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1、第4章 金屬材料成形工藝 4.1 常用金屬鑄造工藝 將熔化的金屬液澆注到具有與零件形狀相適應(yīng)的鑄型型腔中，待其凝固、冷卻后，獲得零件或毛坯的生產(chǎn)方法稱為鑄造。用鑄造方法得到的毛坯或零件稱為鑄件。 鑄造具有如下特點： （1）可以制造各種形狀的鑄件，且鑄件形狀和尺寸與零件很接近，節(jié)約金屬，節(jié)省工時。 （2）鑄件的尺寸和重量幾乎不受限制。 （3）可以適應(yīng)各種材料，特別是低塑性及不能鍛造和焊接的材料。 （4）鑄造用原材料來源廣，價格低廉，可回收利用。 鑄造生主要可分為砂型鑄造和特種鑄造兩類。其中砂型鑄造是鑄造生產(chǎn)中的最基本的方法。,,,4.1.1 砂型鑄造工藝 砂型鑄造是指用模樣（型芯）在型（芯）砂制

2、造的砂型中注入金屬液，獲得鑄件的方法。其工藝過程如圖4.1所示。,1 造型材料 造型材料指用于制造砂型和型芯的材料，包括型砂、芯砂和涂料等。它們用砂、水、黏結(jié)劑和附加物配制而成。型（芯）砂的性能好壞，直接影響到鑄件的質(zhì)量，因此配制好的型（芯）砂，必須具備良好的可塑性，足夠的強度，好的透氣性，高的耐火性，還要有一定的退讓性。,2 造型 制造鑄型的工藝過程稱為造型，造型分手工造型和機器造型兩大類。 （1）手工造型。手工造型時緊砂和起模用手工完成，操作靈活，適應(yīng)性強，模樣成本低，但鑄件質(zhì)量較差，生產(chǎn)率低，勞動強度大，主要用于單件、小批生產(chǎn)。 （2）機器造型。機器造型是用模板和砂箱在專門的造型機上進行

3、造型。它使填砂、緊砂和起模等操作實現(xiàn)機械化。其生產(chǎn)率高，鑄型質(zhì)量好，改善了工人勞動條件，適于大批生產(chǎn)。 3 造芯 當(dāng)鑄件有內(nèi)腔時，一般需制作型芯。型芯用芯盒制成，芯盒結(jié)構(gòu)有整體式、對開式和拆開式三種，如圖4.3所示。造芯方法也分手工造芯和機器造芯兩種。,1手工造芯 手工將芯砂填入芯盒，經(jīng)緊實修整后制成型芯。形狀簡單、高度不大的型芯用整體式芯盒；回轉(zhuǎn)體及形狀對稱的型芯用對開式芯盒；形狀復(fù)雜的大、中型型芯采用拆開式芯盒。 2機器造芯 機器造芯用于成批、大量生產(chǎn)的型芯，常用方法有振壓式造芯和射芯法。,4 澆注系統(tǒng)。金屬液進入鑄型型腔時所經(jīng)過的一系列彼此相連的通道稱為澆注系統(tǒng)。完整的澆注系統(tǒng)包括外澆口

4、、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道，如圖4.4所示。 （1）外澆口。金屬液的直接注入處。作用是減輕液流對鑄型的直接沖擊，阻攔熔渣流入直澆道。 （2）直澆道。外澆口下一段圓錐形垂直通道。作用是使金屬液產(chǎn)生一定靜壓力，改善鑄型的填充性。 （3）橫澆道。將金屬液引入內(nèi)澆道的水平通道。作用是擋渣，并向內(nèi)澆道分配液流。,（4）內(nèi)澆道。把金屬液直接導(dǎo)入型腔的通道。利用內(nèi)澆道的位置、大小和數(shù)量，可以控制金屬液進入型腔的速度和方向。,4.1.2 合金的鑄造性能 合金在鑄造過程中表現(xiàn)出來的工藝性能稱為鑄造性能。包括流動性、收縮、偏析傾向、吸氣性和氧化性等。 1 流動性 合金的流動性是指液態(tài)金屬的流動能力。合金流動性越好，

5、液態(tài)金屬填充鑄型的能力越強，易于澆注出輪廓清晰、薄而復(fù)雜的鑄件。影響合金流動性的因素主要是化學(xué)成分、澆注溫度和鑄型的填充性等。 2 合金的收縮 （1）收縮概念及影響因素。鑄件在凝固和冷卻過程中，其體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱為收縮。合金液從澆注溫度冷卻到室溫要經(jīng)歷三個階段：液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮。影響收縮的因素有：化學(xué)成分、澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件等。 （2）縮孔的形成及防止措施。金屬液在鑄型內(nèi)凝固時，由于液態(tài)和凝固收縮造成體積減小，若得不到金屬液補足，將在鑄件最后凝固部位形成孔洞，稱為縮孔?？s孔分為集中縮孔和分散縮孔兩類。合理控制鑄件的凝固過程，建立良好的補縮條件，就能獲得致密鑄件。,（

