孙学强机械制造部分期末

1、铸造指熔炼金属，制造铸型，并将熔融的金属浇人铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件的成形方法。铸造成形的实质就是利用熔融金属具有流动性的特点，实现金属的液态成形。二、铸造的特点1、铸造能生产形状复杂，特别是内腔复杂的毛坯。2、铸造的适应性广。3、铸造成本低。4、铸件的力学性能不及锻件，一般不宜用作承受较大交变、冲击载荷的零件。5、铸件的质量不稳定，易出现废品。6、铸造生产的环境条件差等。一、砂型铸造的生产过程 1、根据零件图的形状和尺寸，设计制造模样和芯盒； 2、制备型砂和芯砂； 3、用模样制造砂型； 4、用芯盒制造型芯； 5、把烘干的型芯装入砂型并合型； 6、熔炼合金并将金属液浇入铸型； 7、

2、凝固后落砂、清理； 8、检验。概括一些：制造模样与芯盒、制备型砂和芯砂、造型和造芯、合型、熔炼金属与浇铸、落砂与清理、检验 2. 手工造型方法 1）整模造型 2）分模造型 3）挖砂造型 4）活块造型 5）刮板造型 3. 浇注系统的组成及各部分的功用 浇口杯的作用是将来自浇包的金属引入直浇道，缓和冲击分离熔渣。 直浇道为一圆锥形垂直通道，其高度使金属液产生一定的静压力，以控制金属液流人铸型的速度和提高充型能力。 横浇道分配金属液进入内浇道，并起挡渣的作用，它的断面一般为梯形，并设在内浇道之上，使得上浮的熔渣不致流人型腔。 内浇道是引导金属液进入型腔的部分，其作用是控制金属液的流速和流向，调整铸件

3、各部分的温度分布。 4. 合金的熔炼 1）铸铁冲天炉 2）铸钢电弧炉、感应炉 3）有色金属坩埚 5.铸件的常见缺陷 1）错移 5）变形 2）浇注不足 6）裂纹 3）冷隔 7）表面粘砂 4）缩孔、缩松 8）表面孔眼 第二节 合金的铸造性能 1. 合金的铸造性能对铸造工艺的适应能力，一般流动性好、收缩性小就称为合金的铸造性能好。2. 影响合金流动性的因素简答题 1）化学成分共晶成分合金在恒温下结晶，流动性好；常用合金中灰铸铁和硅黄铜的流动性最好，铝硅合金次之，铸钢最差。 2）工艺条件提高浇注温度、浇注压力，预热铸型、减少铸型发气，简化复杂铸件的结构形状等均能提高合金的流动性。 3）充型条件铸件的壁

4、厚、浇注系统的结构、铸型的热导性、充型压力也会影响合金的流动性。3. 合金的收缩 1）三个过程液态收缩、凝固收缩和固态收缩。 液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的主要原因；而固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。 2）影响收缩的因素 化学成分。不同种类的合金收缩率不同；同类合金中因化学成分有差异，其收缩率也有差异。铸钢的收缩率最大，灰铸铁最小。灰铸铁收缩率小是因为结晶时石墨析出会产生体积膨胀 (石墨的比容大) ，抵消了合金的部分收缩。 工艺条件。合金的浇注温度越高，液态收缩越大。浇注温度每提高100，体积收缩率增加1.6左右。铸件在铸型中冷却。 4. 合金的收缩对铸件质量的影响

5、1）铸件中的缩孔和缩松 缩孔的形成 缩松的形成 缩孔的预防。防止方法：采用冒口、冷铁等，实现铸件定向凝固，补充金属液体体积的收缩。 2）铸造应力、变形和裂纹 铸造应力的概念铸件凝固后，在继续冷却的过程中，将开始固态收缩，若收缩受到阻碍，则会在铸件内部产生应力，称为铸造应力。铸造应力是铸件出现变形、裂纹的主要原因。 铸造应力的种类热应力、收缩应力和相变应力。 变形和裂纹当铸件内的应力达到一定数值时，将会使铸件产生变形和裂纹 第四节 铸造工艺设计的基本内容 1. 铸造工艺设计概念生产铸件首先要根据铸件的结构特点、技术要求、生产批量、生产条件等，确定工艺方案和工艺参数，绘制图样和标注符号，编制工艺卡

