材料成型技術(shù)復(fù)習(xí)資料

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1、1 液態(tài)成型定義 : 材料液態(tài)成形技術(shù)通常稱之為鑄造，它是指熔煉金屬，制造鑄型并將熔融金屬澆入鑄型凝固后，獲得具有一定形狀、尺寸和性能的金屬零件或毛坯的成形方法。 2 金屬塑性成形的概念: 它是指在外力作用下，使金屬材料產(chǎn)生預(yù)期的塑性變形，以獲得所需形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的加工方法。在工業(yè)生產(chǎn)中又稱壓力加工。 3 焊接: 焊接是通過加熱或加熱的同時又加壓的手段,使分離的金屬產(chǎn)生原子間的結(jié)合與擴散,形成牢固接頭的一種永久性連接的工藝方法. 4 影響金屬充型能力的因素有哪些？ (1)合金的流動性; (2) 鑄型（模具和型芯）性質(zhì) (3

2、)鑄形條件 1）澆注溫度 一般T澆越高，液態(tài)金屬的充型能力越強。 2）充型壓力 液態(tài)金屬在流動方向上所受的壓力越大，充型能力越強。 3）澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，流動阻力越大，充型能力越差。 （4）鑄件結(jié)構(gòu) 1）折算厚度 折算厚度也叫當(dāng)量厚度或模數(shù)，為鑄件體積與表面積之比。折算厚度大，熱量散失慢，充型能力就好。鑄件壁厚相同時，垂直壁比水平壁更容易充填。 2）鑄件復(fù)雜程度 鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流動阻力大，鑄型的充填就困難。 5 常見鑄件缺陷及特征 6 7分型面的選擇原則: （1）應(yīng)盡可能使全部或大部分鑄件，或者加工基準(zhǔn)面與

3、重要的加工面處于同一半型內(nèi)。 以避免因合型不準(zhǔn)產(chǎn)生錯型，保證鑄件尺寸精度。 （2）應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)目 分型面數(shù)量少，既能保證鑄件精度，又能簡化造型操作。 (3) 分型面應(yīng)盡量選用平面 平直的分型面可簡化造型工藝過程和模板制造，容易保證鑄件精度，這對于機器造型尤為重要。 4）盡量使型腔及主要型芯位于下型。 8 金屬流動性 流動性定義：在一定澆注溫度和自然壓力下，液態(tài)合金充滿型腔，形成輪廓清晰，形狀和尺寸符合要求的優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。 9 影響金屬流動性的因素 （1） 金屬本身的化學(xué)成分 （2） 金屬的結(jié)晶溫度區(qū)間,溫度區(qū)間越大,其流動性越差 （3） 金屬的熔點

4、,熔點越高,流動性越差 10 液態(tài)成形（鑄造）的分類 目前鑄造成形技術(shù)的方法種類繁多。按生產(chǎn)方法分類，可分為砂型鑄造和特種鑄造。按合金分類可分為鑄鐵、鑄鋼、鋁合金鑄造、銅合金鑄造、鎂合金鑄造、鈦合金鑄造等。 11 澆注位置的選擇原則 1) 重要加工面應(yīng)朝下或位于側(cè)面 2) 鑄件的大平面盡可能朝下或采用傾斜澆注 3）大面積薄壁結(jié)構(gòu)應(yīng)處于下部或垂直/傾斜放置，防止?jié)膊蛔愫屠涓羧毕荩? 4）厚大部位放在分型面附近上部或側(cè)面 12 熱裂紋的防止措施: a．合理設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu)；

5、 b．改善鑄型和型芯的退讓性； c．限制鑄鋼和鑄鐵中的S含量； d．選用結(jié)晶溫度區(qū)間小的合金。 冷裂紋防止措施： a．減少鑄造應(yīng)力； b．降低合金中P的含量； c．去應(yīng)力退火； d．設(shè)計鑄件時應(yīng)避免應(yīng)力集中。 13 縮孔與縮松有何區(qū)別？如何防止縮松縮孔？ 1） 縮孔：縮孔是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時，在鑄件的厚大部位及最后凝固部位形成一些容積較大的孔洞。 產(chǎn)生原因：先凝固區(qū)域堵住液體流動的通道，后凝固區(qū)域收縮所縮減的容積得不到補充。 2） 縮

