材料成型技术复习资料.docx

1 液态成型定义 : 材料液态成形技术通常称之为铸造，它是指熔炼金属，制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成形方法。2 金属塑性成形的概念: 它是指在外力作用下，使金属材料产生预期的塑性变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。在工业生产中又称压力加工。3 焊接:焊接是通过加热或加热的同时又加压的手段,使分离的金属产生原子间的结合与扩散,形成牢固接头的一种永久性连接的工艺方法.4 影响金属充型能力的因素有哪些？(1)合金的流动性; (2) 铸型（模具和型芯）性质 (3)铸形条件 1）浇注温度 一般T浇越高，液态金属的充型能力越强。 2）充型压力 液态金属在流动方向上所受的压力越大，充型能力越强。 3）浇注系统的结构 浇注系统的结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差。 （4）铸件结构1）折算厚度 折算厚度也叫当量厚度或模数，为铸件体积与表面积之比。折算厚度大，热量散失慢，充型能力就好。铸件壁厚相同时，垂直壁比水平壁更容易充填。 2）铸件复杂程度 铸件结构复杂，流动阻力大，铸型的充填就困难。 5 常见铸件缺陷及特征 67分型面的选择原则:（1）应尽可能使全部或大部分铸件，或者加工基准面与重要的加工面处于同一半型内。 以避免因合型不准产生错型，保证铸件尺寸精度。（2）应尽量减少分型面的数目 分型面数量少，既能保证铸件精度，又能简化造型操作。 (3) 分型面应尽量选用平面 平直的分型面可简化造型工艺过程和模板制造，容易保证铸件精度，这对于机器造型尤为重要。4）尽量使型腔及主要型芯位于下型。8 金属流动性流动性定义：在一定浇注温度和自然压力下，液态合金充满型腔，形成轮廓清晰，形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力。9 影响金属流动性的因素（1） 金属本身的化学成分（2） 金属的结晶温度区间,温度区间越大,其流动性越差（3） 金属的熔点,熔点越高,流动性越差 10 液态成形（铸造）的分类目前铸造成形技术的方法种类繁多。按生产方法分类，可分为砂型铸造和特种铸造。按合金分类可分为铸铁、铸钢、铝合金铸造、铜合金铸造、镁合金铸造、钛合金铸造等。11 浇注位置的选择原则1) 重要加工面应朝下或位于侧面2) 铸件的大平面尽可能朝下或采用倾斜浇注 3）大面积薄壁结构应处于下部或垂直/倾斜放置，防止浇不足和冷隔缺陷； 4）厚大部位放在分型面附近上部或侧面12 热裂纹的防止措施: a合理设计铸件结构； b改善铸型和型芯的退让性； c限制铸钢和铸铁中的S含量； d选用结晶温度区间小的合金。冷裂纹防止措施： a减少铸造应力；b降低合金中P的含量；c去应力退火；d设计铸件时应避免应力集中。13 缩孔与缩松有何区别？如何防止缩松缩孔？1） 缩孔：缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。 产生原因：先凝固区域堵住液体流动的通道，后凝固区域收缩所缩减的容积得不到补充。2） 缩松 ：是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。产生原因： 当合金的结晶温度范围很宽或铸件断面温度梯度较小时，凝固过程中有较宽的糊状凝固两相并存的区域。随着树枝晶长大，该区域被分割成许多孤立的小熔池，各部分熔池内剩余液态合金的收缩得不到补充，最后形成了形状不一的分散性孔洞即缩松。另外，缩松还可能由凝固时被截留在铸件内的气体无法排除所致。不过，缩松内表面应该是光滑，近似球状。防止措施：采取定向凝固的办法避免缩孔、疏松的出现。14 影响铸件收缩的因素有哪些？（1）化学成分 不同成分的合金其收缩率一般也不相同。在常用铸造合金中铸钢的收缩最大，灰铸铁最小。 （2）浇注温度 合金浇注温度越高，过热度越大，液体收缩越大。 （3）铸件结构与铸型条件 铸件冷却收缩时，因其形状、尺寸的不同，各部分的冷却速度不同，导致收缩不一致，且互相阻碍，又加之铸型和型芯对铸件收缩的阻力，故铸件的实际收缩率总是小于其自由收缩率。这种阻力越大，铸件的实际收缩率就越小。15 防止或减小铸造应力的措施有哪些？合理设计铸件结构 铸件的形状愈复杂，各部分壁厚相差愈大，冷却时温度愈不均匀，铸造应力愈大。因此，在设计铸件时应尽量使铸件形状简单、对称、壁厚均匀。