工学材料成型技术基础课程总复习

1、工学材料成型技术基础课程总复习工学材料成型技术基础课程总复习主要内容 非金属成型 焊接成型 塑性成型 液态成型 毛坯选择主要内容 非金属成型 焊接成型 塑性成型 液态成型液态成型 ?液态成型的优点 ? 将液态金属借助外力充填到型腔中，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）形状复杂，复杂内腔的零件毛坯。2）铸造生产的适应性广。3）毛坯尺寸精度较高（与锻件相比）。4）经济性好。 铸造性能评价？合金的流动性、收缩性、吸气性和偏析等。液态成型液态成型 ? 将液态金属借助外力充填到型腔中，影响合金流动性的因素?液态成型合金成分纯金属和共晶合计流动性好。结晶温度区间小，合金的流动性好。浇

2、注条件 浇注温度和充型压力铸型条件铸型温度和浇注系统铸件结构结构形状和最小壁厚的要求对流动性增强还是减弱？可能导致那种缺陷？影响合金流动性的因素?液态成型合金成分对流动性增强还是减弱？液态成型1、纯铁大于铸钢2、铸铁大于铸钢；3、共晶大于非共晶；4、近共晶大于远共晶。铁-碳合金流动性与含碳量的关系？ 液态成型1、纯铁大于铸钢铁-碳合金流动性与含碳量的关系？ 液态成型流动性导致主要缺陷？渗漏 浇不足 冷隔充型能力不足浇不足冷 隔夹 砂气 孔不能得到完整的零件没完整融合缝隙或凹坑液态成型流动性导致主要缺陷？渗漏 浇不足 冷隔充型能力不足液态成型糊状凝固逐层凝固合金凝固？液态成型糊状凝固逐层凝固合金

3、凝固？液态成型顺序凝固原则： 在铸件上从远离浇口部分到浇口或冒口之间建立一个递增的温度变化，从而实现由远离冒口的部分向冒口方向顺序的凝固。控制铸件凝固的工艺原则？同时凝固原则： 采取工艺措施保证铸件上各部分之间没有温差或温差尽量小，使各部分几乎同时凝固。液态成型顺序凝固原则：控制铸件凝固的工艺原则？同时凝固原则：液态成型合金的收缩 ?收缩的分类 ? 铸造合金从液态凝固和冷却至室温过程中产生的体积和尺寸的缩减现象。内应力、变形缩孔和缩松形成本质是合金的液态收缩和凝固收缩远大于合金的固态收缩。 合金收缩的大小主要取决于合金的成分、浇注温度、铸件的结构和铸型条件等。液态成型合金的收缩 ? 铸造合金从

4、液态凝固和冷却至室液态成型合金成分结晶区间流动性凝固方式收缩性工艺原则以下概念之间的关系？ 结晶温度范围小的合金，其凝固方式为逐层凝固，其凝固控制原则为顺序凝固 液态成型合金成分以下概念之间的关系？ 结晶温度范围小的液态成型原理：危害：分类：消除措施：铸造应力?固态收缩受到阻碍。变形和裂纹时效处理液态成型原理：铸造应力?固态收缩受到阻碍。变形和裂纹时效处理液态成型t0-t1：均处塑性状态，铸件内无应力产生；t1-t2：杆II弹性状态，杆I塑性状态，瞬间内应力通过杆I塑性变形而消失，无应力；t2-t3：均弹性状态，杆I内部产生拉应力，杆II内部产生压应力。 t0t1t2t3液态成型t0-t1：均

5、处塑性状态，铸件内无应力产生；t0t1液态成型在t0-t1时间内，细杆和粗杆均处于弹塑性转变温度以上， 铸件内不产生热应力。在t1-t2时间内，粗杆处于弹塑性转变温度以上，细杆处于弹塑性转变温度以下，此时铸件的变形由细杆确定，杆细带动粗杆一起收缩，铸件内不产生热应力。在t2-t3时间内，细杆和粗杆均处于弹塑性转变温度以下，粗杆的冷却速度比细杆快，即粗杆的自由线收缩速度大于细杆。因而，粗杆被拉长，产生拉应力；细杆则相反，产生压应力。冷却到t3（室温）时，铸件内存在残余应力，细杆内为压应力，粗杆内为拉应力。 液态成型在t0-t1时间内，细杆和粗杆均处于弹塑性转变温液态成型铸件厚壁处或心部受拉应力、

