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1、复习,金属工艺学,题型及分数分布,一、填空题（每空0.5分，共20分） 二、单项选择题（每小题1分，共10分） 三、简答题（每小题5分，共15分） 四、综合题（共35分） 五、零件工艺结构题：修改不合理工艺结构并画出合理的零件结构图。（每小题2分共20分）,铸造,常见毛坯种类有 铸件 锻件 焊件（焊接件） 型材等 其中对于形状较复杂的毛坯一般采铸件。,型砂,型砂主要由原砂、粘结剂和水等组成 应具备 透气性 强度 耐火性 可塑性 退让性等基本性能。 对铸件不良影响 垮砂 气孔 粘砂 裂纹 等,合金的收缩,合金的收缩过程:合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。合金的收缩给液态成形工
2、艺带来许多困难，会造成许多铸造缺陷。（如：缩孔、缩松、裂纹、变形等）。,合金收缩的三个阶段,液态收缩,凝固收缩,固态收缩,什 么 结 果 ？,合金的收缩阶段 -液态收缩；-凝固收缩；-固态收缩,铸件的变形原因,梁形铸件的弯曲变形,平板铸件的变形,床身铸件的变形,结论： 厚部、心部受拉应力，出现内凹变形 薄部、表面受压应力，出现外凸变形,解决缩孔的方法：定向凝固,冒口 储存补缩用金属液的空腔。 定向凝固 铸件按照一定的次序逐渐凝固。,液态成形内应力、变形与裂纹,内应力,热应力,机械应力,变形：残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应力，以回到稳定的平衡状态 裂
3、纹：当热应力大到一定程度会导致出现裂纹(热裂纹与冷裂纹） 铸造应力有哪几种？形成的原因分别是什么？,铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件的壁厚不均匀，导致不同部位不均衡的收缩而引起的应力。,铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生的应力。,常用合金流动性举例,其中：普通灰口铸铁流动性最好,灰口铸铁,灰 铸 铁：石墨呈片状 球墨铸铁：石墨呈球状 可锻铸铁：石墨呈团絮状 蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状,可以看成是在钢的基体上分布着不同形态的石墨。而石墨的形态、大小和分布直接影响着铸铁的性能 根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁可以分为：,石墨片越圆整、越细小、分布越均匀 对基体割裂作用
4、越小。,铸铁的优点 良好的铸造性能，如流动性好、收缩小 良好的切削加工性能 高的耐磨性 良好的吸振缓冲性能 低的缺口敏感性能 灰口铸铁凝固收缩小，这是因为其结晶析出石墨,灰铸铁,灰铸铁的性能 铸铁之所以用得如此广泛，是因为石墨的存在，石墨的存在，使铸铁具有铸钢所不具备的性能。,普通灰铸铁件,基体：F、P、F+P 生产：铁水熔炼好后直接浇铸 牌号：HTXXX HT: 表示灰铸铁中文拼音的代号 XXX: 三位数字表示最抵抗拉强度(MPa),石墨形态：粗片状,问题,1）灰铸铁牌号为什么不用含碳量多少表示，而用力学性能表示？ 2）有一铸件当其强度不够时，可否通过增大截面 解决？,提高灰铸铁的性能,石墨
5、形态?,可锻铸铁的牌号,可锻铸铁的牌号用汉语拼音和两组数字表示，第一组数字表示其最低抗拉强度b （MPa），第二组数字表示其最低伸长率 。,KTH30006,KTZ45006,牌号为KTZ450-06的铸铁，其石墨形态?,白口铸铁：,灰口铸铁：,麻口铸铁：,P+Fe3C+Le,P+Fe3C+G+Le,珠光体灰口铸铁：,铁素体灰口铸铁：,珠光体+铁素体灰口铸铁：,P+G片,P+F+G片,F+G片,化学成分： C是形成石墨的元素 Si是促进形成石墨的元素 通常C%、Si%越高，越容易石墨化,1.影响石墨化的因素化学成分,2.影响石墨化的因素冷却速度,冷却速度： 减小冷却速度可以促进石墨化，易得到粗
6、大的石墨片和铁素体基体 增大冷却速度则阻碍石墨化，此时只有部分碳以细石墨片析出，而另一部分碳则以渗碳体析出， 得到铸光体基体,铸造工艺图实例,分型面的选取至关重要,衬套的零件图、铸造工艺图、铸件图,拔模斜度 为了在造型和制芯时便于起模，以免损坏砂型和型芯，在模样、芯和的起模方向留有一定的斜度,起模斜度的形式 a)增加铸件厚度 b)加减铸件厚度 c)减少铸件厚度,金属型铸造缺点 金属型制造成本高、生产周期长 铸造工艺严格 浇不足、冷隔、裂纹等铸造缺陷 灰铸铁易产生白口铸铁 金属铸型的形状和尺寸一定的限制 适用范围 铜、铝合金的大批量生产 铸造铝合金活塞,在铸件的结构设计时，应考虑的因素有 使造型
