金属工艺学作业

《金属工艺学作业》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属工艺学作业（14页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、金属工艺学作业本姓名：姚喜林班级：09级机械设计制造及其自动化6班学号第一章铸造成形工艺理论基础1述铸造成形的实质及优缺点。铸造是一种将液态金属浇入铸型型腔，冷凝后获得毛坯或零件的成形工艺。铸造成形工艺的优点是：（1）适合制造形状复杂，特别是内腔形状复杂的铸件。（2）铸件的大小几乎不受限制。（3）可使用的材料范围广，凡能熔化成液态的金属材料几乎均可用于铸造。铸造成型工艺的缺点是：（1）组织性能差，铸件晶粒粗大，不均匀，力学性能差，制造工序繁多，易于产生铸造缺陷。（2）工作条件差，劳动强度高。3何谓同时凝固原则和定向凝固原则？试对图1所示阶梯型试块铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。

2、同时凝固原则是指使型腔内各部分金属液温差很小，同时进行凝固的原则；定向凝固原则是在熔模铸造型壳中建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着与热流方向相反的方向按照要求的结晶取向凝固的一种铸造工艺。第二章常用铸造合金及其熔炼1、某铸件壁厚有5mm,20mm,52mm三种，要求铸件各处的抗拉强度都能达到150MPa，若选150牌号的灰铸铁为材质，能否满足要求？不能；查表灰铸铁的抗拉强度，特性及应用举例可知：壁厚为5mm对应的材质为牌号HT150的铸件壁厚范围为2.510mm，相对应的抗拉强度为不小于175MPa，与应用抗拉强度范围0150MPa无交集，故能满足性能要求。壁厚为20mm对应的材质为牌号H

3、T150的铸件壁厚范围为2030mm，相对应的抗拉强度为不小于130MPa，与应用抗拉强度范围0150MPa有交集，故不能满足性能要求。壁厚为52mm对应的材质为牌号HT150的铸件壁厚范围为3050mm，相对应的抗拉强度为不小于120MPa，与应用抗拉强度范围0150MPa有交集，故不能满足性能要求。综上所诉要求铸件各处的抗拉强度都能迖到150MPa，选取HT150牌号的灰铸铁不能满足性能要求。2、冲天炉熔炼时，加入废铁、硅钢、锰钢的作用是什么？若采用单一的生铁锭或回炉铁为原料铸造出的品质如何？若采用单一的废铁来熔炼，铸造出的产品属于什么材质(铸钢、灰铸铁、白口铸铁)？为什么？(1) 加入废

4、钢是为了降低铁料的原始含碳量，以获得碳含量较低的铁液；加入硅铁、锰铁的目的是弥补铁料中硅锰的烧损。(2) 采用单一的生铁锭或回炉铁为原料，碳含量得不到稀释，铸件易形成含C化合的白口铸铁，铁料中烧损的硅锰得不到补充，导致铁液中的硫、磷含量偏高，增加了铸件的冷脆性和热脆性。(3) 若采用单一的废铁来熔炼，铸造出的产品属于白口铸铁。因为，铁料中烧损的硅锰等不到补充，所以没有足够的Mn来与S反应形成MnS上浮，硫含量过高使铸铁形成白口组织，故所得到的铸件的品质为白口铸铁。第三章金属的铸造成型工艺比较下列各组铸造方法：A砂型铸造与壳型铸造；B金属型铸造与砂型铸造；C熔模铸造与陶瓷型铸造；D气化模铸造与熔

5、模铸造；E低压铸造与压力铸造。A砂型铸造与壳型铸造砂型铸造工艺是用模样和型砂制造砂型的一种工艺。砂型铸造是铸造中应用最广泛、最灵活的方法。它既可以用于单件、小批量生产的手工造型也可用于成批、大量生产的机器造型和自动化生产线；既能浇注低熔点非铁合金及其合金液，又能浇注高熔点的铁液及钢液；铸件的尺寸可大可小，形状可简单亦可复杂；等等。但砂型铸造一型智能浇注一次，生产的工序较多，影响铸件品质的因素亦较多。壳型铸造是用酚醛树脂砂制造薄壳砂型或型芯的方法。壳型铸造的优点：（1）覆膜砂可以较长时间储存，且砂的消耗量少；（2）无须捣砂，能获得尺寸精确的壳型及壳芯；（3）壳型及壳芯强度高，质量小，易搬运；（4

