金属工艺学B复习.pptx
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1、复习复习金属工艺学金属工艺学B B考试题型及分数分布情况考试题型及分数分布情况l一、名词解释(每小题一、名词解释(每小题2分,共分,共10分)分)l二、填空题(每空二、填空题(每空0.5分、共分、共20分)分)l三、问答题(每题三、问答题(每题5分,共分,共10分)分)l四、选择题(每小题四、选择题(每小题1分,共分,共20分分)l五、工艺计算题(每题五、工艺计算题(每题5分,共分,共20分)分)l六、结构分析题(将不合适结构改为合理结构,六、结构分析题(将不合适结构改为合理结构,并画出合理结构,每题并画出合理结构,每题2分,共分,共20分)分)铸造铸造 充型能力充型能力 液态金属充满液态金属
2、充满铸型型腔铸型型腔,获得,获得形状准确形状准确、轮廓清轮廓清晰晰的成型件的能力,称为的成型件的能力,称为充型能力充型能力。充型能力不足时。充型能力不足时会产生会产生浇不足浇不足、冷隔冷隔、夹砂夹砂、气孔气孔、夹渣夹渣等缺陷。等缺陷。充型能力首先取决于充型能力首先取决于合金的流动性合金的流动性,同时又受,同时又受浇注浇注条件条件和和铸型填充条件铸型填充条件(铸件结构、铸型性质)等因的(铸件结构、铸型性质)等因的影响。影响。铸造合金的结晶间隔越大,则流动性越铸造合金的结晶间隔越大,则流动性越差差,具有,具有共共晶晶成分的合金流动性最好。成分的合金流动性最好。产生浇不足、冷隔等缺陷。为防止这些缺陷
3、的产生,产生浇不足、冷隔等缺陷。为防止这些缺陷的产生,可采取的适当可采取的适当提高浇注温度、提高直浇口高度提高浇注温度、提高直浇口高度等。等。铸件结构对充型能力的影响铸件结构对充型能力的影响l 折算厚度折算厚度 l折算厚度也叫当量厚度或模数,是铸件体积折算厚度也叫当量厚度或模数,是铸件体积与铸件表面积之比。与铸件表面积之比。l折算厚度越大,热量散失越慢,充型能力就折算厚度越大,热量散失越慢,充型能力就越好。越好。l铸件壁厚相同时,垂直壁比水平壁更容易充铸件壁厚相同时,垂直壁比水平壁更容易充填。填。(大平面铸件不易成形大平面铸件不易成形)l复杂程度:复杂程度:l铸件结构越复杂,流动阻力就越大铸件
4、结构越复杂,流动阻力就越大l铸型的充填就越困难铸型的充填就越困难l找到了影响因素,就可提出改进或提高合金充填找到了影响因素,就可提出改进或提高合金充填 能力的措施能力的措施液态合金的工艺性能液态合金的工艺性能l液态合金的工艺性能表征为液态合金的液态合金的工艺性能表征为液态合金的铸造性铸造性能能l通常是指合金的通常是指合金的流动性流动性、收缩性、吸气性收缩性、吸气性及及偏析偏析等性能等性能l合金铸造性能是合金铸造性能是选择铸造金属材料选择铸造金属材料,确定铸件的确定铸件的铸造工艺方案铸造工艺方案及进行及进行铸件结构设计铸件结构设计的依据的依据工艺参数的确定工艺参数的确定加工余量加工余量收缩率收缩
5、率拔模斜度拔模斜度铸造圆角铸造圆角型芯及型芯头型芯及型芯头工艺参数工艺参数铸件的内腔设计铸件的内腔设计l原则:原则:l减少形芯数量,避减少形芯数量,避免不必要的型芯;免不必要的型芯;l便于型芯的固定、便于型芯的固定、排气和清理排气和清理。l作用:作用:l防止偏芯、气孔等防止偏芯、气孔等缺陷的产生;缺陷的产生;l简化造型工艺,降简化造型工艺,降低成本。低成本。铸件的内腔设计视频铸件的内腔设计视频灰口铸铁灰口铸铁灰灰 铸铸 铁:铁:石墨呈片状石墨呈片状球墨铸铁:球墨铸铁:石墨呈球状石墨呈球状可锻铸铁:可锻铸铁:石墨呈团絮状石墨呈团絮状蠕墨铸铁:蠕墨铸铁:石墨呈蠕虫状石墨呈蠕虫状l可以看成是在钢的基