7、方便 应设计结构斜度 应有铸造圆角 壁厚应尽可能均匀 壁的连接应圆滑过渡 便于型芯的固定,起重机臂大批量生产，材料KTH550-04？,调速套筒大批量生产，材料QT800-2 ？,(a),(b),a)改进前；b)改进后,去掉凸台，避免活块 减少型芯的数量，避免不必要的型芯 直分型，防挖砂,凸台,型芯,分型面为曲面，需挖砂造型,内腔设计少用芯，安芯排气与清理，事先考虑想仔细,(a),(b),a)改进前；b)改进后,结构应使工艺简化,简化外形，分形少,思考题： 为防止铸件缺陷产生，试修改图示铸钢机架的结构。 （孔的尺寸、形状不能变）,凸肋设计避活块,压力加工,影响塑性变形的因素,可锻性：常用金属材
8、料在经受压力加工产生塑性变形的工艺性能来表示。 可锻性的优劣是以金属的塑性和变形抗力来综合评定的。 塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形，而不破坏其完整性的能力。 变形抗力是指金属对变形的抵抗力。 金属的可锻性取决于 材料的性质(内因) 加工条件(外因),加工条件的影响(外因) 变形温度的影响 在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动能升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。 若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降低，这种现象称为“过热”。若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废，这一现象称为“过烧”。 金属锻造加热时允许的最高温度
9、称为始锻温度。 不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止锻造的温度称终锻温度。,具有纤维组织的金属，各个方向上的力学性能不相同。顺纤维方向的力学性能比横纤维方向的好。 分析： 采用棒料直接经切削加工制造螺钉 采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉 纤维组织的利用原则 使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断； 使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。 纤维组织的稳定性高，不能用热处理方法加以消除，只能通过塑性加工使金属变形，才能改变其方向和形状。,回复：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，使原子回复到平衡位置，晶粒残余应力大大减小，在晶粒大小尚无变化的情
10、况下使其力学性能和物理性能部分得以恢复的过程（硬度大幅降低 ） 加工硬化部分消除 再结晶：当温度升高到该金属熔点的0.4倍时（ T再=0.4T熔）(K)，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新生核、结晶，变为变形前晶格结构相同的新等轴晶粒，不是相变过程 晶粒越细小、组织越均匀、越致密，相应的力学性能越好，强度高塑性高,预锻模膛 预锻模膛的作用是： 使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，终锻时金属容易充满终锻模膛。 同时减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用寿命。 预锻模膛和终锻模膛的区别是前者的圆角和斜度较大，没有飞边槽。,终锻模膛 终锻模膛的作用是：是使坯料最后变形到锻件所
11、要求的形状和尺寸，因此它的形状应和锻件的形状相同。 终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢件收缩量取1.5%。 沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。 终锻后在孔内留下一薄层金属，称为冲孔连皮。,带有冲孔连皮及飞边的模锻件 1-飞边；2-分模面；3-冲孔连皮4-锻件,曲轴大批量生产，材料45#？,板料冲裁：落料及冲孔 落料是被分离的部分为成品，而周边是废料； 冲孔是被分离的部分为废料，而周边是成品。,冲孔,落料,垫片大批量生产，材料Q235？,冲裁力的计算 平刃冲模的冲裁力按下式计算: P=KLs 式中： P冲裁力N ；L冲裁周边长(m
