[工学]材料成型技术基础课程总复习课件.ppt

1、 机械与电子控制工程学院机械与电子控制工程学院 非金属成型非金属成型 焊接成型焊接成型 塑性成型塑性成型 液态成型液态成型 毛坯选择毛坯选择液态成型液态成型?液态成型的优点液态成型的优点?将液态金属借助外力将液态金属借助外力充填充填到型腔中，使其到型腔中，使其凝固冷却凝固冷却而获得所需形而获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的工艺。状和尺寸的毛坯或零件的工艺。1 1）形状复杂形状复杂，复杂内腔的零件毛坯。，复杂内腔的零件毛坯。2 2）铸造生产的）铸造生产的适应性广适应性广。3 3）毛坯尺寸精度较高（与锻件相比）。）毛坯尺寸精度较高（与锻件相比）。4 4）经济性好。）经济性好。合金的合金的流动性、收缩

2、性、流动性、收缩性、吸气性和偏析等。吸气性和偏析等。浇注温度和充型压力浇注温度和充型压力对流动性增强还是减弱？可能导致那种缺陷？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？流动性导致主要缺陷流动性导致主要缺陷渗漏渗漏 浇不足浇不足 冷隔冷隔充型能力不足充型能力不足浇不足浇不足冷冷 隔隔夹夹 砂砂气气 孔孔不能得到完整的零件不能得到完整的零件没完整融合缝隙或凹坑没完整融合缝隙或凹坑逐层凝固逐层凝固合金凝固合金凝固？合金的收缩合金的收缩?收缩的分类收缩的分类?铸造合金铸造合金中产生的中产生的现象。现象。内应力、变形l合金成分l结晶区间

3、l流动性l凝固方式l收缩性l工艺原则以下概念之间的关系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 固态固态收缩受到阻碍收缩受到阻碍。变形和裂纹变形和裂纹铸造应力铸造应力铸造应力铸造应力相变应力相变应力相变应力相变应力热热热热应力应力应力应力机械应力机械应力机械应力机械应力铸件收缩受阻铸件收缩受阻铸件收缩受阻铸件收缩受阻铸件因铸件因铸件因铸件因V V V V冷却冷却冷却冷却、温度不同，、温度不同，、温度不同，、温度不同，各部位收缩不一致产生各部位收缩不一致产生各部位收缩不一致产生各部位收缩不一致产生铸件组织发生相变时，因温铸件组织发生相变时，因温铸件

4、组织发生相变时，因温铸件组织发生相变时，因温度差异出现体积变化不一致度差异出现体积变化不一致度差异出现体积变化不一致度差异出现体积变化不一致铸造应力铸造应力铸造应力铸造应力相变应力相变应力相变应力相变应力热热热热应力应力应力应力机械应力机械应力机械应力机械应力铸件收缩受阻铸件收缩受阻铸件收缩受阻铸件收缩受阻铸件因铸件因铸件因铸件因V V V V冷却冷却冷却冷却、温度不同，、温度不同，、温度不同，、温度不同，各部位收缩不一致产生各部位收缩不一致产生各部位收缩不一致产生各部位收缩不一致产生铸件组织发生相变时，因温铸件组织发生相变时，因温铸件组织发生相变时，因温铸件组织发生相变时，因温度差异出现体积

5、变化不一致度差异出现体积变化不一致度差异出现体积变化不一致度差异出现体积变化不一致时效处理时效处理在在t t0 0-t t1 1时间内，细杆时间内，细杆和粗杆和粗杆均处于弹塑性转变温度以上，均处于弹塑性转变温度以上，铸件内不铸件内不产生热应力。产生热应力。在在t t1 1-t t2 2时间内，粗杆时间内，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上，细杆处于弹塑性转处于弹塑性转变温度以下，此时铸件的变形由细杆变温度以下，此时铸件的变形由细杆确定，杆细确定，杆细带动粗杆带动粗杆一起收一起收缩，缩，铸件内不产生热应力。铸件内不产生热应力。在在t t2 2-t t3 3时间内，细杆时间内，