6、体上分布着不同形态的可以看成是在钢的基体上分布着不同形态的石墨石墨。而石墨的形态、大小和分布直接影响着铸铁的而石墨的形态、大小和分布直接影响着铸铁的性能性能l根据铸铁中根据铸铁中石墨石墨形态的不同,灰口铸铁可以分为:形态的不同,灰口铸铁可以分为:l 石墨片越圆整、越细小、分布越均匀石墨片越圆整、越细小、分布越均匀l 对基体割裂作用越小。对基体割裂作用越小。1 1)控制原铁水化学成分)控制原铁水化学成分 a a)应)应严格控制严格控制 S0.07%S0.07%、P0.1%P0.1%(控制磷、硫含量,可防(控制磷、硫含量,可防止铸件产生裂纹缺陷。)。止铸件产生裂纹缺陷。)。b b)适当提高含碳量(
7、)适当提高含碳量(3.63.64.0%C4.0%C),以改善铸造性能。),以改善铸造性能。2 2)较高的铁水温度)较高的铁水温度 出炉温度应高于出炉温度应高于14001400。3 3)球化处理和孕育处理)球化处理和孕育处理 a a)球化处理)球化处理球化剂球化剂的作用:促使石墨在结晶时呈球状析出。的作用:促使石墨在结晶时呈球状析出。稀土镁合金稀土镁合金球化剂加入量一般为铁水重量的球化剂加入量一般为铁水重量的1.0 1.0 1.6%1.6%。4 4)球墨铸铁的热处理)球墨铸铁的热处理退火、正火及其它热处理(淬火、回火等)。退火、正火及其它热处理(淬火、回火等)。球墨铸铁件的生产球墨铸铁件的生产球
8、墨铸铁件球墨铸铁件主要特点主要特点石墨成球状,对基体的割裂作用已降到最低,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。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。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、缩球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷。松、皮下气孔、夹渣等缺陷。石墨析出时,发生膨胀,应适当提高铸石墨析出时,发生膨胀,应适当提高铸型刚度。型刚度。球墨铸铁件球墨铸铁件生产中应注生产中应注意的问题意的问题控制原铁液的化学成分,与一般灰铸铁基本相同;控制原铁液
9、的化学成分,与一般灰铸铁基本相同;具有高具有高C C高高Si Si,中,中Mn,Mn,低低S S、P P特点。特点。较高的铁液温度,以防止球化处理、孕育较高的铁液温度,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。球化处理、孕育处理。可锻铸铁件的生产可锻铸铁件的生产可锻铸铁可锻铸铁生产:将白口铸铁件经长时间的高温石墨生产: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。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
10、黑心可锻铸铁(KTH,(KTH,铁素体基体铁素体基体)珠光体可锻铸铁珠光体可锻铸铁(KTZ)(KTZ)白心可锻铸铁白心可锻铸铁(KTB(KTB,很少用,很少用)种种类类特点:特点:l强度高强度高b=300b=300400Mpa400Mpa,塑性(,塑性(12%12%)和韧性()和韧性(k 30 k 30 J/cmJ/cm2 2)好好l石墨化退火周期长,石墨化退火周期长,404070h,70h,铸件成本高铸件成本高l适用于制造承受震动和冲击、形状复杂的薄壁小件适用于制造承受震动和冲击、形状复杂的薄壁小件l其实它并不能真的用于锻造其实它并不能真的用于锻造l原则原则3 3:避免出现过大的水平面(:避
