金屬材料成形基礎(chǔ) 2007作業(yè).txt.ppt

金屬材料成形基礎(chǔ) 主講徐曉峰 1 金屬結(jié)晶時(shí)理論結(jié)晶溫度和實(shí)際結(jié)晶溫度之差稱為過冷度 過冷度愈大 則結(jié)晶后的晶粒愈細(xì) 冷卻速度愈小 則過冷度愈小 作業(yè) 金屬材料成形基礎(chǔ)作業(yè) 1 2 合金的結(jié)構(gòu)有固溶體 金屬化合物 機(jī)械混合物三種 其中固溶體具有良好的塑性 金屬化合物具有高的硬度和脆性 3 細(xì)化金屬材料的晶粒 可使金屬的強(qiáng)度 硬度提高 塑性 韌性提高 在生產(chǎn)中常用的細(xì)化晶粒的方法有增大過冷度 變質(zhì)處理 機(jī)械攪拌和振動(dòng) 壓力加工再結(jié)晶 熱處理 4 材料的常用力學(xué)性能指標(biāo)有那些 若某種材料的零件在使用過程中突然發(fā)生斷裂 是由于那些力學(xué)性能指標(biāo)不足所造成的 1 常用力學(xué)性能指標(biāo)有 強(qiáng)度 塑性 剛度 硬度 沖擊韌性 疲勞強(qiáng)度 2 強(qiáng)度 塑性 沖擊韌性 疲勞強(qiáng)度 5 填表回答 6 用20鋼制成 10 標(biāo)距30 的試樣作拉伸試驗(yàn) 測(cè)得屈服時(shí)的拉力為21630N 斷裂前的最大拉力為34940N 拉斷后測(cè)得標(biāo)距長度為65 斷裂處直徑為5 試計(jì)算 b s 的值 7 典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)有體心立方晶格 面心立方晶格 密排立方晶格 實(shí)際金屬的缺陷有點(diǎn)缺陷 線缺陷 面缺陷 8 零件的失效形式有哪些 影響失效的基本因素有哪些 1 斷裂 塑性變形 過量彈性變形 磨損 腐蝕等 2 設(shè)計(jì)因素 材質(zhì)因素 工藝因素和安裝使用不當(dāng) 9 什么是同素異晶轉(zhuǎn)變 請(qǐng)繪出純鐵的冷卻曲線 并指出同素異晶轉(zhuǎn)變溫度和晶格類型 1 固態(tài)下隨著溫度的變化 金屬的晶體結(jié)構(gòu)從一種晶格類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類型的過程 10 圖1 1所示為部分的鐵碳合金狀態(tài)圖 請(qǐng)?jiān)谟疫叺腡 t圖中畫出含碳量為0 45的鐵碳合金的結(jié)晶過程并標(biāo)注出各溫度段的組織 L L A A F F P A 1 鑄造合金從液態(tài)冷卻凝固至室溫 其收縮要經(jīng)歷哪幾個(gè)階段 導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的原因是什么 導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生應(yīng)力 變形 裂紋的原因又是什么 1 液態(tài)收縮 凝固收縮和固態(tài)收縮三個(gè)階段 2 液態(tài)收縮和凝固收縮 3 固態(tài)收縮 金屬材料成形基礎(chǔ)作業(yè) 2 2 液態(tài)合金的充型能力是液體金屬充滿鑄型型腔 獲得尺寸精確 輪廓清晰的成形件 鑄件 的能力 影響液態(tài)合金充型能力的因素有哪些 2 合金的流動(dòng)性 澆注條件 鑄型充填條件 1 合金在鑄造生產(chǎn)條件下 獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的難易程度 2 流動(dòng)性和收縮 合金的流動(dòng)性越好 收縮越小 