机械制造基础复习

1.铸件的温度场 在合金凝固和冷却的某瞬间，铸件横断面上的温度分布曲线。、为等温线。2.铸件的凝固区 凝固区S对铸件质量影响较大。合金的结晶温度 温度梯度一、铸件的凝固一、铸件的凝固 T温度表层中心St铸件温度成分 ab(1)(1)逐层凝固逐层凝固 (2)(2)糊状凝固糊状凝固 (3)3)中间凝固中间凝固大多数合金的凝固方式 表层中心t铸件固相线液相线成分温度表层中心t铸件液固液c表层中心St铸件温度液相线固凝固区3.铸件的凝固方式 使合金具有具有良好的充型能力和补缩条件。凝固层将固相区与金属液分开，充型能力和补缩条件变差调整凝固方式的措施：（1）选择倾向于逐层凝固的合金 合金的结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越趋向于逐层凝固。灰铸铁、硅铝合金等为逐层凝固，高碳钢为糊状凝固。（2）加大温度梯度 在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区的宽窄取决于铸件内外层之间的温度差。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其凝固区相应由宽变窄。如采用金属型铸造等。一、铸件壁厚的设计一、铸件壁厚的设计1 1 合理设计铸件壁厚合理设计铸件壁厚 1 1）铸件的最小壁厚）铸件的最小壁厚铸铸造造方方法法铸件尺寸铸件尺寸（mmmm）合金种类合金种类铸钢铸钢灰口铸铁灰口铸铁球墨铸铁球墨铸铁可锻铸铁可锻铸铁铝合金铝合金铜合金铜合金砂砂型型铸铸造造200500500500500151520201515202015152020101012126 6101012122 2）铸件的临界壁厚）铸件的临界壁厚在最小壁厚和临界壁厚之间就是适宜的铸件壁厚。在砂型铸造条件下，临界壁厚临界壁厚33最小壁厚最小壁厚 3 3）铸件截面形状）铸件截面形状在一定铸造工艺条件下，所能浇注出的铸件最小壁厚。2 2 铸件壁厚应均匀、避免厚大截面铸件壁厚应均匀、避免厚大截面二、铸件壁的连接二、铸件壁的连接1 1 铸件的结构圆角铸件的结构圆角2 2 避免锐角连接避免锐角连接3 3 厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡4 4 减缓筋、辐收缩的阻碍减缓筋、辐收缩的阻碍三、铸件外形的设计三、铸件外形的设计 1 1 避免外部侧凹、凸起；避免外部侧凹、凸起；2 2 分型面应尽量为平直面；分型面应尽量为平直面；上上中中中中下下上上下下3 3 凸台、筋条的设计应便于起模。凸台、筋条的设计应便于起模。四、铸件内腔的设计四、铸件内腔的设计1 应尽量减少型芯的数量，避免不必要的型芯。应尽量减少型芯的数量，避免不必要的型芯。芯撑芯撑2 便于型芯的固定、排气和清理。便于型芯的固定、排气和清理。五、铸件结构设计应考虑的其它问题五、铸件结构设计应考虑的其它问题1 1 铸造方法铸造方法2 2 组合铸件的设计组合铸件的设计四、自由锻件结构工艺性四、自由锻件结构工艺性1.1.避免斜面和锥度避免斜面和锥度2.2.避免曲面相交避免曲面相交3.3.避免加强筋和凸台避免加强筋和凸台4.4.采用组合工艺采用组合工艺（五）模锻件结构工艺性1.易于从锻模中取出锻件；2.零件的外形应力求简单、对称、平直；3.避免薄壁、高筋、凸起等结构；4.避免设计深孔、多孔结构；5.采用锻焊组合工艺。二、胎模锻造二、胎模锻造利用自由锻设备在活动模具上生产模锻件的方法。1.1.扣模扣模2.2.筒模筒模3.3.合模合模1.1.