《機(jī)械制造技術(shù)》教材編寫(xiě)工作

河源理工學(xué)校

一體化教材

課程名稱：《機(jī)械制造技術(shù)》

適用專業(yè)：

學(xué)時(shí)數(shù)：90

學(xué)分：5

2015年3月

i錄

學(xué)習(xí)任務(wù)一鑄造...............................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

學(xué)習(xí)任務(wù)二鍛造...............................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

學(xué)習(xí)任務(wù)三焊接...............................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

學(xué)習(xí)任務(wù)四切削加工基礎(chǔ).......................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

學(xué)習(xí)任務(wù)五車削..............................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

學(xué)習(xí)任務(wù)六鉆削與鎮(zhèn)削........................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

學(xué)習(xí)任務(wù)七銃削...............................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

學(xué)習(xí)任務(wù)八磨削...............................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

學(xué)習(xí)任務(wù)九其它切削加工.......................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

學(xué)習(xí)任務(wù)十切削加工先進(jìn)技術(shù)..................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

學(xué)習(xí)任務(wù)十一機(jī)械加工工藝過(guò)程..................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

學(xué)習(xí)任務(wù)十二典型加工...........................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

學(xué)習(xí)任務(wù)十三鉗工與裝配.........................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

學(xué)習(xí)任務(wù)一鑄造

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1、掌握鑄造的特點(diǎn)及分類

2、掌握鑄造毛坯的成型方法及應(yīng)用

【知識(shí)準(zhǔn)備】

一、概述

鑄造是將熔煉成液體的金屬注入預(yù)先造好的鑄型空腔內(nèi)，待液態(tài)金屬冷卻、凝固后，把

鑄型打開(kāi)、取出所形成的鑄件毛坯，清理掉由于工藝需要而添加的部分（如澆口、冒口等）

后，獲得工程上所需形狀和性能的一種工藝方法。鑄造成本低、工藝靈活，可以獲得形狀復(fù)

雜和大型的鑄件。鑄造成形適用范圍廣，具有極高的綜合經(jīng)濟(jì)性能，是機(jī)械零件毛坯的主要

提供者，是制造機(jī)械零件毛坯的常用方法。鑄件在機(jī)械產(chǎn)品中占有很大的比重，例如：內(nèi)燃

機(jī)的關(guān)鍵零件（如曲軸、缸體、缸蓋、進(jìn)氣管、連桿等）都是鑄件，占內(nèi)燃機(jī)重量的80%?

90%,汽車工業(yè)中鑄件占20%?30%,機(jī)床、拖拉機(jī)、液壓泵、閥體和通用機(jī)械中鑄件占65%~

80%,此外，礦山冶煉（鋼、鐵、有色金屬）、能源（水、火、核電等）、海洋、航空航天

等工業(yè)的重大裝備中鑄件均占有較大的比重，起著重大的作用。

鑄造是一種古老的零件制造方法，在我國(guó)可以追溯到6000年前。隨著工業(yè)技術(shù)和科學(xué)

技術(shù)的發(fā)展，鑄造技術(shù)發(fā)展也很迅速，特別是在19世紀(jì)末到20世紀(jì)上半葉，出現(xiàn)了許多新

的鑄造方法，如低壓鑄造、陶瓷鑄造、連續(xù)鑄造等。鑄造在20世紀(jì)下半葉得到了較好的完

善和發(fā)展。現(xiàn)如今，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)鑄造質(zhì)量、精度、成本和自動(dòng)化等要求越來(lái)越高，鑄造技術(shù)

逐漸向著精密化、大型化、高質(zhì)量、清潔化、機(jī)械化和自動(dòng)化方向發(fā)展，從“經(jīng)驗(yàn)”走向“定

量”，從“技藝”走向“科學(xué)”?

鑄造的主要特點(diǎn)：

1）工藝靈活性大

鑄造能夠在很大的范圍內(nèi)生產(chǎn)各種尺寸、重量、形狀的毛坯，特別是帶有復(fù)雜內(nèi)腔，其

它方法不易成行的毛坯。

2）適用材料范圍廣

大多數(shù)的金屬材料都適用于鑄造生產(chǎn)，如鑄鐵、鑄鋼和鑄造非鐵合金，特別是脆性材料,

如鑄鐵，只適用于鑄造成形。

3）生產(chǎn)成本低

鑄造原材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，廢品、廢料可重新熔煉使用，材料利用率高。

4）鑄造生產(chǎn)工藝多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，鑄件質(zhì)量較難控制。

鑄造主要工藝過(guò)程包括：金屬熔煉、模型制造、澆注、金屬凝固和脫模清理。鑄造的主

要材料是鑄鋼、鑄鐵、鑄造有色金屬等。鑄造方法包括砂型鑄造和特種鑄造兩大類，其中砂

型鑄造最常用。其種類如下圖1.1所示：

二'砂型鑄造

砂型鑄造是將熔煉的液體金屬澆注到砂制鑄腔內(nèi)，經(jīng)冷卻、凝固獲得所需形狀和性能的

鑄件生產(chǎn)方法。砂型鑄造適用性強(qiáng)，使用的工具、模具簡(jiǎn)單，成本低。因此，盡管砂型鑄造

生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜、鑄件的質(zhì)量不高，但仍是目前應(yīng)用最為廣泛的鑄造方法。砂型鑄造的生產(chǎn)工