6、和工艺规程等，这些工作称为铸造工艺设计。2. 浇注位置的选择浇注位置是指浇注时铸型分型面所在的位置。分型面是指铸型组元间的结合面，如上下砂型的结合面。选择原则如下：1铸件的重要表面应朝下浇注时铸件处于上方的部分缺陷比较多，组织也不如下部致密。2铸件上的大平面应尽可能朝下铸件上表面除容易产生砂眼、气孔和夹渣等缺陷外，铸件朝上的大平面还极容易产生夹砂缺陷。3铸件的薄壁部位应置于下部置于铸型下部的铸件因浇注压力高，可以防止浇不足、冷隔等缺陷。3. 分线面的选择1便于起模2简化造型3尽量使铸件位于同一砂箱内 4. 工艺参数的概念 1）机械加工余量、铸件尺寸公差、铸孔； 机械加工余量为保证铸件加工面尺寸

7、和零件精度，在铸件工艺设计时预先增加而在切削加工时切去的金属层厚度。 2）收缩率线收缩率是指铸件从线收缩起始温度冷却至室温的收缩率，常以模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示。 3）起模斜度起模斜度是指为使模样容易从 铸型中取出或型芯自芯盒脱出，平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度，如图10-35所示。起模斜度的大小与造型方法、模样材料、垂直壁高度等有关，通常为15´3°。 4）芯头芯头是指型芯的外伸部分，不形成铸件轮廓。5. 绘制铸造工艺图 在零件图的基础上+机械加工余量+收缩率； 与分线面相垂直的不加工表面加起模斜度； 孔欲铸出需型芯，型芯需芯头来固定。第五节 铸件

8、的结构工艺性 一、合金铸造性能对铸件结构的要求 1.壁厚合理 2.壁厚均匀 3.圆角过度和逐步过度 4.较小变形和避免收缩受阻 二、铸造工艺对铸件结构的要求 1.铸件应具有尽量少而简单的分型面 2.铸件结构应便于起模 3. 避免不必要的型芯 4.应便于型芯的固定、排气和清理第六节 特种铸造简介 一、特种铸造的种类 1.熔模铸造(1) 铸件精度高，表面质量好。(2) 可制造形状复杂的铸件。(3) 适用于各种合金铸件。(4) 生产批量不受限制。 熔模铸造主要用于生产形状复杂、精度要求高、熔点高和难切削加工的小型 (质量在25kg以下) 零件，如汽轮机叶片、切削刀具、风动工具、变速箱拨叉，枪支零件以

9、及汽车、拖拉机、机床上的小零件等。 2.金属模铸造 3.压力铸造 4.离心铸造 二、学习要求 1.各种铸造的工艺过程 2.各种铸造的特点及适用场合一、锻压的概念及实质 锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸形状及改善性能，用以制造机械零件或毛坯的成形加工方法。 (1) 锻造(2) 板料冲压(3) 轧制(4) 挤压(5) 拉拔利用拉力锻压加工的主要特点为：(1) 能消除金属内部缺陷，改善金属组织，提高力学性能。(2) 具有较高的生产效率。(3) 可以节省金属材料和切削加工工时，提高材料利用率济效益。(4) 锻压加工的适应性很强。 一、金属塑性变形的实质1.单晶体的塑性变形滑移与孪生2.

10、多晶体的塑性变形包括晶内变形的晶间变形(一) 金属的加工硬化（冷变形强化） 金属在低温下进行塑性变形时，随着变形程度的增加，金属的硬度和强度升高，而塑性、韧性下降，这种现象称为金属的冷变形强化或加工硬化。 1回复 当加热温度较低时，原子活动能力不大，只做短距离扩散，使晶格扭曲减轻，残余应力显著下降，但组织和力学性能无明显变化。这一过程称回复。 在生产中利用回复处理来保持金属有较高强度和硬度的同时，还适当提高其韧性，降低内应力。如冷拔钢丝卷制成弹簧后，进行一次250300 的低温退火 2再结晶 随着加热温度的升高，金属原子获得更多能量，原子扩散能力加大，则开始以某些碎晶或杂质为核心，形核并长大成

11、新的细小、均匀的等轴晶粒。这个过程称再结晶。 金属经过再结晶后，不但晶粒得到了细化，且消除了金属由于塑性变形而产生的冷变形强化现象，使金属的强度、硬度下降，塑性、韧性升高，金属的性能基本亡恢复到塑性变形前的状态。 金属再结晶后，若继续加热将发生晶粒长大的现象，这是应该防止和避免的。 金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称冷变形，如冷轧、冷挤、冷冲压等。金属在冷变形的过程中，不发生再结晶，只有冷变形强化的现象，所以冷变形后金属得到强化，并且获得的毛坯和零件尺寸精度、表面质量都很好。但冷变形的变形程度不宜过大，以免金属产生破裂。 金属在再结晶温度以上进行塑性变形称热变形，如热轧、热挤、锻造等。金属在