冲压方法对结构工艺性的要求冲压方法对结构工艺性的要求1 1）对冲裁件的要求）对冲裁件的要求 冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用；应避免细长槽和细长臂结构；冲裁件的内外转角处，应尽量避免尖角。90工序圆弧角最小圆角半径黄铜、紫铜、铝低碳钢合金钢落料0.24t0.35t0.30t0.50t0.45t0.70t冲孔0.20t0.45t0.35t0.60t0.50t0.90t 90 90 90冲裁件最小圆角半径 冲裁件孔的尺寸2 2）对弯曲件的要求）对弯曲件的要求 弯曲件的形状应力求简单、对称，并考虑材料纤维方向；弯曲半径不能小于材料允许的最小弯曲半径；弯曲高度H2t。带孔件的弯曲：3 3）对拉深件的要求）对拉深件的要求 弯曲件的形状应力求简单、对称，并不宜太高；拉深件的圆角半径应满足：rd t、R 2t；2.2.改进结构可简化工艺及节省材料改进结构可简化工艺及节省材料1 1）采用冲焊结构）采用冲焊结构2 2）采用冲口工艺）采用冲口工艺3 3）尽量简化冲压件的结构）尽量简化冲压件的结构1 焊接结构材料的选择1.优先选用低碳钢和低强度低合金钢；2.对于重要件应有先选用镇静钢；3.尽量选用同一牌号的材料；4.材料的厚度最好相等；5.尽量选用型材。2 焊接方法的选择 焊接方法的选择应充分考虑材料的焊接性、焊件厚度、焊缝长短、生产批量及焊接质量等因素。3 接头工艺设计一、接头形式的设计一、接头形式的设计1.对接接头2.搭接接头3.角接接头4.T字接接头对接接头 接头受力简单、均匀，应力集中较小，强度较高，优先选用搭接接头 接头强度好。但受力复杂，应力集中严重，易产生焊接缺陷。二、坡口形式的设计二、坡口形式的设计不同厚度的工件焊接时：三、焊缝的布置三、焊缝的布置1.1.焊缝应避免密集交叉焊缝应避免密集交叉2.2.焊缝应对称分布焊缝应对称分布3.3.焊缝应避开应力集中处和最大应力处焊缝应避开应力集中处和最大应力处4.4.焊缝应远离机械加工表面焊缝应远离机械加工表面5.5.焊缝的布置应便于焊接操作焊缝的布置应便于焊接操作4.零件的结构工艺性的几方面要求:1）加工表面的几何形状应尽量简单,尽可能布置在同一平面上或同一轴线上。2）由相互位置精度要求的表面，最好能在一次安装中加工出来。3）尽可能减少加工表面的数量和面积，合理地规定零件的精度和表面粗糙度，以利于减少切削加工量。4）应力求零件的某些结构尺寸标准化，以便于采用标准刀具和通用量具，降低生产成本。5）零件应便于安装，定位准确，夹紧可靠；便于加工，易于测量；便于装配和拆卸。6）零件结构应与先进的加工工艺方法相适应。7）零件应具有足够的刚性，能承受切削力和夹紧力，以便于提高切削用量，提高生产率。3结构工艺性是相对概念 随着科学技术的进步，新材料、新设备、新工艺的应用，产品结构工艺性好坏的概念也在变化，如过去认为工艺性差的零件结构，现在在数控机床和加工中心上已不难加工。1 1）分模面的选择）分模面的选择分模面应选在锻件的最大截面处；分模面的选择应使模膛浅而对称；分模面的选择应使锻件上所加敷料最少；分模面应最好是平直面。aaccddbb（二）变形工序使坯料的一部分相对一部分产生位移而不被破坏的工序。（拉深、弯曲、翻边、成形等）D2dDh1.1.拉深拉深使坯料在凸模的作用下压入凹模，获得空心体零件的冲压工序。1 1）拉深变形过程）拉深变形过程dd dh h2 2）拉深废品）拉深废品 拉裂（拉穿）拉裂（拉穿）起皱起皱3 3）拉深模设计及工艺特点）拉深模设计及工艺特点 凸凹模的工作部分必须具有一定的圆角；r凹=10t r凸=（）r凹 凸凹模间隙要合理Z=（）tZ 单边间隙 控制拉深系数（m）m=d/D=（）D=100d=20；h=42d1=55d2=32d3=20 设置压边圈 涂润滑油2.2.