1、金属工艺学金属工艺学B Bl一、名词解释（每小题一、名词解释（每小题2分，共分，共10分）分）l二、填空题（每空二、填空题（每空0.5分、共分、共20分）分）l三、问答题（每题三、问答题（每题5分，共分，共10分）分）l四、选择题（每小题四、选择题（每小题1分，共分，共20分分）l五、工艺计算题（每题五、工艺计算题（每题5分，共分，共20分）分）l六、结构分析题（将不合适结构改为合理结构，六、结构分析题（将不合适结构改为合理结构，并画出合理结构，每题并画出合理结构，每题2分，共分，共20分）分）充型能力充型能力 液态金属充满液态金属充满铸型型腔铸型型腔，获得，获得形状准确形状准确、轮廓清轮廓清
2、晰晰的成型件的能力，称为的成型件的能力，称为充型能力充型能力。充型能力不足时。充型能力不足时会产生会产生浇不足浇不足、冷隔冷隔、夹砂夹砂、气孔气孔、夹渣夹渣等缺陷。等缺陷。充型能力首先取决于充型能力首先取决于合金的流动性合金的流动性，同时又受，同时又受浇注浇注条件条件和和铸型填充条件铸型填充条件（铸件结构、铸型性质）等因的（铸件结构、铸型性质）等因的影响。影响。铸造合金的结晶间隔越大，则流动性越铸造合金的结晶间隔越大，则流动性越差差，具有，具有共共晶晶成分的合金流动性最好。成分的合金流动性最好。产生浇不足、冷隔等缺陷。为防止这些缺陷的产生，产生浇不足、冷隔等缺陷。为防止这些缺陷的产生，可采取的
3、适当可采取的适当提高浇注温度、提高直浇口高度提高浇注温度、提高直浇口高度等。等。铸件结构对充型能力的影响铸件结构对充型能力的影响l 折算厚度折算厚度 l折算厚度也叫当量厚度或模数，是铸件体积折算厚度也叫当量厚度或模数，是铸件体积与铸件表面积之比。与铸件表面积之比。l折算厚度越大，热量散失越慢，充型能力就折算厚度越大，热量散失越慢，充型能力就越好。越好。l铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。填。(大平面铸件不易成形大平面铸件不易成形)l复杂程度：复杂程度：l铸件结构越复杂，流动阻力就越大铸件结构越复杂，流动阻力就越大l铸型的充填就越困难铸型的充填就越困
4、难l找到了影响因素，就可提出改进或提高合金充填找到了影响因素，就可提出改进或提高合金充填 能力的措施能力的措施液态合金的工艺性能液态合金的工艺性能l液态合金的工艺性能表征为液态合金的液态合金的工艺性能表征为液态合金的铸造性铸造性能能l通常是指合金的通常是指合金的流动性流动性、收缩性、吸气性收缩性、吸气性及及偏析偏析等性能等性能l合金铸造性能是合金铸造性能是选择铸造金属材料选择铸造金属材料，确定铸件的确定铸件的铸造工艺方案铸造工艺方案及进行及进行铸件结构设计铸件结构设计的依据的依据工艺参数的确定工艺参数的确定加工余量加工余量收缩率收缩率拔模斜度拔模斜度铸造圆角铸造圆角型芯及型芯头型芯及型芯头工艺
5、参数工艺参数铸件的内腔设计铸件的内腔设计l原则：原则：l减少形芯数量，避减少形芯数量，避免不必要的型芯；免不必要的型芯；l便于型芯的固定、便于型芯的固定、排气和清理排气和清理。l作用：作用：l防止偏芯、气孔等防止偏芯、气孔等缺陷的产生；缺陷的产生；l简化造型工艺，降简化造型工艺，降低成本。低成本。铸件的内腔设计视频铸件的内腔设计视频灰口铸铁灰口铸铁灰灰 铸铸 铁：铁：石墨呈片状石墨呈片状球墨铸铁：球墨铸铁：石墨呈球状石墨呈球状可锻铸铁：可锻铸铁：石墨呈团絮状石墨呈团絮状蠕墨铸铁：蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状石墨呈蠕虫状l可以看成是在钢的基体上分布着不同形态的可以看成是在钢的基体上分布着不同形态的石墨
6、石墨。而石墨的形态、大小和分布直接影响着铸铁的而石墨的形态、大小和分布直接影响着铸铁的性能性能l根据铸铁中根据铸铁中石墨石墨形态的不同，灰口铸铁可以分为：形态的不同，灰口铸铁可以分为：l 石墨片越圆整、越细小、分布越均匀石墨片越圆整、越细小、分布越均匀l 对基体割裂作用越小。对基体割裂作用越小。1 1）控制原铁水化学成分）控制原铁水化学成分 a a）应）应严格控制严格控制 S0.07%S0.07%、P0.1%P0.1%（控制磷、硫含量，可防（控制磷、硫含量，可防止铸件产生裂纹缺陷。）。止铸件产生裂纹缺陷。）。b b）适当提高含碳量（）适当提高含碳量（3.63.64.0%C4.0%C），以改善铸
7、造性能。），以改善铸造性能。2 2）较高的铁水温度）较高的铁水温度 出炉温度应高于出炉温度应高于14001400。3 3）球化处理和孕育处理）球化处理和孕育处理 a a）球化处理）球化处理球化剂球化剂的作用：促使石墨在结晶时呈球状析出。的作用：促使石墨在结晶时呈球状析出。稀土镁合金稀土镁合金球化剂加入量一般为铁水重量的球化剂加入量一般为铁水重量的1.0 1.0 1.6%1.6%。4 4）球墨铸铁的热处理）球墨铸铁的热处理退火、正火及其它热处理（淬火、回火等）。退火、正火及其它热处理（淬火、回火等）。球墨铸铁件的生产球墨铸铁件的生产球墨铸铁件球墨铸铁件主要特点主要特点石墨成球状，对基体的割裂作用
