《材料成型与工艺22.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《材料成型与工艺22.ppt(84页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第二章 金属材料的性能及加工技术 2.1 金属材料概述 2.2 金属材料的性能 2.3 常用的黑色金属 2.4 常用的有色金属 2.5 金属加工工艺 2.6 金属连接 2.7 金属的表面处理技术,2.5 金属加工工艺 1、几个概念: 生产过程:生产过程是将原材料转变为成品的全过程。 工艺过程:在生产过程中,凡是改变生产对象的形状、尺寸、位置和性质等,使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。 工艺过程的分类:工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、装配等工艺过程,工艺就是制造产品的方法。 工艺规程:一台结构相同、要求相同的机器,或者具有相同要求的机器零件,均可以采用几种不同的工艺过程完
2、成,但其中总有一种工艺过程在某一特定条件下是最合理的。人们把合理工艺过程的有关内容写成工艺文件的形式,用以指导生产,这些工艺文件即称为工艺规程。,2、金属材料的成型加工分类: 金属材料的成型加工按其特点分为冷加工(机械加工、冷轧、冷锻、冲压等)和热加工(铸造、热扎、锻造、焊接、热处理等)。,2.5.1 铸造 铸造是指金属受热融化并浇铸到预先制作好的铸型内,凝固后获得一定形状和性能的金属制品的成型方法。,一、 铸造基本知识 1、铸造工艺的特点: (1)对铸件形状和尺寸的适应性强。它可以生产各种形状、各种尺寸的毛坯,特别适宜制造具有复杂内腔的零件。 (2)对材料的适应性强。可适应大多数金属材料的成
3、形,对不宜锻压和焊接的材料,铸造具有独特的优点。 (3)铸件成本低。这是由于铸造原材料来源丰富,铸件的形状接近于零件,可减少切削加工量,从而降低铸造成本。 因此铸造是毛坯生产最主要的方法之一,如按重量计,机床中60%80%、汽车中50%60%采用铸件。但由于铸造工艺环节多,易产生多种铸造缺陷,且一般铸件的晶粒粗,力学性能不如锻件。因此铸件一般不适宜制作受力复杂和受力大的重要零件,而主要用于受力不大或受简单静载荷(特别适合于受压应力)的零件,如箱体、床身、支架、机座等。(动画),2、铸造的分类: 砂型铸造:是以型砂为主要造型材料制备铸型的铸造工艺方法,它具有适应性广、生产准备简单、成本低廉等优点
4、,是应用最广的铸造方法;(动画) 特种铸造:是除砂型铸造以外其它铸造方法的总称,常用的特种铸造方法有金属型铸造、压力铸造、熔模铸造、离心铸造、陶瓷型铸造等。特种铸造一般具有铸件质量好或生产率高等优点,具有很大的发展潜力。 3、金属的铸造性能 金属的铸造性能是指金属材料铸造成形的难易程度。评价指标:流动性和收缩性。 流动性:是指金属液本身的流动能力,流动性好坏影响到金属液的充型能力。流动性好的金属,浇注时金属液容易充满铸型的型腔,能获得轮廓清晰、尺寸精确、薄而形状复杂的铸件;还有利于金属液中夹杂物和气体的上浮排除。,相反,金属的流动性差,则铸件易出现冷隔、浇不到、气孔、夹渣等缺陷。常用铸造合金中
5、,灰铸铁硅黄铜铝硅锡青铜铸钢。提高浇注温度可改善金属的流动性。 收缩率:是铸造合金从液态凝固和冷却至室温过程中产生的体积和尺寸的缩减。包括液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个阶段。 液态收缩和凝固收缩若得不至到补足,会使铸件产生缩孔和缩松缺陷;固态收缩若受到阻碍会产生铸造内应力,导致铸件变形开裂。铸造材料、浇注温度和铸件的结构对收缩都有影响 。,二、 砂型铸造 砂型铸造是在砂型中生产铸件的铸造方法。由于其造型材料来源广泛,成本低廉,是最常用的铸造方法,目前我国砂型铸件约占铸件产量的 80%。,砂型铸造工艺过程如下图所示。主要包括以下几个工序:模样与芯盒准备、型砂与芯砂配制造型、造芯熔炼、浇注落砂、