鑄造性能越好 3 什么是合金的鑄造性能 衡量合金鑄造性能的主要指標(biāo)是什么 4 影響鑄鐵組織和性能的因素是什么 現(xiàn)有三根直徑分別為 10mm 30mm 60mm的灰口鑄鐵試棒 測(cè)得它們的抗拉強(qiáng)度均為200Mpa 問這三根試棒的成分是否相同 牌號(hào)是否相同 為什么 1 化學(xué)成分和冷卻速度 2 牌號(hào)相同 成分不同 3 因?yàn)殍T鐵的牌號(hào)是用強(qiáng)度表述的 其強(qiáng)度相同即表明其牌號(hào)相同 因?yàn)橛绊戣T鐵組織和性能的因素是化學(xué)成分和冷卻速度兩個(gè)因素 試棒的直徑不同表明其冷卻速度不同 要獲得同一強(qiáng)度 必須調(diào)整其化學(xué)成分 所以成分不同 5 有一測(cè)試鑄造應(yīng)力用的應(yīng)力框鑄件 如圖1 1所示 凝固冷卻后 用鋼鋸沿A A線鋸斷 此時(shí)斷口間隙的大小會(huì)發(fā)生什么變化 為什么 1 變大 2 因?yàn)槟汤鋮s后 鑄件 30的粗桿處于拉應(yīng)力狀態(tài) 鑄件 10的細(xì)桿處于壓應(yīng)力狀態(tài) 當(dāng)沿A A鋸斷后 粗桿給予細(xì)桿的壓力被釋放 所以斷口間隙會(huì)變大 6 灰口鑄鐵的組織和性能決定于什么因素 為什么在灰口鑄鐵中 碳硅含量越高 則其強(qiáng)度越低 1 灰口鑄鐵的組織和性能決定于化學(xué)成分和冷卻速度 2 因?yàn)樘?硅含量越高 鑄鐵中的石墨片就越粗大 石墨數(shù)量也越多 對(duì)基體的破壞就越嚴(yán)重 同時(shí)基體中鐵素體的量增加 珠光體的量減少 所以鑄鐵的強(qiáng)度越低 7 用成分相當(dāng)于牌號(hào)HT200的鐵水澆注成如圖1 2所示的鑄件 該鑄件最厚截面為60mm 最薄截面為15mm 試問最厚和最薄截面上的組織是否相同 為什么 1 不同 2 因?yàn)殍T件壁厚不同 即其冷卻速度不同 厚壁處鑄件的冷卻速度慢 鑄鐵中的石墨片就粗大 石墨數(shù)量也越多 對(duì)基體的破壞就越嚴(yán)重 同時(shí)基體中鐵素體的量增加 珠光體的量減少 薄壁處鑄件的冷卻速度快 鑄鐵中石墨片細(xì)小 石墨數(shù)量較少 同時(shí)基體中鐵素體的量減少 珠光體的量增多 8 某廠鑄造一個(gè) 1500mm的鑄鐵頂蓋 有如圖2 3所示兩種設(shè)計(jì)方案 試分析哪種方案易于生產(chǎn) 簡述其理由 a 方案合理 由于鑄件的尺寸很大 壁厚較薄 屬于大平面結(jié)構(gòu) 鑄件上的大平面極易產(chǎn)生澆不足 夾砂 夾渣 氣孔等缺陷 圖 a 的方案 一方面避免了上述不利因素 還因?yàn)榫哂辛艘欢ǖ慕Y(jié)構(gòu)斜度 有利于造型 9 分析圖2 4所示零件分型方案的優(yōu)缺點(diǎn) 并選擇其中與零件生產(chǎn)類型相適應(yīng)的分型方案 大批量生產(chǎn) 單件生產(chǎn) 1 2 方案1 方案1 方案2 方案2 圖 b 是單件生產(chǎn) 應(yīng)選擇方案2 方案2 1 是整體模造型 鑄件的尺寸精度易于保證 2 鑄件螺紋表明的質(zhì)量均勻 3 可以直接鑄出鑄件的內(nèi)腔 省去了型芯 答 圖 a 是大批量生產(chǎn) 應(yīng)選擇方案1 方案2雖是整體模造型 鑄件的尺寸精度易于保證 但內(nèi)腔1無法鑄出 方案1雖是分開模造型 鑄件易于產(chǎn)生錯(cuò)箱的缺陷 但能保證生產(chǎn)出完整的鑄件 而且可以降低砂箱的高度 再者機(jī)器造型具有較高的精度 鑄件的尺寸精度可以得到保證 10 圖1 4所示為鑄鐵底座 在保證 50的孔和H不變的前提下 