材料成型技术基础复习

1、精选优质文档-倾情为你奉上第1章 金属的液态成型绝对考点： 一.金属的凝固1.凝固的三个区域：固相区 凝固区 液相区2.铸件的凝固方式：逐层凝固 糊状凝固 中间凝固 （了解各种方式的图）3.影响凝固方式的因素：（1）合金的温度范围 合金的结晶温度范围愈小，凝固区愈窄，愈倾向于逐层凝固 合金的性质 合金的凝固温度越低，热导率越高，接近潜热越大， 铸件内部温度均匀化能力越大，而冷镦的激冷作 用变小，故温度梯度小。（2）铸件的温度梯度 铸型的蓄热能力 铸型蓄热能力越强，激冷能力越强，铸件温度 （影响因素） 梯度越大 浇注温度 浇注温度越高，因带入铸型中热量增多，铸件温度梯 度越小 二.液态合金的工艺

2、性能 1.合金的充型能力 熔融合金充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力。 影响合金充型能力的主要因素： （1）合金的流动性 ：1）合金种类 合金的流动性与合金的熔点，导热率，合金液 的粘度等物理性能有关。 2）合金的成分 同种合金中，成分不同的铸造合金具有不同 的结晶特点，对流动性的影响也不同。 3）杂质与含气量 熔融合金中出现的固态夹杂物，将使合金 液的粘度增加，合金的流动性下降。 （2）浇注条件 ：（判断） 1)浇注温度 浇注温度越高，液态合金所含热量越多，在 同样冷却条件下，保持液态时间长，流动性 好。 2）充型压力 熔融合金在流动方向上受压力越大，充型越好 3）铸型条件 铸型

3、阻力及铸型对合金的冷却作用，都有影响。 （3）铸型条件 1）铸型的蓄热能力 2）铸型温度 3）铸型中的气体 4）铸件结构2. 合金的收缩 影响收缩的因素： （1）化学成分 （2）浇注温度：浇注温度越高，过热度越大，合金的也太收缩增加。 （注意！） （3）铸件结构和铸型条件3. 铸造性能对铸件质量的影响 1.缩孔与缩松 1）缩孔与缩松的防止措施： 按照定向凝固原则进行凝固 合理的确定内浇道位置及浇注工艺 （考点）合理的应用冒口，冷铁和补贴等工艺措施：P9图1-11 2.铸造应力 （判断） 定义：铸件在凝固，冷却过程中，由于各部分体积变化不一致，彼此制约而使其 固态收缩收到阻碍引起的内应力。 分类

4、：1）热应力 热应力是由于铸件壁厚不均，各部分收缩受到热阻碍而引起的。 2）收缩应力 铸件在固态收缩时，因受铸型，型芯，浇冒口等外力的阻碍 而产生的应力。 五.特种铸造成型1.熔模铸造 在熔模的表面包覆多层耐火材料，然后将模样熔去制成无分型面的型壳， 经焙烧，浇注而获得铸件的方法。 工艺过程： 1）制造压型 2）制造熔模 3）制造型壳 4）脱模，焙烧 5）浇注，焙烧 特点：1）由于铸型精密又无分型面，铸件精度高，表面质量好，尺寸公差等级为 IT1417，表现粗糙度Ra值可达12.51.6微米。 2）可制造形状复杂的铸件，最小壁厚可达0.7mm，最小孔可达1.5mm。 3）能适应各种铸造合金，尤

5、其适于生产高熔点和难以加工的合金铸件。 4）工序复杂，生产周期长，铸件成本较高，铸件尺寸和质量受到限制，<=25kg 适用范围： 汽轮机 燃气轮机叶片 切削刀具 仪表元件 汽车，拖拉机，机床零件生产 2.实型铸造 其原理是用泡沫塑料代替木模或金属模进行造型，造型后模样不取出，铸 型呈实体，浇入液态金属后，模样燃烧气化消失，金属液充填模样的位置， 冷却凝固成铸件。 优点：工序简单 生产周期短 效率高 铸件尺寸精度高 可采用无粘结剂型砂 劳动强度 低，而且零件设计自由度大。 适用：几乎不受铸件结构 尺寸 重量 材料 批量的限制，特别适用于生产复杂的铸件。六铸造方案的选择 1.浇注位置的选择

