热加工工艺

热加工工艺机械制造过程一般步骤：选择材料；生产毛坯（铸，锻，焊，型材）；切削加工成零件，装配为机器。绪论车铣磨钳焊铸数车数铣线切割加工中心绪论一、研究内容《热加工工艺》是一门研究工程材料除切削加工以外的成形方法的综合性专业基础课，包括：各种热加工工艺方法本身的规律性和相互联系、加工工艺过程和结构工艺性；常用工程材料性能对加工工艺的影响；工艺方法的综合比较。二、学习目的1.掌握各种主要加工方法——铸造、锻造、冲压、焊接等的基本原理和工艺特点；2.具备选择毛坯、零件加工方法及工艺分析的初步能力；3.了解本学科的新材料、新技术、新工艺和设备，为学习其他有关课程奠定基础。中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。中国商朝的重875公斤的司母戊方鼎，战国时期的曾侯乙尊盘，西汉的透光镜，都是古代铸造的代表产品。中国在公元前513年，铸出了世界上最早见于文字记载的铸铁件—晋国铸型鼎,重约270公斤。商朝的青铜器春秋战国的铁器铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。早期的铸件大多是农业生产、宗教、生活等方面的工具或用具，艺术色彩浓厚。那时的铸造工艺是与制陶工艺并行发展的，受陶器的影响很大。欧洲在公元八世纪前后开始生产铸铁件。例如在15～17世纪，德、法等国先后敷设了不少向居民供饮用水的铸铁管道。18世纪的工业革命以后，蒸汽机、纺织机和铁路等工业兴起，铸件进入为大工业服务的新时期，铸造技术开始有了大的发展。进入20世纪，铸造的发展速度很快，其重要因素之一是产品技术的进步，要求铸件各种机械物理性能更好，同时仍具有良好的机械加工性能；另一个原因是机械工业本身和其他工业如仪表等的发展，给铸造业创造了有利的物质条件。如检测手段的发展，保证了铸件质量的提高和稳定，并给铸造理论的发展提供了条件；电子显微镜等的发明，帮助人们深入到金属的微观世界，研究金属凝固的理论，指导铸造生产。世界最先进的静压水平生产线，德国HWS双主机水平静压造型线，造型速度200模/小时。法国SERT浇注机PouringMachine，SERT，France。配备了视频监控系统，对温度及孕育剂实现在线检测，可以实现完全自动化浇注。第一章金属液态成形第二章金属塑性成形第三章连接成形第四章非金属材料成形第六章材料成形方法选择第五章粉末冶金成形第一章金属液态成形金属液态成形工艺基础砂型铸造特种铸造常用合金铸件生产及铸造方法的选择围绕金属或合金的铸造性能，掌握铸造成型的基础知识和基本概念（如充型能力、凝固与收缩、变形与裂纹等）。结合砂型铸造的造型方法和生产过程，学习砂型铸造工艺方案的制定，掌握铸件结构设计（工艺性）。了解几种特种铸造方法，掌握它们的原理、铸件结构工艺、特点及适用范围。了解常用合金铸件的生产，了解有关的新工艺。第一章金属液态成形金属液态成形？即铸造，它是将液态合金浇入与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后获得毛坯或零件的方法。用铸造方法制造的毛坯或零件称为铸件。铸造生产的特点及问题：特点：可制成形状复杂的毛坯，特别是内腔、机座等适应性广，原材料来源广泛重量、大小不受限制价格低，成本低，节约金属问题：机械性能不好组织粗大，常有气孔、缩孔和裂纹等缺陷工艺不稳定，质量不易保证劳动条件差普通车床主轴箱尾架床身溜板箱进给箱底座卡钳CaliperQT550-6齿轮箱体GearBoxCoverHT250转向节SteeringKnuckleQT450-10飞轮壳FlywheelHousingHT250制冷空压机箱体RefrigerationCompressorHousingHT250铸造方法的分类：造型方法砂型铸造金属型铸造熔模铸造压力铸造低压铸造离心铸造陶瓷型铸造实型铸造特种铸造第一节液态成形工艺基础（铸造性能）合金在铸造生产过程中表现出来的工艺性能称为合金的铸造性能。铸造性能包括合金的流动性、收缩性、偏析和吸气性能等。