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铸件质量包括内在质量的外观质量。内在质量包括化学成分、物理和力学性能，金相组织以及存在于铸件内部的孔洞、裂纹、夹杂物等缺陷；外观质量包括铸件的尺寸精度、位置精度、表面粗糙度及表面缺陷等。表2-2列出了常见铸件缺陷的特征及产生的原因及防止措施。
表2-2铸件的常见缺陷……措施

§2—4特种铸造
随着科学技术的发展和生产水平的提高，对铸件质量、劳动生产率，劳动条件和生产成本有了进一步的要求，因而铸造方法有了长足发展。所谓特种铸造，是指有别于砂型铸造方法的其他铸造工艺。目前特种铸造方法已发展到几十种，常用的有熔模造、金属型铸造、离心铸造、压力铸造、低压铸造、陶瓷铸造、实型铸造、磁型铸造、石墨铸造、差压铸造、连续铸造和挤压铸造等。
特种铸造能获得如此迅速的发展、主要由于这些方法一般都能提高铸件的尺寸精度和表面质量，或提高铸件的物理及力学性能；此外，大多数能提高金属的利用率，减少原砂消耗量；有些方法更适宜于高熔点、低流动性、易氧化合金铸件的铸造；有的明显改善劳动条件，并便于实现机械化和自动化生产等。
一、熔模铸造
熔模铸造是用易熔材料制成精确的模样，在其上涂敷若干层耐火涂料，经干燥、硬化成整体型壳，加热型壳熔去模样，经高温熔烧而成耐火型壳，在型壳中 液压金属制成铸件。其主要工艺过程如图2-34所示。
图2-34熔模铸造工艺过程

熔模铸造的特点如下：
（1）铸件尺寸精度高，表面粗造度低；可铸出形状复杂的铸件，目前铸件的最小壁厚可达0.25～0.4mm。
（2）可以铸造各种合金铸件，包括铜、铝等有色金属，各种合金钢，镍基、钴基等特种合金（高熔点难切削加工合金）。对于耐热合金的复杂铸件，熔模铸造几乎是唯一的生产方法。
（3）生产批量不受限制。从单件、小批到大量生产均可，且便于实现机械化流水生产。
（4）工序繁多，生产周期较长（4～15天），铸件不能太大（一般不大于25kg）。
熔模铸造也常常被称为“精密铸造”，是少切削和五切削加工工艺的重要方法。它主要用于难加工金属材料，难加工形状零件，如铸造刀具、涡轮叶片等。
二、金属型铸造
金属型铸造是将液态金属在重力作用下浇入金属铸型内，以获得铸件的方法。金属型常用铸铁、铸钢或其它合金制成。可重复浇注使用，又有永久型铸造之称。
金属型的结构按铸件形状、尺寸不同，可分为整体式、垂直分形式、水平分型式和复合分形式。其中整体式和垂直分形式应用较多。
整体式金属型是将液态金属浇注到敞开的整体铸型中，形成铸件，如图2-35a所示，内腔仍用型芯形成。型腔上没有出气冒口，采用滤网浇口杯能较好地挡渣，凝固后翻转铸型，用顶杆机构将铸件顶出。适用于铸造斜度较大的简单铸件。
图2-35常用的金属型结构示意图

垂直分形式的金属型沿垂直分成两半，如图2-35b所示。开型、合型方便、容易取出铸件，也便于设置底注式浇注系统，使充型平稳、排气通畅。当用金属型芯时，一般采用组合式的，铸件凝固后，先抽出中间部分，左、右两块型芯便可取出。垂直分形式多用于形状不复杂的小铸件。
制造金属铸型的材料要根据浇注的合金选用，一般金属型材质的熔点应比浇入液态合金的温度高，浇注锡、锌、镁等底熔点合金，可用灰铸铁做铸型；浇注铝、铜等合金，要用合金铸铁做铸型。
为了提高金属型寿命，并改善铸件表面质量，在工艺上常采取：浇注前将金属型预热，根据铸造合金的性质及铸件特点，在型腔表面喷刷涂料；选用合理的浇注温度和浇注速度，正确掌握开型时间和温度等措施。
金属型铸造主要用于大批量生产有色铸件，如铝活塞，汽缸体、缸盖、铜合金轴承及轴套等。
三、压力铸造
压力铸造（简称压铸）是在高压下快速地将液态或半液态金属压入金属型中，并在压力下凝固以获得铸件的方法。它的基本特点是高压（5～70MPa，甚至高达200MPa）高速（充型时间为0.03～0.2s）。
压铸机的种类很多，工作原理基本相同，图2-36所示为卧式冷压事压铸机的工作过程。压铸所用铸型是由定型和动型两部分组成，定型是固定在压铸机的定模板上，动型固定在压铸机的动模板上并可作水平移动，推杆和芯棒由压铸机上的相应机构控制，可自动抽出芯棒和顶出铸件。其压铸过程是：动型向左移合型、用定量匀向压室注入金属液，如图2-36a所示；柱塞快速推进，将液体金属压入铸型，如图2-36b所示；柱塞退回，推杆将铸件顶出，如图2-36d所示。
图2-36卧式压塞压铸机工作示意图