11、免出现过大的水平面(应向下应向下)l缺陷分析:缺陷分析:l薄壁罩壳铸件,当其壳顶呈水平面时,因薄壁件金属液散热薄壁罩壳铸件,当其壳顶呈水平面时,因薄壁件金属液散热冷却快,渣、气易滞留在顶面,易产生浇不足、冷隔、气孔和冷却快,渣、气易滞留在顶面,易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣缺陷。夹渣缺陷。l实例:实例:(a)锥顶结构(b)平顶结构(a)(b)(a)薄壁水平面(b)薄壁倾斜面(a)(b)定向凝固原则定向凝固原则是铸件让远离冒口的地方是铸件让远离冒口的地方先凝固,靠近冒口的地方先凝固,靠近冒口的地方次凝固,最后才是冒口本次凝固,最后才是冒口本身凝固。实现以厚补薄,身凝固。实现以厚补薄,将缩孔转移到
12、冒口中去。将缩孔转移到冒口中去。原则原则合理布置内浇道及确定浇铸工艺。合理布置内浇道及确定浇铸工艺。方法方法合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。消消除除缩缩孔孔和和缩缩松松的的方方法法A等温线法等温线法B B内切圆法内切圆法判判断断缩缩孔孔出出现现的的方方法法 防止缩孔产生在铸件上的有效措施是使铸件实现定向(顺序)凝固,在最后凝固部位安放冒口。热应力的消除方法热应力的消除方法铸件的结构:铸件的结构:铸件各部分能自由收缩铸件各部分能自由收缩 工艺方面:工艺方面:采用采用同时凝固原则同时凝固原则时效处理:时效处理:人工时效;自然时效人工时效;自然时效铸件的结构尽
13、可能对称铸件的结构尽可能对称铸件的壁厚尽可能均匀铸件的壁厚尽可能均匀冷铁同时凝固同时凝固 整个铸件几乎同时凝固。整个铸件几乎同时凝固。防止和减少铸造内应力则应使铸防止和减少铸造内应力则应使铸件实现同时凝固,在厚大部位安件实现同时凝固,在厚大部位安放冷铁。放冷铁。l若分型面是一曲面,若分型面是一曲面,则必须用挖砂造型则必须用挖砂造型l应尽量使型芯和活应尽量使型芯和活块的数量减少块的数量减少l应尽量使分型面是应尽量使分型面是一个平直的面一个平直的面机器造型机器造型起重机臂铸件的分型方案起重机臂铸件的分型方案a)a)平面分型平面分型b)b)曲面分型曲面分型角架铸件的多种分型方案角架铸件的多种分型方案
14、铸造结构工艺性便于起模铸造结构工艺性便于起模内腔设内腔设计少用计少用芯,安芯,安芯排气芯排气与清理,与清理,事先考事先考虑想仔虑想仔细细 改进前改进前改进后改进后改进后改进后改进前改进前改进前改进前改进后改进后“结构斜度结构斜度”为起模;设计图上画清晰。为起模;设计图上画清晰。“拔模斜度拔模斜度”模样留;工艺设计想周细模样留;工艺设计想周细 凸肋设计凸肋设计避活块避活块(a)(b)a)a)改进前;改进前;b)b)改进后改进后l去掉凸台,避免活块去掉凸台,避免活块l减少型芯的数量,避免不必要的型芯减少型芯的数量,避免不必要的型芯l直分型,防挖砂直分型,防挖砂凸台凸台型芯型芯分型面为曲面,需挖砂造
15、型分型面为曲面,需挖砂造型压力加工压力加工l轧制轧制l金属材料(或非金属材料)在旋转轧辊的压力作用下,产生金属材料(或非金属材料)在旋转轧辊的压力作用下,产生连续塑性变形,获得所要求的截面形状并改变其性能的方法。连续塑性变形,获得所要求的截面形状并改变其性能的方法。l按轧辊轴线与轧制线间和轧辊转向的关系不同,可分为纵轧、按轧辊轴线与轧制线间和轧辊转向的关系不同,可分为纵轧、斜轧和横轧。斜轧和横轧。坯料轧辊l挤压:挤压:l坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用下,从模具的孔口坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用下,从模具的孔口或缝隙挤出,使之横截面积减小,成为所需制品的加工方法。或缝隙挤出,使
