材料成型技术基础课程总复习.ppt

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1、,课 程 总 复 习,机械与电子控制工程学院,考试时间：第十六周周五上午8:0010:00考试地点：待定,主要内容,非金属成型,焊接成型,塑性成型,液态成型,毛坯选择,液态成型,液态成型?液态成型的优点?,将液态金属借助外力充填到型腔中，使其凝固冷却而获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的工艺。,1）形状复杂，复杂内腔的零件毛坯。2）铸造生产的适应性广。3）毛坯尺寸精度较高（与锻件相比）。4）经济性好。,铸造性能评价？,合金的流动性、收缩性、吸气性和偏析等。,影响合金流动性的因素?,液态成型,合金成分纯金属和共晶合计流动性好。结晶温度区间小，合金的流动性好。浇注条件 浇注温度和充型压力铸型条件铸型温

2、度和浇注系统铸件结构结构形状和最小壁厚的要求,对流动性增强还是减弱？可能导致那种缺陷？,液态成型,1、纯铁大于铸钢2、铸铁大于铸钢；3、共晶大于非共晶；4、近共晶大于远共晶。,铁-碳合金流动性与含碳量的关系？,液态成型,流动性导致主要缺陷？,渗漏,液态成型,糊状凝固,逐层凝固,合金凝固？,液态成型,顺序凝固原则：在铸件上从远离浇口部分到浇口或冒口之间建立一个递增的温度变化，从而实现由远离冒口的部分向冒口方向顺序的凝固。,控制铸件凝固的工艺原则？,同时凝固原则：采取工艺措施保证铸件上各部分之间没有温差或温差尽量小，使各部分几乎同时凝固。,液态成型,合金的收缩?收缩的分类?,铸造合金从液态凝固和冷

3、却至室温过程中产生的体积和尺寸的缩减现象。,内应力、变形,缩孔和缩松形成本质是合金的液态收缩和凝固收缩远大于合金的固态收缩。,合金收缩的大小主要取决于合金的成分、浇注温度、铸件的结构和铸型条件等。,液态成型,合金成分结晶区间流动性凝固方式收缩性工艺原则,以下概念之间的关系？,结晶温度范围小的合金，其凝固方式为逐层凝固，其凝固控制原则为顺序凝固,液态成型,原理：危害：分类：消除措施：,铸造应力?,固态收缩受到阻碍。,变形和裂纹,时效处理,液态成型,t0-t1：均处塑性状态，铸件内无应力产生；t1-t2：杆II弹性状态，杆I塑性状态，瞬间内应力通过杆I塑性变形而消失，无应力；t2-t3：均弹性状态

4、，杆I内部产生拉应力，杆II内部产生压应力。,t0,t1,t2,t3,液态成型,在t0-t1时间内，细杆和粗杆均处于弹塑性转变温度以上，铸件内不产生热应力。在t1-t2时间内，粗杆处于弹塑性转变温度以上，细杆处于弹塑性转变温度以下，此时铸件的变形由细杆确定，杆细带动粗杆一起收缩，铸件内不产生热应力。在t2-t3时间内，细杆和粗杆均处于弹塑性转变温度以下，粗杆的冷却速度比细杆快，即粗杆的自由线收缩速度大于细杆。因而，粗杆被拉长，产生拉应力；细杆则相反，产生压应力。冷却到t3（室温）时，铸件内存在残余应力，细杆内为压应力，粗杆内为拉应力。,液态成型,铸件厚壁处或心部受拉应力、薄壁或表层受压应力。,

5、结论：,热应力导致的变形,两夹角和都增大,合理选择合金（E和线膨胀小）减小铸件各部分的温差 提高铸型和型芯的退让性 及时落砂,减少铸造应力的措施?,液态成型,消除铸造应力的措施?,时效处理,液态成型,铸造成型方法?,铸造工艺及结构工艺性？,液态成型,避免铸件的外形有局部侧凹。,液态成型,尽可能去掉不必要的外圆角（工艺圆角除外）,液态成型,铸件上凸台和筋条的设计，应考虑其结构便于造型,液态成型,铸件要尽量减少分型面数量,液态成型,在铸件上设计结构斜度,结构斜度,拔模斜度,液态成型,铸件内腔尽量不用或少用型芯，以简化铸造工艺,液态成型,铸件的壁厚应适当,液态成型,铸件壁厚尽可能均匀,液态成型,设计