弯曲弯曲将平直板料弯成一定的角度或圆弧的工序。1 1）弯曲的变形特点）弯曲的变形特点 变形区域主要在圆角部位；外层金属受拉应力，内层金属受压应力。2 2）弯曲缺陷）弯曲缺陷弯裂弯裂3 3）弯曲工艺特点）弯曲工艺特点弯曲半径 rrmin=（）t；毛刺应位于内侧；弯曲线应尽量与坯料纤维方向垂直；“回弹”问题a）设计补偿角b）对工件进行退火c）设计加强筋3.3.翻边、成形翻边、成形1 1）翻边）翻边在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。2 2）成形）成形包括：起伏、胀形、压印等三、冲模的分类及结构三、冲模的分类及结构1.1.简单冲模简单冲模2.2.连续冲模连续冲模3.3.复合冲模复合冲模冲床在一次行程中只完成一个冲压工序。冲床在一次行程中在不同的工位同时只完成两个以上的冲压工序。冲床在一次行程中在同一工位同时完成两个以上的冲压工序。4 4 典型工艺设计实例4 4 典型工艺设计实例一、焊条电弧焊一、焊条电弧焊 特点特点(1)设备简单、应用灵活方便。(2)劳动条件差、生产率低、质量不稳定。焊接过程焊接过程引弧 形成熔池形成焊缝熔化焊熔化焊 1.1.焊条焊条焊条芯药皮焊缝的填充材料填充材料 填充焊缝电极电极传导电流 导电机械保护机械保护的作用冶金冶金的作用稳定电弧稳定电弧的作用焊条芯焊条芯药皮药皮药皮的种类：氧化钛型；氧化钛钙型；钛铁矿型；氧化钛型；纤维素型；低氢钾型；低氢钠型；石墨型；盐基型。(1)(1)组成组成和作用和作用（2 2）焊条的种类）焊条的种类结构钢焊条J；钼和铬耐热钢焊条R；低温钢焊条W；不锈钢焊条A；堆焊焊条D；铸铁焊条Z；镍及镍合金焊条Ni；铜及铜合金焊条T；铝及铝合金焊条L；特殊用途焊条TSJ 5 0 7药皮种类（低氢型）抗拉强度结构钢焊条J 4 2 2药皮种类（钙钛型）抗拉强度结构钢焊条酸性焊条：碱性焊条：在熔渣中以酸性氧化物为主（TiO2、SiO2、Fe2O3）在熔渣中以碱性氧化物为主（K2O、Na2O、CaO、MnO）2.2.焊条的选用焊条的选用1.根据被焊工件的强度选用2.根据被焊工件的化学成分选用3.根据被焊工件工作条件和结构选用4.根据实际生产状况选用二、埋弧自动焊二、埋弧自动焊焊接电源控制箱焊接小车焊接热源：电弧热溶池保护：焊剂（气、渣）1.1.埋弧自动焊设备及焊接过程埋弧自动焊设备及焊接过程2.2.埋弧自动焊工艺埋弧自动焊工艺1 1）焊前准备）焊前准备2)2)采取防漏措施采取防漏措施双面焊；手工电弧焊封底；焊剂垫；采用锁底坡口；水冷铜垫板。板厚在2025mm以下的工件可不开坡口；但在实际生产中，板厚在1422mm应开Y型坡口，半厚在2250mm，可开双Y型坡口或U型坡口。3)3)要有引弧板和引出板要有引弧板和引出板环焊缝：焊丝起弧点应与环的中心偏离一定距离a a；（a a=2040mm）。直径小于250mm一般不采用埋弧焊。3.3.埋弧自动焊工艺特点埋弧自动焊工艺特点1）生产率高（手弧焊的510倍）2）焊接质量高且稳定。3）节约金属材料、生产成本低。4）劳动条件好。5）只能在水平位置焊接。应用：主要用于较厚钢板的长直焊缝和较大直径的环形焊缝焊接。如压力容器的环焊缝和直焊缝、锅炉冷却壁的长直焊缝、船舶和潜艇壳体、其重机械、冶金机械（高炉炉身）等的焊接。三、气体保护焊三、气体保护焊1.1.氩弧焊氩弧焊利用氩气作为保护性介质的电弧焊方法。焊接热源：电弧热保护介质：ArAr不与金属发生化学反应不产生夹渣缺陷不溶解于液体金属中不产生气孔缺陷比重大于空气（25%）“阴极破碎”作用1 1）熔化极氩弧焊）熔化极氩弧焊2525mm以下的工件2 2）非熔化极氩弧焊）非熔化极氩弧焊适于6 6mm以下工件的焊接3 3）氩弧焊的特点及应用）氩弧焊的特点及应用 机械保护效果好，焊缝金属纯净，焊缝成形美观，焊接质量优良。