8、已降到最低，石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最低，力学性能比灰铸铁有显著提高。力学性能比灰铸铁有显著提高。可通过热处理改善金属基体，进一步提可通过热处理改善金属基体，进一步提高性能。这一点与灰铸铁不同。高性能。这一点与灰铸铁不同。球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷。松、皮下气孔、夹渣等缺陷。石墨析出时，发生膨胀，应适当提高铸石墨析出时，发生膨胀，应适当提高铸型刚度。型刚度。球墨铸铁件球墨铸铁件生产中应注生产中应注意的问题意的问题控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相同；控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相同；具有高具有高C C高高Si
9、Si，中，中Mn,Mn,低低S S、P P特点。特点。较高的铁液温度，以防止球化处理、孕育较高的铁液温度，以防止球化处理、孕育处理后铁液温度过低，产生浇不足等缺陷处理后铁液温度过低，产生浇不足等缺陷球化处理、孕育处理。球化处理、孕育处理。可锻铸铁件的生产可锻铸铁件的生产可锻铸铁生产：将白口铸铁件经长时间的高温石墨可锻铸铁生产：将白口铸铁件经长时间的高温石墨化退火，使白口铸铁中的渗碳体分解，获得在铁素化退火，使白口铸铁中的渗碳体分解，获得在铁素体或珠光体的基体分布着团絮状石墨的铸铁。体或珠光体的基体分布着团絮状石墨的铸铁。黑心可锻铸铁黑心可锻铸铁(KTH,(KTH,铁素体基体铁素体基体)珠光体可
10、锻铸铁珠光体可锻铸铁(KTZ)(KTZ)白心可锻铸铁白心可锻铸铁(KTB(KTB，很少用，很少用)种种类类特点：特点：l强度高强度高b=300b=300400Mpa400Mpa，塑性（，塑性（12%12%）和韧性（）和韧性（k 30 k 30 J/cmJ/cm2 2)好好l石墨化退火周期长，石墨化退火周期长，404070h,70h,铸件成本高铸件成本高l适用于制造承受震动和冲击、形状复杂的薄壁小件适用于制造承受震动和冲击、形状复杂的薄壁小件l其实它并不能真的用于锻造其实它并不能真的用于锻造l原则原则3 3：避免出现过大的水平面（：避免出现过大的水平面（应向下应向下）l缺陷分析：缺陷分析：l薄壁
11、罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时，因薄壁件金属液散热薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时，因薄壁件金属液散热冷却快，渣、气易滞留在顶面，易产生浇不足、冷隔、气孔和冷却快，渣、气易滞留在顶面，易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣缺陷。夹渣缺陷。l实例：实例：(a)锥顶结构(b)平顶结构(a)(b)(a)薄壁水平面(b)薄壁倾斜面(a)(b)定向凝固原则定向凝固原则是铸件让远离冒口的地方是铸件让远离冒口的地方先凝固，靠近冒口的地方先凝固，靠近冒口的地方次凝固，最后才是冒口本次凝固，最后才是冒口本身凝固。实现以厚补薄，身凝固。实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去。将缩孔转移到冒口中去。原则原则合理布置内浇道及确定浇
12、铸工艺。合理布置内浇道及确定浇铸工艺。方法方法合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。消除缩孔和缩松的方消除缩孔和缩松的方法法A等温线法等温线法B B内切圆法内切圆法判断缩孔出现的方判断缩孔出现的方法法 防止缩孔产生在铸件上的有效措施是使铸件实现定向（顺序）凝固，在最后凝固部位安放冒口。热应力的消除方法热应力的消除方法铸件的结构：铸件的结构：铸件各部分能自由收缩铸件各部分能自由收缩 工艺方面：工艺方面：采用采用同时凝固原则同时凝固原则时效处理：时效处理：人工时效；自然时效人工时效；自然时效铸件的结构尽可能对称铸件的结构尽可能对称铸件的壁厚尽可能均匀铸件的壁厚尽可
13、能均匀冷铁同时凝固同时凝固 整个铸件几乎同时凝固。整个铸件几乎同时凝固。防止和减少铸造内应力则应使铸防止和减少铸造内应力则应使铸件实现同时凝固，在厚大部位安件实现同时凝固，在厚大部位安放冷铁。放冷铁。l若分型面是一曲面，若分型面是一曲面，则必须用挖砂造型则必须用挖砂造型l应尽量使型芯和活应尽量使型芯和活块的数量减少块的数量减少l应尽量使分型面是应尽量使分型面是一个平直的面一个平直的面机器造型机器造型起重机臂铸件的分型方案起重机臂铸件的分型方案a)a)平面分型平面分型b)b)曲面分型曲面分型角架铸件的多种分型方案角架铸件的多种分型方案铸造结构工艺性便于起模铸造结构工艺性便于起模内腔设内腔设计少用
