工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)復(fù)習(xí)(熱加工工藝基礎(chǔ))

1、工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)復(fù)習(xí)（）熱加工工藝基礎(chǔ)鑄 造鑄造工藝基礎(chǔ)液態(tài)金屬的充型能力金屬充填鑄型的能力。充型能力好，易獲得形狀完整、尺寸準(zhǔn)確、輪廓清晰的鑄件，有利于排氣和排渣，有利于補(bǔ)縮。充型能力不好，鑄件易產(chǎn)生澆不足、冷隔、氣孔、渣孔等缺陷。影響液態(tài)金屬充型能力的因素是：合金的流動(dòng)性液態(tài)金屬的充型能力主要取決于合金的流動(dòng)性，即合金本身的流動(dòng)能力。流動(dòng)性的好壞用螺旋線長度來表示。螺旋線長度越長，流動(dòng)性越好；反之，則流動(dòng)性越差。共晶成分的合金流動(dòng)性最好，離共晶成分越遠(yuǎn)，流動(dòng)性越差。澆注條件澆注溫度：澆注溫度越高，則充型能力越好。因?yàn)闈沧囟雀?，金屬液的黏度低，同時(shí)，因金屬液含熱量多，能保持液態(tài)的時(shí)間

2、長，由于過熱的金屬液傳給鑄型的熱量多，在結(jié)晶溫度區(qū)間的降溫速度緩慢。但在實(shí)際生產(chǎn)中，常用“高溫出爐，低溫澆注”的原則，因?yàn)闈沧囟仍礁撸饘偈湛s量增加，吸氣增多，氧化也嚴(yán)重，鑄件容易產(chǎn)生縮孔、縮松、粘砂、氣孔等缺陷。充型壓頭。澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。鑄型填充條件(2)合金的收縮基本概念階段?？偸湛s；液態(tài)收縮+凝固收縮+固態(tài)收縮體積變化尺寸變化產(chǎn)生縮孔、縮松的基本原因 產(chǎn)生應(yīng)力、變形、裂紋的基本原因影響收縮的因素是：化學(xué)成分：凡是促進(jìn)石墨化的元素增加，收縮減少，否則收縮率增大。澆注溫度：T 澆過熱度液態(tài)收縮總收縮。1鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件?？s孔、縮松的形成與防止鑄造內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生及防止鑄造內(nèi)應(yīng)力按產(chǎn)生原因的不

3、同可分熱應(yīng)力和收縮應(yīng)力兩種。熱應(yīng)力(或心部)力，薄的部分(或外部)受壓應(yīng)力。收縮應(yīng)力是鑄件固態(tài)收縮時(shí)，受到機(jī)械阻礙而形成的內(nèi)應(yīng)力。鑄造內(nèi)應(yīng)力的防止措施有：設(shè)計(jì)上：力求鑄件壁厚均勻。(芯)砂的退讓性；進(jìn)行時(shí)效處理（兩種。鑄件的變形及防止由于鑄造內(nèi)應(yīng)力的存在，鑄件將會(huì)變形以緩解和消除這種內(nèi)應(yīng)力，變形方向是： 厚的部分向內(nèi)凹，薄的部分向外凸。防止變形的措施有：盡量減少鑄件內(nèi)應(yīng)力；使鑄件結(jié)構(gòu)對(duì)稱；采用反變形法；設(shè)拉筋。鑄件的裂紋及防止當(dāng)鑄件內(nèi)應(yīng)力超過金屬強(qiáng)度極限時(shí)，鑄件便會(huì)產(chǎn)生裂紋，裂紋包括熱裂和冷裂兩種。鑄造工藝圖的繪制澆注位置的選擇鑄件上的重要加工面應(yīng)朝下或呈側(cè)立面；鑄件上的大平面應(yīng)朝下，以免產(chǎn)生