序較多，其主要的工序有預(yù)備工序（包括模樣、芯盒制作和配沙）、造型工序（包括造型、

制芯和合箱）、熔化金屬與澆注、落砂、鑄件清理與檢驗(yàn)等。如圖1.2所示為套筒鑄件的生

產(chǎn)工序過(guò)程。

粘土濕型

（粘土砂型<粘土半干性

I粘土干型

植物油砂型

吠喃樹(shù)脂砂型

（加熱硬化砂型酚醛樹(shù)脂砂型（殼型、殼芯）

礦渣水玻璃砂型

I聚乙烯醇砂型

水玻璃砂型

有機(jī)酯硬化砂型

無(wú)機(jī)粘結(jié)劑砂型

L水泥砂型

砂型自硬砂型

化學(xué)粘結(jié)劑砂型堿性酚醛樹(shù)脂自硬砂型

有機(jī)粘結(jié)劑砂型

胭烷樹(shù)脂自硬砂

腺吠喃樹(shù)脂自硬砂型

吹二氧化碳硬化砂型

水玻璃砂型

VRH法

I吹氣硬化砂型Yr三乙胺冷芯盒法

L有機(jī)粘結(jié)劑砂型Y

二氧化硫冷芯盒法

c冰凍鑄造

酚醛樹(shù)脂硬化法

減壓鑄造

無(wú)粘結(jié)劑砂型<

真空吸鑄

I消失模鑄造

圖I』砂型鑄造的主要分類

圖1.2套筒鑄件的砂型鑄造過(guò)程

1、造型材料和制芯材料

造型材料有型砂和芯砂之分。型砂和芯砂是由原砂、粘結(jié)劑、水及其他附加物（如煤油、

重油和木屑等）經(jīng)混合而成，型砂和芯砂的質(zhì)量對(duì)鑄件質(zhì)量影響較大。因此，必須合理的選

用、配制型砂和芯砂。

1）型砂的組成

型砂主要由原砂、黏結(jié)劑、水和附加物配制而成。

⑴原砂：主要以硅砂為主。

硅砂顆粒堅(jiān)硬，耐火度高，SiO2含量越高越好。砂的粒度大，較均勻，形狀圓形，透

氣性好，鑄造用砂要求原砂中的SiO2含量在85%以上。

⑵黏結(jié)劑：主要起粘結(jié)作用。

黏結(jié)劑使砂型具有一定的強(qiáng)度和可塑性，生產(chǎn)中常采用水玻璃、水泥、植物油、淀粉、

合成樹(shù)脂等作為黏結(jié)劑。

⑶水：主要起稀釋作用。

水能影響砂型的強(qiáng)度、透氣性、可塑性及發(fā)氣量，應(yīng)嚴(yán)格控制其加入的比例。

（4）附加物：型砂需要具有某種特殊性能而加入的少量其它物質(zhì)。

為了降低鑄件表面的粗糙度，在型砂中加入煤粉。為了提高鑄型的透氣性和退讓性，在

干型中加入鋸末和焦炭。

2）芯砂

在鑄造過(guò)程中型芯處于金屬熔液的包圍之中，工作條件比型砂惡劣，因此芯砂應(yīng)具有更

高的強(qiáng)度、耐火性、透氣性和退讓性。

2、造型方法

用造型混合料，按照模樣形狀制造鑄型的過(guò)程稱為造型。造型是砂型鑄造中最主要的工

序，按照緊實(shí)型砂的方法，造型可以分為手工造型和機(jī)器造型，手工造型主要用于單件、小

批生產(chǎn)，機(jī)器造型用于大批生產(chǎn)。

1）手工造型

全部用手工或手動(dòng)工具完成的造型工序。其分類較多，主要的種類如下。

⑴整模造型

整模造型的模樣是整體構(gòu)造，鑄型型腔全部在一個(gè)砂箱內(nèi)，分型面是平面，與分模面多

為同一平面。整模造型簡(jiǎn)單，鑄件不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)型缺陷，適用于最大截面在一端，并且為平面

的鑄件。整模造型方法如圖1.3所示。

圖1.3整模造型方法

a）造下型，b）造上型，c）開(kāi)澆口杯、扎通氣孔，d）起模，e）合型箱

⑵分模（兩箱）造型

分模造型的模樣分成兩半，型腔被分置在兩個(gè)砂箱內(nèi)，分模面是模樣的最大截面。鑄型

由上型和下型構(gòu)成，操作方便，但易產(chǎn)生合型誤差而形成錯(cuò)型。分模造型適用于形狀復(fù)雜有

良好對(duì)稱面的鑄件，如套筒、管道和閥體的大批生產(chǎn)。分模（兩箱）造型方法如圖1.4所示。

a）零件b）模樣c）造上型d）造下型e）合箱

⑶三箱造型

用三箱造型制造鑄型，鑄型由上、中、下、三型構(gòu)成，中箱的高度與鑄件的兩個(gè)分型面

間距相同。三箱造型操作費(fèi)時(shí)、費(fèi)工，主要用于具有兩個(gè)分型面鑄件的單件、小批生產(chǎn)。三

箱造型方法如圖1.5所示?

fIi6

工

l

「l

與

二?

.

二

--.3.

工

3

圖1.5三箱造型方法

a）鑄件b）模樣c）造下型d）造中型e）造上型f）起模g）合箱

⑷挖砂造型

工程生產(chǎn)中有些鑄件（如手輪），其最大的截面不在一端，模型又不允許分成兩半（模

型太薄或制造分模很費(fèi)事、費(fèi)力），則采用挖砂造型。挖砂造型操作技術(shù)要求較高，生產(chǎn)效

率較低，只適用于單件生產(chǎn)。挖砂造型方法如圖1.6所示。

圖1.6挖砂造型方法

⑸假箱造型

為克服挖砂造型的挖砂缺點(diǎn)，在造型前預(yù)先制作一個(gè)與分模型面相吻合的底胎，然后在

底胎上造型，因底胎不參加澆注，故稱為假箱。假箱造型比挖砂造型簡(jiǎn)便，并且分型面整齊,

實(shí)用于成批生產(chǎn)中需要挖砂的鑄件。

（6）活塊造型

當(dāng)鑄件中出現(xiàn)有妨礙起模的小凸臺(tái)、筋條時(shí)，在制模過(guò)程中需要將這些小凸臺(tái)、筋條制

成活動(dòng)的（即活塊）。在起模時(shí)，先起出主體模樣，再?gòu)膫?cè)面將制模時(shí)的活塊取出。活塊造

型費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，技術(shù)要求較高。適用于鑄件上帶有突出部位的單件、小批生產(chǎn)?；顗K造型方

法如圖1.7所示。

圖1.7活塊造型方法

⑺刮板造型

刮板造型是一種不用模板而用刮板操作技術(shù)的造型和制芯方法。刮板造型可以降低模樣的成

本、材料，縮短生產(chǎn)周期。同時(shí)，生產(chǎn)效率較低，技術(shù)要求高。適用于等截面或回轉(zhuǎn)體大、

中型鑄件（如帶輪、鑄管、彎頭等）的單件、小批生產(chǎn)。刮板造型方法如圖1.8所示

圖5.8刮板造型方法

a）制造上型，b）制造小型，c）鑄型

2）機(jī)器造型

隨著科學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代化大生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)器造型已逐漸替代大部分的手工造型。機(jī)器造

型生產(chǎn)效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度較小、鑄件質(zhì)量穩(wěn)定，對(duì)工人技術(shù)要求不高，易于掌握，是成批生

產(chǎn)鑄件的主要方法，如汽車、機(jī)床等鑄件的生產(chǎn)主要采用的是機(jī)器造型。機(jī)器造型主要是造

型過(guò)程中的緊砂和起模操作實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，造型機(jī)的種類較多，主要有振壓式、拋砂式和射壓

式。隨著鑄造工藝技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備的不斷發(fā)展，還出現(xiàn)了高壓造型、射壓造型、空氣沖擊造

型等先進(jìn)的造型設(shè)備，并出現(xiàn)了造型生產(chǎn)線，即將造型機(jī)和其他的輔助設(shè)備按照一定的工藝

流程，用運(yùn)輸設(shè)備（鑄型運(yùn)輸機(jī)、輻道等）聯(lián)系起來(lái)，組成一套機(jī)械化、自動(dòng)化鑄造生產(chǎn)線,

自動(dòng)化造型生產(chǎn)線如下圖L9所示。

圖1.9自動(dòng)化造型生產(chǎn)

