金属工艺学金属工艺学时间：2023.10讲授人：单元七金属压力加工模块四模块四 锻造结构工艺性锻造结构工艺性一、锻件材料对结构的要求一、锻件材料对结构的要求金属材料不同，锻造性能不同，对结构的要求也不同。例如，W（C）0.65%的低碳钢和中碳钢塑性好，变形抗力小，锻造温度范围大，可以锻造出形状较复杂的锻件；高碳钢和合金钢的塑性差，变形抗力大，锻造温度范围小，锻件的形状应简单，锻件截面尺寸变化应尽量小，以保证锻件质量。二、锻造工艺对结构的要求二、锻造工艺对结构的要求1自由锻件的设计要求2模锻件的设计要求模锻件的形状应使锻件能从模膛中顺利地取出和容易充满模膛。设计结构时，应合理考虑分模面、拔模斜度及圆角等问题。分模面应使模膛深度最小，宽度最大，敷料最少。模块五模块五 冲压冲压冲压是指使坯料经成形或分离而得到制件的工艺统称。常用的金属材料有低碳钢，塑性好的合金钢以及铜、铝有色金属等。冲压设备主要有：剪床和冲床。一、冲压的基本工序一、冲压的基本工序冲压的基本工序包括分离工序和变形工序两大类。1分离工序分离工序是指使金属坯料的一部分与另一部分相互分离的工序，如剪切、冲裁（落料、冲孔）、整修等。剪切是以两个相互平行或交叉的刀片对金属材料进行切断的过程。冲裁是指利用冲模将板料以封闭轮廓与坯料分离的冲压方法。落料是指利用冲裁取得一定外形的制件或坯料的冲压方法，被冲下的部分是成品，周边是废料。冲孔是将冲压坯内的材料以封闭的轮廓分离开来，得到带孔制件的一种冲压方法，被冲下的部分是废料，而周边形成的孔是成品。整修是利用整修模沿冲裁件的外缘或内孔刮去一层薄薄的切屑，以提高冲裁件的加工精度和剪断面表面粗糙度的冲压方法。2.变形工序变形工序是指使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序，如弯曲、拉深、翻边、胀形、缩口、扩口等。弯曲是指将板料、型材或管材在弯矩作用下弯成具有一定曲率和角度制件的成形方法。为抵消回弹现象对弯曲件的影响，弯曲模的角度应比成品零件的角度小一个回弹角（一般小于10）。拉深是指变形区在一拉一压的应力状态作用下，使板料（浅的空心坯）成形为空心件（深的空心件）而厚度基本不变的加工方法。为防止拉深件产生折皱，必须用压板（或压边圈）将坯料压住。翻边是在毛坯的平面部分或曲面部分的边缘，沿一定曲线翻起竖立直边的成形方法。胀形是板料或空心坯料在双向拉应力作用下，使其产生塑性变形取得所需制件的成形方法。缩口是将管件或空心制件的端部加压，使其径向尺寸缩小的成形方法。扩口是使空心坯料或管状坯料的端部径向尺寸扩大的成形方法。二、冲压件的结构工艺性二、冲压件的结构工艺性冲压件的结构工艺性是指所设计的冲压件在满足使用性能要求的前提下冲压成形的难易程度，良好的冲压件结构应与材料的冲压性能、冲压工艺相适应。模块六模块六 金属压力加工新技术简介金属压力加工新技术简介一、超塑性成形技术一、超塑性成形技术超塑性是指金属在特定的组织、温度条件和变形速度下变形时，塑性比常态提高几倍到几百倍（部分金属的延伸率1000%），而变形抗力降低到常态的几分之几甚至几十分之一的异乎寻常的性质。超塑性分为细晶超塑性（又称恒温超塑性）和相变超塑性等。细晶超塑性是利用变形和热处理方法获得0.5m5m左右的超细等轴晶粒而具有超塑性的。相变超塑性是金属材料在相变温度附近进行反复加热、冷却并使其在一定的变形速率下变形时，呈现出高塑性、低的变形抗力和高扩散能力等超塑性特点。利用金属材料在特定条件下所具有的超塑性来进行塑性加工的方法，称为超塑性成形。常用的超塑性成形材料主要有铝锌合金、钛合金及高温合金等，常用的超塑性成形方法有超塑性模锻和超塑性挤压等。模块六模块六 金属压力加工新技术简介金属压力加工新技术简介二、高速高能成形技术二、高速高能成形技术高速高能成形分为爆炸成形、电液成形、电磁成形和高速锻造等。爆炸成形是利用炸药爆炸时产生的高能冲击波，通过不同的介质使坯料产生塑性变形的方法。该方法适合于多品种小批量生产，如用于制造柴油机罩子、扩压管及汽轮机空心汽叶的整形等。电液成形是指利用在液体介质中高压放电时所产生的高能冲击波，使坯料产生塑性变形的方法。