材料熱加工(材料成型技術(shù))要點(diǎn)總結(jié)

1、北京理工大學(xué) 工程訓(xùn)練中心熱加工（材料成形）目錄1 鑄造11.1鑄造的定義及分類11.2 砂型鑄造生產(chǎn)11.2.1 砂型鑄造的生產(chǎn)工藝過程：11.2.2 砂箱裝配圖：11.3 澆注系統(tǒng)的組成21.4 鑄造工藝圖21.5 鑄造缺陷32 鍛造42.1 定義42.2 鍛造的分類42.3 鍛造加熱42.4 鍛造設(shè)備：43 沖壓/鈑金工藝53.1 定義53.2 基本工序53.3 沖模結(jié)構(gòu)54 焊接64.1 定義64.2 分類64.3 手工電弧焊64.4 焊接工藝參數(shù)64.5 氣焊74.5.1 氣焊火焰74.5.2 氣焊設(shè)備94.6 氧氣切割94.7 焊接接頭種類及焊接位置104.8 焊接缺陷105 熱處

2、理11北理工 工程訓(xùn)練中心 鄭藝（）11 / 12文檔可自由編輯打印1 鑄造1.1鑄造的定義及分類鑄造的實(shí)質(zhì)是基于液態(tài)成形。定義：是將熔煉的化學(xué)成分合格的液態(tài)金屬澆注到鑄型型腔中，冷卻凝固后獲得毛坯或零件的方法成為鑄造。鑄造分為：砂型鑄造和特種鑄造。特種鑄造方法有：金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、熔模鑄造、離心鑄造。1.2 砂型鑄造生產(chǎn)1.2.1 砂型鑄造的生產(chǎn)工藝過程：在生產(chǎn)中需要配制型砂和芯砂。型砂的組成有4種：石英砂、水、粘接劑、附加物。型砂的性能包括：可塑性、強(qiáng)度、耐火性、透氣性、退讓性。造型方法分為手工造型和機(jī)器造型。手工造型方法又分為：整模造型、分模造型、挖沙造型、活塊造型、三箱造

3、型等。1.2.2 砂箱裝配圖：1.熔化金屬2.澆包3.排氣孔4.上箱5.總排氣孔6.型腔7.型芯8.型砂9.下箱1.3 澆注系統(tǒng)的組成 外澆口承接液態(tài)金屬，并擋渣；直澆道垂直通道，形成充型壓力；橫澆道水平通道，擋渣；內(nèi)澆口控制流速、流向，調(diào)節(jié)凝固順序。 冒口 用于補(bǔ)縮,設(shè)在鑄件厚大截面處1.4 鑄造工藝圖1、澆注位置澆注時(shí)，鑄件在鑄型中所處的 空間位置， 重要表面應(yīng)朝下放置或立放。 2、分型面上下鑄型分界面?？紤]出模和造型方便。加工余量鑄件需要加工的表面上預(yù)先附加的金屬層。起模斜度便于模樣取出，平行于起模方向。鑄造圓角鑄件兩壁相交處的圓弧過渡。收縮余量補(bǔ)償鑄件收縮而增大的數(shù)值。不同的合金收縮率

4、不同：灰鑄鐵0.8-1.0%,鑄鋼1.8-2.2%,鑄鋁1.5%確定型芯形成鑄件的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)。芯體、芯頭1.5 鑄造缺陷類別缺陷名稱與特征主要原因分析形狀尺寸不合格澆不足(pouring shortfall)有未充滿部分 形狀不完整1.澆注溫度過低2.液體金屬量不足3.澆道截面太小,未開出氣口4.局部過薄-結(jié)構(gòu)不合理冷隔(cold partition)有未完全融合縫隙 接頭處邊緣圓滑1.澆注溫度過低2.斷流,澆注速度太慢3.澆道位置不當(dāng),澆道截面太小4.局部過薄-結(jié)構(gòu)不合理5.合金流動(dòng)性較差孔洞氣孔（pore）表面或內(nèi)部 大小不等，內(nèi)壁光滑，多呈圓形1.氣體太多型砂太濕，起模、修型時(shí)刷水太多型芯

5、未烘干或通氣孔堵塞金屬液中含氣太多2.透氣性不好舂砂太緊或型砂透氣性不好澆注系統(tǒng)不合理，氣體排不出砂眼（sand small hole）表面或內(nèi)部有充滿砂粒的孔洞，孔形不規(guī)則1.砂型掉砂型砂強(qiáng)度不夠，未舂緊合箱時(shí)砂型局部擠壞澆注系統(tǒng)不合理，無圓角或太小2.帶入砂型腔、澆道內(nèi)散砂未吹盡縮孔(shrinkage cavity)厚截面處形狀不規(guī)則，內(nèi)壁粗糙1.冒口設(shè)置不合理2.合金成分不合格，收縮過大3.澆注溫度過高4.鑄件設(shè)計(jì)不合理，無法進(jìn)行補(bǔ)縮2 鍛造2.1 定義鍛造的實(shí)質(zhì)是塑性變形定義：是在外力作用下，使金屬產(chǎn)生塑性變形，改變其形狀、尺寸，改善組織性能的成形工藝方法。與鑄造件相比，鍛造能夠打碎