压铸是目前铸造生产中先进的加工工艺之一，主要特点是：生产率高，产品质量好，零件成本低，压铸设备投资大，主要用于有色金属铸件的成批大量生产；此外，压铸件不宜进行切削加工和热处理。广泛用于机械、汽车、仪表、航空、电器等工业部门。
四、离心铸造
离心铸造是将液态金属浇入高速旋转的铸型内，在离心力作用下充型、凝固后获得铸件的方法。
离心铸造主要用于生产圆筒形铸件，为使铸型旋转，必须在离心铸造机上进行。根据铸型旋转轴空间位置的不同，离心铸造机可分为立式和卧式两大类（图2-37和图2-38）。
图2-37立式离心铸造机 图2-38卧式离心铸造机

立式铸造机的液态金属浇入铸型后，由于受离心力的作用，铸件的内表面呈抛物面，铸型转速越低、铸件越高、直径越小，则上、下壁厚差就越大。所以立式离心机只适用于浇注环类及高度不大的空心铸件。
环式离心铸造机，由于铸件各部分的成形条件基本相同，所得铸件的壁厚在轴向和径向都是均匀的，常用于铸造较长的套类铸件或管件，如铜衬套、铸铁缸套等。
离心铸造的主要特点是：金属结晶组织致密，铸件力学性能好；不需要型芯和浇冒口；适合各种合金铸造，便于铸造薄壁件和“双金属”件；铸件内孔表面粗糙，孔径通常不准确。离心铸造可生产各种套、环盘类铸件，如铸铁管、铜套、缸套、双金属盘套等。
铸造方法很多，都是各自的优缺点，应根据铸件的结构特点、形状、尺寸大小、合金种类、技术要求、生产批量、生产成本及现有的设备条件、生产经验等具体情况，进行全面的分析比较，合理选用。
第三章 锻 压
锻压是锻造于冲压的总称。锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使金属坯料产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸，形状和质量的锻件的加工方法。冲压是利用装在压力机上的模具使金属板料分离或成形的加工方法。
根据变形温度的不同，锻造可分为热锻、温锻、冷锻三种，其中应用最广泛的是热锻（俗称锻造）。热锻是在再结晶温度以上进行的锻造工艺，其过程为：下料→加热→锻件。锻造后的金属材料组织致密、晶粒细化，还具有一定的金属流线，从而使金属材料的力学性能得以提高。因此，凡承受重载、冲击载荷的重要零件，如机床主轴、发动机曲轴、连轴、起重机吊钩等均以锻件为毛坯。
用于锻造的金属材料必须具有较好的塑性，以使在锻造时具有良好的可锻性。如钢、铜、铝及其合金，而铸铁则由于塑性很差，不能进行锻造。
冲压通常是在常温条件下进行的，一般又称冷冲压，只有板料厚度超过8～100mm时，才用热冲压。冲压的工艺过程为：板料→剪切→冲压→弯曲→冲压件
落料→拉深
翻边
成形
用于冲压的材料多为塑性良好的各种低碳钢板、紫铜板、黄铜板及铝板等。有些绝缘胶木板、皮革、硬橡胶、有机玻璃板等也可用于冲压。冲压件具有重量轻，刚度好，强度高，生产成本低，外型美观，互换性好，生产过程便于机械自动化等优点。广泛应用于汽车、仪表、电器、航空及日用工业等部门。
§3—1锻坯的加热和锻件的冷却
一、加热的目的
锻坯加热是为了提高塑性和降低变形抗力，以便锻造时省力有利于锻打成形。金属在加热后随着加热温度的提高，其塑性上升而变形抗力下降，可锻性得以提高。但加热温度过高又易产生一些缺陷，因此，锻坯的加热温度又应控制在一定的温度范围内。
二、锻造温度范围
对锻坯加热的要求是：在均匀热透的条件下，能以最短的时间获得加工所需的温度，同时保持锻坯的完整性。重要内容之一是确定锻造温度范围，即合理的始锻温度和终锻温度。始锻温度：是开始锻造的温度，原则上要高，但有一个限度，如超过此限度，则金属产生过烧或熔化的现象。所谓过烧是指金属加热温度过高，氧气渗入金属内部，使晶界氧化，形成脆性晶界，锻造时一打即破碎，使锻件报废。碳钢的始锻温度应比固相线低200℃左右。终锻温度：是停止锻造的温度，原则上要低，但不能过低，否则，金属的塑性显著降低，而强度明显上升，锻造时费力，产生加工硬化，对高碳钢和高碳合金工具钢甚至打裂。碳钢的终锻温度应在GSE线附近，常取800℃左右。
从始锻温度到终锻温度称之为锻造温度范围。几种常见材料的锻造温度范围参见表3-1.实际生产中，加热温度可通过仪表测定，终锻温度常通过观察坯料的颜色来判断。碳钢的颜色于温度的关系见表3-2。
表3-1锻造温度范围
三、加热设备
按热源的不同，加热炉可分为火焰加热炉和电加热炉两大类。
1、火焰加热炉
（1）手锻炉（又称明火炉）将坯料直接置于固体燃料上加热的炉子称为手锻炉。它供手工锻造及小型空气锤上自由锻加热坯料使用，也可用于长杆形坯料的局部加热。它的结构简单，砌造容易，但其加热温度不均匀，温度难以掌握，加热质量差，燃料消耗高，劳动生产率低。
（2）反射炉 反射炉是以煤为燃料，在燃烧室中燃烧，火焰越过火墙对金属进行加热的炉子（图3-1）。反射炉主要由燃烧室、加热室、鼓风机、换热器、烟道及烟囱等组成。它的结构复杂，但单位金属燃料消耗较小，热效率较高。
图3-1反射炉结构示意图

