复习-机自0901-0906(武汉理工大学金属工艺学考试复习资料)

复习,金属工艺学B,考试题型及分数分布情况,一、名词解释（本题10分，每小题2分）二、填空题（本题20分，每空0.5分）三、选择题（本题10分，每小题1分）四、判断题（本题10分，每小题1分）五、综合题（本题20分）六、修改零件结构，使之符合工艺性要求（本题30分，每小题3分）,铸造,可锻铸铁件的生产,可锻铸铁生产：又称玛钢或玛铁，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),种类,特点：强度高b=300400Mpa，塑性（12%）和韧性（k30J/cm2)好石墨化退火周期长，4070h,铸件成本高适用于制造承受震动和冲击、形状复杂的薄壁小件其实它并不能真的用于锻造,液态成型的优点,适于做复杂外形，特别是复杂内腔的毛坯对材料的适应性广，铸件的大小几乎不受限制成本低，原材料来源广，价格低廉，一般不需要昂贵的设备对于某些塑性很差的材料(如铸铁等)是制造其毛坯或零件的唯一成型工艺,1,2,3,4,铸造工艺图,首先要考虑这个零件有几种可能的分型方案,对浇注位置的选择,铸型分型面选择,绘制方法,绘图要领,分型面的选择,浇注位置画法(上和下),工艺参数定性给出即可,铸造工艺图:是在零件图上用各种工艺符号及参数表示出铸造工艺方案的图形,铸件的浇注位置：是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。,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。,由于石墨的存在，可以把铸铁看成是分布有空洞和裂纹的钢。其中球墨铸铁综合性能最好。,铸铁的优点良好的铸造性能，如流动性好、收缩小良好的切削加工性能高的耐磨性良好的吸振缓冲性能低的缺口敏感性能,A.灰铸铁的性能铸铁之所以用得如此广泛，是因为石墨的存在，石墨的存在，使铸铁具有铸钢所不具备的性能。,灰口铸铁中的碳主要的形式存在？,影响凝固的主要因素,合金的结晶温度范围：合金的结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固，易产生缩孔。在铁碳合金中普通灰铸铁为逐层凝固，高碳钢为糊状凝固，易产生缩松。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。,2020/5/6,10,金属的液态成型工艺,手工造型,金属型铸造熔模铸造：易于获得较高精度和表面质量压力铸造：生产率最高低压铸造陶瓷型铸造离心铸造：对合金流动性要求不高消失模铸造,液态成型,砂型铸造,特种铸造,整模造型分模造型活块造型三箱造型挖砂造型刮板造型,机器造型,适应性最广,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现以厚补薄，将缩孔转移到冒口中去,原则：定向凝固原则,合理布置内浇道及确定浇铸工艺。,方法,合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。,A等温线法,B内切圆法,判断缩孔出现的方法,消除缩孔和缩松的方法,解决缩孔的方法：定向凝固,冒口储存补缩用金属液的空腔。定向凝固铸件按照一定的次序逐渐凝固。,避免出现过大的水平面缺陷分析：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、气孔和夹渣缺陷。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),确定铸件浇铸位置时应使铸件的大平面朝下，以免形成夹砂和夹渣等缺陷。,加工余量,孔的铸出要考虑铸出的可能性、必要性、和经济性。一般大孔用下芯的方式铸出，而小孔则用机加工完成。,铸造收缩率铸件在凝固和冷却过程中会发生收缩而造成各部分体积和尺寸缩小。为使铸件的实际尺寸符合图样要求，在制作模样和芯盒时，模样和芯盒的制造尺寸应比铸件放大一个该合金的收缩率。合金收缩率的大小取决于铸造合金的种类及铸件的结构、尺寸等因素。通常灰铸铁的铸造收缩率是0.7%1.0%，铸钢的铸造收缩率为1.3%2.0%。,铸造工艺图实例,分型面的选取至关重要,衬套的零件图、铸造工艺图、铸件图,(a),(b),a)改进前；b)改进后,去掉凸台，避免活块减少型芯的数量，避免不必要的型芯直分型，防挖砂,凸台,型芯,分型面为曲面，需挖砂造型,内腔设计少用芯，安芯排气与清理，事先考虑想仔细,凸肋设计避活块,压力加工,影响塑性变形的因素,可锻性：是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。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。变形抗力是指金属对变形的抵抗力。