6、）壳型及壳芯透气性好，可用细原砂得到表面光洁的表面；（5）不需砂箱，壳型及壳芯可长期存放；缺点：酚醛树脂覆膜砂价格较高，制壳的能耗高。B金属型铸造与砂型铸造液态金属在重力作用下注入金属型中成形的方法，称为金属型铸造。金属型铸造的优点：（1）金属型可“一型多铸”，省去了砂型铸造中的配砂、造型、落砂等许多工序，节省了大量造型材料和生产场地，提高了生产率，易于实现机械化和自动化生产。（2）铸件的尺寸精度和表面粗糙度指标均优于砂型铸件，铸件的加工余量少，晶粒细密力学性能高。（3）劳动条件好。金属型铸造的缺点（1）金属型的铸造成本高，周期长，不适合单件、小批量生产。（2）不适合制造形状复杂、薄壁和大型的

7、铸件。（3）用来铸造铸钢等高熔点合金铸件时，金属型寿命较短，同时，还易使铸铁产生硬、脆的白口组织。C熔模铸造与陶瓷型铸造熔模铸造：熔模铸造是液态金属在重力作用下浇入由蜡模熔失后形成的中空壳并在其中成形、从而获得精密铸件的方法，又称为失蜡铸造。熔模铸造的优点：（1）铸件的精度高，表面粗糙度低。（2）可以铸造出形状复杂的薄壁铸件。（3）铸造的合金种类不受限制，钢铁及非铁合金均可适用。（4）生产批量不受限制。熔模铸造的缺点：（1）工序复杂，生产周期长。（2）原材料价格高，铸件成本高。（3）铸件的尺寸不能太大，否则蜡模易变形，丧失原有精度。陶瓷型铸造液态金属在重力作用下注入陶瓷型中形成铸件的方法称为陶

8、瓷型铸造。陶瓷型铸造的特点：（1）铸件的尺寸精度和表面粗糙度指标优异。（2）铸件的大小不受限制，质量从几公斤到几吨均可。（3）在单件、小批量生产条件下，需要的投资小，生产周期短，在一般的铸造车间较易实现。不足的地方：不适于批量大、质量小或形状复杂的铸件，生产过程中难以实现机械化和自动化。D气化模铸造与熔模铸造气化模铸造：用聚苯乙烯发泡的模样代替木模或金属模，用干砂、水玻璃砂等型砂进行造型无须起膜，直接将高温液态金属浇注到型中客气化的模样上，使模样燃烧、气化、消失而形成铸件的方法，称为气化模铸造或消失模铸造。气化模铸造的特点：（1）气化模铸造是一种少无余量、精密成型的新工艺。（2）铸件的结构设计

9、提供了充分的自由度。（3）气化模铸造的工序比砂型铸造和熔模铸造大大简化，对操作工人的技术要求不高。气化模铸造的使用范围：（1）各类合金，包括铝、镁、铜合金、灰铸铁、球墨铸铁及除低碳钢以外的铸钢。（2）壁厚在4mm以上的铸件。（3）质量几公斤至几十吨的铸件。（4）生产批量不受限制。（5）只要利于气化模砂型的紧实，对铸件的结构形状几乎无任何特殊限制。E低压铸造与压力铸造低压铸造：低压铸造是介于金属型铸造和压力铸造之间的一种铸造方法，它是在0、020、07MPa的低压下将金属液体注入型腔，并在压力下凝固成形而获得铸件的方法。低压铸造的优点：(1) 浇注压力和速度便于调节，可适应不同材料的铸型。同时，

10、充型平稳，对铸型的冲击力小，气体较易排除，尤能有效克服铝合金的针孔缺陷。(2) 便于实现定向凝固，以防止缩孔和缩松，是铸件组织致密，力学性能好。(3) 不用冒口，金属的利用率可高达90%98%。(4) 铸件的表面品质高于金属型，可生产出壁厚为1、52mm的薄壁铸件。此外，低压铸造设备费用较压铸设备低。低压铸造的缺点：升液管的寿命短，金属液在保温过程中易产生氧化和夹渣，且生产效率低于压力铸造。压力铸造：压力铸造是在高压作用下将液态或半液态金属快速压入金属压铸型中，并在压力下凝固而获得铸件的方法。压力铸造的优点：(1) 生产率高，每小时可压铸50150次，最高可达500次，便于实现自动化、半自动化

