熱加工工藝基礎(chǔ)論文

1、 熱加工工藝基礎(chǔ)（論文） 題 目： 爆炸焊接技術(shù)的展望 專業(yè)名稱： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)老師： 樊 老 師 學(xué) 院： 船 山 學(xué) 院 班 級： 09機(jī)械01班 學(xué) 號： 20099410102 學(xué)生姓名： X X 2011年 12月 6日 論鑄造與焊接工藝的優(yōu)劣 摘要：鑄造和焊接的工藝是機(jī)械工業(yè)中不可或缺的加工方式，可以根據(jù)兩工藝的應(yīng)用種類、范圍、力學(xué)分析、工序及缺陷分析和控制綜合對比兩種工藝的特點(diǎn)，以便更好地了解這兩種工藝，為以后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。 本人通過查閱大量文獻(xiàn)資料和實(shí)驗(yàn)結(jié)論總結(jié)了以上兩種工藝的特點(diǎn)以及分析兩種工藝的優(yōu)劣?？偨Y(jié)分析表明：其中鑄造的原材料大都來源廣泛，價(jià)格較低，工

2、藝裝備及設(shè)備的投資費(fèi)用較低，在各類機(jī)械產(chǎn)品中，鑄件質(zhì)量占整機(jī)質(zhì)量的比重很大；焊接應(yīng)用幾乎不受限制，主要用來制造機(jī)器零件、部件和工具等，有連接性能好，省料、省工、成本低，重量輕，簡化工藝。主要缺點(diǎn)是：鑄造的鑄件組織疏松，力學(xué)性能較差；鑄造工序多，難以精確控制；焊接的結(jié)構(gòu)是不可拆卸的，不便更換、修理部分零件，接頭的力學(xué)性能不如母材，而且會產(chǎn)生殘余應(yīng)力和焊接變形等缺陷。Abstract：casting and welding processes is indispensable in the mechanical industry, processing methods can be applied

3、 in accordance with the two types of processes, scope, mechanics analysis, processes and error control integrated seamless and compares the two craft character in order to better understand how the two craft, lay the foundation for future learning.I passed a substantial literature information availa

4、ble and experimental conclusions summarized above two technics characterized by two technics of analysis as well as disadvantages. Summary: the casting of raw materials analysis shows that most widely, sources at a lower price, technical equipment and equipment investment in low-cost, quality castin

5、gs in all types of machinery products accounted for a great proportion of the whole machine quality; welding applications, which are used for virtually unrestricted manufacturing machine parts, components and tools, such as good performance, and materials that are linked up and low-cost, light weigh

6、t, and streamline processes. The main disadvantage is that foundry casting organizations: Osteoporosis is a relatively poor performance, and mechanics; casting process, it will be difficult to control the exact structure; welding of inconvenience which can not be demolished, replacement, repair part

7、 of the joints, spare parts and materials, and mechanical performance rather than a residual stress and welding deformation such deficiencies. 關(guān)鍵詞：鑄造； 焊接；工藝種類；加工工藝；應(yīng)用范圍；力學(xué)分析；誤差分析與控制Keywords：Casting; welding; technology types; processing technology; application; mechanical analysis; error analysis an

8、d control一、焊接與鑄造工藝的種類鑄造生產(chǎn)是將金屬加熱熔化，使其具有流動(dòng)性，然后澆入到具有一定形狀的鑄型型腔中，在重力或外力（壓力、離心力、電磁力等）的作用下充滿型腔，冷卻并凝固成鑄件（或零件）的一種金屬成形方法。鑄造可分為鑄鐵，鑄鋼，有色金屬鑄造和特種鑄造等大類。其中，鑄鐵分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、白口鑄鐵；鑄鋼可分為鑄造碳鋼和鑄造合金鋼；有色金屬鑄造有鑄造鋁合金、銅合金、鎂合金、和鋅合金；特種鑄造可分為熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、消失模鑄造、陶瓷型鑄造及可型鑄造等。焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件產(chǎn)生原子間結(jié)合的一種連接加