16、之横截面积减小,成为所需制品的加工方法。正挤正挤反挤反挤复合挤挤压l修整修整l修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属,修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属,以切掉普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪裂带和毛刺,从以切掉普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪裂带和毛刺,从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。l修整后冲裁件公差等级达修整后冲裁件公差等级达IT6IT6IT7IT7,表面粗糙度,表面粗糙度RaRa为为0.80.81.6m1.6m。a)a)外缘修整外缘修整b)b)内孔修整内孔修整1-1-凸模;凸模;2-2-凹模凹模l冲压成型冲压成型
17、-分离工序分离工序l分离工序是使坯料的一部分与另一部分分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。如落料、冲孔、切断、相互分离的工序。如落料、冲孔、切断、精冲等。精冲等。l当采用棒料直接经切削当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时,螺钉头加工制造螺钉时,螺钉头部与杆部的纤维被切断,部与杆部的纤维被切断,受力时产生的切应力顺着受力时产生的切应力顺着纤维方向纤维方向l故螺钉的承载能力较弱故螺钉的承载能力较弱(图(图a a)。)。l当采用同样棒料经局部当采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉时(图镦粗方法制造螺钉时(图b b),纤维不被切断且连贯),纤维不被切断且连贯性好,纤维方向也较为有性好,纤维方
18、向也较为有利。故螺钉质量较好。利。故螺钉质量较好。不同工艺方法对纤维组织的影响不同工艺方法对纤维组织的影响b ba a 作用:是使坯料最后变形到作用:是使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸,因锻件所要求的形状和尺寸,因此它的形状应和锻件的形状相此它的形状应和锻件的形状相同。同。终锻模膛的尺寸应比锻件尺终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢件收缩寸放大一个收缩量。钢件收缩量取量取1.5%1.5%。沿模膛四周有飞边槽,沿模膛四周有飞边槽,用以用以增加金属从模膛中流出的阻力增加金属从模膛中流出的阻力,促使金属充满模膛促使金属充满模膛,同时,同时容纳容纳多余的金属多余的金属,缓冲锤击缓冲锤击
19、。终锻后在孔内留下一薄层金终锻后在孔内留下一薄层金属,称为冲孔连皮。属,称为冲孔连皮。带带有有冲冲孔孔连连皮皮及及飞飞边边的的模模锻锻件件1-飞飞边边;2-分分模模面面;3-冲冲孔孔连连皮皮4-锻锻件件终锻模膛终锻模膛l落料及冲孔落料及冲孔 l落料落料是被分离的部分为是被分离的部分为成品成品,而周边是,而周边是废料废料;l冲孔冲孔是被分离的部分为是被分离的部分为废料废料,而周边是,而周边是成品成品;落料过程仿真落料过程仿真冲孔过程仿真冲孔过程仿真冲孔冲孔落料落料l拉深中常见的废品及防止措施拉深中常见的废品及防止措施l拉伸件中最危险的部位是直壁与底部的过渡圆角处,当拉拉伸件中最危险的部位是直壁与
20、底部的过渡圆角处,当拉应力超过材料的强度极限时,此处将被应力超过材料的强度极限时,此处将被“拉裂拉裂”。防止。防止“拉拉裂裂”的措施有:的措施有:l正确选择拉伸系数正确选择拉伸系数l拉深件直径拉深件直径d d与与坯料直径坯料直径D D的比值称为拉深系数,用的比值称为拉深系数,用m m表示,表示,即即m=d/Dm=d/D。l拉深系数不小于拉深系数不小于0.50.50.80.8。坯料的塑性差取上限值,塑性好。坯料的塑性差取上限值,塑性好取下限值。取下限值。拉深废品拉深废品l如果拉深系数过小,不能一次拉深成形时,则可采用多次如果拉深系数过小,不能一次拉深成形时,则可采用多次拉深工艺。拉深工艺。l第一
