【正文】 ，對未凝固液體的流動(dòng)阻力較小，所以流動(dòng)性好，見圖 13a。工業(yè)上常用的金屬材料均可用來進(jìn)行鑄造，鑄件的重量可由幾克到幾百噸，壁厚可由 1m左右。 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排 第一章 . 鑄造 （ 16學(xué)時(shí)） 合金的鑄造性能（ 4學(xué)時(shí)） 常用合金鑄件的生產(chǎn)（ 2學(xué)時(shí)） 砂型鑄造（ 4學(xué)時(shí)） 特種鑄造（ 2學(xué)時(shí)） 零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性（ 4學(xué)時(shí)） 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排 第二章 . 鍛壓 （ 12學(xué)時(shí)） 金屬的鍛造性能（ 4學(xué)時(shí)） 自由鍛（ 2學(xué)時(shí)） 模鍛（ 2學(xué)時(shí)） 沖壓（ 2學(xué)時(shí)） 少無切削鍛壓工藝簡介（ 2學(xué)時(shí)） 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排 第三章 . 焊接 （ 12學(xué)時(shí)） 焊接的基本原理（ 1學(xué)時(shí)） 焊條電弧焊（ 2學(xué)時(shí)） 其它焊接方法（ 1學(xué)時(shí)） 壓焊與釬焊（ 2學(xué)時(shí)） 堆焊與熱噴涂（ 2學(xué)時(shí)） 常用金屬材料的焊接（ 2學(xué)時(shí)） 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（ 2學(xué)時(shí)） 教材及參考書： 教材： 王俊昌、王榮聲 《 工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ) 》 機(jī)械工業(yè)出版社 參考書：趙一善 《熱加工工藝基礎(chǔ)》 高等教育出版社 第一章 鑄 造 何為鑄造？ 熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法，稱為鑄造。 合金流動(dòng)性的好壞，通常以 螺旋形流動(dòng)性試樣 的長度來衡量，將金屬液體澆入螺旋形試樣鑄型中，在相同的澆注條件下，合金的流動(dòng)性愈好，所澆出的試樣愈長。 （二）合金的充型能力 1. 充型能力 考慮鑄型及工藝因素影響的熔融金屬流動(dòng)性叫合金的充型能力。 b）充型壓力 液態(tài)合金在流動(dòng)方向上所受的壓力越大，其充型能力越好。 2. 凝固方式的影響因素 （ 1）合金凝固溫度范圍的影響 合金的液相線和固相交叉在一起，或間距很小，則金屬趨于逐層凝固；如兩條相線之間的距離很大，則趨于糊狀凝固；如兩條相線間距離較小，則趨于中間凝固方式。 （三） 影響合金收縮的因素 1. 化學(xué)成分 不同成分的合金其收縮率一般也不相同?？s孔形成過程見圖 16。 （ 1） 鑄造應(yīng)力的產(chǎn)生 鑄造應(yīng)力按其產(chǎn)生的原因可分為三種： a）熱應(yīng)力 鑄件在凝固和冷卻過程中，不同部位由于不均衡的收縮而引起的應(yīng)力。 c) 設(shè)置工藝?yán)? 為了防止鑄件的鑄態(tài)變形，可在容易變形的部位設(shè)置工藝?yán)?。為防止和減少晶內(nèi)偏析的產(chǎn)生，在生產(chǎn)中常采取緩慢冷卻或孕育處理的方法。這種氣孔經(jīng)常出現(xiàn)在鑄件表面層下 1mm2mm處，孔內(nèi)表面光滑，孔徑 1mm3mm。 3. 根據(jù)鑄鐵的化學(xué)成分分類 （ 1）普通鑄鐵 （ 2） 合金鑄鐵 （二） 灰鑄鐵 1. 