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(jī)械制造中生產(chǎn)機(jī)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(yīng)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(chǎn)方法）。二鑄造分類(lèi)1 .按鑄型材料來(lái)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(lái)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(lèi)：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(guò)程制作模樣配制型砂尸口制作芯盒1廠(chǎng)=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(yàn)鑄件熔煉選配爐料四鑄造的特點(diǎn)1 .能制成形狀復(fù)雜、特別是具有復(fù)雜內(nèi)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?lài)崱? .常用原材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，成本較低，其應(yīng)用及其廣泛。如機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)中鑄件7080%農(nóng)業(yè)機(jī)械4070%4 .但鑄造生產(chǎn)過(guò)程較復(fù)雜，廢品率一般較高，易出現(xiàn)澆不足，縮孔，夾渣、氣孔、 裂紋等缺陷。五 鑄造常見(jiàn)的主要問(wèn)題組織疏松、晶粒粗大，鑄件內(nèi)部常有縮孔、縮松、氣孔等缺陷產(chǎn)生，導(dǎo)致鑄件力學(xué)性

3、能，特別是沖擊性能較低。鍛壓：對(duì)坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形、改變尺寸、形狀及改善性能，用以制造機(jī)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(jìn)行加工.沖壓:將坯料在常溫下進(jìn)行加工.特點(diǎn):(1)改善金屬組織、提高力學(xué)性能(2)節(jié)約金屬材料(3)較高的生產(chǎn)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(fù)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(chǎn)生塑性變形而獲得所需形狀、尺寸以及內(nèi)部質(zhì)量鍛件的一種加工方法。自由鍛造時(shí)，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(gè)方向均能自由變形流動(dòng)，不受外

4、部的限制，故無(wú)法精確控制變形的發(fā)展。2. 分類(lèi)： 手工鍛造和機(jī)器鍛造兩種。 手工鍛造只能生產(chǎn)小型鍛件，生產(chǎn)率也較低。機(jī)器鍛造是自由鍛的主要方法。3. 特點(diǎn)： 工具簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短。自由鍛件的質(zhì)量范圍可由不及一千克到二、三百?lài)?，?duì)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(jī)械制造中具有特別重要的作用，例如水輪機(jī)主軸、多拐曲軸、大型連桿、重要的齒輪等零件在工作時(shí)都承受很大的載荷，要求具有較高的力學(xué)性能，常采用自由鍛方法生產(chǎn)毛坯。由于自由鍛件的形狀與尺寸主要靠人工操作來(lái)控制，所以鍛件的精度較低， 加工余量大，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低。自由鍛主要應(yīng)用于單件、小批量生產(chǎn)，修配以及大

5、型鍛件的生產(chǎn)和新產(chǎn)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(chǎn)生一定程度的塑性變形，以得到所需形狀、尺寸或改善材質(zhì)性能的工藝過(guò)程。它是鍛件成形過(guò)程中必需的變形工序，如 鍛粗、拔長(zhǎng)、彎曲、沖孔、切割、扭 轉(zhuǎn)和錯(cuò)移等。實(shí)際生產(chǎn)中最常用的是鍛粗、拔長(zhǎng)和沖孔三個(gè)工序。1) .徽粗 沿工件軸向進(jìn)行鍛打，使其長(zhǎng)度減小，橫截面積增大的操作過(guò)程。常用來(lái) 鍛造齒輪坯、凸緣、圓盤(pán)等零件，也可用來(lái)作為鍛造環(huán)、套筒等空心鍛件沖孔前的預(yù)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(shí)，坯料不能過(guò)長(zhǎng)，高度 與直徑之比應(yīng)小于 2.5,以免鍛彎，或出現(xiàn)細(xì)腰、夾層等現(xiàn)