三、特種鑄造

砂型鑄造以外的鑄造方法統(tǒng)稱為特種鑄造。與砂型鑄造相比,特種鑄造鑄件尺寸精度高,

表面粗糙度較低，減少或不需要切削加工即可獲得能裝配使用的零件。特種鑄造具有機(jī)械性

能較好，生產(chǎn)效率高，成本低等特點(diǎn)。特種鑄造的種類較多，常用的有金屬型鑄造、壓力鑄

造、低壓鑄造、熔模鑄造和離心鑄造。

1、金屬型鑄造

金屬型鑄造是將液態(tài)金屬澆入到金屬鑄型內(nèi)以獲得鑄件的一種鑄造加工工藝方法。由于

金屬鑄型可以反復(fù)使用多次，故把金屬型鑄造又稱為永久型鑄造或硬模鑄造。金屬鑄型一般

用鑄鐵制成，也可以采用鑄鋼。鑄件的內(nèi)腔可用金屬型芯或砂芯來(lái)形成，為了便于金屬型芯

從鑄件中取出，除在金屬型芯上設(shè)有抽芯機(jī)構(gòu)外，對(duì)于一些特殊形狀（如有側(cè)凹）的內(nèi)腔，

金屬型芯必須采用分塊組合的形式。

金屬型鑄造主要的特點(diǎn)：

1）實(shí)現(xiàn)了一型多鑄，簡(jiǎn)化了配砂、選型、落砂等許多砂型鑄造必不可少的工序，使生

產(chǎn)效率大大提高，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)。

2）鑄件尺寸精度高，可達(dá)到IT12?IT16,表面光潔，由于鑄件的冷卻速度較快，晶粒

致密，鑄件的力學(xué)性能比砂型鑄件要高。

3）節(jié)約生產(chǎn)場(chǎng)地，改善勞動(dòng)條件，節(jié)約造型材料的消耗。

同時(shí)，金屬型鑄造在應(yīng)用中也受到一些限制，由于金屬型的制造成本高，周期長(zhǎng)，導(dǎo)致

不適合于單件、小批生產(chǎn)。鑄件的外形和內(nèi)腔不能過(guò)于的復(fù)雜，鑄件不易過(guò)薄，否則會(huì)產(chǎn)生

澆不足等缺陷。目前，金屬型鑄造主要用于鋁、銅、鎂等有色金屬鑄件的大批生產(chǎn)和一些鑄

鐵的小批生產(chǎn)。

2、壓力鑄造

壓力鑄造是指在高壓（大約30?70MPa）下快速地將液態(tài)或半液態(tài)的金屬填充到鑄型

行腔，使金屬在壓力下成型、凝固、結(jié)晶并獲得鑄件的一種鑄造加工工藝方法，簡(jiǎn)稱壓鑄。

高壓和快速填充鑄型是壓鑄的兩大特點(diǎn)，與其它的鑄造方法相比，壓鑄主要優(yōu)點(diǎn)：

1）生產(chǎn)效率高。每小時(shí)可壓鑄50?150次，最高的可達(dá)到150次，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化半

自動(dòng)化生產(chǎn)。

2）鑄件的尺寸精度高。精度一般可達(dá)到IT11?IT13,并可以鑄出形狀復(fù)雜的極薄件或

帶有小孔、螺紋的鑄件。

3）鑄件冷卻速度快，并在壓力下結(jié)晶，使得鑄件晶粒細(xì)小，合金的強(qiáng)度、硬度較高。

4）經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)良.由于壓鑄鑄件尺寸精確，表面光潔度好，一般不需要再進(jìn)行機(jī)械加

工或加工量很小就可以直接使用，故提高了金屬材料的利用率。

壓力型鑄造雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有一些缺點(diǎn)尚待解決。

1）鑄件易產(chǎn)生氣孔，不能進(jìn)行熱處理；

2）對(duì)內(nèi)凹比較復(fù)雜的鑄件，壓鑄較為困難；

3）對(duì)高熔點(diǎn)的合金（如銅、黑色金屬），壓鑄型壽命較低：

4）壓鑄型鑄造成本比較高，壓鑄機(jī)生產(chǎn)效率高，小批生產(chǎn)不經(jīng)濟(jì)。

3、低壓鑄造

低壓鑄造是將液體金屬在低壓力（大約20?70KPa）作用下填充型腔以獲得鑄件，介于

金屬鑄造和壓力鑄造之間的一種鑄造加工工藝方法。由于所用的壓力較低，所以稱為低壓鑄

造。

與其它鑄造方法相比，低壓鑄造主要優(yōu)點(diǎn)：

1）澆注時(shí)壓力和速度便于調(diào)節(jié)，充型平穩(wěn)，對(duì)鑄型的沖刷力小，氣體較易排除，較適

用于各種不同的鑄型（如金屬型、砂型、熔模型等）o

2）低壓鑄造便于實(shí)現(xiàn)順序凝固，以防止縮孔和縮松的產(chǎn)生，有效地克服「鋁合金的針

孔缺陷。

3）鑄件的表面質(zhì)量高于金屬型，精度在IT12?IT14,組織致密，力學(xué)性能高。

4）由于澆注系統(tǒng)不用冒口，金屬利用率較高，一般在90%以上。

低壓鑄造勞動(dòng)條件好，設(shè)備簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和機(jī)械化生產(chǎn)。目前廣泛應(yīng)用于很多企

業(yè)生產(chǎn)部門的鋁合金鑄件（如汽缸體、缸蓋、活塞、曲軸箱、殼體等）大批生產(chǎn)。也用于球

墨鑄鐵、銅合金等較大鑄件的生產(chǎn)。

4、熔模鑄造

熔模鑄造通常是在蠟?zāi)１砻嫔贤可蠑?shù)層耐火材料，經(jīng)干燥、硬化后，將其中的蠟?zāi)Ｈ刍?/p>

排出模型外而制成型殼，再經(jīng)過(guò)焙燒、澆注，從而獲得鑄件的一種鑄造加工工藝方法。由于

熔模廣泛采用蠟質(zhì)材料來(lái)制造，故又把熔模鑄造稱為“失蠟鑄造”。

與其它鑄造方法相比，熔模鑄造的主要優(yōu)點(diǎn)：

1）熔模鑄件形狀復(fù)雜，精度和表面質(zhì)量較高，精度在IT11?IT14?？缮a(chǎn)形狀復(fù)雜薄

壁鑄件，鑄件最小壁厚達(dá)0.3mm,鑄件上可鑄出最小孔徑達(dá)0.5mm。

2）由于型殼用高級(jí)耐火材料制成，故能適用于各種合金的鑄造生產(chǎn)，如碳素鋼、合金

鋼、不銹鋼、精密合金、軸承合金、銅合金、鋁合金、鈦合金和球墨鑄鐵等。對(duì)一些高熔點(diǎn),

切屑加工難的合金（如高鋪鋼、磁鋼、耐熱合金鋼）的鑄造適用性能更加顯著。

3）熔模鑄造生產(chǎn)批量不受限制，即適用于大量、成批生產(chǎn)，也適用于單件生產(chǎn)。

熔模鑄造材料昂貴、工藝過(guò)程繁雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，鑄件成本比砂型鑄造高數(shù)倍，難于實(shí)

現(xiàn)全盤的機(jī)械化和自動(dòng)化。熔模鑄件不易過(guò)大、過(guò)長(zhǎng)，一般在幾十克到幾十千克之間，最多

不超過(guò)25千克。目前熔模鑄造主要用于機(jī)床、汽車、汽輪機(jī)、兵器、儀表、刀具等制造行

業(yè)中形狀復(fù)雜的零件鑄造生產(chǎn)。

5、離心鑄造

離心鑄造是將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)（250-1500r/min）的鑄型內(nèi)，使液態(tài)金屬在離心

力的作用下充填鑄型和凝固成型的一種鑄造加工工藝方法。

離心鑄造的主要特點(diǎn)：

1）液體金屬能在鑄型中形成中空的圓柱形自由表面，利用自由表面生產(chǎn)圓形鑄件時(shí)，

可省去型芯和澆注系統(tǒng)，做到省工、省料，降低生產(chǎn)成本。

2）由于液體金屬在離心力的作用下充填型腔，其充填能力強(qiáng)，便于流動(dòng)性差的合金及

薄件的生產(chǎn)。

3）由于離心力的作用，鑄件由外向內(nèi)順序凝固，極少存在縮孔、氣孔、夾渣等缺陷，

鑄件組織致密。

離心鑄造的鑄件易產(chǎn)生偏析，內(nèi)表面較粗糙，若需要進(jìn)行切削加工，必須增加加工余量。

離心鑄造不適于鑄造比重偏析大的合金和輕合金，如鋁合金、鎂合金等。離心鑄造需要較多

的設(shè)備投資，其生產(chǎn)設(shè)備成本較高，不適于單件、小批生產(chǎn)。離心鑄造是鐵管、汽缸套、銅

套、雙金屬軸承的主要生產(chǎn)方法。鑄件的質(zhì)量可達(dá)兒十噸，在耐熱鋼輻道、特殊鋼的無(wú)縫管

坯等鑄造生產(chǎn)中，離心鑄造現(xiàn)已被采用。

6、幾種鑄造方法比較

以上介紹了幾種基本的鑄造生產(chǎn)方法，總的說(shuō)來(lái)，鑄造是一種不受尺寸、形狀、合金種

類和重量限制的凝固成形方法。沒(méi)有那一種方法可以滿足或適合所有的鑄造情況，每一種方

法都有缺點(diǎn)，都有各自最適合的情況，其選擇的原則有是可能只取決于某一因數(shù)，而有時(shí)又

會(huì)是幾個(gè)因數(shù)共同起作用來(lái)決定鑄造方法。表5.1列出了幾種主要鑄造類型的比較。

表5.1幾種主要鑄造類型的比較

造類型

砂型鑄造熔模鑄造金屬鑄造壓力鑄造低壓鑄造

比較項(xiàng)