12、热变形的过程中，既产生冷变形强化，又有再结晶发生，不过冷变形强化现象会随时被再结晶消除，所以热变形后获得的毛坯和零件的力学性能 (特别是塑性和冲击韧度) 很好。(一) 热加工流线 (锻造流线) 1形成 在热变形过程中，分布在金属铸锭晶界上的夹杂物难以发生再结晶，因此沿着金属变形方向被拉长或压扁，呈带状和链状被保留下来，这样就形成热加工流线(亦称纤维组织)。 热加工流线的存在，使金属的力学性能出现了方向性，即纵向 (平行流线方向) 的强度、塑性显著高于横向 (垂直流线方向) 。变形程度越大，热加工流线越明显，性能上的差别就越大 。2合理分布合理的热加工流线方向的分布是：零件工作时最大正应力与流线

13、方向平行，最大切应力与流线方向垂直；1. 金属可锻性的概念塑性好、变形抗力小金属的可锻性指锻造金属材料获得合格制品的难易程度。生产中常用金属塑性和变形抗力两个因素综合衡量。() 金属性质 1化学成分 金属的化学成分不同，其可锻性也不同。如纯金属的可锻性比合金的好，而钢的可锻性随着钢中含碳量的增加，塑性下降，变形抗力增大，可锻性变差。钢中的合金元素越高，其可锻性越差。 2组织状态 金属的组织状态不同，其可锻性也不同。单一固溶体比金属化合物的塑性高，变形抗力小，可锻性好；同样单一固溶体组织，晶格类型不同可锻性也不同，奥氏体比铁素体的可锻性好；奥氏体、铁素体的可锻性远远高于渗碳体，因此渗碳体不宜锻压

14、加工；粗晶结构比细晶结构的可锻性差。(二) 外界加工条件 1变形温度 金属加热温度的升高，原子间结合力削弱，动能增高，有利于金属滑移变形，金属的可锻性得到改善。 2变形速度 变形速度是指金属在单位时间内的变形量。变形速度对金属的塑性及变形抗力的影响如图11-7 所示。在临界变形速度 C之前，随着变形速度的增加，金属的塑性下降，变形抗力增加。在临界变形速度 C之后，消耗于金属塑性变形的能量转化为热能，即热效应。由于热效应的作用，使金属温度升高，塑性上升，变形抗力减小，金属易锻压加工。1一变形抗力曲线 2一塑性变化曲线3应力状态 挤压时金属三个方向承受压应力，如图11-89a所示。在压应力的作用下

15、，金属呈现出很高的塑性。拉拔时金属呈两向压应力和一向拉应力状态，如图11-8b所示。拉应力易使金属内部的缺陷处产生应力集中，增加金属破裂倾向，表现出金属的塑性下降。 一、自由锻造的特点及设备 1. 自由锻的特点 1）改善组织结构，提高力学性能。 2）成本低，经济性合理。 3）工艺灵活，适用性强。 锻件质量可以从1kg300t，是锻造大型锻件的唯一方法。 4）锻件尺寸精度低。 2. 自由锻的设备 1）空气锤 2）水压机 二、自由锻的基本工序 1.镦粗 2.拨长 3.冲孔 三、自由锻的工艺规程 自由锻的工艺规程主要包括： 1）绘制锻件图 2）坯料质量和尺寸计算 3）确定锻造工序 4）选择锻造设备

16、5）确定坯料锻造温度 6）确定锻件冷却及热处理方式和填写工艺卡等。压肩：把已压出的痕线扩大为一定尺寸的凹槽的工序。 模锻一、概述 利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法称为模锻。 1. 模锻的特点 (1) 生产效率高，般比自由锻高数倍。 (2) 锻件尺寸精度高，加工余量小，从而节约金属材料和切削加工的工时。 (3) 能锻造形状复杂的锻件。 (4) 热加工流线较合理，大大提高了零件的力学性能和使用寿命。 (5) 操作过程简单，易于实现机械化，工人劳动强度低。 （6）变形抗力大。 模锻只适用于中、小型锻件的大批量生产常用模锻方法锤上模锻、压力机上模锻、胎膜锻模膛的种类单模膛与多模膛单模膛飞边槽的作

17、用 容纳多余的金属； 有利于金属充满模膛； 缓和上、下模间的冲击，延长模具的寿命。多模膛的组成由多个模腔组成 二、模锻工艺规程设计 （一）绘制模锻锻件图 1. 确定分模面位置 1）分模面应选择最大截面处； 2）不易错箱； 3）使模膛深度最浅； 4）最好为平直面，上下一致。 2. 确定加工余量与锻造公差 3. 确定模锻斜度 4. 确定圆角半径 5. 冲孔连皮第六节 板料冲压1. 板料冲压的定义板料冲压是利用装在压力机上的模具对金属板料加压，使其产生分离或变形，从而获得毛坯或零件的一种加工方法。 2. 板料冲压的特点 1) 能压制其它加工工艺难以加工或不能加工的形状复杂的零件。 2) 冲压件的尺寸

