金属工艺学B-复习提纲资料PPT课件

-,1,铸造,-,2,充型能力：,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。,-,3,既然提高浇铸温度可提高液态合金的充型能力，但为什么要防止浇铸温度过高？浇注温度越高，则充型能力越好。但在实际生产中，常采用“高温出炉，低温浇注”的原则，因为浇注温度越高，金属收缩量增加，吸气增多，氧化越严重，铸件容易产生缩松、缩孔、粘砂、气孔等缺陷。铸造合金的结晶间隔越大，则流动性越差，具有共晶成分的合金流动性最好。灰铸铁的流动性最好，铸钢的流动性最差。,-,4,合金的收缩：合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许多铸造缺陷。（如：缩孔、缩松、裂纹、变形等）。,合金的收缩可划分为三个阶段：液态收缩；凝固收缩；固态收缩。,-,5,合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金体积的减小，通常称之为体收缩。在此阶段会出现缩孔和缩松缺陷。液态合金冷却液态收缩凝固收缩缩孔：恒温下结晶缩松：两相区结晶合金的固态收缩，体积和尺寸减小并存，通常称之为线收缩。在此收缩阶段会导致铸件产生应力、变形和裂纹等缺陷。,-,6,液态金属的凝固与收缩,铸件的凝固方式：在铸件的凝固过程中，其截面一般存在三个区域，即液相区、凝固区、固相区。对铸件质量影响较大的主要是液相和固相并存的凝固区的宽窄。铸件的凝固方式就是依据凝固区的宽窄来划分的。铸件的凝固方式通常有：逐层凝固；糊状凝固；中间凝固。,-,7,减少和消除铸件应力的途径,机械应力：暂时的，只须适时开箱；热应力：1）铸件的结构：铸件各部分能自由收缩；铸件的结构尽可能对称；铸件的壁厚尽可能均匀；2）工艺方面：采用同时凝固原则；3）时效处理：人工时效；自然时效；,-,8,缩孔和缩松的防止,顺序凝固原则：是铸件让远离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身凝固实现以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去合理布置内浇道及确定浇铸工艺合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施不能防止铸件变形,-,9,铸铁的分类,按照石墨的形态,铸铁可分为:石墨呈片状铸铁,称灰铸铁；石墨呈团絮状的铸铁称可锻铸铁；石墨呈球状的铸铁称球墨铸铁；石墨呈蠕虫状的铸铁称蠕墨铸铁。其中球墨铸铁综合性能最好。,-,10,返回到节,影响铸铁石墨化的因素可分为内因和外因两个方面，内因是化学成分，外因是冷却速度。,影响石墨化的因素,-,11,外因-冷却速度,在生产过程中，铸铁的冷却速度越缓慢，或在高温下长时间保温，均有利于石墨化。在其它条件一定的情况下，冷却速度与铸件的壁厚有关，壁厚越大，冷却速度越小，越有利于石墨化，反之亦然；在生产，铸件的表面和薄壁处常形成白口组织，使切削加工困难，就是由于这个原因造成的。,-,12,灰铸铁的牌号,灰铸铁的牌号由HT+三位数字组成：其中HT是灰铁的汉语拼音缩写；数字代表铸铁的抗拉强度。如HT150表示最低抗拉强度为150MPa的灰铸铁。最小的灰铁是HT100，往上以50为间隔递增，最大为HT350。,返回到节,-,13,可锻铸铁,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),-,14,型砂主要由原砂、粘土和水等组成，型砂应具备的性能：,强度透气性耐热性退让性（可塑性等）,性能,垮砂气孔粘砂裂纹等,性能不足将引起缺陷,-,15,金属的液态成型工艺,砂型铸造：手工造型；机器造型；特种铸造：金属型铸造；熔模铸造；挤压铸造；低压铸造；压力铸造；陶瓷型铸造；离心铸造。,砂型铸造适用于各种形状、大小、批量及各种合金铸造的生产，是生产大型铸件的唯一方法。,-,16,金属型铸造；熔模铸造；挤压铸造；低压铸造压力铸造；陶瓷型铸造；离心铸造。,自己总结适用对象,-,17,铸造工艺图的绘制分型面的选择铸型分型面是指铸型组元间的接合面浇注位置的确定工艺参数的确定加工余量拔模斜度型芯,-,18,分型面的选择：指铸型组元间的接合面,应保证模样能顺利的从铸型中取出应尽量减少分型面的数量应尽量使分型面是一个平直的面应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱应使铸件的全部或大部分置入下箱应尽量使型芯和活块的数量减少例如：铸件的最大截面处,-,19,浇注位置的确定,铸件的重要加工面和受力面应朝下铸件上表面容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷铸件的大平面应朝下铸件的大平面在上，容易产生夹砂缺陷铸件的大面积的薄壁部分应朝下防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷铸件中的厚大部位应朝上或侧放防止产生缩孔缺陷,-,20,“结构斜度”为起模；设计图上画清晰。