6、3）鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋 鑄造內(nèi)應(yīng)力。鑄件在凝固和冷卻過程中由于收縮不均勻和相變等因素而引起的內(nèi)應(yīng)力，稱鑄造應(yīng)力。鑄造應(yīng)力是鑄件產(chǎn)生變形、裂紋等缺陷的主要原因。 變形。當(dāng)鑄件中存在著內(nèi)應(yīng)力時，其厚的部分受拉應(yīng)力，薄的部分受壓應(yīng)力，鑄件將自發(fā)地通過變形來減少或消除內(nèi)應(yīng)力。對變形量較大的鑄件，可用反變形法或開設(shè)拉筋。重要鑄件，可用時效處理徹底去除殘余應(yīng)力。 裂紋。當(dāng)鑄造應(yīng)力超過合金的強度極限時，鑄件便產(chǎn)生裂紋。裂紋分熱裂紋與冷裂紋兩種。,4.1.3 鑄鋼件的鑄型工藝特點 鑄鋼熔點高，流動性差，收縮率大，易產(chǎn)生澆不足、冷隔、黏砂、縮孔（松）、裂紋等缺陷。因此，除合理設(shè)計鑄件外，還應(yīng)采取相應(yīng)的工藝措

7、施。 首先，加大澆注系統(tǒng)的截面尺寸，設(shè)置冒口，采用順序凝固，對少數(shù)薄壁均勻件，可采用同時凝固，多開內(nèi)澆口，快速澆注。其次，采用顆粒大而均勻的石英砂，在鑄型表面涂石英粉涂料，鑄型用干型或快干型，以提高鑄型的透氣性、耐火性和退讓性。此外，澆注溫度要嚴格控制，不能過高或過低。,4.1.4 鑄件的質(zhì)量檢驗與缺陷分析 常見鑄件缺陷的特征及缺陷產(chǎn)生原因見下表：,4.2 特種鑄造簡介 特種鑄造指有別于砂型鑄造的其他鑄造方法，如金屬型鑄造、熔模鑄造、離心鑄造、壓力鑄造、磁型鑄造等。 4.2.1 金屬型鑄造 將金屬液澆入到金屬鑄型中，依靠重力作用而獲得鑄件的鑄造方法稱為金屬型鑄造。金屬型可以重復(fù)使用，所以又稱為

8、“永久型鑄造”。 1金屬型鑄造的特點及應(yīng)用范圍 金屬型鑄造：金屬型使用壽命長，節(jié)約造型工時，提高生產(chǎn)率；鑄件尺寸精度高，表面粗糙度??；鑄件冷卻快，晶粒細小，力學(xué)性能好；鑄件工藝利用率高，金屬液消耗量少。缺點是金屬型生產(chǎn)周期長，成本高；鑄型無退讓性和透氣性；鑄件易形成白口，不易生產(chǎn)大型、復(fù)雜鑄件。金屬型鑄造適于大批量生產(chǎn)有色金屬合金鑄件。 2金屬型的構(gòu)造及鑄造工藝特點 根據(jù)分型面位置的不同，金屬型一般分為垂直分型式、水平分型式和復(fù)合分型式等。如圖4.5所示。其中垂直分型式便于設(shè)置澆冒口及取出鑄件，易于實現(xiàn)機械化，所以應(yīng)用最多。,圖4.5 金屬型的結(jié)構(gòu),金屬型鑄造時應(yīng)采取以下一些工藝措施： （1）

9、金屬型腔要涂0.21.0mm厚的耐火襯料與表面涂料。 （2）噴刷涂料和澆注前金屬型要預(yù)熱，以使鑄件冷卻速度降低。 （3）掌握好鑄件出型溫度和出型時間，防鑄件產(chǎn)生裂紋和白口，提高生產(chǎn)率。 4.2.2 熔模鑄造 熔模鑄造是用易熔材料制成模型，在模型上涂若干層耐火涂料，經(jīng)干燥硬化后，再將模型熔失，獲得無分型面的型殼，將金屬液澆入型殼中，冷凝后即成鑄件。,1 熔模鑄造的工藝過程 熔模鑄造的工藝過程見圖4.7所示。,2 熔模鑄造的特點及應(yīng)用 熔模鑄件精度高，粗糙度小；可以澆注形狀復(fù)雜的各種合金鑄件，如合金鋼件、碳鋼件、耐熱合金件；生產(chǎn)批量沒有限制，可以從單件到成批大量生產(chǎn)。但熔模鑄造的生產(chǎn)工序多，周期長

10、，只能鑄造中小型鑄件。熔模鑄造主要適于生產(chǎn)各種形狀復(fù)雜的小型零件，如汽輪機和渦輪發(fā)動機上的葉片及其他小型零件。,4.2.3 壓力鑄造與低壓鑄造 1 壓力鑄造 壓力鑄造是在高壓下，快速將液態(tài)或半液態(tài)金屬壓入金屬型中，并在壓力下充型、凝固的一種鑄造方法。壓鑄與其他鑄造方法相比有如下優(yōu)點： （1）壓鑄件可獲得高的尺寸精度，粗糙度小，鑄件晶粒細密，強度和硬度提高很多。 （2）在高速高壓下充型，可鑄出薄壁復(fù)雜件及各種孔眼、螺紋及花紋等。 （3）生產(chǎn)率高，且易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。 （4）經(jīng)濟效益好，省料，省工時，省設(shè)備。 壓鑄也存在一些缺點：如壓力設(shè)備及壓型投資大，只適于定型產(chǎn)品的大量生產(chǎn)；型腔中氣體難以完

