金属钢背铜套，轮盘类铸件，如泵轮、电机转
8、子等。,5、其他特种铸造方法 特种铸造方法还有陶瓷型铸造、低压铸造、挤压铸造、真空吸铸等。随着技术的发展，新的铸造方法还在不断出现。,2.2、压力加工,金属压力加工是利用外力，使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。压力加工方法分类1、轧制 轧制是借助于摩擦力和压力使金属坯料通过两个旋转的轧辊间的空隙而变形的压力加工方法。轧制主要用于生产各种规格的钢板、型钢和钢管等钢材。,2、挤压：挤压是利用压力，将金属坯料从挤压模的模孔中挤出而成形的压力加工方法。正挤压；反挤压；复合挤压。,3、拉拔 拉拔是利用拉力，将金属坯料拉过拉拔模的模孔而成形的压力加
9、工方法。常需经多次拉拔，依次通过形状和尺寸逐渐变化的模孔，才能得到所需截面的产品。,4、自由锻 自由锻是利用冲击力或压力，使放在上下砧之间的金属坯料变形，从而得到所需锻件的压力加工方法。5、模锻 模锻是利用冲击力或压力，使放在锻模模膛内的金属坯料变形，最后充满模膛而成形的压力加工方法。6、板料冲压 板料冲压是利用压力，使放在冲模间的金属板料产生分离或变形的压力加工方法。,一、焊接概述,1、焊接定义,是永久性连接金属材料的方法。,是通过加热、加压，或加热同时加压的方法，,使分离的金属借助原子间的结合与扩散作用连接起来的工艺方法。,2、焊接分类,2.3 焊接,3、焊接特点:,（1）节省材料，减轻重
10、量。,（2）可化大为小、以小拼大。,简化复杂和大型零件的制造过程。,（3）适应性强。,可焊范围广，连接性能好。,（4）能满足特殊性能要求，可实现异种金属和密封件的连接。,（5）生产效率高，便于实现机械化和自动化。,缺点：,焊接应力、变形，,接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。,4、应用:,（1）制造金属结构件；,（2）制造机器零件和工具；,（3）修复。,二、电弧焊基础知识,电弧焊是利用焊件与焊条（焊丝）间产生的电弧热量，,待冷却凝固后形成牢固接头的工艺方法。,主要有：手弧焊、埋弧焊、气体保护焊,1、焊接电弧,（1）引弧：,瞬时接触，,瞬间短路，产生低压大电流,产生大量电子发射，两极间气体介质电离
11、形成电弧,迅速分离2-4mm。,具备两个条件：电子发射、气体电离。,（2）电弧本质：,是在电极与工件之间强烈而持久的气体放电现象。,电极可以是金属丝、钨丝、碳棒或焊条。,电弧特点：,低电压、大电流、能量密度大、温度高、移动性好。,（3）电弧构造,阴极区：2400K，约占总热量的36-38%,阳极区：2600K，约占总热量的42-44%。,弧柱区：6000-8000K，约占总热量的20%。,（4）电弧极性及应用,使用直流电焊机时，有正、反接法。,正接法：焊件接阳极，焊厚件。,反接法：焊件接阴极，焊薄件。,2、焊接冶金过程特点,是指焊接时在电弧高温下焊接区内各种物质间的相互作用过程。,和普通冶金相
12、比，具有如下特点：,（1）熔池温度高,（2）熔池小，冷速快。,元素（C、Si、Mn）烧损厉害，降低力学性能。,冶金反应不充分，难以达到平衡态。,（3）在大气中进行,产生氧化物、氮化物、氢脆,力学性能下降。,（4）熔渣、保护气体将熔池与空气分开,有利于提高力学性能。,空气中N2和O2的影响：,Fe+OFeO，C+OCO，Mn+OMnO，Si+2OSiO2,空气中水汽的影响：,H2O2H+O,3、焊接接头的组织与性能,接头,熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织。,性能不低于基体金属。,焊缝两侧的母材，由于焊接热的作用，组织和性能变化的区域。,（1）熔合区,是焊缝和基体金属的交界区。,窄：0.1-1mm
13、，,加热温度：T液T固,过热组织，,b、k很差，,是裂纹和局部脆断的发源地。,（2）过热区,加热温度：T固Ac3+(100 200），,晶粒粗大，属过热组织，,、k差，,（3）正火区,加热温度：Ac3-Ac3+(100 200），,正火组织，力性好,（4）部分相变区：,Ac1-Ac3之间，组织不均，力性稍差。,4、焊接材料,焊条、焊丝、焊剂、保护气体。,主要介绍焊条,（1）组成及作用,焊芯：,传导电流及填充焊缝的金属，,其化学成分及非金属夹杂物的多少直接影响焊缝的质量,焊芯是采用焊接专用纲丝制成，是经过特殊冶炼而成。,焊丝的牌号：,H元素符号元素符号,如：H08Mn2SiA,芯丝直径：,min
14、：0.4mm；max:9mm，一般：3.2-5mm。,药皮：,稳弧、去杂质、渗合金，保护熔化金属及焊缝。,（2）分类,按药皮熔渣性质分：,酸性焊条和碱性焊条,三、常用焊接方法,1、手弧焊,（1）设备：弧焊机,普通直流弧焊机,整流弧焊机：,交流弧焊机,（2）手弧焊工艺,焊前准备：,下料、整形、表面清理。,焊接接头型式：,对接接头、搭接接头、角接接头和T形接头。,为什么开坡口？,工件厚度6mm即开，,保证焊透,为防止烧穿，,坡口的根部，留有的23mm直边，称为“钝边”。,坡口基本形式：,I形坡口、Y形坡口、V形坡口、K型坡口。,焊缝的空间位置：,平焊、立焊、横焊、仰焊,焊接规范：,焊接时的各种参数