“拔模斜度”模样留；工艺设计想周细,-,21,铸造工艺图（浇注位置、分型面、加工余量、拔模斜度、型芯轮廓）。,-,22,铸造结构工艺性便于起模,-,23,凸肋设计避活块,-,24,内腔设计少用芯，安芯排气与清理，事先考虑想仔细,-,25,压力加工,-,26,冷变形：变形温度在再结晶温度以下时，这种变形称为冷变形。热变形：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。冷变形与热变形相比，其优点是尺寸、形状精度高,-,27,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，在晶粒大小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。T回=0.250.3T熔（k）再结晶：当温度升高到该金属熔点的0.4倍时（T再=0.4T熔）(K)，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新生核、结晶，变为变形前晶格结构相同的新等轴晶粒。,冷变形与热变形,-,28,纤维组织的利用原则：,具有纤维组织的金属，各个方向上的力学性能不相同。顺纤维方向的机械性能比横纤维方向的好。金属的变形程度越大，纤维组织就越明显，力学性能的方向性也就越显著。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。,-,29,轧制挤压拉拔锻造自由锻模锻板料冲压,金属塑性成型的基本生产方法,-,30,锻造主要分为：无模自由成型（也称为自由锻）模膛塑性成型（也称为模锻）自由锻造使用的工具简单、通用，生产准备周期短，灵活性大，所以使用范围广，特别适用于单件、小批量生产。而且，自由锻是大型件唯一的锻造方法（1Kg300t）。但自由锻造的生产效率低，对操作工人的技艺要求高，工人的劳动强度大，锻件精度差，后续机械加工量大等致命弱点，导致自由锻造在锻件生产中日趋衰落。国外工业发达国家的中小型自由锻件在其锻件总产量的比重只有2040。,自由锻的基本工序自己总结：,-,31,模膛的分类,模膛,模锻模膛,制坯模膛,预锻模膛,终锻模膛,拔长模膛,滚压模膛,弯曲模膛,切断模膛,预锻模膛,a、预锻模膛的功用使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸,减少终锻变形量,以保证终锻时获得成形饱满、无折叠、裂纹或其它缺陷的优质锻件。,-,32,终锻模膛作用：是使坯料最后变形到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同。终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢件收缩量取1.5%。沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。终锻后在孔内留下一薄层金属，称为冲孔连皮。不可以获得具有通孔的锻件。,带有冲孔连皮及飞边的模锻件1-飞边；2-分模面；3-冲孔连皮4-锻件,-,33,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”。,-,34,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）。,-,35,冲压成型分离工序：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、精冲等。变形工序：使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序。如拉深、弯曲、翻边、胀型、旋压等。落料及冲孔（统称冲裁）落料是被分离的部分为成品，而周边是废料；冲孔是被分离的部分为废料，而周边是成品。,冲压设备？,-,36,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。,冲孔凸模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸。,-,37,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,-,38,拉深变化过程,拉深废品,拉深过程及变形特点拉深过程如右图所示，其凸模和凹模有一定的圆角，其间隙一般稍大于板料厚度。拉深中常见的废品及防止措施从拉深过程中可以看到，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”。,圆筒形零件的拉深1-凸模；2-毛坯；3-凹模；4-工件,-,39,1.正确选择拉深系数拉深件直径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。