（3）油炉和煤气炉 油炉和煤气炉的结构基本相同，都没有专门的燃烧室。加热时，由喷嘴将油或煤气与空气直接喷射到加热室（即炉膛）内进行燃烧。燃烧生成的废气由烟道排出。它的结构简单（图3-2），紧凑，操作方便，热效率也较高。
图3-2油炉结构示意图 图3-3电阻炉结构示意图

2、点加热炉 它是利用电流通过电热体放出热量来加热坯料的炉子。较为常见的是电阻加热炉。箱式电阻炉结构如图3-3所示，它的结构简单，操作方便，加热温度容易控制，并可通入保护性气体，以防止或减少坯料加热时氧化。但电能消耗大，成本较高。
在锻压生产中，常用的有中温箱式电阻炉（最高工作温度为950℃）和高温箱式电阻炉（最高工作温度为1300～1350℃）。分别用于加热有色金属和高温合金及高合金钢。
四、加热缺陷
1、氧化
金属加热时，炉气中的氧化气体（O2 /CO2、H2O和SO2等）与金属表面发生剧烈的氧化，这种现象称为氧化。其结果形成氧化皮。氧化皮的形成不仅造成金属材料的损耗，还影响锻件的质量。每加热一次，由于氧化而造成的烧损量约占坯料质量的2～3%。
减少氧化的措施是，严格控制送风量，快速加热，控制炉气成分，注意减少燃料中的水分，防止冷空气通入炉膛。
2、脱碳
金属材料在加热过程中，其表层的碳在高温下于氧或氢产生化学反应，生产一氧化碳或甲烷而被烧掉，造成金属材料表层的碳分降低这种现象成为脱碳。脱碳后的金属材料，其性质变软，强度和耐磨性降低。
减少脱碳的方法是采用快速加热，或在坯料表面上涂保护涂料。
3、过热
金属材料加热时，少加热温度超过始锻温度，或在始锻温度下保温过久引起晶粒显著长大，这种现象称为过热。产生过热是饱和加热温度、就爱热时间有关，而主要是就爱热温度。产生过热后，其塑性有所降低，而且锻造后锻件的晶粒粗大，降低了材料的力学性能。
防止过热要严格控制加热温度和加热时间。
4、过烧
金属材料加热时，当加热温度接近其本身熔点时，其晶粒间低熔点物质开始熔化，并被氧化，形成脆壳，破坏了晶粒间的联系，这种现象称为过烧。过烧的金属材料一经锻打即被碎成废料，是无法挽救的，故应严格防止出现过烧现象。
一般钢料加热温度至少应比其熔点低100℃，合金钢的加热温度还应更低一些。为防止过烧要严格控制加热温度，不要超过规定的始锻温度，并应及时将炉内的高温坯料取出。
5、裂纹
大型锻件加热时，由于其表面和心部之间产生较大的温度差，造成内应力过大，从而导致产生裂纹，因此，大型坯料加热时，要严格遵守有关加热规范。防止装炉温度过高和加热速度过快，一般采取预热措施。
五、锻件的冷却
锻件的冷却是保证锻件质量的重要环节，锻件在冷却过程中，冷却速度不宜过快，要使各部位冷却收缩比较均匀，以防止表面硬化、工件变形和开裂。常用的冷却方式有空冷、坑冷和路冷三种。
1、空冷 在无风的空气中，放在干燥的地面上冷却。它适于塑性较好的中小型锻件的冷却。
2、坑冷 在充填有石棉灰，砂子或炉灰等绝热材料和坑中以较慢的速度冷却。适于塑性较差的中型锻件的冷却。
3、炉冷 在500～700℃的加热炉中，随炉缓慢冷却。适于塑性较差的大型锻件、重要锻件和形状复杂的锻件冷却。
§3—2 自由锻造
自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁（或砧铁）之间产生变形，以获得锻件的方法。金属受力时的变形是在上下两个砧铁平面间作自由流动，所以称为自由锻造。
自由锻造有手工锻造和机器锻造两种。自由锻造所用设备和工具有很大的通用性，且工具简单，但锻件精度低，生产率不高，工人劳动强度大，只能锻造形状简单的工件。适用于单件小批量和大型锻件的生产。
一、自由锻造设备
根据锻造设备作用力的性质分为锻锤和压力机两大类。由锻锤产生冲击力使金属变形，其能力大小是落下部分的质量来表示的。压力机则产生静压力使金属变形，其能力大小是用所产生最大压力来表示的。自由锻造常用的设备是空气锤、蒸汽锤和水压机三种。
（一）空气锤
1、空气锤的工作原理
空气锤由压缩缸和工作缸等部分组成。电动机经减速机构、曲柄连杆机构带动压缩缸活塞作往复运动，将压缩空气经旋阀送入工作缸下腔或上腔，驱使锤头向上或向下运动实现对坯料的锻打，其外形结构及工作原理如图3-4所示。
空气锤的落下部分包括工作活塞、锤杆和上砥铁三部分，落下部分的总质量不同，在运动中其锻打力也不同。故以空气锤落下部分的总质量来表示空气锤的规格。常用的规格为65kg、150kg、750kg等。锻锤产生的打击力，一般是落下部分质量的1000倍左右。
2、空气锤的基本动作
通过脚踏杆或手柄，操纵上、下旋阀，可使锤头停在下砥铁上使传动部分实现空转、锤头上悬、锤头下压、连续打击和单次打击五种动作，便于生产使用。通过旋阀其气路示意图如图3-5所示。
图3-5空气锤压缩空气气路示意图

