【正文】 章 金屬制造工藝 自由鍛生產(chǎn)中進(jìn)行的工序很多 ， 可分為基本工序 、 輔助工序及精整工序三大類 。 輔助工序是為基本工序操作方便而進(jìn)行的預(yù)先變形工序 ， 如壓鉗口 、 壓鋼錠棱邊 、 切肩等 。 第 7章 金屬制造工藝 自由鍛造的工序 ， 是根據(jù)工序特點(diǎn)和鍛件形狀來確定的 。 自由鍛生產(chǎn)還必須遵循工藝規(guī)程來進(jìn)行。 在變形過程中由于模膛對金屬坯料流動的限制 ， 因而鍛造終了時能得到和模膛形狀相符的鍛件 。 自由鍛時 ， 金屬的變形是在上 、 下兩個抵鐵間進(jìn)行的 ， 難以控制 。 （ 2）模鍛件尺寸精確，加工余量小。 若用自由鍛來生產(chǎn) ， 則必須加大敷料來簡化形狀 。 在批量足夠的條件下能降低零件成本 。 模鍛生產(chǎn)由于受模鍛設(shè)備噸位的限制 ， 模鍛件不能太大 ，模鍛件質(zhì)量一般在 150kg以下 。 模鍛生產(chǎn)適合于小型鍛件的大批大量生產(chǎn) 。這種加工方法通常是在冷態(tài)下進(jìn)行的 ， 所以又叫冷沖壓 。 冷沖壓廣泛地應(yīng)用在一切有關(guān)制造金屬制品的工業(yè)部門中 ， 特別是汽車 、航空 、 電器等工業(yè)中 ， 板料沖壓占有極其重要的地位 。 （ 2） 產(chǎn)品具有足夠高的精度和較低的表面粗糙度 ， 互換性能好 。 （ 4）沖壓操作簡單，工藝過程便于機(jī)械化和自動化，生產(chǎn)率很高，零件成本低。 常用的金屬材料有低碳鋼 、銅合金 、 鋁合金 、 鎂合金及塑性高的合金鋼等 。 剪床用來把板料剪切成一定寬度的條料 ， 以供下一步的沖壓工序用 。 沖床最大噸位可達(dá) 40000kt以上 。 分離工序是使坯料的一部分與另一部分相互分離的工序 ， 如落料 、 沖孔 、 切斷 、 修整等 。 沖壓模具簡稱沖模 ， 是沖壓生產(chǎn)中必不可少的模具 ， 沖模結(jié)構(gòu)的合理與否對沖壓件的質(zhì)量 、 沖壓生產(chǎn)的效率及模具壽命等都有很大的影響 。 但沖模制造復(fù)雜 ， 只有在大批量生產(chǎn)條件下 ，這種加工方法的優(yōu)越性才顯得更為突出 。 手工電弧焊是利用電弧放電時產(chǎn)生的熱量 （ 溫度高達(dá) 3600℃ ） 來熔化母材金屬和焊條 ， 從而獲得牢固接頭的焊接過程 。 第 7章 金屬制造工藝 圖 72手工電弧焊 第 7章 金屬制造工藝 1. 手弧焊的焊接過程如圖 72所示 。 焊接時 ， 先將焊條與工件瞬時接觸 ， 然后將焊條提到一定的距離 （ 2～4mm） ， 于是在焊條端部與工件之間便產(chǎn)生了明亮的電弧 。 隨著焊條的向前移動 ， 新的熔池不斷產(chǎn)生 ， 舊熔池不斷冷卻凝固 ， 從而形成連續(xù)的焊縫 ， 使工件牢固地連接在一起 。它將 220V或 380V的電源電壓降到 60～ 80V（即焊機(jī)的空載電壓），以滿足引弧的需要。輸出電流是從幾十安培到幾百安培的交流電，可根據(jù)焊接的需要調(diào)節(jié)電流的大小。粗調(diào)是通過改變輸出軸頭的接法來實(shí)現(xiàn)的，調(diào)節(jié)范圍大；細(xì)調(diào)是旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)手柄，將電流調(diào)節(jié)到所需要的數(shù)值。 第 7章 金屬制造工藝 圖 73弧焊變壓器 第 7章 金屬制造工藝 2） 弧焊整流器全稱是整流式直流電焊機(jī) ， 近年來得到了普遍的應(yīng)用 。 用直流電焊機(jī)焊接時 ， 由于正極和負(fù)極上的熱量不同 ， 所以有正接和反接兩種接線方法 ， 如圖 74所示 。 焊接厚板時一般采用直流正接 ， 這時電弧中的熱量大部分集中在焊件上 ， 有利于加快焊件熔化 ， 保證足夠的熔深 。 但在使用堿性焊條時 ， 均采用直流反接 。 面罩則用來保護(hù)眼睛和面部 ， 以免弧光灼傷 。 