11、全排出，鑄件易產(chǎn)生細小的氣孔和縮松；壓鑄件不能熱處理，以免加熱時氣體膨脹使鑄件變形；壓鑄件的塑性低，不宜在沖擊和振動的情況下工作。壓力鑄造適于有色金屬的中小型薄壁件的大量生產(chǎn)。,2 低壓鑄造 低壓鑄造是介于一般重力鑄造（金屬型、砂型、殼型等）與壓力鑄造之間的一種鑄造方法。其基本原理如圖4.9所示，在儲有一定溫度金屬液的密封坩堝中通入干燥的壓縮空氣或惰性氣體，使坩堝內(nèi)的金屬液在氣體壓力作用下自下而上地通過升液管和澆道壓入型腔內(nèi)，繼續(xù)保持一定的壓力，直到型腔內(nèi)的金屬液全部凝固為止，然后撤除液面上的壓力，使升液管和澆道中沒有凝固的金屬液由于重力作用而流回容器中，這樣就完成了低壓鑄造過程。低壓鑄造適用

12、于各種不同鑄件；鑄件在壓力下結(jié)晶，順序凝固，鑄件組織致密；金屬利用率和鑄件合格率高，勞動條件好，設(shè)備投資少。,4.2.4 離心鑄造 將金屬液澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使金屬液在離心作用下充滿鑄型并形成鑄件，這種鑄造方法稱為離心鑄造。離心鑄造既適合澆注中空鑄件，又能鑄造成形鑄件。 離心鑄造具備以下優(yōu)點： （1）鑄件組織致密，力學(xué)性能好。 （2）不用設(shè)置冒口和澆注系統(tǒng)。鑄造圓柱形內(nèi)腔的回轉(zhuǎn)體鑄件時，不用型芯。 （3）便于鑄造“雙金屬”鑄件，如鋼套鑲銅軸承等。 其缺點是鑄件內(nèi)表面質(zhì)量較差，內(nèi)孔孔徑不準(zhǔn)確，不適于澆注易產(chǎn)生比重偏析的合金。,4.3 鍛造 鍛造是利用外力，通過工具或模具使金屬材料發(fā)生塑性變形

13、，獲得一定形狀、尺寸和性能的毛坯或零件的加工方法。根據(jù)所用設(shè)備和工具的不同，鍛造分為自由鍛造、模型鍛造、胎模鍛造和特種鍛造四類。與其他加工方法相比，鍛造具有以下特點： （1）改善金屬的組織，提高力學(xué)性能。 （2）生產(chǎn)率較高。 （3）節(jié)省材料和加工工時。。 （4）適用范圍廣。 鍛造的不足之處是不能獲得形狀很復(fù)雜的鍛件。 4.3.1 金屬的鍛造性能 金屬的鍛造性能是指金屬材料鍛造的難易程度。鍛造性常用金屬的塑性和變形抗力來綜合衡量。塑性越好，變形抗力越小，則金屬的鍛造性越好；反之則差。 影響金屬鍛造性能的因素有以下幾方面。 1金屬的化學(xué)成分和組織 一般純金屬及其固溶體的鍛造性最好，化合物的鍛造性最

14、差。鋼中的Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素，會降低鍛造性，而S、Cu、Sn、Pb等元素分布于晶界，也降低鍛造性。鑄態(tài)的粗晶結(jié)構(gòu)比細晶粒組織的鍛造性差。,2變形溫度 提高金屬鍛造時的溫度，塑性增加，變形抗力減小，改善了金屬的鍛造性。 3變形速度 變形速度指單位時間內(nèi)的變形程度。變形速度對金屬塑性的影響有兩方面：一方面變形速度增加，加快了加工硬化速度，降低了塑性。另一方面變形速度增加時，變形過程中的熱效應(yīng)使金屬軟化，塑性增加。 4應(yīng)力狀態(tài) 金屬的變形方法不同，所產(chǎn)生的應(yīng)力大小和性質(zhì)也不同。拉應(yīng)力有助于晶間變形發(fā)生，金屬的塑性下降；壓應(yīng)力阻礙晶間變形發(fā)生，提高了金屬的塑性。,4.3.2 常用合金的

15、鍛造性能 1碳鋼。低碳鋼的塑性較好，鍛造溫度范圍較寬，很適宜用鍛造方法制造毛坯。 2合金鋼。碳鋼相比，合金鋼中合金元素的固溶強化現(xiàn)象明顯，且硬而脆的合金碳化物較多，所以可鍛性較差。,3鋁合金。鋁合金的鍛造溫度低，鍛造溫度范圍狹窄，錘擊時要輕、快，變形量不能太大，否則容易產(chǎn)生裂紋。 4銅合金。銅合金的始鍛溫度比鋁合金高一些，鍛造溫度范圍也比較窄。,4.3.3 自由鍛造 自由鍛造指采用通用工具或直接在鍛造設(shè)備（鍛錘或水壓機）的上、下砧之間進行鍛造。原材料用鋼錠或軋材，主要用于單件和小批生產(chǎn)，是特大型鍛件唯一的生產(chǎn)方法。 自由鍛造應(yīng)用廣泛，且工藝靈活，工具簡單，成本低。但與其他鍛造方法相比，其生產(chǎn)率

16、較低，鍛件質(zhì)量由鍛工操作水平保證。 自由鍛造的基本工序有拔長、鐓粗、沖孔、擴孔、切割、彎曲、扭轉(zhuǎn)和錯移等八種。 1拔長。使金屬坯料的橫截面積減少，長度增加的工序。如圖4.13所示，得到具有長軸線的鍛件，如光軸、曲軸、臺階軸、拉桿、連桿等。 2鐓粗。使金屬坯料的橫截面積增大，高度減小的工序。用來鍛齒輪坯、圓盤等；也可以作為環(huán)、套類空心件沖孔前的預(yù)備工序；還可以增加拔長的鍛造比。見圖4.14。,3沖孔 用沖頭在坯料上沖出通孔或不通孔的工序。用于鍛造空心工件，如齒輪坯、圓環(huán)、套筒等。如圖4.15所示。 4擴孔 減小空心坯料壁厚，增加其內(nèi)、外徑的工序。用于鍛造各種圓環(huán)鍛件。如圖4.16所示，沖頭擴