6、原则：（1）铸件的重要加工面应朝下或位于侧面 （2）铸件宽大平面应朝下 （3）面积较大的薄壁部分应置于铸型下部或垂直，倾斜位置 （4）形成缩孔的铸件，应将截面较厚的部分置于上不或侧凹 （5）应尽量减小型芯的数量，且便于安放，固定和排气。 2.铸型分型面的选择：（简答题） 定义：分型面为铸型之间的结合面，分型面的选择是否合理，对铸件的质量影响很大。选择不当的还将是制模，造型，合型，甚至切削加工等工序复杂化，分型面的选择应在保证质量的前提下，使制造工艺尽量简化，节省人力，物力。 原则：（1）便于起模，使造型工艺简化： 1）为了便于起模，分型面应选择在铸件最大截面处； 2）尽量减小型芯和活块数量，以

7、简化制模，造型，合型工序； 3）分型面应尽量平直； 4）尽量减少分型面，特别是机器造型时，只能有一个分型面。 （2）尽量将铸件重要加工面或大部分加工面，加工基准面放在同一沙箱中 （3）使型腔和主要型芯位于下箱第二章 金属的塑性成型一.塑性成型工艺特点及应用 特点：（1）力学性能好 （2）材料利用率高 （3）生产效率高 （4）尺寸精度高二，金属的塑性成型性能及影响因素 1.金属塑性变形时应遵循的基本规律主要有最小阻力定律，体积不变规律等。 （1）最小阻力定律 最小阻力定律是塑性成型最基本的规律之一，是指塑性变形时，如果金属质点有几个方向移动的可能，则金属各质点总是向最小阻力的方向移动。 可以通过

8、最小阻力定律分析金属的流动，通过调整流动阻力来改变某些方向上金属 的流动量，以便合理成型，消除缺陷。 （2）体积不变规律 弹性变形时必须考虑体积变化，但在塑性变形时，由于材料连续且致密，体积变化很微小，与形状变化相比可以忽略，因此，可认为塑性变形时，金属材料变形前后体积不变。 2.塑性变形对金属组织和性能的影响 （1）金属在室温下进行塑性变形时，随着变形程度的增加，强度和硬度不断提高，塑性和冲击韧性不断降低，这种现象称为加工硬化。 加工硬化的金属内部组织变化特点。 1、各晶粒沿变形最大的方向伸长， 2、位错密度增加，晶格严重扭曲，产生内应力； 3、滑移面和晶粒间产生碎晶。 （2）回复和再结晶

9、1回复 T回复=（0.250.3）T熔点（K） 式中T回复为金属回复的绝对温度； T熔点为金属熔化的绝对温度。 回复使晶格扭曲被消除，内应力明显降低，但力学性能变化不大， 部分地消除了加工硬化。 2再结晶 再结晶 以某些碎晶或杂质为晶核，成长为新的等轴细晶粒的过程称为再结晶。 再结晶消除了全部加工硬化，使金属的强度和硬度明显下降，塑性和韧性显著 提高。 一般纯金属的再结晶温度为： T再结晶0.4T熔点（K） 消除金属加工硬化的热处理方法叫再结晶退火。 再结晶的特点： 1）只有产生加工硬化的金属才能产生再结晶。 2）不同于同素异构转变，不发生晶体结构变化。 3）可以细化晶粒。但过份地延长加热时间

10、，则晶粒还会不断长大，使金属力学 性能下降。 3.与铸造相比较： 组织：金属更加致密 形成纤维组织 获得细化再结晶组织 力学性能：在纵向上的韧性提高了，而横向的降低了。 （3）纤维组织的影响 变形程度越大，纤维组织越明显。 常用锻造比Y表示变形程度。坯料拔长时的锻造比为： Y=F0/F 式中F0为坯料拔长前的横截面积；F为坯料拔长后的横截面积。 纤维组织使金属在性能上具有方向性。 纵向（平行于纤维方向）上的塑性、韧性提高， 横向（垂直于纤维方向）上的塑性、韧性则降低。 纤维组织的稳定性很高，不能用热处理或其它方法加以消除，只有经过锻压使 金属变形，才能改变其方向和形状。 合理利用纤维组织： 1

11、、应使零件在工作中所受的最大正应力方向与纤维方向重合， 2.最大切应力方向与纤维方向垂直， 3.并使纤维分布与零件的轮廓相符合，尽量不被切断。 （4）冷变形，热变形和温变形 1冷变形 金属在回复温度以下的变形称为冷变形，具有加工硬化组织。 冷变形特点 冷变形可以使工件获得较高的精度和表面质量。冷变形也是强化金属的 一种重要手段。但变形抗力大。 2热变形 金属在再结晶温度以上的变形称为热变形，具有再结晶组织。 热变形特点 金属在热变形过程中，也产生加工硬化，但随时被再结晶 所消除。热变形时，金属的变形抗力小，塑性好。工件的表面质量低于 冷变形。 3温变形 金属在回复温度和再结晶温度之间的变形，称