9、工方法。焊接可分為氧-乙炔焊接、釬焊、手工電弧焊、熔化極及藥芯焊絲氣體保護(hù)焊、鎢極氬弧焊、等離子弧焊及其他焊接方法。其中，其他焊接方法可分為：電子束焊、電渣焊、摩擦焊、機(jī)關(guān)焊接、點(diǎn)焊和縫焊、螺柱焊、埋弧焊、軌道螺旋式焊接。二、焊接和鑄造工藝的應(yīng)用范圍鑄造工藝主要是為鑄造生產(chǎn)服務(wù)的，鑄造主要用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的大型鑄件、小型復(fù)雜精密鑄件鑄造藝術(shù)品、精密機(jī)械零件模具和精密鑄件有色合金鑄件，薄壁鑄件旋轉(zhuǎn)體形鑄件、各種直徑的管件固定截面的長形鑄件，如鋼錠、鋼管等，主要生產(chǎn)形狀十分復(fù)雜的造型，如汽車的汽缸體、汽缸蓋，水泵等，形狀復(fù)雜無規(guī)則的機(jī)械毛柸零件，通過鑄造工藝的不斷優(yōu)化和創(chuàng)新，很多大型、重型的機(jī)械設(shè)

10、備的工作穩(wěn)定性得到良好的保證，例如機(jī)床底座，內(nèi)燃機(jī)機(jī)座，重型機(jī)械的地盤（7090）以及風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)（6080）和拖拉機(jī)（5070）等重型機(jī)械產(chǎn)品。焊接工藝隨著科技水平的進(jìn)步有單種的手工電弧焊發(fā)展到了等離子弧焊激光焊等先進(jìn)焊接方式，極大地滿足了機(jī)械加工的需要，從而在眾多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。焊接主要用于制造金屬結(jié)構(gòu)，如鍋爐、壓力容器、管道、船舶、車輛、橋梁、飛機(jī)、火箭、起重機(jī)、海洋結(jié)構(gòu)、冶金和石油化工設(shè)配等。它也用來制造機(jī)器零件、部件和工具等，如重型機(jī)械和冶金、鍛壓機(jī)械的機(jī)架與軸、輪齒、鍛模、刀具等。焊接以其靈活的加工特點(diǎn)和廣闊的應(yīng)用前景在未來我國的現(xiàn)代化建設(shè)中無疑發(fā)揮出獨(dú)特的作用。三、焊接與鑄造工藝的

11、工序1、鑄造生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的多工序組合的工藝過程，它包括以下主要工序：（1）生產(chǎn)工藝準(zhǔn)備，根據(jù)要生產(chǎn)的零件圖、生產(chǎn)批量和交貨期限，制定生產(chǎn)工藝方案和工藝文件，繪制鑄造工藝圖；（2）生產(chǎn)準(zhǔn)備，包括準(zhǔn)備熔化用材料、造型制芯用材料和模樣、芯盒、砂箱等工藝裝備；（3）造型與制芯；（4）熔化與澆注；（5）落砂清理與鑄件檢驗(yàn)。 造型是鑄造中很重要的一道工序，造型可按鑄型和造型方法以及機(jī)器造型分類，其中按鑄型可分為濕型（砂型不需烘干，成本低、勞動(dòng)條件好、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)周期短、造型不易變形、尺寸精度高，當(dāng)強(qiáng)度較低，水分含量較高）干型（含水少、強(qiáng)度高、透氣性好、易于保證質(zhì)量，但砂型尺寸精度較低，生產(chǎn)成本較高，

12、且生產(chǎn)周期長，勞動(dòng)條件差，不易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)）、表干型（表面烘干型）、自硬砂型（利用化學(xué)反應(yīng)硬化砂型。強(qiáng)度高，含水少，沙塑尺寸精度高，生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)條件好，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)，但生產(chǎn)成本較高）以及覆沙金屬型；按手工造型方法可分為劈箱造型（劈模造型）、脫箱造型、疊箱造型、組芯造型、刮板造型和地坑造型；按機(jī)器造型方法可分為震擊式、壓實(shí)式、震壓式、微震壓實(shí)式、拋砂造型、射壓造型、靜壓造型和氣沖造型。制芯使形成鑄件的內(nèi)腔、內(nèi)孔、砂芯的幾何形狀與要形成的內(nèi)腔級內(nèi)孔相一致，形成鑄件的外形以及加強(qiáng)鑄型的強(qiáng)度。制芯可以按手工和機(jī)器制芯分類，按手工制芯可分為芯盒制芯、刮板制芯；按機(jī)器分為盒外固化制芯（震擊制芯、

