武汉理工大学《金属工艺学》复习 (1)

1、考试题型及分数分布情况考试题型及分数分布情况 一、填空题（每空一、填空题（每空0.50.5分、共分、共2020分）分） 二、选择题（每小题二、选择题（每小题1 1分，共分，共1010分分 ） 三、判断题（每小题三、判断题（每小题1 1分，共分，共1010分；正确分；正确错错 误误） 四、名词解释（每小题四、名词解释（每小题2 2分，共分，共1010分）分） 五、工艺题（共五、工艺题（共2020分）分） 六、结构工艺性分析题：要求文字说明结构工六、结构工艺性分析题：要求文字说明结构工 艺性的不合理处并在答题纸上画出正确的零件艺性的不合理处并在答题纸上画出正确的零件 结构图（每小题结构图（每小题3

2、 3分共分共3030分）分） 总复习总复习 2009.8.13武汉理工大学金工学部武汉理工大学金工学部 将熔炼好的液态金属浇注到与零件的形状和尺寸相适应的铸型型腔中，待其将熔炼好的液态金属浇注到与零件的形状和尺寸相适应的铸型型腔中，待其 冷却凝固后，所获得毛坯或零件的成型方法，称为铸造。冷却凝固后，所获得毛坯或零件的成型方法，称为铸造。 液态合金的充型液态合金的充型（浇不足、冷隔、气孔、夹渣）浇不足、冷隔、气孔、夹渣） 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、

3、夹砂、气孔、夹渣等缺陷型能力。充型能力不足时会产生浇不足、冷隔、夹砂、气孔、夹渣等缺陷 影响充型能力的因素影响充型能力的因素 合金的流动性；合金的流动性；浇注条件（浇注条件（浇注温度，浇注温度，充型压力）；铸型填充条件（铸型蓄充型压力）；铸型填充条件（铸型蓄 热能力，铸型温度，铸型中的气体）；铸件结构。热能力，铸型温度，铸型中的气体）；铸件结构。 铸造合金的凝固与收缩铸造合金的凝固与收缩 凝固方式：逐层凝固，糊状凝固，中间凝固凝固方式：逐层凝固，糊状凝固，中间凝固 收缩阶段：液态收缩，凝固收缩，固态收缩收缩阶段：液态收缩，凝固收缩，固态收缩 工艺原则工艺原则 定向凝固原则定向凝固原则-缩孔，缩

4、松缩孔，缩松 同时凝固原则同时凝固原则-应力应力 铸造内应力、变形与裂纹铸造内应力、变形与裂纹 内应力：热应力、机械应力内应力：热应力、机械应力 变形：粗短细长变形：粗短细长 裂纹：热裂、冷裂裂纹：热裂、冷裂 铸铸 造造 铸铁件的生产铸铁件的生产 铸铁性能铸铁性能 优点：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；良好的吸震缓冲性能；低的缺口敏感性能。能；高的耐磨性；良好的吸震缓冲性能；低的缺口敏感性能。 缺点：缺点：石墨极差的力学性能；对基体的割裂；石墨片尖端的应力集石墨极差的力学性能；对基体的割裂；石墨片尖

5、端的应力集 中成为裂纹源。中成为裂纹源。 铸铁的石墨化铸铁的石墨化 一次结晶决定石墨形态、分布特征和共晶团尺寸、数目。一次结晶决定石墨形态、分布特征和共晶团尺寸、数目。 二次结晶视石墨化程度决定铸铁的三种基体组织。二次结晶视石墨化程度决定铸铁的三种基体组织。 影响石墨化因素影响石墨化因素 化学成分：化学成分：强促进石墨化元素硅强促进石墨化元素硅，强阻碍石墨化元素强阻碍石墨化元素硫硫； 冷却速度冷却速度-铸件壁厚铸件壁厚 铸铁生产工艺铸铁生产工艺 孕育铸铁：孕育剂是含孕育铸铁：孕育剂是含SiSi量为量为75%75%的硅铁，适当提高铁水出炉温度。的硅铁，适当提高铁水出炉温度。 可锻铸铁：可锻铸铁：