,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（上图所示）。第一次拉深系数m1=d1/D第二次拉深系数m2=d2/d1第几次拉深系数mn=dn/dn-1总的拉深系数m总=m1m2mn,多次拉深时圆筒直径的变化,防止“拉裂”的措施是：,-,40,拉深时参数调整,2.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,起皱拉深件,3.注意润滑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（上图示），也可以通过增加毛坯的相对厚度（T/D）或拉深系数的途径来解决。,有压边圈的拉深,-,41,自由锻件的结构工艺性,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，应该进。,-,42,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、平面与平面的结构。,-,43,自由锻锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线。,-,44,焊接,-,45,焊接方法,电弧焊,熔焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊,气体保护焊,埋弧焊,根据加热热源不同，对熔焊分类。,手弧焊,-,46,焊接方法,电阻焊,压力焊,摩擦焊,超声波焊,爆炸焊,扩散焊,高频焊,钎焊及封粘,软钎焊,硬钎焊,封接,粘接,-,47,焊接接头的组织与性能,熔焊热原的高温集中融化焊缝区金属，并向工件金属传导热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发生变化。焊缝区在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域。熔合区熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区。热影响区-受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化的区域（熔合区，过热区、正火区、部分相变区）。,热影响区中的正火区，是组织和性能最好的区域。,-,48,金属材料的可焊性,可焊性的概念金属材料的可焊性，是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出“好焊”和“不好焊”的差别。包括：工艺可焊性，使用可焊性。,估算钢材可焊性的方法碳当量法：碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为：,钢的可焊性常用碳当量法来估算，它的数值越高，则可焊性差。,-,49,焊接电弧将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。焊接电弧的温度分布弧柱区阳极区阴极区,-,50,由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异，在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）；直流负接：焊件接负极，焊条接正极；（薄板、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金）,直流正接和反接接法,-,51,手工电弧焊焊条药皮在焊接过程中的作用一方面防止金属氧化和吸气；另一方面向熔池过渡合金元素，提高焊缝性能；还可以减少散热，提高生产率，防止强光辐射；提高电弧燃烧的稳定性。,-,52,焊件焊后的变形形式主要有：尺寸收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等。,焊接变形的常见形式,产生原因：焊缝横向和纵向的收缩、焊缝截面形状不对称、焊缝布置不对称、焊缝布置不对称或工艺不合理、薄板在厚度方向丧失稳定性。,-,53,焊缝对称布置采用反变形方法,焊缝对称布置,对称焊接方法,Y形坡口对焊接的反变形法,焊接变形的防止和消除,-,54,埋弧焊的应用埋弧焊主要用于压力容器的环缝焊和直缝焊，锅炉冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体的焊接，起重机械（行车）和冶金机械（高炉炉身）的焊接。,锅炉汽包的焊接结构,-,55,二氧化碳焊接,以CO2为保护气体，用焊丝为电极引燃电弧，实现半自动焊或自动焊。CO2气体CO2气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。但CO2在高温下易分解为CO和O，导致合金元素的氧化，熔池金属的飞溅和CO气孔。焊接用CO2纯度要大于99.8%。不适宜于易氧化的有色金属和合金钢的焊接。