（1）空转 压缩缸和工作缸的上、下气道通过旋阀都与大气连通，锤头靠自重落在下砥铁上，此时电动机空转，锻锤不工作。
（2）锤头上悬 压缩缸和工作缸的上气道都经上旋阀与大气连通，压缩空气只能经下旋阀进入工作缸下部。下旋阀的逆止阀是防止压缩空气倒流，使锤头保持在上悬位置，这时可在下砥铁上更换锻件，或者更换和调正工具，检验锻件尺寸，清除氧化皮等。
（3）锤头下压 压缩缸上部气道和工作缸下部气道均与大气想通，压缩空气由压缩缸下部经逆止阀及中间通道进入工作缸上部，使锤头向下压紧锻件，在这种状态下，可进行弯曲或扭转等操作。
（4）连续打击 压缩缸和工作缸都不与大气相通，压缩缸不断将空气交替地压入工作缸的上、下腔，推动锤头上、下往复运动（此时逆止阀不起作用），进行连续锻打。
（5）单次打击 单次打击是从连续打击演变而来的，所不同的是将操作手柄或踏杆由上悬位置推到连续打击位置，再起速退回到上悬位置，使锤头打击后又迅速回到上悬位置，形成单次打击。
单次打击和连续打击力量的大小是通过下旋阀调节的，手柄扳转角度大，通气孔开启大、打击力量就大，反之则小。
（二）蒸汽锤
蒸汽锤又名蒸汽—空气锤，它是利用蒸汽或压缩空气带动锤头工作的。蒸汽锤是生产大、中型锻件常用设备，其结构如图3-6所示。其主要组成部分有气缸、机架、锤头、锤杆、砧座和操作系统，其自身不带动力装置，需要配动力站（蒸汽锅炉或压缩空气机）供应0.6～0.9MPa的蒸汽或压缩空气驱动，故其设备较空气锤复杂。但蒸汽锤本身较空气锤简单，其能力稍大，通常为250kg～5000kg。
其工作原理是通过操作手柄控滑阀，使蒸汽或压缩空气进入气缸上、下腔，推动活塞上下往复运动，可使锤头实现上悬、下压、连续打击和单次打击等基本动作。
图3-6双柱式蒸汽的构造及工作原理

1—气缸；2—落下部分（活塞、锤杆、锤头、上砥铁）；3—机架；4—砧座；5—操纵手柄；6—滑阀；7—进汽管；8—滑阀汽缸；9—活塞；10—锤杆；11—排汽管。
锻锤能力的选择是根据锻件的形状、尺寸和质量通过计算或查表的办法解决。根据锻件类型选择锻锤能力如表3-2所示。
表3-2蒸汽空气锤的锻造能力

（三）、水压机
水压机是液压机中的一种，是生产大型锻件的常用设备，其本体结构如图3-7所示，由三梁（上横梁、下横梁、活动横梁）、四根立柱、工作缸、回程缸及操作系统所组成，并附有高压水泵，蓄势器等动力装置。
图3-7水压机体结构示意图 图3-8水压机传动原理图

其工作原理是根据巴斯卡液体静压定律，当20～400MPa的高压水通入工作缸，就推动工作柱塞，使活动横梁沿立柱下压，回程时，使高压水通入回程缸，由回程柱塞和回程杆把活动横梁沿立柱提起，立柱起导向作用。活动横梁上、下往复运动，即实现对坯料旋压变形。其传动原理图如图3-8所示。
水压机作用在坯料上是静压力，故其规格以水压机的静压力大小来表示，一般用于自由锻造的水压机规格为8～125MN。在生产中常用的水压机锻造能力如表3-3所示。
表3-3自由锻造水压机的锻造能力

