材料成形的方法

1、金屬液態(tài)成形 一一液態(tài)金屬在鑄型中冷卻、凝固形成零件。液態(tài)成形是機械制造中生產機器零件或毛坯的主要方法之一。常用的鑄造。一鑄造定義鑄造（最廣泛）：將液態(tài)合金澆注到與零件的形狀、尺寸相適應的鑄型空腔 中，使其冷卻凝固，得到毛坯或零件的成形工藝（生產方法）。二鑄造分類1 .按鑄型材料來分：砂型鑄造、金屬型鑄造、石墨型鑄造、陶瓷鑄造；2 .按充型方式來分：重力充型、高壓充型、低壓充型、離心力充型；3 .按液態(tài)成形工藝方法的作用力不同又可分為兩類：重力作用下的液態(tài)成形工藝方法：砂型鑄造、金屬型鑄造、熔模鑄造、氣化 模鑄造、陶瓷型鑄造等；外力作用下的液態(tài)成形工藝方法：離心鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、擠壓鑄

2、 造等0三具鑄造工藝如圖所示基本工藝過程制作模樣配制型砂尸口制作芯盒1廠=皿 造芯上 制作芯砂I，烘干型芯液態(tài)金屬: 心鑄型凝固、落砂、清理、檢驗鑄件熔煉選配爐料四鑄造的特點1 .能制成形狀復雜、特別是具有復雜內腔的毛坯：如閥體、泵體、葉輪、螺旋 漿等。2 .鑄件的大小幾乎不受限制，重量從幾克到幾百噸。3 .常用原材料來源廣泛，價格低廉，成本較低，其應用及其廣泛。如機床、內燃機中鑄件7080%農業(yè)機械4070%4 .但鑄造生產過程較復雜，廢品率一般較高，易出現澆不足，縮孔，夾渣、氣孔、 裂紋等缺陷。五 鑄造常見的主要問題組織疏松、晶粒粗大，鑄件內部常有縮孔、縮松、氣孔等缺陷產生，導致鑄件力學性

3、能，特別是沖擊性能較低。鍛壓：對坯料施加外力，使其產生塑性變形、改變尺寸、形狀及改善性能，用以制造機械零件、工件或毛坯的成形加工方法。主要方法：鍛造 :將坯料加熱到高溫狀態(tài)后進行加工.沖壓:將坯料在常溫下進行加工.特點:(1)改善金屬組織、提高力學性能(2)節(jié)約金屬材料(3)較高的生產率(4)毛坯或零件的精度較高(5)不能加工脆性材料(6)不能獲得形狀復雜的毛坯或零件一 自由鍛：1. 定義： 利用沖擊力或壓力，使金屬在上、下砧鐵之間，產生塑性變形而獲得所需形狀、尺寸以及內部質量鍛件的一種加工方法。自由鍛造時，除與上、下砧鐵接觸的金屬部分受到約束外，金屬坯料朝其它各個方向均能自由變形流動，不受外

4、部的限制，故無法精確控制變形的發(fā)展。2. 分類： 手工鍛造和機器鍛造兩種。 手工鍛造只能生產小型鍛件，生產率也較低。機器鍛造是自由鍛的主要方法。3. 特點： 工具簡單、通用性強，生產準備周期短。自由鍛件的質量范圍可由不及一千克到二、三百噸，對于大型鍛件，自由鍛是唯一的加工方法，這使得自由鍛在重型機械制造中具有特別重要的作用，例如水輪機主軸、多拐曲軸、大型連桿、重要的齒輪等零件在工作時都承受很大的載荷，要求具有較高的力學性能，常采用自由鍛方法生產毛坯。由于自由鍛件的形狀與尺寸主要靠人工操作來控制，所以鍛件的精度較低， 加工余量大，勞動強度大，生產率低。自由鍛主要應用于單件、小批量生產，修配以及大