6、先获取全白口铸件，再经石墨化退火。先获取全白口铸件，再经石墨化退火。 球墨铸铁：球墨铸铁：球化球化+ +孕育；适当提高铁水出炉温度；孕育；适当提高铁水出炉温度；适当提高砂型刚度。适当提高砂型刚度。 砂型铸造砂型铸造 常用的手工造型方法常用的手工造型方法 按砂箱特征：两箱造型；三箱造型按砂箱特征：两箱造型；三箱造型 按模样特征按模样特征：整模造型；分模造型；活块造型；挖砂造型；假箱造型；整模造型；分模造型；活块造型；挖砂造型；假箱造型； 刮板造型刮板造型 浇注位置定义及选择原则浇注位置定义及选择原则 浇注位置定义：浇注位置定义：浇注位置浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。这个是指浇注时铸件

7、在铸型中所处的位置。这个 位置是否正确，对铸件的质量影响很大。位置是否正确，对铸件的质量影响很大。 选择原则：选择原则：P98-99P98-99 分型面定义及选择原则分型面定义及选择原则 铸造工艺参数：铸造工艺参数： 机械加工余量和铸孔；机械加工余量和铸孔；铸造收缩率铸造收缩率；拔模斜度；铸造圆角。；拔模斜度；铸造圆角。 定性地绘出图示零件的铸造工艺图定性地绘出图示零件的铸造工艺图 先绘出零件图，再在零件图上表示出浇注位置、分型面、加工余量、拔模先绘出零件图，再在零件图上表示出浇注位置、分型面、加工余量、拔模 斜度、型芯轮廓斜度、型芯轮廓 （P98P98） 课件画工艺图部分课件画工艺图部分 铸

8、件的结构设计铸件的结构设计（教材（教材 、课件及作业相关部分）、课件及作业相关部分） 金属压力加工金属压力加工 定义：定义：金属压力加工是指固态金属在外力作用下产生塑性变金属压力加工是指固态金属在外力作用下产生塑性变 形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法， 又称金属塑性加工。又称金属塑性加工。 冷变形与热变形冷变形与热变形 金属的再结晶温度为金属的再结晶温度为0.4T熔，在再结晶温度以上进行变形称为热变形，热变熔，在再结晶温度以上进行变形称为热变形，热变 形后，金属具有再结晶组织，而无冷变形强化痕

9、迹。形后，金属具有再结晶组织，而无冷变形强化痕迹。 冷变形强化（加工硬化）：冷变形强化（加工硬化）：在冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的在冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的 所有强度指标（弹性极限、比例极限、屈服点和强度极限）和硬度都有所提所有强度指标（弹性极限、比例极限、屈服点和强度极限）和硬度都有所提 高，但塑性和韧性有所下降。高，但塑性和韧性有所下降。 回复：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。回复到平衡位置，晶粒残余应力大大减小。 回复温度：回复

10、温度：T回回=(0.250.3)T熔熔 再结晶：再结晶：当温度升高到该金属熔点的当温度升高到该金属熔点的0.4倍时（倍时（ T再再=0.4T熔），金属原子获熔），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。形前晶格结构相同的新等轴晶粒。 压力加工压力加工 纤维组织变化（纤维组织变化（P139P139） 纤维组织具有方向性：纤维组织具有方向性：纵向塑性韧性提高；横向塑性韧性降低。纵向塑性韧性提高；横向塑性韧性降低。 纤维组织的利用原则：纤维组织的利用原则： 使纤维分