,-,56,摩擦焊,摩擦焊的工艺过程原理摩擦焊是利用焊件接触面相对旋转运动中相互摩擦所产生的热，使端部达到塑性状态，然后迅速加压，完成焊接的一种压焊方法。,2.摩擦焊具有以下优点：（1）接头的焊接质量好、稳定，其废品率是闪光对焊的1%左右。（2）适于焊接异种钢和异种金属，如碳素结构钢-高速钢、铜-不锈钢、铝-铜、铝-钢等。,摩擦焊工艺过程1-工件1；2-工件2；3-旋转夹头；4-移动夹头；n-工件转速；p-轴向压力；-工件1旋转；-工件2向工件1移动；-摩擦加热过程；-工件1停止旋转、工件2向工件1顶,-,57,焊缝的布置,焊缝分散布置的设计,焊缝对称布置的设计,焊缝避开最大应力集中位置的设计,焊缝远离机械加工表面的的设计,-,58,焊缝的布置,焊缝位置便于手弧焊的设计,便于自动焊的设计,便于点焊及缝隙焊的设计,-,59,接头工艺设计,接头形式的设计,1.对接接头,2.搭接接头,3.角接接头,4.T字接接头,对接接头,接头受力简单、均匀，应力集中较小，强度较高，优先选用,搭接接头,接头强度好。但受力复杂，应力集中严重，易产生焊接缺陷。,焊接厚板常常开设坡口，形式有？自己总结,-,60,思考题,从减少焊接应力考虑，拼焊如题图所示的钢板时，应怎样确定焊接顺序？试在图中标出，并说明理由。,-,61,先分别将、焊在一起，和焊在一起，和焊在一起；然后再将、和、焊在、板上。这样安排焊接顺序的优点：容易防止和减少焊接变形；出现变形后易矫正；操作方便；易于实现自动化焊接。,1,2,3,4,5,-,62,切削加工,-,63,切削运动,机床为实现切削加工，必需有加工工件与刀具间的相对运动切削运动。它包括主运动和进给运动。主运动是指在切削加工中形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动；进给运动是指在切削加工中，对工件的多余材料不断去除的工作运动。,-,64,刀具组成,刀具上与工件的加工表面相对的表面。,切削部分（刀头）,夹持部分（刀体）,前刀面：,主后刀面：,副后刀面：,主刀刃,副刀刃,切屑流出所经过的表面。,刀具上与工件的已加工表面相对的表面。,-,65,切削用量三要素,.切削速度c：指在单位时间内工件和刀具沿主运动方向vf的相对位移；若主运动为旋转运动，则切削速度为其最大线速度：vc=dn/1000(mmin).进给量f：指在主运动一个循环内，刀具与工件在进给方向上的相对位移.背吃刀量(切削深度)ap:待加工表面到已加工表面间的垂直距离；（车外圆）ap=(dw-dm)2,切屑的种类3种：带状/节状/崩碎,-,66,积屑瘤对切削加工的影响,a.有利方面：保护刀具：由于积屑瘤是金属材料经过剧烈的塑性变形而形成的，故其硬度很高，可代替切削刃进行切屑，减少刀具的磨损。增加工作前角：由于积屑瘤的存在，使刀具的实际工作前角增大，可减小切削变形和切削力，使切削轻快。,-,67,b.不利方面：影响工件尺寸精度：由于积屑瘤极不稳定，时大时小，时有时无，使切削力产生波动而引起振动。此外积屑瘤的顶端突出于切削刃之外，使实际的切削深度不断变化，因而影响工件的尺寸精度。影响工件表面粗造度：积屑瘤破裂后若被切屑带走，会划伤表面，加快刀具磨损；若嵌附在工件已加工表面上，会形成硬点和毛刺，时工件表面粗造度值增大。,-,68,切削热的来源：切屑层的金属发生弹性变形、塑性变形而产生大量的热；切屑与刀具前刀面产生的摩擦；工件与刀具后刀面产生的摩擦；降低切削温度措施：合理采用切削液合理确定切削用量选择合适的刀具材料等。,切削热的来源,-,69,传动链的计算：,-,70,传动链的计算：,（1）主运动传动路线表达式：,=,1440,33/22,34/32,176/200,27/27,0.98,=,1980(r/min),n主min,=,1440,19/34,22/45,176/200,27/63,17/58,0.98,=,n主max,（2）主轴转速的计算：,43(r/min),-,71,外圆表面的车削,车削加工的工艺范围粗车(coarseturning)IT10-IT13Ra6.3-12.5m半精车(semi-extractiveturning)IT9-IT10Ra3.2-6.3m精车(extractiveturning)IT7-IT8Ra0.8-3.2m精细车(fineturning)IT6-IT7Ra0.2-0.8m外圆表面车削加工设备及工艺特点生产率高应用广泛加工材料范围较广有色金属零件的精加工宜采用车削车削外圆时工件的装夹特点装夹方便快捷易于保证位置精度,-,72,铣削方式,周铣,端铣,用圆柱铣刀铣平面。,用端铣刀铣平面。,顺铣：在切削部位铣刀的旋转方向与工件的进给方向相同。,逆铣：在切削部位铣刀的旋转方向与工件的进给方向相反。,周铣,-,73,钻削,钻孔利用钻头在实体材料上加工内孔的工艺方法。钻头切削部分的组成钻孔的工艺特点:刀具简单钻头刚性较差,容易引偏排屑困难切削热不易传散如用标准麻花钻不加切削液钻钢材时，工件吸收的热量约为52%，钻头约为14.5%，切屑约占28%，介质约占5%左右。钻孔工艺的应用低精度孔的最终加工只能保证