围绕合金的铸造性能，学习与之相关的液态成形规律、主要缺陷的形成与防止。一、熔融合金的充型能力1.充型：液态合金填充铸型的过程，简称充型。2.液态合金的充型能力：指液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。充型能力强，能浇注出薄壁而形状复杂的铸件；充型能力差，易产生浇不足或冷隔等缺陷。3.影响充型能力的因素：合金的流动性浇注条件铸型填充条件(一）合金的流动性流动性是液态金属自身的流动能力。合金的流动性愈好充型能力愈强。HT、HSi的流动性最好，ZG最差。流动性以螺旋形试样长度来衡量。影响合金流动性的因素流动性的影响因素很多，但以化学成分的影响最为显著。共晶成分的合金流动性最好。共晶合金结晶在恒温下进行，由表及里逐层凝固，已结晶的固体层内表面光滑，对金属液流动阻力小。结晶温度范围越宽，流动性越差。亚共晶铸铁C%↑，流动性提高。（二）浇注条件浇注温度浇注温度越高，合金的粘度下降，铸型温度提高，散热慢，故充型能力强。对薄壁件或流动性差的合金应适当提高浇注温度。浇注温度过高，易生缩孔等缺陷。充型压力充型压力越大，充型能力越好压力铸造、低压铸造、离心铸造，较砂型铸造充型能力强。浇注速度（三）铸型条件铸型材料导热系数大，向外传热快，合金充型能力差。金属型铸造较砂型铸造易生浇不足和冷隔缺陷。铸型温度金属铸型被预热，充型能力提高。铸型中气体发气量大，排气差，型腔中气压大，充型能力差。砂型铸造时开设出气口。铸型结构结构复杂，充型阻力大，充型能力下降。二、液态合金的凝固与收缩合金的三种凝固方式合金收缩的三个阶段缩孔与缩松内应力、变形与裂纹（一）合金的三种凝固方式在凝固过程中，铸件的断面上一般存在三个区域：即固相区、凝固区和液相区。依据“凝固区”的宽窄，铸件的凝固划分成三种方式：（1）逐层凝固方式（2）糊状凝固方式（3）中间凝固方式（1）逐层凝固方式纯金属或共晶合金在凝固过程中不存在固液二相共存区。在常用合金中，灰铸铁、铝硅合金等倾向于逐层凝固，易于获得紧实铸件。（2）糊状凝固（体积凝固）方式合金结晶温度范围很宽，或温度梯度很小，固液并存的凝固区贯穿整个断面，如图c）（表层不存在固体层）。锡青铜等倾向于糊状凝固。（3）中间凝固方式金属结晶范围较窄，或结晶温度范围虽宽但截面温度梯度大，凝固区宽度介于逐层凝固和糊状凝固之间。凝固方式对铸件质量的影响：逐层凝固方式——合金的充型能力强，便于防止缩孔和缩松。糊状凝固方式——难以获得结晶坚实的铸件。（二）合金收缩的三个阶段液体金属在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减少的现象，称为合金的收缩。收缩是多种铸造缺陷产生的根源。合金的收缩经历三个阶段：（1）液态收缩：从浇注—液相线温度（2）凝固收缩：液相线—固相线（3）固态收缩：固相线—室温液态收缩表现为铸型腔内液态金属的液面下降。凝固收缩凝固收缩只由状态改变引起，所以收缩较小，亦表现为液面下降。液态收缩和凝固收缩主要表现为合金体积上的缩减，用体收缩率（单位体积的百分收缩量）表示。它们是铸件产生缩孔和缩松的根本原因。固态收缩通常直接表现为铸件外形尺寸的减小，可用线收缩率（单位长度的百分收缩量表示）。固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的根本原因。（三）铸件中的缩孔和缩松在合金冷却和凝固过程中，若液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补足，则在铸件的最后凝固部位会形成一些孔洞。按照孔洞的大小和分布，可将其分为缩孔和缩松两类。其中容积较大的孔洞叫缩孔，细小且分散的孔叫缩松。危害：使力学性能下降；因渗漏而报废。缩孔（1）缩孔：缩孔是容积较大而集中的孔洞。通常隐藏在铸件上部或最后凝固的部位。其外形特征为倒锥形，内表面不光滑。逐层凝固的合金产生缩孔的倾向较大。（三）铸件中的缩孔和缩松（三）铸件中的缩孔和缩松糊状凝固的合金易产生缩松。（2）缩松：分布于铸件的轴线区域、厚大部位或浇口附近（缩孔的下方）的细小而分散的孔洞。