請(qǐng)回答 1 修改結(jié)構(gòu)不合理之處 2 在圖上標(biāo)出最佳分型面和澆注位置 11 確定如圖1 5所示鑄件的鑄造工藝方案 要求如下 1 在單件 小批生產(chǎn)條件下 分析最佳工藝方案 2 按所選最佳工藝方案繪制鑄造工藝圖 包括澆注位置 分型面 機(jī)械加工余量 起模斜度 鑄造圓角 型芯及芯頭等 其余 上 下 材料 HT150 收縮率 1 12 確定如圖1 6所示鑄件的鑄造工藝方案 要求如下 1 畫出幾種可能的分型方案 2 在單件 小批生產(chǎn)條件下 分析并確定最佳工藝方案 3 按所選最佳方案繪制鑄造工藝圖 包括澆注位置 分型面 機(jī)械加工余量 起模斜度 鑄造圓角 型芯及芯頭等 上 下 收縮率 1 方案 最佳 下 上 鑄造收縮率 1 12 生產(chǎn)如圖2 3所示鑄件 材料為HT150 試回答下列問題 1 標(biāo)出圖示零件幾種不同的分型方案 2 在你認(rèn)為最佳的分型方案上做鑄造工藝圖 13 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性 判斷下列鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性 若不合理 請(qǐng)?jiān)谠瓐D上進(jìn)行改 1 純鉛 T熔 327 的再結(jié)晶溫度為 33 它在常溫下的變形為熱變形 而鎢 T熔 3380 在1000 的變形為冷變形 這是因?yàn)門再 1188 1000 T再 0 4T熔 0 4 327 273 240 K T再 240 273 33 T再 0 4T熔 0 4 3380 273 1461 K T再 1461 273 1188 金屬材料成形基礎(chǔ)作業(yè) 3 2 壓力加工的基本生產(chǎn)方式有軋制 擠壓 拉拔 自由鍛 模鍛 板料沖壓 對(duì)于大型重要件 例如大型發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子的毛坯應(yīng)采用自由鍛方法來生產(chǎn) 3 圖3 1所示墊圈擬采用簡單沖裁模生產(chǎn) 其沖壓工序?yàn)?1 落料 2 沖孔 若模具的單面間隙為0 05mm 則 1 的凸模尺寸為 49 9mm 凹模尺寸為 50mm 2 的凸模尺寸為 15mm 凹模尺寸為 15 1mm 5 圖3 3所示為一鋼制拖鉤 可以用下列方法制造 鑄造 鍛造 板料切割 其中以鍛造方法制得的拖鉤拖重能力最大 這是因?yàn)?1 細(xì)化晶粒 改善組織 提高力學(xué)性能 2 壓合部分鑄造缺陷 3 使纖維組織不被切斷 并沿制件外形合理分布 4 單晶體塑性變形的實(shí)質(zhì)是晶粒內(nèi)部的滑移和孿晶 而多晶體塑性變形的實(shí)質(zhì)是晶粒內(nèi)部進(jìn)行滑移和孿晶 晶粒之間進(jìn)行滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng) 拔長 切肩 拔長 切肩 拔長 6 對(duì)圖2 3和圖2 4定性繪出鍛件圖 并選擇自由鍛基本工序 零件全部機(jī)械加工 1 階梯軸 圖2 3 坯料尺寸 150 220 材料 45鋼 生產(chǎn)批量 10件 2 套筒 圖2 4 坯料尺寸 150 170 材料 45鋼 生產(chǎn)批量 20件 鐓粗 沖孔 切肩 芯軸拔長 拔長 局部鐓粗 沖孔 拔長 局部鐓粗 沖孔 鐓粗 沖孔 切肩 芯軸拔長 3 壓蓋 7 圖2 5所示零件大批量生產(chǎn)時(shí) 應(yīng)選擇哪種鍛造方法較為合理 請(qǐng)定性繪出鍛件圖 并選擇鍛造基本工序 工序 1 鐓粗 2 預(yù)鍛 