武汉理工大学《金属工艺学》复习

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,考试题型及分数分布情况,一、填空题（每空,0.5,分、共,20,分）,二、选择题（每小题,1,分，共,10,分,）,三、判断题（每小题,1,分，共,10,分；正确错误,）,四、名词解释（每小题,2,分，共,10,分）,五、工艺题（共,20,分）,六、结构工艺性分析题：要求文字说明结构工艺性的不合理处并在答题纸上画出正确的零件结构图（每小题,3,分共,30,分）,总复习,将熔炼好的液态金属浇注到与零件的形状和尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，所获得毛坯或零件的成型方法，称为铸造。,液态合金的充型,（,浇不足、冷隔、气孔、夹渣）,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,影响充型能力的因素,合金的流动性；,浇注条件（,浇注温度，,充型压力）；铸型填充条件（铸型蓄热能力，铸型温度，铸型中的气体）；铸件结构。,铸造合金的凝固与收缩,凝固方式：逐层凝固，糊状凝固，中间凝固,收缩阶段：液态收缩，凝固收缩，固态收缩,工艺原则,定向凝固原则,-,缩孔，缩松,同时凝固原则,-,应力,铸造内应力、变形与裂纹,内应力：热应力、机械应力,变形：粗短细长,裂纹：热裂、冷裂,铸 造,2009.8.13,武汉理工大学金工学部,铸铁件的生产,铸铁性能,优点：,良好的铸造性能，如流动性好、收缩小；良好的切削加工性能；高的耐磨性；良好的吸震缓冲性能；低的缺口敏感性能。,缺点：,石墨极差的力学性能；对基体的割裂；石墨片尖端的应力集中成为裂纹源。,铸铁的石墨化,一次结晶决定石墨形态、分布特征和共晶团尺寸、数目。,二次结晶视石墨化程度决定铸铁的三种基体组织。,影响石墨化因素,化学成分：,强促进石墨化元素硅,，,强阻碍石墨化元素,硫,；,冷却速度,-,铸件壁厚,铸铁生产工艺,孕育铸铁：孕育剂是含,Si,量为,75%,的硅铁，适当提高铁水出炉温度。,可锻铸铁：,先获取全白口铸件，再经石墨化退火。,球墨铸铁：,球化,+,孕育；适当提高铁水出炉温度；,适当提高砂型刚度。,砂型铸造,常用的手工造型方法,按砂箱特征：两箱造型；三箱造型,按模样特征,：,整模造型；分模造型；活块造型；挖砂造型；假箱造型；刮板造型,浇注位置定义及选择原则,浇注位置定义：,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。,选择原则：,P98-99,分型面定义及选择原则,铸造工艺参数：,机械加工余量和铸孔；,铸造收缩率,；拔模斜度；铸造圆角。,定性地绘出图示零件的铸造工艺图,先绘出零件图，再在零件图上表示出浇注位置、分型面、加工余量、拔模,斜度、型芯轮廓 （,P98,）,课件画工艺图部分,铸件的结构设计,（教材 、课件及作业相关部分）,金属压力加工 定义：,金属压力加工是指固态金属在外力作用下产生塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，又称金属塑性加工。,冷变形与热变形,金属的再结晶温度为,0.4T,熔，在再结晶温度以上进行变形称为热变形，热变形后，金属具有再结晶组织，而无冷变形强化痕迹。,冷变形强化（加工硬化）：,在冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的所有强度指标（弹性极限、比例极限、屈服点和强度极限）和硬度都有所提高，但塑性和韧性有所下降。,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。,回复温度：,T,回,=(0.25,0.3)T,熔,再结晶：,当温度升高到该金属熔点的,0.4,倍时（,T,再,=0.4T,熔），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。,压力加工,纤维组织变化（,P139,）,纤维组织具有方向性：,纵向塑性韧性提高；横向塑性韧性降低。,纤维组织,的利用原则：,使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断；,使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。,纤维组织的稳定性很高，不能用热处理方法消除，只有经过压力加工使金,属变形后才能改变其方向和形状。,金属可锻性,衡量材料在经受压力加工时活的优质制品难易程度的工艺性能，用金属的塑性和变形抗力综合衡量。