6、薄壁或表层受压应力。结论：热应力导致的变形两夹角和都增大 液态成型铸件厚壁处或心部受拉应力、薄壁或表层受压应力。结论： 合理选择合金（E和线膨胀小） 减小铸件各部分的温差 提高铸型和型芯的退让性 及时落砂减少铸造应力的措施?液态成型消除铸造应力的措施?时效处理 合理选择合金（E和线膨胀小）减少铸造应力的措施?液态成型消项目铸造方法砂型铸造熔模铸造金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造铸型材料砂型砂型金属型金属型多用砂型金属型型芯砂芯 不需要金属芯金属芯砂芯不需要补缩重力补缩重力补缩重力补缩压力补缩压力补缩离心力补缩充型重力充型重力充型重力充型压力充型（与重力垂直和成角度压力充型（与重力相反）离心力

7、充型典型特征不受限制，尤其内腔复杂高熔点难切削合金，精度高，无芯无冷铁小批量，高强度，有色合金大批量，薄壁复杂的有色合金铸件，铸件不能热处理充型平稳，内部质量高 无芯和浇注系统，圆环和圆筒型铸件典型件各类箱体等刀具，钻头，叶片发动机，汽车等零件，如铝活塞发动机，汽车，电器等零件叶轮和内腔复杂薄壁零件套、环、筒液态成型铸造成型方法?项目铸造方法砂型铸造熔模铸造金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸铸造工艺及结构工艺性？液态成型 避免铸件的外形有局部侧凹。 铸造工艺及结构工艺性？液态成型 避免铸件的外形有局部侧凹。 液态成型 尽可能去掉不必要的外圆角（工艺圆角除外）液态成型 尽可能去掉不必要的外圆角（工

8、艺圆角除外）液态成型 铸件上凸台和筋条的设计，应考虑其结构便于造型 液态成型 铸件上凸台和筋条的设计，应考虑其结构便于造型 液态成型 铸件要尽量减少分型面数量液态成型 铸件要尽量减少分型面数量液态成型 在铸件上设计结构斜度 结构斜度拔模斜度液态成型 在铸件上设计结构斜度 结构斜度拔模斜度液态成型 铸件内腔尽量不用或少用型芯，以简化铸造工艺 液态成型 铸件内腔尽量不用或少用型芯，以简化铸造工艺 液态成型 铸件的壁厚应适当铸造方法 铸件尺寸/mm合 金 种 类 铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金铜合金砂 型 铸 造 500500 1520 1520 1520 1012 6 1012 液态成型 铸件的

9、壁厚应适当铸 合 金 液态成型 铸件壁厚尽可能均匀液态成型 铸件壁厚尽可能均匀液态成型设计结构圆角 铸件壁与壁之间应避免锐角连接液态成型设计结构圆角 铸件壁与壁之间应避免锐角连接液态成型 铸件的厚壁与薄壁的连接应逐步过渡 铸件壁与壁之间应避免交叉液态成型 铸件的厚壁与薄壁的连接应逐步过渡 铸件壁与壁之间应液态成型铸件的结构是否使铸件的收缩受阻 应尽量避免设计水平面过大的铸件 液态成型铸件的结构是否使铸件的收缩受阻 应尽量避免设计水平液态成型 较长易挠曲梁应将其截面设计成对称截面 液态成型 较长易挠曲梁应将其截面设计成对称截面 液态成型铸件上易产生变形或裂纹的部位，设计加强筋结构，防止变形。 液