17、孔用于擴孔量不大的空心件，芯棒擴孔用于薄壁空心件。,5彎曲 將坯料彎曲成一定形狀的工序，可以鍛造吊鉤、角尺、U形彎板等鍛件。彎曲變形的鍛件，金屬的纖維組織沿鍛件輪廓連續(xù)分布，鍛造質(zhì)量好。彎曲方法見圖4.17。 6切割 用剁刀切去坯料上一部分坯料的工序，主要用于下料和切除料頭等。 7扭轉(zhuǎn) 將坯料的一部分相對另一部分繞其共同軸線轉(zhuǎn)過一定角度的工序。用來鍛造曲軸、連桿等鍛件，也可校正鍛件。 8錯移 將坯料的一部分相對于另一部分錯開，但仍保持這兩部分軸線平行的工序。,4.3.3 模型鍛造 模型鍛造是把加熱的金屬坯料放入固定于模鍛設(shè)備上的鍛模內(nèi)，施加壓力使其變形，得到所需形狀和尺寸的鍛件的鍛造工藝。,模

18、鍛與自由鍛相比有以下優(yōu)點： （1）生產(chǎn)率高。有時比自由鍛高十幾倍。 （2）模鍛件表面質(zhì)量高，尺寸精確，加工余量小，節(jié)省材料和機加工工時。 （3）能鍛造出形狀比較復(fù)雜的鍛件。 （4）操作簡單，對工人技術(shù)要求較低，勞動強度較低。 模鍛也存在一些缺點：鍛模成本高，受設(shè)備噸位限制，模鍛件重量不能太大，一般在150kg以下。模鍛只適用于中、小型鍛件的大批量生產(chǎn)。,1 錘上模鍛 錘上模鍛是目前廣泛采用的一種模鍛方法，它所用設(shè)備主要是蒸汽空氣模鍛錘，噸位為1.516t，能鍛造的鍛件重量為0.5150kg。鍛模的外形和結(jié)構(gòu)見圖4.18。 模膛根據(jù)其作用分為制坯模膛、模鍛模膛和切割模膛三大類。,2 繪制模鍛件圖

19、 模鍛件圖是制定模鍛工藝規(guī)程，設(shè)計和制造鍛模，驗收鍛件的依據(jù)。模鍛件圖根據(jù)零件圖繪制，繪制時應(yīng)考慮下列問題。 (1)分模面位置 分模面指上、下模的分界面，分模面的選擇要保證鍛件能從模膛中取出，并使模膛高度最小。一般情況下，分模面選在鍛件最大截面上，為防止上、下模錯移，最好在最大截面的中部；分模面盡量為平面，以簡化模具的制造。 (2)確定機加工余量和公差 由于模鍛件尺寸較精確，表面粗糙度小，其機加工余量和公差比自由鍛件小。機加工余量（單邊）一般為14mm，公差在0.53mm之間。 (3)模鍛斜度 為方便鍛件從模膛中取出，鍛件在垂直于分模面的壁上應(yīng)有一定斜度，稱為模鍛斜度。由于鍛件冷卻收縮時易夾緊

20、模膛凸出部分，所以內(nèi)壁斜度比外壁斜度大。一般外壁斜度取=37，內(nèi)壁斜度取=512。模膛越深，模鍛斜度越大。,(4)圓角半徑 鍛件上所有壁的交接處均需做成圓角，以提高金屬在模膛內(nèi)的流動性，避免應(yīng)力集中產(chǎn)生裂紋，并延長鍛模壽命。鍛件上向外凸出的為外圓角，向內(nèi)凹的為內(nèi)圓角。一般內(nèi)圓角半徑比外圓角半徑大23倍，同一鍛件盡可能采用相同的圓角半徑，以方便加工。 (5)沖孔連皮 鍛件上直徑d25mm的孔，模鍛時不能沖透，在孔內(nèi)留有一定厚度的沖孔連皮，待切邊時沖透或機加工時切除。軸套模鍛件圖見圖4-19。,圖4.19 軸套模鍛件圖,3 摩擦壓力機上模鍛 摩擦壓力機上可以鍛造帶頭的桿類鍛件和一些較為復(fù)雜的小鍛件

21、，與模鍛錘相比，摩擦壓力機的錘擊速度較低，有利于低塑性材料的變形；沖擊力小，可以采用頂桿裝置及小模鍛斜度或無模鍛斜度，實現(xiàn)精密模鍛。另外，摩擦壓力機結(jié)構(gòu)簡單，價格較低，無砧座，震動小，勞動條件好，但其生產(chǎn)率不如模鍛錘。目前摩擦壓力機廣泛用于各中、小型工廠，以中、小批量生產(chǎn)為主。,4 平鍛機上模鍛 平鍛機的鍛模由兩塊凹模和一塊凸模組成，有兩個相互垂直的分模面。因此，擴大了模鍛范圍，可以做出帶法蘭的半軸類和有兩個凸緣的鍛件，生產(chǎn)率高，鍛件模鍛斜度小或無斜度，無沖孔連皮，能節(jié)省大量金屬，而且鍛件精度高。平鍛機可以模鍛形狀復(fù)雜的鍛件，特別是帶頭部的桿件及有孔的鍛件，但對非回轉(zhuǎn)體件及不對稱的鍛件較難鍛造