圖 75焊鉗和面罩 (a)焊鉗； (b)面罩 第 7章 金屬制造工藝 3. 手工電弧焊使用的焊條由焊芯和藥皮組成，如圖 76所示。焊接時焊芯的作用是：一是導(dǎo)電 ， 產(chǎn)生電弧；二是熔化后作為填充金屬 ， 與熔化的母材一起形成焊縫 。 因此 ， 焊芯都是專門冶煉的 ， 碳 、 硅含量較低 ， 硫 、 磷含量極少 。 焊條的直徑是用焊芯的直徑來表示的 ， 常用的直徑為 ~6mm， 長度為 350～ 450mm。 藥皮的主要作用是保證焊接電弧的穩(wěn)定燃燒 ， 防止空氣進(jìn)入焊接熔池 ， 添加合金元素 ， 保證焊縫具有良好的力學(xué)性能 。 我國生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)鋼焊條主要用于焊接低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼 ， 其牌號是漢字拼音字首加上三位數(shù)字表示的 。 國家標(biāo)準(zhǔn) GB5117— 85中規(guī)定了碳素鋼焊條的型號 ， 用 “ E”加四位數(shù)字表示 ， 即 Exxxx。 如 E4315， “ 43”表示焊縫金屬的 σb≥420MPa； “ 1”表示適用于立 、 平 、 橫 、 仰位置焊接； “ 15”表示焊條藥皮為低氫鈉型 ， 電流類型為直流反接 。 藥皮中含有多量酸性氧化物 （ 如 TiOSiO2等 ） 的焊條稱為酸性焊條 ， 如 Jxx ixx Jxx JxxJxx5。 酸性焊條能交直流兩用 ， 焊接工藝性能較好 ， 但焊縫的力學(xué)性能特別是沖擊韌度較差 ， 適用于一般低碳鋼和強(qiáng)度較低的低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接 ， 是應(yīng)用最廣的焊條 。 焊接接頭中含氫量很低 ，故又稱低氫型焊條 。 第 7章 金屬制造工藝 4. 1） 根據(jù) GB/T3375—1994規(guī)定 ， 焊接碳鋼和低合金鋼的基本接頭形式有對接 、 搭接 、 角接和 T形接四種 。 根據(jù) GB985—88規(guī)定手工電弧焊常采用的基本坡口形式有 I形坡口 、 V形坡口 、 X形坡口 、 U形坡口和 K形坡口五種 ， 如圖7 圖 7 圖 79所示 。 平焊操作方便 ， 易于保證焊縫質(zhì)量 ， 應(yīng)盡可能采用 。 若的確需采用這些焊接位置時 ， 則應(yīng)選用小直徑的焊條 ， 較小的電流 、 短弧操作等工藝措施 。 焊條電弧焊的焊接參數(shù)包括焊條直徑 、 焊接電流及焊接速度等 。 焊接厚板時應(yīng)選較粗的焊條 。 第 7章 金屬制造工藝 表 71焊條直徑的選擇 第 7章 金屬制造工藝 焊接電流主要根據(jù)焊條直徑選取 。 電流過大 ， 金屬熔化快 ， 熔深大 ， 金屬飛濺大 ， 同時易產(chǎn)生燒穿 、 咬邊等缺陷；電流過小 ， 易產(chǎn)生未焊透 、 夾渣等缺陷 ， 而且生產(chǎn)率低 。 焊速過快 ， 易產(chǎn)生焊縫的熔深淺 、 焊縫寬度小及未焊透等缺陷；焊速過慢 ， 焊縫熔深 、 焊縫寬度增加 ，特別是薄件易燒穿 。 第 7章 金屬制造工藝 1. 1） 低碳鋼含碳量為 %～ ％ ， 可焊性好 ， 焊前不需預(yù)熱 ， 但在寒冷地區(qū)焊接剛性較大部件時 ， 需要把工件加熱至100～ 200℃ 左右 ， 低碳鋼塑性較好 ， 焊縫不易出現(xiàn)裂紋 。 第 7章 金屬制造工藝 低碳鋼焊接時 ， 只要在焊前嚴(yán)格按焊條或焊劑說明書進(jìn)行烘干 ， 并仔細(xì)清除坡口及其附近的鐵銹和油污等就可避免出現(xiàn)裂紋 。 只要針對這些產(chǎn)生裂紋的原因給予解決 ， 低碳鋼焊接時的裂紋是可以避免的 。 由于沸騰鋼中硫和磷的偏析 ， 裂紋傾向和熱影響區(qū)的低溫性能變化稍大一些 。 焊接中碳鋼的主要困難是在基本金屬近縫區(qū)容易產(chǎn)生低塑性的淬硬組織 。 