14、计少用芯，安芯，安芯排气芯排气与清理，与清理，事先考事先考虑想仔虑想仔细细 改进前改进前改进后改进后改进后改进后改进前改进前改进前改进前改进后改进后“结构斜度结构斜度”为起模；设计图上画清晰。为起模；设计图上画清晰。“拔模斜度拔模斜度”模样留；工艺设计想周细模样留；工艺设计想周细 凸肋设计凸肋设计避活块避活块(a)(b)a)a)改进前；改进前；b)b)改进后改进后l去掉凸台，避免活块去掉凸台，避免活块l减少型芯的数量，避免不必要的型芯减少型芯的数量，避免不必要的型芯l直分型，防挖砂直分型，防挖砂凸凸台台型型芯芯分型面为曲面，需挖砂造型分型面为曲面，需挖砂造型l轧制轧制l金属材料（或非金属材料）
15、在旋转轧辊的压力作用下，产生金属材料（或非金属材料）在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，获得所要求的截面形状并改变其性能的方法。连续塑性变形，获得所要求的截面形状并改变其性能的方法。l按轧辊轴线与轧制线间和轧辊转向的关系不同，可分为纵轧、按轧辊轴线与轧制线间和轧辊转向的关系不同，可分为纵轧、斜轧和横轧。斜轧和横轧。坯料轧辊l挤压：挤压：l坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用下，从模具的孔口坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用下，从模具的孔口或缝隙挤出，使之横截面积减小，成为所需制品的加工方法。或缝隙挤出，使之横截面积减小，成为所需制品的加工方法。正挤正挤反挤反挤复合挤挤压l修整修整l
16、修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪裂带和毛刺，以切掉普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪裂带和毛刺，从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。l修整后冲裁件公差等级达修整后冲裁件公差等级达IT6IT6IT7IT7，表面粗糙度，表面粗糙度RaRa为为0.80.81.6m1.6m。a)a)外缘修整外缘修整b)b)内孔修整内孔修整1-1-凸模；凸模；2-2-凹模凹模l冲压成型冲压成型-分离工序分离工序l分离工序是使坯料的一部分与另一部分分离工序是使坯料的一部分
17、与另一部分相互分离的工序。如落料、冲孔、切断、相互分离的工序。如落料、冲孔、切断、精冲等。精冲等。l当采用棒料直接经切削当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时，螺钉头加工制造螺钉时，螺钉头部与杆部的纤维被切断，部与杆部的纤维被切断，受力时产生的切应力顺着受力时产生的切应力顺着纤维方向纤维方向l故螺钉的承载能力较弱故螺钉的承载能力较弱（图（图a a）。）。l当采用同样棒料经局部当采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉时（图镦粗方法制造螺钉时（图b b），纤维不被切断且连），纤维不被切断且连贯性好，纤维方向也较为贯性好，纤维方向也较为有利。故螺钉质量较好。有利。故螺钉质量较好。不同工艺方法对纤维组织的影响
18、不同工艺方法对纤维组织的影响b ba a 作用：是使坯料最后变形到作用：是使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，因锻件所要求的形状和尺寸，因此它的形状应和锻件的形状相此它的形状应和锻件的形状相同。同。终锻模膛的尺寸应比锻件尺终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢件收缩寸放大一个收缩量。钢件收缩量取量取1.5%1.5%。沿模膛四周有飞边槽，沿模膛四周有飞边槽，用以用以增加金属从模膛中流出的阻力增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛促使金属充满模膛，同时，同时容纳容纳多余的金属多余的金属，缓冲锤击缓冲锤击 。终锻后在孔内留下一薄层金终锻后在孔内留下一薄层金属，称为冲孔连皮。属，称为冲
