金属材料成形基础 2007作业.txt.ppt

金属材料成形基础 主讲徐晓峰 1 金属结晶时理论结晶温度和实际结晶温度之差称为过冷度 过冷度愈大 则结晶后的晶粒愈细 冷却速度愈小 则过冷度愈小 作业 金属材料成形基础作业 1 2 合金的结构有固溶体 金属化合物 机械混合物三种 其中固溶体具有良好的塑性 金属化合物具有高的硬度和脆性 3 细化金属材料的晶粒 可使金属的强度 硬度提高 塑性 韧性提高 在生产中常用的细化晶粒的方法有增大过冷度 变质处理 机械搅拌和振动 压力加工再结晶 热处理 4 材料的常用力学性能指标有那些 若某种材料的零件在使用过程中突然发生断裂 是由于那些力学性能指标不足所造成的 1 常用力学性能指标有 强度 塑性 刚度 硬度 冲击韧性 疲劳强度 2 强度 塑性 冲击韧性 疲劳强度 5 填表回答 6 用20钢制成 10 标距30 的试样作拉伸试验 测得屈服时的拉力为21630N 断裂前的最大拉力为34940N 拉断后测得标距长度为65 断裂处直径为5 试计算 b s 的值 7 典型的金属晶体结构有体心立方晶格 面心立方晶格 密排立方晶格 实际金属的缺陷有点缺陷 线缺陷 面缺陷 8 零件的失效形式有哪些 影响失效的基本因素有哪些 1 断裂 塑性变形 过量弹性变形 磨损 腐蚀等 2 设计因素 材质因素 工艺因素和安装使用不当 9 什么是同素异晶转变 请绘出纯铁的冷却曲线 并指出同素异晶转变温度和晶格类型 1 固态下随着温度的变化 金属的晶体结构从一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程 10 图1 1所示为部分的铁碳合金状态图 请在右边的T t图中画出含碳量为0 45的铁碳合金的结晶过程并标注出各温度段的组织 L L A A F F P A 1 铸造合金从液态冷却凝固至室温 其收缩要经历哪几个阶段 导致铸件产生缩孔和缩松的原因是什么 导致铸件产生应力 变形 裂纹的原因又是什么 1 液态收缩 凝固收缩和固态收缩三个阶段 2 液态收缩和凝固收缩 3 固态收缩 金属材料成形基础作业 2 2 液态合金的充型能力是液体金属充满铸型型腔 获得尺寸精确 轮廓清晰的成形件 铸件 的能力 影响液态合金充型能力的因素有哪些 2 合金的流动性 浇注条件 铸型充填条件 1 合金在铸造生产条件下 获得优质铸件的难易程度 2 流动性和收缩 合金的流动性越好 收缩越小 铸造性能越好 3 什么是合金的铸造性能 衡量合金铸造性能的主要指标是什么 4 影响铸铁组织和性能的因素是什么 现有三根直径分别为 10mm 30mm 60mm的灰口铸铁试棒 测得它们的抗拉强度均为200Mpa 问这三根试棒的成分是否相同 牌号是否相同 为什么 1 化学成分和冷却速度 2 牌号相同 成分不同 3 因为铸铁的牌号是用强度表述的 其强度相同即表明其牌号相同 因为影响铸铁组织和性能的因素是化学成分和冷却速度两个因素 试棒的直径不同表明其冷却速度不同 要获得同一强度 必须调整其化学成分 所以成分不同 5 有一测试铸造应力用的应力框铸件 如图1 1所示 凝固冷却后 用钢锯沿A A线锯断 此时断口间隙的大小会发生什么变化 为什么 1 变大 2 因为凝固冷却后 铸件 30的粗杆处于拉应力状态 铸件 10的细杆处于压应力状态 当沿A A锯断后 粗杆给予细杆的压力被释放 所以断口间隙会变大 6 