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1、复习,金属工艺学C,考试题型及分数分布情况,一、填空题（每空0.5分、共20分） 二、选择题（每小题1分，共10分 ） 三、判断题（每小题1分，共10分；正确错误） 四、名词解释（每小题2分，共10分） 五、工艺题（共20分） 六、结构工艺性分析题：要求文字说明结构工艺性的不合理处并在答题纸上画出正确的零件结构图（每小题3分共30分）,铸造,液态金属充满铸型型腔，获得形状准确、轮廓清晰的成型件的能力，称为充型能力。充型能力不足时会产生浇不足、冷隔、夹砂、气孔、夹渣等缺陷。 充型能力首先取决于合金的流动性，同时又受铸型性质、浇注条件和铸件结构等因的影响。 铸造最适合制造内腔形状复杂零件的方法。
2、浇注位置：是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。这个位置是否正确，对铸件的质量影响很大。,2019/4/23,5,金属的液态成型工艺,手工造型,金属型铸造 熔模铸造 压力铸造 低压铸造 陶瓷型铸造 离心铸造 消失模铸造,液态成型工艺,砂型铸造,特种铸造,整模造型 分模造型 活块造型 三箱造型 挖砂造型 刮板造型,机器造型,砂型铸造的工艺设计,铸造工艺图的绘制 分型面的选择 工艺参数的确定 浇注位置的确定,工艺参数的确定,加工余量,收缩率,拔模斜度,铸造圆角,工艺参数,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,灰铸铁的性能
3、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。,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。,黑心可锻铸铁(KTH, 铁素体基体),珠光体可锻铸铁(KTZ),白心可锻铸铁(KTB，很少用),种类,特点： 强度高b=300400Mpa，塑性（12%）和韧性（k 30 J/cm2)好 石墨化退火周期长，4070h, 铸件成本高 适用于制造承受震动和冲击、形状复杂的薄壁小件 其实它并不能真的用于锻造,白口铸铁：,灰口铸铁：,麻口铸铁：,P+Fe3C+Le,P+F
4、e3C+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,影响石墨化的因素化学成分,球墨铸铁件主要特点,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。,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。,球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷。,石墨析出时，发生膨胀，应适当提高铸型刚度。,球墨铸铁件生产中应注意的问题,控制原铁液的化学成分，与一般灰铸铁基本相同； 具有高C高Si，中Mn,低S、P
5、特点。,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,球化处理、孕育处理。,浇注条件对充型能力的影响,浇注 条件,浇注温度,充型压力,浇注系统,浇注温度越高，液态金属的粘度越小，过热度高，金属液内含热 量多，保持液态的时间长，充型 能力强。,液态金属在流动方向上所受的压力称为充型压力。充型压力越大, 充型能力越强。,浇注系统的结构越复杂，则流动 阻力越大，充型能力越差。,2.1.2.3 铸型条件对充型能力的影响,铸型蓄热系数: 即从金属中吸取 热量并储存的能力,铸型温度 (不能过高),铸型的发气和透气能力： 铸型发气能力过强，透气能力又差 时，若浇铸速度太快，则型腔
6、中的 气体压力增大，充型能力减弱。,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,(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）,加工余量,孔的铸出：要考虑铸出的可能性、必要性、和经济性。一般大孔用下芯的方式铸出，而小孔则用机加工完成。,铸造收缩率,铸件在凝固和冷却
7、过程中会发生收缩而造成各部分体积和尺寸缩小。为使铸件的实际尺寸符合图样要求，在制作模样和芯盒时，模样和芯盒的制造尺寸应比铸件放大一个该合金的收缩率。 合金收缩率的大小取决于铸造合金的种类及铸件的结构、尺寸等因素。 通常灰铸铁的铸造收缩率是0.7%1.0%，铸钢的铸造收缩率为1.3%2.0%,余量；斜度；型芯；型芯头；分型面和浇注位置,便于起模实例,肋的布置,凸肋设计避活块,压力加工,金属塑性成型： 利用金属在外力作用下所产生的塑性变形来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法也称为压力加工,可锻性,可锻性-常用金属材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
8、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。 金属对变形的抵抗力，称为变形抗力。 金属的可锻性取决于材料的性质（内因）和加工条件（外因）。,金属压力加工生产中锻前加热易产生的缺陷 金属与空气中氧气发生“氧化”反应。 合金中的石墨和空气氧气反应产生“脱碳”现象。 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”。,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