11、。(2) 铸件的尺寸精度高，表面粗糙度低，并可直接铸出极薄件或带小孔、螺纹的铸件。(3) 铸件冷却快，又是在压力下结晶，故晶粒细小，表层紧实，铸件的强度、硬度高。(4) 便于采用嵌铸法。压力铸造的缺点：(1) 压铸机费用高，压铸型制造成本极高，工艺准备时间长，不适宜单件、小批量生产。(2) 由于压铸型寿命原因，目前压铸尚不适宜铸钢、铸铁等高熔点的合金的铸造。(3) 由于金属液体注入和冷却速度过快，型腔气体难以完全排出，壁厚处难以进行补缩，故压铸件内部常存在气孔、缩孔和缩松。第四章铸造工艺设计1、试确定图4-30所示铸件的浇注位置及分型面。平板：平板的大平面属重要面，根据确定浇注位置的原则，应將

12、其朝下放置。如图（a）方案（1）。油盘：油盘铸件的底部为面积大而薄壁的平面，为了使浇注时金属液易于充满型腔，放置产生浇不到或冷隔缺陷，应將底盘朝下。如图（b）方案（1）。卷扬机滚筒：卷扬筒铸件的法兰大端与筒体交界处的热节圆直径d比下部的壁厚大，应將该处朝上放置，以利于设置冒口，对该处进行补缩。如图（d）方案（1）。若滚筒的外圆或内孔为必须保证品质的重要面，可以采用“平做立浇”的方法，即图（d）方案（2）。车床车身：在中小批量生产条件，采用导轨面朝下的如图（c）方案（1）较为理想。在成批、大量生产、机器造型时宜采用两箱造型方案，这时导轨面处于侧立位置，上箱顶面附近的部分导轨的品质，可以通过改进浇

13、注系统、冒口，加强撇渣，排气等措施加以保证。宜采用如图（c）方案（2）。T二$左上(WL0碌弼困r叩铸牛第五章铸件的结构设计1、铸造一个1500mm的铸铁顶盖，有如图5-23所示的两个设计方案，试问哪个方案易于铸造,并简述理由。锥顶结构方案易于设计。从铸件设计的3方面内容可以得出：(1)外形设计：a方案的外形具有起模斜度，便于起模，锥顶的纵向剖面具有足够的斜度这是方案b所无法企及的。(2内腔设计：a方案中的圆锥体型芯具有更强的稳定性和排气性。圆锥体内腔各壁间均以大角度链接这样能简化铸件的清理。(3) 壁间的连接设计：因为铸铁顶盖的尺寸为01500mm，若按b设计方案这会出现大从尺寸的水平面易使

14、顶盖产生冷隔、气孔和夹渣等缺陷。若采用a设计方案则可避免较大尺寸水平面，从而可以消除前述缺陷。2、为防止图5-24所示的铸件产生角变形，可以采取哪几种措施保证角a的准确性？。两种。(1)设加强肋，以满足强度要求。(2)采取过渡形式避免锐角连接，以避免出现应力集中现象，导致出现裂纹。图示连接能减少热节和缓解应力。3、某厂生产如图5-26所示的支腿铸铁件，其受力方向如图中箭头所示。该件在使用过程中多次发生断腿事故。试分析原因，并重新设计腿部结构。结构的缺点有：(1) 小圆环与大圆筒之间的水平肋在F水平分力作用下受拉这与灰铸铁的特性相背，是不良结构。(2) 水平肋与小圆环及大圆筒的连接处在F纵向分力

15、作用下易产生应力集中。改进措施如图：(1) 将大圆筒铸置小圆环的右侧该水平肋水平受拉状态为水平受压状态。(2) 将水平肋置与小圆环顶部水平平齐，并在其下方加设纵向加强肋，以增强中间肋的抗弯能力。第六章金属塑性成形的工艺理论基础1、要制造一件直径为90mm、高为40mm的碳钢齿轮锻件，试确定其坯料的尺寸D。和H。制造该齿轮需要镦粗工序：由镦粗时的锻造比为：Y镦=H。H；根据体积不变原则D钢坯，V坯料，S钢坯第七章锻压成形工艺1、若成批生产图7-22所示零件，选择哪种锻造方法较为合理？并定性绘制出模锻件。齿轮须经粗镦，然后经预锻，终锻最后成形，模锻件如图所示。齿圈只需终锻成形，模锻件如图所示。第八

