材料成型及控制工程复习资料

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1、充型能力: 液态合金充满铸型型腔获得形状完整,轮廓清晰的铸件的能力充型能力不足:易产生1)浇不足: 不能得到完整的零件;2)冷隔:没完整融合缝隙或凹坑, 机械性能下降;3）气孔、夹渣等缺陷。影响合金充型能力的因素: 1.合金的流动性2.浇注条件3.铸型条件4.铸件结构流动性对铸件质量影响: 流动性好,易于浇出轮廓清晰,薄而复杂的铸件；流动性好,有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体上浮、排除；流动性好,易于对液态金属在凝固中产生的收缩进行补缩；影响流动性的因素: 纯金属流动性好:一定温度下结晶,凝固层表面平滑,对液流阻力小; 共晶成分流动性好:恒温凝固,固体层表面光滑,且熔点低,过热度大; 非共

2、晶成分流动性差: 结晶在一定温度范围内进行,初生树枝状晶阻碍液流。 铸件的凝固方式：层状(低碳钢、灰铸铁、铝硅合金)、糊状（高碳钢.锡青铜、铝铜合金、球墨铸铁）、中间收缩的三阶段： (1)液态收缩(2)凝固收缩 (3)固态收缩 收缩对铸件质量的影响：缩孔和缩松 缩孔的形成 ：在铸件最后凝固的地方出现一些空洞,容积大而集中的孔洞-缩孔，缩孔总是出现在铸件上部或最后凝固的部位。 判断缩孔出现的方法：A等温线法B内截圆法影响收缩的因素：1.化学成分2浇注温度3铸件结构和柱形条件易形成缩孔的合金：铸钢.白口铸铁.铝青铜防止缩孔和缩松措施：1.按定向凝固原则进行凝固2.合理确定内浇注位置及浇注工艺3.合

3、理的应用冒口、冷铁、补贴等工艺措施、顺序（定向）凝固: 顺序（定向）凝固就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口、冷铁等工艺措施，使铸件上远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。铸造应力: 1）热应力：铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。 2）机械应力：铸件在固态收缩时，因受到铸型、型芯、浇冒口、箱挡等外力的阻碍而产生的应力。热应力使铸件的厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。预防热应力措施: a.铸件壁厚均匀b.同时凝固适用于普通灰铸铁和锡青铜以及壁厚均匀的薄壁件减小和消除铸造应力的措施：1采用同时凝固2合理选材3合理设计铸件结构消

4、除热应力措施：去应力退火预防机械应力措施：改善铸型和砂芯的退让性。铸件变形的消除与防止：1）采用反变形法 2）去应力退火3）设置工艺筋裂纹的预防措施：降低内应力，适时落砂可减轻机械应力的作用。降低钢铁中杂质S的含量可减轻热裂纹倾向，降低杂质P的含量可减轻冷裂纹倾向。型（芯）砂应具备的主要性能：强度、透气性、退让性机器造型：紧砂和起模适用范围：中小型铸件、成批大量生产特种铸造：熔模铸造的生产工艺：制造母模制造压型制造熔模型壳制造（结壳、脱模、熔烧）熔模铸造的生产工艺:制造母模制造压型制造熔模型壳制造（结壳、脱模、熔烧）填砂浇注适用范围：可以制造各种合金材质铸件，尤其适用高熔点合金的小型复杂铸件，

5、主要用于成批制造精度要求高或难以切削加工的形状复杂件（汽轮机叶片、切削刀具、仪表元件、汽车、拖拉机及机床零件生产）金属型铸造：特点金属型铸造可“一型多铸”，便于实现机械化和自动化生产，从而可大大提高生产率铸件的精度和表面质量比砂型铸造显著提高结晶组织致密，铸件的力学性能得到显著提高劳动条件得到显著改善缺点： 金属型的制造成本高、生产周期长。铸造工艺要求严格，否则容易出现浇不足、冷隔、裂纹等铸造缺陷，而灰铸铁件又难以避免白口缺陷。 金属型铸件的形状和尺寸还有着一定的限制。适用范围：适用大批量生产的非铁合金铸铁，如铝合金、气缸体、汽缸盖、油泵壳体及铜合金轴瓦、轴套，钢铁合金只限于形状简单的中小件生