6、清理检验入库。,(一)造型方法 1、手工造型:是全部用手工或手动工具完成的造型工序。根据铸件的形状特点,可采用整体模造型、分块模造型、挖砂造型、活块造型、三箱造型、刮板造型等。 (1)整模造型 (动画) 模样为整体,分型面为平面,型腔在同一砂箱中,不会产生错型缺陷,操作简单。应用在最大截面在端部且为一平面的铸件,应用较广。,(2)分模造型 (动画) 模样在最大截面处分开,型腔位于上、下型中,操作较简单。最大截面在中部的铸件,常用于回转体类等铸件。,(3)挖砂造型 (动画) 整体模样,分型面为一曲面,需挖去阻碍起模的型砂才能取出模样,对工人的操作技能要求高,生产率低,适宜中小型、分型面不平的铸件
7、单件、小批生产。,(4)活块造型 (动画) 将妨碍起模的部分做成活动的,取出模样主体部分后,再小心将活块取出,造型费工时。用于单件小批生产,带有凸起部分的,难以起模的铸件 。,(5)刮板造型 (动画) 刮板形状和铸件截面相适应,代替实体模样,可省去制模的工序,操作要求高。单件小批生产,大、中型轮类、管类铸件。,(6)三箱造型 (动画) 另:大型工件造型 (动画) 用上、中、下三个砂箱,有两个分型面,铸件的中间截面小,用两个砂箱时取不出模样,必须分模,中箱高度有一定要求,操作复杂。单件小批生产,适合于中间截面小,两端截面大的铸件。,2、机器造型 (动画) 机器造型是用机器全部完成或至少完成紧砂操
8、作的造型工序。主要用于成批大量生产。按紧砂方式不同,常用的造型机有震压造型、微震压实造型、高压造型、抛砂造型、射砂造型、气流冲击造型等。其中以震压式造型机最为常用,震压式造型机适合于中、小型铸型,主要优点是结构简单、价格低,但噪音大、生产率不够高、铸型的紧实度不高。,震压造型示意图,(二)浇注 金属液应在一定的温度范围内按规定的速度注入铸型。浇注时铸铁液应以适宜的流量和线速度定量地浇入铸型,速度过快,铸型中的气体来不及排出易产生气孔,并易形成冲砂。浇注速度过慢,使型腔表面烘烤时间过长,导致砂层翘起脱落,产生结疤、夹砂等缺陷。浇注时既可采用手动浇注,也可采用自动烧注,自动浇注通常用于自动造型线、
9、离心铸管机等。 (三)落砂、清理 检验 就是用肉眼或借助于尖嘴锤找出铸件表层或皮下的铸造缺陷,如气孔、砂眼、粘砂、缩孔、冷隔、浇不到等,对铸件内部的缺陷还可采用耐压试验、磁粉探伤、超声波探伤、金相检验、力学性能试验等方法。,三、 特种铸造 特种铸造是指与砂型铸造不同的其它铸造方法。可列入特种铸造的方法有近二十种,常用的有金属型铸造、压力铸造、熔模铸造、离心铸造、陶瓷型铸造等。特种铸造在提高铸件精度和表面质量、提高生产率、改善劳动条件等方面具有独特的优点。 (一)压力铸造 (动画) 压力铸造是指熔融金属在高压下快速压入铸型中,并在压力下凝固的铸造方法,简称压铸。 、压力铸造工艺过程 压铸工艺是在
10、专门的压铸机上完成的,压铸机的主要类型有冷压室压铸机和热压室压铸机两类。压铸机主要由合型机构、压射机构和顶出机构组成,,卧式冷室式压铸机,2、压力铸造的特点及适用范围 压力铸造具有如下特点:生产率高,便于实现自动化;铸件的精度高、表面质量好;组织细密、性能好;能铸出形状复杂的薄壁铸件。但压力铸造设备投资大,压铸型制造周期长、成本高;受压型材料熔点的限制,目前不能用于高熔点铸铁和铸钢件的生产; 目前压力铸造主要用于大批量生产铝、锌、铜、镁等非铁金属与合金件。如汽车、仪表、计算机、航空、摩托车、日用品等行业各类中小型薄壁铸件,如发动机气缸体、气缸盖、仪表壳体、电动转子、照相机壳体、各类工艺品、装饰
11、品等。,卧式冷室式压铸机工作原理图,常见压铸件,(二)熔模铸造 (动画) 熔模铸造是用易熔材料制成模样,在模样上涂挂若干层耐火涂料,待硬化后熔出模样形成无分型面的型壳,经高温焙烧后即可浇注获得铸件的方法。由于易熔材料通常采用蜡料,故这种方法又称为“失蜡铸造”。 、 熔模铸造的工艺过程 (1)蜡模制造 首先根据铸件的形状和尺寸,用钢、铜或铝合金制造压型;然后把熔化成糊状的蜡质材料(常用50%石蜡+50%硬脂酸)压入压型中,待冷却凝固后取出,修去分型面上的毛刺后得到单个的蜡模;为能一次铸出多个铸件,可将多个蜡模粘合在一个蜡制的浇注系统上,构成蜡模组。 (2)型壳制造 在蜡模组上涂挂耐火涂料层以制成
12、具有一定强度的耐火型壳。首先将蜡模浸入涂料中(石英粉+水玻璃、硅酸乙酯等);取出后撒上石英粉(砂);再浸入氯化铵的溶液中进行硬化。重复上述过程4-6次,制成5-10mm厚的耐火型壳。待型壳干燥后,置于90-95的热水中浸泡,熔出蜡料即得到一个中空的型壳。 (3)焙烧、浇注 将型壳在850950的炉内进行焙烧,去除残留的蜡料和水份,并提高型壳的强度;将焙烧后的型壳趁热置于砂箱中,并在其周围填充砂子或铁丸固定之,即可进行浇注。,2、熔模铸造的特点及应用 熔模铸造是一种精密铸造工艺,铸件的尺寸精度高、表面质量好;适应性强,能生产出形状特别复杂的铸件,适合于高熔点和难切削合金,生产批量不受限制。但熔模