5、型鍛件的生產和新產品的試制等。4. 自由鍛工序自由鍛工序：基本工序、輔助工序和修整工序1)基本工序使金屬坯料產生一定程度的塑性變形，以得到所需形狀、尺寸或改善材質性能的工藝過程。它是鍛件成形過程中必需的變形工序，如 鍛粗、拔長、彎曲、沖孔、切割、扭 轉和錯移等。實際生產中最常用的是鍛粗、拔長和沖孔三個工序。1) .徽粗 沿工件軸向進行鍛打，使其長度減小，橫截面積增大的操作過程。常用來 鍛造齒輪坯、凸緣、圓盤等零件，也可用來作為鍛造環(huán)、套筒等空心鍛件沖孔前的預備工序?；沾挚煞譃槿沾趾途植垮懘謨煞N形式，如圖所示?；沾謺r，坯料不能過長，高度 與直徑之比應小于 2.5,以免鍛彎，或出現細腰、夾層等現

6、象。坯料鍛粗的部位必須均 勻加熱，以防止出現變形不均勻。圖wa)全徽粗 b)局部徽粗2) .拔長 拔長是沿垂直于工件的軸向進行鍛打，以使其截面積減小，而長度增加的操作過程，如圖所示。常用于鍛造軸類和桿類等零件。對于圓形坯料，一般先鍛打成方形后再進行拔長，最后鍛成所需形狀，或使用V型砧鐵進行拔長，如圖所示，在鍛造過程中要將坯料繞軸線不斷翻轉。圖使用V型砧鐵拔長圓坯料3 ） .沖孔 利用沖頭在工件上沖出通孔或盲孔的操作過程。常用于鍛造齒輪、套筒和圓環(huán)等空心鍛件，對于直徑小于25mm的孔一般不鍛出，而是采用鉆削的方法進行加工O在薄坯料上沖通孔時，可用沖頭一次沖出。若坯料較厚時，可先在坯料的一邊沖到孔

7、深的2/3深度后，拔出沖頭，翻轉工件，從反面沖通， 以避免在孔的周圍沖出毛刺, 如圖所示。實心沖頭雙面沖孔時，圓柱形坯料會產生畸變。畸變程度與沖孔前坯料直徑Do、高度Ho和孔徑di等有關。Do/di愈小，畸變愈嚴重，另外沖孔高度過大時，易將孔沖偏， 因此用于沖孔的坯料直徑 Do與孔徑di之比（Do/di）應大于2.5,坯料高度應小于坯料 直徑。a)圖沖孔a）薄坯料沖孔b）厚坯料沖孔1一沖頭 2-坯料 3一墊環(huán) 4一芯料沖孔 錯移 扭轉（2）輔助工序為使基本工序操作方便而進行的預變形工序稱為輔助工序（壓鉗口、切肩等）（3）修整工序用以減少鍛件表面缺陷而進行的工序（如校正、滾圓、平整等）。5.自由

8、鍛工藝規(guī)程的制定制訂工藝規(guī)程、編寫工藝卡片是進行自由鍛生產必不可少的技術準備工作，是組織 生產、規(guī)范操作、控制和檢查產品質量的依據。制訂工藝規(guī)程，必須結合生產條件、設 備能力和技術水平等實際情況，力求技術上先進、經濟上合理、操作上安全，以達到正確指導生產的目的。自由鍛工藝規(guī)程：根據零件圖繪制鍛件圖、計算坯料的質量與尺寸、確定鍛造工序、 選擇鍛造設備、確定坯料加熱規(guī)范和填寫工藝卡片等。(1)繪制自由鍛件圖以零件圖為基礎，結合自由鍛工藝特點繪制而成的圖形，它是工藝規(guī)程的核心內容， 是制定鍛造工藝過程和鍛件檢驗的依據。鍛件圖必須準確而全面反映鍛件的特殊內容， 如圓角、斜度等，以及對產品的技術要求，如