电液成形不适合于较大工件的成形，特别适合于管类工件的胀形加工。电磁成形是指利用电流通过线圈所产生的磁场，其磁力作用于坯料使工件产生塑性变形的方法。电磁成形适合于加工厚度不大的小零件、板材或管材等。高速锻造是指利用高压空气或氮气发出来的高速气体，使滑块带着模具进行锻造或挤压的加工方法。高速锻造能锻打高强度钢、耐热钢、工具钢高熔点合金等，适合于加工叶片、涡轮、齿轮等。模块六模块六 金属压力加工新技术简介金属压力加工新技术简介三、液态模锻三、液态模锻液态模锻是指对定量浇入铸型型腔中的液态金属施加较大的机械压力，使其成形，结晶凝固而获得铸件的一种加工方法。液态模锻可用于各种类型的合金，如铝合金、铜合金、灰铸铁、不锈钢等。四、摆动辗压四、摆动辗压摆动辗压是指上模的轴线与被辗压工件（放在下模）的轴线倾斜一个角度，模具一面绕轴心旋转，一面对坯料进行压缩（每一瞬时仅压缩坯料横截面的一部分）的加工方法。摆动辗压主要用于制造具有回转体的轮盘类锻件，如齿轮毛坯和铣刀毛坯等。五、计算机在锻压技术中的应用五、计算机在锻压技术中的应用利用计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）程序，通过人机对话，借助有关资料，对模具、坯料、工序安排等内容进行优化设计，获得最佳模锻工艺设计方案。金属工艺学时间：2023.10讲授人：单元八焊接模块模块一一 焊接概述焊接概述一、焊接的分类焊接是指通过加热或加压或同时加热加压，并且用或不用填充材料使工件达到结合的一种工艺方法。焊接方法的种类很多，通常分为三大类：熔焊、压焊和钎焊。熔焊是熔化焊的简称，它是将两个焊件的连接部位加热至熔化状态，加入（或不加入）填充金属，在不加压力的情况下，使其冷却凝固成一体，从而完成焊接的方法。焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的焊接方法，称为压焊。采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的的工艺方法，称为钎焊。冲压是指使坯料经成形或分离而得到制件的工艺统称。常用的金属材料有低碳钢，塑性好的合金钢以及铜、铝有色金属等。冲压设备主要有：剪床和冲床。模块二模块二 焊条电弧焊焊条电弧焊焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。一、焊接电弧焊接电弧是在电极与焊件之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。在焊条与焊件之间形成的电弧热，使焊件局部和焊条端部同时熔化成为熔池，药皮熔化后与液体金属发生物理化学作用，使液态熔渣不断地从熔池中向上浮起，药皮燃烧时产生的大量气体环绕在电弧周围。借助熔渣和气体可防止空气中氧、氮的侵入，起到保护液态金属的作用。焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。阴极区温度大约在2400K的范围内。阳极区温度大约在2600K左右。弧柱区大约在6000K8000K的范围内。将焊件接阳极、焊条接阴极，则电弧热量大部分集中在焊件上，焊件熔化加快，可保证足够的熔深，适用于焊接厚焊件，这种接法称为正接法。将焊件接阴极，焊条接阳极，则焊条熔化快，适合于焊接较薄焊件或不需要较多热量的焊件，这种接法称为反接法。使用交流电焊机时，由于阴极和阳极在不断地变化，焊件与焊条得到的热是相等的，因此不存在正接或反接问题。电弧稳定燃烧时，焊件与焊条之间所保持的电压，称为电弧电压。一般电弧电压在20V35V范围内。由于电弧电压变化较小，所以生产中主要是通过调节焊接电流来调节电弧热量。焊接电流越大则电弧产生的总热量越多，反之，则总热量越少。二、焊条电弧焊设备及工具（一）焊条电弧焊的主要设备生产中按焊接电流种类的不同，焊条电弧焊的电源可分为弧焊变压器（交流弧焊电源）和弧焊整流器（直流弧焊电源）两类。1弧焊变压器弧焊变压器实际上是一种特殊的降压变压器。