灰口铸铁的组织和性能决定于什么因素 为什么在灰口铸铁中 碳硅含量越高 则其强度越低 1 灰口铸铁的组织和性能决定于化学成分和冷却速度 2 因为碳 硅含量越高 铸铁中的石墨片就越粗大 石墨数量也越多 对基体的破坏就越严重 同时基体中铁素体的量增加 珠光体的量减少 所以铸铁的强度越低 7 用成分相当于牌号HT200的铁水浇注成如图1 2所示的铸件 该铸件最厚截面为60mm 最薄截面为15mm 试问最厚和最薄截面上的组织是否相同 为什么 1 不同 2 因为铸件壁厚不同 即其冷却速度不同 厚壁处铸件的冷却速度慢 铸铁中的石墨片就粗大 石墨数量也越多 对基体的破坏就越严重 同时基体中铁素体的量增加 珠光体的量减少 薄壁处铸件的冷却速度快 铸铁中石墨片细小 石墨数量较少 同时基体中铁素体的量减少 珠光体的量增多 8 某厂铸造一个 1500mm的铸铁顶盖 有如图2 3所示两种设计方案 试分析哪种方案易于生产 简述其理由 a 方案合理 由于铸件的尺寸很大 壁厚较薄 属于大平面结构 铸件上的大平面极易产生浇不足 夹砂 夹渣 气孔等缺陷 图 a 的方案 一方面避免了上述不利因素 还因为具有了一定的结构斜度 有利于造型 9 分析图2 4所示零件分型方案的优缺点 并选择其中与零件生产类型相适应的分型方案 大批量生产 单件生产 1 2 方案1 方案1 方案2 方案2 图 b 是单件生产 应选择方案2 方案2 1 是整体模造型 铸件的尺寸精度易于保证 2 铸件螺纹表明的质量均匀 3 可以直接铸出铸件的内腔 省去了型芯 答 图 a 是大批量生产 应选择方案1 方案2虽是整体模造型 铸件的尺寸精度易于保证 但内腔1无法铸出 方案1虽是分开模造型 铸件易于产生错箱的缺陷 但能保证生产出完整的铸件 而且可以降低砂箱的高度 再者机器造型具有较高的精度 铸件的尺寸精度可以得到保证 10 图1 4所示为铸铁底座 在保证 50的孔和H不变的前提下 请回答 1 修改结构不合理之处 2 在图上标出最佳分型面和浇注位置 11 确定如图1 5所示铸件的铸造工艺方案 要求如下 1 在单件 小批生产条件下 分析最佳工艺方案 2 按所选最佳工艺方案绘制铸造工艺图 包括浇注位置 分型面 机械加工余量 起模斜度 铸造圆角 型芯及芯头等 其余 上 下 材料 HT150 收缩率 1 12 确定如图1 6所示铸件的铸造工艺方案 要求如下 1 画出几种可能的分型方案 2 在单件 小批生产条件下 分析并确定最佳工艺方案 3 按所选最佳方案绘制铸造工艺图 包括浇注位置 分型面 机械加工余量 起模斜度 铸造圆角 型芯及芯头等 上 下 收缩率 1 方案 最佳 下 上 铸造收缩率 1 12 生产如图2 3所示铸件 材料为HT150 试回答下列问题 1 标出图示零件几种不同的分型方案 2 在你认为最佳的分型方案上做铸造工艺图 13 铸件结构工艺性 判断下列铸件的结构工艺性 若不合理 请在原图上进行改 1 纯铅 T熔 327 的再结晶温度为 33 它在常温下的变形为热变形 而钨 T熔 3380 在1000 的变形为冷变形 这是因为T再 1188 1000 T再 0 4T熔 0 4 327 273 240 K T再 240 273 33 T再 0 4T熔 0 4 3380 273 1461 K T再 1461 273 1188 金属材料成形基础作业 3 2 压力加工的基本生产方式有轧制 挤压 