金属加工与实训基础常识与技能训练.docx

金属加工与实训基础常识与技能训练.docx

《金属加工与实训基础常识与技能训练.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属加工与实训基础常识与技能训练.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

金属加工与实训基础常识与技能训练

第一章金属热加工基础与技能

第一节铸造成形

一、铸造基础知识

1.铸造方法分类

铸造方法主要分为砂型铸造和特种铸造两类。

特种铸造是指砂型中生产铸件的铸造方法。

特种铸造是指与砂型铸造不同的其他铸造方法。

特种铸造包括金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、连续铸造和挤压铸造等。

2.铸造特点

1铸造适应性广。

2铸造具有较好的经济性。

3铸件力学性能较低。

二、砂型铸造

1.造型材料、造型工具及砂型组成

1造型材料

制造铸型用的材料称为造型材料

造型材料主要包括型砂和芯砂。

型砂和芯砂主要由原砂（SiO2）、粘接剂（如粘土、膨润土、水玻璃、植物油、树脂等）、附加物（如煤粉或木屑等）、旧砂和水组成。

造型材料应具备一定的强度、可塑性、耐火性、透气性、退让性和溃散性等性能。

2造型工具

铸造铸型用的工具称为造型工具。

造型工具有：

沙箱、底板、舂砂锤、通气针、起模针、皮老虎、镘刀、秋叶、提钩、半圆等。

3砂型组成

从砂型中取出模样后形成的空腔称为型腔。

上砂型与下砂型的分界面称为分型面。

型芯上的延伸部分称为芯头，用于安放和固定型芯。

2.造型方法

用砂型及模样等工艺装备制造砂型的方法和过程，称为造型。

造型方法通常分为手工造型和机器造型两大类。

1手工造型。

全部用手或手动工具完成的造型工序称为手工造型。

1整体模造型。

整体模造型是将模样做成与零件形状相应的整体结构进行造型的方法。

整体模造型操作简便，不会产生错箱，适用于形状简单、横截面依次减少、最大截面在端部的铸件。

2分开模造型。

模型分开两半，造型时模型分别在上砂箱和下砂箱内进行造型的方法，称为分开模造型。

分开模造型操作简便，应用广泛，适用于生产形状复杂的铸件以及带孔的铸件，如套筒、阀体、管子、箱体等铸件。

3挖砂造型。

模型虽是整体的，但是铸件的分型面为曲面，为了能起出模型，造型时用手工挖去阻碍起模型砂的造型方法，称为挖砂造型。

挖砂造型适用于单件或小批量生产分型面不是平面的铸件，生产率低，对操作人员的技术要求较高。

4假箱造型。

利用预先制备好的半个铸型简化造型操作的方法，称为假箱造型。

假箱造型具有操作简便，不需要挖砂且分型面整齐。

假箱造型适应于批量生产分型面不是平面的铸件。

5活块造型。

有些铸件上有一些小突台、钢筋等，造型时，妨碍起模，这时可将模样的凸出部分作成活块，起模时，先将主体模起出，然后再从侧面取出活块的造型方法，称为活块造型。

活块造型适用于单件或小批量生产带有小凸台等不易起模的铸件。

6三箱造型。

当铸件的外形具有两端截面大而中间截面小时，只用一个分型面取不出模型，此时需要从小截面处分开模型，采用两个分型面，三个砂箱进行造型，这种方法称为三箱造型。