10、态成型铸件上易产生变形或裂纹的部位，设计加强筋结构，防止液态成型砂型铸造浇注位置的选择原则？ 重要加工面或主要工作面应处于铸型的底面或侧面。 避免出现气孔、砂眼、夹杂等缺陷液态成型砂型铸造浇注位置的选择原则？ 重要加工面或主要工作 铸件的大平面应处于铸型的底面。 大平面朝上容易出现夹砂和气孔缺陷。 液态成型 铸件的大平面应处于铸型的底面。液态成型液态成型砂型铸造分型面的选择原则？（1）应使铸件全部或大部置于同一半型内。 合箱对准时的误差会使铸件产生错偏。 合箱不严会使铸件在垂直分型面方向上的尺寸增加。错箱胀箱（2）应尽量减少分型面的数目（3）分型面应尽量选用平面液态成型砂型铸造分型面的选择原则

11、？（1）应使铸件全部或大部置液态成型（4）不使砂箱过高（5）受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度合理液态成型（4）不使砂箱过高（5）受力件的分型面的选择不应削弱液态成型铸件工艺图的制定： （1）综合考虑浇注位置和分型面的确定 （2）加工余量，起模斜度 （3）砂芯的部位，要画出砂芯的位置、形状和芯头。 液态成型铸件工艺图的制定：液态成型如图2-1所示的A、B、C、D四种成分的铁碳合金中，流动性最好的合金是（ ）；形成缩孔倾向最大的合金是（ ）；形成缩松倾向最大的合金是（ ）；适于采用顺序凝固的合金是（ ）；糊状凝固倾向最大的合金是（ ）；液态成型如图2-1所示的A、B、C、D四种成分的铁碳合

12、金中，液态成型试分析下图所示铸件（1）哪些是自由收缩，哪些是受阻收缩？（2）受阻收缩的铸件形成哪一类铸造应力？（3）各部分应力属于什么性质（拉应力或压应力）？（a）（c）（e）（b）（d）（f）液态成型试分析下图所示铸件（1）哪些是自由收缩，哪些是受阻收塑性成型塑性成形实质：在外力作用下产生不可恢复的塑性变形。衡量金属塑性成形能力的指标：塑性与变形抗力。 塑性成型方法： 自由锻（下料 镦粗 拔长 冲孔 弯曲 切割 扭转 错移） 模锻 （锤上模锻、胎模锻、压力机模锻、平锻机模锻） 挤压 （正挤压、反挤压、复合挤压） 拉拔 轧制 冲压（切断、落料、冲孔、弯曲、拉伸、翻边、胀形） 塑性成型塑性成形实

13、质：在外力作用下产生不可恢复的塑性变形。 锻压的优点能改善金属的组织，提高金属的机械性能；节约金属材料和切削加工工时；具有较高的生产率；不能直接锻制形状复杂的零件，尤其是内腔复杂件；尺寸精度不高，需要重型的机器设备和复杂的工装模具；生产现场劳动条件较差。 锻压的缺点塑性成型 锻压的优点 锻压的缺点塑性成型 塑性的影响因素 化学成分和合金成分对金属塑性的影响 组织状态对金属塑性的影响 变形温度对金属塑性的影响 应变速率对塑性的影响 应力状态对塑性的影响塑性成型 塑性的影响因素 化学成分和合金成分对金属塑性的影响塑性成塑性成型 金属的变形分类： 冷变形 再 再= 0.4 熔 热变形 再 温变形 回

14、 再 回=（0.250.3）熔 加工硬化回复和再结晶，软化现象显微组织不变 锻造比和锻造流线代表变形程度大小力学性能各向异性热处理不能消除锻造流线1.25Y镦粗 2.5杂质塑性成型 金属的变形分类：加工硬化回复和再结晶，软化现象显微塑性成型 零件工作时的正应力方向与流线方向平行，切应力方向与流线方向垂直。 流线的分布与零件的外形轮廓相符合。齿轮中的锻造流线切削加工锻造后切削加工锻造成形合理不合理切削加工锻造成形塑性成型 零件工作时的正应力方向与流线方向平行，切应力锻造成型自由锻：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。特点：工具

15、简单，成本低；周期短，应用广泛；适应性强；大型锻件的唯一锻造方法；但其锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低。 自由锻变形工序基本工序下料 镦粗 拔长 冲孔 弯曲 切割 扭转 错移 辅助工序：倒棱 压肩 压痕精整工序：目的减少表面缺陷，校正弯曲和扭歪锻造成型自由锻：利用冲击力或压力，使金属在上、下砧铁之间产生塑性成型自由锻工艺规程主要内容： 绘制锻件图； 确定变形工序； 计算坯料的重量和尺寸； 确定加热温度及冷却方式； 选定锻造设备等。塑性成型自由锻工艺规程主要内容：塑性成型锻件图零件图 + 余块+ 加工余量 + 锻造公差 绘制锻件图绘制方法：（1）用实线画出锻件最终轮廓（2）用双点