13、铸造的工艺复杂、生产周期长、成本高,不适宜大件铸造。 熔模铸造适合于形状复杂、精密的中小型铸件;可生产高熔点、难切削的合金铸件。如用于形状复杂的涡轮发电机、增压器、汽轮机的叶片和叶轮,复杂刀具等,可生产各种不锈钢、耐热钢、磁钢等的精密铸件。,(三) 金属型铸造 (动画) 金属型铸造是指在重力的作用下将液态金属浇入金属型中获得铸件的方法,也称狭义的重力铸造。金属型可连续使用几千次至数万次。,1金属型的材料与结构 金属型常采用铸铁或铸钢制造,按分型面不同,金属型有整体式、垂直分型式、水平分型式等。右图为垂直分型式金属型的结构。由底座、定型、动型等部分组成,浇注系统在垂直的分型面上,为改善金属型的通
14、气性,在分型面处开有0.2mm-0.4mm深的通气槽。移动动型、合上铸型后进行浇注,铸件凝固后移开动型取出铸件。,垂直分型式金属型,2金属型铸造工艺要点 由于金属型的导热快、无退让性、无透气性,使铸件易出现冷隔与浇不到、裂纹、气孔等缺陷。因此金属型铸造必须采取一定的工艺措施:浇注前应将铸型预热,并在内腔喷刷一层厚0.3mm-0.4mm的涂料,以防出现冷隔与浇不到缺陷,并延长金属型的寿命;铸件凝固后应及时开型、取出铸件,以防铸件开裂或取出铸件困难。 3金属型铸造的特点及应用范围 金属型使用寿命长,可“一型多铸”,提高生产率;铸件的晶粒细小、组织致密,力学性能比砂型铸件高约25;铸件的尺寸精度高、
15、表面质量好;铸造车间无粉尘和有害气体的污染,劳动条件改善。金属型铸造的不足之处是金属型制造周期长、成本高、工艺要求高,且不能生产形状复杂的薄壁铸件,否则易出现浇不足和冷隔等缺陷;受铸型材料的限制,浇注高熔点的铸钢件和铸铁件时,金属型的寿命低。 目前金属型铸造主要用于大批量生产形状简单的铝、铜、镁等非铁金属及合金铸件。如铝合金活塞、油泵壳体,铜合金轴瓦、轴套等。,(四)离心铸造 (动画) 离心铸造是指将金属浇入绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型,在离心力的作用下凝固成铸件的铸造方法。 离心铸造多用于简单的圆筒体,铸造时不用型芯便可形成内孔。 1离心铸造方法 离心铸造机按旋转轴的方位不同,可分为立式、卧
16、式和倾斜式三种类型。 2离心铸造的特点及应用 离心铸造可省去浇注系统和型芯,比砂型铸造省工省料,生产率高,成本低;铸件在离心力的作用下结晶,组织致密,基本上无缩孔、气孔等缺陷,力学性能好;便于双金属铸件的铸造。但铸件的内孔尺寸误差大、表面粗糙;铸件的比重偏析大,金属中的熔渣等密度小的夹杂物易集中在内表面。 离心铸造广泛用于大口径铸铁管、缸套、双金属轴承、活塞环、特殊钢无缝管坯等的生产。,离心铸造方法,卧式离心铸造机,(五)陶瓷型铸造 (动画) 8分钟时间较长 陶瓷型铸造是指用陶瓷质耐火材料制成铸型而获得铸件的方法。是在砂型铸造和熔模铸造的基础上发展起来的一种精密铸造新工艺。 1陶瓷型铸造的工艺
17、过程 为节省价高的陶瓷材料,先用砂套模样、普通水玻璃砂制成一个型腔稍大于铸件的砂套;然后用铸件模样、陶瓷材料(如锆英粉、刚玉、铝钒土 +硅酸乙脂水解液),经灌桨、结胶、焙烧等工艺制成陶瓷铸型。 2陶瓷型铸造特点及应用 陶瓷型的材料与熔模铸造的壳型相似,故铸件的精度和表面质量与熔模铸造相当;可适合于高熔点、难加工材料的铸造;而且与熔模铸造相比,铸件大小基本不受限制,工艺简单、投资少、生产周期短。但陶瓷型铸造原材料价格贵,因有灌桨工序,不适宜于铸造大批量、形状复杂的铸件,且生产工艺过程难以实现自动化和机械化。 陶瓷型铸造适宜于制造小批量、较大尺寸的精密铸件,较多用于各种模具的生产(如金属型、压铸模
18、、塑料模、锻模等。,(a)模样 (b)砂套造型 (c)灌桨 (d)喷烧 (e)合型 (f)铸件,陶瓷型铸造工艺过程,2.5.2 压力加工(锻压加工) 一、概述 锻压加工是指对坯料施加压力,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、工件或毛坯的成形加工方法。它是锻造和冲压的总称。 锻压加工包括轧制(动画)、挤压(动画) 、拉拨(动画) 、自由锻造、模型锻造、冲压等加工方法,其典型工序实例如图所示。,常用的锻压加工方法,1、锻压加工的特点 锻压加工是以金属的塑性变形为基础的 , 各种钢和大多数非铁金属及其合金都具有不同程度的塑性 , 因此它们可在冷态或热态下进行锻压加工 , 而