三箱造型操作比较繁琐，要求工人操作技术较高，适用于单件或小批量生产具有两分型面的铸件。

7刮板造型。

不用模样而用与铸件截面形状相同的刮板代替实体模样的造型和制芯方法，称为刮板造型。

刮板造型适用于具体等截面的大、中型回转体铸件的单件小批量生产，如皮带轮、飞轮、齿轮、弯管等。

2机器造型。

用机器全部地完成或至少完成紧砂操作的造型工序称为机器造型。

1机器造型的紧砂方法。

常用的紧砂方法有：

震实、压实、震压、抛砂、射压等几种型式。

2机器造型的起模方法。

常用的起模方法有：

顶箱、漏模、翻转三种。

3.造芯

制造型芯的过程称为造芯。

型芯可以手工造芯，也可以机器造芯。

型芯必须具有较高的强度、耐火性、透气性、退让性和溃散性。

通过合理地配制芯砂和正确的造芯工艺，可以保证型芯的性能要求。

4.浇注系统

为了顺利填充型腔和冒口，开设在铸型中的一系列通道，称为浇注系统。

由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。

浇注系统可设计成顶注式浇注系统、中注式浇注系统、底注式浇注系统、阶梯式浇注系统等形式。

5.熔炼

常用的金属熔炼设备有：

冲天炉（适于熔炼铸铁）、电炉（适于熔炼铸钢）、坩埚炉（适于熔炼非铁金属）。

6.合型、浇注、落砂、清理与检验

1合型（或合箱）是将铸型的各个组元如上砂型、下砂型、型芯、浇口杯等组合成一个完整铸型的操作过程。

2浇注是将熔融金属从浇包注入铸型的操作。

3落砂是用手工或机械使铸件和型砂（或芯砂）、砂箱分开的操作过程。

4清理是落砂后从铸件上清除表面粘砂、型砂（芯砂）、多余金属（包括浇口、冒口、飞翅和氧化皮）等过程的总和。

5检验是指铸件清理后，应进行质量检验。

三、特种铸造简介

1.金属型铸造

金属型铸造是指在重力作用下将溶融金属浇入金属型获得铸件的方法。

金属型铸造的特点是：

一个金属型可浇注几百次甚至几万次，节省了造型材料和造型工时，提高了生产率，改善了劳动条件，所获得的铸件尺寸精度高。

金属型铸造主要用于非铁金属铸件的大批量生产，如铝材内燃机活塞、气缸体、汽缸盖、轴瓦、衬套等零件常用此法来成形。

2.压力铸造

压力铸造是将熔融金属在高压下高速填充金属型腔，并在压力下使其凝固的铸造方法。

压力铸造的特点是：

在高压高速下注入金属溶液，可得到形状复杂的薄壁件，而且压力铸造的生产率高。

压力铸造适用于大批量生产薄壁、复杂形状的非铁金属小铸件。

3.离心铸造

离心铸造是将液态金属浇入水平主轴或倾斜主轴高速旋转的铸型中，并在离心力的作用下凝固成铸件的铸造方法。

离心铸造的特点是：

铸件组织致密，力学性能较好，但其内表面质量较差。

离心铸造主要用于生产空心旋转体铸件，如各种管子、缸套、轴套、圆环等，也适合于生产双金属铸件（如双金属滑动轴承件）。

4.熔模铸造

用易熔材料（如蜡料）制成模样，在模样上包覆若干耐火涂料，制成型壳，熔出模样后经高温焙烧即可浇注的浇注方法，称为熔模铸造。

熔模铸造的特点是：

铸型是一个整体，无分型面，以熔化模样做为起模方式，可以制作出各种形状复杂的小型铸件（如汽轮机叶片、刀具等），而且铸件尺寸精确、表面光洁，可以达到少切削或无切削加工。