16、划线画出零件的主要轮廓形状。（3）尺寸线上方或左面标注锻件尺寸与公差；（4）尺寸线下方或右面用圆括号标出零件尺寸。塑性成型锻件图零件图 + 余块+ 加工余量 + 锻造公差 锻造成型确定变形工序锻造成型确定变形工序自由锻件的结构工艺性塑性成型自由锻件的结构工艺性塑性成型塑性成型模锻分类及应用 分为锤上模锻、胎膜锻、压力机模锻等。 适合于中小型锻件的大批量生产。高温下具有足够的强度、硬度、韧性、耐磨性、抗热疲劳性、回火稳定性等。锻模 锻模材料 模膛分类 制坯模膛拔长模膛滚压模膛弯曲模膛模锻模膛预锻模膛终锻模膛飞边槽容纳多余金属塑性成型模锻分类及应用高温下具有足够的强度、硬度、韧性、耐磨塑性成型冲孔

17、连皮 防止上、下模冲孔凸模直接相撞。 模锻件工艺规程的制定1、绘制模锻件图；2、计算坯料的重量和尺寸；3、确定模锻工步；4、选择锻压设备；5、设计锻模模膛；模锻件图零件图+加工余量+公差+余块 +分模面+模锻斜度+冲孔连皮+圆角塑性成型冲孔连皮防止上、下模冲孔凸模直接相撞。 模锻件工艺塑性成型选取在锻件的最大截面上，锻件能够从模膛中取出；模膛应该尽量浅，以利于金属充填和锻件取出；应尽量减少余块，以减少切削工作量和金属消耗；不应取在锻件中部的截面上，以利于检查上下模的相对错移和切除飞边应尽量采用平面，以利于制造模具；塑性成型选取在锻件的最大截面上，锻件能够从模膛中取出；塑性成型 零件结构的模锻工

18、艺性分模面选取便于锻件从模膛中取出，利于金属填充、减少余块和易于制模。设置结构斜度应避免肋的设置过密或高宽比过大，以利于金属充填模腔。应避免腹板过薄 避免深孔或多孔结构 形状复杂件采用组合结构塑性成型 零件结构的模锻工艺性分模面选取便于锻件从模膛中取塑性成型 板料冲压的基本工序: 分离工序和变形工序两大类。落料冲孔修整切断拉深弯曲翻边胀形板料冲压的应用: 低碳钢、铝、铜、镁合金 薄壁金属成品 塑性成型 板料冲压的基本工序:落料拉深板料冲压的应用: 低碳塑性成型变形工序:是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、胀形等 。 板料冲压的特点： （1）制造形状复杂的薄

19、壁零件。 （2）获得力学性能好、尺寸精度高、质量稳定、互换性。 （3）生产率高、成本低，实现机械化和自动化。 （4）冲压模具结构相对复杂，加工精度高，制造成本高。 板料冲压的应用: 制造薄壁金属成品。 塑性成型变形工序:是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不塑性成型 冲压件的结构工艺性 对冲裁件的要求对弯曲件的要求对拉伸件的要求塑性成型 冲压件的结构工艺性 对冲裁件的要求对弯曲件的要求对塑性成型改进结构可以简化工艺及节省材料采用冲焊结构:对于形状复杂的冲压件、可先分别冲制若干个简单件，然后再焊接成整体件。采用冲口工艺，以减少组合件数量。在使用性能不变的情况下，应尽量简化拉深件结构，以便减少