电弧燃烧稳定，飞溅小。焊接热影响区和变形小。可进行全位置焊接。氩气昂贵，设备造价高。应用：应用：适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。如：铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。适用所有金属材料的焊接。以CO2气体作为保护性介质的电弧焊方法。焊接热源：电弧热保护介质：COCO2 2CO2 与金属发生化学反应产生夹渣缺陷 溶解于液体金属中产生 CO 气孔缺陷 比重大于空气（25%）氧化严重；气孔倾向大（CO）；飞溅严重。1)1)存在问题存在问题2.2.COCO2 2气体保护焊气体保护焊 生产率高（是手弧焊的13倍）。成本低（是手弧焊的40%）。焊接热影响区和变形小。可进行全位置焊接。飞溅严重，焊缝成形差。应用：适用于低碳钢和强度级别不高的低合金结构钢的焊接。目前广泛用于造船、机车车辆、汽车制造、农业机械等。2 2）COCO2 2气体保护焊的特点及应用气体保护焊的特点及应用压力焊压力焊五、电阻焊五、电阻焊 通过加压、或同时加热加压，使焊件产生塑性变形，并经再结晶和扩散作用，实现连接的焊接方法。1.1.点焊点焊工艺参数电极压力焊接电流通电时间适中适中 对组合焊件经电极加压，利用电流通过焊接接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，实现焊接。焊点距离太近分流现象严重太远强度不够应用：4mm以下的薄板搭接。点点 焊焊缝缝 焊焊2.2.缝焊缝焊应用：应用：3mm3mm以下的薄板搭接。以下的薄板搭接。如：密封的容器（油箱、水箱等）、管道等。3.3.对焊对焊主要用于棒料的对接。1 1）电阻对焊）电阻对焊应用：用于断面简单，直径（或边长）小于20mm或强度要求不太高的工件。2 2）闪光对焊）闪光对焊应用：用于重要工件的焊接。可焊相同金属，也可焊异种金属（铝钢、铝铜等）。工件直径0.01mm200mm。六、摩擦焊六、摩擦焊1.1.摩擦焊焊接过程摩擦焊焊接过程2.2.摩擦焊接头型式摩擦焊接头型式3.3.特点及应用特点及应用 质量稳定；不需填充金属及焊剂；生产率高，易实现自动化。应用：适用于黑色金属、有色金属；也适用于特种材料、异种材料焊接。摩摩 擦擦 焊焊七、钎焊七、钎焊是将钎料熔化，利用液态钎料湿润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，冷凝后实现连接的焊接方法。种类种类1.1.软钎焊软钎焊2.2.硬钎焊硬钎焊钎料的熔点在450 以下。接头强度低，一般为60190MPa，工作温度低于100 钎料的熔点在450 以上。接头强度高，在200MPa以上，工作温度较高。钎料的作用 连接 填充钎料的种类 软钎料：硬钎料：锡铝合金（焊锡）铝基、铜基、银基、镍基合金等。2.2.溶剂溶剂溶剂的作用 清理作用 降低表面张力 保护作用去除表面氧化皮改善液态钎料对焊件的湿润性，增强毛细管作用。二、钎料和溶剂二、钎料和溶剂1.1.钎料钎料2.可焊同种、异种金属和厚薄悬殊的工件。3.生产率高。易于实现自动化。4.设备简单，生产投资费用少。应用：主要焊接精密、微型、复杂、多焊缝异种金属 的焊接。目前：软钎焊广泛用于电子、电器、仪表等行业；硬钎焊 用于硬质合金刀具、钻探钻头、换热器的焊接。三、钎焊的特点及应用三、钎焊的特点及应用加热温度低，接头组织、性能变化小；焊接变形小，工件尺寸精确。