金属的可锻性取决于材料的性质(内因)加工条件(外因),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（硬度大幅降低）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，不是相变过程晶粒越细小、组织越均匀、越致密，相应的力学性能越好，强度高塑性高,冷变形与热变形,冷变形及热变形,冷变形：变形温度低于回复温度时，金属在变形过程中只有加工硬化而无回复与再结晶现象，变形后的金属只具有加工硬化组织，这种变形称为冷变形。产生的原因：晶粒沿变形最大的方向伸长晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力晶粒间产生碎晶，滑移受阻热变形：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,薄板的冲压成型分离工序：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。,凸凹模刃口尺寸的确定,设计落料模时，应先按落料件确定凹模刃口尺寸，取凹模作设计基准件，然后根据间隙Z确定凸模尺寸（即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值）。,设计冲孔模时，先按冲孔件确定凸模尺寸，取凸模作设计基准件，然后根据间隙Z确定凹模尺寸（即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值）。,在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光面的尺寸为基准。落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的,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。,落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的,冲孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的,设计落料模应以工件最小尺寸公差为基准，间隙取在凸模上。,变形温度的影响在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动能升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。加热初期过程中会出现：氧化、脱炭若加热温度过高，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”。金属锻造加热时允许的最高温度称为始锻温度。不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止锻造的温度称终锻温度。,弯曲变化过程弯曲是将坯料弯成一定的角度，一定的曲率形成一定形状零件的工序。防止破裂，弯曲最小半径应为rmin=(0.251)s。s为金属板料的厚度。材料塑性好，则弯曲半径可小些。,弯曲时还应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直。回弹现象-由于弹性变形的恢复，坯料略微弹回一点，使被弯曲的角度增大。一般回弹角为010。,与坯料纤维方向垂直,模锻成型件的结构工艺性模锻零件必须具有一个合理的分模面，以保证模锻件易于从锻模中取出、敷料最少、锻模容易制造。在零件结构允许的条件下，设计时尽量避免有深孔或多孔结构。在可能条件下，应采用锻-焊组合工艺，以减少敷料，简化模锻工艺。,齿轮坏模锻件图,余块、机械加工余量和锻造工差余块（敷料）：为了简化零件的形状和结构，便于锻造增加的一部分金属机械加工余量：为了保证机械加工最终所需的尺寸而允许保留的多余金属锻造工差：锻件名义上的允许变动量,零件的挤压,挤压是施加强大压力作用于模具，迫使放在模具内的金属坯料产生定向塑性变形并从模孔中挤出，从而获得所需零件或半成品的加工方法。零件挤压的类型：1、正挤压金属流动方向与凸模运动方向相同2、反挤压金属流动方向与凸模运动方向相反3、复合挤压挤压过程中，坯料上一部分金属的流动方向与凸模运动方向相同，而另一部分金属流动方向与凸模运动方向相反4、径向挤压金属运动方向与凸模运动方向成90,目的1、将铸锭加热进行压力加工后，由于金属经过塑性变形及再结晶，从而改变了粗大的铸造组织，获得细化的再结晶组织。2、同时还可以将铸锭中的气孔、缩松等压合在一起，使金属组织更加致密，其力学性能会有很大提高。3、铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织。,金属变形过程中的组织与性能,4、具有纤维组织的金属，各个方向上的力学性能不相同。顺纤维方向的力学性能比横纤维方向的好。分析：采用棒料直接经切削加工制造螺钉采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉纤维组织的利用原则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。