,金属可锻性的影响因素,金属本质：化学成分；金属组织。加工条件：变形温度；变形速度；,应力状态,。,常用的锻造方法,自由锻,锻前加热,加热目的：提高塑性，降低抗力，改善可锻性。,锻造温度：,过低可锻性差，加工硬化，导致缎裂；,过高导,致氧化、脱碳、过热、过烧。,自由锻基本工序：,镦粗、拔长、冲孔。,自由锻件结构设计,（,P146,）,圆锥过渡改成圆柱过渡；加强筋、凸台锻不出；相贯线改成截柱体,模锻,模锻模膛：预锻模膛，终锻模膛；区别飞边槽：仓部，桥部。,制坯模膛：拔长，滚压，弯曲，切断，成形,模锻件结构工艺性,不深，不薄，简单，少孔,板料冲压,冲压基本工序：,分离工序，变形工序,分离工序（冲裁）,落料，冲孔,-,间隙计算基准：落凹冲突,变形工序：,弯曲，拉深,弯曲,-,使板料或坯料弯成一定角度和形状的变形工序。,考虑：,弯曲半径限制；弯曲线垂直纤维方向；回弹。,拉深,拉深系数：,拉深直径,d,与毛坯直径,D,的比值。,拉深系数值越小则变形程度越,大，在一次拉深过程中的最小拉深系数为,0.5-0.8,，,材料塑性好取下限。,拉深缺陷：,拉穿,-,防止措施：合适拉深系数，合适的间隙和圆角，润滑。,起邹,-,防止措施：,压边圈。,例：,大批量生产图示垫圈，材料为低碳钢板，厚度为,1.5mm,，问需要哪两副模具？若双面间隙,Z=0.2,，试分别计算出这两副模具的凸凹模尺寸。,需一副冲孔模、一副落料模。,冲孔模：,凸,=,孔,=100,凹,=,凸,+Z=100+0.2=100.2,落料模：,凹,=,落料,=200,凸,=,凹,Z=200,0.2=199.8,焊 接,焊接方法分类：,熔焊，压焊，钎焊,电弧焊,熔化焊的本质是小熔池熔炼与铸造，是金属熔化与结晶的过程。,熔池存在时间短，,温度高,；冶金过程进行不充分，氧化严重；热影,响区大。冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶。,焊条,焊芯和药皮的作用,焊条分类,根据药皮或熔渣种类的不同，电焊条可分为,酸性焊条与碱性焊条。,酸性焊条工艺性好，而碱性焊条工艺性差,碱性焊条有益元素多，,能使焊接接头力学性能提高,碱性焊条也称低氢型焊条。,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,气孔,碱性药皮在高温下，易生成较多的有毒物质（,HF,等），因而应注意通风,焊接接头组织与性能,热影响区：熔合区，过热区，正火区，部分相变区,焊接应力与变形,焊接变形的基本形式：收缩变形，角变形，弯曲变形，波浪变形，扭曲变形,防止和减小焊接变形的措施,结构设计：,中性轴对称，,减少焊缝长度及数量,常用的焊接方法,手工电弧焊特点及应用,埋弧焊特点,氩弧焊：不锈钢及有色合金首选,二氧化碳气体保护焊：只适于低碳钢和低合金钢的焊接,电渣焊特点：,最适合焊接大厚度工件，可一次焊成生产率高；,液态金属停留时间长，焊缝质,量好；焊接成本低。,电阻焊：,点焊，缝焊，对焊（电阻对焊，闪光对焊）,钎焊：,硬钎焊,钎料熔点,450,软钎焊,钎料熔点,金属材料的可焊性,金属材料的可焊性，是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺,参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料在一定,的焊接工艺条件下，表现出,“,好焊,”“,不好焊,”,的差别。,估算钢材可焊性的方法为,碳当量法：,根据经验：,C,当量,0.4%,时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，可焊性良好。,在一般的焊接工艺条件下，焊件不会产生裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预热,。,C,当量,=0.4%,0.6%,时,，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，可焊性较差。焊前工件需要适当预热，焊后应注意缓冷，要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝。,C,当量,0.6%,时,，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，可焊性不好。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要采取,减少焊接应力,和,防止开裂,的工艺措施，焊后要进行适当的热处理，才能保证焊接接头质量。