6、产。压力铸造：(1)铸件的精度及表面质量较其它铸造方法均高(2)可压铸形状复杂的薄壁件，或直接铸出小孔、螺纹、齿轮等(3)铸件的强度和硬度都较高。4)压铸的生产率较其它铸造方法均高适用范围： 目前，压力铸造已在汽车、拖拉机、航空、兵器、仪表、电器、计算机、轻纺机械、日用品等制造业得到了广泛应用，如气缸体、箱体、化油器、喇叭外壳等铝、镁、锌合金铸件生产浇注位置的选择原则：1）铸件的重要工作面、主要的加工面应朝下或侧立放置。（2）铸件的大平面应朝下 以免形成夹渣和夹砂等缺陷3）应将铸件薄而大的平面放在下部、侧面或倾斜位置以利于合金液填充铸型（4）应将铸件的厚大部分放在上部或侧面，便于安放冒口，以获

7、得组织致密，外形完整的铸件分型面的选择原则：1应保证模样能顺利的从铸型中取出2应尽量减少分型面的数量3应尽量使分型面是一个平直的面4应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱5应使铸件的全部或大部分置入下箱6应尽量使型芯和活块的数量减少工艺参数的确定：1.加工余量：铸件为进行机械加工而加大的尺寸.2.铸造收缩率：铸件在凝固和冷却过程中会发生收缩而造成各部分体积和尺寸缩小3.拔模斜度：为了在造型和制芯时便于起模，以免损坏砂型和型芯，在模样、芯盒的起模方向留有一定的斜度4.铸造圆角：减少热结产生，去除应力集中5.型芯及型芯头：型芯是铸件的一个重要的组成部分，型芯的功用是形成铸件的内腔,孔洞和形状复杂阻碍起

8、模部分的外形1. 浇注系统的组成及作用：1浇口杯 ：接纳、引入金属，减轻金属液对铸型的冲击。2直浇道：引入金属，提供压力头以克服流动阻力充满型腔3横浇道：引入金属、阻撇熔渣4内浇道：引入金属、控制金属液的充型速度和流动方向调控温度场和凝 固顺序，在某种情况下还有一定的补缩作用。1.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；3）凸台、筋条的设计应便于起模金属的可缎性：取决于金属本质和加工条件(.衡量金属可锻性的指标1塑性2变形抗力)影响可锻性的因素; （1）金属的本质化学成分的影响金属组织的影响（2）加工条件：变形温度的影响2.变形速度的影响3.应力状态的影响最小阻力

9、定律：在变形过程中，如果金属质点有可能向各个不同方向移动，则每一质点将沿着阻力最小方向移动 。体积不变定律：金属塑性变形前后的体积相等，即体积为常数，也称为不可压缩定律自由锻：利用冲击力或压力在上下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法自由锻造基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、错移、扭转;镦粗：使毛坯高度减小而横截面积增大的锻造工序。主要用于锻制齿轮、法兰盘之类的饼状锻件拔长：使毛坯横截面积减小而长度增加的锻造工序冲孔：采用冲子将毛坯冲出透孔或不透孔的锻造工序自由锻工艺规程：自由锻造工艺规程的内容包括绘制锻件图，计算坯料质量和尺寸，确定变形工序，选择锻造设备和工具，确

10、定锻造温度范围以及加热、冷却的方法与规范、填写工艺卡片等敷料：为简化锻件形状方便锻造而增加的那部分金属。也称余块。常用的锻造设备：空气锤和压力机确定锻造温度范围（是指始端温度与终端温度之间的温度范围，温度过高引起过热过烧）确定锻造温度范围：保证金属在锻造过程中具有良好的锻后组织和力学性能，即塑性好，变形抗力小，断后能获得良好的内部组织，同时锻造温度尽可能宽一些，以便有较长的时间进行锻造，从而减少加热次数和烧蚀，提高生产率。自由锻件的结构工艺性：1尽量避免锥面或斜面2避免圆柱与圆柱面相交3避免椭圆形、工字型或其它非规则形状截面及非规则外形4避免肋板和凸台模锻的特点 ：1）生产率高；2）锻件的尺寸