,拉深中常见的废品及防止措施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”。防止“拉裂”的措施有：正确选择拉伸系数拉深件直径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。,拉深废品,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。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=m1m2mn,多次拉深时圆筒直径的变化,用坯料能否一次拉深成的拉深件？至少需要几次拉深？要求简单计算过程,自由锻件的结构工艺性,避免锥体和斜面结构,几何体间的交接处不应形成空间曲线,改成平面与圆柱、平面与平面,锻件的结构工艺性,自由锻件的结构工艺性,自由锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面,截面变化大的锻件，采用组合连接,焊接,焊接：是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。焊接方法：熔化焊、压力焊、钎焊等。焊接的主要特点是：（1）节省材料，减轻质量；（2）简化复杂零件和大型零件的制造；（3）适应性好；可实现特殊结构的生产；（4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连接成型；（5）降低劳动强度，改善劳动条件。焊接方法的应用：（1）制造金属结构件；（2）制造机器零件和工具；（3）修复。,焊接方法,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,熔焊,电弧焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊,手弧焊,气体保护焊,埋弧焊,电阻焊,焊接接头的组织与性能,焊缝区的高温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（过热区、正火区、部分相变区）,热影响区中的过热区，对焊接接头有不利影响，应使之尽可能减小熔合区成分不均，组织为粗大的过热组织或淬硬组织，是焊接接头中的最差的部位,低碳钢溶化焊热影响区中机械性能最好的是？,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）。低碳钢的焊接接头中正火区的性能最好。,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。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：,1.硬钎焊钎料熔点在450以上，接头强度较高，都在200MPa以上，属于这类的钎料有铜基、银基和镍基等。2.软钎焊钎料熔点为450以下，接头强度较低，一般不超过70MPa，所以只用于钎焊受力不大、工作温度较低的工件。常用的钎料是锡铅合金，所以通称锡焊。,电渣焊,利用电流通过熔渣时产生的电阻热加热和熔化焊丝和母材来进行焊接的一种熔化焊方法。分为丝极、板极、熔嘴和熔管电渣焊。电渣焊的结晶特点电渣焊的线能量大，加热和冷却速度低，高温停留时间长所以电渣焊焊缝的一次结晶晶粒为粗大的树枝状组织，热影响区也严重过热。在焊接低碳钢时焊缝和近缝区产生粗大的魏氏组织。为了改善焊接接头的力学性能，焊后要进行（正火）热处理。,氩弧焊的特点及应用机械保护效果很好，焊缝金属纯净，焊接质量优良，焊缝成型美观。电弧稳定，可实现单面焊双面成型。可全位置自动焊接。氩气贵，成本高。氩弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的焊接。如铝、钛和不锈钢等。,等离子弧焊,利用机械压缩效应、热压缩效应和电磁收缩效应将电弧压缩为细小的等离子体。等离子弧可用于焊接和切割。,等离子弧焊过程,1-钨极；2-离子（Ar或N2）；3-冷却水进口；4-冷却水出口；5-离频振荡器；6-直流电源；7-电阻；8-喷嘴；9-等离子弧；10-工件,电子束焊,电子束焊接过程电子束焊是利用高速运动的电子撞击工件时，将动能转化为热能将焊缝熔化进行的熔化焊方法。电子束焊一般不加填充金属，如要求焊缝有突出表面的堆高可在接缝预加垫片。对接缝间隙为0.1倍的板厚，一般不能超过0.2mm。,CO2焊时的飞溅CO2+Fe=FeO+COFeO进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反应：FeO+C=Fe+CO生成的CO在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞溅。,二氧化碳焊,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%。,防止飞溅的措施CO2焊常用H08Mn2SiA焊丝来进行脱氧，合金化。为使电弧稳定，飞溅少，CO2焊采用直流反接。