二、自由锻工序
锻件的自由锻成形过程由一系列工序组成。根据变形性质和程度的不同，自由锻工序分为基本工序、辅助工序和精整攻速三类。改变坯料的形状和尺寸，实现锻件基本成形的工序称为基本工序，有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、切割等。为便于实施基本工序而使坯料预先产生少量变形的工序称为辅助工序，如切肩、压痕等。为修整锻件的尺寸和形状，消除表面不平，校正弯曲和歪扭等目的工序称为精整工序，如滚圆、摔圆、平整、校直等。自由锻基本工序定义、操作要点和应用见表3-4.
表3-4自由锻基本工序及应用

三、自由锻示例
1、齿轮坯自由锻过程见表3-5.
2、阶梯轴自由锻过程见表3-6.
表3-5齿轮坯自由锻工艺过程 表3-6铰手柄自由锻工艺过程

§3—3 胎模锻
胎模锻，是在锻造生产过程中，由自由锻向模型锻造过渡的一种简单模锻方法，是在自由锻造设备上使用简单的模具（胎模）来加工成形模锻件，通常是采用自由锻造的镦粗或拔长等工序制坯，人后在胎模内终锻成形，胎模不固定在设备上，在锻造过程中随用时放上或取下。
常用的胎模有摔子、弯模、扣模、套模和合模等，其结构和应用见表3-7。
表3-7常用胎模的种类结构和应用范围 表3-8轮毂的胎模锻工艺过程

胎模锻与自由锻相比，有锻件形状较准确，尺寸精度较高，力学性能及生产率较高等优点，主要用于中小批量生产。表3-8为轮毂的胎模锻过程。
常用锻造方法除了自由锻和胎模锻外，还有适用现代生产要求的模锻。它与前两种方法相比，有生产率较高、模锻件尺寸较精确、加工余量较小，可锻造出形状较复杂的锻件等优点。近年来，为进一步满足工业发展的要求，又出现了一些少、无切削加工的压力加工新工艺，如精密零件扎制、挤压、起塑性成形、高速锤锻压、摆动辗压等。当前，这些新工艺的发展水平已成为衡量机械制造工艺水平的重要标志之一。
§3—4 锻件缺陷分析
自由锻常见缺陷及产生原因见表3-9。
表3-9锻件缺陷及产生原因

§3—5 冲压
板料冲压是塑性加工成形的基本方法之一，它是利用装在压力机上的模具使板料分离或成形，从而获得所需形状和尺寸的毛坯或零件。
板料冲压通常是用来加工金属材料（如低碳钢、铜及其合金，铝及其合金）的薄板，板料厚度一般在6mm以下，故称薄板冲压。在一般情况下，冲压加工不需要加热，故也称冷冲压。板料冲压也用来加工非金属材料，，如胶木板，云母片，石棉板和皮革等。
板料冲压的特点：
1）板料冲压件的尺寸精度是由模具保证的，质量稳定，互换性好，一般不需要再经过切削加工即可装配使用。
2）板料冲压件具有重量轻、强度高和刚性好的优点，为实现同样的结构要求，采用板料冲压优于其他加工成形方法。
3）板料冲压生产靠模具与设备完成加工过程，生产率高，操作简便，便于实现机械化和自动化。
4）板料冲压所用模具结构复杂、精度要求高，因而制造费用昂贵，故适用大批量生产。
因此，板料冲压在汽车、拖拉机、电器、仪表、兵器和日用品制造等生产部门，得到广泛采用。
一、冲压设备
1、剪板机（剪床）
用剪切方法将板料分离呈一定宽度的机器称为剪板机。它是下料的基本设备。
在板料冲压生产中，剪切宽而薄的板料选用斜刀剪板机，上、下刀刃间的夹角一般约为1～3°，剪切窄而厚的板料时，选用平刃剪扳机。剪板机的外形如图3-9所示传动如图3-10所示。电动机带动皮带轮、齿轮和曲轴转动，曲轴的转动使滑块及滑板上的上刀刃作上、下运动，进行剪裁工作
剪板机的主要技术参数是指能剪板材的厚度和长度
图3-9剪板机 图3-10剪板机传动示意图

冲床是进行冲压加工的基本设备。常用的开式双柱压力机的外形及传动示意图如图3-11所示。冲模的上、下模分别装在滑块下端和工作台上。电动机通过三角皮带传动减速并带动大皮带轮转动。踩下踏板后，离合器闭合并带动曲轴旋转，使连杆带动滑板沿导轨作上、下往复运动，进行冲压加工。操作时，如果将踏板踩下后立即抬起，则离合器脱开，滑块在冲压一次后便在制动器作用下，停止在最高位置；如果踏板不抬起，滑块就进行连续冲压。
图2-11开式双柱可倾式冲床

冲床的主要技术参数，反映冲床的工艺能力，所加工零件的尺寸范围以及有关生产率的指标，是选用冲床和设计模具的主要依据。其主要内容有：
1）公称压力（t）
冲床的公称压力是指滑块到达下极限位置前某一个特定距离或曲轴旋转到下极限位置前。
二、冲压的基本工序
冲压的基本工序分为分离工序和变形工序两类。分离工序是使坯料的一部分与另一部分分离的工序，包括切断、冲裁（落抖和冲孔）等工序。变形工序是使坯料发生变形的工序，包括弯曲、拉深、翻边、成形等工序。各类工序的特点和应用见表3-10.调温器外壳冲压工艺过程见图3-12。
图3-10冲压工序的特点和应用 图3-12调温器外壳冲压工艺过程