19、脆性材料 (如灰铸铁、铸造铜合金、铸造铝合金等)则不能进行锻压加工。 金属锻压加工的优点: (1)能改善金属内部组织,提高金属的力学性能。,吊钩、曲轴中的流线分布,(2)节省金属材料。与直接切削钢材的成形相比,还可以节省金属材料的消耗,而且也节省加工工时。 (3)生产效率较高。 如齿轮轧制、滚轮轧制等制造方法均比机械加工的生产率高出几倍甚至几十倍以上。 金属锻压加工的缺点: (1)不能获得形状很复杂的制件, 其制件的尺寸精度、形状精度和表面质量还不够高 ; (2)加工设备比较昂贵, 制件的成本比铸件高。 2、锻压加工的分类: 锻压主要按成形方式和变形温度进行分类。按成形方式锻压可分为锻造和冲压
20、两大类;按变形温度锻压可分为热锻压、冷锻压、温锻压等。 3、金属的锻压性能:评价:可锻性 可锻性是指材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力。金属的可锻性可用塑性和塑性变形抗力来综合衡量。塑性越高,变形抗力越小,金属的可锻性就越好;低的塑性变形抗力使设备耗能少;优良的塑性使产品获得准确的外形而不遭破裂。,一次成型椅,二、 锻造 (一)自由锻 (动画) 1、基本工序 自由锻是指用简单的通用性工具 ,或在锻造设备的上、下砧铁之间直接对坯料施加外力,使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。采用自由锻方法生产的锻件称为自由锻件。自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、
21、扭转、错移及锻接等。,(1) 拔长 拔长也称延伸 ,它是使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序。拔长常用于锻造杆、轴类零件 。拔长的方法主要有两种:在平砧、芯棒上拔长 。,a)在平面上拔长 b)在芯轴上拔长,(2)镦粗 镦粗是使毛坯高度减小,横断面积增大的锻造工序 镦粗工序可以有效地改善坯料组织, 减小力学性能的异向性。镦粗与拔长的反复进行, 可以改善高合金工具钢中碳化物的形态和分布状态。,(3) 冲孔 冲孔是在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。冲孔的方法主要有以下两种:双面冲孔法,单面冲孔法。,(4) 弯曲 弯曲采用一定的工模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序,称为弯曲。常用的弯曲方法有以下
22、两种:锻锤压紧弯曲法、模弯曲法。,(5)切割 切割是指将坯料分成几部分或部分地割开,或从坯料的外部割掉一部分,或从内部割出一部分的锻造工序 。 (6)错移 错移是指将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离,但仍保持轴心平行的的锻造工序,常用于锻造曲轴零件。错移时,先对坯料进局部切割,然后在切口两侧分别施加大小相等、方法相反且垂直于轴线的冲击力或压力,使坯料实现错移。,(7)锻接 锻接是将坯料在炉内加热至高温后,用锤快击, 使两者在固态结合的锻造工序。 锻接的方法有搭接、对接、咬接等。锻接后的接缝强度可达被连接材料强度的70%80%。 (8)扭转 扭转是将毛料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转
23、一定角度的锻造工序。该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件。小型坯料扭转角度不大时, 可用锤击方法 。,2. 自由锻的生产特点和应用 自由锻所用工具和设备简单, 通用性好, 成本低。 同铸造毛坯相比, 自由锻消除了缩孔、缩松、气孔等缺陷, 使毛坯具有更高的力学性能。因此,它在重型机器及重要零件的制造上有特别重要的意义。 自由锻是靠人工操作来控制锻件的形状和尺寸的 ,所以锻件精度低 ,加工余量大 , 劳动强度大,生产率也不高 , 因此它主要应用于单件、小批量生产 。,(二)模锻(模型锻造)(动画) 模锻是指利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。金属材料通过模具锻造变形而得到的工件或毛坯称为模锻