6、细杆和粗杆和粗杆均处于弹塑性转变温度以下，粗杆均处于弹塑性转变温度以下，粗杆的的冷却速度比细杆冷却速度比细杆快，即粗杆快，即粗杆的自由线收缩速度大于细杆的自由线收缩速度大于细杆。因而，。因而，粗杆粗杆被拉长，产生拉应力；细杆被拉长，产生拉应力；细杆则相反，产生压应力。冷却到则相反，产生压应力。冷却到t t3 3（室（室温）时，铸件内存在残余应力，温）时，铸件内存在残余应力，细杆细杆内为压应力，粗杆内为压应力，粗杆内为拉应力。内为拉应力。铸件铸件结论：结论：两夹角两夹角和和都增大都增大 合理选择合金（合理选择合金（E E和线膨胀小）和线膨胀小）减小铸件各部分的温差减小铸件各部分的温差 提高铸型和

7、型芯的退让性提高铸型和型芯的退让性 及时落砂及时落砂消除铸造应力的措施消除铸造应力的措施?时效处理时效处理?结构斜度结构斜度拔模斜度拔模斜度 铸件的壁厚应适当铸件的壁厚应适当铸造方法 铸件尺寸/mm合 金 种 类 铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金铜合金砂 型 铸 造 500500 1520 1520 1520 1012 6 1012 砂型铸造浇注位置的选择原则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。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、夹杂等缺陷避免出现气孔、砂眼、夹杂等缺陷砂型铸造分型面的选择原则砂型铸造分型面的选择原则？合箱对准

8、时的误差会使铸件产生错偏。合箱对准时的误差会使铸件产生错偏。合箱不严会使铸件在垂直分型面方向上的尺寸增加。合箱不严会使铸件在垂直分型面方向上的尺寸增加。错箱错箱胀箱胀箱合理合理如图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（）；试分析下图所示铸件（1）哪些是自由收缩，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）u 锻压的优点锻压的优点l能改善金属的组织能改善

9、金属的组织，提高金属的机械性能；，提高金属的机械性能；l节约金属材料和切削加工工时；节约金属材料和切削加工工时；l具有较高的生产率；具有较高的生产率；l不能直接锻制形状复杂的零件，尤其是内腔复杂件不能直接锻制形状复杂的零件，尤其是内腔复杂件；l尺寸精度不高，需要重型的机器设备和复杂的工装模具；尺寸精度不高，需要重型的机器设备和复杂的工装模具；l生产现场劳动条件较差。生产现场劳动条件较差。u 锻压的缺点锻压的缺点p 化学成分和合金成分对金属塑性的影响化学成分和合金成分对金属塑性的影响p 组织状态对金属塑性的影响组织状态对金属塑性的影响p 变形温度对金属塑性的影响变形温度对金属塑性的影响p 应变速

10、率对塑性的影响应变速率对塑性的影响p 应力状态对塑性的影响应力状态对塑性的影响u 金属的变形分类：金属的变形分类：冷变形冷变形 再再 再=0.4 熔 热变形热变形 再再 温变形温变形 回回 再再 回=（0.250.3）熔 显微组织不变显微组织不变u 锻造比和锻造流线锻造比和锻造流线 2.52.5 零件工作时的正应力方向与流线方向平行，切应力方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垂直。向与流线方向垂直。流线的分布与零件的外形轮廓相符合。流线的分布与零件的外形轮廓相符合。齿轮中的锻造流线切削加工锻造后切削加工 锻造成形合理不合理切削加工锻造成形u 自由锻：利用冲击力或压力，使

11、金属在上、下砧铁之间产自由锻：利用冲击力或压力，使金属在上、下砧铁之间产生塑性变形，而获得所需生塑性变形，而获得所需形状、尺寸以及内部质量形状、尺寸以及内部质量锻件的锻件的一种加工方法。一种加工方法。u 特点：工具简单，成本低；周期短，应用广泛；特点：工具简单，成本低；周期短，应用广泛；适应性强；适应性强；大型锻件的唯一锻造方法；大型锻件的唯一锻造方法；但其锻件但其锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低。的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低。u 自由锻变形工序自由锻变形工序u自由锻工艺规程自由锻工艺规程锻件图零件图锻件图零件图 +余块余块+加工余量加工余量 +锻造公差锻造公差