,焊接裂纹,热裂纹,热裂纹的特征：,热裂纹可发生在焊缝区或热影响区。热裂纹的微观特,征是沿晶界开裂，所以又称,晶间裂纹。,因热裂纹在高温下形成，所,以有氧化色彩。,热裂纹产生的原因,:,液膜理论，高温低强度理论，接头中存在拉应力。,冷裂纹,冷裂纹的形态和特征：,焊缝区和热影响区都可能产生,冷裂纹,。冷裂纹,的特征是无分支，通常为穿晶型。冷裂纹无氧化色彩。最常见的冷,裂纹是,延迟裂纹,，即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹。,延迟裂纹的产生原因,:,焊接接头,(,焊缝和热影响区及熔合区,),的淬火倾向严重，产生淬火组织，导致接头性能脆化。,焊接接头含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力，使接头脆化。,存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，所以冷裂纹在焊后需延迟一段时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫氢致裂纹。,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,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,错误,的焊缝布置,焊接顺序原则：先自由后约束,切削加工,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,切削运动,切削用量,刀具在进给运动方向上相对工件的位移量 。所用刀具和切削运动形式不同，进给量的表述和度量方法也不同。,如铣削,：,f=,v,f,/n,切削三要素,切削速度,Vc,进给量,f,切削深度,a,p,（背吃刀量）,指在切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度,v,c,= dn/1000(m/min),待加工表面到已加工表面间的垂直距离,a,p,=(dw-dm)/2,金属切削过程,切屑的种类,：,带状屑：,用大前角的刀具，较高的切削速度和小的进给量切削塑性材料时，,易得到带状切屑。,节状屑：,低的切削速度和较大的进给量加工中等硬度的钢材时产生。,崩碎屑：,工件材料脆性越大，刀具前角越小，切削深度和进给量越大，,越易产生此类切屑,积屑瘤：,是指在一定范围的切削速度下切削塑性金属时，常发现在刀具前刀,面靠近切削刃的部位粘附着一小块很硬的金属，这就是积屑瘤。,原因：,由于金属的挤压和强烈摩擦，使切屑与前刀面之间产生很大,的应力和很高的切削温度。,条件：,当应力和温度条件适当时，切屑底层与前刀面之间的摩擦力,很大，使得切屑底层流出速度变得缓慢，形成一层很薄的“滞流层”。,形成：,当滞流层与前刀面的摩擦阻力超过切屑内部的结合力时，滞,流层的金属与切屑分离而粘附在切削刃附近形成积屑瘤。,刀具磨损和刀具耐用度,刀具磨损可分为三个阶段：,第一阶段称为初期磨损阶段,第二阶段称为正常磨损阶段,第三阶段称为急剧磨损阶段,刀具耐用度：,指刀具刃磨后从开始切削直到磨损量达到磨损标准为止的切削时间用表示,。,切削力,主切削力,:,(,切向力,Fc,),切削合力在切削速度方向上的分力，垂直于基面，其大小约占总的切削合力的。,是计算机床动力的主要依据,背向力,:,(,径向力,Fp,),切削合力在切削深度方向上的分力,;,它在基面内,.,使工件弯曲变形或引起振动，产生形状和尺寸误差,车细长轴时，由于径向力的作用，车削的工件易出,现腰鼓形。,进给力：,(,轴向力,Ff),切削合力在进给方向上的分力,;,它在基面内,.,是设计和校验机床进给机构强度和刚度的主要依据,。,切,削,合,力,常用金属切削加工方法,车削：,车端面；车外圆；车圆锥；车螺纹；切槽或切断；钻中心孔；钻孔；镗孔；,车成形面；滚花。,钻削：,引偏：是指加工时由于钻头弯曲而产生的孔径扩大、孔不圆或孔的轴线歪斜。,铣削：,铣平面；,铣键槽,；铣,T,形槽；铣燕尾槽；铣齿；铣螺旋槽；铣成形面等。,磨削：,加工材料范围广,淬火钢、未淬火铜及铸铁等材料,淬火钢等硬质材料只能用磨削进行精加工,有色金属不适于采用磨削加工,切削工件的结构工艺性,尽量采用标准化参数,便于装夹,便于加工,留出退刀空间：退刀槽；越程槽；空刀槽。,便于提高生产效率,减少装夹次数：加工面应等高；同类结构要素要统一；轴上多键槽布局同向。,选择加工方法及设备,35,圆柱面：磨削，外圆磨床；,55,圆柱面：车削，车床；,键槽：铣削，铣床,