拉拔 自由锻 模锻 板料冲压 对于大型重要件 例如大型发电机中转子的毛坯应采用自由锻方法来生产 3 图3 1所示垫圈拟采用简单冲裁模生产 其冲压工序为 1 落料 2 冲孔 若模具的单面间隙为0 05mm 则 1 的凸模尺寸为 49 9mm 凹模尺寸为 50mm 2 的凸模尺寸为 15mm 凹模尺寸为 15 1mm 5 图3 3所示为一钢制拖钩 可以用下列方法制造 铸造 锻造 板料切割 其中以锻造方法制得的拖钩拖重能力最大 这是因为 1 细化晶粒 改善组织 提高力学性能 2 压合部分铸造缺陷 3 使纤维组织不被切断 并沿制件外形合理分布 4 单晶体塑性变形的实质是晶粒内部的滑移和孪晶 而多晶体塑性变形的实质是晶粒内部进行滑移和孪晶 晶粒之间进行滑动和转动 拔长 切肩 拔长 切肩 拔长 6 对图2 3和图2 4定性绘出锻件图 并选择自由锻基本工序 零件全部机械加工 1 阶梯轴 图2 3 坯料尺寸 150 220 材料 45钢 生产批量 10件 2 套筒 图2 4 坯料尺寸 150 170 材料 45钢 生产批量 20件 镦粗 冲孔 切肩 芯轴拔长 拔长 局部镦粗 冲孔 拔长 局部镦粗 冲孔 镦粗 冲孔 切肩 芯轴拔长 3 压盖 7 图2 5所示零件大批量生产时 应选择哪种锻造方法较为合理 请定性绘出锻件图 并选择锻造基本工序 工序 1 镦粗 2 预锻 3 终锻 4 切边 5 冲孔 6 修整 8 将材料及尺寸均相同的金属坯料加热到相同的温度 分别在空气锤 水压机和高速锤上成形时 金属坯料的变形抗力是否相同 为什么 当金属材料的塑性较差时 应采用何种锻压设备进行成形 1 不同 2 因为在不同的设备上变形速度不同 则其变形抗力不同 其在空气锤上的变形抗力最大 水压机上次之 3 当金属材料的塑性较差时 应采用水压机进行成形 9 现拟将一厚度为2mm 直径为120mm的平板坯料 拉深成直径为40mm 高度为40mm的杯形零件 如图3 6所示 为防止其产生拉裂 拉穿 起皱等缺陷 在模具设计及工艺上应采取什么措施 现拟采用多次拉深成形 需拉深几次方可成形 写出计算过程 在模具设计及工艺上应采取 凸凹模的工作部分必须具有一定的圆角 凸凹模间隙要合理 控制拉深系数 m 设置压边圈 涂润滑油拉深次数 2次m d D 0 5 0 8 设取m1 0 5 60 120得d1 60m2 40 60 0 67 0 5由上面的计算可知 两次拉深即可成形 10 下列自由锻件 模锻件及冲压件的结构工艺性是否合理 若不合理 请修正 12 1 按照实现焊接过程手段的不同 焊接方法可分为熔化焊 压力焊和钎焊三大类 埋弧自动焊属于熔化焊 2 手工电弧焊的焊条由 1 焊条芯和 2 药皮两部分组成 1 的作用是 导电 填充 2 的作用是 机械保护作用 冶金处理作用 稳定电弧的作用 金属材料成形基础作业 4 3 焊接接头由 1 焊缝和 2 焊接热影响区组成 2 又可分为熔合区 过热区 正火区和部分相变区等四个区域 其中对焊接接头性能影响最大的区域是熔合区和过热区 5 生产中常见的焊接变形形式有 收缩变形 角变形 弯曲变形 扭曲变形 波浪形变形等五种 减小和预防焊接变形的工艺方法有 加裕量法 反变形法 刚性固定法 选择合理的焊接次序等 矫正焊接变形的方法有 机械矫正法和火焰矫正法 4 焊接时 产生焊接应力和变形的主要原因是 在焊接过程中 对工件进行局部加热和快速冷却 