（3）防止缩孔和缩松措施定向（顺序）凝固：在可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，并同时采取其他措施，先使铸件上远离冒口或浇注部位凝固，然后使靠近冒口部位凝固，最后冒口本身凝固。使先凝固的收缩量由后凝固的液体补充，最后将缩孔转移至冒口中。安放冷铁当仅靠铸件顶部的冒口补缩，难以保证铸件底部厚大部位不出现缩孔时。应在该厚大部位设置冷铁，以加快其冷却速度，使其最先凝固，以实现自下而上的顺序凝固。实现定向凝固方法：合理安放冒口实现定向凝固方法:设置补贴对于一些壁厚均匀的铸件，采用顶部设冒口和底部安放冷铁的工艺措施后，也难以保证其垂直壁上不出现缩孔和缩松。因此，需在其立壁上增加补贴，即一个楔形厚度，使其形成一个从下而上递增的温度梯度，才能实现该铸件的顺序凝固。定向凝固的缺点：（1）冒口浪费金属；（2）铸件内应力大，易于变形和开裂。定向凝固的应用：主要用于必需补缩的地方。如铸钢、铝硅合金、高牌号灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和黄铜等。对于糊状凝固的合金一般不采用此工艺方法。（四）内应力、变形和裂纹1、铸造内应力铸件在凝固之后的冷却过程中，若其固态收缩受阻，由于各部分体积变化不一致，彼此制约引起的应力为铸造内应力。按应力产生的原因，铸造应力分为：热应力机械应力（1）热应力ⅠⅡ热应力是指因铸件壁厚不均匀或各部分冷却速度不同，致使铸件各部分的收缩不同步而引起的应力。铸件厚、大部分或心部受拉应力（+），薄壁或表层受压应力（-）。热应力产生过程当铸件处于高温阶段（t0-t1）时，两杆都处于塑性状态，尽管此时两杆的冷速不同、收缩也不同步，但瞬时的应力可通过塑性变形来自行消失，在铸件内无应力产生（图a）。继续冷却，冷速较快的杆II进入弹性状态，粗杆I仍然处于塑性状态（t1-t2），此时由于细杆II的冷速较快、收缩较大，所以细杆II会受到拉伸，粗杆I会受到压缩（图b），形成暂时内应力。但此内应力很快因粗杆I发生了微量的受压塑性变形而自行消失（图c）。当进一步冷至更低温度时（t2-t3），两杆均进入了弹性状态，此时由于两杆的温度不同、冷却速度也不同，所以二者的收缩也不同步，粗杆I的温度较高，还要进行较大的收缩，细杆II的温度较低，收缩已趋于停止，因此粗杆I的收缩必定受到细杆II的阻碍，于是杆II受压缩，杆I受拉伸（图d），直到室温。热应力的预防与消除铸件残留热应力预防原则及措施铸件残留热应力预防原则：减小铸件各部分间的温度差，使其均匀冷却。具体措施：设计时，尽量使铸件壁厚均匀生产上，“同时凝固”铸件残留热应力的消除方法：去应力退火同时凝固的具体工艺是将内浇口开在铸件的薄壁处，再在铸件厚壁处放置冷铁。同时凝固的原则可降低铸件产生应力、变形和裂纹的倾向；只是铸件的心部会产生缩孔或缩松缺陷。同时凝固原则只用于普通灰铸铁和锡青铜铸件的生产。同时凝固减少铸造内应力(2)机械应力机械应力铸件的固态收缩受铸型或型芯的机械阻碍而形成的应力。它是暂时的。防止措施是改善铸型和型芯的退让性。2、铸件的变形产生原因：铸件内部有残留应力。受拉内应力的部位产生压缩变形。防止变形的措施（1）尽可能使铸件的壁厚均匀或截面形状对称。（2）采取相应的工艺措施使其同时凝固。（3）“反变形”法--模型制成与变形方向正好相反的形状以抵消其变形。（4）设防变形拉筋。（5）对于不允许发生变形的重要机件必须进行时效处理。3、铸件的裂纹铸件的内应力超过其强度极限时便会产生裂纹。按照形成温度的不同，裂纹可分为热裂和冷裂。热裂是在铸件凝固末期的高温下形成的裂纹。冷裂是铸件凝固后，冷却到较低温度下形成的裂纹。两种裂纹的形状特点热裂：裂纹短、缝隙宽、形状曲折、缝内金属呈氧化色；冷裂：裂纹细小、呈连续直线状或圆滑曲线状、裂纹表面有金属光泽或呈微氧化色。防止热裂的方法i）选择结晶温度范围窄的合金生产铸件，因为结晶温度范围愈宽的合金，其液、固两相区的绝对收缩量愈大，产生热裂的倾向也愈大。如灰铸铁和球铁的凝固收缩很小，所以热裂倾向也小；但铸钢、铸铝和可