上金属工艺学复习提纲

上金属工艺学复习提纲第1页/共66页考试题型及分数分布情况一、填空题（每空0.5分，共20分）二、问答题（每小题5分，共10分）三、选择题（每小题1分，共10分）四、工艺计算题（共30分）五、零件工艺结构题：修改不合理工艺结构并画出合理的零件结构图、简述改进理由（每小题3分共30分）第2页/共66页铸造第3页/共66页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1234第4页/共66页

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、夹砂、气孔、夹渣等缺陷。充型能力首先取决于合金的流动性，同时又受铸型性质、浇注条件和铸件结构等因的影响。铸造最适合制造内腔形状复杂零件的方法。浇注位置：是指浇注时铸件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。第5页/共66页型砂型砂主要由原砂、粘结剂和水等组成应具备透气性强度耐火性可塑性退让性等基本性能。对铸件不良影响垮砂气孔粘砂裂纹等绳轮单件小批量生产，材料HT200第6页/共66页合金的收缩

合金的收缩过程:合金从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。合金的收缩给液态成形工艺带来许多困难，会造成许多铸造缺陷。（如：缩孔、缩松、裂纹、变形等）。合金收缩的三个阶段液态收缩凝固收缩固态收缩什么结果？合金的收缩阶段Ⅰ-液态收缩；Ⅱ-凝固收缩；Ⅲ-固态收缩第7页/共66页液态成形内应力、变形与裂纹内应力热应力机械应力变形：残余热应力的存在，使铸件处在一种非稳定状态，将自发地通过铸件的变形来缓解其应力，以回到稳定的平衡状态裂纹：当热应力大到一定程度会导致出现裂纹(热裂纹与冷裂纹）铸件在凝固和冷却的过程中，由于铸件的壁厚不均匀，导致不同部位不均衡的收缩而引起的应力。铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、砂箱等外力阻碍而产生的应力。第8页/共66页普通灰铸铁件基体：F、P、F+P生产：铁水熔炼好后直接浇铸牌号：HTXXXHT:表示灰铸铁中文拼音的代号XXX:三位数字表示最抵抗拉强度(MPa)石墨形态：粗片状问题1）灰铸铁牌号为什么不用含碳量多少表示，而用力学性能表示？2）有一铸件当其强度不够时，可否通过增大截面解决？提高灰铸铁的性能第9页/共66页可锻铸铁件的生产可锻铸铁生产：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σb=300~400Mpa，塑性（δ≤12%）和韧性（αk≤30J/cm2)好石墨化退火周期长，40~70h,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第10页/共66页可锻铸铁的牌号

可锻铸铁的牌号用汉语拼音和两组数字表示，第一组数字表示其最低抗拉强度σb(MPa)，第二组数字表示其最低伸长率δ。KTH300—06

KTZ450—06

可铁黑可铁珠σbδσbδ第11页/共66页球墨铸铁件主要特点石墨成球状，对基体的割裂作用已降到最低，力学性能比灰铸铁有显著提高。可通过热处理改善金属基体，进一步提高性能。这一点与灰铸铁不同。球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔、缩松、皮下气孔、夹渣等缺陷。石墨析出时，发生膨胀，应适当提高铸型刚度。调速套筒大批量生产、材料QT800-2？第12页/共66页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第13页/共66页热应力的消除方法铸件的结构：铸件各部分能自由收缩

工艺方面：采用同时凝固原则时效处理：人工时效；自然时效铸件的结构尽可能对称铸件的壁厚尽可能均匀冷铁同时凝固—

整个铸件几乎同时凝固。第14页/共66页工艺参数的确定加工余量收缩率拔模斜度铸造圆角工艺参数第15页/共66页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、铸件图第16页/共66页(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，需挖砂造型第17页/共66页内腔设计少用芯，安芯排气与清理，事先考虑想仔细(a)(b)a)改进前；b)改进后第18页/共66页结构应使工艺简化简化外形，分形少第19页/共66页思考题：为防止铸件缺陷产生，试修改图示铸钢机架的结构。（孔的尺寸、形状不能变）第20页/共66页加工余量孔的铸出：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%余量；斜度；型芯；型芯头；分型面和浇注位置第21页/共66页便于起模实例肋的布置第22页/共66页凸肋设计避活块第23页/共66页压力加工第24页/共66页回复：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

）加工硬化部分消除

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，强度高塑性高第25页/共66页冷变形及热变形

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、形状精度高第26页/共66页锻模模膛及其功用预锻模膛预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，终锻时金属容易充满终锻模膛。同时减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用寿命。预锻模膛和终锻模膛的区别是前者的圆角和斜度较大，没有飞边槽。

第27页/共66页终锻模膛终锻模膛的作用是：是使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，因此它的形状应和锻件的形状相同。终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢件收缩量取1.5%。沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。

终锻后在孔内留下一薄层金属，称为冲孔连皮。

带有冲孔连皮及飞边的模锻件1-飞边；2-分模面；3-冲孔连皮4-锻件第28页/共66页制坯模膛拔长模膛：用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。滚压模膛：用来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。主要是使金属按模锻件形状来分布。弯曲模膛：对于弯曲的杆类模锻件，需用弯曲模膛来弯曲坯料。切断模膛：上模与下模的角部组成的一对刀口，用来切断金属。

拔长模膛a-开式b-闭式a-开式b-闭式滚压模膛a-弯曲模膛b-切断模膛弯曲与切断模膛第29页/共66页锤上模锻成型工艺设计

锤上模锻成型的工艺过程一般为：切断毛坯→加热坯料→模锻→切除模锻件的飞边→校正锻件→锻件热处理→表面清理→检验→成堆存放。锤上模锻成型的工艺设计包括制定锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步(选择模膛)、选择设备及安排修整工序等。其中最主要的是锻件图的制定和模锻工步的确定。锤上模锻的锻模模膛，根据其功用不同，可分为预锻模膛、终锻模膛和制坯模膛等三类。第30页/共66页