6、松 ：是指金屬液在鑄模中冷卻和凝固時，在鑄件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。產(chǎn)生原因： 當(dāng)合金的結(jié)晶溫度范圍很寬或鑄件斷面溫度梯度較小時，凝固過程中有較寬的糊狀凝固兩相并存的區(qū)域。隨著樹枝晶長大，該區(qū)域被分割成許多孤立的小熔池，各部分熔池內(nèi)剩余液態(tài)合金的收縮得不到補充，最后形成了形狀不一的分散性孔洞即縮松。另外，縮松還可能由凝固時被截留在鑄件內(nèi)的氣體無法排除所致。不過，縮松內(nèi)表面應(yīng)該是光滑，近似球狀。 防止措施：采取定向凝固的辦法避免縮孔、疏松的出現(xiàn)。 14 影響鑄件收縮的因素有哪些？ （1）化學(xué)成分 不同成分的合金其收縮率一般也不相同。在常用鑄造合金中鑄鋼的收縮最

7、大，灰鑄鐵最小。 （2）澆注溫度 合金澆注溫度越高，過熱度越大，液體收縮越大。 （3）鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件 鑄件冷卻收縮時，因其形狀、尺寸的不同，各部分的冷卻速度不同，導(dǎo)致收縮不一致，且互相阻礙，又加之鑄型和型芯對鑄件收縮的阻力，故鑄件的實際收縮率總是小于其自由收縮率。這種阻力越大，鑄件的實際收縮率就越小。 15 防止或減小鑄造應(yīng)力的措施有哪些？ ①合理設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu) 鑄件的形狀愈復(fù)雜，各部分壁厚相差愈大，冷卻時溫度愈不均勻，鑄造應(yīng)力愈大。因此，在設(shè)計鑄件時應(yīng)盡量使鑄件形狀簡單、對稱、壁厚均勻。 ②盡量選用線收縮率小、彈性模量小的合金。 ③采用同時凝固的工藝 所謂同

8、時凝固是指采取一些工藝措施，使鑄件各部分溫差很小，幾乎同時進行凝固，如下圖所示。因各部分溫差小，不易產(chǎn)生熱應(yīng)力和熱裂，鑄件變形小。 16 收縮、收縮的過程、收縮率、收縮的三個基本階段 收縮定義：在凝固和冷卻過程中，體積和尺寸減小的現(xiàn)象。 收縮的三個基本階段：金屬由澆注溫度冷卻到室溫經(jīng)歷了液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收三個相互關(guān)聯(lián)的收縮階段 收縮率 體收縮率：體收縮率是鑄件產(chǎn)生縮孔或縮松的根本原因。 線收縮率是鑄件產(chǎn)生應(yīng)力、變形、裂紋的根本原因 17 凝固,凝固的方式、影響金屬凝固的因素 鑄型中的合金從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程，稱為鑄件的凝固，或稱為結(jié)晶

9、。 鑄件的凝固方式: 逐層凝固 糊狀凝固 中間凝固 影響鑄件凝固方式的主要因素 ： （1） 合金的結(jié)晶溫度范圍 （2） 鑄件的溫度梯度 18 不合理結(jié)構(gòu)綜合案例 問題： 1、如右圖所示澆注位置如何選取？ 2、分型面如何選??？ 方案Ⅰ 沿底版中心分型。軸孔下芯方便，但底版上四個凸臺必須采用活塊且鑄件在上、下箱各半 方案Ⅱ 沿底面分型，鑄件全部在下箱，不會產(chǎn)生錯箱，鑄件易清理。但軸孔內(nèi)凸臺必須采用活塊或下芯且軸孔難以鑄出。 3、澆注系統(tǒng)如何設(shè)計？冒口、冷鐵如何設(shè)置？ 4、如何繪制鑄造工藝圖？ 案例綜合分析（討論） A 支架零件 材料