11、精度和表面质量高；3）材料利用率高；4）可锻造形状较复杂的零件；5）模具成本高、设备昂贵飞边槽：1.桥部增加金属流动的阻力，促使金属充满模膛2仓部容纳多余的金属终锻模膛：使坯料最后变形到锻件所要求的形 状、尺寸，四周有飞边槽。终锻模膛与预锻模膛区别：预锻模膛的圆角、斜度较大，没有飞边槽。终锻模膛的圆角、斜度较小，有飞边槽。 模锻斜度 为便于脱模，模锻件上与分模面垂直的平面或曲面需带有一定斜度，称为模锻斜度。见图所示。模锻斜度不包括在加工余量之内，外壁斜度为7度，特殊可用5度或10度；内壁斜度为10 度，特殊可用7度、12度、15度。(外壁指锻件冷却时锻件与锻壁离开的表面;内壁指当锻件冷却时锻件

12、与模壁夹紧的表面)板料冲压基本工序：变形工序和分离工序，分离工序包括冲裁：（冲孔和落料）落料：利用冲模将板料以封闭的轮廓与配料分离的工序。冲孔：是将被分离的部分作为废料，周边是成品。胚料变形的几个价段：1.弹性变形阶段2.塑性变形阶段3.断裂分离阶段。冲裁件的断面有：圆角带、光亮带、断裂带、毛刺四部分组成。刃口尺寸的计算原则：落料时，落料尺寸由凹模决定，应以凹模为设计原则，凸模尺寸与凹模配制，冲孔尺寸由凹模决定，应以凸模为设计原则。凸模+间隙=凹模冲裁件的排样：1、有废料排样法：（有工艺涂料）冲裁沿冲裁件轮廓进行，冲裁件质量和模具寿命较高，但材料利用率低2、少废料排样法：（有工艺涂料）冲裁沿工

13、件部分轮廓进行，材料的利用率较有废料排样法高，但冲裁件精度有所下降3、无废料排样法：冲裁件实际是由切断材料获得，材料利用率高，但冲裁件精度低，模具寿命不高。搭边值确定：一般在0.55mm之间，材料越厚越软，以及冲裁件的尺寸越大，形状越复杂，搭边值应越大变形工序：拉深：将一定形状的平板毛培通过拉伸模冲压成各种形状的开口空心件，或者以开口空心件为毛坯通过拉深，进一步使空心件改变形状和尺寸的冲压工序。拉深系数：用拉深件直径d与毛坯直径D的比值m表示，即m=d/D。多次拉深时：之间要进行退火处理（尤其第一次和第二次之间），为了解决金属材料在塑性变形中产生的内应力及冷作硬化，需要进行半成品的退火。拉伸过

14、程中主要的缺陷：1、起皱：拉伸时由于较大的切向压应力使板料失稳造成的2、拉裂：一般出现在直臂与底部的过渡圆角处，当拉应力超过材料的抗拉强度时，产生拉裂。预防拉裂措施：合理选择拉深系数凹凸模部分必须加工成圆角合理的凸凹模间隙减小拉深时的阻力。超塑性成形：是指金属和合金在低的变形速率、一定的变形温度（约为熔点的一半）和均匀的细晶粒度条件下，其断后伸长率超过100的变形。特点：金属填充模膛的性能好，可锻出尺寸精度高、机械加工余量小、甚至不用加工的零件，并且金属的变形抗力小，锻后可获得均匀、细小的晶粒组织。焊接电弧的组成：阴极、阳极和弧柱。焊接电源的特性：（1）适当的空载电压和短路电流（2）具有下降的

15、外特性（3）焊接电流可调节熔焊冶金特点：1）熔池温度高 元素易蒸发（2）熔池体积小、冷却速度快（3）冶炼条件差 熔池保护方法：（1）机械保护（2）冶金处理焊接接头：焊缝焊件经焊接后形成的结合部分熔合区焊接接头中焊缝与母材交接的过渡区域热影响区焊接过程中，材料受热的影响而发生金相组织和机械性能变化的区域热影响区可分为：熔合区（其强度、塑性和韧性都下降，焊接接头性能最薄弱的区域）、过热区（材料较母材的塑性及韧性降低）、正火区（力学性能优于母材）和部分相变区（力学性能比正火区稍差）焊接应力与变形产生：焊接过程是一个极不平衡的热循环过程，即焊缝及其相邻区金属都要由室温被加热到很高温度(焊缝金属已处于液