12、为温变形。兼有冷变形、 热变形的综合特点。 （5）加工条件 名词解释： 1.过热 加热温度过高且时间过长，不但会使坯料表层氧化（烧损），脱碳严 重。会使奥氏体晶粒急剧长大，导致锻后粗晶的现象。 2.过烧 加热温度接近熔点，会使晶界氧化，晶间连续遭到破坏塑性丧失，到 时坯料报废的现象。 碳钢的始锻温度应低于固相线200左右，终止温度应高于再结晶温度，大约 为800左右，以便获得均匀致密的锻后再结晶组织。终锻温度过低，金属无再 结晶，加工硬化严重，变形抗力急剧增加，甚至导致锻件破裂。 三.金属热锻成型工艺1.自由锻 自由锻造简称自由锻，它是利用平战或简单的工具来传递外作用力，使坯料 产生塑性变形，

13、从而该笔那其形状和性能成为合格锻件的金属塑性成型方法。2.自由锻基本工序 镦粗 拔长 冲孔 芯轴拔长 芯轴扩孔 弯曲 错移 扭转 切割等。3.锻件图的绘制 1）锻造余量 凡是锻造后在表面留供机械加工的余量 2）锻造公差 3）锻造余块 为了简化锻件的形状和锻造工艺，在铸件的某些部分添 加了大于加工余量的金属。4. 自由锻的结构工艺性：（判断） 设计具体注意：1）尽量避免锥体和斜面结构 2）几何体的交接处不应形成空间曲线 3）避免特殊和非规则截面和外形5.模锻模膛 包括预锻模膛和终锻模膛，所有模锻都要终锻模膛，时段模膛由情况而定。 1）预锻模膛 作用是在制坯的基础上，进一步分配金属，使之更接近终锻

14、形状，改 善金属在终锻模膛中的流动情况，避免形成皱折，充不满的缺陷，并 减少终锻模膛的磨损，提高锻模寿命。 2）终锻模膛 作用是使金属坯料最终变形到所要求的形状与尺寸，与热锻件图的形 状，尺寸相同。 3）飞边槽的作用 用以增加金属从型腔中流出的阻力，促使金属充满整个型腔，同 时容纳多余的金属，还起到缓冲作用，减弱上下模的硬击，防止 端模开裂。6. 选择分模面位置 （会判断位置） 原则：1）保证锻件能从型腔中取出来，因此按锻件的最大水平投影轮廓选取分模 面，并且锻件的侧表面上不得有内凹的形状； 2）分模面的位置要尽量使型腔的深度最小和宽度最大，这样金属容易充填 型腔，因为宽而浅的型腔是以镦粗的方

15、式充满的； 3）为了容易发现模锻时锻件错移，分模面尽量避免选在截面突变处； 4）为了模具制造方便，尽量采用平面分模； 5）锤上模锻金属容易充满上模型腔，锻件叫复杂部分应尽量安排在上模。7.确定模锻斜度 为了便于将成型后的锻件从型腔中取走，端模侧壁必须做成一定的斜 度。 注：内斜度应比外斜度大一级，尽量减小模锻斜度，锤上模锻钢制锻件，外模锻斜 度常用7°，内模锻斜度取10°.8. 设计冲孔连皮 具有通孔的零件，在模锻时不能直接锻出通孔，仅能冲出一个盲孔， 即内孔还留有一层具有一定 厚度的金属层。 作用 可以减轻模锻的刚性接触，起缓冲作用，避免锻模损坏。冲孔连皮需 要在切边时冲

16、掉或机械加工时切除。 9.热模锻曲柄压力机上模锻 特点：1）因滑块行程固定，并具有良好的导向装置和顶件机构，因此锻件的余量， 公差和模锻斜度都比锤上模锻小，可按一级精度选取。 2）热模锻压力机作用力的性质是静压力，因此采用组合式模锻，将各个型腔 都设计成镶块式，使模具制造简单，更换容易，节省贵重模具材料。 3）一次成型，不易是金属充满终锻型腔，因此变形应分步进行，终锻钱采用 预断工步，进行多型腔单击模锻。 4）坯料表面上的氧化皮不易去除，影响锻件表面质量，此外，热模锻压机不 适宜进行拔长和滚挤制坯。 综述： 热模锻压力机上模锻，生产率高，锻件精度高，节省材料，劳动条件好，但 热模锻压机设备复杂