9、性能、組織等。繪制時主要考慮以下幾個因素：1) .敷料 對鍵槽、齒槽、退刀槽以及小孔、盲孔、臺階等難以用自由鍛方法鍛出的結 構，必須暫時添加一部分金屬以簡化鍛件的形狀。為了簡化鍛件形狀以便于進行自由鍛造而增加的這一部分金屬，稱為敷料，如圖 2-11所示。2) .鍛件余量 在零件的加工表面上增加供切削加工用的余量，稱之為鍛件余量，如圖 所示。鍛件余量的大小與零件的材料、形狀、尺寸、批量大小、生產實際條件等因素有 關。零件越大，形狀越復雜，則余量越大。3) .鍛件公差 鍛件公差是鍛件名義尺寸的允許變動量，其值的大小與鍛件形狀、尺寸 有關，并受生產具體情況的影響。圖鍛件余量及敷料1敷料2一鍛件余量自

10、由鍛件余量和鍛件公差可查有關手冊。鋼軸自由鍛件的余量和鍛件公差，見表1。表1鋼軸自由鍛件余量和鍛件公差（雙邊）（mm）零件直徑零件長度<5050 8080 120120 160160 200200 250鍛件余量和鍛件公差<3155±26±27± 28士 3一一3156301 6121口310±311±463010007±28± 39± 310± 311±412 ±41000 16008±39± 310士 311 ± 412±413

11、±4在鍛件圖上，鍛件的外形用粗實線，如圖所示。為了使操作者了解零件的形狀和尺寸，在鍛件圖上用雙點劃線畫出零件的主要輪廓形狀，并在鍛件尺寸線的上方標注鍛件尺寸與公差，尺寸線下方用圓括弧標注出零件尺寸。對于大型鍛件，還必須在同一個坯料上鍛造出供性能檢驗用的試樣來，該試樣的形狀與尺寸也在鍛件圖上表示。(240)=7的± 12 一一一350±12 010)圖2典型鍛件圖（2）計算坯料質量與尺寸1) .確定坯料質量自由鍛所用坯料的質量為鍛件的質量與鍛造時各種金屬消耗的質量之和，可由下式計算：G坯料=G鍛件+G燒損+G料頭式中G坯料一坯料質量，單位為kg;G鍛件鍛件質量，單位

12、為kg;G燒損加熱時坯料因表面氧化而燒損的質量，單位為kg;第一次加熱取被加熱金屬質量分數的工%3%以后各次加熱取1.5%2.0%;G料頭一鍛造過程中被沖掉或切掉的那部分金屬的質量，單位為kg;如沖孔時坯料中部的料芯，修切端部產生的料頭等。對于大型鍛件，當采用鋼錠作坯料進行鍛造時，還要考慮切掉的鋼錠頭 部和尾部的質量。2) .確定坯料尺寸根據塑性加工過程中體積不變原則和采用的基本工序類型(如拔長、鍛粗等)的鍛造比、高度與直徑之比等計算出坯料橫截面積、直徑或邊長等尺寸。典型鍛件的鍛造比見表2。表2典型鍛件的鍛造比鍛件名稱計算部位1鍛造比鍛件名稱計算部位鍛造比碳素鋼軸類鍛件最大截面2.0 2.5錘

13、 頭最大截面>2.5合金鋼軸類鍛件最大截面2.5 3.0水輪機主軸軸身>2.5熱軋輻輻身2.5 3.0水輪機立柱最大截面>3.0冷軋輻1輻身3.5 5.0模 塊最大截面>3.0齒輪軸1 最大截面2.5 3.0航空用大型鍛件最大截面6.0 8.0（3）選擇鍛造工序自由鍛鍛造工序的選取應根據工序特點和鍛件形狀來確定。一般而言， 盤類零件多采用鍛粗（或拔長-鍛粗）和沖孔等工序；軸類零件多采用拔長，切 肩和鍛臺階等工序。一般鍛件的分類及采用的工序見表 3。表3鍛件分類及所需鍛造工序鍛件類別盤類零件1圖 例鍛造工序鍛粗（或拔長鍛粗），沖孔等軸類零件i卜拔長（或鍛粗拔長），切肩，鍛