19、孔连皮。带有冲孔连皮及飞边的模锻件带有冲孔连皮及飞边的模锻件1-飞边；飞边；2-分模面；分模面；3-冲孔连皮冲孔连皮4-锻件锻件终锻模膛终锻模膛l落料及冲孔落料及冲孔 l落料落料是被分离的部分为是被分离的部分为成品成品，而周边是，而周边是废料废料；l冲孔冲孔是被分离的部分为是被分离的部分为废料废料，而周边是，而周边是成品成品;落料过程仿真落料过程仿真冲孔过程仿真冲孔过程仿真l拉深中常见的废品及防止措施拉深中常见的废品及防止措施l拉伸件中最危险的部位是直壁与底部的过渡圆角处，当拉拉伸件中最危险的部位是直壁与底部的过渡圆角处，当拉应力超过材料的强度极限时，此处将被应力超过材料的强度极限时，此处将被
20、“拉裂拉裂”。防止。防止“拉拉裂裂”的措施有：的措施有：l正确选择拉伸系数正确选择拉伸系数l拉深件直径拉深件直径d d与与坯料直径坯料直径D D的比值称为拉深系数，用的比值称为拉深系数，用m m表示，表示，即即m=d/Dm=d/D。l拉深系数不小于拉深系数不小于0.50.50.80.8。坯料的塑性差取上限值，塑性好。坯料的塑性差取上限值，塑性好取下限值。取下限值。拉深废品拉深废品l如果拉深系数过小，不能一次拉深成形时，则可采用多次如果拉深系数过小，不能一次拉深成形时，则可采用多次拉深工艺。拉深工艺。l第一次拉深系数第一次拉深系数 m1=d1/Dm1=d1/Dl第二次拉深系数第二次拉深系数 m2
21、=d2/d1m2=d2/d1l第几次拉深系数第几次拉深系数 mn=dn/dn-1mn=dn/dn-1l总的拉深系数总的拉深系数 m=m1m=m1m2m2mnmn多次拉深时圆筒直径的变化多次拉深时圆筒直径的变化l合理设计拉深模工作零件合理设计拉深模工作零件l 凸凹模的圆角半径凸凹模的圆角半径。材料为钢的拉深件，取。材料为钢的拉深件，取r r凹凹=10=10s s，而，而r r凸凸=(0.6=(0.61)1)r r凹。这两个圆角半径过小，产品容易拉裂。凹。这两个圆角半径过小，产品容易拉裂。l凸凹模间隙。凸凹模间隙。一般取一般取Z Z=(1.1=(1.11.2)1.2)s s。l注意润滑注意润滑l拉
22、深过程中另一种常见缺陷是起皱。可采用设置压边圈拉深过程中另一种常见缺陷是起皱。可采用设置压边圈的方法解决，也可以通过增加毛坯的相对厚度或拉深系数的方法解决，也可以通过增加毛坯的相对厚度或拉深系数的途径来解决。的途径来解决。有压边圈的拉深有压边圈的拉深起皱拉深件起皱拉深件l回复：回复：冷变形后的金属加热至一定温度后，冷变形后的金属加热至一定温度后，因原子的活动能力增强，使原子回复到平衡因原子的活动能力增强，使原子回复到平衡位置，晶粒残余应力大大减小，在晶粒大小位置，晶粒残余应力大大减小，在晶粒大小尚无变化的情况下使其力学性能和物理性能尚无变化的情况下使其力学性能和物理性能部分得以恢复的过程（硬度
23、大幅降低，加工部分得以恢复的过程（硬度大幅降低，加工硬化部分消除）硬化部分消除）。l再结晶：再结晶：当温度升高到该金属熔点的当温度升高到该金属熔点的0.40.4倍倍时时，金属原子获得更多的，金属原子获得更多的热能，使塑性变形后金属被拉长了的晶粒重热能，使塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新生核、结晶，变为变形前晶格结构相同的新生核、结晶，变为变形前晶格结构相同的新等轴晶粒。新等轴晶粒。自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性l自由锻锻件若有锥面或斜面结构，将使锻造工艺自由锻锻件若有锥面或斜面结构，将使锻造工艺复杂，操作不方便，降低设备的使用效率，应该复杂，操作不方便，降低设备的使用效率，应该进。进
24、。l锻件由几个简单几何体构成时，几何体的交接处锻件由几个简单几何体构成时，几何体的交接处不应形成空间曲线，应改成平面与圆柱、平面与不应形成空间曲线，应改成平面与圆柱、平面与平面的结构。平面的结构。v自由锻自由锻锻件上不锻件上不应设计出应设计出加强筋、加强筋、凸台、工凸台、工字形截面字形截面或空间曲或空间曲线。线。滤油器罩大批量生产滤油器罩大批量生产 板料冲压板料冲压玻璃升降器外壳零件如图，试述其加工工序？玻璃升降器外壳零件如图，试述其加工工序？板料冲压成型板料冲压成型下料下料拉深拉深冲孔冲孔翻边翻边 l焊接：焊接：是通过加热或加压，或者两者并用，并且用是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不
25、用填充材料，使焊接件达到或不用填充材料，使焊接件达到原子结合原子结合的一种方的一种方法。法。l焊接方法：焊接方法：熔化焊、压力焊、钎焊等。熔化焊、压力焊、钎焊等。l焊接的主要特点是：焊接的主要特点是：（1 1）节省材料节省材料，减轻质量；，减轻质量；（2 2）简化简化复杂零件和大型零件的制造；复杂零件和大型零件的制造；（3 3）适应性好；可实现特殊结构的生产；）适应性好；可实现特殊结构的生产；（4 4）满足特殊连接要求；可实现）满足特殊连接要求；可实现不同材料不同材料间的间的连接连接成型；成型；（5 5）降低劳动强度，改善劳动条件。）降低劳动强度，改善劳动条件。l焊接方法的应用：焊接方法的应用