16、态)，然后再快速冷却下来，因而焊件各部位在热胀冷缩和塑性变形的影响下，必将产生内应力、变形或裂纹。加热时：高温区焊缝金属收到两边金属的阻碍产生压应力，远离焊缝的金属 产生拉应力冷却后：焊缝区产生拉应力，两边金属产生压应力.减小焊接应力的措施： (1)合理的焊接次序，使焊缝能够自由地收缩，以减少 应力（图a） (2)焊前预热，减弱各部位温差，从而显著减小焊接应力，350400； 3)焊后热处理：去应力退火，加热到600650，保温1小时以上，缓冷; (4)合理选材,尽量采用型材、冲压件等代替板材拼焊。焊接变形的预防措施1、焊前措施：反变形法、加裕量法、刚性夹持法、合理的焊接次序2、机械矫正法、火

17、焰加热矫正法焊条电弧焊：(即手工电弧焊)是利用焊条与工件间产生电弧热，将工件和焊条熔化而进行焊接的方法焊芯：作为电弧电极和焊缝的填充金属药皮的作用：a.帮助引弧，使电弧稳定；b.产生熔渣和气体，保护溶池金属不被氧化；c.向焊缝内渗入合金元素，提高焊缝强度酸性焊条 含较多酸性氧化物（SiO2、TiO2、Fe2O3等）的焊条。此类焊条适合各种电源，操作性好，电弧稳定，成本低。但焊缝强度低，渗金属作用弱，不宜焊接承受重载和要求高强度的重要结构。碱性焊条 含较多碱性氧化物（如CaO、FeO、MnO等）的焊条。此类焊条一般要求直流电源，焊缝强度高，抗冲击能力强。但操作性差，电弧不稳定，成本高，主要用于重

18、要结构的焊接。焊条选用原则：1）等强度原则：适用于碳素结构钢和低合金高强度钢。选用抗拉强度等于或略高于母材和焊条。如：焊接上述钢时，可选用J422（酸性）或J507（碱性）。 2）等成分原则：适用于合金结构钢 （3）当钢中碳、硫、磷等元素含量较高时，选用抗裂性好的碱性焊条，动载荷、冲击载荷的重要结构，选用塑性和韧性均较高的碱性焊条（4）在腐蚀条件、高温或低温条件下工作的焊接件，应选用不锈钢焊条焊接位置：1）平焊2）立焊3）横焊4）仰焊埋弧焊特点：1）焊接质量高且稳定（2）熔深大，节省焊接材料（3）无弧光，无金属飞溅，焊接烟雾少；（4）自动化操作，生产效率高（5）设备昂贵，工艺复杂，非平焊位置难

19、以焊接，不适用厚度小于1mm的薄板 适于长的直线焊缝和圆筒形工件的纵、环焊缝的批量生产。埋弧焊主要用于压力容器的环缝焊和直缝焊，锅炉冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体的焊接，起重机械（行车）和冶金机械（高炉炉身）的焊接二氧化碳气体保护焊：二氧化碳气体保护焊是以CO2为保护气体的电弧焊焊丝的选择：CO2是氧化性气体，在电弧热作用下能分解为CO和O。O与熔池中的铁、碳及其它合金元素作用，易造成气孔和强烈的飞溅，使焊缝含氧量增加，并烧损。为保证焊接质量和焊缝的合金成分，故需采用含锰、硅较高的焊接钢丝或含有相应合金元素的合金钢焊丝电阻焊：电阻焊是利用电流通过被焊工件以及接触部分产生电阻热，使接触部位