12、 绘制方法绘制方法：（1 1）用实线画出锻件最用实线画出锻件最终轮廓终轮廓（2 2）用双点划线画出零）用双点划线画出零件的主要轮廓形状。件的主要轮廓形状。（3 3）尺寸线上方或左面）尺寸线上方或左面标注锻件尺寸与公差；标注锻件尺寸与公差；（4 4）尺寸线下方或右面）尺寸线下方或右面用圆括号标出零件尺寸。用圆括号标出零件尺寸。u自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性u模锻分类及应用模锻分类及应用 分为锤上模锻、胎膜锻、压力机模锻等。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。适合于中小型锻件的大批量生产。u锻模锻模 锻模材料锻模材料 模膛分类模膛分类 飞边槽u冲孔连皮冲孔

13、连皮 防止上、下模冲孔凸模直接相撞。防止上、下模冲孔凸模直接相撞。u 模锻件工艺规程的制定模锻件工艺规程的制定l选取在锻件的最大截面上，锻件能够从模膛中取出；l模膛应该尽量浅，以利于金属充填和锻件取出；l应尽量减少余块，以减少切削工作量和金属消耗；l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l应尽量采用平面，以利于制造模具；u 零件结构的模锻工艺性零件结构的模锻工艺性u 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序:落料落料冲孔冲孔修整修整切断切断拉深拉深弯曲弯曲翻边翻边胀形胀形u板料冲压的应用板料冲压的应用:低碳钢、铝、铜、镁合金低碳钢、铝、铜、镁合金 薄壁金属成品薄壁金属成品

14、u变形工序变形工序:是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移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。如而不破裂的工序。如拉深、弯曲、翻边、胀形拉深、弯曲、翻边、胀形等等。u 板料冲压的特点：板料冲压的特点：（1 1）制造形状复杂的薄壁零件。）制造形状复杂的薄壁零件。（2 2）获得力学性能好、尺寸精度高、质量稳定、互换性。）获得力学性能好、尺寸精度高、质量稳定、互换性。（3 3）生产率高、成本低，实现机械化和自动化。）生产率高、成本低，实现机械化和自动化。（4 4）冲压模具结构相对复杂，加工精度高，制造成本高。）冲压模具结构相对复杂，加工精度高，制造成本高。u 板料冲压的应用板料冲压

15、的应用:制造薄壁金属成品。制造薄壁金属成品。u 冲压模分类冲压模分类p 简单模（单工序模）简单模（单工序模）p 级进模（连续模）级进模（连续模）p 复合模复合模l焊接焊接l 熔焊熔焊l 压焊压焊l 钎焊钎焊机械结合机械结合结合冶金结合冶金固态焊接固态焊接焊条和工件强烈、持久又稳定的气体放电现象焊条和工件强烈、持久又稳定的气体放电现象引弧和成弧引弧和成弧焊接过程是一个冶金过程焊接过程是一个冶金过程,焊接熔池中将发生氧化、还原和焊接熔池中将发生氧化、还原和合金化等过程合金化等过程。H2u 焊接接头组织与性能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。焊接接头由焊缝区、熔合区和热影响区

16、组成。熔合区化学成分不均匀，组织粗大，其性能是焊接接头中最差的。熔合区化学成分不均匀，组织粗大，其性能是焊接接头中最差的。热影响区热影响区过热区：过热区：最高加热温度在最高加热温度在11000C以上的区域，以上的区域，晶粒异常长大晶粒异常长大,塑性韧性下降，力学性能最差。塑性韧性下降，力学性能最差。正火区：正火区：最高加热温度在最高加热温度在Ac3至至11000C的区域，焊后空冷的区域，焊后空冷得到得到均匀细小均匀细小F+PF+P正火组织，性能优正火组织，性能优，力学性能较好。力学性能较好。部分相变区：部分相变区：最高加热温度在最高加热温度在Ac1至至Ac3的区域，只有部分组织的区域，只有部分

17、组织发生相变，发生相变，晶粒不匀，较正火区稍差晶粒不匀，较正火区稍差。再结晶区：再结晶区：温度处在温度处在450450至至Ac1Ac1之间，材料发生回复和再结晶之间，材料发生回复和再结晶 u 焊接性的间接评价方法焊接性的间接评价方法1556CECuNiVMoCrMncwwwwwww碳当量越高，焊接性越差。碳当量越高，焊接性越差。CE0.6%时，冷裂倾向严重，焊接性差，需较高预热温度时，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。大差别。u 焊条焊条焊芯：焊芯：药皮药皮:形成熔渣和气体形成熔渣和