26、：（1 1）制造金属结构件；）制造金属结构件；（2 2）制造机器零件和工具；）制造机器零件和工具；（3 3）修复。）修复。焊接方法焊接方法压力焊压力焊摩擦焊摩擦焊超声波焊超声波焊爆炸焊爆炸焊扩散焊扩散焊高频焊高频焊钎焊及封粘钎焊及封粘软钎焊软钎焊硬钎焊硬钎焊封接封接粘接粘接熔熔焊焊电弧焊电弧焊电渣焊电渣焊等离子弧焊等离子弧焊电子束焊电子束焊激光焊激光焊手弧焊手弧焊气体保护焊气体保护焊埋弧焊埋弧焊电阻焊电阻焊熔化焊的三要素熔化焊的三要素l热源热源能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小热影响区。能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、
27、电子束和激光。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。l熔池的保护熔池的保护 可用渣保护、气保护和渣可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化，并进行脱气联合保护。以防止氧化，并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。l填充金属填充金属 保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力学性能保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。焊件焊后的变形形式主要有：焊件焊后的变形形式主要有：l尺寸收缩尺寸收缩l角变形角变形l弯曲变形弯曲变形l扭曲变形扭曲变形l波浪
28、变形等。波浪变形等。l酸性药皮与碱性药皮两者的性质酸性药皮与碱性药皮两者的性质l酸性药皮工艺性好，而酸性药皮工艺性好，而碱性药皮工艺性差碱性药皮工艺性差l碱性药皮中有益元素多，碱性药皮中有益元素多，能使焊接接头力学性能提高能使焊接接头力学性能提高l碱性药皮中因不含有机物，也称低氢型药皮。碱性药皮中因不含有机物，也称低氢型药皮。可以提高焊缝可以提高焊缝金属的抗裂性金属的抗裂性l碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生飞溅碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生飞溅和和COCO气孔气孔l碱性药皮在高温下，易生成较多的有毒物质（碱性药皮在高温下，易生成较多的有毒物质（HFHF等），因
29、而等），因而应注意通风应注意通风等离子弧焊等离子弧焊l利用机械压缩效应、热压缩效应和电磁收缩效应将电弧压利用机械压缩效应、热压缩效应和电磁收缩效应将电弧压缩为细小的等离子体。缩为细小的等离子体。l等离子弧可用于焊接和切割。等离子弧可用于焊接和切割。等离子弧焊过程等离子弧焊过程1-1-钨极；钨极；2-2-离子（离子（ArAr或或N N2 2）；）；3-3-冷却水进口；冷却水进口；4-4-冷却水出口；冷却水出口；5-5-离频振荡器；离频振荡器；6-6-直流电源；直流电源；7-7-电阻；电阻；8-8-喷嘴；喷嘴；9-9-等离子弧；等离子弧；10-10-工件工件lCOCO2 2焊时的飞溅焊时的飞溅 C
30、OCO2 2+Fe=FeO+CO+Fe=FeO+CO FeOFeO进入熔池和熔滴，与熔池和熔进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反应：滴中的碳反应：FeO+C=Fe+CO FeO+C=Fe+CO 生成的生成的COCO在熔池和熔滴内体积急在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞溅。剧膨胀而爆破，导致飞溅。二氧化碳焊二氧化碳焊 以以COCO2 2为保护气体，用焊丝为电极引为保护气体，用焊丝为电极引燃电弧，实现半自动焊或自动焊。燃电弧，实现半自动焊或自动焊。lCOCO2 2气体气体 COCO2 2气体密度大，高温体积膨胀大，气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。但保护效果好。但COCO2 2在高温下
31、易分解在高温下易分解为为COCO和和O O，导致合金元素的氧化，熔，导致合金元素的氧化，熔池金属的飞溅和池金属的飞溅和COCO气孔。焊接用气孔。焊接用COCO2 2纯度要大于纯度要大于99.8%99.8%。l防止飞溅的措施防止飞溅的措施lCOCO2 2焊常用焊常用H08Mn2SiAH08Mn2SiA焊丝来进行脱氧，合金化。焊丝来进行脱氧，合金化。l为使电弧稳定，飞溅少，为使电弧稳定，飞溅少，CO2CO2焊采用焊采用直流反接直流反接。l采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，防止铁的氧化。采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，防止铁的氧化。l采用药芯焊丝。采用药芯焊丝。lCOCO2 2焊成本低，生产率高，焊缝质量较好
