材料成形的方法.docx
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材料成形的方法
金属液态成形——液态金属在铸型中冷却、凝结形成零件。
液态成形是机械制造中生产机器零件或毛坯的主要方法之一。
常用的锻造。
一锻造定义
锻造(最宽泛):
将液态合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中,使其冷却凝结,获取毛坯或零件的成形工艺(生产方法)。
二锻造分类
1.按铸型资料来分:
砂型锻造、金属型锻造、石墨型锻造、陶瓷锻造;
2.按充型方式来分:
重力充型、高压充型、低压充型、离心力充型;
3.按液态成形工艺方法的作使劲不一样又可分为两类:
重力作用下的液态成形工艺方法:
砂型锻造、金属型锻造、熔模锻造、气化模锻造、陶瓷型锻造等;
外力作用下的液态成形工艺方法:
离心锻造、压力锻造、低压锻造、挤压锻造等。
三其锻造工艺如下图
基本工艺过程
制作模样
}
造型
凝结、落砂、清理、查验
配制型砂
砂型
铸型
铸件
下
浇
制作芯盒
}
芯
注
造芯
烘干
型芯
熔炼
制作芯砂
液态金属
选配炉料
四锻造的特色
1.能制成形状复杂、特别是拥有复杂内腔的毛坯:
如阀体、泵体、叶轮、螺旋
浆等。
2.铸件的大小几乎不受限制,重量从几克到几百吨。
3.常用原资料根源宽泛,价钱便宜,成本较低,其应用及其宽泛。
如机床、内燃机中铸件70~80%;农业机械40~70%。
4.但锻造生产过程较复杂,废品率一般较高,易出现浇不足,缩孔,夹渣、气孔、裂纹等缺点。
五锻造常有的主要问题
组织松散、晶粒粗大,铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺点产生,导
致铸件力学性能,特别是冲击性能较低。
锻压:
对坯料施加外力,使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改良性能,用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。
主要方法:
锻造:
将坯料加热到高温状态后进行加工.
冲压:
将坯料在常温下进行加工.
特色:
(1)改良金属组织、提升力学性能
(2)节俭金属资料
(3)较高的生产率
(4)毛坯或零件的精度较高
(5)不可以加工脆性资料
(6)不可以获取形状复杂的毛坯或零件
一自由锻:
1.定义:
利用冲击力或压力,使金属在上、下砧铁之间,产生塑性变形而获取所需形状、
尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。
自由锻造时,除与上、下砧铁接触的金属部分遇到
拘束外,金属坯料朝其余各个方向均能自由变形流动,不受外面的限制,故没法精准控制变
形的发展。
2.分类:
手工锻造和机器锻造两种。
手工锻造只好生产小型锻件,生产率也较低。
机器锻造是自由锻的主要方法。
3.特色:
工具简单、通用性强,生产准备周期短。
自由锻件的质量范围可由不及一千克到二、三百吨,关于大型锻件,自由锻是独一的加工方法,这使得自由
锻在重型机械制造中拥有特别重要的作用,比如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆、重要的齿轮等零件在工作时都蒙受很大的载荷,要求拥有较高的力学性能,
常采纳自由锻方法生产毛坯。
因为自由锻件的形状与尺寸主要靠人工操作来控制,所以锻件的精度较
低,加工余量大,劳动强度大,生产率低。
自由锻主要应用于单件、小批量生产,修配以及大型锻件的生产和新产品的试制等。
4自由锻工序
自由锻工序:
基本工序、协助工序和修整工序。
(1)基本工序
使金属坯料产生必定程度的塑性变形,以获取所需形状、尺寸或改良材质性能的工
艺过程。
它是锻件成形过程中必要的变形工序,如镦粗、拔长、曲折、冲孔、切割、扭转和错移等。
实质生产中最常用的是镦粗、拔长和冲孔三个工序。
1).镦粗沿工件轴向进行锻打,使其长度减小,横截面积增大的操作过程。
常用来
锻造齿轮坯、凸缘、圆盘等零件,也可用来作为锻造环、套筒等空心锻件冲孔前的预备工序。
镦粗可分为全镦粗和局部镦粗两种形式,如下图。
镦粗时,坯料不可以过长,高度
与直径之比应小于,免得镦弯,或出现细腰、夹层等现象。
坯料镦粗的部位一定平均加热,以防备出现变形不平均。
图镦粗
a)全镦粗b)局部镦粗
2).拔长拔长是沿垂直于工件的轴向进行锻打,以使其截面积减小,而长度增添的操作过程,如下图。
常用于锻造轴类和杆类等零件。
关于圆形坯料,一般先锻打成方形后再进行拔长,最后锻成所需形状,或使用V型砧铁进行拔长,如下图,在锻造过程中要将坯料绕轴线不停翻转。