4、夾砂缺陷；大面積的薄壁部分應(yīng)垂直或傾斜澆注，以免產(chǎn)生澆不足或冷隔缺陷；收縮率較大的合金應(yīng)使之自下而上地進(jìn)行順序凝固，便于補(bǔ)縮。分型面的選擇分型面是指上半鑄型和下半鑄型的分界面，其選擇原則是：應(yīng)便于起模，使造型工藝簡化盡量使分型面平直且數(shù)量少；盡量避免不必要的活塊或挖砂造型；應(yīng)使型芯的數(shù)量少。2應(yīng)盡量使鑄件全部或大部分置于同一砂箱中(以免產(chǎn)生錯(cuò)箱缺陷)下箱（以便檢驗(yàn)鑄件壁厚及下芯)。1)機(jī)械加工余量在鑄件上為切削加工的方便而加大的尺寸稱為機(jī)械加工余量。鑄件的孔、槽是否鑄出，不僅取決于工藝上的可能性，還必須考慮其必要性。起模(拔模)斜度凡垂直于分型面的加工表面都應(yīng)設(shè)置拔模斜度，以便起模。收縮率的制

5、造尺寸應(yīng)比鑄件放大一個(gè)收縮量。芯頭：其作用是為了保證型芯在鑄型中的定位、固定和通氣。 (4)澆注系統(tǒng)對(duì)澆注系統(tǒng)的要求 a使金屬液平穩(wěn)、連續(xù)、均勻地流人鑄型，避免對(duì)砂型和型芯的沖擊。 b防止熔渣、砂?；蚱渌s質(zhì)進(jìn)入鑄型。 c的產(chǎn)生。澆注系統(tǒng)的組成及作用 a澆口杯：承受金屬液的沖擊和分離熔渣，避免金屬液對(duì)砂型的直接沖擊。b和提高充型能力。c橫澆道：主要起擋渣作用。 d可以控制金屬液流人鑄型的速度和方向，以及調(diào)整鑄件各部分的溫度分布。(1)鑄鐵種類石墨對(duì)鑄鐵性能的影響力學(xué)性能差:由于石墨減少了基體的有效承載面積；在片狀石墨的尖角處造成了應(yīng)力集中。工藝性能：3鑄造性能好：鑄件產(chǎn)生缺陷的可能性小。切削加

6、工性好：切削加工時(shí)呈崩碎切屑?？慑懶圆睿簩俅嘈圆牧??？珊感圆?；焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋的傾向大。焊接區(qū)常出現(xiàn)白口組織。特殊性能：減振性好：石墨對(duì)機(jī)械振動(dòng)起緩沖作用，阻止了振動(dòng)能量的傳播。耐磨性好：灰鑄鐵摩擦面上形成了大量顯微凹坑，能起儲(chǔ)存潤滑油作用使摩擦副內(nèi)容易保持油膜的連續(xù)性；同時(shí)石墨本身也是良好的潤滑劑。缺口敏感性低：由于石墨已使灰鑄鐵基體上形成了大量缺口，因此外來缺口對(duì)灰鑄鐵的疲勞強(qiáng)度影響甚傲。常用鑄鐵一覽表注：鑄鐵的熱處理只能改變其基體組織，而不能改變石墨的形態(tài)、大小及分布?；诣F的熱()()() ()。影響石墨化的因素化學(xué)成分4鑄鐵組織圖(鑄件壁厚 50mm，砂型鑄造)MnS，從而降低硫的有害作