22、。平鍛機上模鍛廣泛用于大批量生產(chǎn)的鍛件。 4.3.4 鍛壓新工藝簡介 1 精密模鍛 精密模鍛是在普通模鍛設(shè)備上鍛造形狀復(fù)雜的高精度鍛件的一種先進模鍛工藝。它能鍛造一些形狀復(fù)雜、使用性能要求高且難機械加工的零件 2 輥鍛 輥鍛是使冷態(tài)或熱態(tài)的坯料在裝有扇形模塊的一對旋轉(zhuǎn)的軋輥中通過，借助模槽對金屬的壓力使坯料產(chǎn)生塑性變形，獲得所需鍛件或鍛坯的鍛造新工藝。,4.4 板料沖壓 4.4.1 板料沖壓特點 板料沖壓是在沖床上用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形的加工方法。這種加工方法通常是在冷態(tài)下進行的，所以又叫冷沖壓。 板料沖壓有以下特點： （1）加工范圍廣?？蓻_壓復(fù)雜的零件、儀表上的細小件和重型汽車上的縱梁等

23、大制件?？杉庸さ吞间?、高塑性合金鋼、銅、鋁及鎂合金，也可加工石棉板、纖維板等非金屬材料。 （2）產(chǎn)品有足夠高的精度和較小的表面粗糙度。 （3）材料消耗少，能得到重量輕、強度和剛度較高的零件。 （4）生產(chǎn)率高，產(chǎn)品成本低，操作簡單，便于機械化和自動化。 其缺點是沖模制造復(fù)雜，成本高，并且成形工序不能加工低塑性金屬，所以板料沖壓一般只用于大批量生產(chǎn)。,4.4.2 沖壓設(shè)備及沖壓模具 1沖壓設(shè)備 常用的沖壓設(shè)備是曲柄壓力機，按床身形式分為開式和閉式兩種。 開式壓力機的床身為整體型，可以從前、左、右三個方向送進坯料，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。但床身剛度較小，容易變形。,閉式壓力機為大、中型壓力機，床身兩側(cè)封

24、閉，強度和剛度都比較大 2沖壓模具 沖模按工序的組合特點分為簡單模、連續(xù)模和復(fù)合模三種。 （1）簡單沖模。指在沖床的每次行程中只能完成一道基本工序的沖模。如落料模、沖孔模、切邊模、彎曲模、拉深模等。 （2）復(fù)合沖模。在沖床的一次行程中，一個模具內(nèi)的同一位置上能完成幾個不同沖壓工序的沖模，稱為復(fù)合沖模。復(fù)合沖模結(jié)構(gòu)緊湊，制件精度高，生產(chǎn)率高，孔與制件外形的同心度容易保證，但模具構(gòu)造復(fù)雜，成本高，適于大批量生產(chǎn)及精度要求高的沖壓件。 （3）連續(xù)沖模。指在沖床的一次行程中，按一定順序在模具的不同位置完成兩道以上的沖壓工序的沖模。連續(xù)沖模生產(chǎn)率高，制件精度較高，操作方便，便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。但模具制造

25、復(fù)雜，成本高，適于精度要求不高的中、小型制件的大批量生產(chǎn)。,4.4.3 板料沖壓的基本工序 板料沖壓基本工序分為分離工序與變形工序兩大類。 1 分離工序 分離工序是使板料與制件沿要求的輪廓線分離，獲得一定斷面質(zhì)量的沖壓方法。包括剪切、沖裁、切口、修邊等工序。如圖4.22所示。,（1）剪切。剪切工序主要用于下料。由剪床完成。 （2）沖裁。指板料沿封閉的輪廓線分離的工藝，包括落料和沖孔兩個工序。沖裁時，板料分離的過程如圖4.23所示。凸模下壓，板料產(chǎn)生彈性壓縮和彎曲，與凸、凹模接觸處形成很小圓角。凸模繼續(xù)下壓，材料內(nèi)應(yīng)力超過屈服極限，部分金屬被擠入凹模洞口，產(chǎn)生塑剪變形，形成光亮帶，板料也發(fā)生彎曲

26、和拉伸。凸、凹模刃口處由于應(yīng)力集中出現(xiàn)細微裂紋。隨著凸模的壓下，裂紋不斷向材料內(nèi)部擴展，當(dāng)上、下裂紋重合時，板料被剪斷分離，形成粗糙斷裂帶。,沖裁時，凸、凹模的刃口必須鋒利，凸、凹模的間隙要合理。設(shè)計模具時，落料用凹模刃口尺寸等于制件尺寸，凸模刃口尺寸等于制件尺寸減去雙邊間隙；沖孔用凸模刃口尺寸等于孔的尺寸，凹模刃口尺寸等于孔徑尺寸加雙邊間隙。 為提高材料利用率，沖裁時應(yīng)合理排樣。如果制件切口的精度要求較高，可用有搭邊的排樣，見圖4.24（a）；反之，則用無搭邊排樣，可節(jié)省金屬，見圖4.24（b）。,2 變形工序 使沖壓毛坯在不被破壞的條件下發(fā)生塑性變形，獲得要求的制件形狀和尺寸精度的沖壓方法