21、次拉深系数第一次拉深系数 m1=d1/Dm1=d1/Dl第二次拉深系数第二次拉深系数 m2=d2/d1m2=d2/d1l第几次拉深系数第几次拉深系数 mn=dn/dn-1mn=dn/dn-1l总的拉深系数总的拉深系数 m=m1m2mnm=m1m2mn多次拉深时圆筒直径的变化多次拉深时圆筒直径的变化l合理设计拉深模工作零件合理设计拉深模工作零件l 凸凹模的圆角半径凸凹模的圆角半径。材料为钢的拉深件,取。材料为钢的拉深件,取r r凹凹=10=10s s,而,而r r凸凸=(0.6=(0.61)1)r r凹。这两个圆角半径过小,产品容易拉裂。凹。这两个圆角半径过小,产品容易拉裂。l凸凹模间隙。凸凹模
22、间隙。一般取一般取Z Z=(1.1=(1.11.2)1.2)s s。l注意润滑注意润滑l拉深过程中另一种常见缺陷是起皱。可采用设置压边圈的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。途径来解决。有压边圈的拉深有压边圈的拉深起皱拉深件起皱拉深件l回复:回复:冷变形后的金属加热至一定温度后,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,在晶粒大小位置,晶粒残余应力大大减小,在晶粒大小尚无变化的
23、情况下使其力学性能和物理性能尚无变化的情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,加工部分得以恢复的过程(硬度大幅降低,加工硬化部分消除)硬化部分消除)。l再结晶:再结晶:当温度升高到该金属熔点的当温度升高到该金属熔点的0.40.4倍倍时时(T T再再=0.4T=0.4T熔)熔)(K)(K),金属原子获得更多的,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生核、结晶,变为变形前晶格结构相同的新等轴晶粒。新等轴晶粒。冷变形与热变形冷变形与热变形自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性l自由
24、锻锻件若有锥面或斜面结构,将使锻造工艺自由锻锻件若有锥面或斜面结构,将使锻造工艺复杂,操作不方便,降低设备的使用效率,应该复杂,操作不方便,降低设备的使用效率,应该进。进。l锻件由几个简单几何体构成时,几何体的交接处锻件由几个简单几何体构成时,几何体的交接处不应形成空间曲线,应改成平面与圆柱、平面与不应形成空间曲线,应改成平面与圆柱、平面与平面的结构。平面的结构。v自由锻自由锻锻件上不锻件上不应设计出应设计出加强筋、加强筋、凸台、工凸台、工字形截面字形截面或空间曲或空间曲线。线。滤油器罩大批量生产滤油器罩大批量生产 板料冲压板料冲压玻璃升降器外壳零件如图,试述其加工工序?玻璃升降器外壳零件如图
25、,试述其加工工序?板料冲压成型板料冲压成型下料下料拉深拉深冲孔冲孔翻边翻边 焊接焊接l焊接:焊接:是通过加热或加压,或者两者并用,并且用是通过加热或加压,或者两者并用,并且用或不用填充材料,使焊接件达到或不用填充材料,使焊接件达到原子结合原子结合的一种方的一种方法。法。l焊接方法:焊接方法:熔化焊、压力焊、钎焊等。熔化焊、压力焊、钎焊等。l焊接的主要特点是:焊接的主要特点是:(1 1)节省材料节省材料,减轻质量;,减轻质量;(2 2)简化简化复杂零件和大型零件的制造;复杂零件和大型零件的制造;(3 3)适应性好;可实现特殊结构的生产;)适应性好;可实现特殊结构的生产;(4 4)满足特殊连接要求
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