6、结构圆角,铸件壁与壁之间应避免锐角连接,液态成型,铸件的厚壁与薄壁的连接应逐步过渡,铸件壁与壁之间应避免交叉,液态成型,铸件的结构是否使铸件的收缩受阻,应尽量避免设计水平面过大的铸件,液态成型,较长易挠曲梁应将其截面设计成对称截面,液态成型,铸件上易产生变形或裂纹的部位，设计加强筋结构，防止变形。,液态成型,砂型铸造浇注位置的选择原则？,重要加工面或主要工作面应处于铸型的底面或侧面。避免出现气孔、砂眼、夹杂等缺陷,铸件的大平面应处于铸型的底面。大平面朝上容易出现夹砂和气孔缺陷。,液态成型,液态成型,砂型铸造分型面的选择原则？,（1）应使铸件全部或大部置于同一半型内。,合箱对准时的误差会使铸件产

7、生错偏。合箱不严会使铸件在垂直分型面方向上的尺寸增加。,错箱,胀箱,（2）应尽量减少分型面的数目,（3）分型面应尽量选用平面,液态成型,（4）不使砂箱过高,（5）受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度,合理,液态成型,铸件工艺图的制定：（1）综合考虑浇注位置和分型面的确定（2）加工余量，起模斜度（3）砂芯的部位，要画出砂芯的位置、形状和芯头。,液态成型,如图2-1所示的A、B、C、D四种成分的铁碳合金中，流动性最好的合金是（）；形成缩孔倾向最大的合金是（）；形成缩松倾向最大的合金是（）；适于采用顺序凝固的合金是（）；糊状凝固倾向最大的合金是（）；,液态成型,试分析下图所示铸件（1）哪些是自由

8、收缩，哪些是受阻收缩？（2）受阻收缩的铸件形成哪一类铸造应力？（3）各部分应力属于什么性质（拉应力或压应力）？,（a）,（c）,（e）,（b）,（d）,（f）,塑性成型,塑性成形实质：在外力作用下产生不可恢复的塑性变形。衡量金属塑性成形能力的指标：塑性与变形抗力。塑性成型方法：自由锻（下料 镦粗 拔长 冲孔 弯曲 切割 扭转 错移）模锻（锤上模锻、胎模锻、压力机模锻、平锻机模锻）挤压（正挤压、反挤压、复合挤压）拉拔 轧制 冲压（切断、落料、冲孔、弯曲、拉伸、翻边、胀形）,锻压的优点,能改善金属的组织，提高金属的机械性能；节约金属材料和切削加工工时；具有较高的生产率；不能直接锻制形状复杂的零件，

9、尤其是内腔复杂件；尺寸精度不高，需要重型的机器设备和复杂的工装模具；生产现场劳动条件较差。,锻压的缺点,塑性成型,塑性的影响因素,化学成分和合金成分对金属塑性的影响 组织状态对金属塑性的影响 变形温度对金属塑性的影响 应变速率对塑性的影响 应力状态对塑性的影响,塑性成型,塑性成型,金属的变形分类：冷变形 再 再=0.4 熔 热变形 再 温变形 回 再 回=（0.250.3）熔,加工硬化,回复和再结晶，软化现象,显微组织不变,锻造比和锻造流线,代表变形程度大小力学性能各向异性热处理不能消除锻造流线,1.25Y镦粗 2.5,杂质,塑性成型,零件工作时的正应力方向与流线方向平行，切应力方向与流线方向