冲压模具是冲压生产中不可缺少的主要工具，通称冲模。按结构特征可将冲压模具分为简单模、连续模和符合模三种。
1、简单模
在冲床滑块的一次行程中只完成一个冲压工序的模具称为简单模。如图3-13所示为落抖用的简单模。其组成和各部分作用如下：
图3-13简单冲模 图3-14连续冲模
1）模架 包括上下模板、导柱和导套、上模板通过模柄装在冲床滑块下端，下模板用螺栓固定在冲床的工作台上。导柱和导套分别分别固定在上下模板上，为了使冲头向下运动时能对准凹模孔，并能使冲头与凹模之间保持均匀的间隙。
2）凸模和凹模 凸模和凹模是板料分离和成形的核心部分，凸模又称冲头。冲头用压板固定在上模板上，凹模用压板固定在下模板上。冲模的冲头和凹模的边缘都磨成锋利的刃口以剪切板料。
3）导料板定位销和卸料板 条料早凹模上沿两个导料板之间送进，碰到定位销为止，当冲头向下冲压时，冲下的零件进入凹模孔，条料则夹在冲头上，而在与冲头一起回程向上时，碰到卸料板（固定在凹模板）而被推下，这样条料可继续在导料板间送进，完成下一次冲压故导料板的作用是控制条料送进方向；定位销是控制送进量；卸料板是使冲头在冲裁后从板料中脱出。
简单模结构简单、容易制造，适用于单工序的小批量生产。
2、连续模
在冲床滑块的一次行程中，模具的不同部位同时完成数道冲压工序的模具为连续模。图3-14为同时完成冲孔、落抖的连续模。工作时定位销对准预先充好的定位孔，上模继续下降时落抖凸模（冲头）进行落抖、冲孔凸模进行冲孔。当上模板回升时，退料板从凸模上推下残料，这时再将坯料向前送进，如此循环进行下去。
连续冲模生产效率高，并易于实现自动化，但要求定位准确，制造较麻烦，成本较高。
3、复合模
在冲床滑块的一次行程中，在模具的同一位置上完成两道以上工序的模具为复合模。图3-15为落抖、拉深复合模。当滑块带着上模板下降时，首先是落抖凸模板进行落抖，然后由下面的拉深凸模将坯料顶入拉深凹模进行拉深。顶出器和卸件器在滑块回程时将成品推出模子。这种模具的特点是，凸凹模为同一个整体，其外缘是落抖凸模，内孔为拉深凹模。
复合模生产效率和精度较高，但制造复杂适于大批量生产。
图3-15落抖及拉深组合冲模

四、冲压件缺陷分析
常见的冲压件缺陷及产生原因见表3-11。
表3-11常见冲压件缺陷及产生原因
第四章 焊 接
焊接是在两块金属之间，用局部加热或加压等手段借助于金属内部原子的结合力，使金属连接成牢固整体的一种加工方法。焊接方法的种类很多，按焊接过程的特点，可归纳为三大类。
熔化焊：利用局部加热的方法，将焊件的结合处加热到熔化状态，并加入填充金属，凝固后，彼此熔合在一起。常见的电弧焊、气焊等属于这一类。
压力焊：焊接时焊体不论加热或不加热，都需要施加一定饿压力，使两个结合面紧密接触在一起并产生一定的塑性变形，从而使两个焊件接合起来。接触焊、摩擦焊等都是压力焊。
钎焊：对焊件和填充金属进行适当的加热焊件金属不熔化，而熔点比焊件金属低的钎料发生熔化，填充到焊件之间的连接处，使固态的焊件接合起来。常见的薄板锡焊，电子元件装配等。
焊接与铆接比较，它具有生产率高，生产周期短，接头质量好，节省材料，劳动强度低，便于实现机械化和自动化。焊接几乎全部取代拉老式铆接。
焊接技术广泛应用与桥梁、建筑、船舶、锅炉、管道和容器的制造和安装、机车车辆、重型机械等各个工业部门，以及航空、宇宙飞行等技术部门。目前各种冲压机床以及部分切削加工机床的设计亦趋于采用焊接结构。总之，焊接技术的应用已越来越广泛。
§4—1 手弧焊
电弧焊是利用电弧的热量加热并熔化金属进行焊接的。手弧焊是手工操作纵焊条进行焊接的电弧焊焊接方法。
一、 焊接过程和焊接电弧
1、 焊接过程
焊接前，将焊钳和焊件分别接到电焊机输出端的两级，并用焊钳夹持焊条。焊接时，首先在焊件和焊条之间到出电弧，电弧同时将焊件和焊条熔化，形成金属熔池。当焊条向前移动时，随着新的熔池不断产生，原先的熔池不断冷却、凝固及结晶，便形成焊缝，从而使两分离的焊件被焊成一体。其焊接过程如图4-1所示。
图4-1手工电弧焊