不限制，不限制，以有色金鋁、鋅、鎂等低熔點(diǎn)以有色合金為主，

適用金屬任意

以鑄鋼為主屈為主金屬也可用于黑色金屈

適用鑄件小于25kg,以中、小、鑄件為一般為10kg以中、小

任意

大小以小鑄件為主主以下鑄件鑄件為主

一般用于成批、大

批量不限制量生產(chǎn)，也可用于成批、大量成批、大量成批、大量

小批生產(chǎn)

鑄件尺寸

100+1.0mm100±0.3mm100±0.4mm100+0.3mm100±0.4mm

公差/mm

鑄件表面粗糙度

粗糙25?3.2nun25?12.5mm6.3?1.6nun25?6.3mm

Ra/um

鑄件內(nèi)部表面細(xì)結(jié)晶，內(nèi)部多

結(jié)晶粗結(jié)晶粗結(jié)晶細(xì)細(xì)結(jié)晶

質(zhì)量有氣孔

鑄件加工

大小或不加工小小或不加工較小

余量

生產(chǎn)率（一邊機(jī)械

低、中低、中中、高最高中

化程度）

鑄件鋁合金2.0?

3.Oinm通常0.7min0.5?1.Onun一般2.Oimn

最小壁厚/nun3.0mm,鑄鐵4.0mm

四、常用合金鑄件的生產(chǎn)特點(diǎn)

鑄鐵（含碳量大于2.11%）是極其重要、應(yīng)用最為廣泛的鑄造合金，大量用于制造機(jī)械

設(shè)備。根據(jù)石墨形態(tài)的不同，鑄鐵分為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵四大類。相

比較而言，灰鑄鐵的鑄造性能優(yōu)良，強(qiáng)度、塑性較差，常用于機(jī)床防護(hù)罩、小手柄、機(jī)座、

支架、箱體、帶輪、軸承座、泵體、閥體、飛輪和電動(dòng)機(jī)座等鑄件的生產(chǎn)。球墨鑄鐵綜合力

學(xué)性能較好，但其鑄造的性能不如灰鑄鐵，常用于汽車、拖拉機(jī)底盤零件，閥體和閥蓋，機(jī)

油泵齒輪，柴油機(jī)和汽油機(jī)中的曲軸、缸體和缸套等鑄件的生產(chǎn)。蠕墨鑄鐵的鑄造性能介于

灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間，常用于汽缸蓋、汽缸套、鋼錠模、軋輯模、玻璃瓶模和液壓閥等鑄

件生產(chǎn)。

鑄鋼也是一種重要的鑄造合金。鑄鋼件的年產(chǎn)量?jī)H次于灰鑄鐵件，約為可鍛鑄鐵和球墨

鑄鐵的總和。鑄鋼不僅強(qiáng)度高，還有優(yōu)良的塑性和韌性，比較適用于制造形狀比較復(fù)雜、強(qiáng)

度和韌性要求高的零件生產(chǎn)。此外，鑄鋼的焊接性能好，便于采用（鑄一焊）聯(lián)合制造巨大

鑄件。但鑄鋼的澆注溫度高、密度大、流動(dòng)性差，鋼水易吸氣和氧化，其體積收縮率約為鑄

鐵的三倍。因此，鑄鋼的鑄造性能較差，容易產(chǎn)生澆不足、氣孔、縮孔、縮松、熱裂、粘砂

等鑄造缺陷。為克服這些缺陷，在現(xiàn)代工業(yè)中，常常在生產(chǎn)工藝上采取一些相應(yīng)的措施來(lái)進(jìn)

行彌補(bǔ)。鑄鋼常用于鐵路車輛上的搖枕、側(cè)架、車輪及車鉤，重型水壓機(jī)橫梁，大型軋鋼機(jī)

機(jī)架、齒輪等大型鑄件的生產(chǎn)。

銅合金和鋁合金是用來(lái)制造鑄件的非鐵碳合金。鑄造黃銅用于一般用途的軸瓦、襯瓦、

齒輪等耐熱件和閥門等耐蝕件的鑄造。鋁合金分為鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金和鋁鋅合

金。鑄造鋁合金由于密度小、熔點(diǎn)低、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐蝕性優(yōu)良，廣泛采用金屬型及壓

力鑄造等鑄造方法。提高鑄件的內(nèi)部質(zhì)量、尺寸精度、表面光潔程度以及生成率，特別適用

于鑄造薄壁和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件。

學(xué)習(xí)任務(wù)二鍛造

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1、掌握鍛造的特點(diǎn)及分類

2、掌握鍛造毛坯的成型方法及應(yīng)用

【知識(shí)準(zhǔn)備】

一、概述

鍛壓是指金屬在外力作用下，利用材料所具有的塑性,使坯料產(chǎn)生局部或全部塑性變形,

從而獲得一定幾何尺寸、形狀和內(nèi)部組織以及力學(xué)性能的零件和毛坯的鍛件加工方法。鍛壓

屬于壓力加工或塑性變形成形的范疇。

鍛壓生產(chǎn)過(guò)程中，金屬在外力作用下經(jīng)塑性變形和再結(jié)晶，壓合鑄件組織的內(nèi)部缺陷（如

氣孔、縮孔、微裂紋等），使鑄件組織致密，晶粒細(xì)化，內(nèi)部雜質(zhì)呈鍛造流線形狀分布，改

善和顯著提高鑄件的力學(xué)性能。因此，一些承受重大載荷的機(jī)器零件，如機(jī)床的主軸、重要

齒輪、連桿和槍管等，通常采用鍛件作毛坯，再經(jīng)切削加工而制成。

由于鍛壓件是在固態(tài)下成型，金屬的流動(dòng)性較差，所以，鍛件形狀（特別是內(nèi)腔形狀）

所能達(dá)到的復(fù)雜程度遠(yuǎn)不如鑄件，一般鍛件的尺寸精度不高。鍛壓加工需要重型的機(jī)器設(shè)備

和較復(fù)雜的模具，對(duì)廠房地基要求較高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境和勞動(dòng)條件差。近年來(lái)，隨

著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鍛壓工藝和設(shè)備日益完善，特別是電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在生產(chǎn)中的普

遍應(yīng)用，使鍛件在品種、重量和尺寸不斷擴(kuò)大，鍛壓件精度和表面質(zhì)量大大提高。一些鍛件

可以達(dá)到車削、銃削的水平，有的甚至能達(dá)到磨削的水平。金屬利用率和生產(chǎn)率也不斷的提

高，塑性成型加工在機(jī)械制造、軍工、航空、輕工、家用電器等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。飛