9、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。,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。,纤维组织的利用原则,冷变形强化（加工硬化）：在冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的所有强度指标（弹性极限、比例极限、屈服点和强度极限）和硬度都有所提高，但塑性和韧性有所下降。 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。 回复温度：T回=(0.250.3)T熔 再结晶：当温度升高到该金属熔点的0.4倍时（ T再=0.4T熔），金属原子获得
10、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。 变形温度在再结晶温度以上时，变形产生的加工硬化被随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称为热变形。,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,应力状态的影响 挤压时为三向受压状态。 拉拔时为两向受压一向受拉的状态。 压应力的数量愈多，则其塑性愈好，变形抗力增大；拉应
11、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,弯曲变化过程 弯曲是将坯料弯成一定的角度，一定的曲率形成一定形状零件的工序。 防止破裂，弯曲最小半径应为rmin = (0.251)s。 s为金属板料的厚度。材料塑性好，则弯曲半径可小些。,弯曲时还应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直。 回弹现象-由于弹性变形的恢复，坯料略微弹回一点，使被弯曲的角度增大。一般回弹角为010。,与坯料纤维方向垂直,薄板的冲压成型是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。 这种加工方法通常是在常温下进行的，所以又叫冷冲压或板料冲压。 板料冲压具有下列特点： 便于实现自动化，生产率很高，
12、操作简便。 节省原材料，节省能源消耗。 产品重量轻、强度高、刚性好。 产品尺寸稳定，互换性好，可以加工形状复杂的零件。,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）。,落料凹模和冲孔凸模尺寸,落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小的尺寸
13、。 落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的。,冲孔凸模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸。 冲孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的。,落料,冲孔,大批量生产图示垫圈，材料为低碳钢板，厚度为1.5mm，问需要哪两副模具？若双面间隙Z=0.2，试分别计算出这两副模具的凸凹模尺寸。,需一副冲孔模、一副落料模。 冲孔模：凸=孔=100 凹=凸+Z=100+0.2=100.2 落料模：凹=落料=200 凸=凹Z=2000.2=199.8,变形工序,拉深变化过程 拉深过程及变形特点： 凸模和凹模有一定的圆角，其间隙一般稍大于板料厚度。拉深件的底部一般不变形，厚度基本不变。直壁厚度有所减小。,1-凸模；2
14、-毛坯；3-凹模；4-工件 圆筒形零件的拉深,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。 其中拉深工序中拉深系数越小则变形程度越大。,拉深废品,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。一般取Z=(1.11.2)s。 注意润滑 拉深过
15、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,焊接,焊 接 序言提要：焊接是一种极为广泛的连接方法 焊接是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。 焊接方法：熔化焊、压力焊、钎焊、气体保护焊、等离子弧焊接、激光焊、高频焊等。 焊接的主要特点是： （1）节省材料，减轻质量； （2）简化复杂零件和大型零件的制造； （3）适应性好；可实现特殊结构的生产； （4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连接成型； （5）降低劳动强度，改善劳动条件。 焊接方法的应用： （1）
16、制造金属结构件； （2）制造机器零件和工具； （3）修复。,熔焊原理及过程,熔焊的本质及特点 熔化焊的本质是小熔池熔炼与铸造，是金属熔化与结晶的过程。 熔池存在时间短，温度高；冶金过程进行不充分，氧化严重；热影响区大。 冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶。,焊条电弧焊 1-焊件；2-焊缝；3-渣壳；4-熔渣；5-气体； 6-药皮；7-焊芯；8-熔滴；9-电弧；10-熔池,a)熔池的形式,b)热影响区形式,c)熔池结晶,柱状晶,熔池,母材,焊丝,熔滴,焊缝,热影响区,酸性药皮与碱性药皮两者的性质 酸性药皮工艺性好，而碱性药皮工艺性差 碱性药皮中有益元素多，能使焊接接头力学性能提高 碱性药皮中因不含有机物，也称低氢型药皮。可以提高焊缝金属的抗裂性 碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生飞溅和CO气孔 碱性药皮在高温下，易生成较多的有毒物质（HF等），因而应注意通风,CO2焊时的飞溅 CO2+Fe = FeO+CO FeO