10、垂直。流线的分布与零件的外形轮廓相符合。,锻造成型,自由锻：利用冲击力或压力，使金属在上、下砧铁之间产生塑性变形，而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。,特点：工具简单，成本低；周期短，应用广泛；适应性强；大型锻件的唯一锻造方法；但其锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低。,自由锻变形工序,基本工序下料 镦粗 拔长 冲孔 弯曲 切割 扭转 错移 辅助工序：倒棱 压肩 压痕精整工序：目的减少表面缺陷，校正弯曲和扭歪,塑性成型,自由锻工艺规程,主要内容：绘制锻件图；确定变形工序；计算坯料的重量和尺寸；确定加热温度及冷却方式；选定锻造设备等。,塑性成型,锻件图零件图+余块+加

11、工余量+锻造公差,绘制锻件图,绘制方法：（1）用实线画出锻件最终轮廓（2）用双点划线画出零件的主要轮廓形状。（3）尺寸线上方或左面标注锻件尺寸与公差；（4）尺寸线下方或右面用圆括号标出零件尺寸。,锻造成型,确定变形工序,自由锻件的结构工艺性,塑性成型,塑性成型,模锻分类及应用 分为锤上模锻、胎膜锻、压力机模锻等。适合于中小型锻件的大批量生产。,高温下具有足够的强度、硬度、韧性、耐磨性、抗热疲劳性、回火稳定性等。,锻模 锻模材料 模膛分类,制坯模膛,拔长模膛滚压模膛弯曲模膛,模锻模膛,预锻模膛终锻模膛,飞边槽,容纳多余金属,塑性成型,冲孔连皮,防止上、下模冲孔凸模直接相撞。,模锻件工艺规程的制定

12、,1、绘制模锻件图；2、计算坯料的重量和尺寸；3、确定模锻工步；4、选择锻压设备；5、设计锻模模膛；,模锻件图零件图+加工余量+公差+余块+分模面+模锻斜度+冲孔连皮+圆角,塑性成型,选取在锻件的最大截面上，锻件能够从模膛中取出；模膛应该尽量浅，以利于金属充填和锻件取出；应尽量减少余块，以减少切削工作量和金属消耗；不应取在锻件中部的截面上，以利于检查上下模的相对错移和切除飞边应尽量采用平面，以利于制造模具；,塑性成型,零件结构的模锻工艺性,分模面选取便于锻件从模膛中取出，利于金属填充、减少余块和易于制模。设置结构斜度应避免肋的设置过密或高宽比过大，以利于金属充填模腔。应避免腹板过薄 避免深孔或

13、多孔结构 形状复杂件采用组合结构,塑性成型,板料冲压的基本工序:分离工序和变形工序两大类。,落料冲孔修整切断,拉深弯曲翻边胀形,板料冲压的应用:低碳钢、铝、铜、镁合金 薄壁金属成品,塑性成型,变形工序:是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、胀形等。,板料冲压的特点：（1）制造形状复杂的薄壁零件。（2）获得力学性能好、尺寸精度高、质量稳定、互换性。（3）生产率高、成本低，实现机械化和自动化。（4）冲压模具结构相对复杂，加工精度高，制造成本高。板料冲压的应用:制造薄壁金属成品。,塑性成型,冲压件的结构工艺性,对冲裁件的要求,对弯曲件的要求,对拉伸件的要求,塑性成

14、型,改进结构可以简化工艺及节省材料采用冲焊结构:对于形状复杂的冲压件、可先分别冲制若干个简单件，然后再焊接成整体件。采用冲口工艺，以减少组合件数量。在使用性能不变的情况下，应尽量简化拉深件结构，以便减少工序，节省材料，降低成本。,塑性成型,冲压模分类,简单模（单工序模）级进模（连续模）复合模,焊接成型,常用的连接方法,机械连接胶接焊接,焊接的分类,熔焊 压焊 钎焊,焊接电弧,焊条和工件强烈、持久又稳定的气体放电现象,引弧和成弧,焊接过程是一个冶金过程,焊接熔池中将发生氧化、还原和合金化等过程。,焊接成型,H2,焊接成型,焊接接头组织与性能,焊接接头由焊缝区、熔合区和热影响区组成。,熔合区化学成

