材料成形(1).doc

复习资料铸件结构工艺性设计目的，就是在结构设计上，力求使铸造，以及后续的切削加工容易进行。一是要符合生产工艺的要求，而是要技术经济上合理。 1. 浇注位置的选择原则1) 重要加工面或主要工作面应朝下或位于侧面；2)大平面朝下3)大面积薄壁置铸型下部或为垂直/倾斜,防止浇不到和冷隔缺陷；4)易缩孔件的厚大部放分型面附近的上部或侧面， 以便安放冒口，实现顺序凝固，进行补缩分型面的选择原则（1） 尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱，或加工面和加工基准面放在同一半铸型内，以保证铸件精度。（2）应尽量使用平直分型面，以简化模具制造及造型工艺，避免挖砂3） 尽量减少分型面的数目多一个分型面多一份误差，使精度下降； 分型面多，造型工时大，生产率下降；机器造型只能两箱造型，故分型面多，不能进行大批量生产。 锤上模锻件的结构工艺性1模锻零件应具有合理的分模面，以使金属易于 充满模膛，模锻件易于从锻模中取出，且敷料最少 ，锻模容易制造。2模锻零件上，除与其它零件配合的表面外，均 应设计为非加工表面。模锻件的非加工表面之间形 成的角应设计模锻圆角，与分模面垂直的非加工表 面，应设计出模锻斜度。 3零件的外形应力求简单、平直、对称，避免零 件截面间差别过大，或具有薄壁、高肋、等不良结 构。4在零件结构允许的条件下，应尽量避免有 深孔或多孔结构。孔径小于30mm或孔深大于直径两 倍时，锻造困难。 5对复杂锻件，为减少敷料，简化模锻工艺，在 可能条件下，应采用锻造焊接或锻造机械联接 组合工艺 。自由锻件的结构工艺性自由锻件的设计原则是：在满足使用性能的前提下 ，锻件的形状应尽量简单，易于锻造。1尽量避免锥体或斜面结构 2避免几何体的交接处形成空间曲线3避免加强肋、凸台，工字形、椭圆形或其它非 规则截面及外形 4合理采用组合结构四、冲压件结构工艺性1冲裁件结构工艺性2弯曲件的结构工艺性3拉深件的结构工艺性 4改进结构形式，简化工艺和节省材料5冲压件的厚度6冲压件的尺寸精度和表面质量冲裁件结构工艺性 （1）冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于排 样时合理利用材料，尽可能提高材料的利用率。（2）冲裁件转角处应尽量避免尖角，以圆角过渡 。一般在转角处应有半径R0.25t（t为板厚）的 圆角，以减小角部模具的磨损。（3）冲裁件应避免长槽和细长悬臂结构，对孔的 最小尺寸及孔距间的最小距离等，也都有一定限制4）冲裁件的尺寸精度要求应与冲压工艺相适应， 其合理经济精度为IT9IT12，较高精度冲裁件可达 到IT8IT10。采用修整或精密冲裁等工艺，可使冲 裁件精度达到IT6IT7，但成本也相应提高。 2弯曲件的结构工艺性1）弯曲件的弯曲半径不应小于最小弯曲半径，如 果弯曲半径r小于rmin时，可采用减薄弯曲区厚度 的方法，以加大rmin/t；但弯曲半径不应、也不宜 过大,否则会造成回弹量过大,使弯曲件精度不易保 证。 2）应尽可能沿材料纤维方向弯曲，多向弯曲时， 为避免角部畸变，应使弯曲变形部分远离应力集中 处，或应先切槽或冲工艺孔。 3拉深件的结构工艺性 1）拉深件的形状应力求简单、对称。拉深件的形 状有回转体形、非回转体对称形和非对称空间形三 类。其中以回转体形，尤其是直径不变的杯形件最 易拉深，模具制造也方便。（2）尽量避免直径小而深度大，否则不仅需要多 副模具进行多次拉深，而且容易出现废品。3）拉深件的底部与侧壁，凸缘与侧壁应有足够的 圆角，一般应满足Rrd，rd2t，R（24）t， 方形件r3t。拉深件底部或凸缘上的孔边到侧壁 的距离，应满足Brd+0.5t或BR+0.5t（t为板厚 ）。