18、精度高，表面粗糙度较小，互换性强，可直接装配使用。 3) 冲压件的强度高，刚度好，重量轻，材料的利用率高。 4) 板料冲压操作简便，易于实现机械化、自动化，生产效率高。 3. 板料冲压的基本工序 （1）冲裁 1）冲孔 2）落料 3）冲裁的变形和分离过程(1) 弹性变形阶段凸模压缩板料，产生局部弹性拉深与弯曲变形。 (2) 塑性变形阶段当材料的内应力超过屈服极限时，便开始塑性变形，并引起加工硬化。在拉应力的作用下，应力集中的刃口附近出现裂纹，此时冲裁力最大。 (3) 断裂分离阶段。 随着凸凹模刃口继续压人，上下裂纹迅速延伸，相遇重合，板料断裂分离。 （2）弯曲回弹之概念弯曲过程中，当外载荷去除后

19、，塑性变形保留下来而弹性变形恢复，这种现象称为弹复。 （3）拉深起皱之概念在拉深过程中，环状区的切向压应力达到一定数值时，就将失去稳定而产生拱起，称为起皱 （4）成形 （5）翻边4. 冷冲压模简介 （1）简单模冲床滑块在一次冲程中，只完成一道冲压工序。 （2）连续模冲床滑块在一次冲程中，在不同工位上完成几道冲压工序。 （3）复合模冲床滑块在一次冲程中，在同一工位上完成几道冲压工序。 1. 焊接的概念永久性连接，通过加热、加压或两者并用，用或不用填充材料，使焊接达到原子结合的目的。2. 焊接的种类熔化焊、压力焊、钎焊三大类，每类再细分。 1焊接的分类 (1) 熔焊 在焊接过程中，将焊件接头加热至

20、熔化状态，经冷却结晶后，使分离的工件连接成整体的焊接方法。 (2) 压焊 在焊接过程中必须对焊件施加压力 (加热或不加热) ，以完成焊接的方法。 (3) 钎焊 采用比焊件熔点低的钎料和焊件一起加热，使钎料熔化，焊件不熔化，钎料熔化后填充到与焊件连接处的间隙，待钎料凝固后，两焊件就被连接成整体的方法。 常用金属的焊接方法： 熔焊：（1）电弧焊 （焊条电弧焊 、埋弧焊、气体保护焊 ）； （2）电渣焊; (3) 气焊； （4）等离子弧焊 ； 压焊：（1）电阻焊（对焊、点焊、缝焊）; （2）摩擦焊。 钎焊：（1）软钎焊 （锡焊）； （2）硬钎焊 （铜焊、银焊） 3.焊接的特点 1）节省材料与工时； 2

21、）以小拼大； 3）可制造双金属； 4） 生产效率高； 5）产生焊接应力、变形甚至裂纹。 一、焊接电源极性选用 1. 正接法焊件接电源正极，电极 (焊条) 接电源负极的接线法称正接。这种接法热量较多集中在焊件上，因此用于厚板焊接。 2.反接法焊件接电源负极，电极 (焊条) 接电源正极的接线法称反接。这种接法热量较多集中在焊条上，主要用于薄板及有色金属焊接。二、焊条 1. 焊条的组成电焊条由焊芯和药皮两部分组成。 2. 焊芯的作用1）电极的作用，2）填充作用 3. 药皮的作用1）机械保护作用，2）冶金处理作用，3）改善焊接工艺性。 焊条药皮的作用： (1) 机械保护作用 利用药皮熔化产生的气体和形

22、成的熔渣隔离空气，防止有害气体侵入焊接区，起机械保护作用。 (2) 冶金处理作用 通过熔渣与熔化金属冶金反应，除去有害物质如硫、磷、氧、氢，添加有益的合金元素，使焊缝金属获得符合要求的化学成分和力学性能。 (3) 改善焊接工艺性能 在药皮中加入了一定的稳弧剂和造渣剂，所以在焊接时电弧稳定燃烧，飞溅少，焊缝成形好，脱渣比较容易。4. 焊条的种类 1）按用途分结构焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条等。 2）按熔渣性质分酸性焊条、碱性焊条。二、焊条 5. 焊条的牌号J422、J506焊条牌号一般用一个大写拼音字母和三个数字表示，如 J422、J506等。拼音字母表示焊条的各大类，如“J表示结构焊条；前两位数