2、焊接电弧
焊接电弧是由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与焊件间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。要使焊条与焊件间气体连续放电，首先需将焊条与焊件接触，使其形成短路（图4-2a）。由于接触凹凸不平，只有某些点接触，因此在接触点上的电流密度很大，电阻热使接触点被加热熔化，甚至蒸发（图4-2b）。为焊条提起的瞬间，大电流从熔化金属的细颈通过，细颈气化爆裂，在电场的作用下，炽热的金属发射大量电子，电子碰撞气体使之电离，正负离子和电子分别奔向两级，使动能变为热能，因此，在两级表面放出大量的热和光，同时温度升高，电弧即被引燃称引弧（图4-2c）。只要能维持一定的电压，放电过程就能持续进行，电弧也就能连续燃烧。
图4-2电弧的引燃过程 图4-3焊接电弧

焊接电弧（图4-3）分为阳极区、阴极区和弧柱（阳极区和阴极区之间的部分）三部分。用钢芯焊条焊接时，阳极区温度约为2600k，产生的热量约为电弧总热量的43%；阳极区温度约为2400k，热量约为电弧总热量的36%；弧柱中心温度可达5000～8000k，热量仅为电弧总热量的21%。焊接电弧产生的热量与焊接电流和电弧电压（电弧两端的电压降）的乘积成正比，焊接电流越大，电弧产生的热量就越多。
3、焊件及焊缝各部分名称
焊件各部分的名称见图4-4。焊件经焊接后所组成的结合部分称为焊缝。被焊接的材料统称为母材。焊接过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域称为热影响区。焊接接头中，焊缝向热影响区过渡的区域称为熔合区。焊接接头是用焊接方法连接的接头（简称接头），它包括焊缝、熔合区和热影响区。焊缝各部分名称有焊波、弧坑、余高、焊缝宽度、熔深，见图4-5。
图4-4母材、焊缝和焊接接头 图4-5焊缝各部分名称

手弧焊所用的设备称为手弧焊机，简称弧焊机。弧焊机按供给的电流性质可分为交流弧焊机和直流弧焊机两类，直流弧焊机按结构不同又可分为旋转直流弧焊机和整流弧焊机两种。
1）、交流弧焊机
交流弧焊机是用特殊的降压变压器将220v或380v电压降到60～90v（焊机的空载电压），以满足引弧的需要。焊接时，随着焊接电流的增加，电压含自动下降至电弧正常工作所需的电压，一般是20～40v。而在短路时，又能使短路电流不致过大而烧毁电路或变压器本身。
BX3—300型交流弧焊机的外形如图4-5所示，它是目前国内使用较广泛的一种交流焊机。这种弧焊机的电流调节分为粗调和细调两种。粗调电流用改变初级线圈的接线方法来实现；细调电流是利用调节手柄改变初级与次级线圈的距离来调节焊接电流的大小。电流调节的范围为40～400A。型号各部分的含义如下：
BX3—300
B——焊接变压器
X——焊接电源外特征为下降外特性
3——该系列产品的序号
300——额定焊接电流300A
图4-5交流弧焊机 图4-6旋转式直流弧焊机
交流弧焊机有结构简单、价格低廉、噪音较小、效率高、使用可靠、维持方便等优点，但焊接电弧不够稳定。
2）直流弧焊机
直流弧焊机分为旋转式直流弧焊机和整流式直流弧焊机两种。
（1）旋转式直流弧焊机 它是由一台交流电动机和一台直流弧焊发电机组成。直流发电机由同轴的交流电动机带动以满足焊接时的直流电需要。常见的旋转式直流弧焊机的外形如图4-6所示。型号有AX7—500型，型号含义如下：
AX7—500
A——焊接发电机
X——焊接电源外特性为下降外特性
7——该系列产品的序号
500——额定焊接电流500A
弧焊机的电流调节也分为粗调和细调。粗调是通过改变焊接接线板上的接线位置（改变发电机电刷位置）来实现的；细调是利用装在焊机上段的可调电阻进行的。这种弧焊机引弧容易，电流稳定，焊接质量较好，并能适应各种焊条的焊接，但结构复杂，噪音较大，价格较贵。适合用于焊接质量要求较高或焊接薄钢件，有色金属铸件和特殊钢件等。
（2）整流式直流弧焊机 它是通过整流器交流电转变成直流电，既具有比旋转式直流弧焊机结构简单、造价低廉、效率高、噪音低、维修方便等优点，又称补丁交流弧焊机电弧不稳定的不足。
图4-7为ZXG—300型硅整流式直流弧焊机。型号含义如下：
ZXG—300
Z——焊接整流器
X——焊接电源外特性为下将外特性
G——焊机采用硅整流元件
300——额定焊接电流300A
图4-7整流弧焊机 图4-8直流弧焊机的不同接线法