另外，带凸缘拉深件的凸缘尺寸要合理，不宜 过大或过小，否则会造成拉深困难或导致压边圈失 去作用。（4）不要对拉深件提出过高的精度或表面质量要 求。拉深件直径方向的经济精度一般为IT9IT10， 经整形后精度可达到IT6IT7，拉深件的表面质量 一般不超过原材料的表面质量3.3切削加工件的结构工艺性1）便于装夹，保证定位可靠，便于装配和拆卸2）减小加工难度，便于加工；3）便于进刀和退刀4）减少加工表面积，降低成本5）加工面形状应与刀具轮廓相符，便于采用标准刀具6）减少加工辅助时间；7）应使零件有足够的刚性。 名词解释及问答一 液态金属铸造成型机加工余量：为保证零件精度，在铸件上供机械加工时切除的金属层厚度。铸件工艺余量：为满足工艺上的某些要求而附加的金属层。铸造的概念；是指将液态金属借助外力充填到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，使其凝固冷却而获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的工艺。1铸造工艺特点 （1）适应性广泛 （2）可复杂成形 （3）成本较低合金的流动性是指液态合金本身的流动能力，即充满型腔，形成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力，是合金的铸造性能之一。 充型能力的定义： 金属液体充满铸型型腔，获得轮廓清晰，形状准确的铸件的能力。主要影响因素： 合金本身流动性 工艺条件收缩是液态合金在凝固和冷却过程（即从浇注温度冷却到室温）中，体积和尺寸减小的现象合金的液态收缩和凝固收缩造成的体积减少,若得不到液体补充，会使铸件内部形成一些孔洞，造成的集中孔洞成为缩孔。分散在铸件某些区域内的细小缩孔成为缩松。松防止缩：选用近共晶成分或结晶温度范围窄的合金；加大铸件的冷却速度或加大结晶压力以利补缩。金属铸件常见的缺陷：冷隔，浇不足，气孔 粘砂、夹砂 砂眼 、胀砂 铸造应力 ：铸件凝固后固态收缩受阻引起铸件内部产生的应力。分为热应力和机械应力 防止措施：1 合理设计铸件结构 2 尽量选择线收缩率小，弹性模量小的合金，设法改进铸型，型心的退让性 3采用同时凝固的原则 4 对铸件进行时效处理裂纹：铸造引力超过金属的最大抗拉强度时出现的裂纹。热裂纹防治措施：合理结构，改善型砂与心砂的退让性。降低硫含量 冷裂纹防治措施：减小铸造内应力，降低金属脆性特种铸造：熔模铸造 金属型铸造 压力铸造 低压铸 造离心铸造挤压铸造 实型铸造磁 型铸造 陶瓷型铸造 二 固态金属塑性成形金属塑性成形是指利用金属材料所具有的塑性变形规律，通过外力使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材、毛坯或零件的加工方法衡量金属塑性高低的指标：常用材料的伸长率和断面收缩率来表示三、塑性成形方法的特点l （1）改善金属的组织、提高力学性能；l （2）材料的利用率高；l （3）较高的生产率； l （4）毛坯或零件的精度较高；缺点：不能加工脆性材料（如铸铁）和形状特别复杂（特别是内腔形状复杂）或体积特别大的零件或毛坯金属塑性变形是指金属材料在外力作用下，发生永久变形而不破坏其完整性的能力。自由段分类：手工锻造和机器锻造自由锻是利用冲击力或压力，使金属在上、下砧铁之间，产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。 优点：工具简单，通用性强，生产准备周期短，应用广泛；对大型锻件，自由锻是唯一的加工方法。缺点：锻件精度较低，加工余量大；劳动强度大，生产率低。