6、內(nèi)部枝晶，使工件組織之謎，力學(xué)性能高。所以鍛造件一般適用于受力大，工作載荷大的工作條件，例如軋輥、曲軸等。2.2 鍛造的分類鍛造分為：自由鍛、模鍛和胎模鍛自由鍛的工序分為：輔助工序、基本工序、精修工序?；竟ば蛴址譃椋虹叴帧伍L、沖孔、彎曲、錯(cuò)移、切割等。2.3 鍛造加熱鍛造加熱的目的，是為了提高塑性，降低變形抗力。鍛造加熱缺陷氧化與脫碳 材料燒損，表層硬度下降，控制在余量范圍內(nèi)。過熱 晶粒粗大，塑性下降，鍛打時(shí)易開裂，應(yīng)避免。過燒 接近熔點(diǎn)溫度，晶界氧化，塑性消失，不允許。裂紋 坯料因加熱速度過快，產(chǎn)生較大熱應(yīng)力造成，注意加熱規(guī)范。 2.4 鍛造設(shè)備：空氣錘利用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)工作活塞上下運(yùn)動(dòng)，

7、以沖擊力實(shí)現(xiàn)鍛打水壓機(jī)利用高壓水驅(qū)動(dòng)工作活塞，產(chǎn)生靜壓力實(shí)現(xiàn)鍛造空氣錘結(jié)構(gòu)：工作原理：電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)及曲柄連桿機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)壓縮缸內(nèi)的活塞，上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將壓縮空氣送入缸的上腔或下腔，驅(qū)使錘桿和錘頭上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行打擊。1.電動(dòng)機(jī)2.減速機(jī)構(gòu)3.手柄4.壓縮機(jī)5.轉(zhuǎn)閥6.工作缸7.錘桿8.上砥鐵9.下砥鐵10.砥墊11.砧座12.腳踏桿液壓機(jī)結(jié)構(gòu)工作原理：坯料置于下砧上，利用活動(dòng)橫梁上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)坯料施壓，使其變形。1.立柱2.活動(dòng)橫梁3.上橫梁4.工作柱塞5.工作缸6.回程柱塞7.回程缸8.密封圈9.上砥鐵10.下砥鐵11.下橫梁3 沖壓/鈑金工藝3.1 定義沖壓是通過沖模作用對(duì)板料施壓，使

8、其分離或變形，獲得零件或毛坯的加工方法。3.2 基本工序基本工序：落料、沖孔、彎曲、拉深等。3.3 沖模結(jié)構(gòu)4 焊接4.1 定義焊接是一種連接方法，是一種原子間距的連接（冶金結(jié)合）定義：通過加熱、加壓或兩者并用，使用或不使用填充材料，使分離的金屬達(dá)到原子（冶金）結(jié)合而形成連接的工藝方法成為焊接。4.2 分類主要是三大焊接方法：熔化焊、壓力焊、釬焊4.3 手工電弧焊手工電弧焊的基本操作技術(shù)為：引弧、運(yùn)條、焊縫收尾。引弧方法有敲擊法和劃擦法。電焊條組成：焊芯和藥皮。焊芯的作用：既作電極又作填充金屬。藥皮熔化后性質(zhì)不同，使焊條分為：酸性焊條和堿性焊條。實(shí)習(xí)所使用的焊機(jī)型號(hào)為BX1-300,電源電壓：

9、380V，空載電壓：60V，工作電壓20-30V，電流調(diào)節(jié)范圍60-300A。手工電弧焊示意圖1.弧焊機(jī) 2.焊鉗 3.焊條 4.電弧 5.熔池 6.焊縫 7.工件4.4 焊接工藝參數(shù)焊條直徑：厚板用粗焊條，薄板用細(xì)焊條，直徑越大，焊接效率越大；焊接電流：I=kd ，其中k：30-60，為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，d是焊條直徑；電弧電壓：電弧越長，電壓越高焊接速度：速度越大，對(duì)于某一點(diǎn)來說，熱輸入就越小。一般來說保證焊縫質(zhì)量的情況下，采用粗焊條、較大電流和較低的電弧電壓焊條牌號(hào) J422 其中J表示結(jié)構(gòu)鋼，焊縫抗拉強(qiáng)度420MPa，J422是酸性焊條，適用交、直流電源J507 為堿性焊條，適用直流電源。4.5