尽量选用线收缩率小、弹性模量小的合金。采用同时凝固的工艺 所谓同时凝固是指采取一些工艺措施，使铸件各部分温差很小，几乎同时进行凝固，如下图所示。因各部分温差小，不易产生热应力和热裂，铸件变形小。16 收缩、收缩的过程、收缩率、收缩的三个基本阶段收缩定义：在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象。收缩的三个基本阶段：金属由浇注温度冷却到室温经历了液态收缩、凝固收缩和固态收三个相互关联的收缩阶段收缩率体收缩率：体收缩率是铸件产生缩孔或缩松的根本原因。 线收缩率是铸件产生应力、变形、裂纹的根本原因17 凝固,凝固的方式、影响金属凝固的因素铸型中的合金从液态转变为固态的过程，称为铸件的凝固，或称为结晶。铸件的凝固方式: 逐层凝固 糊状凝固 中间凝固影响铸件凝固方式的主要因素 ：（1） 合金的结晶温度范围（2） 铸件的温度梯度 18 不合理结构综合案例问题：1、如右图所示浇注位置如何选取？ 2、分型面如何选取？方案 沿底版中心分型。轴孔下芯方便，但底版上四个凸台必须采用活块且铸件在上、下箱各半方案沿底面分型，铸件全部在下箱，不会产生错箱，铸件易清理。但轴孔内凸台必须采用活块或下芯且轴孔难以铸出。3、浇注系统如何设计？冒口、冷铁如何设置？4、如何绘制铸造工艺图？案例综合分析（讨论）A 支架零件 材料为HT200，单件，小批量生产，工作时承受中等静载荷，试进行铸造工艺设计。讨论内容：1）零件结构工艺性分析；2）选择铸造方法及造型方法；3）浇注位置的分析；4）分型面的选择；5）浇注系统的设计；6）工艺参数的确定。1）零件结构工艺分析：从铸造工艺性考虑，零件结构存在两个问题，一是筒壁过厚，易产生粗晶、缩孔等缺陷；二是凸缘至筒壁的转角处未采用圆角过渡，易产生应力集中，要作相应的修改。2）选择铸造方法及造型方法 该支架为普通灰铸铁件，工作时承受中等静载荷，强度、精度和质量要求均不高，且为单件、小批生产。 宜采用砂型铸造（手工造型）中的两箱造型。3）浇注位置和分型面 讨论如下两种工艺方案方案I:采用分模两箱造型，浇注时铸件轴线处于水平位置，两凸缘端面侧立，质量较易保证。各圆柱面虽有一部分朝上，但多为非加工面，直径70mm内表面虽需加工但质量要求不高。该方案的分型面与模样的分模面重合，且芯头位于分型面上，便于下芯、型芯排气和尺寸检验。但该方案铸件分在两个砂箱，易产生错型缺陷，合型时需加强砂型定位.方案II: 采用分模三箱造型，浇注时铸件轴线处于垂直为止，朝下的凸缘端面质量较好。分型面为两凸缘端面，铸件位于同一个砂箱中，不会产生错型缺陷。但需要加大加工质量以保证朝下的凸缘端面质量，金属损耗和切削工作量均较大，且三箱造型操作费工。4）确定工艺参数 铸件尺寸公差：因为精度要求不高，故取CT15. 要求的机械加工余量：余量等级取H级，余量值取5mm，标注为GB/T6414-CT15-RAM5(H) 铸件线收缩率：因是灰铸铁且为受阻收缩，取为0.8% 起模斜度：因该铸件凸缘端面为需机械加工的表面，选增加壁厚形式，斜度值取为1度 不铸出的孔：该铸件6个直径18孔均不铸出 芯头形式:采用水平芯头5）设计浇注系统 该铸件为灰铸铁件，铸造性能好，壁厚较均匀，故采用同时凝固原则，为均匀的引入金属液，且减少对型芯的冲击及便于造型操作，在分型面处的铸件两凸缘位置开设内浇道。19模型锻造分模面的确定原则a) 要保证模锻件易于从模膛中取出，故通常分模面选择在模锻件最大截面上。b) 所选定的分模面应能使模膛的深度最浅，这样有利于金属充满模膛，便于锻件的取出和锻模的制造。 c) 选定的分模面应能使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，这样在安装锻模和生产中发现错模现象时，便于及时调整锻模位置。d) 分模面最好是平面，且上下锻模的模膛深度尽可能一致，便于锻模制造。 e) 所选分模面尽可能使锻件上所加的敷料最少，这样既可提高材料的利用率，又减少了切削加工的工作量。 20、如何正确设计落料模和冲孔模？落料模 凹模尺寸=落料件尺寸 凸模尺寸=凹模尺寸-最小合理间隙值因凹模磨损后增大了落料尺寸，因此，凹模设计应接近落料件最小极限尺寸。冲孔模凸模尺寸=冲孔尺寸，以凸模为基准设计。凹模尺寸=凸模尺寸+最小合理间隙值凸模磨损后减小冲孔尺寸，因此，凸模设计应接近冲孔最大极限尺寸。21绘制模锻件图时应考虑的因素有哪些？应考虑分模面、加工余量、锻件公差和敷料 、模锻斜度 、模锻件圆角半径等22、模锻过程中影响金属充满模堂的因素有哪些？