11、布与零件的轮廓相符合而不被切断；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。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。 纤维组织的稳定性很高，不能用热处理方法消除，只有经过压力加工使金纤维组织的稳定性很高，不能用热处理方法消除，只有经过压力加工使金 属变形后才能改变其方向和形状。属变形后才能改变其方向和形状。 金属可锻性金属可锻性 衡量材料在经受压力加工时活的优质制品难易程度的工艺性能，用金属衡量材料在经受压力加工时活的优质制品难易程度的工艺性能，用金属 的塑性和变形抗力综合衡量。的塑性和变形抗力综合衡量。 金

12、属可锻性的影响因素金属可锻性的影响因素 金属本质：化学成分；金属组织。金属本质：化学成分；金属组织。 加工条件：变形温度；变形速度；加工条件：变形温度；变形速度；应力状态应力状态。 常用的锻造方法常用的锻造方法 自由锻自由锻 锻前加热锻前加热 加热目的：提高塑性，降低抗力，改善可锻性。加热目的：提高塑性，降低抗力，改善可锻性。 锻造温度：锻造温度：过低可锻性差，加工硬化，导致缎裂；过低可锻性差，加工硬化，导致缎裂；过高导过高导 致氧化、脱碳、过热、过烧。致氧化、脱碳、过热、过烧。 自由锻基本工序：镦粗、拔长、冲孔。 自由锻件结构设计（P146P146） 圆锥过渡改成圆柱过渡；加强筋、凸台锻不出

13、；相贯线改成截柱体 模锻 模锻模膛：预锻模膛，终锻模膛；区别飞边槽：仓部，桥部。 制坯模膛：拔长，滚压，弯曲，切断，成形 模锻件结构工艺性 不深，不薄，简单，少孔 板料冲压板料冲压 冲压基本工序：冲压基本工序：分离工序，变形工序分离工序，变形工序 分离工序（冲裁）分离工序（冲裁） 落料，冲孔落料，冲孔-间隙计算基准：落凹冲突间隙计算基准：落凹冲突 变形工序：变形工序：弯曲，拉深弯曲，拉深 弯曲弯曲-使板料或坯料弯成一定角度和形状的变形工序。 考虑：弯曲半径限制；弯曲线垂直纤维方向；回弹。 拉深 拉深系数：拉深直径d d与毛坯直径D D的比值。拉深系数值越小则变形程度越 大，在一次拉深过程中的最

14、小拉深系数为0.5-0.80.5-0.8，材料塑性好取下限。 拉深缺陷： 拉穿-防止措施：合适拉深系数，合适的间隙和圆角，润滑。 起邹-防止措施：压边圈。 例：例： 大批量生产图示垫圈，材料为低碳钢板，厚度为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？若双面间隙问需要哪两副模具？若双面间隙Z=0.2，试分别计算出这两，试分别计算出这两 副模具的凸凹模尺寸。副模具的凸凹模尺寸。 需一副冲孔模、一副落料模。需一副冲孔模、一副落料模。 冲孔模：冲孔模：凸凸=孔孔=100=100 凹凹=凸凸+Z=100+0.2=100.2+Z=100+0.2=100.2 落料模：落料模：

15、凹凹=落料落料=200=200 凸凸=凹凹Z=200Z=2000.2=199.8 0.2=199.8 焊焊 接接 焊接方法分类：焊接方法分类：熔焊，压焊，钎焊 电弧焊电弧焊 熔化焊的本质是小熔池熔炼与铸造，是金属熔化与结晶的过程。 熔池存在时间短，温度高；冶金过程进行不充分，氧化严重；热影 响区大。冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶。 焊条焊条 焊芯和药皮的作用 焊条分类 根据药皮或熔渣种类的不同，电焊条可分为酸性焊条与碱性焊条。 酸性焊条工艺性好，而碱性焊条工艺性差 碱性焊条有益元素多，能使焊接接头力学性能提高 碱性焊条也称低氢型焊条。可以提高焊缝金属的抗裂性 碱性药皮氧化性强，对锈、油、