7、用。冷卻連度鑄件的冷卻速度主要取決于鑄型散熱條件與壁厚。(1)牌號(hào)及性能最低抗拉強(qiáng)度，MPa 和韌性要求都高的零件。(2)生產(chǎn)特點(diǎn)鑄鋼的熔煉一般采用電弧爐和感應(yīng)電爐等。鋼的澆注溫度高、流動(dòng)性差，鋼水易氧化和吸氣，體收縮率大。因此鑄造性能差，容易產(chǎn)生澆不足、氣孔、縮孔、縮松、熱裂、粘砂等缺陷。為防止上述缺陷的產(chǎn)生，必須在工藝上采取相應(yīng)的措施。(1)鑄件外形設(shè)計(jì)鑄件外形要便于造型應(yīng)盡量避免在鑄件外形上沿起模方向的外凸和內(nèi)凹部分。盡量使分型面少而簡單。鑄件的內(nèi)腔設(shè)計(jì)應(yīng)盡量不用或少用型芯。應(yīng)使鑄型中的型芯定位準(zhǔn)確、安放穩(wěn)固、捧氣通暢、清理方便。鑄件壁的設(shè)計(jì)鑄件的壁厚應(yīng)適當(dāng)：鑄件壁不宜過厚，否則金屬液聚

8、集會(huì)引起晶粒粗大， 且容易產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。若壁太薄，則易產(chǎn)生冷隔、澆不足、變形和裂紋等缺陷，如此必須限制一個(gè)最小壁厚。缺陷，還因冷速不同而產(chǎn)生熱應(yīng)力，致使薄壁和厚壁的連接處產(chǎn)生裂紋。鑄件壁的連接。 ab應(yīng)避免交叉和銳角連接。 c厚壁與薄壁間的連接要逐步過渡。其他：避免受阻收縮；應(yīng)盡量避免過大的水平面。516特種鑄造壓力加工金屬的塑性變形單晶體的塑性變形方式有滑移和孿晶兩種?；剖侵妇w在外力作用下，其一部分相對(duì)另一部分沿一定的晶面(滑移面) 滑動(dòng)。其特點(diǎn)是：只有在剪應(yīng)力的作用下才能進(jìn)行；滑移后晶體各部分的位向依然一致；滑移距離是原子間距的整數(shù)倍；由于實(shí)際晶體存在位錯(cuò)，所以晶體的滑移實(shí)質(zhì)是

9、沿滑移面的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。多晶體的塑性變形包括晶粒內(nèi)部的變形與晶粒之間的變形兩部分6晶間變形包括晶粒之間的微量相互位移與轉(zhuǎn)多晶體塑性變形的特點(diǎn)維組織與各向異性。金屬在冷態(tài)下塑性變形后其強(qiáng)度和硬度提高、塑性降低的現(xiàn)象稱為加工硬熱溫度的升高，可分為回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大三個(gè)階段：再結(jié)晶溫度 T 再= 04T 熔金屬在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形稱為冷態(tài)塑性變形，又稱冷加工。其優(yōu)點(diǎn)是尺寸、形狀精度高；表面質(zhì)量好；金屬強(qiáng)度。硬度提高；勞動(dòng)條件好。但它的變形抗力大，變形程度小，金屬內(nèi)部殘余應(yīng)力大。要想繼續(xù)進(jìn)行冷加工，必須進(jìn)行中間再結(jié)晶退火。(縱向)較垂直于纖維方向(橫向)金屬的鍛造性是指鍛造金屬材料的難易程度

10、，其衡量指標(biāo)為塑性和變形抗力。影響鍛造性的因素是：金屬的本質(zhì)：包括化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)。變形條件變形溫度：提高變形溫度可有效地提高金屬的可鍛性。變形速度：低速、高速(大于臨界速度)都可使鍛造性提高。的變形抗力。設(shè)備鍛錘空氣錘：適于加工小型鍛件；蒸氣空氣錘：噸位大，適于加工中小型鍛件（1500kg)。產(chǎn)生沖擊力使金屬變形，噸位用落下部分質(zhì)量表示工序基本工序：包括拔長、鐓粗、沖孔8 輔助工序精整工序自由鍛的工藝規(guī)程包括以下步驟：繪制自由鍛件圖；考慮加工余量、敷料和鍛件公差即可繪制鍛件圖；計(jì)算坯料的質(zhì)量和尺寸；安排鍛造工序；選擇鍛造設(shè)備；確定鍛造溫度范圍；填寫鍛造工藝卡。7自由鍛的結(jié)構(gòu)工藝性重點(diǎn)是判斷