24、件。 按所用设备不同, 模锻可分为锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻等。 1、锤上模锻 (动画),锤上模锻,图为锤上模锻。锻模由上锻模和下锻模两部分组成 , 分别安装在锤头和模垫上 , 工作时上锻模随锤头一起上下运动。上模向下扣合时 , 对模膛中的坯料进行冲击, 使之充满整个模膛 , 从而得到所需锻件。,按模膛在锻模中的个数 , 锻模分为单膛锻模和多膛锻摸 。,2、锤上模锻的特点和应用 锤上模锻与自由锻、胎模锻比较,有如下优点 : (1) 生产率高。 (2) 表面质量高,加工余量小,余块少甚至没有,尺寸准确,锻件公差比自由锻小2/33/4,可节省大量金属材料和机械加工工时。 (3)操
25、作简单,劳动强度比自由锻和胎模锻都低。 锤上模锻的主要缺点是:模锻件的重量受到一般模锻设备能力的限制,大多在7OKg以下;锻模的制造周期长、成本高;模锻设备的投资费用比自由锻大。模锻用于生产大批量锻件。,(三)胎模锻 (动画) 胎模锻是在自由锻设备上使用可移动模具(胎模)生产模锻件的一种锻造方法。在生产中、小型锻件时,广泛采用自由锻制坯、胎模锻成形的工艺方法。 1、胎模的种类 根据胎模的结构特点,胎模可分为摔子、扣模、套模和合模四种。,2. 胎模锻的特点和应用 胎模锻与自由锻相比有如下优点 : (1) 由于坯料在模膛内成形,所以锻件尺寸比较精确,表面比较光洁,流线组织的分布比较合理,所以质量较
26、高。 (2)由于锻件形状由模膛控制,所以坯料成形较快,生产率比自由锻高15倍。 (3)胎模锻能锻出形状比较复杂的锻件。 (4)余块少,因而加工余量较小,既可节省金属材料,又能减少机加工工时。 胎模锻也有一些缺点: 需要吨位较大的锻锤;只能生产小型锻件;胎模的使用寿命较低;工作时一般要靠人力搬动胎模,因而劳动强度较大。胎模锻用于生产中、小批量的锻件。,三、冲压 冲压是指使板料经分离或成形而得到制件的工艺统称为冲压。 冲压的特点 : (l) 多用于形状复杂的薄壁零件,并且能使其强度高,刚度大,重量轻。 (2) 冲压件表面光滑且有足够的尺寸精度,可满足一般互换性要求。 (3) 操作简单迅速,易于实现
27、自动化,生产率高。 冲压设备(动画) (4) 冲模制造复杂,大批量冲压生产时才能使冲压件成本降低。冲模(动画) 冲压所需的板料必须具有足够的塑性, 常用的金属板材有低碳钢、高塑性的合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金等。,冲压件,生产中常用的冲压工序可分为两大类。一类是分离工序, 主要包括切断、落料、冲孔、切口、切边等。 另一类是变形工序, 主要包括弯曲、拉深、翻边、起伏、缩口和胀形等。 (一) 分离工序 分离工序是使坯料的一部分与另一部分相分离的工序。,1. 剪切 剪切是指以两个相互平行或交叉的刀片对金属材料进行切断的工序。 主要用于下料 , 将板料切成冲压所需的具有一定宽度的条料。,2. 落料及
28、冲孔 (动画) 落料及冲孔落料和冲孔的工艺过程完全相同, 当坯料被冲下的部分为成品时, 该工艺过程称为落料;当坯料的周边为成品时, 该工艺过程称为冲孔。落料与冲孔总称为冲裁。,冲裁示意图,为保证落料与冲孔的边缘整齐、切口光洁, 冲头与凹模间的间隙必须合适。若间隙过大, 则冲裁件断面有拉长的毛刺, 且边缘出现较大的圆角。若间隙过小, 则模具刃口的磨损加剧, 寿命降低。一般间隙要等于板厚的5%10% 。,3. 整修 整修它是指利用整修模沿冲裁件的外缘或内孔刮去一层薄薄的切屑,以提高冲裁件的加工精度和剪断面的光洁度的冲压方法。,(二) 变形工序 1. 弯曲 (动画) 弯曲它是将板料、型材或管材在弯矩
29、作用下弯成具有一定曲率和角度的制件的成形方法。,板材弯曲示意图,管材弯曲示意图,2. 拉深 (动画) 拉深是指变形区在一拉一压的应力状态作用下,使板料(浅的空心坯)或形为空心件(深的空心件)而厚度基本不变的加工方法。 拉深是一个重要的冲压工序, 应用很广。如汽车、农机及工程机械的覆盖件, 仪器仪表的壳体, 日用品中的金属容器等都需用拉深工序制作。,圆形板料毛坯拉深,3. 翻边 翻边是指在毛坯的平面部分或曲面部分的边缘,沿一定曲线翻起竖立直边的成形方法 。图为用凸凹模获得内凸缘的加工方法。 .起伏 起伏在板坯或制品表面上通过局部变薄获得各 种形状的凸起与凹陷的成形方法称为起伏。图为用起伏变形的方