16、水的敏感性大，易产生飞溅和CO气孔 碱性药皮在高温下，易生成较多的有毒物质（HF等），因而应注意通风 焊接接头组织与性能焊接接头组织与性能 热影响区：熔合区，过热区，正火区，部分相变区 焊接应力与变形焊接应力与变形 焊接变形的基本形式：收缩变形，角变形，弯曲变形，波浪变形，扭曲变形焊接变形的基本形式：收缩变形，角变形，弯曲变形，波浪变形，扭曲变形 防止和减小焊接变形的措施 结构设计：中性轴对称，减少焊缝长度及数量 常用的焊接方法常用的焊接方法 手工电弧焊特点及应用 埋弧焊特点 氩弧焊：不锈钢及有色合金首选 二氧化碳气体保护焊：只适于低碳钢和低合金钢的焊接 电渣焊特点： 最适合焊接大厚度工件，可

17、一次焊成生产率高；液态金属停留时间长，焊缝质 量好；焊接成本低。 电阻焊：点焊，缝焊，对焊（电阻对焊，闪光对焊） 钎焊：硬钎焊钎料熔点450450软钎焊钎料熔点 金属材料的可焊性金属材料的可焊性 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，表现出的焊接工艺条件下，表现出“好焊好焊”“”“不好焊不好焊”的差别。的差别。 估算钢材可焊性的方法为碳当量法：估算钢

18、材可焊性的方法为碳当量法： 15 )()( 5 )()()( 6 )( )()( CuwNiwVwMowCrwMnw CwCEw 根据经验：根据经验： C当量当量0.4%时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，可焊性良好。时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，可焊性良好。在一般的焊在一般的焊 接工艺条件下，焊件不会产生裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预热接工艺条件下，焊件不会产生裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预热 。 C当量当量=0.4%0.6%时时，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，可焊性较差。焊前工，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，可焊性较差。焊前工 件需要适当预热，焊后应注意缓冷，要采取一定的

19、焊接工艺措施才能防止裂缝件需要适当预热，焊后应注意缓冷，要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝 。 C当量当量0.6%时时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，可焊性不好。焊前工件必须，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，可焊性不好。焊前工件必须 预热到较高温度，焊接时要采取预热到较高温度，焊接时要采取减少焊接应力减少焊接应力和和防止开裂防止开裂的工艺措施，焊后要的工艺措施，焊后要 进行适当的热处理，才能保证焊接接头质量。进行适当的热处理，才能保证焊接接头质量。 焊接裂纹焊接裂纹 热裂纹热裂纹 热裂纹的特征：热裂纹的特征：热裂纹可发生在焊缝区或热影响区。热裂纹的微观特 征是沿晶界开裂，所以又称晶间裂纹。因热裂纹

20、在高温下形成，所 以有氧化色彩。 热裂纹产生的原因热裂纹产生的原因: :液膜理论，高温低强度理论，接头中存在拉应力。液膜理论，高温低强度理论，接头中存在拉应力。 冷裂纹冷裂纹 冷裂纹的形态和特征：冷裂纹的形态和特征：焊缝区和热影响区都可能产生冷裂纹。冷裂纹焊缝区和热影响区都可能产生冷裂纹。冷裂纹 的特征是无分支，通常为穿晶型。冷裂纹无氧化色彩。最常见的冷的特征是无分支，通常为穿晶型。冷裂纹无氧化色彩。最常见的冷 裂纹是延迟裂纹，即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹。裂纹是延迟裂纹，即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹。 延迟裂纹的产生原因延迟裂纹的产生原因: : 焊接接头焊接接头( (焊缝和热影响区及

21、熔合区焊缝和热影响区及熔合区) )的淬火倾向严重，产生淬火组的淬火倾向严重，产生淬火组 织，导致接头性能脆化。织，导致接头性能脆化。 焊接接头含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成焊接接头含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成 非常大的局部压力，使接头脆化。非常大的局部压力，使接头脆化。 存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，所以冷裂纹在焊后需延存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，所以冷裂纹在焊后需延 迟一段时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫氢致裂纹。迟一段时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫氢致裂纹。 焊缝的布置焊缝的布置 焊缝的布置焊缝的布置 错误错误的焊缝布置的焊