液态模锻原理仿真液态模锻液态模锻的工艺流程：原材料配制→熔炼→浇注→加压成型→脱模→冷却→热处理→检验→入库。液态模锻造是一种介于铸造和锻造之间的加工方法。

第31页/共66页精密模锻是在模锻设备上锻造出形状复杂、锻件精度高的模锻工艺。如精密模锻伞齿轮，其齿形部分可直接锻出而不必再经切削加工。模锻件尺寸精度可达IT12～IT15，表面粗糙度为Ra3.2～1.6。精密模锻工艺过程：先将原始坯料普通模锻成中间坯料→再对中间坯料进行严格的清理，除去氧化皮或缺陷→最后采用无氧化或少氧化加热后精锻(如图)。精密模锻下料普通模锻精密模锻精密模锻的大致工艺过程第32页/共66页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。第33页/共66页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0.5～0.8。坯料的塑性差取上限值，塑性好取下限值。拉深废品第34页/共66页如果拉深系数过小，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=m1×m2×mn多次拉深时圆筒直径的变化第35页/共66页合理设计拉深模工作零件

凸凹模的圆角半径。材料为钢的拉深件，取r凹=10s，而r凸=(0.6～1)r凹。这两个圆角半径过小，产品容易拉裂。凸凹模间隙。一般取Z=(1.1～1.2)s。注意润滑拉深过程中另一种常见缺陷是起皱。可采用设置压边圈的方法解决，也可以通过增加毛坯的相对厚度或拉深系数的途径来解决。有压边圈的拉深起皱拉深件第36页/共66页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第37页/共66页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，采用组合连接第38页/共66页焊接第39页/共66页焊接方法电弧焊熔焊电渣焊等离子弧焊电子束焊激光焊气体保护焊埋弧焊根据实现原子结合基本途径的不同，对熔焊分类。手弧焊熔化焊压力焊钎焊

第40页/共66页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。第41页/共66页由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异，在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）直流负接：焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金）直流正接与负接第42页/共66页熔池的保护焊剂是由SiO2，MnO、MgO及CaF等组成的硅酸盐。焊剂保护的效果形成熔融的液态焊剂薄膜，使熔池与空气隔绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊缝韧性。延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、夹渣的析出。气保护渣-气联合保护渣保护手工电弧焊？第43页/共66页摩擦焊摩擦焊的工艺过程原理摩擦焊是利用焊件接触面相对旋转运动中相互摩擦所产生的热，使端部达到塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。摩擦焊具有以下优点：接头的焊接质量好、稳定，其废品率是闪光对焊的1%左右。适于焊接异种钢和异种金属，如碳素结构钢-高速钢、铜-不锈钢、铝-铜、铝-钢等。气门芯第44页/共66页埋弧焊

埋弧焊的原理及特点埋弧自动焊是用焊剂进行渣保护，焊丝为一电极在焊剂层下引燃电弧燃烧。因电弧在焊剂包围下燃烧，所以热效率高；焊丝为连续的盘状焊丝，可连续馈电；焊接无飞溅，可实现大电流高速焊接，生产率高；金属利用率高，焊接质量好，劳动条件好。埋弧焊适于平直长焊缝和环焊缝的焊接。1-焊件；2-焊剂；3-焊剂斗；4-焊丝5-送丝滚轮；6-导电嘴‘7-焊缝；8-焊渣第45页/共66页埋弧焊的应用埋弧焊主要用于压力容器的环缝焊和直缝焊，锅炉冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体的焊接，起重机械（行车）和冶金机械（高炉炉身）的焊接。第46页/共66页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第47页/共66页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第48页/共66页中压容器焊接工艺图1～10为焊缝编号第49页/共66页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第50页/共66页焊缝密集或交叉，会造成金属过热，加大热影响区，使组织恶化第51页/共66页合理焊缝布置第52页/共66页切削加工第53页/共66页切削运动与工件上形成的表面切削运动

机床为实现切削加工，刀具与工件间必需具有一定的相对运动，包括主运动和进给运动。主运动：是指在切削加工中，形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动。进给运动：是指在切削加工中，对工件的多余材料不断被去除的工作运动。切削运动第54页/共66页注释：

１）主运动可以是旋转运动，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。机床名称主运动进给运动机床名称主运动进给运动卧式车床工件旋转车刀纵向、横向、斜向直线运动龙门刨床工件往复移动刨刀横向、垂直、斜向间歇移动钻床钻头旋转运动钻头轴向移动外圆磨床砂轮高速旋转工件转动，同时工件往复移动，砂轮横向移动卧铣立铣铣刀旋转运动工件纵向、横向移动（有时也做垂直方向移动）内圆磨床砂轮高速旋转工件转动，同时工件往复移动，砂轮横向移动牛头刨床刨刀往复运动工件横向间歇移动或刨刀垂直斜向间歇移动平面磨床砂轮高速旋转工件往复移动，砂轮横向、垂直方向移动第55页/共66页在基面(Pr)：主偏角κr――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κr，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。车细长轴时，由于径向力的作用，车削的工件易出现腰鼓形。

副偏角κr´――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κr´，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第56页/共66页切削加工性衡量指标:一定刀具耐用度下的切削速度vT：即刀具耐用度为T(min)时切削某种材料所允许的切削速度。相对加工性Kr：即各种材料的V60与45钢（正火）的V60之比值（后者的V60作为比较的基准，(V60)j）

Kr=V60/(V60)j改善切削加工性的途径:热处理调整化学成分第57页/共66页镗孔3)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D>80～100mm）、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；