材料成型工艺基础复习纲要.docx

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材料成型工艺基础复习纲要

材料成型工艺基础复习纲要

第一部分铸造

1.铸造的实质、特点及应用范围。

铸造方法分类。

铸造：

将熔融的液体浇注到与零件的形状相适应的铸型型腔中，冷却后获得铸件的工艺方法。

铸造的实质：

利用液态金属的流动成型。

铸造生产的特点:

1）适应性大（铸件重量、合金种类、零件形状都不受限制）

2）成本低

3）工序多，质量不稳定，废品率高

4）机械性能较同样材料的锻件差

【原因】晶粒粗大，组织疏松，成分不均匀

铸造的应用:

主要用于受力较小，形状复杂或简单、重量较大的零件毛坯。

2.合金铸造性能：

充型能力和流动性的概念。

充型能力和流动性对铸件质量的影响。

影响充型能力和流动性的主要因素，充型能力不足产生的缺陷，提高充型能力和流动性的主要措施（提高充型压力）。

适合铸造的灰铁的牌号及牌号代表的意义。

流动性：

液态金属本身的流动能力。

与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。

充型能力：

合金充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。

流动性好的合金，易于充满薄而复杂的型腔；有利于气体和夹杂物上浮排除，有利于铸件凝固时的补缩。

流动性不好的合金，其充型能力差，易产生浇不足、气孔、缩孔、缩松、热裂纹等缺陷。

影响充型能力的因素：

充型能力首先取决于金属本身的流动性，同时还受铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响。

熔融合金的流动性通常以“螺旋形试样”长度来衡量。

充型能力不足产生的缺陷：

铸件产生浇不足、冷隔的缺陷

影响合金流动性的因素:

1）合金的种类

灰铸铁、硅黄石最好，铝合金次之，铸钢最差

2）合金的成分纯金属和共晶成分合金的结晶流动性最好

3）浇注条件①浇注温度

浇注温度越高，液态金属的粘度越低，且因其过热度高，金属液含热量多，保持液态时间长，有利于提高合金的流动性。

②充型压力

砂型铸造时，充型压力是由直浇道所产生的静压力形成的，故直浇道的压力必须适当。

压力铸造、离心铸造因增加了充型压力，充型能力较强，金属液的流动性也较好。

4）铸型的充填条件①铸型的蓄热能力②铸型温度

③铸型中的气体④铸型结构

灰铁HT数值表示其最低抗拉强度（Mpa）

3.收缩的概念。

铸造应力、收缩对铸件质量的影响。

缩孔、缩松、变形、裂纹等铸造缺陷的形成机理和防止措施。

收缩的概念：

铸件在液态、凝固态、固态冷却过程中所发生的体积和尺寸减小的现象。

收缩的三个阶段:

液态收缩

凝固态收缩——铸件形成缩孔和缩松

固态收缩——铸件产生内应力、变形和开裂

形成机理：

在铸件的凝固过程中，由于合金的液态收缩和固态收缩，使铸件的最后凝固部位出现孔洞，容积较大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。

影响缩孔、缩松形成的因素：

①成分：

共晶成分、近共晶成分或凝固温度范围小的合金易形成集中缩孔，反之易形成缩松。

缩孔易于检查和修补。

②增加铸件的冷却速度可促进缩松向缩孔转化。

③缩孔和缩松总是存在于铸件的最后部位。

防止缩孔的措施：

实现“定向凝固”（也称顺序凝固）就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，在远离冒口的部位安放冷铁，使铸件上远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。