23、字表示焊缝金属抗拉强度的最小值，单位MPa，第三位数字表示药皮类型和电流种类。 6. 焊条的选用原则 1）等成分原则 2）等强度原则三、焊接接头与性能 1. 焊接接头的组成焊缝、熔合区、热影响区。 2. 焊接熔合区、热影响区的组织与性能 1）熔合区熔合区是指在焊接接头中焊缝向热影响区过渡的区域。该区的金属组织粗大，处在熔化和半熔化状态，化学成分不均匀，其力学性能最差。2）热影响 在焊接热源作用下，发生组织和性能变化的区域。热影响区各点温度不同，其组织、性能也不同，低碳钢的焊接接头热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区 四、焊接应力与变形 1. 焊接应力与变形产生的原因不均匀加热和不均匀冷却

24、2. 预防和消除焊接应力的措施 （1）焊前整体或局部予热 （2）合理的焊接顺序，自由收缩 （3）锤击焊缝 （4）焊后去应力退火3. 焊接变形的预防与矫正 （1）预防 1）合理的结构设计减少焊缝数量及长度、对称布置、避免交叉、尽量选用型材及冲压件 2）必要的工艺措施反变形法、刚性固定法、合理的焊接顺序4. 焊接变形的矫正 1）机械矫正法利用机械外力迫使焊件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，使两者相互抵消以达到矫正变形的目的。在机械矫正时要消耗焊件的一部分塑性，因此这种方法只适用于塑性较好的低碳钢和低合金构钢。 2）火焰矫正法利用氧、乙炔焰在焊件的适当部位加热，使其冷却收缩时产生新的变形，以矫正焊

25、接时产生的变形，如图12-16所示。这种方法一般也仅适用于塑性较好的低碳钢和低合金结构钢。第三节 其它焊接方法一、 埋弧焊埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。它分为埋弧焊和手工埋弧焊。 1. 埋弧焊的特点及应用 1）生产效率高 5）对短缝、曲折焊缝、薄板焊接困难 2）焊接质量好 6）焊接时看不到电弧，不能及时发现问题 3）节省材料与节能 4）改善劳动条件适用于较大批量的中厚板结构的长直缝和环形焊缝的焊接。二、气体保护焊 用外加气体作为电弧介质和保护物质的焊接方法。 三、气焊 利用气体火焰作为热源的一种焊接方法。 四、电渣焊 利用电流通过液态熔渣产生的电阻热来熔化工件与电极的一种焊接方法

26、。 五、等离子弧焊 一种借助于水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度等等离子弧进行焊接的方法。三个压缩效应： 机械压缩效应、热压缩效应、电磁压缩效应 六、电阻焊 焊件组合后施加压力，利用电流通过接头接触面所产生的电阻热进行焊接的方法。 1. 点焊 2. 缝焊 3. 对焊第四节 常用金属材料的焊接一、 金属的可焊性碳当量（CE）的概念钢中合金元素的含量 二、常用金属材料的焊接 1. 低碳钢易焊接 2. 中碳钢较难 3. 高碳钢更难第五节 焊接结构工艺性焊接结构工艺性设计的焊接结构在满足使用性能要求的前提下，力求做到制造方便，生产率高，成本低、焊接质量好。一、 焊接材料的选择 在焊接生产中，常

27、根据钢材的化学成分来判断其焊接性，钢中的碳含量对其焊接性影响最明显。 低碳钢 钢材塑性好，焊接性良好，焊接时一般不需要预热； 中碳钢 钢材的塑性下降，易产生淬硬组织及裂纹，焊接性较差，焊接时需采用预热和一定工艺措施； 高碳钢 钢材塑性较低，淬硬和裂纹倾向严重，焊接性很差，焊接时需要采用较高的预热温度和严格的工艺措施。 合金钢 焊接性随合金钢的强度等级的提高而变差铸铁的焊补 铸铁中碳的质量分数高，硫、磷杂质多，其强度低，几乎无塑性，焊接性差。铸铁不能用于制造焊接构件，但铸件的缺陷及在使用中发生的局部损坏或断裂，可以通过焊补的方式进行修复。 铜及铜合金的焊接 铜及铜合金的焊接性较差。 铜及铜合金常用的焊接方法有氩弧焊、气焊、焊条电 弧焊、钎焊等。其中氩弧焊的接头质量最好。气焊时需采用气焊熔剂“CJ301”以去除表面氧化物和杂质。焊条电弧焊时应选用相应的铜及铜合金焊条。 铝及铝合金的焊接性较差