32、，主要焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要用于低碳钢和低合金结构钢薄板的焊接。用于低碳钢和低合金结构钢薄板的焊接。l电渣焊工艺特点电渣焊工艺特点l电渣焊可一次电渣焊可一次焊接很厚的工件焊接很厚的工件，故焊接生产率高、成本低。故焊接生产率高、成本低。l电渣焊焊缝产生气孔，夹渣的电渣焊焊缝产生气孔，夹渣的倾向性较低。电渣焊时金属熔倾向性较低。电渣焊时金属熔池的凝固速率低，熔池中的气池的凝固速率低，熔池中的气体和杂质较易浮出。体和杂质较易浮出。l电渣焊时，一般电渣焊时，一般不需预热不需预热。用。用电渣焊焊接易淬火钢时，产生电渣焊焊接易淬火钢时，产生淬火裂纹的倾向小。淬火裂纹的倾向小。l焊后冷却速度
33、慢，焊接应力小。焊后冷却速度慢，焊接应力小。但热影响区宽，晶粒粗大，要但热影响区宽，晶粒粗大，要进行焊后进行焊后热处理热处理。广泛用于锅炉制广泛用于锅炉制造，重型机械和石油造，重型机械和石油化工等行业。电渣焊化工等行业。电渣焊除焊接碳钢、低合金、除焊接碳钢、低合金、中合金钢和高合金钢中合金钢和高合金钢以及铸铁外，也可用以及铸铁外，也可用来焊接铝及铝合金、来焊接铝及铝合金、镁合金、钛及钛合金镁合金、钛及钛合金和铜。和铜。金属材料的可焊性金属材料的可焊性l可焊性的概念可焊性的概念l 金属材料的可焊性，是指被焊金属在采用一定金属材料的可焊性，是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构
34、型式的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接条件下，获得优质焊接接l 头的难易程度，即金属材料在一定的焊接工艺头的难易程度，即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出条件下，表现出“好焊好焊”和和“不好焊不好焊”的差别。的差别。l估算钢材可焊性的方法估算钢材可焊性的方法l 碳当量法：碳当量法：碳钢及低合金结构钢的碳当量经验碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为：公式为：15)()(5)()()(6)()()(CuwNiwVwMowCrwMnwCwCEwl根据经验：根据经验：l C C当量当量0.4%0.4%时时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，可焊
35、性良好。在一般的焊接工艺条件下，焊件不可焊性良好。在一般的焊接工艺条件下，焊件不会产生裂缝，但对会产生裂缝，但对厚大工件厚大工件或或低温下焊接低温下焊接时应考时应考虑虑预热。预热。l C C当量当量=0.4%=0.4%0.6%0.6%时时，钢材塑性下降，淬硬倾向，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，可焊性较差。焊前工件需要适当明显，可焊性较差。焊前工件需要适当预热预热，焊，焊后应注意后应注意缓冷缓冷，要采取一定的焊接工艺措施才能，要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝。防止裂缝。l C C当量当量0.6%0.6%时时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，可焊性不好。焊前工件必须预热到
36、较高温度，焊可焊性不好。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要采取接时要采取减少焊接应力减少焊接应力和和防止开裂防止开裂的工艺措施，的工艺措施，焊后要进行适当的焊后要进行适当的热处理热处理，才能保证焊接接头质，才能保证焊接接头质量。量。l 电阻缝焊电阻缝焊l 缝焊是连续的点焊过程，它是用连续转动的盘状电极代替了缝焊是连续的点焊过程，它是用连续转动的盘状电极代替了柱状电极，焊后获得相互重叠的连续焊缝。柱状电极，焊后获得相互重叠的连续焊缝。l 缝焊分流严重，通常采用强规范焊接，焊接电流比点焊大缝焊分流严重，通常采用强规范焊接，焊接电流比点焊大1.51.52 2倍。倍。缝焊主要用于低压容器，如汽车、摩