应用：主要用于单件、小批量生产，修配及大型锻件的生产和新产品的试制等模锻是利用冲击力或压力，使放在锻模模膛内的金属坯料受压变形，最后充满模膛而成形的压力加工方法模锻的特点(1) 生产效率较高；(2) 能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理，提高零件的使用寿命；(3) 模锻件的尺寸较精确，表面质量较好，加工余量较小；(4) 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； (5) 模锻操作简单，劳动强度低。 锤上模锻是将上模固定在锤头上，下模紧固在模垫上，通过随锤头作上下往复运动的上模，对置于下模中的金属坯料施以直接锻击，来获取锻件的锻造方法。 锤上模锻特点（1）金属在模膛中是在一定速度下，经过多次连续锤击而逐步成形的；（2）锤头的行程、打击速度均可调节，能实现轻重缓急不同的打击，因而可进行制坯工作；（3）由于惯性作用，金属在上模模膛中具有更好的充填效果；（4）锤上模锻的适应性广，可生产多种类型的锻件，可以单膛模锻，也可以多膛模锻；（5）锤上模锻不如在压力机上模锻的效果好。板料冲压：利用冲模在压力机上使板料分离或变形，从而获得冲压件的加工方法称为板料冲压基本工序：分离工序：剪切，冲裁，休整。变形工序：弯曲，翻边，拉深，成形板料冲压的特点1）冲压生产操作简单，生产率高，易于实现机械化和自动化。（2）冲压件的尺寸精确，表面光洁，质量稳定，互换性好，一般不再进行机械加工，即可作为零件使用。（3）金属薄板经过冲压塑性变形获得一定几何形状，并产生冷变形强化，使冲压件具有质量轻、强度高和刚性好的优点。（4）冲模是冲压生产的主要工艺装备，其结构复杂，精度要求高，制造费用相对较高，故冲压适合在大批量生产条件下采用。焊接成形焊接的定义焊接是通过加热或加压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，形成牢固接头的永久性连接的工艺方法。焊接的分类 熔化焊 将工件结合处局部加热到熔化状态，形成熔池（通常还加入填充金属），熔池冷却结晶后形成牢固的接头，与被焊工件结合为不可分离的整体。常见的熔化焊方法有气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。压力焊 无论加热与否，对工件的结合处加压，使其产生塑性变形，促进原子的结合与扩散，将工件连接在一起。常见的压焊有电阻焊、摩擦焊、冷压焊、扩散焊、爆炸焊等钎焊 采用熔点低于被焊金属的钎料，将纤料置于工件的结合处并与工件一同加热，在工件不熔化的情况下，钎料熔化，填充到工件连接的间隙中，并与被焊金属相互结合与扩散，冷却凝固后，将工件连接在一起。钎焊过程中被焊工件不熔化，且一般没有塑性变形。 焊接的特点(1)节省金属材料，结构重量轻； (2)以小拼大、化大为小，制造重型、复杂的机器零部件，简化铸造、锻造及切削加工工艺，获得最佳技术经济效果；(3)焊接接头具有良好的力学性能和密封性；(4)能够制造双金属结构，使材料的性能得到充分利用；(5)不足：如焊接结构不可拆卸，给维修带来不便；焊接结构中会存在焊接应力和变形；焊接接头的组织性能往往不均匀，并会产生焊接缺陷等。 改善焊接接头组织和性能的措施（1）尽量选择低碳且硫、磷含量低的钢材作为焊接结构材料; （2）使热影响区的冷却速度适当:对于低碳钢，采用细焊丝、小电流、高焊速，可提高接头韧度，减轻接头脆化；对于易淬硬钢，在不出现硬脆马氏体的前提下适当提高冷却速度，可以细化晶粒，有利于改善接头性能。 （3）采用多层焊，利用后层对前层的回火作用，使前层的组织和性能得到改善；（4）进行焊后热处理。