20、达到塑性或局部熔化状态，加压焊合而使工件焊接在一起的焊接方法电阻对焊：对焊是利用电阻热将两个工件的整个端面焊接起来的一种焊接方法。（与闪光对焊的区别:电阻焊件端面压紧后，接通电源、闪光焊：接通电源后，再使端面局部接触）碳当量法：将钢中合金元素质量分数折合成碳的相当质量分数，然后和碳质量分数相加之和（碳当量）来衡量钢的焊接性的好坏的方法W c=Wc+WMn/6+(WCr+WMo+Wv)/5+(WNi+WCu)/15W c0.4%，焊接性好W c=0.40.6%，焊接性较差Wc0.6，焊接性差中碳钢焊接特点：焊接性能良好，随着碳质量分数的增加，其淬硬性倾向随之增大，热影响区内容易产生低塑性的马氏体

21、组织，当焊接结构刚性较大或焊接材料、工艺参数选择不当时，容易产生冷裂纹。多层焊接第一层焊接时，由于母材金属熔合到焊缝中的比例大，使熔池中碳及硫、磷含量增高，容易产生热裂纹。此外，碳质量分数高，气孔敏感性较大。焊接材料：应尽量选择抗裂性能好的低氢型焊接材料。焊条电弧焊时，若要求焊缝与母材等强度，宜选用级别相当的低氢型焊条，若无强度要求，则选用强度级别比母材低一级的低氢型焊条，以提高焊缝的塑性、冲击韧性和抗裂性能。焊接工艺：焊前要烘干焊条预热和控制层间温度尽量采用U型坡口采用气割、风铲电弧气刨等方法开坡口第一层焊用小电流或反接焊后立即用450-650去应力退火或用后热或用锤击（减小内部拉应力）的方

22、式。高碳钢：焊接特点：焊接时极易产生硬而脆的高碳马氏体，在焊缝和热影响区中容易产生裂纹，一般不用高碳钢制造焊接结构，而用于制造高硬度或耐磨的零部件，多用于破损件的焊补修理。最终热处理一般采用淬火加低温回火，因此，焊接之前先进行退火（预热温度250-350以上），以减小焊接裂纹，焊后重新热处理。焊接材料：当焊缝强度较高时，可选用E7015（J707）或E6015(J607)焊条，强度较低时，选用E5016（J506）或E5015(J507).也可选用铬镍奥氏体不锈钢焊条，此时可降低预热温度或不预热。气体保护焊时，对性能要求较高时采用与母材相近的焊丝；要求不高时，可采用低碳钢焊丝。焊接工艺：高碳钢

23、焊接性差，应采用焊前退火、预热、焊后缓冷、高温回火，以及和中碳钢相似工艺。铸铁：铸铁由于碳质量分数高，含磷、硫等杂质元素高，基本无塑性，因而焊接性能差。铸铁焊接主要用于铸件的补焊和修复。补焊特点：焊接接头白口及淬硬组织 熔池冷却速度大于铸件冷却速度，不利于石墨化焊接裂纹 主要是冷裂纹气孔，焊接时易生成一氧化碳、二氧化碳气体补焊方法：根据焊前是否预热分为热焊法和冷焊法热焊法：有效减少焊接接头的温差，而且铸铁在高温时塑性较好，加上焊后缓冷，可以使石墨过程较充分地进行，有利于消除白口组织和防止马氏体淬硬组织的产生从而有效防止裂纹产生。（热焊法劳动条件较差，生产率低，且成本高）冷焊法：解决问题是如何防止白口组织。一般通过选用合适的焊条和采取合理的焊接工艺来防止白口；一是提高焊缝石墨化能力、二是提高焊接热输入量（冷焊法生产率高、成本低、劳动条件好，对于要求不高的铸件应尽量采用）冷焊法常用到的焊条有钢芯或铸铁芯铸铁焊条，适用于一般非加工面的补焊；镍基铸铁焊条适用于重要铸件的加工面补焊；铜基铸铁焊条，适用于焊后需要加工的灰铸铁的补焊。焊缝的合理布置：焊缝应考虑焊接操作方便避免焊缝过分密集或交叉焊缝布置尽可能对称焊缝应尽可能避开最大应力和应力集中的位置焊缝应远离机械加工表面或已加工表面焊接接头形式：对接接头、T型接头、角接接头和搭接接头