金属的塑性和变形抗力。 塑性高、变形抗力低的金属容易充满模膛。飞边槽的形状和位置。 飞边槽部宽度与高度之比（b/h）及槽部高度h是主要因素。 b/h越大，h越小，则金属在飞边流动阻力越大。强迫充填作用越大，但变形抗力也增大。金属模锻时的温度。金属的温度高，其塑性好、抗力低，易于充满模膛。锻件的形状和尺寸。具有空心、薄壁或凸起部分的锻件难于锻造、锻件尺寸越大，形状越复杂，则越难锻造。设备的工作速度。工作速度较大的设备其充填性较好。充填方式。镦粗比挤压易于充型。 他 如锻模有无润滑、有无预热等23 板料冲压成形的特点，落料和冲孔工序的定义；优点： (1)冲压件精度高，表面光洁，无切削，互换性好； (2)冲压件质量轻、强度、刚性较高； (3)操作简便，生产率高，易于自动化； (4)废料少，成本低；缺点： (1)变形冲压件的材料应有足够塑性与较低变形抗力 ； (2)有加工硬化现象，严重时使金属失去近一步变形的能力 ； (3)模具费用高，不宜单件小批生产。 落料: 是从板料上冲出一定外形的零件或坯料，冲下部分是成品。 冲孔: 是在板料上冲出孔，冲下部分是废料。 24自由锻造 自由锻成形过程 自由锻造是利用冲击力或压力使金属材料在上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间产生变形，从而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件成形过程。零件图 绘制锻件图 计算坯料质量和尺寸下料确定工序、加热温度、设备等加热坯料、锻打检验锻件25金属塑性成形定义、类型、方法及优缺点；定义: 它是指在外力作用下，使金属材料产生预期的塑性变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。在工业生产中又称压力加工。方法: 板料轧制 轧板 轧环设备 轧辊 压机拔长优点： 组织细化致密、力学性能提高； 体积不变，材料转移成形，材料利用率高; 生产率高，易机械化、自动化等。 可获得精度较高的零件或毛坯，可实现少无切削加工。缺点： 不能加工脆性材料； 难以加工形状特别复杂（特别是内腔）、体积特别大的制品； 设备、模具投资费用大。26什么是再结晶和再结晶温度？什么是加工硬化？加工硬化:金属进行塑形变形时,随着变形程度增加,其强度和硬度不断提高,塑性和冲击韧性不断降低的现象书79页27模锻的定义及主要特点是什么？定义：它是将坯料置于锻模模腔内，然后施加冲击力或压力使坯料发生塑性变形而获得锻件的成形过程。与自由锻相比，模锻具有如下优点:生产效率高。能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理。模锻件的尺寸较精确，表面质量好，加工余量较小。节省金属材料，减少切削加工工作量。在批量足够的条件下，能降低零件成本。模锻操作简单，劳动强度低。缺点： 模锻设备吨位限制，锻件质量一般在150kg以下。设备投资较大，模具费用高，工艺灵活性较差，生产准备周期较长。 适合于小型锻件的大批、大量生产28可锻性的定义及影响金属可锻性的因素，二个基本定律；什么是最小阻力定律？可段性书81页 因素82页29 当冲裁件断面品质要求较高时，应选取较小的间隙值。 冲裁件断面品质无严格要求时，应尽可能加大间隙，以利于提高冲模寿命。 合理间隙Z的数值按经验公式计算：Z = m t 其中t材料厚度； m与材质及厚度有关的系数。板材较薄时，m可按如下数据选用： 低碳钢、纯铁 m=0.060.09 铜、铝合金 m=0.06 0.10 高碳钢 m=0.08 0.12 当板料厚度 t 3mm时，因冲裁力较大，应适当放大系数m。 对冲裁件断面无特殊要求时，系数m可放大1.5倍。 1. 连杆和齿轮，若由模锻改为自由锻，零件结构应如何改变？ 2.下图所示圆垫片，材料为Q235， 板料厚度为3mm，试分别计算落料模和冲孔模的刃口尺寸。 3滤清器壳体冲压工艺及模具设计一、冲压工艺方案分析方案一：落料第一次拉延第二次拉延局部成形整形切边冲孔翻边。方案二：落料和第一次拉延第二次拉延和局部成形整形切边和冲孔翻边。方案三：落料和第一次拉延第二次拉延和局部成形整形切边翻边和冲孔。冲压工艺方案分析若采用方案一，则生产率低，所需模具太多，造成工件尺寸的积累误差大，而且成本很高。若采用方案二，虽然合并了一些可以合并的工序，但是先冲孔后翻边，可能会影响孔的形位尺寸。在方案三中既保证了前后工序的互不影响，又使一些工序得到合并