灰鑄鐵的顯微組織及其性能 （ 1）灰鑄鐵的顯微組織 灰鑄鐵的顯微組織由金屬基體（鐵素體和珠光體）與片狀石墨組成。常用的孕育劑是 FeSi75，熔點(diǎn)為 1300℃ ，經(jīng)孕育處理后的鑄鐵稱孕育鑄鐵。 2. 可鍛鑄鐵的鑄造性能 可鍛鑄鐵的碳、硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，熔點(diǎn)比灰鑄鐵高，凝固溫度范圍大，故鐵液的流動(dòng)性差，必須適當(dāng)提高鐵液的出爐溫度，以防產(chǎn)生冷隔、澆不到等缺陷。 2. 球墨鑄鐵的鑄造工藝特點(diǎn) 球墨鑄鐵的鑄造性能介于灰鑄鐵與鑄鋼之間。鑄鋼的強(qiáng)度與球墨鑄鐵相近，但鑄鋼的沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度都高得多，另外，鑄鋼的焊接性能遠(yuǎn)比鑄鐵優(yōu)良。正火的力學(xué)性能較退火高，且生產(chǎn)率高、成本低、應(yīng)盡量采用正火代替退火。 2. 銅合金的鑄造工藝特點(diǎn) （ 1）鑄造黃銅熔點(diǎn)低、結(jié)晶溫度窄，流動(dòng)性好、對型砂耐火度要求不高，可用細(xì)砂造型，但其收縮率大、容易產(chǎn)生集中縮孔，鑄造時(shí)應(yīng)配置較大的冒口。 （ 4）鉛青銅澆注時(shí)，因鉛體積質(zhì)量大會(huì)下沉，故需控制澆注溫度，且澆注前應(yīng)充分?jǐn)嚢?，并加快鑄件冷卻以減小偏析。各種手工造型方法的示意圖如圖 115所示。 一個(gè)砂箱可制出許多鑄型。它可提高鑄件的精度，但成本高。比挖砂造型操作簡單，且分型面整齊。 刮板造型 是用刮板代替實(shí)體模樣造型，它可降低模樣成本，節(jié)約木材，縮短生產(chǎn)周期。 高壓緊實(shí) 主要是用較高壓實(shí)比壓壓實(shí)砂型。該方法生產(chǎn)率高，能量消耗少，機(jī)械磨損少，砂型堅(jiān)實(shí)度較均勻，但噪聲大。 射壓緊實(shí) 是使壓縮空氣驟然膨脹，將型砂射人砂箱進(jìn)行填砂和堅(jiān)實(shí)，再進(jìn)行壓實(shí)。 1. 鑄造方案的確定 （ 1）澆注位置的選擇 澆注位置的選擇應(yīng)考慮以下原則： ? a）體積收縮大的合金及壁厚差較大的鑄件，應(yīng)按定向凝固的原則，將壁厚較大的部位和鑄件的熱節(jié)部置于上部或側(cè)部，以便設(shè)置冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。 （ 2）分型面的選擇 ? 分型面為鑄型組元間的接合面，選擇分型面應(yīng)考慮以下原則： ? a）分型面應(yīng)盡量采用平面分型，避免曲面分型，并應(yīng)盡量選在最大截面上，以簡化模具制造和造型工藝。見圖 1－ 23。加工余量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)加工余量國家標(biāo)準(zhǔn)和鑄件尺寸公差標(biāo)準(zhǔn)配套使用選取。工藝補(bǔ)正量可粗略地按下述經(jīng)驗(yàn)公式來確定， e≤， 式中 e為工藝補(bǔ)正量； L為加工面到加工基準(zhǔn)面間的距離。 （一）熔模鑄造的工藝過程 熔模鑄造的工藝過程包括：蠟?zāi)Ｖ圃?、結(jié)殼、脫蠟、焙燒和澆注等，其流程圖及鑄造過程參見圖 12 126。 （二）金屬型鑄造的工藝特點(diǎn) 1. 金屬型預(yù)熱 金屬型預(yù)熱溫度主要通過試驗(yàn)來確定，一般不低于 150℃ 。 金屬型鑄造的主要缺點(diǎn)是金屬型無透氣和退讓性，鑄件冷卻速度大，容易產(chǎn)生澆不到、冷隔、裂紋等缺陷。 2）鑄件強(qiáng)度和表面硬度都較高。 （二）鑄件壁厚應(yīng)力求均勻 所謂壁厚均勻，是指鑄件的各部分具有冷卻速度相近的壁厚，見圖 1－ 31。如圖 1－ 35所示的彎曲輪輻和奇數(shù)輪輻的設(shè)計(jì)，可使鑄件能較好地自由收縮。如圖 1－ 3 1－ 40所示。 2. 鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)避免封閉空腔 圖 1－ 45a所示鑄件為封閉空腔結(jié)構(gòu)，其型芯安放困難、排氣不暢、難于清砂，若改成圖 1－ 45b所示的結(jié)構(gòu)，上述問題將迎刃而解，故后者是合理的設(shè)計(jì)。與此工藝相適應(yīng)，應(yīng)盡量采用薄壁結(jié)構(gòu)，并使壁厚分布符合定向凝固原則。為使嵌件在鑄件中的聯(lián)接可靠，應(yīng)將嵌件鑲?cè)腓T件部分制出凹槽、凸臺(tái)或滾花等。另外，鍛件的成本比鑄件高，材料利用率等方面也不如鑄件。但冷鍛變形抗力大，需用較大噸位的設(shè)備，多次變形時(shí)需增加再結(jié)晶退火和其它輔助工序。通常用變形前后的截面比、長度比或高度比來表示。其優(yōu)劣常用塑性和變形抗力綜合衡量。 （二）變形條件 1． 變形溫度 變形溫度低，金屬的塑性差、變形抗力大，不但鍛壓困難，而且容易開裂。 4． 坯料表面質(zhì)量 表面粗糙或有劃痕、微裂紋、粗大夾雜都會(huì)在變形過程中產(chǎn)生應(yīng)力集中，使缺陷擴(kuò)展甚至開裂。 二、自由鍛工藝規(guī)程的制訂 （一）繪制鍛件圖 鍛件圖是根據(jù)零件圖繪制的。 2． 坯料尺寸 根據(jù)計(jì)算出的坯料重量即可計(jì)算杯料的體積，最后依據(jù)選擇的坯料截面尺寸確定其長度。其基本工序有拔長、錯(cuò)移和扭轉(zhuǎn)。 四、高合金鋼鍛造特點(diǎn) （一）高合金鋼的組織和再結(jié)晶特點(diǎn) 1．金屬組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜、塑性低； 2．再結(jié)晶溫度高，再結(jié)晶速度低，變形抗力大。 按模具類型模鍛可分為開式模鍛（有飛邊模鍛）、閉式模鍛（無飛邊模鍛）和多向模鍛等；按設(shè)備類型模鍛可分為錘上模鍛、胎模鍛、壓力機(jī)上模鍛等。 錘上模鍛使用的鍛模是由帶燕尾的上、下模組成，分別用鑲條固定在錘頭和模座上。 （ 2） 終鍛模膛 模鍛時(shí)最后成形用的模膛，和熱鍛件圖上相應(yīng)部分的形狀、尺寸一致。、 7176。模鍛件按形狀分為兩大類： (1) 長軸類 此類鍛件的長度明顯大于其寬度和高度，如臺(tái)階軸、曲軸、連桿、彎曲搖臂等。 4. 選擇模鍛設(shè)備 5. 模鍛的后續(xù)工序 普通模鍛件均帶有飛邊，帶孔鍛件還有沖孔連皮，通常采用沖切法去除飛邊和連皮。 3. 套模 有開式套模和閉式套模兩種。 一、沖壓的基本工序 （一）分離工序 1． 切斷 將材料沿不封閉的曲線分離的沖壓方法稱為切斷。 受極限拉深系數(shù)的限制，所需要的拉深不能一次完成而需要分幾次逐步成形，這次數(shù)就稱為拉深次數(shù)。它包括普通旋壓和變薄旋壓。如各類醫(yī)療器械、汽車、拖拉機(jī)的直齒錐齒輪、飛機(jī)操縱桿及發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片等零件均已采用精密模鍛。 （四）擺動(dòng)輾壓 上模的軸線與被輾壓工作（放在下模）的軸線傾斜一個(gè)角度，模具一面繞軸心旋轉(zhuǎn)，一面對坯料進(jìn)行壓縮。熱鍛工藝分兩種類型。 （三）輾環(huán) 環(huán)形毛坯在旋轉(zhuǎn)的軋輥中進(jìn)行軋制的方法稱為輾環(huán)，用這種方法可以生產(chǎn)火車輪箍，軸承座圈，法蘭等環(huán)形鍛件。 第三章 焊 接 焊接定義 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，使工件達(dá)到結(jié)合的一種方法。 