采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，防止铁的氧化。采用药芯焊丝。CO2焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要用于低碳钢和低合金结构钢薄板的焊接，不适合适合焊有色金属和高合金钢。,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,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,由多块小板焊接拼装成大板材，焊缝合理布置,焊缝布置应尽量分散,焊缝密集或交叉，会造成金属过热，加大热影响区，使组织恶化,合理焊缝布置,切削加工,切削用量,切削速度Vc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,车刀切削角度的三个主要基准平面,基面(Pr)通过主切削刃上的某一点，与主运动方向相垂直的平面切削平面(Ps)通过主切削刃上的某一点，与加工表面相切并垂直于基面的平面正交平面(P0)通过主切削刃上的某一点，并同时垂直于基面和切削平面的平面,注释:1、主运动可以使旋转运动，也可以是往复运动；2、主运动可以是工件来实现（车外圆），主运动也可以是刀具来实现（切断、刨、铣加工）;3、主运动只有一个，进给运动可以一个以上。,前角0：前刀面与基面间的夹角,前角大，刃口锋利，切屑变小，切削力小，切削轻快。但易产生崩刃。应根据刀具和工程材料及加工性质选择。加工塑性材料，取较大的前角，10-20。粗加工或灰铸铁取较小的前角，5-15。,正交平面(P0),后角0：主后刀面与切削平面间的夹角增大后角可减少摩擦，提高工件加工质量和刀具耐用度，并使切削刃锋利。在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，一般粗加工、强力车削，材料较硬时取小值，6-8。反之取8-12,正交平面(P0),主偏角Kr：主切削刃与进给方向间的夹角影响切削层的形状，切削刃的工作长度和单位切削刃上的负荷。减少r，主切削刃单位长度上的负荷减少，刀具磨损小，耐用。45、60、75、90。影响径向车削分力大小。车削细长轴时，由于径向分力的作用，工件易出现腰鼓形变形。副偏角Kr：副切削刃与进给方向间的夹角影响已加工表面的粗糙度和刀尖强度，减少r，减少表面的粗糙度的数值，还可提高刀具强度。过小，会使副切削刃与已加工面的摩擦增加，引起震动，降低表面质量。5-15。粗加工取较大值。,副偏角对残留面积的影响,基面(Pr),刃倾角s：主切削刃与基面间的夹角影响切屑流出方向，刀尖强度、切入切出平稳性、切削分力和切削的工作长度；-5-+5度。保证加工质量的前提下。尽量取较大的负值（小值），提高刀具耐冲击力。,刃倾角有正、负,粗加工取负值精加工取正值,切削平面(Ps),前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角？,积屑瘤的控制,影响积屑瘤的因素,工件材料,切削用量,刀具角度,切削液等,控制措施,要避免在中温、中速加工塑性材料，对材料进行正火或调质,增大前角可减小切削变形，降低切削温度，减小积屑瘤的高度,采用润滑性能优良的切削液可减少甚至消除积屑瘤,粗加工时对已加工表面质量要求不高，可利用积屑瘤减小切削力，保户刀具；,而精加工时，要保证工件加工质量，必须避免产生积屑瘤。,切屑的种类,a)带状切屑,b)节状切屑,c)崩碎切屑,用大前角的刀具，较高的切削速度和小的进给量切削塑性材料时，易得到带状切屑,带状切屑,切削过程平稳，切削力变化小，工件表面光洁;必须采取断屑措施,节状切屑,低的切削速度和较大的进给量加工中等硬度的钢材时产生,由于切削力波动较大，工件表面粗糙,崩碎切屑,切削层金属发生弹性变形后，一般不经过塑性变形就突然崩裂。工件材料脆性越大，刀具前角越小，切削深度和进给量越大，越易产生此类切屑,刀尖容易磨损，容易产生振动，影响表面质量,刀具的磨损过程,初期磨损阶段,正常磨损阶段,急剧磨损阶段,刃磨后的刀具开始前、后刀面上的高低不平，受到切屑的冲击和摩擦时，将“凸峰”很快磨去，时间很短,刀具上的高低不平已被磨去，磨损量增加缓慢且比较稳定,切削刃变钝，刀具与工件之间的摩擦变大，切削力增大，切削温度上升，磨损加剧，刀具失去正常的切削能力,刀具结构,刀具的结构形式,整体式,焊接式,机夹可转位式,多为高速钢车刀，其结构简单，制造、使用都方便,不需焊接和刃磨，避免了焊接和刃磨引起的缺陷，保持了硬质合金的原有性能，提高了刀具的耐用度,结构简单、紧凑、刚性好，可磨出各种所需角度，应用广泛,镗孔,镗削工艺特点,a.适应性广b.不仅可以保证单个孔的尺寸精度和形状,而且可以保证孔与孔之间的相互位置精度c.广泛用于单件，小批量生产中的孔或孔系的加工d.生产率低,对于直径较大的孔（一般D80100mm）、内成形面或孔内环槽等，镗削是唯一合适的加工方法。,车床镗孔镗床镗孔,车床镗孔a)镗通孔；b)镗不通孔；c)镗槽；d)镗内凹槽,磨削过程,磨削也是一种切削，