图拔长图使用V型砧铁拔长圆坯料
3).冲孔利用冲头在工件上冲出通孔或盲孔的操作过程。
常用于锻造齿轮、套筒和
圆环等空心锻件,关于直径小于25mm的孔一般不锻出,而是采纳钻削的方法进行加工。
在薄坯料上冲通孔时,可用冲头一次冲出。
若坯料较厚时,可先在坯料的一边冲到
孔深的2/3深度后,拔出冲头,翻转工件,从反面冲通,以防止在孔的四周冲出毛刺,如下图。
实心冲头双面冲孔时,圆柱形坯料会产生畸变。
畸变程度与冲孔前坯料直径D0、高
度H0和孔径d1等相关。
D0/d1愈小,畸变愈严重,此外冲孔高度过大时,易将孔冲偏,所以用于冲孔的坯料直径D0与孔径d1之比(D0/d1)应大于,坯料高度应小于坯料直径。
图冲孔
a)薄坯料冲孔b)厚坯料冲孔
1-冲头2-坯料3-垫环4-芯料
冲孔错移扭转
(2)协助工序
为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为协助工序(压钳口、切肩等)。
(3)修整工序
用以减少锻件表面缺点而进行的工序(如校订、滚圆、平坦等)。
5.自由锻工艺规程的拟订
制定工艺规程、编写工艺卡片是进行自由锻生产必不行少的技术准备工作,是组织生产、规范操作、控制和检查产质量量的依照。
制定工艺规程,一定联合生产条件、设
备能力和技术水同等实质状况,力争技术上先进、经济上合理、操作上安全,以达到正确指导生产的目的。
自由锻工艺规程:
依据零件图绘制锻件图、计算坯料的质量与尺寸、确立锻造工序、选择锻造设施、确立坯料加热规范和填写工艺卡片等。
(1)绘制自由锻件图
以零件图为基础,联合自由锻工艺特色绘制而成的图形,它是工艺规程的中心内容,是拟订锻造工艺过程和锻件查验的依照。
锻件图一定正确而全面反应锻件的特别内容,如圆角、斜度等,以及对产品的技术要求,如性能、组织等。
绘制时主要考虑以下几个要素:
1).敷料对键槽、齿槽、退刀槽以及小孔、盲孔、台阶等难以用自由锻方法锻出的结
构,一定临时增添一部分金属以简化锻件的形状。
为了简化锻件形状以便于进行自由锻
造而增添的这一部分金属,称为敷料,如图
2-11所示。
2).锻件余量在零件的加工表面上增添供切削加工用的余量,称之为锻件余量,如图
所示。
锻件余量的大小与零件的资料、形状、尺寸、批量大小、生产实质条件等要素有
关。
零件越大,形状越复杂,则余量越大。
3).锻件公差锻件公差是锻件名义尺寸的同意改动量,其值的大小与锻件形状、尺寸
相关,并受生产详细状况的影响。
图锻件余量及敷料
1—敷料2—锻件余量
自由锻件余量和锻件公差可查相关手册。
钢轴自由锻件的余量和锻件公差,见表1。
表1钢轴自由锻件余量和锻件公差(双边)(mm)
零件直径
零件长度
<50
50~80
80~120
120~160
160~200
200~250
锻件余量和锻件公差
<3155±26±27±28±3——
315~
6±27±28±39±310±311±4
630
630~
7±28±39±310±311±412±4
1000
1000~
8±39±310±311±412±413±4
1600
在锻件图上,锻件的外形用粗实线,如下图。
为了使操作者认识零件的形状和尺寸,
在锻件图上用双点划线画出零件的主要轮廓形状,并在锻件尺寸线的上方标明锻件尺寸与公
差,尺寸线下方用圆括弧标明出零件尺寸。
关于大型锻件,还一定在同一个坯料上锻造出供性能查验用的试样来,该试样的形状与尺寸也在锻件图上表示。
图2典型锻件图
(2)计算坯料质量与尺寸
1).确立坯料质量自由锻所用坯料的质量为锻件的质量与锻造时各样金属消
耗的质量之和,可由下式计算:
G坯料=G锻件+G烧损+G料头
式中G坯料——坯料质量,单位为kg;
G锻件——锻件质量,单位为kg;
G烧损——加热时坯料因表面氧化而烧损的质量,单位为kg;第一次加
热取被加热金
属质量分数的2%~3%,此后各次加热取1.5%~
2.0%;
G料头——锻造过程中被冲掉或切掉的那部分金属的质量,单位为kg;
如冲孔时坯料
中部的料芯,修切端部产生的料优等。
关于大型锻件,当采纳钢锭作坯料进行锻造时,还要考虑切掉的钢锭头部和尾部的质量。
2).确立坯料尺寸依据塑性加工过程中体积不变原则和采纳的基本工序种类
(如拔长、镦粗等)的锻造比、高度与直径之比等计算出坯料横截面积、直径或
边长等尺寸。
典型锻件的锻造比见表2。
表2
典型锻件的锻造比
锻件名称
计算部位
锻造比
锻件名称
计算部位
锻造比
碳素钢轴类锻件
最大截面
2.0~
锤
头
最大截面
≥
合金钢轴类锻件
最大截面
2.5~
水轮机主轴
轴
身≥
热轧辊辊身2.5~水轮机立柱最大截面≥
冷轧辊