30、法获得制件的例子。有起伏的制件(加强筋)刚度显著增大。起伏变形实质上是深度不大的局部拉深。,内孔翻边示意图,起伏变形的举例,5. 缩口 缩口是将管件或空心制件的端部加压,使其径向尺寸缩小的加工方法。 6. 胀形 胀形板料或空心坯料在双向拉应力作用下,使其产生塑性变形取得所需制件的成形方法。,胀形示意图,缩口示意图,(三)冲压件生产举例 在生产实际中, 绝大多数冲压件要经过好几道工序才能生产出来。 例:柴油机底油箱的生产过程。(动画) 落料-拉伸-剪切(切边)-翻边-冲孔(安装孔)-冲孔(放油孔) (四)发展 冲压的自动化发展(动画),2.5.3 切削加工 一、概述 金属切削加工是指利用切削刀具
31、在工具(刀具)与工件的相对运动中,切除工件上的多余材料,得到预想的工件形状、尺寸和表面质量的加工方法。 1、切削加工的分类 (1)钳工 钳工是利用各种手工工具对金属进行切削加工的。基本的加工方法有划线、錾切、锯割、挫削、钻孔、攻丝、套扣和刮研等。钳工操作大部分是用手工完成。因此,生产率低,劳动强度大。 (2)机械加工 机械加工是通过了人操纵机床对工件进行切削加工的。其主要方法是车、钻、铣、刨、磨和齿轮加工等。机械加工作为零件的最终手段,使零件的表面得到更高的尺寸精度和更高的光洁表面,切削加工仍是不可缺少的方法。所以切削加工在金属材料加工中仍占有相当重要的地位。,2、机床的分类 (1)按照加工性
32、质和所用刀具的不同: 车床、铣床、钻床、磨床、镗床、拉床、锯床、刨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、插床和其他机床。 (2)按机床的通用程度: 通用机床(也叫万能机床)、专用机床(动画)和专门化机床(也叫专能机床)。 (3)按机床的精度: 普通精度机床、精密机床和超精密机床。,机床的类别代号,3、切削动动 切削运动指为了实现金属切削加工,刀具和工件之间所必须作的相对运动。,切削动动主要分为主运动和进给运动。(动画) 主运动是使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动,主运动的速度最高,所消耗的功率最大。主运动只有一个,它可以由工件完成,也可以由刀具完成。 进给运动是不断地把被切削层投入切削,
33、以逐渐切削出整个表面的运动。也就是说,没有这个运动,就不能连续切削。进给运动一般速度较低,消耗的功率较少,可由一个或多个运动组成。 4、材料的切削加工性 材料的切削加工性指工件材料进行切削加工时的难易程度。通常用下列二种标准进行衡量。 (1)一定刀具耐用度下允许切削速度的大小,一般用耐用度为60分钟时的切削速度U60来表示, U60愈大则切削加工性愈好,这种指标用得较多。 (2)在精加工中,常用加工后所得表面粗糙度Ra值的大小来表示,加工后表面粗糙度Ra值愈小则切削加工性愈好。,二、机械加工 1、车床:是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。车床主要用于加工轴或孔、圆锥或球体等具有回转表面
34、的工件,是使用最广的一类机床。(动画),2、铣床:是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床主要用于加工零件上的键槽和端面。 (动画),3、钻床:指主要用钻头在工件上加工孔的机床。(动画),4、刨床:是用刨刀对工件的平面、沟槽或成形表面进行刨削的直线运动机床。(动画),5、磨床:是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。主要目的提高工作表面的精度。(动画),6、镗床:镗床主要用来加工壳体的轴孔和端面。(动画),7、数控机床(CNC)是数字控制机床的简称,是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,并将其译码,从而使机床动作并加工零件。(动画)加工
35、中心 (动画),8、插床、拉床等(动画) 9、特种加工 (1)电火花加工(动画) (2)线切割加工(动画) (3)水切割加工(动画) (4)激光加工(动画) (5)超声振动加工(动画) 另说明:反求工程(不属于机械加工)-激光扫描、三坐标测量(动画),2.6 金属连接 2.6.1 焊接概述 焊接是通过加热或加压,或两者同时并用,使两个分离的物体产生原子间结合力而连接成一体的成形方法。 一、焊接的分类 根据焊接过程中加热程度和工艺特点的不同,焊接方法可以分为三大类。 (1)熔焊 将工件焊接处局部加热到熔化状态,形成熔池(通常还加入填充金属),冷却结晶后形成焊缝,被焊工件结合为不可分离的整体。(动