機(jī)上的塑性成型零件約占85%,機(jī)床、汽車、拖拉機(jī)上的鍛件約在60%—80%。

鍛造按其成形的方式不同，可分為自由鍛造和模型鍛造兩大類。

二'自由鍛

自由鍛是利用沖擊力或壓力使金屬在通用工具（如大錘、手錘、夾鉗、沖子和型錘）與

下砧之間產(chǎn)生塑性變形，或者在鍛造設(shè)備的上、下砧之間直接發(fā)生塑性變形，從而獲得所需

工件形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛造加工方法。自由鍛按照設(shè)備和操作形式可以分為手工自由鍛和機(jī)

器自由鍛。手工自由鍛生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，沖擊力小，只能生產(chǎn)小型鍛件。隨著科學(xué)

技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高以及工藝裝備現(xiàn)代化，手工自由鍛基本上被機(jī)器自由鍛取代。

自由鍛工藝靈活、工具簡(jiǎn)單、通用性大、成本低，生產(chǎn)的鍛件質(zhì)量可達(dá)幾十克至數(shù)百噸

之間，應(yīng)用極為廣泛。自由鍛是鍛造大型鑄件的惟一方法，如水輪發(fā)電機(jī)機(jī)軸、渦輪盤、船

用柴油機(jī)曲軸、多拐曲軸、重要大型連桿、齒輪等。但自由鍛件尺寸精度差，加工余量大，

材料消耗多，勞動(dòng)條件差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低，對(duì)工人技術(shù)水平要求高，一般只適用于

單件、小批生產(chǎn).

1＞自由鍛主要設(shè)備

自由鍛造的設(shè)備根據(jù)其對(duì)坯料作用力的性質(zhì)不同可分為鍛錘和液壓機(jī)兩大類。

1）鍛錘

鍛錘是一種沖擊作用式動(dòng)力鍛造設(shè)備，鍛錘產(chǎn)生沖擊力使金屬坯料發(fā)生塑性變形。鍛錘

的規(guī)格(打擊能量)大小，用其落下部分的質(zhì)量表示。砧座的質(zhì)量越大，打擊效率越高。生

產(chǎn)中使用的鍛錘主要有空氣錘和蒸汽-空氣錘兩種，空氣錘的噸位較小，一般為65?750kg,

可以鍛造100kg以下的鍛件。蒸汽-空氣錘的噸位較大，一般為1?5t,可以鍛造質(zhì)量小于

1500kg的鍛件。

2)液壓機(jī)

液壓機(jī)是產(chǎn)生靜壓力使金屬坯料發(fā)生變形，生產(chǎn)中使用的液壓機(jī)主要是水壓機(jī)，其噸位

以加工時(shí)所產(chǎn)生的最大靜壓力表示，噸位規(guī)格為500?150003可以鍛造質(zhì)量達(dá)1?1500kg

的鍛件。水壓機(jī)工作時(shí)振動(dòng)較小，噪音小，工作條件好，作用在坯料上的靜壓力時(shí)間比自由

鍛錘作用在坯料上的沖擊力時(shí)間長(zhǎng)，易使坯料鍛透，能夠很容易達(dá)到較大的鍛造深度，改變

鍛件內(nèi)部質(zhì)量。目前，水壓機(jī)是鍛造大型鍛件的主要設(shè)備，所鍛鋼錠的質(zhì)量為1?30(%

2、自由鍛基本工序

自由鍛生產(chǎn)中能進(jìn)行的工序很多，一般可以分為基本工序、輔助工序、精整工序三類.

1)基本工序

自由鍛基本工序有拔長(zhǎng)、鍛粗、彎曲、沖孔、切割、扭轉(zhuǎn)、錯(cuò)移和鍛接等幾種。

⑴拔長(zhǎng)

拔長(zhǎng)又稱為延伸，是使坯料截面面積減少，長(zhǎng)度增加的一種鍛造工序。拔長(zhǎng)是自由鍛造

中應(yīng)用最多的一種工序。根據(jù)成型方式的不同可分為整體拔長(zhǎng)、局部拔長(zhǎng)、芯軸拔長(zhǎng)等。適

用于軸、桿件類鍛件的生產(chǎn)。

⑵徽粗

徽粗是使坯料截面積增大、高度減小的一種鍛造工序。根據(jù)成型方式的不同可分為局部

徽粗和完全鍛粗。主要用于從截面積較小的坯料鍛粗到截面積較大的坯料。適用于塊狀、盤

套類、圓盤類等鍛件的生產(chǎn)。有時(shí)也用于作為環(huán)、套、筒類等空心鍛件沖孔前的預(yù)備工序.

⑶彎曲

彎曲是使坯料軸線偏移一定角度的一種鍛造工序。主要用來(lái)鍛造各種彎曲的鍛件，如角

尺、吊鉤和U型彎板。

⑷沖孔

沖孔是用沖頭在坯料上沖出通孔或盲孔的一種鍛造工序。也可用于心軸上拔長(zhǎng)或擴(kuò)孔前

的預(yù)備工序，主要適用于齒輪、圓環(huán)、套筒等空心鍛件的生產(chǎn)。

⑸切割

切割是分割坯料或切除鍛件余量的一種鍛造工序。如切除鍛件的料頭、鋼錠的冒口等。

(6)扭轉(zhuǎn)

扭轉(zhuǎn)是使坯料一部分相對(duì)另一部分繞共同的軸心線旋轉(zhuǎn)一定角度的一種鍛造工序。主要

用于曲軸、麻花鉆等鍛件的生產(chǎn)。

⑺錯(cuò)移

錯(cuò)移是使坯料的一部分相對(duì)另一部分平移錯(cuò)開(kāi)，但仍保持坯料軸心平行的一種鍛造工

序。錯(cuò)移之前需先在錯(cuò)開(kāi)部分壓肩，然后再進(jìn)行錯(cuò)移。主要用于曲拐、曲軸類鍛件的生產(chǎn)。

(8)鍛接

鍛接是使兩分離工件加熱到高溫，在壓力作用下，兩者在固態(tài)下結(jié)合成一牢固整體的一

種鍛造工序。

2)輔助工序

自由鍛造的輔助工序是為鍛造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

棱邊、壓肩等。

3）精整工序

精整工序是為提高鍛件表面質(zhì)量而進(jìn)行的工序。如清除鍛件表面凸、凹不平及整形等,

一般是在終鍛溫度以下進(jìn)行。

一般鍛件的大致分類及所用工序見(jiàn)表6.1

表6.1自由鍛鍛件分類及鍛造工序

鍛件類型圖例鍛造工序?qū)嵗?/p>

盤類、圓環(huán)徽粗、沖孔、擴(kuò)孔定齒輪、法蘭套筒、圓環(huán)

類鍛件事I3徑等

鎖粗、沖孔、芯棒拔

筒類零件圓筒、套筒等

7M長(zhǎng)、滾圓

軸類零件拔長(zhǎng)、壓肩、滾圓主軸、轉(zhuǎn)動(dòng)軸等

czz拔長(zhǎng)、壓肩、修整沖

桿類零件連桿等

LZZZ?任壬孔

拔長(zhǎng)、錯(cuò)移、壓肩扭

曲軸類零件曲軸、偏心軸等

轉(zhuǎn)、滾圓

彎曲類零件拔長(zhǎng)、彎曲吊鉤、彎桿等

三、模具鍛造

模具鍛造是利用模具使坯料在模膛內(nèi)受壓變形而獲得所需鍛件的鍛造方法。在變形過(guò)程

中，模膛對(duì)金屬坯料流動(dòng)進(jìn)行限制，使金屬坯料充滿模膛，獲得與模膛形狀相同的鍛件。與

自由鍛造相比，模具鍛造具有以下特點(diǎn)：

1）生產(chǎn)效率高。模具鍛造時(shí)，金屬變形是在模膛內(nèi)進(jìn)行，所以生產(chǎn)效率一般比自由鍛

造高3?4倍，甚至十幾倍。

2）由于模鍛鍛件成形是在模膛進(jìn)行，所以鍛件的表面光潔度、尺寸精度高，加工余量

小，可鍛出形狀復(fù)雜，接近于成品的鍛件。

3）材料利用率高，節(jié)約機(jī)加工工時(shí)，操作簡(jiǎn)單，質(zhì)量容易控制，生產(chǎn)過(guò)程易實(shí)現(xiàn)機(jī)械