27、，它包括彎曲、拉深、成形三類，見圖4.25。 （1）彎曲。彎曲是將板料彎成一定角度或形狀的沖壓方法。如圖4.26所示，彎曲時坯料內(nèi)側(cè)受壓，外側(cè)受拉，彎曲變形程度由彎曲件的內(nèi)角半徑r與材料厚度t之比（即彎曲系數(shù)K= r/t）來衡量。比值越小，彎曲變形量越大。,（2）拉深。拉深是利用模具使板料變?yōu)殚_口空心件的沖壓方法，也稱壓延或拉延。拉深分不變薄拉深和變薄拉深兩種。拉深件的尺寸精度高，可以制造形狀復(fù)雜的零件。 3成形 成形是通過毛坯的局部變形來改變毛坯的形狀，包括翻邊、擴口、縮口、旋壓、整形、校平、壓印等工序。 4.5 其他壓力加工方法簡介 4.5.1 零件的軋制 軋制是使金屬坯料在軋機上旋轉(zhuǎn)的軋

28、輥下輾壓，并進行變形的加工方法。它具有生產(chǎn)率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，成本低，金屬消耗少等優(yōu)點。軋制分為縱軋、橫軋和斜軋三大類。 （1）縱軋。縱軋時兩軋輥線平行、旋轉(zhuǎn)方向相反，軋輥軸線與坯料軸線相垂直。零件的縱軋有輥鍛軋制與輾環(huán)軋制。 （2）橫軋。橫軋時軋輥軸線與坯料軸線平行。軋制前將毛坯外層加熱，然后將帶齒的軋輪作徑向進給，同時軋輪與毛坯對輾。對輾過程中，毛坯上一部分金屬被壓入形成齒谷，相鄰部分金屬被軋輪“反擠”而上升形成齒頂。齒輪熱軋可以制造直齒輪和斜齒輪，它是一種無切削加工齒形的新工藝。,（3）斜軋。斜軋時軋輥同向旋轉(zhuǎn)，軸線在空間交錯，并與坯料軸線相交一定角度，坯料在軋輥的作用下邊旋轉(zhuǎn)邊前進，作螺

29、旋運動，也稱螺旋斜軋。 4.5.2 零件的擠壓 擠壓是將坯料放在擠壓模中，在強大壓力作用下從型腔中擠出，獲得所需擠壓件的加工方法。根據(jù)坯料的溫度不同，擠壓分為冷擠壓、溫擠壓、熱擠壓三種。 1冷擠壓 指在室溫下進行的擠壓。冷擠壓件的尺寸精度較高，表面粗糙度較小。加工硬化提高了擠壓件的強度，與切削加工相比，其生產(chǎn)率大幅提高，且成本低。但冷擠壓的變形抗力非常大，這限制了擠壓件的尺寸。 2溫擠壓 將毛坯加熱到金屬再結(jié)晶溫度以下某個適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)進行擠壓。與冷擠壓相比，溫擠壓降低了變形抗力，成形容易，提高了模具壽命。溫擠壓有利于實現(xiàn)機械化、自動化生產(chǎn)。溫擠壓不僅用于中碳鋼，還可用于合金鋼。溫擠壓件的性

30、能接近于冷擠壓件。,3熱擠壓 將毛坯加熱至熱鍛溫度范圍內(nèi)進行擠壓。熱擠壓變形抗力小，但擠壓件的尺寸精度和表面質(zhì)量較低。熱擠壓廣泛地用于冶金部門生產(chǎn)鋁、銅、鎂及其合金的型材和管材等。也用于生產(chǎn)機械零件及其毛坯。 4.5.3 零件的拉拔 拉拔是將金屬坯料從?？字欣?，使其橫截面積減少，得到與?？壮叽缧螤钕嗤闹破返募庸し椒?。拉拔多在室溫下進行，主要用于生產(chǎn)各種鋼、有色金屬及其合金的棒材、線材和管材。,4.6 焊接 焊接的實質(zhì)就是將分離的金屬，通過局部加熱或同時加熱和加壓等方式，借助于原子間的擴散和結(jié)合，以達到永久性連接的一種工藝方法。 根據(jù)原子間結(jié)合的方式不同，焊接方法可以分為三大類。 1熔化焊

31、將焊件接頭處加熱至熔化狀態(tài)，通常還需另加填充金屬（焊絲、電焊條）以形成共同的熔池，冷卻凝固后便形成一整體。此類焊法有電弧焊、氣焊、電渣焊等。,2壓力焊 將焊件接頭處局部加熱至高溫塑性狀態(tài)或接近熔化狀態(tài)，然后施加壓力，使接頭處緊密接觸并產(chǎn)生一定的塑性變形，通過原子間的結(jié)合而形成一整體。此類焊法有電阻焊、摩擦焊、爆炸焊等。 3釬焊 將填充金屬（低熔點釬料）熔化后，滲入到焊件的接頭處，通過原子間的擴散和溶解將兩固態(tài)金屬連成一個整體。此類焊法有軟釬焊和硬釬焊。,4.6.1 手工電弧焊 手工電弧焊是利用焊條與焊件間產(chǎn)生的電弧熱，將焊件和焊條熔化而進行的手工操作焊接方法。 手工電弧焊設(shè)備簡單，使用靈活，可