焊后进行退火或正火处理可以细化晶粒，改善焊接接头的力学性能。 三）预防和减少焊接应力和变形的工艺方法 1）进行焊前预热2）加热减应区3）反变形法4）刚性固定法5）合理的焊接顺序消除焊接应力的方法：1）锤击焊缝2）进行焊后热处理3）采用机械拉伸法4焊条的选用选择原则 1）根据被焊金属的强度和化学成分2）考虑被焊结构的特点和工作条件；（3）根据具体施工条件及成本。 2.埋弧自动焊的特点及应用（1）生产率高（2）焊接质量好（3）节省金属材料（4）劳动条件好 但设备复杂，焊前对被焊工件的装配工作要求较严。三、气体保护焊特点 （1）采用明弧焊，熔池可见性好，适用于全位置焊接，有利于焊接过程的机械化、自动化; （2）电弧热量集中，熔池小，热影响区窄，焊件变形小，尤其适用于薄板焊接；（3）可焊材料广泛，可用于各种黑色金属和非铁合金的焊接；（4）不宜在室外有风的地方进行焊接，设备较复杂电阻焊：利用电流通过工件及其接触处产生的电阻热作为焊接热源，将工件接触处加热到塑性状态或局部熔化状态，再施加压力形成接头的焊接方法摩擦焊的特点1）焊接质量稳定，焊件尺寸精度高，接头废品率低于电阻对焊和闪光对焊；（2）焊接生产率高，比闪光对焊高56倍；（3）适于焊接异种金属，如碳素钢、低合金钢与不锈钢、高速钢之间的连接，铜-不锈钢、铜-铝、铝-钢、钢-锆等之间连接；（4）加工费用低，省电，焊件无需特殊清理；（5）易实现机械化和自动化，操作简单，焊接工作场地无火花，弧光及有害气体。缺点：靠工件旋转实现，焊接非圆截面较困难；盘状工件及薄壁管件，由于不易夹持也很难焊接；受焊机主轴电机功率的限制，目前摩擦焊可焊接的最大截面为20000mm2；摩擦焊机一次性投资费用大，适于大批量生产非金属材料与复合材料的成形塑料是以合成树脂或天然树脂为原料，并加入增塑剂、润滑剂、稳定剂及填料等组成的高分子材料。塑料的特点 比重小，比强度大； 耐腐蚀，耐磨，绝缘，减摩，消声，减震； 光学性能好，着色性能较强； 易成型，易复合等优良的综合性能。塑料的分类 热塑性塑料受热时呈熔融状态，可反复成型加工。 如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、ABS塑料、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，又称有机玻璃）等。 热固性塑料成型后成为不熔不溶的材料。 如酚醛塑料（PF）、氨基塑料（MF）、环氧塑料（EP）等。 非金属材料成形的特点：1）成形方法灵活多样，可以制成形状复杂的零件；2）通常是在较低温度下成形，成形工艺较简便；3）一般与材料的生产工艺结合。切削加工机械加工 通过人工操纵机床来实现零件的加工。如车、铣、刨、磨、镗削等。钳工 在钳工工作台上手持工具进行切削加工。如划线、锯割、锉削、刮削、钻孔、扩孔、攻螺纹、机械装配和设备维修等。1.切削加工的分类和特点1）切削加工的尺寸公差等级可达IT12IT3，甚至更高，表面粗糙度值为250.008微米；2）切削加工对于零件的形状和尺寸一般不受限制，只要能在机床上实现装夹，加工零件的质量范围大；3）在常规条件下，切削加工的生产率一般高于其他加工方法；4）刀具和工件必须具有一定的强度和刚度，同时刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度。车削加工 是指在车床上利用车刀进行切削加工的一种方法。以工件的旋转为主运动。特点 1）易于保证各外圆表面及其它表面间的位置精度； 2) 适合于有色金属零件的精加工； 3）切削过程平稳、切削效率高； 4）刀具简单，适应性广.铣削加工 是指在铣床上利用铣刀进行切削加工的一种方法。以铣刀的回转运动为主运动。特