3 終鍛 4 切邊 5 沖孔 6 修整 8 將材料及尺寸均相同的金屬坯料加熱到相同的溫度 分別在空氣錘 水壓機(jī)和高速錘上成形時(shí) 金屬坯料的變形抗力是否相同 為什么 當(dāng)金屬材料的塑性較差時(shí) 應(yīng)采用何種鍛壓設(shè)備進(jìn)行成形 1 不同 2 因?yàn)樵诓煌脑O(shè)備上變形速度不同 則其變形抗力不同 其在空氣錘上的變形抗力最大 水壓機(jī)上次之 3 當(dāng)金屬材料的塑性較差時(shí) 應(yīng)采用水壓機(jī)進(jìn)行成形 9 現(xiàn)擬將一厚度為2mm 直徑為120mm的平板坯料 拉深成直徑為40mm 高度為40mm的杯形零件 如圖3 6所示 為防止其產(chǎn)生拉裂 拉穿 起皺等缺陷 在模具設(shè)計(jì)及工藝上應(yīng)采取什么措施 現(xiàn)擬采用多次拉深成形 需拉深幾次方可成形 寫出計(jì)算過程 在模具設(shè)計(jì)及工藝上應(yīng)采取 凸凹模的工作部分必須具有一定的圓角 凸凹模間隙要合理 控制拉深系數(shù) m 設(shè)置壓邊圈 涂潤滑油拉深次數(shù) 2次m d D 0 5 0 8 設(shè)取m1 0 5 60 120得d1 60m2 40 60 0 67 0 5由上面的計(jì)算可知 兩次拉深即可成形 10 下列自由鍛件 模鍛件及沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性是否合理 若不合理 請(qǐng)修正 12 1 按照實(shí)現(xiàn)焊接過程手段的不同 焊接方法可分為熔化焊 壓力焊和釬焊三大類 埋弧自動(dòng)焊屬于熔化焊 2 手工電弧焊的焊條由 1 焊條芯和 2 藥皮兩部分組成 1 的作用是 導(dǎo)電 填充 2 的作用是 機(jī)械保護(hù)作用 冶金處理作用 穩(wěn)定電弧的作用 金屬材料成形基礎(chǔ)作業(yè) 4 3 焊接接頭由 1 焊縫和 2 焊接熱影響區(qū)組成 2 又可分為熔合區(qū) 過熱區(qū) 正火區(qū)和部分相變區(qū)等四個(gè)區(qū)域 其中對(duì)焊接接頭性能影響最大的區(qū)域是熔合區(qū)和過熱區(qū) 5 生產(chǎn)中常見的焊接變形形式有 收縮變形 角變形 彎曲變形 扭曲變形 波浪形變形等五種 減小和預(yù)防焊接變形的工藝方法有 加裕量法 反變形法 剛性固定法 選擇合理的焊接次序等 矯正焊接變形的方法有 機(jī)械矯正法和火焰矯正法 4 焊接時(shí) 產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的主要原因是 在焊接過程中 對(duì)工件進(jìn)行局部加熱和快速冷卻 6 根據(jù)釬料熔點(diǎn)的不同 釬焊可分為 軟釬焊和硬釬焊兩類 在焊接硬質(zhì)合金車刀時(shí) 常用硬釬焊 而在焊接電器元件時(shí) 常用軟釬焊 7 減少焊接應(yīng)力的工藝措施有哪些 如何消除焊接應(yīng)力 1 減少焊接應(yīng)力工的工藝措施 1 設(shè)計(jì)時(shí) 焊縫不要密集交叉 截面和長度也應(yīng)盡可能小 2 合理選擇焊接順序 3 錘擊或碾壓焊縫 4 采用小能量 多層焊 5 焊前預(yù)熱 150 350 2 焊后熱處理 去應(yīng)力退火 8 試分析焊接工人在焊接厚焊件時(shí) 為什么有時(shí)用園頭小錘對(duì)處于紅熱狀態(tài)的焊縫進(jìn)行敲擊 答 因?yàn)楹翊蠛讣?qiáng)度大 在焊接過程中不易變形 焊接應(yīng)力較大 致使工件產(chǎn)生裂紋的傾向較大 所以在焊接過程中 