化、自動(dòng)化。

但是，鍛造模具材料比較昂貴，制造周期長(zhǎng)，成本高，每種鍛模只可以加工一種鍛件，

需要噸位較大的專用設(shè)備，模鍛件質(zhì)量一般小于150kgo

目前，模具鍛造生產(chǎn)已廣泛地應(yīng)用于汽車、航空航天、機(jī)床、動(dòng)力機(jī)械和國(guó)防工業(yè)等行

業(yè)中，而且隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，鍛件中模鍛件的質(zhì)量正逐漸

提高，向著高精度、柔性化、自動(dòng)化方向發(fā)展。

模具鍛造按照使用的設(shè)備不同可分為錘上模鍛、壓力機(jī)上模鍛和胎模鍛三類。

1、錘上模鍛

錘上模鍛所用設(shè)備為模鍛錘。主要有蒸汽-空氣模鍛錘、無(wú)砧座錘、高速錘三種。其中

蒸汽-空氣模鍛錘最常用，是目前我國(guó)普遍采用的主要模鍛設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。蒸

汽-空氣模鍛錘的動(dòng)力和錘擊能力與自由鍛造的蒸汽-空氣錘相同，主要區(qū)別在于模鍛錘的錘

頭與導(dǎo)軌之間的間隙比自由鍛錘?。粰C(jī)架直接安裝在砧座上，形成封閉結(jié)構(gòu)；砧座較重，約

為落下部分重量的20?25倍。模鍛錘的噸位以其落下部分的質(zhì)量來(lái)表示。常用模鍛錘的噸

位在I?16t之間，能鍛造質(zhì)量0.5?150kg的模鍛件。但由于蒸汽-空氣模鍛錘需要的鍋爐

設(shè)備龐大，技術(shù)落后，現(xiàn)已逐漸被液壓模鍛錘替代。

圖2.1蒸汽-空氣模鍛錘

1-砧座，2-下模，3-錘頭，4-氣缸，5-活塞，6-錘桿，7-上模

模膛是錘上模鍛最重要的組成部分，根據(jù)其功用的不同，模膛可分為模鍛模膛和制坯模

膛兩類。

1）模鍛模膛

模鍛模膛可分為預(yù)鍛模膛和終鍛模膛兩類。

⑴預(yù)鍛模膛

預(yù)鍛模膛的作用是使坯料變形到接近鍛件的形狀和尺寸，這樣進(jìn)行終鍛時(shí)，金屬容易充

滿終鍛模膛，經(jīng)過(guò)預(yù)鍛后再進(jìn)行終鍛，可以減少終鍛模膛的磨損，延長(zhǎng)鍛模的使用壽命。

⑵終鍛模膛

終鍛模膛的作用是使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸。因此，模膛的形狀應(yīng)和

鍛件的形狀相同。為使金屬很好地充滿模膛，終鍛模膛的尺寸應(yīng)比鍛件尺寸放大一個(gè)收縮量,

鋼件的收縮率一般取1.5%。同時(shí)為了容納多余的金屬，保證鍛件的形狀和尺寸，終鍛模膛

的分模面上應(yīng)設(shè)計(jì)一圈飛邊槽。對(duì)于具有通孔的鍛件，由于不可能靠上、下模突出部分將金

屬完全擠出，故在鍛件的孔中間留下一定厚度的金屬稱為沖孔連皮，不能鍛透。最后把沖孔

連皮和飛邊沖掉后，才能得到具有通孔的模鍛件。

2）制坯模膛

對(duì)形狀復(fù)雜的模鍛件，為使坯料形狀基本接近模鍛件形狀，使金屬能合理分布和很好地

充滿模鍛模膛，應(yīng)預(yù)先在制坯模膛內(nèi)進(jìn)行制坯。制坯模膛主要有以下幾類。

⑴拔長(zhǎng)模膛

拔長(zhǎng)模膛是用來(lái)減少坯料某部分的橫截面積，以增加該部分的長(zhǎng)度。拔長(zhǎng)模膛可分為開(kāi)

式和閉式兩類，一般設(shè)在鍛模的邊緣。生產(chǎn)中進(jìn)行拔長(zhǎng)操作時(shí)，坯料除向前送進(jìn)還需不斷翻

轉(zhuǎn)。

⑵滾擠模膛

滾擠模膛是用來(lái)減少坯料某一部分的橫截面積，以增加另一部分的橫截面積，從而使金

屬按鍛件形狀來(lái)分布。滾壓模膛可分為開(kāi)式和閉式兩類。滾壓操作時(shí)需要不斷的翻轉(zhuǎn)，但不

需作送進(jìn)運(yùn)動(dòng)。

⑶彎曲模膛

對(duì)彎曲的桿類模鍛件，需要彎曲模膛來(lái)制造彎曲坯料，坯料可以直接或先經(jīng)其它制坯工

步后放入彎曲模膛內(nèi)進(jìn)行彎曲變形，彎曲后的坯料需翻轉(zhuǎn)90度，再放入模鍛模膛中成型。

（4）切斷模膛

切斷模膛是在上模與下模角部組成的一對(duì)刃口沖壓切斷模。主要用來(lái)切去飛邊槽盒沖孔

連皮等鍛件以外的金屬。

2壓力機(jī)上模鍛

由于膜鍛錘在工作過(guò)程中存在振動(dòng)和噪音大，勞動(dòng)條件和安全性差，效率低和耗能多等

缺點(diǎn)，近年來(lái)大噸位的模鍛錘正逐步被壓力機(jī)取代。用于模鍛生產(chǎn)的壓力機(jī)主要有摩擦壓力

機(jī)、曲柄壓力機(jī)、平鍛機(jī)和模鍛水壓機(jī)四利1

1）摩擦壓力機(jī)模鍛

在摩擦壓力機(jī)上進(jìn)行模鍛主要是靠飛輪、螺桿及滑塊向下運(yùn)動(dòng)時(shí)所積蓄的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)鍛

件變形。如圖2.2所示，其噸位是以滑塊到達(dá)行程最下位置時(shí)所產(chǎn)生的最大壓力來(lái)表示。飛

輪依靠左、右摩擦盤控制飛輪旋轉(zhuǎn)方向，根據(jù)飛輪上的螺桿與機(jī)體上的螺母?jìng)鲃?dòng)，使螺桿上

的滑塊上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行鍛壓加工。常用摩擦壓力機(jī)的噸位一般都在1000t以下，最大

的可達(dá)8000t?；瑝K的行程次數(shù)在35?9次/min之間。摩擦壓力機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、

投資少、使用維修方便、震動(dòng)小、基建要求不高、操作安全、工藝用途廣泛等特點(diǎn)。但由于

生產(chǎn)效率低，主要適合于中、小型鍛件（如螺栓、螺帽、配氣閥、齒輪、三通閥體等）鍛壓

件的中、小批生產(chǎn)。

圖2.2摩擦壓力機(jī)外形和傳動(dòng)系統(tǒng)

1-螺桿，2-螺母，3-飛輪，4-摩擦輪,5-傳送帶，6-電動(dòng)機(jī)，7-滑塊，8-導(dǎo)軌，9-機(jī)架，10-機(jī)座

2）曲柄壓力機(jī)模鍛

曲柄壓力機(jī)是利用曲軸（或偏心軸）和連桿控制滑塊上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)鍛件變形。