15、分不均匀，组织粗大，其性能是焊接接头中最差的。,热影响区,过热区：最高加热温度在11000C以上的区域，晶粒异常长大,塑性韧性下降，力学性能最差。正火区：最高加热温度在Ac3至11000C的区域，焊后空冷得到均匀细小F+P正火组织，性能优，力学性能较好。部分相变区：最高加热温度在Ac1至Ac3的区域，只有部分组织发生相变，晶粒不匀，较正火区稍差。再结晶区：温度处在450至Ac1之间，材料发生回复和再结晶,焊接成型,焊接成型,焊接性的间接评价方法,碳当量越高，焊接性越差。CE0.4%时，冷裂倾向不大，焊接性好，不需预热；,碳当量：,焊接性：低碳钢 中碳钢 可锻铸铁 球墨铸铁,CE=0.4%0.6

16、%时，冷裂倾向明显，焊接性较差，需预热CE0.6%时，冷裂倾向严重，焊接性差，需较高预热温度,不同的焊接方法及焊接材料，金属材料的焊接性可能有很大差别。,焊接成型,由焊芯和药皮组成。,焊条,焊芯：传导电流及填充焊缝的金属药皮:形成熔渣和气体稳弧、去杂质、渗合金，保护熔化金属及焊缝,按药皮性质分：酸性焊条、碱性焊条。,力学性能；工艺性能；,选用原则：1）等强度原则；2）同成分原则；3）抗裂性要求；4）抗气孔要求；5）低成本要求。,焊接成型,焊接变形的基本形式,焊接变形,焊接变形的预防,由焊接应力引起,1 预变形,焊接成型,2 焊接顺序,3 焊接变形矫正,焊接成型,选择塑性好的材料。避免焊缝密集交

17、叉，焊缝过长，截面过大。合理的焊接次序。焊前预热，可减小温差，减少焊接应力较为有效。采用小能量焊接方法。需较彻底地消除焊接应力时，焊后去应力退火。采用锤击法、水压法或振动法消除焊接应力。,焊接应力的防止和消除：,塑性延展,焊接成型,焊条电弧焊 埋弧焊 气体保护电弧焊 电渣焊 高能焊 电阻焊 摩擦焊,熔化焊,压力焊,电阻焊,摩擦焊,电阻焊可分为点焊、缝焊、对焊。,搭接接头,对接接头,惯性摩擦焊线性摩擦焊,焊接成型,焊接成型,接头类型,对接接头,T字形接头,搭接接头,焊接成型,焊缝的布置,焊缝布置应尽量分散。焊缝的位置应尽可能对称布置。焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置 焊缝应尽量避开机械加

18、工面 焊缝位置应便于操作,焊接成型,焊缝缺陷,外部缺陷,内部缺陷,过高 过凹 咬边 焊瘤 烧穿,非金属材料成形,基本工序：制粉 预处理 成形 烧结 后处理粉末冶金产品特点：多组元无偏析；复合材料；多孔材料,粉末冶金成形,塑料基础知识,非金属材料成形,大多数橡胶制品为模塑制品。成形方法：挤出、注射、压延等。一般加工流程如下：,橡胶成形工艺,硫化成形,毛坯选择,毛坯类型及区别,毛坯选择,保证使用要求（使用性原则）满足经济性（经济性原则）考虑实际生产条件（工艺性或技术性原则）,毛坯选择的原则,影响毛坯选择的因素,零件材料和结构 零件生产批量 零件的外在和内在质量,毛坯选择,典型零件制造方法比较,常用

19、的机械零件按其形状特征可分为：轴杆类零件、盘套类零件和箱体机架类零件三大类。,毛坯选择,箱体机架类零件,毛坯选择,有下列四种齿轮，请选择合理的毛坯生产方法并说明理由。材料为铜合金,厚度为1.0mm,直径为10mm的手表齿轮;材料为20 Cr,厚度为50mm,直径为158 mm 的汽车用齿轮;材料45号,直径为600mm 的减速机齿轮，中批量生产；卷扬机大型人字齿轮（直径1500mm），批量5件。不承受冲击的低速齿轮（直径200mm），批量50件。,冲压,锻造,铸造,铸焊,铸造,商品化软件：铸造PROCAST、MAGMA-soft焊接SYSWELD、MARC锻造QFORM Dform等,材料成型的计算机技术,有限元分析的一般流程,