6 根据钎料熔点的不同 钎焊可分为 软钎焊和硬钎焊两类 在焊接硬质合金车刀时 常用硬钎焊 而在焊接电器元件时 常用软钎焊 7 减少焊接应力的工艺措施有哪些 如何消除焊接应力 1 减少焊接应力工的工艺措施 1 设计时 焊缝不要密集交叉 截面和长度也应尽可能小 2 合理选择焊接顺序 3 锤击或碾压焊缝 4 采用小能量 多层焊 5 焊前预热 150 350 2 焊后热处理 去应力退火 8 试分析焊接工人在焊接厚焊件时 为什么有时用园头小锤对处于红热状态的焊缝进行敲击 答 因为厚大焊件强度大 在焊接过程中不易变形 焊接应力较大 致使工件产生裂纹的倾向较大 所以在焊接过程中 常用园头小锤对处于红热状态的焊缝进行敲击 使其产生塑性变形 以减小应力 减小其产生裂纹的倾向 9 焊接热影响区的宽窄对焊接接头的性能有什么影响 如何减少和消除焊接热影响区 答 1 焊接接头包括焊缝和焊接热影响区 热影响区的宽窄对焊接接头的质量起着决定性的作用 热影响区越宽 焊接接头产生裂纹的倾向越大 承载能力越差 2 减小和消除热影响区的方法有 小电流 快速焊接 采用先进的焊接方法 焊前预热 焊后热处理 正火 10 钎焊与熔化焊相比 其焊接过程的实质有什么不同 钎焊时所用的溶剂起什么作用 答 1 熔焊是将被焊工件局部加热到熔化状态 彼此产生原子间的结合形成共同的接头 实现永久的连接 而钎焊是用低熔点的金属做钎料 将工件和钎料加热到高于钎料熔点而低于母材熔点的温度 利用液态钎料湿润母材 填充接头间隙并与母材相互扩散 冷却凝固后实现连接 其两被焊工件之间无原子间的结合 2 钎焊时所用溶剂作用 清理作用 去除表面氧化皮 降低表面张力 改善液态钎料对焊件的湿润性 增强毛细管作用 保护作用 11 铝及铝合金 铜及铜合金等有色金属焊接的主要问题是什么 在生产中常采取哪些措施解决这些问题 铝及铝合金的焊接特点 1 易氧化 2 易产生气孔 3 易变形开裂 4 接头易软化 氩弧焊 气焊 钎焊 电阻焊 2 铜及铜合金的焊接特点1 难熔合 2 易氧化 3 易产生气孔 4 易变形开裂 氩弧焊 气焊 钎焊 碳弧焊 12 在焊接如图3 1所示的T字形截面梁时 由于焊缝位置分布不对称 该件焊后易产生弯曲变形 请在原图上用虚线画出该图可能弯曲后的焊件轮廓 即焊件的弯曲方向 现拟用火焰加热法矫正该变形 试在原图上标注出加热部位 13 现有厚4mm 长1200mm 宽800mm的钢板3块 需拼焊成一块长1800mm 宽1600mm的矩形钢板 问如图3 2所示的结构设计是否合理 若不合理 请予以改正 为减小焊接应力与变形 其合理的焊接次序应如何安排 14 判断下列各种焊件的结构是否合理 若不合理 请在原图上修改 1 切削用量三要素是V f ap 车外圆时 已知工件转速n 320r min 车刀移动速度vf 64mm min 其它条件如图4 1所示 试求切削速度v 进给量f 切削深度ap 金属材料成形基础作业 5 2 绘图表注下列刀具的几何角度 0 0 Kr Kr 1 外圆车刀 0 100 0 80 Kr 600 Kr 100 2 端面车刀 0 150 0 100 Kr 450 Kr 300 3 内圆车刀 0 100 0 80 Kr 600 Kr 100 1 车外圆 n f 切削平面 主剖面 0 0 kr Kr 切削平面 主剖面 0 0 kr Kr 2 端面车刀 0 0 kr Kr n 3