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 T温度 表 层 中 心St铸 件温度成 分 a b(1)逐 层 凝 固 (2)糊 状 凝 固 (3)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1 合 理 设 计 铸 件 壁 厚 1） 铸 件 的 最 小 壁 厚铸造方法 铸 件 尺 寸（ mm） 合 金 种 类铸 钢 灰 口 铸 铁 球 墨 铸 铁 可 锻 铸 铁 铝 合 金 铜 合 金砂型铸造 500 500 15 20 15 20 15 20 10 12 6 10 12 2） 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 3 最 小 壁 厚 3） 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 铸 件 壁 厚 应 均 匀 、 避 免 厚 大 截 面 二、铸件壁的连接1 铸 件 的 结 构 圆 角2 避 免 锐 角 连 接3 厚 壁 与 薄 壁 间 的 联 接 要 逐 步 过 渡4 减 缓 筋 、 辐 收 缩 的 阻 碍 三、铸件外形的设计 1 避 免 外 部 侧 凹 、 凸 起 ；2 分 型 面 应 尽 量 为 平 直 面 ；上中中下 上下3 凸 台 、 筋 条 的 设 计 应 便 于 起 模 。 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 。芯 撑2 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1 铸 造 方 法2 组 合 铸 件 的 设 计 四、自由锻件结构工艺性1. 避 免 斜 面 和 锥 度2. 避 免 曲 面 相 交3. 避 免 加 强 筋 和 凸 台4. 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、胎模锻造利 用 自 由 锻 设 备 在 活 动 模具 上 生 产 模 锻 件 的 方 法 。1. 扣 模2. 筒 模3. 合 模 1. 冲 压 方 法 对 结 构 工 艺 性 的 要 求1） 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 0.24 t0.35 t 0.30 t0.50 t 0.45 t0.70 t冲孔 0.20 t0.45 t 0.35 t0.60 t 0.50 t0.90 t 90 90 90 冲 裁 件 最 小 圆 角 半 径 冲 裁 件 孔 的 尺 寸 2） 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） 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 ： rdt、 R 2t； 2. 改 进 结 构 可 简 化 工 艺 及 节 省 材 料1） 采 用 冲 焊 结 构 2） 采 用 冲 口 工 艺3） 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 不 同 厚 度 的 工 件 焊 接 时 ： 三、焊缝的布置1. 焊 缝 应 避 免 密 集 交 叉 2. 焊 缝 应 对 称 分 布 3. 焊 缝 应 避 开 应 力 集 中 处 和 最 大 应 力 处 4. 焊 缝 应 远 离 机 械 加 工 表 面 5. 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） 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 。 a accd dbb （ 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 ） D 2 dDh 1 . 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） 拉 深 变 形 过 程d d h 2） 拉 深 废 品 拉 裂 （ 拉 穿 ） 起 皱3） 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 =（ 0.6-1） r凹 凸 凹 模 间 隙 要 合 理Z =（ 1.1-1.2） tZ 单 边 间 隙 控 制 拉 深 系 数 （ m）m = d/D =（ 0.5-0.8）D=100 d=20； h=42d1=55 d2=32 32/55=0.58d3=20 20/32=0.628 设 置 压 边 圈 涂 润 滑 油 2. 弯 曲将 平 直 板 料 弯 成 一 定 的角 度 或 圆 弧 的 工 序 。1） 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） 弯 曲 缺 陷弯 裂 3） 弯 曲 工 艺 特 点 弯 曲 半 径 r rmin=（ 0.25-1） 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. 翻 边 、 成 形1） 翻 边在 带 孔 的 平 坯 料 上用 扩 孔 的 方 法 获 得凸 缘 的 工 序 。2） 成 形包 括 ： 起 伏 、 胀 形 、 压 印 等 三、冲模的分类及结构1. 简 单 冲 模2. 连 续 冲 模3. 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 典 型 工 艺 设 计 实 例 4 典 型 工 艺 设 计 实 例 一、焊条电弧焊 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 引 弧 形 成 熔 池 形 成 焊 缝熔 化 焊 1. 焊 条 焊 条 芯药 皮 焊 缝 的 填 充 材 料 填 充 焊缝电 极 传 导 电 流 导 电机 械 保 护 的 作 用冶 金 的 作 用稳 定 电 弧 的 作 用 焊 条 芯药 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)组 成和 作 用 （ 2） 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.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. 埋 弧 自 动 焊 设 备 及 焊 接 过 程 2. 埋 弧 自 动 焊 工 艺1） 焊 前 准 备2)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 20 25mm以 下 的 工 件 可 不 开 坡 口 ； 但 在 实 际 生 产 中 ，板 厚 在 14 22mm应 开 Y型 坡 口 ， 半 厚 在 2250mm， 可 开双 Y型 坡 口 或 U型 坡 口 。3)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=2040mm） 。 直 径小 于 250mm一 般 不 采 用 埋 弧 焊 。 3. 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1 . 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） 熔 化 极 氩 弧 焊25mm以 下 的 工 件2） 非 熔 化 极 氩 弧 焊适 于 6mm以 下 工 件 的 焊 接 3） 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 ：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 ： CO2CO2 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) 存 在 问 题2 . CO2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） CO2气 体 保 护 焊 的 特 点 及 应 用 压 力 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. 点 焊工 艺 参 数 电 极 压 力焊 接 电 流通 电 时 间 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 焊 缝 焊 2 . 缝 焊应 用 ： 3mm以 下 的 薄 板 搭 接 。如 ： 密 封 的 容 器 （ 油 箱 、水 箱 等 ） 、 管 道 等 。3 . 对 焊主 要 用 于 棒 料 的 对 接 。1） 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） 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1 . 摩 擦 焊 焊 接 过 程2 . 摩 擦 焊 接 头 型 式3. 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 擦 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1. 软 钎 焊2. 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. 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1. 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1. 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 。