37、托车的缝焊主要用于低压容器，如汽车、摩托车的油箱油箱、气体静化器等的焊接。气体静化器等的焊接。电阻缝焊电阻缝焊l焊接裂纹焊接裂纹l 1.1.热裂纹热裂纹l 热裂纹的特征热裂纹的特征l热裂纹可发生在焊缝区或热热裂纹可发生在焊缝区或热影响区。影响区。l热裂纹的微观特征是沿晶界热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称开裂，所以又称晶间裂纹晶间裂纹。l因热裂纹在高温下形成，所因热裂纹在高温下形成，所以有以有氧化色彩氧化色彩。l 热裂纹产生的原因热裂纹产生的原因:l晶间存在液态薄膜。晶间存在液态薄膜。l接头中存在拉应力。接头中存在拉应力。焊缝的布置焊缝的布置焊缝的布置焊缝的布置l 6.6.焊缝的尖角部分易
38、产生应力集中，诱发裂纹，焊缝的尖角部分易产生应力集中，诱发裂纹，应该为平缓过渡，如下图所示。应该为平缓过渡，如下图所示。焊缝应避免尖角的设计焊缝应避免尖角的设计(a)(a)、(b)(b)不合理；不合理；(c)(c)、(d)(d)合理合理l 工艺设计要点：工艺设计要点：l 筒身用钢板冷卷，按实际尺筒身用钢板冷卷，按实际尺寸，可分为三节寸，可分为三节l 为避免焊缝密集，筒身纵焊为避免焊缝密集，筒身纵焊缝可相互错开缝可相互错开180180l 封头应采用热压成型封头应采用热压成型l 与筒身连接处应有与筒身连接处应有30 mm30 mm50mm50mm的直段的直段l 使焊缝躲开转角应力集中位使焊缝躲开转
39、角应力集中位置。置。l 人孔圈也为卷制。人孔圈也为卷制。l 根据各条焊缝的不同情况，根据各条焊缝的不同情况，可选用不同的焊接方法、接可选用不同的焊接方法、接头型式、焊接材料与工艺。头型式、焊接材料与工艺。焊接过程模拟焊接过程模拟l 工艺图如下图。工艺图如下图。中压容器焊接工艺图中压容器焊接工艺图1 11010为焊缝编号为焊缝编号l 根据各焊缝的不同情况，选用不同的焊接方法、焊接材料、根据各焊缝的不同情况，选用不同的焊接方法、焊接材料、焊接工艺和接头形式，如下表所示。焊接工艺和接头形式，如下表所示。中压容器焊接工艺设计表中压容器焊接工艺设计表序号序号焊缝名称焊缝名称焊接方法与焊接工艺焊接方法与焊
40、接工艺焊接材料焊接材料1 1筒身纵焊筒身纵焊1 1、2 2、3 3因容器质量要求高，又是小批量生产，采用埋弧因容器质量要求高，又是小批量生产，采用埋弧焊双面焊，先内后外，不开坡口。材料为焊双面焊，先内后外，不开坡口。材料为16MnR16MnR时应在室内焊接时应在室内焊接焊丝：焊丝：H08MnAH08MnA焊剂：焊剂：431431焊条：结焊条：结5075072 2筒身环缝筒身环缝4 4、5 5、6 6、7 7采用采用埋弧焊埋弧焊双面焊，顺序焊焊缝双面焊，顺序焊焊缝4 4、5 5、6 6，先内后，先内后外，不开坡口。焊缝外，不开坡口。焊缝7 7装配后在内部用手工电弧装配后在内部用手工电弧焊封底，再
41、用埋弧焊焊外环缝焊封底，再用埋弧焊焊外环缝焊丝：焊丝：H08MnAH08MnA焊剂：焊剂：431431焊条：结焊条：结5075073 3管接头焊接管接头焊接9 9管壁管壁7mm7mm，采用手工电弧焊双面焊，装配后角焊，采用手工电弧焊双面焊，装配后角焊缝，不开坡口缝，不开坡口焊条：结焊条：结5075074 4人孔圈纵缝人孔圈纵缝1010板厚板厚20mm20mm，焊缝短（，焊缝短（100mm100mm），手工电弧焊，平），手工电弧焊，平焊位置，焊位置，V V形坡口形坡口焊条：结焊条：结5075075 5人孔圈环缝人孔圈环缝8 8处于立焊位置的圆角焊缝，采用处于立焊位置的圆角焊缝，采用手工电弧焊手工
42、电弧焊双面双面焊，单面坡口焊，单面坡口焊条：结焊条：结507507由多块小板焊接拼装成大板材，焊缝合理布置焊缝布焊缝布置应尽置应尽量分散量分散焊缝密集或交叉，会造成金属过热，加大热影响区，使组织恶化合理焊缝布置合理焊缝布置车刀切削角度的坐标平面车刀切削角度的坐标平面基基 面面(Pr)(Pr)通过主切削刃上的某一点，通过主切削刃上的某一点，与主运动方向相垂直的平与主运动方向相垂直的平面面切削平面切削平面(Ps)(Ps)通过主切削刃上的某一点，通过主切削刃上的某一点，与加工表面相切并垂直于基与加工表面相切并垂直于基面的平面面的平面正交平面正交平面(Po)(Po)通过主切削刃上的某一点，通过主切削刃
43、上的某一点，并同时垂直于基面和切削平并同时垂直于基面和切削平面的平面面的平面刀具切削部分的几何参数：刀具切削部分的几何参数：刀具切削部分的组成要素：刀具切削部分的组成要素：三面、三面、两刃、一尖两刃、一尖车刀切削角度的坐标平面车刀切削角度的坐标平面在正交平面在正交平面 (P0)(P0)：前角前角 0 0；后角；后角 0 0在在 基基 面面 (Pr)(Pr)：主偏角主偏角 r r；副偏角；副偏角 r r 在切削平面在切削平面 (Ps)(Ps)：刃倾角刃倾角s s刀具结构：刀具结构：整体式、焊接式、机整体式、焊接式、机夹可转位式夹可转位式金属的切削过程金属的切削过程切削用量切削用量切切削削三三要要