熔模铸造通常用于中小型形状复杂的精密铸件或熔点高、难以压力加工或难以切削加工的金属。

四、铸造新技术和新工艺简介

1.真空密封铸造

2.悬浮铸造

3.半固态铸造

4.低压铸造

5.铸造过程的计算机数值模拟技术

第二节锻压

锻压是对坯料施加外力，使金属产生塑性变形、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。

锻压是锻造和冲压的总成。

金属锻压成形加工包括：

锻造（自由锻、模锻、胎膜锻等）、板料冲压、挤压、轧制、拉拔等。

一、锻压加工基础知识

1.锻压加工的特点

1锻压加工可改善金属内部组织，提高金属的力学性能。

2锻压加工可节省金属材料。

3锻压加工具有较高的生产率。

4锻压加工适用范围广。

2.可锻性

金属在锻压加工过程中经塑性变形而不开裂的能力称为金属的可锻性。

可锻性与金属的塑性和抗变形力有关，塑性越好，变形抗力越小，则可锻性越好；反之，则可锻性越差。

金属的可锻性好，表明金属容易进行锻压加工；金属的可锻性差，表明金属不宜进行锻压加工。

3.金属的塑性变形

1金属塑性变形过程

金属的塑性变形过程实质上是位错沿着滑移面的运动过程。

大量位错运动的宏观表现就是金属的塑性变形过程。

位错运动观点认为：

晶体缺陷及位错相互纠缠会阻碍位错运动，导致金属强化，即产生冷变形强化现象。

2金属的冷变形强化

冷变形强化（即加工硬化）是指金属随着冷变形程度的增加，金属的所有强度指标和强度都有所提高，但塑性有所下降的现象。

当需要消除冷变形强化现象时，可在金属进行变形过程中安排合理的“退火”工序，就消除冷变形强化现象。

4.回复与再结晶

冷变形金属加热时发生的显微组织变化过程包括：

回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。

1回复

将冷变形后的金属加热至一定温度后，使原子回复到平衡位置，晶粒内残余应力大大减少的现象称为回复。

2再结晶

当加热温度较高时，塑性变形后的晶粒及被拉长了的晶粒会重新生核，转变为均匀的等轴晶粒，并且金属的可锻性得到恢复，这个过程称为再结晶。

再结晶是在一定温度范围进行的，开始产生再结晶现象的最低温度称为再结晶温度。

纯金属的再结晶温度为：

T再≈0.4T熔（K）

式中T熔—是纯金属的开氏温度熔点

在常温下经过塑性变形的金属，加热到再结晶温度以上，使其发生再结晶的处理过程称为再结晶退火。

再结晶退火可以消除冷变形强化现象，提高金属的塑性，便于金属继续进行锻压加工，如金属在冷轧、冷拉、冷冲压过程中，需要各工序中穿插再结晶退火对金属进行软化。

有些金属如铅和锡其再结晶温度均低于室温，在室温下随时会产生再结晶过程，因此，铅和锡经过冷变形后，不会产生冷变形强化现象，总是觉得很软。

3晶粒长大

产生纤维化组织的金属，通过再结晶，一般都能得到细小而均匀的等轴晶粒。

但如果加热温度过高或加热时间过长，则晶粒会明显长大，成为晶粒组织，从而使金属力学性能下降，其可锻性恶化。

5.锻造流线

在锻造时，金属中的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈带状分布；塑性杂质随着金属变形沿着主要伸长方向呈带状分布，且在再结晶过程中不会消除，这种热锻后的金属组织具有一定的方向性，通常将这种组织称为锻造流线。

锻造流线使金属的性能呈各向异性，即沿着流线方向（纵向）的抗拉强度较高，而垂直于流线方向（横向）的抗拉强度较低。

二、自由锻造

自由锻造（简称自由锻）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。

自由锻一般分为手工自由锻和机器自由锻两种。

自由锻具有工艺灵活，所用设备及工具通用性大，加工成本低等特点，多用于单件或小批量生产形状较简单、精度要求不高的锻件。

1.坯料加热

1加热目的

加热的目的是提高金属的塑性和降低变形抗力，以改善金属的可锻性和良好的锻后组织。

2锻造温度范围

锻造温度范围是指由始锻温度到终锻温度之间的温度间隔。

1始锻温度是指开始锻造时坯料的温度。

2终锻温度是指金属坯料经过锻造成形，在停止锻造时锻件的瞬间温度。

2.锻造成形

自由锻的基本工序包括：

镦粗、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移等。

自由锻常用的设备有：

空气锤、蒸汽—空气锤及水压机等。

1镦粗

镦粗是指使毛坯高度减少，横截面积增大的锻造工序。

镦粗工序常用于锻造齿轮坯、圆盘、凸缘等锻件。

2拔长

拔长是指毛坯横截面积不断减少，长度增加的锻造工序。

拔长工序常用于锻造长而截面小的锻件，如拉杆类、轴类、曲轴等锻件。

3冲孔

冲孔是指在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。

冲孔工序常用于锻造齿轮坯、套筒、圆环类等空心锻件。

4切割

切割是指将坯料分为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掉一部分的锻造工序。

切割工序常用于下料、切除锻件的料头或钢锭的冒口等。

5弯曲

弯曲是指采用一定的工模具将毛坯弯成所规定的外形的锻造工序。

弯曲工序常用于锻造角尺、弯板、吊钩、链环等轴线弯曲的零件。

6错移

7扭转

3.冷却、检验与热处理

4.典型锻件的自由锻工艺过程

三、锻模与胎模锻

四、板料冲压

五、锻压新技术与新工艺

第三节焊接

一、焊接基础知识

二、焊条电弧焊

三、其它焊接方法

四、焊接新技术和新工艺