13、微震擊壓制芯、擠壓制芯、震壓制芯、射（吹）砂制芯）；盒內(nèi)固化制芯（熱芯盒法制芯、殼芯盒法制芯<三乙胺法、酯硬化法、SO2法>、CO2法制芯、自硬砂法制芯）；不固化制芯。澆注是鑄造成型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，鑄件的質(zhì)量的好壞的直接原因是根據(jù)澆注環(huán)節(jié)分析的，合理的鑄造系統(tǒng)是保證鑄件性能的最根本因素。澆注系統(tǒng)一般由外澆道（澆口杯、澆口盆）、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成。澆注系統(tǒng)根據(jù)金屬液注入型腔的高度不同，可以將它分為頂注式、中注式、底注式和階梯注入式4種。澆注系統(tǒng)尺寸是根據(jù)澆注時(shí)間、內(nèi)澆道橫截面積以及各澆道組元的比例來確定的。綜上，鑄造工序多，難以精確控制。2、焊接的主要工序有：（1）預(yù)熱：預(yù)熱有利

14、于減低中碳鋼熱影響區(qū)的最高硬度，防止產(chǎn)生冷裂紋，改善接頭塑性，減小焊后殘余應(yīng)力。（2)焊條選擇：許可時(shí)優(yōu)先選用堿性焊條。（3)焊接接口前處理：將焊件盡量開成U形坡口式進(jìn)行焊接。如果是鑄件缺陷，鏟挖出的坡口外形應(yīng)圓滑。（4）確定焊接工藝參數(shù)：電源極性、電弧電壓、焊絲直徑、焊絲伸長長度、焊絲位向、保護(hù)氣體、行走速度、焊接接頭位置、保護(hù)電流及送死速度（機(jī)械焊接）。（5）焊后熱處理：焊后最好對焊件立即進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，特別是對于大厚度焊件、高剛性結(jié)構(gòu)件以及嚴(yán)厲條件下(動(dòng)載荷或沖擊載荷)工作的焊件更應(yīng)如此。消除應(yīng)力的回火溫度為600650。 焊接可以從人力投入量考慮分為手工焊、半自動(dòng)機(jī)器焊、全自動(dòng)機(jī)器

15、焊。其中手工電弧焊的主要工序是將焊接放置在工件附近，確保焊機(jī)和工件周圍區(qū)域干燥，確保電弧附近沒有易燃物質(zhì)并在現(xiàn)場準(zhǔn)備好滅火器材，根據(jù)工件要求選擇適當(dāng)?shù)暮笚l，設(shè)置適當(dāng)?shù)臉O性和焊接電流，將電纜連接到工件上，準(zhǔn)備好焊條、焊接安全用具，開啟焊機(jī)開始焊接；半自動(dòng)機(jī)器焊主要應(yīng)用于各種新的焊接技術(shù)，基本上實(shí)現(xiàn)了送絲和加工環(huán)節(jié)的自動(dòng)。雖然目前應(yīng)用不夠廣泛，但是前景值得期待；全自動(dòng)焊接是基于焊接原理的一種應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)流水線的現(xiàn)代化工業(yè)的標(biāo)志。所以，全自動(dòng)焊接是一種針對多臺焊機(jī)的一種統(tǒng)稱。四、焊接與鑄造工藝的力學(xué)分析鑄件的力學(xué)性能與鑄件的凝固和收縮有密切的聯(lián)系，鑄件主要表現(xiàn)在組織較疏松，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度