20、工序，节省材料，降低成本。塑性成型改进结构可以简化工艺及节省材料塑性成型 冲压模分类 简单模（单工序模） 级进模（连续模） 复合模塑性成型 冲压模分类 简单模（单工序模）焊接成型 常用的连接方法机械连接胶接焊接 焊接的分类 熔焊 压焊 钎焊机械结合结合冶金固态焊接 焊接电弧焊条和工件强烈、持久又稳定的气体放电现象引弧和成弧焊接成型 常用的连接方法机械连接 焊接的分类 熔焊机械结合结焊接过程是一个冶金过程,焊接熔池中将发生氧化、还原和合金化等过程 。 焊接成型H2焊接过程是一个冶金过程,焊接熔池中将发生氧化、还原和合金化等焊接成型 焊接接头组织与性能焊接接头由焊缝区、熔合区和热影响区组成。熔合区

21、化学成分不均匀，组织粗大，其性能是焊接接头中最差的。热影响区过热区：最高加热温度在11000C以上的区域，晶粒异常长大 ,塑性韧性下降，力学性能最差。正火区：最高加热温度在Ac3至11000C的区域，焊后空冷得到均匀细小F+P正火组织，性能优，力学性能较好。部分相变区：最高加热温度在Ac1至Ac3的区域，只有部分组织发生相变，晶粒不匀，较正火区稍差。 再结晶区：温度处在450至Ac1之间，材料发生回复和再结晶 焊接成型 焊接接头组织与性能焊接接头由焊缝区、熔合区和热影响焊接成型焊接成型焊接成型 焊接性的间接评价方法碳当量越高，焊接性越差。CE0.6%时，冷裂倾向严重，焊接性差，需较高预热温度不

22、同的焊接方法及焊接材料，金属材料的焊接性可能有很大差别。 焊接成型 焊接性的间接评价方法碳当量越高，焊接性越差。碳当量焊接成型由焊芯和药皮组成。 焊条焊芯：传导电流及填充焊缝的金属药皮:形成熔渣和气体稳弧、去杂质、渗合金，保护熔化金属及焊缝按药皮性质分：酸性焊条、碱性焊条。力学性能；工艺性能；选用原则：1）等强度原则；2）同成分原则；3）抗裂性要求；4）抗气孔要求；5）低成本要求。焊接成型由焊芯和药皮组成。 焊条焊芯：按药皮性质分：酸性焊条焊接成型焊接变形的基本形式 焊接变形 焊接变形的预防由焊接应力引起1 预变形焊接成型焊接变形的基本形式 焊接变形 焊接变形的预防由焊接应焊接成型2 焊接顺序

23、3 焊接变形矫正焊接成型2 焊接顺序3 焊接变形矫正焊接成型 选择塑性好的材料。 避免焊缝密集交叉，焊缝过长，截面过大。 合理的焊接次序。 焊前预热，可减小温差，减少焊接应力较为有效。 采用小能量焊接方法。 需较彻底地消除焊接应力时，焊后去应力退火。 采用锤击法、水压法或振动法消除焊接应力。 焊接应力的防止和消除：塑性延展焊接成型 选择塑性好的材料。 焊接应力的防止和消除：塑性延焊接成型 焊条电弧焊 埋弧焊 气体保护电弧焊 电渣焊 高能焊 电阻焊 摩擦焊熔化焊压力焊焊接成型 焊条电弧焊熔化焊压力焊 电阻焊 摩擦焊电阻焊可分为点焊、缝焊、对焊。搭接接头对接接头惯性摩擦焊线性摩擦焊焊接成型 电阻焊 摩擦焊电阻焊可分为点焊、缝焊、对焊。搭接接头对接接焊接成型 接头类型对接接头T字形接头搭接接头焊接成型 接头类型对接接头T字形接头搭接接头焊接成型 焊缝的布置 焊缝布置应尽量分散。 焊缝的位置应尽可能对称布置。 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置 焊缝应尽量避开机械加工面 焊缝位置应便于操作焊接成型 焊缝的布置 焊缝布置应尽量分散。焊接成型 焊缝缺陷 外部缺陷 内部缺陷过高 过凹 咬边 焊瘤 烧穿焊接成型 焊缝缺陷 外部缺陷 内部缺陷过高 非金属材料成形基本工序：制粉 预处理 成形 烧结 后处理粉末冶金产品特点：多组元无偏析；复合材料；多孔材料 粉末冶金成形塑料的组成树脂填