10、為HT200，單件，小批量生產(chǎn)，工作時承受中等靜載荷，試進行鑄造工藝設(shè)計。 討論內(nèi)容： 1）零件結(jié)構(gòu)工藝性分析； 2）選擇鑄造方法及造型方法；3）澆注位置的分析；4）分型面的選擇；5）澆注系統(tǒng)的設(shè)計；6）工藝參數(shù)的確定。 1）零件結(jié)構(gòu)工藝分析：從鑄造工藝性考慮，零件結(jié)構(gòu)存在兩個問題，一是筒壁過厚，易產(chǎn)生粗晶、縮孔等缺陷；二是凸緣至筒壁的轉(zhuǎn)角處未采用圓角過渡，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，要作相應(yīng)的修改。 2）選擇鑄造方法及造型方法 該支架為普通灰鑄鐵件，工作時承受中等靜載荷，強度、精度和質(zhì)量要求均不高，且為單件、小批生產(chǎn)。 宜采用砂型鑄造（手工造型）中的兩箱造型。 3）澆注位置和分型

11、面 討論如下兩種工藝方案 方案I:采用分模兩箱造型，澆注時鑄件軸線處于水平位置，兩凸緣端面?zhèn)攘?，質(zhì)量較易保證。各圓柱面雖有一部分朝上，但多為非加工面，直徑70mm內(nèi)表面雖需加工但質(zhì)量要求不高。該方案的分型面與模樣的分模面重合，且芯頭位于分型面上，便于下芯、型芯排氣和尺寸檢驗。但該方案鑄件分在兩個砂箱，易產(chǎn)生錯型缺陷，合型時需加強砂型定位. 方案II: 采用分模三箱造型，澆注時鑄件軸線處于垂直為止，朝下的凸緣端面質(zhì)量較好。分型面為兩凸緣端面，鑄件位于同一個砂箱中，不會產(chǎn)生錯型缺陷。但需要加大加工質(zhì)量以保證朝下的凸緣端面質(zhì)量，金屬損耗和切削工作量均較大，且三箱造型操作費工。 4）確定工藝

12、參數(shù) ① 鑄件尺寸公差：因為精度要求不高，故取CT15. ② 要求的機械加工余量：余量等級取H級，余量值取5mm，標(biāo)注為GB/T6414-CT15-RAM5(H) ③ 鑄件線收縮率：因是灰鑄鐵且為受阻收縮，取為0.8% ④ 起模斜度：因該鑄件凸緣端面為需機械加工的表面，選增加壁厚形式，斜度值取為1度 ⑤ 不鑄出的孔：該鑄件6個直徑18孔均不鑄出 ⑥ 芯頭形式:采用水平芯頭 5）設(shè)計澆注系統(tǒng) 該鑄件為灰鑄鐵件，鑄造性能好，壁厚較均勻，故采用同時凝固原則，為均勻的引入金屬液，且減少對型芯的沖擊及便于造型操作，在分型面處的鑄件兩凸緣位置開設(shè)內(nèi)澆道。 19模型鍛造分模面的

13、確定原則 a) 要保證模鍛件易于從模膛中取出，故通常分模面選擇在模鍛件最大截面上。 b) 所選定的分模面應(yīng)能使模膛的深度最淺，這樣有利于金屬充滿模膛，便于鍛件的取出和鍛模的制造。 c) 選定的分模面應(yīng)能使上下兩模沿分模面的模膛輪廓一致，這樣在安裝鍛模和生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)錯?，F(xiàn)象時，便于及時調(diào)整鍛模位置。 d) 分模面最好是平面，且上下鍛模的模膛深度盡可能一致，便于鍛模制造。 e) 所選分模面盡可能使鍛件上所加的敷料最少，這樣既可提高材料的利用率，又減少了切削加工的工作量。 20、如何正確設(shè)計落料模和沖孔模？ ⑴落料模 ? 凹模尺寸=落料件尺寸 ? 凸模尺寸=凹模尺寸-最小合理

14、間隙值 因凹模磨損后增大了落料尺寸，因此，凹模設(shè)計應(yīng)接近落料件最小極限尺寸。 ⑵沖孔模 ◆凸模尺寸=沖孔尺寸，以凸模為基準(zhǔn)設(shè)計。 ◆凹模尺寸=凸模尺寸+最小合理間隙值 凸模磨損后減小沖孔尺寸，因此，凸模設(shè)計應(yīng)接近沖孔最大極限尺寸。 21繪制模鍛件圖時應(yīng)考慮的因素有哪些？ 應(yīng)考慮分模面、加工余量、鍛件公差和敷料 、模鍛斜度 、模鍛件圓角半徑等 22、模鍛過程中影響金屬充滿模堂的因素有哪些？ ①金屬的塑性和變形抗力。 塑性高、變形抗力低的金屬容易充滿模膛。 ②飛邊槽的形狀和位置。 飛邊槽部寬度與高度之比（b/h）及槽部高度h是主要因素。 b/h越大，h越