11、結(jié)構(gòu)的合理性。其原則是：避免錐面及斜面等；避免非平面交接結(jié)構(gòu)；避免加強(qiáng)肋及表面凸臺(tái)等結(jié)構(gòu)；后再機(jī)械連接或焊接成整體。模鍛(重點(diǎn)掌握錘上模鍛)錘上模鍛所用的設(shè)備主要是蒸汽導(dǎo)軌之間的間隙比自由鍛錘的小，且機(jī)架直接與砧座連接。鍛模模膛可分為模饅模膛、制坯模膛兩大類。模鍛模膛：可分為終鍛模膛和預(yù)鍛模膛兩種促進(jìn)金屬充滿模膛，容納多余金屬，緩沖沖擊。圓角和斜度較大，沒有飛邊槽。制坯模膛拔長模膛：減少坯料某一部分的橫截面積，以增加其長度彎曲模膛切斷模膛繪制鍛件圖時(shí)應(yīng)考慮以下問題：選擇分模面 ab應(yīng)使模膛深度最淺； c易于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)?，F(xiàn)象； d應(yīng)使零件上所加的敷料最少；e要使鍛模制造方便，分模面最好是平面而不是折

12、面。機(jī)械加工余量、敷料和鍛件公差沖孔連皮模鍛斜度圓角半徑起等結(jié)構(gòu)。沖壓工藝板料沖壓的基本工序可以分為分離(落料、沖孔、剪切、修整)和變形(彎曲、拉深、成形、翻邊)兩大類。沖裁8塑性變形、斷裂分離三個(gè)階段。對(duì)沖裁件斷面質(zhì)量影響最大的是間隙和凸凹模刃口的磨損。彎曲r t 變形量愈大)，還應(yīng)盡可能使彎曲線與坯料纖維方向垂直。另外，還應(yīng)考慮“回彈”現(xiàn)象。拉深褶，應(yīng)采取如下措施：凸、凹模邊緣做成圓角；凸、凹模間應(yīng)有一定的間隙；拉深系m(d D 之比)不能太小，若m 軋制、擠壓和拉拔(熱態(tài)或冷態(tài))的一種先進(jìn)工藝。輥鍛主要用于生產(chǎn)長軸、長桿類鍛件或鍛坯。擠壓的基本方式：按照擠壓時(shí)坯料溫度不同，擠壓可分為熱擠

13、壓、冷擠壓和溫?cái)D壓。拉拔焊 接9接起來。類。焊接與其他加工方法相比，具有以下特點(diǎn)：節(jié)省材料和工時(shí)；能拼小為大， 簡化鑄、鍛、沖壓工藝；便于制造雙層金屬結(jié)構(gòu)。手工電弧焊焊接電弧觸短路引弧法和高頻高壓引弧法引燃。反接是將工件接負(fù)極，焊條接正極，主要用于薄板、有色金屬等的焊接。電焊條手工電弧焊的冶金特點(diǎn)烈。質(zhì)來不及逸出，而在焊縫中造成氣孔、夾渣等缺陷。電焊條的組成及各部分的作用 焊芯的作用是導(dǎo)電和填充金屬，焊芯材料有 H08 等。藥皮的作用是：穩(wěn)定電弧燃燒；形成氣渣聯(lián)合保護(hù)，防止空氣中有害物質(zhì)侵入；脫硫并參與合金元素，以提高焊縫力學(xué)性能。焊條分類：按熔渣酸堿性可將焊條分為酸性焊條和堿性焊條兩大類。酸