14、臺階等筒類零件環(huán)類零件uiiiii£Z£d!222J<鍛粗（或拔長鍛粗），沖孔，在芯軸上拔長等鍛粗（或拔長鍛粗），沖孔，在芯軸上擴孔等11且自由鍛工序的選擇與整個鍛造工藝過程中的火次（即坯料加熱次數）和 變形程度有關。所需火次與每一火次中坯料成形所經歷的工序都應明確規(guī)定出 來，寫在工藝卡片上。（4）選擇鍛造設備根據作用在坯料上力的性質，自由鍛設備分為 鍛錘和液壓機兩大類（5）確定鍛造溫度范圍鍛造溫度范圍是指 始鍛溫度和終鍛溫度之間的溫度范圍鍛造溫度范圍應盡量選寬一些，以減少鍛造火次，提高生產率。加熱的 始鍛溫度一般取固相線以下100200C,以保證金屬不發(fā)生過熱與過燒

15、。終鍛 溫度一般高于金屬的再結晶溫度 50100C,以保證鍛后再結晶完全，鍛件內部 得到細晶粒組織。碳素鋼和低合金結構鋼的鍛造溫度范圍， 一般以鐵碳平衡相圖 為基礎，且其終鍛溫度選在高于 A%點，以避免鍛造時相變引起裂紋。高合金鋼 因合金元素的影響，始鍛溫度下降，終鍛溫度提高，鍛造溫度范圍變窄。部分金 屬材料的鍛造溫度范圍見表4。止匕外，鍛件終鍛溫度還與變形程度有關，變形程 度較小時，終鍛溫度可稍低于規(guī)定溫度。表4部分金屬材料的鍛造溫度范圍材料類型鍛造溫度/ c保溫時間始鍛終鍛-1/min . mm10、 15、 20、 25、 30、 35、 40、 45、 5012008000.25 0.

16、715CrA、16Cr2MnTiA、38CrA、20MnA 20CrMnTiA12008000.3 0.812CrNi 4、12CrNi、38CrMoAlA、25CrMnNiTiA、30CrMnSiA、50CrVA、18Cr2Ni4WA 20CrNi 3A11808500.3 0.840CrMnA11508000.3 0.8利合金800900650700一后合金450500350380一(6)填寫工藝卡片模型鍛造以鍛模模膛限制金屬坯料的變形，從而獲得鍛件的成形方法特點(1)生產效率較高(2)能鍛造形狀復雜的鍛件(3)模鍛件的尺寸較精確(4)節(jié)省金屬材料(5)模鍛操作簡單，勞動強度低三 板料沖壓

17、：通常在室溫下進行，所以又稱冷沖壓，簡稱沖壓。特點：1)不需要對毛坯加熱，是節(jié)約能源的加工方法2)生產操作簡單，生產率高3)尺寸精度較高，質量穩(wěn)定4)制造費用高。用于大批量生產條件下固態(tài)材料連接過程常見的連接成形工藝：焊接、膠接和機械聯(lián)接等。一 定義焊接 通常是指金屬的焊接。是通過加熱或加壓，或兩者同時并用，使兩個分離的物體產生原子間結合力而連接成一體的成形方法。二 分類： 根據焊接過程中加熱程度和工藝特點的不同，焊接方法可以分為三大類。(1) 熔焊 將工件焊接處局部加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池 (通常還加入填充金屬)，冷卻結晶后形成焊縫，被焊工件結合為不可分離的整體。常見的熔焊方法有氣焊、電弧焊、電渣焊、等離子弧焊、電子束焊、激光焊等。(2) 壓焊在焊接過程中無論加熱與否，均需要加壓的焊接方法。常見的壓焊有電阻焊、摩擦焊、冷壓焊、擴散焊、爆炸焊等。(3) 釬焊采用熔點低于被焊金屬的釬料(填充金屬)熔化之后，填充接頭間隙，并與被焊金屬相互擴散實現連接。釬焊