15、小，則金屬在飛邊流動阻力越大。強迫充填作用越大，但變形抗力也增大。 ③金屬模鍛時的溫度。金屬的溫度高，其塑性好、抗力低，易于充滿模膛。 ④鍛件的形狀和尺寸。具有空心、薄壁或凸起部分的鍛件難于鍛造、鍛件尺寸越大，形狀越復(fù)雜，則越難鍛造。 ⑤設(shè)備的工作速度。工作速度較大的設(shè)備其充填性較好。 ⑥充填方式。鐓粗比擠壓易于充型。 ⑦ 他 如鍛模有無潤滑、有無預(yù)熱等 23 板料沖壓成形的特點，落料和沖孔工序的定義； 優(yōu)點： (1)沖壓件精度高，表面光潔，無切削，互換性好； (2)沖壓件質(zhì)量輕、強度、剛性較高； (3)操作簡便，生產(chǎn)率高，易于自動化； (4)

16、廢料少，成本低； 缺點： (1)變形沖壓件的材料應(yīng)有足夠塑性與較低變形抗力 ； (2)有加工硬化現(xiàn)象，嚴(yán)重時使金屬失去近一步變形的能力 ； (3)模具費用高，不宜單件小批生產(chǎn)。 落料: 是從板料上沖出一定外形的零件或坯料，沖下部分是成品。 沖孔: 是在板料上沖出孔，沖下部分是廢料。 24自由鍛造 自由鍛成形過程 自由鍛造是利用沖擊力或壓力使金屬材料在上下兩個砧鐵之間或錘頭與砧鐵之間產(chǎn)生變形，從而獲得所需形狀、尺寸和力學(xué)性能的鍛件成形過程。 零件圖 ——繪制鍛件圖 ——計算坯料質(zhì)量和尺寸——下料——確定工序、加熱溫度、設(shè)備等——加熱坯料、鍛打——檢驗

17、——鍛件 25金屬塑性成形定義、類型、方法及優(yōu)缺點； 定義: 它是指在外力作用下，使金屬材料產(chǎn)生預(yù)期的塑性變形，以獲得所需形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的加工方法。在工業(yè)生產(chǎn)中又稱壓力加工。 方法: 板料軋制 軋板 軋環(huán)設(shè)備 軋輥 壓機拔長 優(yōu)點： ⑴組織細(xì)化致密、力學(xué)性能提高； ⑵體積不變，材料轉(zhuǎn)移成形，材料利用率高; ⑶生產(chǎn)率高，易機械化、自動化等。 ⑷可獲得精度較高的零件或毛坯，可實現(xiàn)少無切削加工。 缺點： ⑴不能加工脆性材料； ⑵難以加工形狀特別復(fù)雜（特別是內(nèi)腔）、體積特別大的制品； ⑶設(shè)備、模具投資費用大。 26

18、什么是再結(jié)晶和再結(jié)晶溫度？什么是加工硬化？ 加工硬化:金屬進行塑形變形時,隨著變形程度增加,其強度和硬度不斷提高,塑性和沖擊韌性不斷降低的現(xiàn)象 書79頁 27模鍛的定義及主要特點是什么？ 定義：它是將坯料置于鍛模模腔內(nèi)，然后施加沖擊力或壓力使坯料發(fā)生塑性變形而獲得鍛件的成形過程。 與自由鍛相比，模鍛具有如下優(yōu)點: ①生產(chǎn)效率高。 ②能鍛造形狀復(fù)雜的鍛件，并可使金屬流線分布更為合理。 ③模鍛件的尺寸較精確，表面質(zhì)量好，加工余量較小。 ④節(jié)省金屬材料，減少切削加工工作量。在批量足夠的條件下，能降低零件成本。 ⑤模鍛操作簡單，勞動強度低。 缺點： 模鍛設(shè)備噸位限制，鍛