10、 氣焊4.5.1 氣焊火焰氧-乙炔焰由于氧與乙炔的混合比不同，可分為中性焰、碳化焰(也稱還原焰)和氧化焰三種，如圖。 圖 氧-乙炔焰(a)中性焰 (b)碳化焰 (c)氧化焰1焰心 2內(nèi)焰(暗紅色) 3內(nèi)焰(淡白色) 4外焰1.中性焰 在焊炬的混合室內(nèi)，氧與乙炔的體積比(O2/C2H2)為11.1時(shí)，可燃?xì)馔耆紵?，無過剩的游離碳或氧，這種火焰稱為中性焰。 中性焰由焰芯、內(nèi)焰和外焰三部分組成，見圖 (a)。焰芯，呈尖錐形，色白而明亮，輪廓清楚，焰芯的光亮是由焰芯中化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熾熱的碳微粒所發(fā)生的。亮度雖高，但溫度并不很高，約950。 內(nèi)焰，緊靠焰芯末端，呈杏核形，藍(lán)白色并帶深藍(lán)色線條，微微閃

11、動(dòng)。焰芯中分解的碳就在這一區(qū)域內(nèi)與氧化合而劇烈燃燒，并生成一氧化碳，因此溫度很高，尤以離開焰芯末端3mm左右處溫度最高，約3100。氣焊時(shí)主要是利用火焰的這一部分。這部分氣氛中2/3是一氧化碳，1/3是氫。所以對(duì)熔池具有一定的還原氧化物的作用。 外焰，與內(nèi)焰并無明顯界限，一般是從顏色上來區(qū)分。外焰的顏色從內(nèi)向外由藍(lán)白色變?yōu)榈仙统赛S色。外焰的溫度比焰芯高，約為12002500。具有氧化性，但二氧化碳對(duì)熔池具有保護(hù)作用。 中性焰由于內(nèi)焰溫度高，且具有還原性，能改善焊縫的機(jī)械性能，是氣焊中經(jīng)常使用的火焰。一般低碳鋼、低合金鋼和有色金屬材料的焊接基本上都采用中性焰。 2.碳化焰(還原焰) 氧與乙炔

12、的混合比(O2/C2H2)小于1(一般為0.850.95)時(shí)，混合氣中的乙炔未完全燃燒，這種火焰稱為碳化焰。 碳化焰的焰芯、內(nèi)焰和外焰三部分界限很明顯(見圖(b)。整個(gè)火焰長而軟。焰芯呈熾白色，也發(fā)生乙炔的氧化和分解反應(yīng);內(nèi)焰呈淡白色，由一氧化碳、氫和碳微粒組成;外焰呈橙黃色，除燃燒產(chǎn)物二氧化碳和水蒸氣外，還有未燃燒的碳和氫。 碳化焰的最高溫度低于3000。由于存在過剩的碳微粒和氫，碳會(huì)滲入熔池金屬中，使焊縫的含碳量增高。游離的氫也會(huì)進(jìn)入焊縫，產(chǎn)生氣孔和裂縫，因此，碳化焰不能用于焊接低碳鋼，而只適用于高碳鋼、鑄鐵的焊接(或補(bǔ)焊)以及硬質(zhì)合金的堆焊。 3.氧化焰 氧與乙炔的混合比(O2/C2H2

13、)大于1.1(一般在1.21.7之間)時(shí)，混合氣燃燒過程加劇，并出現(xiàn)氧過剩，這種火焰稱氧化焰。 氧化焰中整個(gè)火焰和焰芯的長度都明顯縮短，只能看到焰芯和外焰兩部分(見圖(c)。焰芯呈藍(lán)白色，外焰呈藍(lán)紫色?；鹧嫱χ?，帶有“嘶嘶”的聲音。氧的比例越大、火焰則越短，響聲也越大。 氧化焰的最高溫度高于中性焰。由于存在過剩的游離氧，故具有氧化性。若用來焊接鋼，焊縫將產(chǎn)生大量的氧化物和氣孔。同時(shí)熔池會(huì)發(fā)生劇烈沸騰，使焊縫金屬變脆，故不適于焊接鋼件，一般只用于焊接黃銅。 應(yīng)用最廣泛的是中性焰。氣焊主要用于焊接低碳鋼薄板、鑄鐵、銅或鋁等合金。4.5.2 氣焊設(shè)備4.6 氧氣切割1、氣割機(jī)理：1 O2 -C2H2 焰工件待切割處加熱至燃點(diǎn)，2 再噴出高壓氧氣流高溫純氧中劇烈燃燒，3 燃燒的產(chǎn)物（熔渣）被高壓氧氣流吹掉。 氣割的實(shí)質(zhì)是氧化過程而非熔化過程。2、金屬氣割條件： 金屬的燃點(diǎn) < 金屬熔點(diǎn)； 氧化物的熔點(diǎn) < 金屬熔點(diǎn)； 金屬燃燒放出足夠熱量，金屬導(dǎo)熱性應(yīng)較低。3、不能氣割的金屬： 鑄鐵、不銹鋼、銅合金、鋁合金4.7 焊接接頭種類及焊接位置焊接接頭焊接位置平焊、立焊（豎焊）、仰焊4.8 焊接缺陷 缺陷特征圖原因1夾渣熔渣夾入焊縫中電流過小層間清理不凈操作(速度過快)2咬邊邊緣熔化