32、在室內(nèi)、室外、高空和各種位置施焊，是焊接生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的一種方法。 1 焊接電弧 焊接電弧是電極與工件間的氣體介質(zhì)中強烈持久的放電現(xiàn)象。電極可以是碳棒、鎢極或焊條，手工電弧焊一般使用焊條。,2 手工弧焊機 手工電弧焊主要設(shè)備是弧焊機。按電流種類不同分為直流弧焊機和交流弧焊機。 3 焊條 焊條是作為熔化電極用的焊接材料。由焊芯和涂敷在焊芯外的藥皮兩部分組成。 （1）焊芯。焊芯起導(dǎo)電和填充焊縫的作用，是形成焊縫和調(diào)整焊縫成分的主要材料。 （2）藥皮。藥皮的主要作用是使電弧穩(wěn)定燃燒和獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫。 4 焊接工藝 手工電弧焊的焊接工藝包括接頭形式與坡口、焊縫空間位置、焊接規(guī)范的選擇等。 （1）接頭形

33、式與坡口。接頭形式有對接接頭、角接接頭、搭接接頭、T字形接頭四種，如圖4.32所示。常見坡口形式有：V形、U形、K形和X形四種。,（2）焊縫的空間位置。如圖4.33所示，按焊縫在空間的位置不同，分為平焊、橫焊、立焊和仰焊四種。 （3）焊接規(guī)范。手工電焊的焊接規(guī)范是選擇焊條直徑、焊接電流、焊接速度和電弧長度等。 5 焊接應(yīng)力與變形 焊接過程中，由于焊接接頭區(qū)域受不均勻的局部加熱和冷卻，其膨脹和收縮受到周圍金屬的牽制而不能自由進行，就在焊件中產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形。焊接應(yīng)力存在使焊件的結(jié)構(gòu)強度與沖擊韌性下降，易引起裂紋和脆斷。同時焊接應(yīng)力導(dǎo)致的焊接變形，使焊件尺寸、形狀改變，給裝配造成困難。因此，對焊

34、接應(yīng)力與變形必須予以重視。,圖4.33 焊縫的空間位置,6 焊件的結(jié)構(gòu)工藝性 焊接結(jié)構(gòu)工藝性一般包括焊接結(jié)構(gòu)材料選擇、焊縫布置和焊接接頭設(shè)計等方面內(nèi)容。 （1）焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇。應(yīng)盡可能選擇焊接性良好的焊接材料來制造焊接結(jié)構(gòu)件。特別是優(yōu)先選用低碳非合金鋼和低合金高強度鋼等材料，其價格低廉，工藝簡單，易于保證焊接質(zhì)量。 （2）焊縫布置。焊縫布置的一般工藝原則如下： 焊縫布置應(yīng)盡量分散，避免過分集中和交叉。 焊縫應(yīng)避開應(yīng)力集中部位。。 焊縫布置應(yīng)盡可能對稱。 焊縫布置應(yīng)便于焊接操作。 盡量減少焊縫長度和數(shù)量。 焊縫應(yīng)盡量避開機械加工表面。,4.6.2 其他熔化焊 1 氣焊與氣割 氣焊是利用氧氣和

35、可燃氣體混合燃燒時產(chǎn)生的大量熱量，將焊件和焊絲局部熔化，而進行焊接的一種方法。氣焊設(shè)備簡單，操作靈活方便，能進行多種金屬的焊接。但氣焊火焰溫度低，加熱慢，焊件受熱區(qū)大，生產(chǎn)率低，因此應(yīng)用不如電弧焊廣泛。 氣割是利用氣體火焰將金屬預(yù)熱到燃點溫度，然后開放切割氧，將金屬劇烈氧化成熔渣，并從切口中吹掉，從而將金屬分離的過程。 2 埋弧焊 埋弧焊也稱熔劑層下電弧焊。它可以分為自動和半自動埋弧焊兩種。焊接時，自動焊機頭將光焊絲自動送入電弧區(qū)并保證選定的弧長，電弧在焊劑層下燃燒，并靠焊機控制均勻地向前移動（或焊機不動，工件勻速移動）。在焊絲前面，焊劑從漏頭中不斷流出撒在工件表面。 3 氬弧焊 氬弧焊是以氬

36、氣作為保護氣體的一種電弧焊接方法。氬氣是惰性氣體，它不和金屬起化學(xué)反應(yīng)，也不熔于金屬，保護效果很好，焊接后焊逢質(zhì)量較高。 氬弧焊電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊縫致密，表面無熔渣，成形美觀；電弧在氣流壓縮下燃燒，熱量集中，熔池較小，焊接速度快且熱影響區(qū)窄，工件焊后變形小。氬弧焊是明弧，便于操作，容易實現(xiàn)全位置的自動化焊接。,4 二氧化碳氣體保護焊 二氧化碳氣體保護焊是以CO2作為保護氣體的電弧焊。它用焊絲作電極，靠焊絲和焊件之間產(chǎn)生的電弧熔化金屬，以自動或半自動方式進行焊接。CO2保護焊的電弧在氣流壓縮下燃燒，熱量集中，熱影響區(qū)小，工件變形小，焊接質(zhì)量較好；而且焊絲自動送進，焊接速度快，生產(chǎn)率高；用CO2