17、，造价高，只适合于大批量生产。 10.平锻机上模锻 特点：1）有两个分型面，扩大了模锻适用范围，可以锻出锤上和热模锻压机上无法 锻出的锻件，如侧面有凹挡的双联齿轮，但平锻机设备复杂，造价高昂。 2）尺寸精确，表面质量好，生产率高，易于实现机械化操作。 3）除有飞边开式模锻外，还可以进行无飞边闭式模锻，材料利用率达 85%95% 。 11.摩擦压力机上模锻 特点：1）滑块行程不固定，并具有一定的冲击作用，因而可实现轻打，重打，可在 一个型腔内进行多次锻打。不仅能满足模锻各种成型工序要求，还可以进 行弯曲 校正 切边 精压 和精密模锻。 2）滑块运动速度低，金属变形过程中的再结晶现象可以充分进行，

18、因而特别 适合于锻造对变形速度敏感的地塑性金属材料。 3）由于工作速度慢，设备本省又具有下顶料装置，生产中可以采用采用特殊 结构的组合模具，锻出形状更为复杂，余量和锻模斜度都很小的锻件，并 可将杆类锻件直立起来进行局部镦锻。 4）承受偏心载荷能力差，通常只适用于单型腔多击模锻。4. 冲压成型工艺 1.冲压成型基本工序 （1）分离工序 使坯料的一部分与另一部分分离的工序，主要包括冲裁 整修 切断等。 落料与冲孔 1）冲裁变形过程 弹性变形阶段 塑性变形阶段 断裂分离阶段 断面分析 塌角 光亮带 剪裂带 毛刺 2.变形工序 （1）弯曲 将板料，型材或管材弯成具有一定角度或弧度的工序。 弯曲的回弹

19、在弯曲和外载荷去除后，工件的弯曲角度由于弹性变形的影响会 略有增大的现象。 拉深件质量及影响因素 1）起皱 由于较大的切向应力使板料失稳造成的，生产中 可采取压边圈的方法来防止。 2）拉穿 当拉应力值超过材料的强度极限时，会拉裂，常 出现在直壁与底部之间的过渡圆角处。 3.冲压模具及其结构 （1）简单冲裁模 模具结构简单，容易制造，适用于冲压件的小批量生产。 （2）连续模 生产效率高，易于实现自动化，但要求定位精度高，制造复杂，成本较 高，适于大批量生产。 （3）复合模 较高的精度和生产率，但模具制造复杂，成本高，适用于大批量生产。第3章 材料的连接成型1. 焊接成型工艺基础1焊接方法分类 1

20、）熔焊 利用局部加热的方法，将焊接接头加入啊到融化状态，加充填金属或不加， 形成共同熔池，凝固后形成共同结晶体而连接起来的焊接方法。 分为： 气焊 电弧焊 电渣焊 等离子弧焊 电子束焊 激光焊 适用： 适用于各种金属和合金的焊接加工2） 压焊 对焊件施加压力，加热或不加热，使被焊金属结合处紧密接触，依靠院子扩 散或塑性变形及再结晶，借此获得园子间结合的焊接方法。 分为： 电阻焊 摩擦焊 冷压焊 爆炸焊 超声波焊 感应焊等 适用：3）钎焊 采用熔点比母材低的金属做钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于 母材熔点的温度，利用毛细作用使液态钎料润湿母材，充填接头间隙并与母 材相互扩散实现连接的焊接方法。2焊接电弧及电源.1） 正接法：直流正接是将工件接电源正极，焊条接负极。 特点：可获得较大的熔深，适于厚板的焊接2） 反接法：与正接相反，焊条接正极，焊条熔化速度快，可实现薄钢板和有色金属的 焊接3. 焊接接头的组织与性能 （1）焊接热循环 在焊接过程中，焊缝及其附近的金属上某点温度随时间的变化过程。 特点：加热和冷却速度很快，对易淬火钢，易产生马氏体组织；对其他材料易产 生焊接应力，变形及裂纹。 （2）焊接接头的组织与性能 焊缝区与焊接热影响区 焊缝区 是由焊接熔池冷凝而成，焊缝表面和熔合线所包围的区域。 焊