14、性焊條的特點(diǎn)是：焊縫力學(xué)性能不高，抗裂縫性差；焊接工藝性好；交、直流均可用。因此，它僅用于一般鋼結(jié)構(gòu)的焊接堿性焊條的特點(diǎn)是：焊縫力學(xué)性能好，特別是抗裂縫性好，沖擊韌性高； 焊接工藝性差，使用焊條要嚴(yán)格烘干、保溫，焊件坡口處要清理油、水、銹和贓物；會(huì)產(chǎn)生有害氣體 HF；采用直流焊接。因而它常用于焊接重要結(jié)構(gòu)。焊條牌號(hào)國家規(guī)定的型號(hào)表示法如下：E (字母)-表示熔敷金屬化學(xué)成分分類代號(hào)表示焊條藥皮類型、電源種類1”及“02表示熔敷金屬最低抗拉強(qiáng)度，MPa表示焊條原機(jī)械工業(yè)部的牌號(hào)表示如下：J 藥皮類型和電源種類10結(jié)構(gòu)鋼焊條 5）焊條的選用焊條選用的原則是要求焊縫和母材具有相同水平的使用性能：結(jié)構(gòu)

15、鋼焊條的選用同強(qiáng)度等級(jí)的焊條；不銹鋼焊條和耐用熱鋼焊條的選用分類型的焊條。焊接接頭的組織和性能焊接接頭包括焊縫和熱影響區(qū)兩部分。熱影響區(qū)是指焊縫兩側(cè)的基本金屬因受焊接加熱的影響而發(fā)生組織和性能 其中以熔合區(qū)和過熱區(qū)對(duì)焊接接頭性能的不利影響最大。學(xué)成分和焊接接頭的因素都影響焊接頭的性能： 焊接材料（焊條、焊絲、焊劑；（電渣焊和氣焊的熱影響區(qū)最寬；焊接工藝（焊接電流、電弧電壓、焊接速度等；焊后處理。焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生原因：局部加熱及結(jié)構(gòu)有一定剛性。變形基本形式：收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪形變形和扭曲變形。(減少變形，但會(huì)增加應(yīng)力)；反變形法；選擇合理的焊接次序；選擇合適的焊接方法和規(guī)范；錘擊

16、焊縫。(6)焊接缺陷與檢驗(yàn)常見的焊接缺陷有：焊縫尺寸不符要求、焊接裂紋、咬邊、燒穿、氣孔、夾渣、未焊透等。外觀檢驗(yàn)密封性檢驗(yàn)：水壓試驗(yàn)；氣壓試驗(yàn)；煤油試驗(yàn)焊縫內(nèi)部缺陷的無損檢測：滲透檢驗(yàn)；磁粉檢驗(yàn)；射線檢驗(yàn)；超聲波檢驗(yàn)11其他焊接方法的含義、工藝特點(diǎn)及應(yīng)用范圍12注：1)氣焊火焰2中性焰Vc應(yīng)用最廣一般用來焊接碳鋼22氧化焰：Vo Vc22H21.2，主要用于焊接黃銅、鉻錦鋼等。碳化焰：Vo2Vc2H21.1，主要用于焊接鑄鐵、高碳鋼和硬質(zhì)合金等。2)氧乙炔切割基本過程：將金屬需切割處用中性焰預(yù)熱到燃點(diǎn)，然后打開高壓切割氧氣閥使金屬三個(gè)過程，也就是說，氣割是一個(gè)燃燒過程，而不是熔化過程。金屬的導(dǎo)熱性要小，燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量要大。常用金屬材料的焊接的難易程度。估算鋼材焊接性方法是碳當(dāng)量法，同時(shí)還與其他因素有關(guān)，如工件厚度等。當(dāng)碳當(dāng)量(C)當(dāng)量06，焊接性不好。碳當(dāng)量的計(jì)算式如下：應(yīng)能根據(jù)公式判斷和比較金屬的焊接性。(焊后一般不能機(jī)械加工)(適于較大灰鑄鐵的焊補(bǔ))(一般用于非加工