四、搓絲和滾絲 當(dāng)兩搓板作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，使其間的坯料軋成螺旋狀的溝槽的加工方法，稱為搓絲，具有刃口的輥輪藉其旋轉(zhuǎn)使棒坯滾軋成螺旋形的溝槽的加工方法稱為滾絲。與一般鍛件相比，其制品尺寸精度高、組織結(jié)構(gòu)均勻、無成分偏析。擺動(dòng)輾壓目前在我國發(fā)展很迅速，主要適用于加工回轉(zhuǎn)體類、盤餅類或帶法蘭的半軸類鍛件。多為液壓回程，壓縮氮?dú)庑钅?，利用氮?dú)馀蛎洉r(shí)所釋放的能量進(jìn)行打擊。 2．對彎曲件的要求 1）彎曲件的形狀應(yīng)力求對稱； 2）彎曲邊尺寸過短不易成形；孔亦不能距彎曲線太近。 3．其它成形方法 （ 1） 電液成形 利用在液體介質(zhì)中高壓放電時(shí)所產(chǎn)生的高能沖擊波，使坯料產(chǎn)生塑性變形的成形方法，稱為電液成形。 2． 沖裁 利用沖模將板料以封閉的輪廓與坯料分離的沖壓方法稱為沖裁，沖裁是落料和沖孔的總稱。 4． 合模 合模由上、下模及導(dǎo)向裝置構(gòu)成。 （四）模鍛零件的結(jié)構(gòu)工藝性 1） 模鍛件應(yīng)具有合理的分模面、模鍛斜度和圓角半徑； 2） 非配合表面一律設(shè)計(jì)成非加工表面； 3） 零件的外形應(yīng)力求簡單、平直和對稱； 4） 應(yīng)避免窄溝、深槽、深孔及多孔結(jié)構(gòu)； 5） 形狀復(fù)雜的鍛件應(yīng)采用鍛 焊或鍛 機(jī)械加工聯(lián)接的方法，減少余塊以簡化模鍛工藝。 (2) 餅塊類 此類鍛件主軸尺寸較短，在分模面上投影為圓形或長寬尺寸相近，如齒輪、法蘭、十字軸、萬向節(jié)叉等。、 12176。 （三）錘上模鍛工藝規(guī)程的制訂 1. 繪制模鍛鍛件圖 模鍛鍛件圖是制造和檢驗(yàn)終鍛模膛的依據(jù)。具有一個(gè)模膛的鍛模稱為單模膛模鍛，具有兩個(gè)以上模膛的鍛模稱為多模膛模鍛。選擇模鍛錘的鍛造能力有經(jīng)驗(yàn)類比法和查表法。 （三）高合金鋼鍛造操作特點(diǎn) 1．備料； 2．控制變形量，增大鍛造比； 3．變形要均勻； 4．避免出現(xiàn)拉應(yīng)力。 6． 復(fù)雜形狀鍛件 包括閥體、叉桿、十字軸等，鍛造難度大，應(yīng)根據(jù)鍛件形狀特點(diǎn)，采用適當(dāng)工序組合鍛造。一般可將鍛件分為六大類 : 1． 軸桿類鍛件 包括各種圓形截面實(shí)心軸，如傳動(dòng)軸、軋輥、立柱、拉桿等，還有矩形方形、工字形截面的桿件如搖桿、杠桿、推桿、連桿等，鍛造軸桿件的基本工序是拔長，但對于截面尺寸相差大的鑄件，為滿足鍛造比的要求，則需采取鐓粗一拔長工序。模鍛件的鍛件圖還應(yīng)考慮分模面的選擇、模鍛斜度和圓角半徑等。 五、金屬的塑性變形規(guī)律 1． 體積不變條件 由于塑性變形時(shí)金屬密度的變化很小，所以可認(rèn)為變形前后的體積相等。 鍛造溫度范圍是指鍛件由始鍛溫度到終鍛溫度的間隔。它決定于金屬的本質(zhì)和變形條件。 當(dāng)鍛造比達(dá)到 2時(shí)，隨著金屬內(nèi)部組織的致密化，鍛件縱向和橫向的力學(xué)性能均有顯著提高；當(dāng)鍛造比為 25時(shí)，由于流線化的加強(qiáng)，力學(xué)性能出現(xiàn)各向異性，縱向性能雖仍略提高，但橫向性能開始下降，鍛造比超過 5后，因金屬組織的致密度和晶粒細(xì)化度均已達(dá)到最大值，縱向性能不再提高，橫向性能卻急劇下降。 3． 溫鍛 在高于室溫和低于再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的鍛造工藝稱為溫鍛。 第一節(jié) 金屬的鍛造性能