防止缩松的措施：

缩松常出现在凝固温度范围大的合金铸件中，采用冒口对其热节处补缩，由于发达的树枝状晶体堵塞了补缩通道，而使冒口难以发挥补缩作用

①在热节处安放冷铁或在局部砂型表面涂敷激冷涂料，加大铸件的冷却速度；

②加大结晶压力，以破碎树枝状晶体，减少其对金属液流动的阻力，从而达到部分防止缩松的效果

铸造内应力：

铸件在凝固末期，其固态收缩若受到阻碍，铸件内部将产生内应力。

内应力是铸件产生变形和裂纹的根本原因。

分为热应力、收缩应力和相变应力

减小或消除铸造内应力的措施

1合理设计铸件结构②合理选用合金③采取同时凝固的工艺④减少收缩应力⑤对铸件进行时效处理

铸件变形是由铸造应力引起的，前面所提到的减小或消除铸造应力的措施可以防止和减小铸件的变形。

另外还常采用反变形工艺

铸件裂纹与防止

1热裂纹：

防止措施：

合理调整合金成分（严格控制硫、磷含量）；合理设计铸件结构；采取同时凝固的工艺；改善型（心）砂退让性。

2冷裂纹：

防止措施：

防止冷裂纹的方法是尽量减小铸造内应力，还应控制钢铁的含磷量，防止冷却过快。

4.砂型铸造：

常见手工造型、机器造型的种类、特点和适用范围。

5.特种铸造：

熔模铸造、金属型铸造、低压铸造、压力铸造和离心铸造等特种铸造方法的工艺过程、特点及应用。

挤压铸造、消失模铸造等液态成形新工艺。

6.铸件结构设计；铸造工艺设计：

浇注位置和分型面的选择；铸造工艺参数（加工余量、起模斜度、铸造收缩率、铸造圆角等）的确定；型芯设计？

。

铸造工艺图实例P61。

铸件结构设计：

详见书P47-53

1、铸件壁厚的设计

合理设计铸件壁厚

铸件壁厚应均匀、避免厚大截面。

2、铸件壁的连接

铸件的结构圆角

避免锐角连接

厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡

缓解收缩应力（如减缓肋、辐收缩的阻碍）

避免过大水平面的设计

3、铸件外形的设计

铸件的外形应便于起模，简化造型工艺。

零件上的凸台、筋、凹面、外圆角等结构常常直接影响铸件的起模。

在可能的情况下，应给铸件的非加工表面设计结构斜度，便于起模。

一般铸件高度愈小，斜度愈大，通常在1到3度范围内。

4、铸件内腔的设计

减少型芯数量，避免不必要的型芯

便于型芯的固定、排气和铸件的清理

铸造工艺设计：

一、浇注位置与分型面的选择

1.浇注位置的选择①铸件的重要加工面或主要工作面应处于底面或侧面②铸件的大平面应尽可能朝下或采用倾斜浇注③铸件的薄壁部分应放在铸型的下部或侧面④对于收缩大的铸件，为利于设置冒口进行补缩，厚实部位应置于上方。

2.分型面的选择①分型面应选择在最大截面处，保证模型能顺利从铸型中取出②应尽量使铸件的全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件的尺寸精度。

铸件的机加工面和基准面应尽量放在同一砂箱中。

③应尽量减少分型面数量，并力求采用平面作为分型面④尽量使型腔、主要型芯应尽量放在下半铸型中

二、铸造工艺参数（加工余量、起模斜度、铸造收缩率、铸造圆角等）的确定

1.铸件尺寸公差2.机械加工余量（RMA）3.铸件线收缩率4.起模斜度5.最小铸出孔与槽6.芯头和芯座

一、铸造简介

二、铸造方法及其发展

1.砂型铸造（传统铸造方法）造型方法按使用设备不同分为

手工造型：

操作灵活，适应性强，设备简单，生产准备时间短，成本低，适合单件、小批量生产，特别是形状复杂或重型铸件的生产

机器造型:

现代化铸造生产的基本形式，大大提高了劳动生产率，改善劳动条件，对环境污染小，铸件的尺寸精度和表面质量高，加工余量小，大批量生产时成本低，只适于成批或大批量生产，只能采用两箱造型，或者类似于两箱造型的其他方法