12、m)；s坯料厚度(mm)；K系数，常取1.3；材料抗剪强度(MPa)，取= 0.8b。 冲裁件的排样 排样是指落料件在条料，带料或板料上合理布置的方法。 落料件的排样有两种类型：无搭边排样和有搭边排样。 冲裁力是指在冲裁时材料对模具的最大抵抗力，与材料抗剪强度、材料轮廓长度与材料厚度有关。,落料件的排样法 a)有搭边；b)无搭边,(a),(b),复合模 冲床的一次冲程中，在模具同一部位上同时完成数道冲压工序的模具，称为复合模。精度高，模具复杂。,落料拉伸复合模,保证孔与外圆的同轴度,应力状态的影响 挤压时为三向受压状态。 变形抗力最大 拉拔时为两向受压一向受拉的状态。 压应力的数量愈多，则其塑
13、性愈好，变形抗力增大；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。,图a 挤压时金属应力状态,图b 拉拔时金属应力状态,当采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉时（图b），纤维不被切断且连贯性好，纤维方向也较为有利 故螺钉质量较好。 利用圆钢经镦粗加工的齿轮，使用寿命最长，强度好 纤维组织使金属材料的机械性能出现了各向异性，设计锻件时必须使零件工作时的受到的最大切应力与纤维方向垂直；在板料冲压中的弯曲工序中，弯曲线必须与板料中的纤维方向垂直。,不同工艺方法对纤维组织的影响,b,a,自由锻件的结构工艺性,避免锥体和斜面结构,几何体间的交接处 不应形成空间曲线,改成平面与圆柱、平面与平面,锻件的结构工艺性,自由锻
14、件的结构工艺性,自由锻件上不应设计 出加强筋、凸台、工字形截面,截面变化大的锻件， 采用组合连接,凸凹模刃口尺寸的确定 在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光面的尺寸为基准。 落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的 而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的 设计落料模时，应先按落料件确定凹模刃口尺寸，取凹模作设计基准件，然后根据间隙Z确定凸模尺寸（即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值）。 设计冲孔模时，先按冲孔件确定凸模尺寸，取凸模作设计基准件，然后根据间隙Z确定凹模尺寸（即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值）。,拉深中常见的废品及防止措施 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
15、极限时，此处将被“拉裂”。防止“拉裂”的措施有： 正确选择拉伸系数 拉深件直径d与坯料直径D的比值称为拉深系数，用m表示，即m=d/D。 拉深系数不小于0.50.8。坯料的塑性差取上限值，塑性好取下限值。,拉深废品,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。 第一次拉深系数 m1 = d1/D 第二次拉深系数 m2 = d2/d1 第几次拉深系数 mn = dn/dn-1 总的拉深系数 m=m1m2mn,多次拉深时圆筒直径的变化,合理设计拉深模工作零件 凸凹模的圆角半径。材料为钢的拉深件，取r凹=10s，而r凸=(0.61)r凹。这两个圆角半径过小，产品容易拉裂。 凸凹模间隙
16、。一般取Z=(1.11.2)s。 注意润滑 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途径来解决。,有压边圈的拉深,起皱拉深件,不考虑公差和弯曲处的变薄量，单位：mm 分离工序中Z(单边间隙)=0.3， 板料冲压工艺确定？ 分离工序中冲压模具（凸凹模）的尺寸计算？ 拉伸常见缺陷，预防措施？,D凹=100mm D凸=100-0.32=99.4mm,焊接,由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异， 在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法： 直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条） 直流负接：焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金）,直流正接与负接,手工电弧焊电焊条,电焊条的组成及作用 组成：焊芯和药皮 作用： 焊芯填充金属 药皮稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结等。 药皮必须含有造气剂和造渣剂。 药皮中还应含有稳弧剂和合金化剂，以及脱氧剂、脱硫剂和去氢剂等。,几种常用焊芯的化学
