金属工艺学B 复习.ppt
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1、复习,金属工艺学B,考试题型及分数分布情况,一、名词解释(每小题2分,共10分) 二、填空题(每空0.5分、共20分) 三、问答题(每题5分,共10分) 四、选择题(每小题1分,共20分 ) 五、工艺计算题(每题5分,共20分) 六、结构分析题(将不合适结构改为合理结构,并画出合理结构,每题2分,共20分),铸造,充型能力,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,同时又受浇注条件和铸型填充条件(铸件结构、铸型性质)等因的影响。 铸造合金的结晶间隔越大,则流动性越差,具有
2、共晶成分的合金流动性最好。 产生浇不足、冷隔等缺陷。为防止这些缺陷的产生,可采取的适当提高浇注温度、提高直浇口高度等。,铸件结构对充型能力的影响,折算厚度 折算厚度也叫当量厚度或模数,是铸件体积与铸件表面积之比。 折算厚度越大,热量散失越慢,充型能力就越好。 铸件壁厚相同时,垂直壁比水平壁更容易充填。(大平面铸件不易成形) 复杂程度: 铸件结构越复杂,流动阻力就越大 铸型的充填就越困难 找到了影响因素,就可提出改进或提高合金充填 能力的措施,液态合金的工艺性能,液态合金的工艺性能表征为液态合金的铸造性能,通常是指合金的流动性、收缩性、吸气性及偏析等性能,合金铸造性能是选择铸造金属材料,确定铸件
3、的铸造工艺方案及进行铸件结构设计的依据,工艺参数的确定,加工余量,收缩率,拔模斜度,铸造圆角,型芯及型芯头,工艺参数,铸件的内腔设计,原则: 减少形芯数量,避免不必要的型芯; 便于型芯的固定、排气和清理。 作用: 防止偏芯、气孔等缺陷的产生; 简化造型工艺,降低成本。,铸件的内腔设计视频,灰口铸铁,灰 铸 铁:石墨呈片状 球墨铸铁:石墨呈球状 可锻铸铁:石墨呈团絮状 蠕墨铸铁:石墨呈蠕虫状,可以看成是在钢的基体上分布着不同形态的石墨。而石墨的形态、大小和分布直接影响着铸铁的性能 根据铸铁中石墨形态的不同,灰口铸铁可以分为:,石墨片越圆整、越细小、分布越均匀 对基体割裂作用越小。,1)控制原铁水
4、化学成分 a)应严格控制 S0.07%、P0.1%(控制磷、硫含量,可防止铸件产生裂纹缺陷。)。 b)适当提高含碳量(3.64.0%C),以改善铸造性能。 2)较高的铁水温度 出炉温度应高于1400。 3)球化处理和孕育处理 a)球化处理 球化剂的作用:促使石墨在结晶时呈球状析出。 稀土镁合金 球化剂加入量一般为铁水重量的1.0 1.6%。 4)球墨铸铁的热处理 退火、正火及其它热处理(淬火、回火等)。,球墨铸铁件的生产,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
5、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。,球墨铸铁件生产中应注意的问题,控制原铁液的化学成分,与一般灰铸铁基本相同; 具有高C高Si,中Mn,低S、P特点。,较高的铁液温度,以防止球化处理、孕育处理后铁液温度过低,产生浇不足等缺陷,球化处理、孕育处理。,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b=300400Mpa,塑性(12%)和
6、韧性(k 30 J/cm2)好 石墨化退火周期长,4070h, 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,原则3:避免出现过大的水平面(应向下) 缺陷分析: 薄壁罩壳铸件,当其壳顶呈水平面时,因薄壁件金属液散热冷却快,渣、气易滞留在顶面,易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣缺陷。 实例:,(a)锥顶结构,(b)平顶结构,(a),(b),(a)薄壁水平面,(b)薄壁倾斜面,(a),(b),定向凝固原则,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。实现以厚补薄,将缩孔转移到冒口中去。,原则,合理布置内浇道及确定浇铸工艺。,方法,合理
7、应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施。,消除缩孔和缩松的方法,A等温线法,B内切圆法,判断缩孔出现的方法,防止缩孔产生在铸件上的有效措施是使铸件实现定向(顺序)凝固,在最后凝固部位安放冒口。,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,同时凝固 整个铸件几乎同时凝固。,防止和减少铸造内应力则应使铸件实现同时凝固,在厚大部位安放冷铁。,若分型面是一曲面,则必须用挖砂造型,应尽量使型芯和活块的数量减少,应尽量使分型面是一个平直的面,机器造型,起重机臂铸件的分型方案 a)平面分型b)曲面分型,角架
8、铸件的多种分型方案,铸造结构工艺性便于起模,内腔设计少用芯,安芯排气与清理,事先考虑想仔细,改进前,改进后,改进后,改进前,改进前,改进后,“结构斜度”为起模;设计图上画清晰。 “拔模斜度”模样留;工艺设计想周细,凸肋设计避活块,(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,压力加工,轧制 金属材料(或非金属材料)在旋转轧辊的压力作用下,产生连续塑性变形,获得所要求的截面形状并改变其性能的方法。 按轧辊轴线与轧制线间和轧辊转向的关系不同,可分为纵轧、斜轧和横轧。,挤压: 坯料在封闭模腔内受三向