机器造型的紧砂方法主要有压实、振实、振压、抛砂四种基本形式。

2.特种铸造

（1）金属型成形

改善了劳动条件，提高了生产率，便于实现机械化、自动化生产

尺寸精度高、表面质量好，节约材料

金属性冷却速度快，铸件组织细密，力学性能好

铸件质量较稳定，废品率低

主要用于大批量生产形状简单的有色金属铸件和灰铸铁件

（2）熔模铸造

工艺过程：

制造压型→制造蜡模→制壳→脱蜡→焙烧和浇注→清理

铸件精度高，表面光洁；可铸出形状复杂的薄壁铸件；铸造合金种类不受限制；生产批量不受限制

熔模铸造是少、无切削的先进的精密成型工艺，最适合25Kg以下的高熔点、难以切削加工合金铸件的成批大量生产

（3）压力铸造

按压力大小和加工工艺不同分为压力铸造、低压铸造和挤压铸造

压力铸造

工艺过程：

注入金属→压铸→取出铸件

常用卧式压铸机，结构简单，生产率高，便于自动化

特点：

压力铸造的生产效率比其他铸造方法都高☆

能铸出结构复杂、轮廓清晰的薄壁、精密的铸件

铸件的尺寸精度和表面质量比其他铸造方法都高☆

铸件组织细密，强度、硬度高，抗压强度大

压力铸造目前多用于生产有色金属的精密铸件

低压铸造

工艺过程：

准备合金液和铸型→升液，浇注→增压凝固→减压、降液→开型取出铸件

特点：

充型压力和速度便于控制

铸件的组织致密，力学性能较高

金属利用率高

由于提高了充型能力，有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件

设备较压铸简易，便于实现机械化和自动化生产

目前主要用于生产质量要求较高的铝、镁合金铸件

（4）离心铸造

分类：

立式离心铸造、卧式离心铸造、成型件的离心铸造

特点：

铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好。

铸造中空铸件时，可不用型芯和浇注系统，大大简化了生产过程，节约金属。

便于制造双金属铸件，如钢套镶铜轴承

离心力作用下，金属液的充型能力得到提高，可浇注流动性较差的合金铸件和薄壁铸件，如涡轮、叶轮等

离心铸造主要用于管、套类零件。

如铸铁管、铜套、气缸套等。

（5）挤压铸造

工艺过程：

铸型中浇入金属液，上型向下运动挤压金属液而成形

特点：

1）挤压铸件的尺寸精度和表面质量高，尺寸公差IT11∼IT13，Ra6.3∼Ra1.6；

2）无需开设浇冒口，金属利用率高；

3）适应性强，大多数合金都可采用挤压铸造；

4）工艺简单、节省能源和劳力，易于实现机械化和自动化，生产率比金属型高1倍。

挤压铸造主要用于生产强度较高、气密性好的铸件及薄板类铸件，如阀体、活塞、机架、铸铁锅等。

（6）实型铸造

实型铸造（称气化模铸造和消失模铸造），它是采用泡沫塑料代替木模或金属模进行造型。

造型后模样不取出，浇入金属液后，模样燃烧气化消失，金属液填充模样的位置，冷却凝固成铸件的生产方法。

工艺过程：

模样制造、造型、浇注、清理等过程。

特点：

1）工序简单、生产周期短、效率高，劳动强度低；

2）铸件尺寸精度高；

3）可采用无粘结剂型砂，铸件清理方便；

4）零件设计自由度大，即结构工艺性好。

实型铸造适用范围较广，几乎不受铸件结构、尺寸、重量、材料和批量的限制，特别适于生产形状复杂的铸件。

铸造方法的比较

铸件内部质量

适用合金种类

复杂程度

生产率

设备投资

生产批量

熔模铸造

金属型铸造

压力铸造

离心铸造

低压铸造

砂型铸造

3、铸件结构和工艺设计

第一部分锻造

1．锻压的实质、特点和应用

2．自由锻：

利用压力或冲击力，使上下抵铁间金属产生自由流动获得锻件的方法。

自由锻分为手工自由锻和机器自由锻两类

自由锻的特点：

能生产各种大小的锻件。

对于大型锻件，自由锻是唯一可能的生产方法。

自由锻采用通用的设备和工具，成本低，生产准备周期短。

自由锻只能锻造形状简单件，生产率低，锻件表面质量差，工人的劳动强度大，只适用于单件小批量生产。

应用:

自由锻适合于单件、小批和大型锻件的生产。

自由锻的基本工序：

镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移等。

生产中常用前三种。

工艺规程：

绘制锻件图→坯料质量及尺寸计算→选择锻造工序

胚料质量计算公式G坯=G锻+G烧+G切

3.模锻即模型锻造，是利用模具使毛坯变形而获的锻件的锻造方法。

模锻的特点：

锻件的形状和尺寸比较精确，表面粗糙度低，加工余量小，能锻出形状复杂的锻件

金属坯料的锻造流线分布更合理，力学性能提高

模锻操作简单，易于机械化，生产率高，大批量生产时，成本低

模锻适合中小型锻件的批量生产，按照其所用设备的不同，可分为锤上模锻和压力机模锻

热加工复习题要

第三部分—焊接

焊接基础：

焊接的实质，焊接热影响区。

焊接方法分类。

焊接在工业生产中的应用。

本质：

电弧焊是利用电弧作为热源，使分离的焊件金属局部加热熔化，形成熔池，随着电弧的移动，熔池中的液态金属冷却结晶，凝固后焊件彼此焊合在一起的焊接方法。

热影响区：

焊接过程中，焊缝金属熔化，靠近焊缝金属的母材发生组织和性能的变化，这一区域称为焊接热影响区。

主要焊接方法：

应用：

电弧焊冶金过程。

焊接接头的组织和性能。

焊接应力和变形。

焊接裂纹的产生原因及防止措施。

焊接变形的5种基本形式。

电弧焊冶金过程：

焊条和工件之间通过短路引燃电弧，电弧热使焊件和焊条端部同时熔化，熔滴与熔化的母材形成熔池，焊条药皮熔化形成熔渣覆盖于熔池表面并产生大量保护气体，实现气体－熔渣联合保护，同时在高温下熔渣与熔池液态金属之间发生冶金反应。

焊接接头的组织和性能：

焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区。

焊缝组织：

粗大的柱状晶，成分不均匀，焊缝中心区容易偏析低熔点的含硫、磷的夹杂。

热影响区：

焊接过程中，焊缝金属熔化，靠近焊缝金属的母材发生组织和性能的变化，这一区域称为焊接热影响区。

热影响区按加热温度的不同，可划分为过热区、正火区、不完全重结晶区等区域。

熔合区：

焊缝与热影响区的过渡区称熔合区，也称半熔化区。

（焊接材料、焊接方法、焊接工艺、焊后热处理为影响组织和性能的因素。

）

焊接应力和变形：

原因：

焊接过程中对焊件进行了不均匀的加热和冷却，以及接头受到周围母材或结构产生的刚性约束，是焊接接头产生应力、变形的外因。

金属的热胀冷缩是产生应力与变形的内因。

焊接裂纹的产生原因及防止措施：

原因：

措施：

1选择合理的焊接顺序2焊前预热或加热减应区3小电流，快速焊4锤击或碾压焊缝5焊后热处理6焊后拉伸或振动工件

焊接变形的5种基本形式:

电弧焊常用方法

手弧焊的特点和应用。

焊条的组成、作用、种类、型号、牌号、特性和选用。

焊条电弧焊应用：

单件、小批量短焊缝或不规则焊缝的焊接，焊件厚度在1.5mm以上。

焊条

组成:

手工电弧焊的焊条由焊芯和药皮两部分组成.