16、章板料的冲压成形工艺1、如图8-33所示两个形状相似的冲压件，材料为08钢，板厚为0.8mm。试分别制定其冲压工艺方案，并绘制工艺简图由冲压件的结构形状可知，所需基本工序为落料，拉深，冲孔。首先落料出合适面积大小的圆板材，然后将其拉深成圆筒，最后冲孔。工艺简图如图所示：第十章熔焊工艺1、焊接接头有哪几部分组成？各部分的组织和性能特点怎样？焊接接头由焊缝区和热影响区焊缝区金属：焊缝金属宏观组织形态为细晶粒柱状晶体，成分偏析严重，影响焊缝性能，碳，磷，硫等含量低。通过渗合金，能使焊缝金属的强度与母材相当。热影响区金属：熔合区，成分不均，组织为粗大的过热组织或淬硬组织，性能很差。过热区，晶粒粗大，塑

17、性差，易产生过热组织，性能最差。正火区，组织为珠光体和铁素体，晶粒细小，性能好。部分相变区，组织为两种，一为两种晶粒大小-粗大和细小的铁素体，二为晶粒细小的珠光体。2、如图10-47所示的方式拼接大块钢板是否合理？为什么？如不合理应怎样改善？为减小焊接应力与变形，其焊接次序应该如何合理安排？分段倒退焊方法。图示方式拼接中，有4处密集交叉处，交叉部位局部加热焊接应力大。第十三章金属材料的焊接性1、什么叫焊接性？怎样评定和判断材料的焊接性？金属材料的焊接性，是指被焊金属在采用一定的焊接方法焊接材料，工艺参数及结构形式条件下，获得优质焊接接头的难以程度。即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出“好焊

18、”和“不好焊”的差别。焊接性包括二方面的内容，一、工艺焊接性，产生工艺缺陷的倾向。三、使用焊接性，使用中的可靠性。评定和判断材料的焊接性主要有两种，即估算法和实验法。一、估算法在各种元素中，碳对钢材焊接性的影响最明显，其他元素的影响可以折合成碳的影响，因此可以用碳当量的方法来估算被焊钢材的焊接性（公式）二、试验法。小型抗裂试验法；取一试样，焊完后放置24小时，先检查焊缝间隙表面及热影响区有无裂缝，再从垂直于焊缝方向取金相磨片两块，进行低倍放大检查裂缝，根据一般焊接工艺焊后试板有无裂缝或裂缝的多少的情况，可以初步评定材料焊接性的好坏。2、有直径为500mm的铸铁带轮和齿轮各一件，铸造后出现13-

19、4所示的断裂现象。曾先后用J422焊条和钢芯铸铁焊条进行电弧焊焊补，但焊后再次断裂。试分析其原因。用什么方法能保证焊后不断裂，并可以进行机械加工?原因分析：带轮和齿轮均为承受动载荷，厚板零件且属性为低碳钢。选择J422焊条不能保证焊接接头与母材的结合强度。 钢芯铸铁焊条焊丝为低碳钢。其中有一种焊条药皮有强氧化性成分，熔合处为低碳低硅的白口组织，焊后不能进行机械加工，只适合一般非加工件的焊补。工人可能错选了此种药皮的焊条。 从焊补工艺上来说，焊后若不进行消除应力退火，在常温或低温下焊接此种零件容易产生较大的内应力，可能导致零件开裂。施焊前应对这两种零件进行预热。解决途径：选择J426J427或J

20、507型号的焊条,选择热焊的焊补工艺，并施用气焊法来焊接零件。J426J427或J507型号的焊条能够满足承受动载荷的结构,发杂结构或厚板结构的焊接接头的结合强度。热焊法是焊前將焊件整体或局部预热到600-700C、焊后缓冷的焊补工艺。热焊法可以防止焊件产生白口组织和裂纹，焊件品质好，焊后可以进行机械加工。而气焊火焰可以用于焊件预热和焊后缓冷。选择合适的焊芯，焊剂和药皮，可以补充焊接处碳和硅的烧损，并造渣以清除杂质。第十四章焊接结构的设计1、如图14-14所示三种焊件的焊缝布置是否合理？若不合理，请予以改正。附：焊缝的布置原则：焊缝尽可能分散，以减小焊接热影响区，防止粗大组织出现。焊缝的位置应尽可能对称分布，以抵消焊接变形。焊缝应尽量远离或避开机械加工表面，以防止破坏已加工面。焊缝应便于焊接操作，焊缝位置应使焊条易到位，焊剂易保持，电极易安放。