18、气体稳弧、去杂质、渗合金，保护熔化金属及焊缝稳弧、去杂质、渗合金，保护熔化金属及焊缝按药皮性质分：按药皮性质分：酸性焊条、碱性焊条。酸性焊条、碱性焊条。力学性能；工艺性能；力学性能；工艺性能；选用原则：选用原则：1 1）等强度原则；）等强度原则；2 2）同成分原则；）同成分原则；3 3）抗裂性要求；）抗裂性要求；4 4）抗气孔要求；）抗气孔要求；5 5）低成本要求。）低成本要求。焊接变形的基本形式u 焊接变形焊接变形u 焊接变形的预防焊接变形的预防由焊接应力引起由焊接应力引起1 预变形预变形 选择塑性好的材料。选择塑性好的材料。避免焊缝密集交叉，焊缝过长，截面过大。避免焊缝密集交叉，焊缝过长，

19、截面过大。合理的焊接次序。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。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。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。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。采用锤击法、水压法或振动法消除焊接应力。u 焊接应力的防止和消除：焊接应力的防止和消除：u 焊条电弧焊焊条电弧焊u 埋弧焊埋弧焊u 气体保护电弧焊气体保护电弧焊u 电渣焊电渣焊u 高能焊高能焊u 电阻焊电阻焊u 摩擦焊摩擦焊u 电阻焊电阻焊u 摩擦焊摩擦焊电阻焊可分为点焊、缝焊、对焊。电阻焊可分为点焊、缝

20、焊、对焊。惯性摩擦焊惯性摩擦焊线性摩擦焊线性摩擦焊u 接头类型接头类型对接接头对接接头T T字形接头字形接头搭接接头搭接接头u 焊缝的布置焊缝的布置基本工序：制粉基本工序：制粉 预处理预处理 成形成形 烧结烧结 后处理后处理粉末冶金产品特点：粉末冶金产品特点：多组元无偏析；复合材料；多孔材料多组元无偏析；复合材料；多孔材料塑料的组成塑料的组成树脂树脂填充剂填充剂增塑剂增塑剂 稳定剂稳定剂润滑剂润滑剂固化剂固化剂着色剂着色剂抗静电剂抗静电剂发泡剂发泡剂阻燃剂阻燃剂u 塑料基础知识塑料基础知识大多数橡胶制品为大多数橡胶制品为模塑制品。模塑制品。成形方法：挤出、注射、压延等。成形方法：挤出、注射、压

21、延等。一般加工流程如下：一般加工流程如下：n 橡胶成形工艺橡胶成形工艺硫化成形u毛坯类型及区别毛坯类型及区别u毛坯选择的原则毛坯选择的原则u影响毛坯选择的因素影响毛坯选择的因素u 典型零件制造方法比较典型零件制造方法比较 常用的机械零件按其形状特征可分为：轴杆类零件、盘套类零件常用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。和箱体机架类零件三大类。有下列四种齿轮，请选择合理的毛坯生产方法并说明理由。有下列四种齿轮，请选择合理的毛坯生产方法并说明理由。材料为铜合金材料为铜合金,厚度为厚度为1.0mm,1.0mm,直径为直径为10mm10mm的手表齿轮的手表齿轮;材

22、料为材料为20 Cr,20 Cr,厚度为厚度为50mm,50mm,直径为直径为158 mm 158 mm 的汽车用齿轮的汽车用齿轮;材料材料4545号号,直径为直径为600mm 600mm 的减速机齿轮，中批量生产；的减速机齿轮，中批量生产；卷扬机大型人字齿轮（直径卷扬机大型人字齿轮（直径1500mm1500mm），批量），批量5 5件。件。不承受冲击的低速齿轮（直径不承受冲击的低速齿轮（直径200mm200mm），批量），批量5050件。件。l铸造铸造PROCASTPROCAST、MAGMA-softMAGMA-softl焊接焊接SYSWELDSYSWELD、MARCMARCl锻造锻造QFORM DformQFORM Dform等等后处理系统后处理系统:数值计算数值计算:前处理系统前处理系统:变形及力变形及力场计算场计算材料材料参数参数理论理论模型模型计算几何模型计算几何模型计算类型计算类型过程过程条件条件边界边界条件条件单元网单元网格生成格生成应力场应力场应变场应变场载荷载荷缺陷缺陷工件几何形状和尺寸工件几何形状和尺寸