37、氣體代替焊劑，降低了成本。 但CO2保護焊的焊縫表面成形性差，飛濺較大，焊接設(shè)備復(fù)雜，維修不便。 5 電渣焊 電渣焊是利用電流通過液態(tài)熔渣所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源來進行焊接的。 電渣焊的特點是：生產(chǎn)率高，任何厚度的工件都不需開坡口，焊接材料消耗少；焊縫金屬純凈，不易產(chǎn)生夾渣和氣孔，很厚的工件也可以一次焊成。由于焊縫區(qū)在高溫下停留的時間較長，熱影響區(qū)較大，晶粒粗大，易產(chǎn)生過熱組織，使近縫區(qū)的力學(xué)性能下降，故對重要工件，焊后需進行處理。,4.6.3 電阻焊與釬焊 1 電阻焊 電阻焊又稱接觸焊，它是利用電流通過兩焊件接觸處所產(chǎn)生的電阻熱作為焊接熱源，將焊件局部加熱至高溫塑性狀態(tài)或熔化狀態(tài)，并在壓力作用

38、下形成牢固接頭的焊接方法。電阻焊具有高生產(chǎn)率、焊接變形小、勞動條件好、不需添加填充金屬、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點。但設(shè)備較復(fù)雜，耗電量大，對焊件厚度與截面形狀有一定限制，通常用于成批大量生產(chǎn)。 2 釬焊 釬焊是利用熔點比焊件金屬低的釬料作填充金屬，經(jīng)適當(dāng)加熱后，釬料熔化進入焊縫間隙，借助毛細管的作用被吸入和充滿工件間隙之內(nèi)，由于被焊金屬原子與釬料原子間的相互擴散作用，凝固后形成釬焊接頭。 4.6.4 常用金屬材料的焊接 1 金屬的可焊性 金屬材料的可焊性是指被焊金屬材料在一定的焊接工藝方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式的條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。,2 常用金屬材料的焊接特點 1碳鋼 （1

39、）低碳鋼。含碳量小于0.25%，塑性好，一般無淬硬傾向，可焊性良好，各種焊接方法均可適用。在常溫下焊這類鋼，不需采取特殊的工藝措施，焊后也不需熱處理。 （2）中碳鋼。含碳量在0.25%0.60%左右，可焊性較差，含碳越高，可焊性越差，近縫區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織和冷裂紋。因此焊前必須預(yù)熱，預(yù)熱溫度為150400之間，焊后緩冷，進行去應(yīng)力退火，盡可能選用抗裂性好的低氫型焊條。焊接時采用細焊條、小電流、開坡口、多層焊。中碳鋼主要用于各種鑄件、鍛件的焊接。 （3）高碳鋼。含碳量大于0.60%，可焊性更差，焊接時焊縫與熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋的傾向更大，因此，只用于高碳鋼工件的修補。 2合金鋼 （1）低合金鋼。由于合

40、金元素的影響，焊接性能較低碳鋼差。低合金鋼一般按屈服強度分級，強度等級低的，可焊性較好，可以采用與低碳鋼相似的焊接工藝。強度等級較高的低合金鋼（C當(dāng)量0.4%），可焊性較差，淬硬和冷裂傾向加大，焊接時需采取嚴格的工藝措施，如焊前預(yù)熱（150以上），選用低氫型焊條，焊后550650去應(yīng)力退火。,（2）中、高合金鋼。這兩類鋼合金元素含量較高，可焊性差，焊接時，要針對不同的鋼種和不同的要求，采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?，才能獲得滿意效果。 3鑄鐵 鑄鐵的碳、硅含量高，可焊性很差，容易出現(xiàn)白口組織及氣孔、裂紋等缺陷，主要用于鑄鐵件的焊補。由于鑄鐵熔點低，鐵水流動性好，所以一般只適于在平焊位置施焊。常用手弧焊或氣

41、焊焊接，焊接方法有以下兩種。 （1）熱焊法。焊前將工件整體或局部預(yù)熱到600700，并在焊接過程中保持預(yù)熱溫度，焊后緩慢冷卻。熱焊法使焊件受熱均勻，冷卻速度慢，可防止產(chǎn)生白口及裂縫，焊補質(zhì)量好，焊后易于機械加工。但生產(chǎn)率低，成本較高，焊工勞動條件差，故一般用于小型及焊后需要加工的復(fù)雜和重要鑄件。 （2）冷焊法。焊前不預(yù)熱或預(yù)熱溫度低于400，依靠焊條來調(diào)整焊縫化學(xué)成分以防止或減少白口和裂縫。冷焊法生產(chǎn)率高，成本低，勞動條件較好，但有時質(zhì)量不易保證。冷焊法一般用于焊后不需機械加工的鑄件。,4銅及銅合金 銅及銅合金的導(dǎo)熱性很好，為保證焊透，焊接時需較大的熱量，一般需預(yù)熱；銅的熱脹冷縮性大，易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力與變形，焊件應(yīng)力大時易產(chǎn)生裂紋；銅液態(tài)時吸氣性強，凝固時易生成氣孔，氧化性強，生成的氧化物會引起熱裂及夾渣。 目前焊接銅、青銅多采用氬弧焊，黃銅用輕微氧化焰氣焊。此外，還可以采用釬焊。 5鋁及鋁合金 鋁及鋁合金容易氧化，生成高熔點的致密氧化鋁，阻礙金屬的熔合，易使焊縫夾渣；鋁的導(dǎo)熱系數(shù)大，焊厚度較大的工件時需預(yù)熱；它的熱脹冷縮性大，易產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形，甚至產(chǎn)生裂縫；吸氣性強，易產(chǎn)生氣孔，且液態(tài)和固態(tài)時的表面顏色無明顯變化，不易判斷熔池溫度的變化，使焊接操作產(chǎn)生困難。目前焊接鋁及鋁合金的較好方法是氬弧焊、電阻焊和釬焊，也可采用中性焰氣焊。,