19、件質(zhì)量一般在150kg以下。設(shè)備投資較大，模具費用高，工藝靈活性較差，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期較長。 適合于小型鍛件的大批、大量生產(chǎn) 28可鍛性的定義及影響金屬可鍛性的因素，二個基本定律；什么是最小阻力定律？ 可段性書81頁 因素82頁 29 當(dāng)沖裁件斷面品質(zhì)要求較高時，應(yīng)選取較小的間隙值。 沖裁件斷面品質(zhì)無嚴(yán)格要求時，應(yīng)盡可能加大間隙，以利于提高沖模壽命。 合理間隙Z的數(shù)值按經(jīng)驗公式計算：Z = m t 其中t—材料厚度； m—與材質(zhì)及厚度有關(guān)的系數(shù)。板材較薄時，m可按如下數(shù)據(jù)選用： 低碳鋼、純鐵 m=0.06

20、～0.09 銅、鋁合金 m=0.06 ～0.10 高碳鋼 m=0.08 ～0.12 當(dāng)板料厚度 t >3mm時，因沖裁力較大，應(yīng)適當(dāng)放大系數(shù)m。 對沖裁件斷面無特殊要求時，系數(shù)m可放大1.5倍。 1. 連桿和齒輪，若由模鍛改為自由鍛，零件結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改變？ 2.下圖所示圓墊片，材料為Q235， 板料厚度為3mm，試分別計算落料模和沖孔模的刃口尺寸。 3濾清器殼體沖壓工藝及模具設(shè)計 一、沖壓工藝方案分析 方案一：落料→第一次拉延→第二次拉延→局部

21、成形→整形→切邊→沖孔→翻邊。 方案二：落料和第一次拉延→第二次拉延和局部成形→整形→切邊和沖孔→翻邊。 方案三：落料和第一次拉延→第二次拉延和局部成形→整形→切邊→翻邊和沖孔。 沖壓工藝方案分析 若采用方案一，則生產(chǎn)率低，所需模具太多，造成工件尺寸的積累誤差大，而且成本很高。 若采用方案二，雖然合并了一些可以合并的工序，但是先沖孔后翻邊，可能會影響孔的形位尺寸。 在方案三中既保證了前后工序的互不影響，又使一些工序得到合并，節(jié)省了人力物力，是比較好的一種方案。 4 下料 1）落料拉延復(fù)合模 2)第二步拉延及局部成形 3)整形 4）切邊 5翻邊及沖孔5材質(zhì)為Q2

22、35某零件的沖壓過程： 1—落料 2—拉深 3—第二次拉深 4—沖孔 5—翻邊 6 黃銅彈殼的沖壓過程： 1—落料 2—拉深 3—第二次拉深 4—多次拉深 5—成形 6—收口 工件壁厚要經(jīng)過多次減薄拉深，由于變形程度較大，工序間要進行多次退火。 7離合器殼體沖壓成型工藝設(shè)計 方案1. 備料——大凸臺拉延——小凸臺拉延——整形——切邊——沖5孔及邊孔，翻2孔——沖側(cè)大方孔——沖側(cè)小方孔及沖、翻M6底孔——壓筋——沖11孔——翻中心孔； 方案2. 備料——大凸臺拉延——小凸臺拉延——整形——切

23、邊沖中心孔——壓筋沖邊孔——沖15孔翻2孔——翻中心孔——沖側(cè)大孔——沖側(cè)小方孔及沖、翻M6底孔； 方案3. 備料——大凸臺拉延——小凸臺拉延——整形——切邊沖中心孔——翻中心孔——沖側(cè)大孔——沖側(cè)小方孔及沖、翻M6底孔——沖15孔翻2孔——壓筋沖邊孔 8 案例分析： 一汽車變速箱主動齒輪，材料為45鋼，產(chǎn)量為3000件/月，選用模鍛來加工毛坯，請你繪制模鍛件圖 該件直徑25的孔不鍛出（因放在機加工余量后孔徑<25），外徑的加工余量放4mm（半徑上放2mm），高度上加工余量放2.5mm。分模面如圖所示，凡垂直分模面的立壁均放模鍛斜度5°。 30、板料分離過程：落料，沖孔，切斷，修整； 31、板料成形過程：拉深、彎曲、翻邊、成形、收口； 33、為了防止拉深缺陷（拉裂和起皺）應(yīng)該如何確定拉深工藝？ 34、板料沖壓件結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循哪些原則？