15、，,手弧焊主要有：,焊条直径：,主要根据厚度。,焊接电流：,据焊条直径和焊缝位置,经验公式：I=kd,k-经验系数，一般为30-50。平焊时，K取较大值，其他位置焊时，K取较小值。,焊接速度：,电弧长度：,操作过程：,引弧、运条、焊缝的连接与收尾,（3）手弧焊的特点与应用,与气焊相比有如下特点：,温度高，热量集中，速度快，生产率高，热影响区小，焊接变形小；,产生气体和熔渣保护，去除有害元素，渗合金元素，化学成分较好。,总之，焊条电弧焊焊接质量好，生产率高，焊接变形小。,与埋弧自动焊相比有如下特点：,但对焊工技术要求高，焊接质量不稳定，厚件、长焊缝焊接时生产率较低。,应用范围：,适用于单件小批生
16、产，,用于厚度2mm以上，各种焊接位置，,短的、不规则的焊缝，,以及焊机不能到达的部位的焊接。,钛等易氧化的金属不能用手弧焊。,2、气体保护焊,（1）氩弧焊,氩弧焊分为不熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊。,1）不熔化极氩弧焊,采用高熔点的纯钨或钨的合金棒作电极的惰性气体保护焊，又称钨极氩弧焊,适于焊接厚度为4-6mm以下的薄板。,一般采用直流正接法，以减少钨极烧损。,但焊接Al、Mg及其合金时，宜用反接法,（阴极破碎作用有利于焊接熔合和保证质量）。,2）熔化极氩弧焊,以连续送进的金属焊丝作电极的氩气保护焊。,特点：,焊接电流比较大，生产率高，适宜焊接25mm以下的中厚板。,常采用直流反接，可使电弧稳
17、定，对有些金属件有“阴极破碎”作用。,需有送丝机构。,3）特点和应用,保护效果好，焊接质量优良，焊缝成形美观，无渣壳。,电弧稳定，热影响区小，焊后变形小。,气体保护，明弧可见，便于操作，易实现全位置焊接，易于自动控制。,氩气昂贵，设备造价高。,适用所有金属材料的焊接。,尤其易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。,如：铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。,（2）CO2气体保护焊,利用CO2作为保护气体的熔化极电弧焊。,1）原理：,焊丝经软导管、导电嘴送出,从喷嘴中喷出CO2气体,包围焊丝端部及熔池（引燃电弧）。,2）特点,成本低。,（仅手弧焊的40%左右）,生产率高。,（比手弧焊提高1-4倍，没
18、有渣壳，自动送丝）,操作性能好。,（明弧焊接，方便操作，适合于各种位置的焊接）,质量较好。,（热影响区小，含H低，抗裂性好）,缺点：,氧化严重，,熔滴飞溅较为严重，焊缝外形不够光滑；,易产生气孔。,主要用于焊接30mm以下的低碳钢和强度级别不高的低合金结构钢焊接。,也可用于耐磨件的堆焊、铸钢件的焊补。,3、埋弧焊,（1）定义：,是利用连续送进的焊丝在焊剂层下产生电弧而自动进行焊接的方法。,在焊缝处撒放焊剂,焊丝送入电弧区,选定弧长,引弧燃烧,焊机带动焊丝匀速前移,工件,焊丝,较大体积熔池,焊缝,焊剂熔化,熔渣保护焊缝,焊剂蒸发熔渣泡,减少电弧热能损失，阻止弧光四射,（2）埋弧焊特点：,1）生产
19、率高,（手弧焊的510倍）。,允许采取大电流焊接（可高达1000A以上）；,焊剂和熔渣有隔热作用，热能利用率高，可以不开或少开坡口；,省工、省料，焊丝利用率高；,焊剂用量少，且便宜。,2）焊接质量高且稳定。,3）节省焊接材料。,4）劳动条件好。,5）适应性差，,只能平焊中厚板、长直焊缝、大直径（500mm）环焊缝。,4、气焊与气割,（1）气焊,用可燃性气体燃烧的高温火焰来熔化母材和填充金属的一种焊接方法。,火焰（O2-C2H2焰）,中性焰：,碳化焰：,氧化焰：,O2：C2H2=1-1.2，,3000-3200，一般用,O2：C2H2=1，,2700-3000，,高碳钢和铸铁,O2：C2H2=1
20、.2，,3100-3300，,一般不用,设备及工具：,特点及应用,a 气焊火焰温度较电弧低，热量分散，加热缓慢，生产率低。,b 受热范围大，热影响区较宽。,c 火焰对熔池保护性差，焊缝质量不高。,适于焊接在3mm以下的低碳钢薄板、高碳钢、铸铁以及铜、铝等有色金属及其合金。,不需电源的地方。,（2）气割,利用氧-乙炔焰将割缝金属加热到能够在氧气中燃烧的温度，,1）定义：,然后开放切割氧，使割缝金属燃烧，,氧化成熔渣，并从切口吹掉，,从而将金属分离的方法。,2）对切割材料的要求：,金属的燃点低于熔点，否则切割前先熔化，使切口凹凸不平。,燃烧时生成的氧化物熔点应低于金属本身熔点，且流动性好，便于吹掉。,3）特点及应用,设备简单，操作灵活、方便，适应性强，生产率高。,广泛用于钢板下料、铸钢件的冒口切除。,