如圖2.3所示。鍛模的上模裝在滑塊上，下模裝有楔形工作臺(tái)。調(diào)節(jié)楔形工作臺(tái)的高度來(lái)改

變壓力機(jī)的閉合高度，滑塊行程長(zhǎng)度是曲軸偏心距離的2倍。其噸位是以滑塊到達(dá)行程長(zhǎng)度

最下位置（下止點(diǎn)）時(shí)所產(chǎn)生的壓力表示。曲柄壓力機(jī)的噸位一般是2000?120003滑塊的行

程次數(shù)在85?39次/min之間。曲柄壓力機(jī)鍛件精度和生產(chǎn)率高，振動(dòng)和噪音小，勞動(dòng)條

件好。但設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)相對(duì)較高。曲柄壓力機(jī)模鍛是一種先進(jìn)的現(xiàn)代化模鍛方法，容易實(shí)

現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的大批生產(chǎn)。

圖2.3曲柄壓力機(jī)的外形和傳動(dòng)系統(tǒng)

1-電動(dòng)機(jī)，2-小帶輪，3-飛輪，4-傳動(dòng)軸，5、6-變速齒輪，7-摩擦離合器，8-偏心輪

9-連桿，10-滑塊，11-工作臺(tái)，12-下頂桿，13-楔鐵，14-頂出機(jī)構(gòu)，15-制動(dòng)器，16-凸輪

3、胎模鍛

胎模鍛造是在自由鍛設(shè)備上使用胎模生產(chǎn)模鍛件的一種鍛造工藝方法。一般采用自由鍛

方法制坯，然后再到胎模中終鍛成型。胎模結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，不需要昂貴的模鍛設(shè)備，并且也不

固定在設(shè)備上。廣泛應(yīng)用于沒(méi)有模鍛設(shè)備的中、小型企業(yè)中的幾十件到幾百件小批生產(chǎn)。胎

模鍛與自由鍛相比，胎模鍛能提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約金屬材料和降低鍛件成本。胎模

鍛與模鍛相比，不需要模鍛設(shè)備，但鍛件質(zhì)量稍差，模具壽命和生產(chǎn)率較低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

胎模鍛的種類較多，主要有扣模、筒模和合模三類。

1）扣模

扣模用來(lái)對(duì)坯料進(jìn)行全部或局部扣形，生產(chǎn)回轉(zhuǎn)體或非回轉(zhuǎn)體簡(jiǎn)單形狀的鍛件。（如圖

圖2.4a）所示）

2）筒模

筒模鍛模為圓筒狀，用于鍛造法蘭盤、齒輪坯之類的盤類鍛件。（如圖2.4b、c）所示）

3）合模

合模通常由上、下模組成，設(shè)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來(lái)保證鍛件精度，有的合模還設(shè)計(jì)有飛邊槽。

可生產(chǎn)連桿、叉形件等形狀復(fù)雜、精度較高的非回轉(zhuǎn)體鍛件。（如圖2.4d）所示）

圖2.4胎模鍛造的幾種類型

a）-扣模，b）、c）-套模，d）-合模

四、板料沖壓

板料沖壓是金屬塑性加工的基本方法之一。它是通過(guò)裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)板料進(jìn)行施

壓，使之產(chǎn)生分離或成型，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件或毛坯的加工方法。板料

沖壓通常是在常溫條件下進(jìn)行，所以又稱為冷沖壓。只有當(dāng)板料的厚度大于8mm或材料塑

性較差的情況下才采用熱沖壓。

板料沖壓與其他工方法相比具有以下特點(diǎn)：

1）可制造其他加工方法難以加工或無(wú)法加工的形狀復(fù)雜的薄板零件，廢料較少。

2）可獲得尺寸精度高、表面光潔、質(zhì)量穩(wěn)定、互換性好的沖壓件，一般不需進(jìn)行機(jī)械

加工即可裝配使用。

3）生產(chǎn)率高、操作簡(jiǎn)便、成本低，工藝過(guò)程易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。

4）可利用冷變形強(qiáng)化并提高零件的力學(xué)性能，在材料消耗少的情況下獲得強(qiáng)度高、剛

度大、質(zhì)量小的零件。

5）沖壓模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加工精度要求高，制造費(fèi)用大，一般適用于大批生產(chǎn)。

板料沖壓加工應(yīng)用范圍十分廣泛，幾乎在所有制造金屬成品的工業(yè)部門中都被采用，尤

其在汽車、拖拉機(jī)、家用電器、儀器儀表、飛機(jī)、導(dǎo)彈等國(guó)防工業(yè)和日常用品中使用更加明

顯。板料沖壓常用材料有低碳鋼、高塑性合金鋼、不銹鋼，銅、鋁、鎂及其合金等。非金屬

材料中的石棉板、硬橡膠、皮革、絕緣紙和纖維板等也廣泛采用板料沖壓。

6.4.1板料沖壓的基本工序

板料沖壓的基本工序很多，概括起來(lái)大致分為分離工序和變形工序兩類。

1）分離工序

分離工序是坯料一部分與另一部分相互分開(kāi)的工序。主要包括沖裁（叩落料和沖孔）、

切斷和修整。

⑴沖裁

沖裁是使坯料按封閉輪廓分離的工序。落料和沖孔這兩個(gè)工序中的坯料變形過(guò)程和模具

結(jié)構(gòu)都是一樣的，只是選用不同。落料時(shí)，沖落部分是成品，而余料是廢料；沖孔時(shí)，沖落

部分是廢料，余料部分是成品。沖裁件分離面的質(zhì)量主要與凸、凹模間隙、刃口鋒利程度有

關(guān)。同時(shí)也受模具結(jié)構(gòu)、材料性能及板料厚度等因素影響。凸、凹模間隙不僅嚴(yán)重影響沖裁

件的斷面質(zhì)量，也影響著模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度等。因此,

正確選擇合理的間隙值對(duì)沖裁生產(chǎn)至關(guān)重要。沖裁件的排樣是指落料件在條料、帶料或板料

上的合理布置。排樣合理可使廢料最少，材料利用率提高，有利于提高沖模的壽命。

⑵修整

修整是利用修整模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削薄層金屬，以切掉沖裁件上的剪裂帶和毛

刺，從而提高尺寸精度，降低表面粗糙度值的工序。修整零件的外形稱外緣修整，修整零件

的內(nèi)孔稱內(nèi)孔修整。修正工序類型如圖2.5所示。

圖2.5修整工序簡(jiǎn)圖

a）-外緣修整b）-內(nèi)孔修整

⑶切斷

切斷是指用剪切刃或沖模將板料沿不封閉輪廓進(jìn)行分離的工序。

2）變形工序

變形工序是使坯料的一部分相對(duì)于另一部分產(chǎn)生位移而不被破裂的工序。主要有拉深、

彎曲、翻遍和成型四類。

（1）拉深

拉深是利用模具使落料后的平板坯料或淺的空心坯料變形成開(kāi)口空心零件的工序，如圖

2.6所示。

圖2.6拉深工序

拉深工序中直壁與底部之間的過(guò)渡圓角部分被拉薄得最為嚴(yán)重，是最危險(xiǎn)部位。板料沖

壓拉深件出現(xiàn)拉穿現(xiàn)象與下列因素有關(guān)：

①凸、凹模的圓角半徑

拉深模的凸、凹模鋒利的刃口或圓角半徑過(guò)小時(shí)，會(huì)使拉深過(guò)程中摩擦阻力與彎曲阻力

增加，危險(xiǎn)斷面的變薄加劇，容易將板料拉穿。一般凹模圓角半徑R=(5?10)t(t表示板厚)，

凸模圓角半徑r=(0.6~l)R?