9、不均匀压应力作用下,从模具的孔口或缝隙挤出,使之横截面积减小,成为所需制品的加工方法。,修整 修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属,以切掉普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪裂带和毛刺,从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。 修整后冲裁件公差等级达IT6IT7,表面粗糙度Ra为0.81.6m。,a)外缘修整,b)内孔修整,1-凸模;2-凹模,冲压成型-分离工序,分离工序是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。,当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时,螺钉头部与杆部的纤维被切断,受力时产生的切应力顺着纤维方向 故螺钉的承载能力较弱(图a)。 当采用同样棒料经
10、局部镦粗方法制造螺钉时(图b),纤维不被切断且连贯性好,纤维方向也较为有利。故螺钉质量较好。,不同工艺方法对纤维组织的影响,b,a,作用: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,缓冲锤击 。 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,终锻模膛,落料及冲孔 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
11、品;,落料过程仿真,冲孔过程仿真,冲孔,落料,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0.50.8。坯料的塑性差取上限值,塑性好取下限值。,拉深废品,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=m1m2mn,多次拉深时圆筒直径的变化,合理设
12、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=(0.61)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=(1.11.2)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,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)
13、(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。,冷变形与热变形,自由锻件的结构工艺性,自由锻锻件若有锥面或斜面结构,将使锻造工艺复杂,操作不方便,降低设备的使用效率,应该进。,锻件由几个简单几何体构成时,几何体的交接处不应形成空间曲线,应改成平面与圆柱、平面与平面的结构。,自由锻锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线。,滤油器罩大批量生产,板料冲压,玻璃升降器外壳零件如图,试述其加工工序?,板料冲压成型 下料 拉深 冲孔 翻边,焊接,焊接:是通过加热或加压,或者两者并用,并且用或不用填充材料,使焊接件达到原子结合的
14、一种方法。 焊接方法:熔化焊、压力焊、钎焊等。 焊接的主要特点是: (1)节省材料,减轻质量; (2)简化复杂零件和大型零件的制造; (3)适应性好;可实现特殊结构的生产; (4)满足特殊连接要求;可实现不同材料间的连接成型; (5)降低劳动强度,改善劳动条件。 焊接方法的应用: (1)制造金属结构件; (2)制造机器零件和工具; (3)修复。,焊接方法,压力焊,摩擦焊,超声波焊,爆炸焊,扩散焊,高频焊,钎焊及封粘,软钎焊,硬钎焊,封接,粘接,熔 焊,电弧焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊,手弧焊,气体保护焊,埋弧焊,电阻焊,熔化焊的三要素 热源 能量要集中,温度要高。以保证金属快速熔化
15、,减小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。 熔池的保护 可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化,并进行脱氧、脱硫和脱磷,给熔池过渡合金元素。 填充金属 保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素,并达到力学性能和其它性能的要求,主要有焊芯和焊丝。,焊件焊后的变形形式主要有: 尺寸收缩 角变形 弯曲变形 扭曲变形 波浪变形等。,酸性药皮与碱性药皮两者的性质 酸性药皮工艺性好,而碱性药皮工艺性差 碱性药皮中有益元素多,能使焊接接头力学性能提高 碱性药皮中因不含有机物,也称低氢型药皮。可以提高焊缝金属的抗裂性 碱性药皮氧化性强,对锈、油、水的敏感性大,易产生飞溅和CO
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