44、素素切削速度切削速度VcVc进给量进给量 f f切削深度切削深度 a ap p（背吃刀量）（背吃刀量）刀具在进给运动方向上相对工件的位移量刀具在进给运动方向上相对工件的位移量 。所用刀具和切削运动形式不同，进给量的表所用刀具和切削运动形式不同，进给量的表述和度量方法也不同。述和度量方法也不同。如铣削：如铣削：f=vf=vf f/n/n指在切削刃上选定点相对于工件主运指在切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度动的瞬时速度v vc c=dn/1000(m/min)=dn/1000(m/min)待加工表面到已加工表面间的垂待加工表面到已加工表面间的垂直距离直距离a ap p=(dw-dm)/2=(
45、dw-dm)/2用来衡量切削运动量的大小用来衡量切削运动量的大小切削层平面要素切削层平面要素刀具的磨损过程刀具的磨损过程初期磨损阶段初期磨损阶段正常磨损阶段正常磨损阶段急剧磨损阶段急剧磨损阶段刃磨后的刀具开始前、后刀面上的高低不平，刃磨后的刀具开始前、后刀面上的高低不平，受到切屑的冲击和摩擦时，将受到切屑的冲击和摩擦时，将“凸峰凸峰”很快很快磨去，时间很短磨去，时间很短刀具上的高低不平已被磨去，磨损量增加刀具上的高低不平已被磨去，磨损量增加缓慢且比较稳定缓慢且比较稳定切削刃变钝，刀具与工件之间的摩擦变大，切削刃变钝，刀具与工件之间的摩擦变大，切削力增大，切削温度上升，磨损加剧，切削力增大，切削
46、温度上升，磨损加剧，刀具失去正常的切削能力刀具失去正常的切削能力切削加工性衡量指标切削加工性衡量指标:一定刀具耐用度下的切削速度一定刀具耐用度下的切削速度vTvT：即刀具耐：即刀具耐用度为用度为T(min)T(min)时切削某种材料所允许的切削速度时切削某种材料所允许的切削速度（刀具的磨损影响最大刀具的磨损影响最大）。）。相对加工性相对加工性KrKr：即各种材料的：即各种材料的V60V60与与4545钢（正钢（正火）的火）的V60V60之比值（后者的之比值（后者的V60V60作为比较的基准，作为比较的基准，(V60)j(V60)j）Kr=V60/(V60)jKr=V60/(V60)j改善切削加
47、工性的途径改善切削加工性的途径:热处理热处理调整化学成分调整化学成分lb.b.切削热的传导：切削热的传导：l传入切屑传入切屑，约占总热量的，约占总热量的50%50%86%86%，对切削加工无不利影响，对切削加工无不利影响 l传入工件传入工件，约占总热量的，约占总热量的40%40%10%10%，会使工件膨胀或伸长，产生，会使工件膨胀或伸长，产生尺寸和形状误差，影响加工精度尺寸和形状误差，影响加工精度l传入刀具传入刀具，约占总热量的，约占总热量的9%9%3%3%，使刀具温度高，硬度下降，使刀具温度高，硬度下降，磨损加快，耐用度降磨损加快，耐用度降l传入周围介质传入周围介质，约占总热量的，约占总热量
48、的1%1%，对切削加工无不利影响对切削加工无不利影响 切削热的来源切削热的来源切削热的传散切削热的传散l金属切削加工：金属切削加工：是用切削工具将坯料或工件上的多余材料切除，以获得是用切削工具将坯料或工件上的多余材料切除，以获得所要求的尺寸、形状、位置精度和表面质量的加工方法。所要求的尺寸、形状、位置精度和表面质量的加工方法。金属切金属切削加工削加工钳工钳工机械加工机械加工划线、錾、锯、划线、錾、锯、锉、刮、攻螺丝、锉、刮、攻螺丝、套螺丝、装配等套螺丝、装配等车、钻、铣、刨、磨、特种加工等车、钻、铣、刨、磨、特种加工等刀具材料及特性刀具材料及特性刀具材料刀具材料1 1、刀具材料应具备的基本性能
49、、刀具材料应具备的基本性能l一定的强度一定的强度l一定的韧度一定的韧度l较好的耐磨性较好的耐磨性l较高的耐热性（红硬性或热硬性）较高的耐热性（红硬性或热硬性）l良好的工艺性良好的工艺性2 2、常用车刀刀具材料、常用车刀刀具材料l高速钢高速钢l硬质合金硬质合金l(1)(1)高速钢高速钢 高速钢常用的牌号是高速钢常用的牌号是18Cr4V18Cr4V，又称，又称“锋钢锋钢”或或“白钢白钢”，其强，其强度、韧性和工艺性均较好，可作形状复杂的刀具，但其耐热性大约为度、韧性和工艺性均较好，可作形状复杂的刀具，但其耐热性大约为600600左右；因而左右；因而只能进行中速切削只能进行中速切削。l(2)(2)硬
50、质合金硬质合金 硬质合金是以高硬度、高熔点的金属碳化物（硬质合金是以高硬度、高熔点的金属碳化物（C C、iCiC等）微米等）微米数量级的粉末为基体，用数量级的粉末为基体，用o o、o o、i i等作粘接剂在高压下成型，并等作粘接剂在高压下成型，并通过高温烧结而成的一种粉末冶金制品的。通过高温烧结而成的一种粉末冶金制品的。l 硬度高，耐磨性好，耐热性大约为硬度高，耐磨性好，耐热性大约为10001000左右，可以高速切削左右，可以高速切削l 硬质合金属于脆性材料，其抗弯强度低，冲击韧性差硬质合金属于脆性材料，其抗弯强度低，冲击韧性差l 硬质合金按基体分为两大类：碳化钨基（硬质合金按基体分为两大类：