如焊件剛性大 ， 焊條或規(guī)范選用不當(dāng) ，在焊件冷卻至 300℃ 以下時 ， 容易沿?zé)嵊绊憛^(qū)的淬硬區(qū)產(chǎn)生冷裂紋 。 熱裂紋的特征是裂紋往往垂直于焊縫魚鱗狀波紋 ， 呈不明顯的鋸齒形 ，但也有沿焊縫金屬與基本金屬交界處發(fā)展的 。 預(yù)熱溫度取決于焊件的含碳量 、 焊件的大小和厚度以及選用焊條類型和焊接規(guī)范等 。 第 7章 金屬制造工藝 2. 1） 低合金鋼的焊接可采用手工電弧焊 、 埋弧自動焊和電渣焊等焊接方法 。 第 7章 金屬制造工藝 2） 坡口加工可采用機(jī)加工 、 氣割或碳弧氣刨 。 碳弧氣刨時 ， 必須仔細(xì)消除殘余的碳 ，以防止產(chǎn)生裂紋 。 點(diǎn)焊長度一般應(yīng)大于 40mm， 最好達(dá)到 100mm左右 。 點(diǎn)焊時應(yīng)與正式焊接一樣采取預(yù)熱措施 。 第 7章 金屬制造工藝 3） 所選擇的焊條強(qiáng)度應(yīng)與母材的強(qiáng)度相當(dāng)或略低些為宜 。 但由于低氫鐵粉型焊條不適于立焊和仰焊 ，在實(shí)際上應(yīng)用也較少 。 第 7章 金屬制造工藝 4） 預(yù)熱有防止冷裂紋 、 降低焊縫和熱影響區(qū)冷卻速度 、 減小內(nèi)應(yīng)力等重要作用 ， 但是預(yù)熱使勞動條件惡化 ， 并使生產(chǎn)工藝復(fù)雜 。 預(yù)熱方法可采用氧 —乙炔火焰 、 煤氣加熱或其他加熱方法 ， 但要求加熱方法不影響母材的性能 。 局部預(yù)熱時 ， 加熱范圍應(yīng)保證在焊縫兩側(cè)不少于 80mm。 當(dāng)鋼材強(qiáng)度等級高 、 結(jié)構(gòu)剛性大時 ， 可適當(dāng)提高預(yù)熱溫度 。 低合金結(jié)構(gòu)鋼 ， 特別是大量使用的普通低合金鋼 ， 多數(shù)情況下焊后是不進(jìn)行熱處理的 ， 只有在有特殊要求的情況下才進(jìn)行焊后熱處理 。 在汽車工業(yè)中 ，鋁及其合金應(yīng)用是非常多的 。 氬弧焊是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最多的焊鋁方法之一 。 焊接接頭耐腐蝕性高 ， 機(jī)械性能好 。 第 7章 金屬制造工藝 切削加工 1. 為了進(jìn)行切削加工以獲得工件所需的各種形狀 ， 并達(dá)到要求的加工精度和表面粗糙度 ， 刀具和工件必須完成一系列運(yùn)動 。圖 711所示為在車床上加工外圓表面時的切削運(yùn)動 。 主運(yùn)動是進(jìn)行切削時最主要的運(yùn)動 。 (2)進(jìn)給運(yùn)動 。 如圖 711所示 ， 在普通臥式車床上加工外圓 ， 刀具沿工件軸線方向的縱向運(yùn)動 fa是進(jìn)給運(yùn)動 。 進(jìn)給運(yùn)動可以是連續(xù)的 ， 如車床的進(jìn)給運(yùn)動；也可以是間歇的 ， 如牛頭刨床工作臺的進(jìn)給運(yùn)動 。 ① 待加工表面是將被切去一層金屬的表面 。 ③已加工表面是工件上切去一層金屬后，所形成的新的 第 7章 金屬制造工藝 2) 切削用量三要素如圖 712所示。 切削速度是主運(yùn)動的線速度 ， 單位為 m/s。 進(jìn)給量是進(jìn)給運(yùn)動方向上相對工件的位移量 。 （ 3） 背吃刀量 αp。 背吃刀量等于待加工表面與已加工表面間的垂直距離 （ mm） ，如圖 712（ b） 所示 。 下面以外圓車刀為例對切削刀具進(jìn)行分析 。 刀體裝在刀架上 ， 刀頭裝在刀體上 （ 可焊接或機(jī)械裝卡 ） 。 (2)主后刀面切削刀具上與工件加工表面相對的表面 。 (4)主切削刃前刀面與主后刀面的交線 ， 起主要的切削作用 。 (6)刀尖主切削刃與副切削刃的交點(diǎn) ， 為提高刀尖剛度及耐磨性 ， 刀尖可磨成圓弧 ， 形成過渡刀刃 。 下面對車刀的幾個角度的選擇提供幾個原則 。 前角大小影響切屑流出的難易程度及刀刃的強(qiáng)度 。 當(dāng)加工塑性材料時 ， 工件材料硬度較低或是在精加工時