36、画) 常见的熔焊方法有气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。 (2)压焊 在焊接过程中无论加热与否,均需要加压的焊接方法。 常见的压焊有电阻焊、摩擦焊、冷压焊、扩散焊、爆炸焊等。 (3)钎焊 采用熔点低于被焊金属的钎料(填充金属)熔化之后,填充接头间隙,并与被焊金属相互扩散实现连接。,二、焊接的特点: 焊接主要用于制造金属结构,其结构强度高,产品质量好。能化大为小,以小拼大。但焊接后易产生焊接应力与变形,导致出现裂纹,另外可制造双金属结构,能连接同类和不同类型的金属材料。 焊接主要应用机械、造船、冶金、化工、国防等各个行业,在宇宙航行、海洋开发中发挥着极其重要的作用。 三、金属
37、的焊接性能 1焊接性能概念 焊接性能是材料在限定的施工条件下焊接成规定设计要求的构件,并满足预定工作要求的能力。包括两方面内容: 工艺焊接性:在一定的焊接工艺条件下,能否获得优质,无缺陷的焊接接头的能力; 使用焊接性:即焊接接头或整体结构满足技术要求所规定的各种使用性能的程度。包括力学性能及耐热、耐蚀等特殊性能。,金属焊接性与金属本身的材质和焊接工艺条件有关。例如铝在气焊和焊条电弧焊条件下,难以获得优质焊接接头,用氩弧焊却能达到较高的技术要求。因此,又可以说铝的焊接性能良好。 有色金属及其合金通常采用氩弧焊进行焊接。 2 钢焊接性的评定 钢的焊接性很大一部分取决于碳的含量。把钢中合金元素 (
38、包括碳 ) 的含量按其作用换算成碳的相当含量称碳当量,碳当量常用来评定碳钢和低合金结构钢的焊接性。 低碳钢、低合金钢的焊接性优良,一般采用焊条电弧焊或埋弧自动焊进行焊接。中、高碳钢、铸铁的焊接性差,一般不作为焊接结构用材料,只限于修补工作。奥氏体不锈钢焊接性良好,适用于焊条电弧焊、氩弧焊和埋弧自动焊。,2.6.2 熔焊 将工件焊接处局部加热到熔化状态,形成熔池(通常还加入填充金属),冷却结晶后形成焊缝,被焊工件结合为不可分离的整体。 一、焊条电弧焊 (动画) 焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。是生产中应用最多、最普遍的焊接方法。它是利用焊条与焊件之间产生的电弧热,熔化焊件与焊条而
39、进行焊接的。 1、焊接电弧的产生 焊接电弧是由焊接电源供给的,具有一定电压的两电极间或电极与母材间,在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。 2、焊接设备 焊条电弧焊的主要设备是弧焊机,焊接电弧的过程:将夹在焊钳上的焊条,擦划或敲击焊件,由于焊条末端与焊件瞬时接触而造成短路,产生很大的短路电流,在短时间内产生大量的热,触点金属温度迅速升高,使焊条末端温度迅速提高并熔化。在很快提起焊条的瞬间,电流只能从已熔化金属的细颈处通过,使细颈部分的金属温度急剧升高、蒸发和汽化,焊条末端与工件间隙中的空气被电离,产生了正离子和自由电子,在电场力作用下,正离子奔向阴极,自由电子奔向阳极。在焊条端部与焊件之间形
40、成了电弧,并产生大量的光和热。,焊条电弧焊焊接过程,3、焊条 焊条由焊芯和药皮两部分组成。 焊芯的作用是与焊件之间产生电弧并熔化作为焊缝的填充金属。药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层。,4 焊条电弧焊工艺 (1)焊接接头 1)焊接接头形式 常用接头形式有对接、搭接、角接和形等。,焊接接头形式,2)坡口 根据设计或工艺需要,在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽,称为坡口。开坡口的目的是为了得到在焊件厚度上全部焊透的焊缝。,对接接头的坡口形式,3)焊缝的空间位置焊接时,按焊缝在空间位置的不同可分为平焊、立焊、横焊和仰焊。,平焊 横焊,焊接的空间位置,立焊 仰焊,二、其他熔焊方法 埋弧自动焊