6、象。坯料鍛粗的部位必須均 勻加熱，以防止出現(xiàn)變形不均勻。圖wa)全徽粗 b)局部徽粗2) .拔長(zhǎng) 拔長(zhǎng)是沿垂直于工件的軸向進(jìn)行鍛打，以使其截面積減小，而長(zhǎng)度增加的操作過(guò)程，如圖所示。常用于鍛造軸類(lèi)和桿類(lèi)等零件。對(duì)于圓形坯料，一般先鍛打成方形后再進(jìn)行拔長(zhǎng)，最后鍛成所需形狀，或使用V型砧鐵進(jìn)行拔長(zhǎng)，如圖所示，在鍛造過(guò)程中要將坯料繞軸線(xiàn)不斷翻轉(zhuǎn)。圖使用V型砧鐵拔長(zhǎng)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(guò)程。常用于鍛造齒輪、套筒和圓環(huán)等空心鍛件，對(duì)于直徑小于25mm的孔一般不鍛出，而是采用鉆削的方法進(jìn)行加工O在薄坯料上沖通孔時(shí)，可用沖頭一次沖出。若坯料較厚時(shí)，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(zhuǎn)工件，從反面沖通， 以避免在孔的周?chē)鷽_出毛刺, 如圖所示。實(shí)心沖頭雙面沖孔時(shí)，圓柱形坯料會(huì)產(chǎn)生畸變?；兂潭扰c沖孔前坯料直徑Do、高度Ho和孔徑di等有關(guān)。Do/di愈小，畸變愈嚴(yán)重，另外沖孔高度過(guò)大時(shí)，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(yīng)大于2.5,坯料高度應(yīng)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(cuò)移 扭轉(zhuǎn)（2）輔助工序?yàn)槭够竟ば虿僮鞣奖愣M(jìn)行的預(yù)變形工序稱(chēng)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(jìn)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(xiě)工藝卡片是進(jìn)行自由鍛生產(chǎn)必不可少的技術(shù)準(zhǔn)備工作，是組織 生產(chǎn)、規(guī)范操作、控制和檢查產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)。制訂工藝規(guī)程，必須結(jié)合生產(chǎn)條件、設(shè) 備能力和技術(shù)水平等實(shí)際情況，力求技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、操作上安全，以達(dá)到正確指導(dǎo)生產(chǎn)的目的。自由鍛工藝規(guī)程：根據(jù)零件圖繪制鍛件圖、計(jì)算坯料的質(zhì)量與尺寸、確定鍛造工序、 選擇鍛造設(shè)備、確定坯料加熱規(guī)范和填寫(xiě)工藝卡片等。(1)繪制自由鍛件圖以零件圖為基礎(chǔ)，結(jié)合自由鍛工藝特點(diǎn)繪制而成的圖形，它是工藝規(guī)程的核心內(nèi)容， 是制定鍛造工藝過(guò)程和鍛件檢驗(yàn)的依據(jù)。鍛件圖必須準(zhǔn)確而全面反映鍛件的特殊內(nèi)容， 如圓角、斜度等，以及對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)要求，如

9、性能、組織等。繪制時(shí)主要考慮以下幾個(gè)因素：1) .敷料 對(duì)鍵槽、齒槽、退刀槽以及小孔、盲孔、臺(tái)階等難以用自由鍛方法鍛出的結(jié) 構(gòu)，必須暫時(shí)添加一部分金屬以簡(jiǎn)化鍛件的形狀。為了簡(jiǎn)化鍛件形狀以便于進(jìn)行自由鍛造而增加的這一部分金屬，稱(chēng)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(chēng)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(chǎn)實(shí)際條件等因素有 關(guān)。零件越大，形狀越復(fù)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(dòng)量，其值的大小與鍛件形狀、尺寸 有關(guān)，并受生產(chǎn)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(guān)手冊(cè)。鋼軸自由鍛件的余量和鍛件公差，見(jiàn)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(zhǎng)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(shí)線(xiàn)，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(diǎn)劃線(xiàn)畫(huà)出零件的主要輪廓形狀，并在鍛件尺寸線(xiàn)的上方標(biāo)注鍛件尺寸與公差，尺寸線(xiàn)下方用圓括弧標(biāo)注出零件尺寸。對(duì)于大型鍛件，還必須在同一個(gè)坯料上鍛造出供性能檢驗(yàn)用的試樣來(lái)，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(jì)算坯料質(zhì)量與尺寸1) .確定坯料質(zhì)量自由鍛所用坯料的質(zhì)量為鍛件的質(zhì)量與鍛造時(shí)各種金屬消耗的質(zhì)量之和，可由下式計(jì)算：G坯料=G鍛件+G燒損+G料頭式中G坯料一坯料質(zhì)量，單位為kg;G鍛件鍛件質(zhì)量，單位

12、為kg;G燒損加熱時(shí)坯料因表面氧化而燒損的質(zhì)量，單位為kg;第一次加熱取被加熱金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的工%3%以后各次加熱取1.5%2.0%;G料頭一鍛造過(guò)程中被沖掉或切掉的那部分金屬的質(zhì)量，單位為kg;如沖孔時(shí)坯料中部的料芯，修切端部產(chǎn)生的料頭等。對(duì)于大型鍛件，當(dāng)采用鋼錠作坯料進(jìn)行鍛造時(shí)，還要考慮切掉的鋼錠頭 部和尾部的質(zhì)量。2) .確定坯料尺寸根據(jù)塑性加工過(guò)程中體積不變?cè)瓌t和采用的基本工序類(lèi)型(如拔長(zhǎng)、鍛粗等)的鍛造比、高度與直徑之比等計(jì)算出坯料橫截面積、直徑或邊長(zhǎng)等尺寸。典型鍛件的鍛造比見(jiàn)表2。表2典型鍛件的鍛造比鍛件名稱(chēng)計(jì)算部位1鍛造比鍛件名稱(chēng)計(jì)算部位鍛造比碳素鋼軸類(lèi)鍛件最大截面2.0 2.5錘