直流弧焊机输出端有正、负极之分，焊接时电弧两极极性不变。弧焊机正、负两极与焊条、工件有两种不同的接线法：将工件接到弧焊机正极，焊条接到负极，这种接法称为正接，也称为正极性（图4-8a）；反之称为反接，也称反极性（图4-8b）。焊接厚板时，一般采用直流正接，这是因为电弧正极的温度和热量比负极高，采用正接能获得较大的熔深。焊接薄板时，为了防止烧穿，常采用反接。但在使用碱性焊条时，均采用直流反接。
三、弧焊机的主要技术参数
（1）初级电压 弧焊机所要求的电源电压。称为初级电压。一般交流弧焊机的初级电压为220V或380V（单相），直流弧焊机的初级电压为380V（三相）。
（2）空载电压 弧焊机在未焊接时的输出端电压称为空载电压。一般交流弧焊机空载电压为60～80V，直流弧焊机空载电压为50～90V。
（3）工作电压 弧焊机在焊接时输出端电压称为工作电压。一般弧焊机的工作电压为20～40V。
（4）输入容量 由网路输入到弧焊机的电压和电流的乘积为输入容量。它是表示弧焊机变压器传递电功率的能力，其单位为KVA。
（5）电流调节范围 弧焊机在正常工作时可提供的焊接电流范围称为电流调节范围。
（6）负载持续率 指五分钟内有焊接电流的时间所占的平均百分数称为负载持续率。
四、焊条
焊条是涂有药皮的供手弧焊用的熔化电极。
1、焊条的组成和各部分作用
焊条是由焊芯和药皮两部分组成（图4-9）。
图4-9电焊条的组成
1）焊芯
焊芯是焊条中被药皮包覆的金属丝。在焊接过程中起到电极、产生电弧和熔化后填充焊缝的作用。为保证焊缝金属具有良好塑性、韧性和减少产生裂缝的倾向，焊芯必须经专门冶炼具有低碳、低硅、低硫、低磷的金属丝制成。常用的碳素结构钢焊芯牌号有H08、H08A、H08MnA等。H08A各部分含义如下：
H08A
H——焊接用钢芯
08——含碳量约为0.08%
A——高级优质碳素结构钢
焊条的直径是表示焊条规格的一个主要尺寸，是用焊芯的直径来表示的。常用的直径有2.0～6.0mm，长度为300～400mm。
2）药皮
药皮的压涂在焊芯表面上的涂料层，是由各种矿物质（大理石、萤石等）、有机物（纤维素、淀粉等）、铁合金（锰铁、硅铁等）粉末组成。药皮的主要作用是：
（1）改善焊接工艺性能 如使电弧容易引燃并保持电弧稳定燃烧、容易脱渣、适于全位置焊接、焊缝成形美观、对铁锈等不易产生气孔和焊接时产生的有害气体少等。
（2）机械保护熔池作用 在电弧的高温作用下，药皮产生大量气体（造气），并形成熔渣（造渣），阻止空气进入熔池产生的有害作用。
（3）冶金作用 通过药皮在熔池中的冶金作用去除如氧、氢、硫、磷等有害杂质，同时增添有益的合金元素，改善焊缝金属质量，提高焊缝金属力学性能。
2、焊条的型号
根据GB5117—85保准规定，碳素钢焊条型号的编制是以字母“E”加四位数字组成。“E”表示焊条，前两位数字表示熔敷金属的最低抗拉强度值（kgf／mm）。第三位数字表示焊接位置，“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接；“2”表示适用于平焊及平角焊。第三位和第四位数字组合时，表示焊接电流种类和药皮类型，“03”表示钛钙型药皮、交直流两用；“05”表示低氢型药皮，只能用直流电源（反接法）焊接。例如E4315各部分含义如下：
E4315
E——焊条
43——焊敷金属抗拉强度最小值≥43kgf／mm（420MPa）
1——焊接位置为全为焊接
5——药皮类型及电流种类为低氢钠型药皮直流反接
焊条药皮的种类很多，但按药皮熔渣的性质可分为酸性焊条和碱性焊条两大类。药皮中含有多量酸性氧化物（如SiO2、TiO2、Fe2O3等）的焊条称为酸性焊条，如E4303、E4322等；药皮中含有碱性氧化物（如CaO、FeO、MnO、MgO、Na2O等）的焊条称为碱性焊条，如E4315、E4316等。酸性焊条能交直流电源两用，焊接工艺性能较好，但焊缝的力学性能，特别是冲击韧性较差，适于一般的低碳钢和相应强度等级的低合金钢结构的焊接。碱性焊条脱硫、脱磷能力强，焊缝金属具有良好的抗裂性和力学性能，特别是冲击韧性很高，但工艺性能较差。主要适用于低合金钢、合金钢以及承受动载荷的低碳钢重要结构的焊接。
几种常用碳钢焊条的新国标型号及用途见表4-1。
表4-1几种常用碳钢焊条型号和用途

五、焊接接头型式、坡口型式和焊接位置
1、接头型式
根据焊件厚度和工作条件的不同，常要采用不同的焊接接头型式。常用的有对接、搭接角接和丁字街几种，如图4-10所示。
2、坡口型式
当焊件较薄时（≤6mm），在焊接接头处只要留有一定间隙就能保证焊透；当焊件厚度≥