41、(动画) 埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧自动焊是埋弧焊的一种自动化焊接方法。在焊接过程中电弧被焊剂覆盖。 埋弧焊的特点:埋弧焊可以使用较大的电流,焊接速度可以很快,生产率较高;焊接时采用渣保护,没有飞溅,焊接质量好;劳动条件好。但埋弧焊在焊接过程中不易观察;适应性差,只能焊平焊位置,通常焊接直缝和环缝。,埋弧自动焊示意图,2气体保护焊 气体保护电弧焊是利用外加气体作为电弧介质并保护焊接区的电弧焊,简称气体保护焊。常用的有氩弧焊、CO气体保护焊两种。 (1)氩弧焊是使用氩气作为保护气体的气体保护焊。氩气是惰性气体,它可以保护电极和熔化金属不受空气的有害作用。氩弧焊常用于不锈钢、耐
42、热钢和非铁金属的焊接。 (动画),(2)CO气体保护焊是利用 CO作为保护气体的气体保护焊,CO气体保护焊主要用于焊接低碳钢和强度等级不高的低合金结构钢。(动画),3 气焊与气割(动画) 气焊 气焊是利用气体火焰作热源的焊接法,常用的是氧乙炔焊。乙炔与氧混合燃烧所形成的火焰为氧乙炔焰。气焊的特点是所使用的设备简单、搬运方便、通用性强;火焰温度低,加热缓慢,加热面积大,焊件变形大;接头晶粒较粗,焊缝易产生气孔、夹渣的缺陷,综合力学性能较差 ;难于实现机械化,生产率低 。气焊通常只适用于焊接厚度小于5mm 的薄板件、非铁金属及其合金和铸铁件的补焊。 气割 气割是利用气体火焰的热能将工件切割处预热到
43、一定温度后,喷出高速切割氧流,使其燃烧并放出热量实现切割的方法。 气割时,利用气体火焰(氧乙炔火焰、氧丙烷火焰)对准割件切口起始处进行预热,待加热到该种金属材料的燃点,然后放开高压氧气流使金属剧烈氧化并燃烧,并吹掉氧化燃烧产生的金属氧化物(熔渣)形成切口,随着割炬的移动,这种预热、燃烧、吹渣的过程重复进行,直至完成切割工作。气割只适用于纯铁、低碳钢、中碳钢和低合金结构钢的切割。,2.6.3 压焊 压焊是指在焊接过程中必须对工件施加压力 ( 加热或不加热 ) ,以完成焊接的方法。加压可使两个焊件之间接触紧密,并在焊接部位产生一定的塑性变形,促使原子扩散而使二者焊接在一起。加热则进一步提高原子扩散
44、能力,也使连接处晶粒细化。最常用的是电阻焊。 电阻焊是工件组合后通过电极施加压力,利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。电阻焊通常分为电阻点焊、缝焊和对焊。(动画),1、电阻点焊 电阻点焊是将工件装配成搭接接头,并压紧在两电极之间,利用电阻热熔化母材金属,形成焊点的电阻焊方法。 2、滚焊(缝焊) 缝焊是将工件装配成搭接或对接接头,并置于两滚轮电极之间,滚轮加压工件并转动,连续或断续送电,形成一条连续焊缝的电阻焊方法。,3、对焊 对焊是对接电阻焊。按焊接过程不同分为电阻对焊和闪光对焊。 (1)电阻对焊 工件装配成对接接头,使其端面紧密接触,通电后利用电阻热加热至塑性状态,
45、然后断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法称为电阻对焊。 (2)闪光对焊 工件装配成对接接头,接通电源,并使其端面逐渐移近达到局部接触,利用电阻热加热这些接触点(产生闪光),使端面金属熔化,直至端部在一定深度范围内达到预定温度时,断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法称为闪光对焊。,2.6.4 钎焊 (动画) 钎焊是指采用比母材熔点低的金属材料作钎料,将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔化温度,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工件的方法。 与熔焊相比钎焊焊接变形小,焊件尺寸精确,可以连接异种材料。 2.6.5 其他焊接方法 其他焊接方法:超声波焊接、等离子弧焊(动画)、摩擦焊(动画) 、扩散焊、激光焊(动画)、磁力脉冲焊、电子束焊、爆炸焊等 焊接时,应选择合适的焊接方法,以保证获得质量优良的焊接接头,并且具有比较高的劳动生产率。选择焊接方法应根据材料的焊接性、焊件厚度、产品的接头形式、结构形式、生产率和现场拥有的设备条件等进行综合考虑决定的。,作业: 1、归纳总结金属加工工艺方法,了解其加工过程及适用场合。 2、归纳总结金属连接的方法,了解其过程。,THE END, THANKS,
链接地址:https://www.31doc.com/p-2978515.html