弧焊变压器的效率较高，结构简单，使用可靠，成本较低，噪音较小，维护与保养容易，但焊接时电弧的稳定性不如弧焊整流器。2弧焊整流器弧焊整流器是将交流电经降压整流后获得直流电的电气设备。弧焊整流器具有制造方便、价格较低、空载损耗小和噪音小等优点，并且可远距离调节焊接参数，能自动补偿电网电压波动对输出电压和电流的影响，焊接过程中电弧比较稳定，可作为各种弧焊方法的电源。弧焊整流器适宜焊接不锈钢、薄板、较重要的焊件以及铜合金、铝合金等。（二）焊条电弧焊的工具焊钳的作用是夹持焊条和传导电流。焊接电缆的作用是传导电流。面罩的作用是焊接时保护操作人员的面部免受强烈的电弧光照射和飞溅金属的灼伤。护目玻璃的作用是减弱电弧光的强度，过滤紫外线和红外线，使操作人员在焊接时既能通过护目玻璃观察到熔池的情况，便于控制焊接过程，又避免眼睛受弧光的灼伤。三、焊条（一）焊条的组成与作用电焊条由焊芯和药皮两部分组成。2药皮压涂在焊芯表面上的涂料层称为药皮。焊条药皮由稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、粘结剂等组成。它的主要作用是：（1）机械保护作用。（2）冶金处理和渗合金作用。（3）改善焊接工艺性能。（二）焊条的分类、型号及牌号1焊条的分类根据焊条的化学成分和用途，焊条可分为：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条、镍和镍合金焊条、铜和铜合金焊条、铝和铝合金焊条等。按照焊条药皮熔化后的酸碱度不同，焊条又可分为酸性焊条和碱性焊条两类。2焊条型号GB/T5117-2012规定非合金钢及细晶粒钢焊条型号编制以字母“”打头表示焊条。例如，4303表示焊缝金属抗拉强度最小值是430（MPa），适用于全位置焊接，药皮类型是钛型，适合于交流或直流正、反接电源。热强钢焊条的型号由GB/T5118-2012规定，“E”后面的四位数字含义与非合金钢及细晶粒钢焊条型号相同，四位数字后面附加字母表示熔敷金属的化学成分分类代号，并以短划“”与前面的四位数字分开。如果还有附加化学成分时，所附加的化学成分直接用元素符号表示，并以短划“”与前面的后缀字母分开，如6215-2C1MH10表示熔敷金属抗拉强度最小值是620（MPa），熔敷金属扩散氢含量不大于10mL/100g，适用于全位置焊接，药皮类型是碱型，采用直流反接电源。（三）焊条选用1考虑母材的力学性能和化学成分2考虑焊件的结构复杂程度和刚性3考虑简化焊接工艺、提高生产率和降低成本四、焊条电弧焊工艺（一）焊接接头组成部分焊件经焊接后所形成的结合部分称为焊缝。被焊的焊件称为母材；两个焊件的连接处称为焊接接头。（二）焊接位置熔焊时焊件接缝所处的空间位置称为焊接位置。按焊缝在空间位置的不同，焊接位置分为平焊位置、立焊位置、横焊位置和仰焊位置四种。在平焊位置、立焊位置、横焊位置和仰焊位置进行的焊接分别称为平焊、立焊、横焊和仰焊。（三）焊接接头基本型式和坡口基本型式基本的焊接接头型式有：对接接头、角接接头、T形接头、搭接接头等。基本的坡口型式有I型坡口（不开坡口）、V型坡口、X型坡口、U型坡口、双U型坡口等。（四）焊接工艺参数的选择焊接工艺参数是焊接时为了保证焊接质量而选定的各物理量的总称。焊条电弧焊的焊接工艺参数主要包括焊条直径、电源种类与极性、焊接电流、电弧电压、焊接层数、电弧长度和焊接速度等。1焊条直径的选择焊条直径的大小与焊件厚度、焊接位置、焊接层数及接头型式有关。2焊接电流的选择焊接时流经焊接回路的电流称为焊接电流。焊接电流的选择主要取决于焊条直径，焊条直径越大，焊接电流也越大。3电弧电压与电弧长度的选择电弧电压主要由电弧长度决定。电弧长电弧电压高，电弧短电弧电压低。4焊接速度的选择焊接速度是单位时间内完成的焊缝长度。焊接速度不应过快或过慢，应以保证焊透，不烧穿，焊缝的外观与内在质量及生产效率均达到要求为适宜。五、焊条电弧焊的基本操作技术焊接电弧焊的基本操作技术主要包括：引弧、运条和焊道收尾等。1引弧引弧是指在弧焊开始时，引燃焊接电弧的过程。引弧的方法有划擦法和敲击法两种。划擦法一般适合于碱性焊条，其引弧动作类似于划火柴，初学者容