13、 頭最大截面>2.5合金鋼軸類(lèi)鍛件最大截面2.5 3.0水輪機(jī)主軸軸身>2.5熱軋輻輻身2.5 3.0水輪機(jī)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(yīng)根據(jù)工序特點(diǎn)和鍛件形狀來(lái)確定。一般而言， 盤(pán)類(lèi)零件多采用鍛粗（或拔長(zhǎng)-鍛粗）和沖孔等工序；軸類(lèi)零件多采用拔長(zhǎng)，切 肩和鍛臺(tái)階等工序。一般鍛件的分類(lèi)及采用的工序見(jiàn)表 3。表3鍛件分類(lèi)及所需鍛造工序鍛件類(lèi)別盤(pán)類(lèi)零件1圖 例鍛造工序鍛粗（或拔長(zhǎng)鍛粗），沖孔等軸類(lèi)零件i卜拔長(zhǎng)（或鍛粗拔長(zhǎng)），切肩，鍛

14、臺(tái)階等筒類(lèi)零件環(huán)類(lèi)零件uiiiii£Z£d!222J<鍛粗（或拔長(zhǎng)鍛粗），沖孔，在芯軸上拔長(zhǎng)等鍛粗（或拔長(zhǎng)鍛粗），沖孔，在芯軸上擴(kuò)孔等11且自由鍛工序的選擇與整個(gè)鍛造工藝過(guò)程中的火次（即坯料加熱次數(shù)）和 變形程度有關(guān)。所需火次與每一火次中坯料成形所經(jīng)歷的工序都應(yīng)明確規(guī)定出 來(lái)，寫(xiě)在工藝卡片上。（4）選擇鍛造設(shè)備根據(jù)作用在坯料上力的性質(zhì)，自由鍛設(shè)備分為 鍛錘和液壓機(jī)兩大類(lèi)（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(yīng)盡量選寬一些，以減少鍛造火次，提高生產(chǎn)率。加熱的 始鍛溫度一般取固相線(xiàn)以下100200C,以保證金屬不發(fā)生過(guò)熱與過(guò)燒

15、。終鍛 溫度一般高于金屬的再結(jié)晶溫度 50100C,以保證鍛后再結(jié)晶完全，鍛件內(nèi)部 得到細(xì)晶粒組織。碳素鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛造溫度范圍， 一般以鐵碳平衡相圖 為基礎(chǔ)，且其終鍛溫度選在高于 A%點(diǎn)，以避免鍛造時(shí)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(jiàn)表4。止匕外，鍛件終鍛溫度還與變形程度有關(guān)，變形程 度較小時(shí)，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(lèi)型鍛造溫度/ c保溫時(shí)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(xiě)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(diǎn)(1)生產(chǎn)效率較高(2)能鍛造形狀復(fù)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(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度低三 板料沖壓

17、：通常在室溫下進(jìn)行，所以又稱(chēng)冷沖壓，簡(jiǎn)稱(chēng)沖壓。特點(diǎn)：1)不需要對(duì)毛坯加熱，是節(jié)約能源的加工方法2)生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高3)尺寸精度較高，質(zhì)量穩(wěn)定4)制造費(fèi)用高。用于大批量生產(chǎn)條件下固態(tài)材料連接過(guò)程常見(jiàn)的連接成形工藝：焊接、膠接和機(jī)械聯(lián)接等。一 定義焊接 通常是指金屬的焊接。是通過(guò)加熱或加壓，或兩者同時(shí)并用，使兩個(gè)分離的物體產(chǎn)生原子間結(jié)合力而連接成一體的成形方法。二 分類(lèi)： 根據(jù)焊接過(guò)程中加熱程度和工藝特點(diǎn)的不同，焊接方法可以分為三大類(lèi)。(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(jié)晶后形成焊縫，被焊工件結(jié)合為不可分離的整體。常見(jiàn)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(guò)程中無(wú)論加熱與否，均需要加壓的焊接方法。常見(jiàn)的壓焊有電阻焊、摩擦焊、冷壓焊、擴(kuò)散焊、爆炸焊等。(3) 釬焊采用熔點(diǎn)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(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接。釬焊