辊
身
3.5~
模
块
最大截面
≥
齿轮轴
最大截面
2.5~
航空用大型锻件
最大截面
6.0~
(3)选择锻造工序
自由锻锻造工序的选用应依据工序特色和锻件形状来确立。
一般而言,盘类零件多采纳镦粗(或拔长-镦粗)和冲孔等工序;轴类零件多采纳拔长,切
肩和锻台阶等工序。
一般锻件的分类及采纳的工序见表3。
表3锻件分类及所需锻造工序
锻件类型图例锻造工序
盘类零件镦粗(或拔长-镦粗),冲孔等
轴类零件拔长(或镦粗-拔长),切肩,锻台阶等
筒类零件镦粗(或拔长-镦粗),冲孔,在芯轴上拔长等
环类零件镦粗(或拔长-镦粗),冲孔,在芯轴上扩孔等
曲折类零
拔长,曲折等
件
自由锻工序的选择与整个锻造工艺过程中的火次(即坯料加热次数)和变形程度相关。
所需火次与每一火次中坯料成形所经历的工序都应明确规定出来,写在工艺卡片上。
(4)选择锻造设施
依据作用在坯料上力的性质,自由锻设施分为锻锤和液压机两大类。
(5)确立锻造温度范围
锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度之间的温度范围。
锻造温度范围应尽量选宽一些,以减少锻造火次,提升生产率。
加热的
始锻温度一般取固相线以下100~200℃,以保证金属不发生过热与过烧。
终锻
温度一般高于金属的再结晶温度50~100℃,以保证锻后再结晶完整,锻件内部
获取细晶粒组织。
碳素钢和低合金构造钢的锻造温度范围,一般以铁碳均衡相图
为基础,且其终锻温度选在高于Ar3点,以防止锻造时相变惹起裂纹。
高合金钢
因合金元素的影响,始锻温度降落,终锻温度提升,锻造温度范围变窄。
部分金
属资料的锻造温度范围见表4。
别的,锻件终锻温度还与变形程度相关,变形程
度较小时,终锻温度可稍低于规定温度。
表4
部分金属资料的锻造温度范围
锻造温度/℃
保温时间
资料种类
-1
始锻
终锻
/min﹒mm
10、15、20、25、30、35、40、45、50
1200
800
0.25~
15CrA、16Cr2MnTiA、38CrA、20MnA、20CrMnTiA
1200
800
0.3~
12CrNi3A、12CrNi4A、38CrMoAlA、25CrMnNiTiA、
1180
850
0.3~
30CrMnSiA、50CrVA、18Cr2Ni4WA、20CrNi3A
40CrMnA
1150
800
0.3~
铜合金
800~900
650~700
—
铝合金
450~500
350~380
—
(6)填写工艺卡片
二模型锻造
以锻模模膛限制金属坯料的变形,进而获取锻件的成形方法
特色
(1)生产效率较高
(2)能锻造形状复杂的锻件
(3)模锻件的尺寸较精准
(4)节俭金属资料
(5)模锻操作简单,劳动强度低
三板料冲压:
往常在室温下进行,所以又称冷冲压,简称冲压。
特色:
1)不需要对毛坯加热,是节俭能源的加工方法
2)生产操作简单,生产率高
3)尺寸精度较高,质量稳固
4)制造花费高。
用于大量量生产条件下
固态资料连结过程
常有的连结成形工艺:
焊接、胶接和机械联接等。
一定义
焊接往常是指金属的焊接。
是经过加热或加压,或二者同时并用,使两
个分别的物体产生原子间结协力而连结成一体的成形方法。
二分类:
依据焊接过程中加热程度和工艺特色的不一样,焊接方法能够分为三大类。
(1)熔焊将工件焊接处局部加热到融化状态,形成熔池(往常还加入填补金属),
冷却结晶后形成焊缝,被焊工件联合为不行分别的整体。
常有的熔焊方法有气焊、
电弧焊、电渣焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。
(2)压焊在焊接过程中不论加热与否,均需要加压的焊接方法。
常有的压焊有电阻焊、摩擦焊、冷压焊、扩散焊、爆炸焊等。
(3)钎焊采纳熔点低于被焊金属的钎料(填补金属)融化以后,填补接头空隙,并与被焊金属互相扩散实现连结。
钎焊过程中被焊工件不融化,且一般没有塑性变形。
三焊接生产的特色:
(1)节俭金属资料,构造重量轻。
(2)以小拼大、化大为小,制造重型、复杂的机器零零件,简化锻造、锻造及切削加工工艺,获取最正确技术经济成效。
(3)焊接接头拥有优秀的力学性能和密封性。
(4)能够制造双金属构造,使资料的性能获取充足利用。
四应用
焊接技术在机器制造、造船工业、建筑工程、电力设施生产、航空及航天工业等应用十分宽泛。
五不足
焊接技术也还存在一些不足之处,如焊接构造不行拆卸,给维修带来不
便;焊接构造中会存在焊策应力和变形;焊接接头的组织性能常常不平均,
并会产生焊接缺点等。
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