常用園頭小錘對(duì)處于紅熱狀態(tài)的焊縫進(jìn)行敲擊 使其產(chǎn)生塑性變形 以減小應(yīng)力 減小其產(chǎn)生裂紋的傾向 9 焊接熱影響區(qū)的寬窄對(duì)焊接接頭的性能有什么影響 如何減少和消除焊接熱影響區(qū) 答 1 焊接接頭包括焊縫和焊接熱影響區(qū) 熱影響區(qū)的寬窄對(duì)焊接接頭的質(zhì)量起著決定性的作用 熱影響區(qū)越寬 焊接接頭產(chǎn)生裂紋的傾向越大 承載能力越差 2 減小和消除熱影響區(qū)的方法有 小電流 快速焊接 采用先進(jìn)的焊接方法 焊前預(yù)熱 焊后熱處理 正火 10 釬焊與熔化焊相比 其焊接過程的實(shí)質(zhì)有什么不同 釬焊時(shí)所用的溶劑起什么作用 答 1 熔焊是將被焊工件局部加熱到熔化狀態(tài) 彼此產(chǎn)生原子間的結(jié)合形成共同的接頭 實(shí)現(xiàn)永久的連接 而釬焊是用低熔點(diǎn)的金屬做釬料 將工件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)而低于母材熔點(diǎn)的溫度 利用液態(tài)釬料濕潤母材 填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散 冷卻凝固后實(shí)現(xiàn)連接 其兩被焊工件之間無原子間的結(jié)合 2 釬焊時(shí)所用溶劑作用 清理作用 去除表面氧化皮 降低表面張力 改善液態(tài)釬料對(duì)焊件的濕潤性 增強(qiáng)毛細(xì)管作用 保護(hù)作用 11 鋁及鋁合金 銅及銅合金等有色金屬焊接的主要問題是什么 在生產(chǎn)中常采取哪些措施解決這些問題 鋁及鋁合金的焊接特點(diǎn) 1 易氧化 2 易產(chǎn)生氣孔 3 易變形開裂 4 接頭易軟化 氬弧焊 氣焊 釬焊 電阻焊 2 銅及銅合金的焊接特點(diǎn)1 難熔合 2 易氧化 3 易產(chǎn)生氣孔 4 易變形開裂 氬弧焊 氣焊 釬焊 碳弧焊 12 在焊接如圖3 1所示的T字形截面梁時(shí) 由于焊縫位置分布不對(duì)稱 該件焊后易產(chǎn)生彎曲變形 請(qǐng)?jiān)谠瓐D上用虛線畫出該圖可能彎曲后的焊件輪廓 即焊件的彎曲方向 現(xiàn)擬用火焰加熱法矯正該變形 試在原圖上標(biāo)注出加熱部位 13 現(xiàn)有厚4mm 長1200mm 寬800mm的鋼板3塊 需拼焊成一塊長1800mm 寬1600mm的矩形鋼板 問如圖3 2所示的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理 若不合理 請(qǐng)予以改正 為減小焊接應(yīng)力與變形 其合理的焊接次序應(yīng)如何安排 14 判斷下列各種焊件的結(jié)構(gòu)是否合理 若不合理 請(qǐng)?jiān)谠瓐D上修改 1 切削用量三要素是V f ap 車外圓時(shí) 已知工件轉(zhuǎn)速n 320r min 車刀移動(dòng)速度vf 64mm min 其它條件如圖4 1所示 試求切削速度v 進(jìn)給量f 切削深度ap 金屬材料成形基礎(chǔ)作業(yè) 5 2 繪圖表注下列刀具的幾何角度 0 0 Kr Kr 1 外圓車刀 0 100 0 80 Kr 600 Kr 100 2 端面車刀 0 150 0 100 Kr 450 Kr 300 3 內(nèi)圓車刀 0 100 0 80 Kr 600 Kr 100 1 車外圓 n f 切削平面 主剖面 0 0 kr Kr 切削平面 主剖面 0 0 kr Kr 2 端面車刀 0 0 kr Kr n 3