22、缝布置 焊接顺序原则：先自由后约束焊接顺序原则：先自由后约束 切削加工切削加工 机机 床床 名名 称称 主运动主运动进给运动进给运动机床机床 名称名称 主运动主运动进给运动进给运动 卧卧 式式 车车 床床 工件旋工件旋 转转 车刀纵向、横向、斜向直车刀纵向、横向、斜向直 线运动线运动 龙门龙门 刨床刨床 工件往工件往 复移动复移动 刨刀横向、垂直、斜向刨刀横向、垂直、斜向 间歇移动间歇移动 钻钻 床床 钻头旋钻头旋 转运动转运动 钻头轴向移动钻头轴向移动外圆外圆 磨床磨床 砂轮高砂轮高 速旋转速旋转 工件转动，同时工件往工件转动，同时工件往 复移动，砂轮横向移动复移动，砂轮横向移动 卧卧 铣铣

23、 立立 铣铣 铣刀旋铣刀旋 转运动转运动 工件纵向、横向移动（有工件纵向、横向移动（有 时也做垂直方向移动）时也做垂直方向移动） 内圆内圆 磨床磨床 砂轮高砂轮高 速旋转速旋转 工件转动，同时工件往工件转动，同时工件往 复移动，砂轮横向移动复移动，砂轮横向移动 牛牛 头头 刨刨 床床 刨刀往刨刀往 复运动复运动 工件横向间歇移动或刨刀工件横向间歇移动或刨刀 垂直斜向间歇移动垂直斜向间歇移动 平面平面 磨床磨床 砂轮高砂轮高 速旋转速旋转 工件往复移动，砂轮横工件往复移动，砂轮横 向、垂直方向移动向、垂直方向移动 切削运动切削运动 切削用量切削用量 刀具在进给运动方向上相对工件的位移刀具在进给运

24、动方向上相对工件的位移 量量 。所用刀具和切削运动形式不同，进。所用刀具和切削运动形式不同，进 给量的表述和度量方法也不同。给量的表述和度量方法也不同。 如铣削如铣削：f=f=v vf f/n/n 切切 削削 三三 要要 素素 切削速度切削速度VcVc 进给量进给量 f f 切削深度切削深度 a ap p （背吃刀量）（背吃刀量） 指在切削刃上选定点相对于工件主运指在切削刃上选定点相对于工件主运 动的瞬时速度动的瞬时速度 v vc c= dn/1000(m/min)= dn/1000(m/min) 待加工表面到已加工表面间的垂待加工表面到已加工表面间的垂 直距离直距离 a ap p=(dw-d

25、m)/2=(dw-dm)/2 金属切削过程金属切削过程 切屑的种类切屑的种类： 带状屑：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。 节状屑：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。 崩碎屑：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 积屑瘤：积屑瘤： 是指在一定范围的切削速度下切削塑性金属时，常发现在刀具前刀 面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬的金属，这就是积屑瘤。 原因：由于金属的挤压和强烈摩擦，使切屑与前刀面之间产生很大 的应力和很高的切削温度。 条件：当应力和温度条件适当时，切屑底层与前刀面之间的摩擦力 很大，使得切屑底层流出速度变得缓慢，形成一层很薄的“滞流 层”。 形成：当滞流层与前刀面的摩擦阻力超过切屑内部的结合力时，滞 流层的金属与切屑分离而粘附在切削刃附近形成积屑瘤。 刀具磨损和刀具耐用度刀具磨损和刀具耐用度 刀具磨损可分为三个阶段： 第一阶段称为初期磨损阶段 第二阶段称为正常磨损阶段 第三阶段称为急剧磨损阶段 刀具耐用度：指刀具刃磨后从开始切削直到磨损量达到磨损标准为止的切指刀具刃磨后