16、、蠕變強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度、低溫強(qiáng)度等較低，力學(xué)性能較差。凝固是指液態(tài)金屬澆入鑄型的冷卻作用，液態(tài)金屬的溫度降至液相線與固相線溫度范圍時(shí)，液態(tài)金屬向固態(tài)轉(zhuǎn)變的變化過程。它可以根據(jù)鑄件截面上呈現(xiàn)的凝固區(qū)域大小來區(qū)分，一般分為逐層凝固、體積凝固和中間凝固。其中，一般認(rèn)為逐層凝固的合金補(bǔ)縮能力好，熱裂傾向小，無疏松（或疏松很?。撰@得組織致密的鑄件；體積凝固的合金補(bǔ)縮能力較差，熱裂傾向大，難以形成組織致密的鑄件；中間凝固的補(bǔ)縮能力、熱裂傾向和流動(dòng)性介于前兩者凝固方式之間。收縮是指金屬液從澆入鑄型到冷卻凝固至室溫的整個(gè)過程中發(fā)生的體積和尺寸減小的現(xiàn)象。任何一種金屬液澆入鑄型后，從澆注溫度冷卻到常溫，都要經(jīng)

17、歷液態(tài)收縮階段，凝固收縮階段，固態(tài)收縮階段。鑄件在鑄型中收縮時(shí)受到的阻力有鑄件表面的摩擦力，熱阻力，機(jī)械阻力。由于上述3種阻力的影響，在進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)，模樣尺寸不能按照自由收縮率考慮，而是考慮各種阻力影響之后的實(shí)際收縮率。鑄 （L模 L件）L件 ×100式中 鑄 鑄造收縮率； L模 模樣尺寸； L件 鑄造尺寸。焊縫具有良好的力學(xué)性能，能耐高溫、高壓，能耐低壓，具有良好的密封性、導(dǎo)電性、抗腐蝕性、耐磨性等。由于熔焊接頭的材料一般情況不與母材相同，所以在塑性、韌性不如母材，一般包括焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)。焊縫區(qū)經(jīng)過焊接冶金處理，其組織是粗大的鑄造組織；融合區(qū)和熱影響區(qū)中靠近的過熱區(qū)

18、（粗晶區(qū)），力學(xué)性能下降嚴(yán)重。五、焊接與鑄造工藝的缺陷分析與控制 鑄造工藝的缺陷及變形主要來源于鑄造應(yīng)力，鑄件變形，鑄件的裂紋、縮孔和收縮。鑄造應(yīng)力是鑄件的固態(tài)收縮受到阻礙而引起的應(yīng)力，按阻礙收縮的原因可分為熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。其中熱應(yīng)力是由于壁厚不均勻，各部位冷卻速度和線收縮不均勻，相互阻礙而引起的應(yīng)力；機(jī)械應(yīng)力是鑄件的固態(tài)收縮受到鑄型、型芯和澆、冒口等外因的機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力。鑄造變形的主要原因主要是殘留應(yīng)力的存在和鑄件的應(yīng)力松弛特性，表現(xiàn)為不均勻的塑性變形。鑄件的裂紋是由于瞬時(shí)鑄造應(yīng)力超過金屬的強(qiáng)度極限導(dǎo)致的。根據(jù)溫度范圍可分為熱裂和冷裂，其中熱裂是在凝固末期高溫下形成的裂紋通常產(chǎn)生于凝

19、固緩慢的熱節(jié)處；冷裂是鑄件在較低溫度下形成的裂紋，往往出現(xiàn)在鑄件受拉應(yīng)力特別是在應(yīng)力集中的部位、塑性差的合金和大型復(fù)雜鑄件中?？s孔是指在鑄件中存在氣泡的現(xiàn)象，縮松主要是指鑄件中存在裂縫的現(xiàn)象。防止以上情況出現(xiàn)的主要方法是從合金性質(zhì)、鑄型條件、鑄造工藝和鑄件結(jié)構(gòu)4個(gè)方面進(jìn)行考慮。 焊接過程是在高溫下進(jìn)行的，它是工件變形的主要原因。由于金屬滿足在沒有受到約束并且連續(xù)加熱和冷卻，當(dāng)達(dá)到室溫時(shí)，都會恢復(fù)到原來的尺寸，所以在對于工件焊接尺寸有嚴(yán)格要求的情況下，盡量減少對工件的約束。金屬（以鋼為例）在膨脹應(yīng)力下經(jīng)歷的峰值溫度越高，產(chǎn)生的變形越大。加熱時(shí)受熱一側(cè)膨脹并軟化，冷至室溫后，受熱過程中產(chǎn)生的大部分皺褶消失，但在受熱一側(cè)卻產(chǎn)生了塑性變形。不平衡加熱和溫度較低部分的拘束導(dǎo)致工件