②凸、凹模間隙大小

凸、凹模間隙過(guò)小，模具與拉深件間的摩擦力增大，易拉穿工件和擦傷工件表面，且降

低模具壽命。凸、凹模間隙過(guò)大，易使拉深件起皺，影響拉深件的尺寸精度。在多次拉深過(guò)

程中，冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象嚴(yán)重。為保證坯料具有足夠的塑性，在一、兩次拉深后，應(yīng)安排工序

間的退火處理。為減少摩擦，減少壓邊圈和模具的磨損，拉深時(shí)還需要在坯料兩面涂有潤(rùn)滑

劑.

⑵彎曲

彎曲是利用模具或其他工具將坯料的一部分相對(duì)另一部分彎曲成一定角度和曲率的變

形一種工序，如圖2.7所示。彎曲過(guò)程中，板料彎曲部分的內(nèi)層受壓縮，而外層受拉伸。當(dāng)

外層的拉應(yīng)力超過(guò)板料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，則會(huì)造成金屬破裂。板料越厚，內(nèi)彎曲半徑r越小，

則拉應(yīng)力越大，越容易彎裂。為防止彎裂，最小彎曲半徑應(yīng)為0.5?lt(t為板厚)。材料塑性

好，則彎曲半徑可小些。導(dǎo)致彎曲破裂還與材料的纖維方向有關(guān)，彎曲時(shí)應(yīng)盡可能使彎曲線

與板料纖維流線方向垂直。若彎曲線與板料纖維方向一致，則容易產(chǎn)生破裂。在彎曲結(jié)束后,

由于彈性變形的恢復(fù)，板料略微彈回一點(diǎn)，使被彎曲的角度增大，該現(xiàn)象稱為回彈。一般回

彈角為0。?10°。

I-坯料，2-第一次拉深成品（即第二次拉深的坯料），3-凸摸，4??凹模，5-成品

圖2.7彎曲工序

⑶翻邊

翻邊是指在坯料的平面或曲面部分上，使坯料沿一定的曲線翻成豎直邊緣的一種沖壓方

法。常用的是圓孔翻邊，如圖2.8所示。目前，翻邊在汽車、拖拉機(jī)、車輛等工業(yè)部門的應(yīng)

用較為普遍。

圖2.8翻遍工序

（4）成型

成型是利用局部變形使坯料或半成品改變形狀的工序，如圖6.9所示。主要用于制造剛

性的筋條，或增大半成品的部分內(nèi)徑等。圖2.9a）是用橡膠壓筋，圖6.9b）是用橡膠芯子來(lái)

增大半成品中間部分的直徑。

圖2.9成型工序

學(xué)習(xí)任務(wù)三焊接

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1、掌握焊接工藝的原理及特點(diǎn)

2、掌握焊接的分類及在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

【知識(shí)準(zhǔn)備】

一、焊接概述

1、焊接工藝的原理及特點(diǎn)

1）焊接工藝的原理

焊接是指用加熱或加壓等工藝措施，使兩個(gè)分離表面產(chǎn)生原子間的結(jié)合與擴(kuò)散作用，從

而形成不可拆卸接頭的材料成形方法。

2）焊接工藝的特點(diǎn)

⑴可將大而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分解為小而簡(jiǎn)單的坯料拼焊。如汽車車身生產(chǎn)過(guò)程中，先分別

制造出車門、駕駛室、前圍和側(cè)圍，再將各部件組裝拼焊。這樣簡(jiǎn)化了工藝，降低了成本。

⑵可實(shí)現(xiàn)不同材料間的連接成形。如氣門桿部為45鋼，頭部為合金鋼。因此，可優(yōu)化

設(shè)計(jì)，節(jié)省貴重材料。

⑶可實(shí)現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)。例如，126X104kW核電站鍋爐，外徑6400mm,壁厚200mm,

高13000mm,工作參數(shù)為17.5MPa、350°C,要求無(wú)泄漏（有放射性核燃料），這種結(jié)構(gòu)只

有采用焊接方法才能制造出來(lái)。

（4）焊接結(jié)構(gòu)重量輕，采用焊接方法制造的船舶、車輛、飛機(jī)、飛船、火箭等運(yùn)輸工具,

可以減輕自重，提高運(yùn)載能力和行駛性能。但焊接結(jié)構(gòu)是不可拆卸的，更換修理部分的零部

件不便，焊接易產(chǎn)生殘余應(yīng)力，焊縫易產(chǎn)生裂紋、夾渣、氣孔等缺陷，引起應(yīng)力集中，降低

承載能力，縮短使用壽命，甚至造成脆斷。因此，應(yīng)特別注意焊接質(zhì)量，否則易造成惡性事

故。

我國(guó)焊接技術(shù)是在中華人民共和國(guó)成立后才發(fā)展起來(lái)的，特別是在改革開(kāi)放后有了巨大

的發(fā)展，掌握了從手弧焊到激光焊的各種焊接方法，焊接機(jī)器人的應(yīng)用愈來(lái)愈多。焊接的零

部件和結(jié)構(gòu)，小到集成電路基片與引腳，大到720t大型水輪機(jī)的工作輪，地上的汽車，水

中的萬(wàn)噸級(jí)遠(yuǎn)洋貨輪，天上的飛機(jī)、火箭和飛船、衛(wèi)星等等。但與世界發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家相比，

焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率還有一定差距。

2、焊接工藝的分類

根據(jù)焊接過(guò)程的工藝特點(diǎn)，可將焊接分為以下幾種：

電弧焊（手瓠焊、氣體保護(hù)焊和埋電阻軟釬

電渣焊摩擦

熔化焊4

J

電子束焊/超聲波釬、

壓力、

爆炸

激光焊

硬釬焊

擴(kuò)散焊

1等離子弧1

1

3、焊接在工業(yè)中的應(yīng)用

1）金屬結(jié)構(gòu)的焊接

金屬結(jié)構(gòu)的焊接，如鍋爐、壓力容器、管道、橋梁、海洋鉆井平臺(tái)和起重機(jī)等，以及船

舶、車輛、飛機(jī)、火箭的梁架和外殼。如鍋爐汽包的焊接結(jié)構(gòu)，其他生產(chǎn)方法很難制造這樣

的大型結(jié)構(gòu)。

2）機(jī)械零件的焊接

機(jī)械零件的焊接，如軸、齒輪、鍛模和刀具等。如齒輪的焊接結(jié)構(gòu)，是將管、板焊接而

成的，簡(jiǎn)化了工藝。

二、手工電弧焊

手工電弧焊是熔化焊中最基本的一種焊接方法，它利用焊條和焊件間產(chǎn)生的電弧熱量

熔化焊條和部分工件，凝固后形成焊接接頭。手工電弧焊所需要的設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活，

可以對(duì)不同焊接位置、不同接頭形式的焊縫方便地進(jìn)行焊接，是目前應(yīng)用最廣泛的焊接方

法。

手工電弧焊按電極材料的不同可分為：熔化極手工電弧焊和非熔化極手工電弧焊。熔化

極手工電弧焊是以金屬焊條作電極，電弧在焊條端部和母材表面間燃燒，形成熔池，冷卻后

成為焊縫的焊接方法。非熔化極手工電弧焊主要是手工鋁極氣體保護(hù)焊。

1、手工電弧焊原理

圖3.1是手工電弧焊示意圖，電路以弧焊電源為起點(diǎn)，通過(guò)焊接電纜、焊鉗、焊條、工

件、接地電纜形成回路。焊接時(shí)，工件和焊條間有電弧存在而形成閉合回路。焊條和工件既

作為焊接材料，也作為導(dǎo)體。焊接開(kāi)始后，