作用：

一是作为电极导电、生弧，二是作为焊缝的填充金属（占50~70%）。

种类：

按照药皮性质，焊条分为酸性焊条和碱性焊条两类。

牌号：

？

特性：

？

选用：

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。

埋弧焊、氩弧焊、CO2气体保护焊、电渣焊的焊接过程、设备组成、特点和应用。

埋弧焊：

特点：

生产率高；节省金属；焊接质量好且稳定；劳动条件好；

应用：

1埋弧焊通常用于碳钢、低合金结构钢、不锈钢和耐2热钢，也可用来焊接待殊性能钢，镍基合金、有色金属等。

3在压力容器、造船、车辆、桥梁等工业生产中得到广泛应用。

4埋弧焊设备费用高，焊前准备复杂，对接头加工与装配要求较高。

只适于批量生产中厚板（6~60mm）的长直焊缝及直径大于250mm环缝的平焊。

氩弧焊：

氩弧焊是使用高纯度氩气作为保护气体的气体保护焊。

按所用电极不同，氩弧焊分为熔化极氩弧焊和不熔化极氩弧焊。

CO2气体保护焊：

电渣焊的焊接过程

1电渣焊前，将焊件垂直放置，使焊缝直立，在接触连接面之间预留20～40mm间隙。

连接面两侧装有水冷铜滑块（防止熔渣流失，使焊缝成形），在工件的底部加装引弧板，在顶部加装引出板。

焊接前先在焊接部位形成一个封闭空间。

2焊接时，电弧熔化焊剂和焊丝，形成渣池和熔池。

渣池密度小，浮在熔池上面。

渣池形成后，迅速将焊丝插入渣池中，并降低焊接电压，使电弧熄火，电渣焊开始。

电流流经熔渣时产生大量电阻热，将焊丝和和焊件边缘熔化。

随着焊丝不断送进，熔池上升，熔池底部的金属冷却结晶形成焊缝。

焊接过程中渣池不仅作为热源，又起到保护作用。

设备组成、特点和应用。

？

电阻焊、摩擦焊的实质、基本形式、焊接过程、特点和应用。

电阻焊概念：

利用电流通过焊件及其接触处产生的电阻热将焊件局部加热到塑性状态或部分熔化状态，然后再施加机械压力以完成焊接。

基本形式：

点焊（分流现象：

点焊第二个焊点时，有一部分电流会流经已焊好的焊点，称为分流现象。

熔核偏移：

在焊接不同厚度或不同材料时，因为薄板和导热性好的材料吸热少，散热快，导致熔核向厚板和导热性差的材料偏移，这一现象称为熔核偏移。

在薄板处加一垫片增加厚度或采用导热性差的电极，减小薄板的散热，防止熔核偏移。

）、缝焊（广泛应用于厚度为0.1～2mm薄板结构的焊接；由于铜及铜合金电阻小，不适于缝焊）、对焊（电阻对焊：

先加压后通电。

要求工件端面清理干净，否则接头处易形成氧化夹杂而影响焊接质量；闪光对焊：

先通电流后加压。

焊接接头质量好，主要用于强度要求较高构件的对接。

如刀具、自行车车圈、钢轨等）。

优点：

焊接时间短，生产率高，不需要填充金属及焊剂，使焊接过程简单，又因压力作用，焊缝组织致密，机械性能较高。

缺点：

焊机功率大，耗电大，仅适用于对接及搭接接头。

摩擦焊概念：

利用焊件表面相互摩擦所产生的热量，使端面达到热塑性状态，然后迅速加压，完成焊接的一种压力焊方法。

在摩擦焊过程中，焊件表面的氧化膜及杂质被清除，接头组织致密，质量好而且稳定。

可焊同种金属，也可焊异种金属。

不适于摩擦系数小的铸铁和黄铜。

钎焊的实质。

软钎焊和硬钎焊。

钎焊特点和应用。

概念：

利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，适当加热后，熔化的液态钎料填充间隙、浸润母材并与母材相互扩散而将处于固态的焊件联接起来的焊接方法。

（浸润、铺展和连接三个阶段）

电子束焊、激光焊（激光焊接是利用聚集的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量将焊件熔化，进行焊接的方法）、扩散焊（扩散焊是在真空或保护气氛中，在一定温度和压力下保持较长时间，使焊件接触面之间的原子相互扩散而形成接头的焊接方法）的原理、特点和应用。

3．常用金属材料的焊接？

？

金属焊接性的概念。

钢材焊接性的评估。

碳钢和低合金结构钢的焊接。

不锈钢的焊接。

铸铁件焊补。

铝、铜及其合金的焊接。

金属焊接性（工艺焊接性、使用性能）的概念：

是指材料在一定的焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数和结构形式条件下获得具有所需性能的优质焊接接头的难易程度。

评定方法：

碳当量法、冷裂纹敏感系数PC法、小型抗裂实验法

4．焊接结构工艺设计焊接方法的选择。

焊缝布置。

焊接接头设计（见课本图）。