材料成型

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1-1什么是液态合金的充型能力?它与合金的流动性有何关系?不同化学成分的合金为何流动性不同?为什么铸钢的充型能力比铸铁差?(p2-3)充型能力是指熔融合金充满型腔,获得轮廓清晰、形状完整的优质铸件的能力合金的流动性越好,充型能力越好纯金属和共晶合金是逐层凝固,液固界面比较光滑,对未凝固区的液态金属的流动阻力较小。固溶体的液固界面是糊状区,复杂枝晶使液态金属的流动阻力加大。铸铁一般采用共晶成分或接近共晶成分的合金,固界面比较光滑;而铸钢没有共晶转变,经包晶转变结晶,存在液固两相区,液固界面是糊状区1-2既然提高浇注温度可提高液态合金的充型能力,但为什么又要防止浇注温度过高?(p3)浇注温度过高,合金的收缩量增加,吸气增多,氧化严重,反而使铸件容易产生缩孔、缩松、粘砂、夹杂等缺陷,。1-3缩孔和缩松对铸件质量有何影响?为何铸件中的缩孔比缩松容易防止?(p5-6)缩孔和缩松的存在会减小铸件的有效承载面积,并会引起应力集中,导致铸件力学性能下降。当存在于要求气密性高、不能渗漏的铸件中,或存在于铸件主要加工配合面的部位,则会使铸件成为废品。缩孔是集中的孔洞,可用冒口加以解决,缩松是分散的微小空洞,难以补缩。1-4区分以下名词缩孔和缩松浇不足和冷隔出气口与冒口逐层凝固与定向凝固缩孔:液态合金在凝固过程中,其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充,则在铸件最后凝固的部位形成的容积较大的孔洞(p5)缩松:分散在铸件某区域内的细小缩孔(p5)浇不足:由于液态合金的流动性和充型能力不足,使铸件中存在未充满的部分,即铸件不完整(p12)冷隔:由于液态合金的流动性和充型能力不足,使铸件中有未融合的接缝(p12)n出气口:为了减小铸型中气体的压力,使铸型具有良好的透气性,在远离浇口的最高部位所开设的孔。冒口:为了将缩孔移出铸件而在铸件厚大处加出的部分。逐层凝固:结晶时,液态金属从表层逐渐向中心凝固(p3)定向凝固:在铸件可能出现缩孔的厚大部位安放冒口,并同时采取其他工艺措施,使铸件上远离冒口的部位先凝固,以实现由远离冒口的部位向冒口方向顺序地凝固。(p7)1-5什么是定向凝固原则?什么是同时凝固原则?上述两种凝固原则各适用于那种场合?定向凝固原则:在铸件可能出现缩孔的厚大部位安放冒口,并同时采取其他工艺措施,使铸件上远离冒口的部位先凝固,以实现由远离冒口的部位向冒口方向顺序地凝固。(p7)同时凝固原则:尽量减小铸件各部位之间的温度差异,使铸件各部分同时冷却凝固。(p10)定向凝固原则用于补缩,用于解决合金的液态收缩和凝固收缩所引起的收缩问题。(p7)同时凝固原则用于减小因冷却不一、收缩不一引起的热应力。(p10)1-6分析图中所示轨道铸件热应力分布,并用虚线表示出铸件的变形方向上部厚处受拉应力,中间和下部薄处受压应力。上部缩短上翘。1-9分模造型、挖砂造型、活块造型、三箱造型各适用于哪种情况(p14)分模造型:适用于各种生产批量,各种大中小铸件。挖砂造型:用于单件或小批量生产分型面不是平面的铸件活块造型:用于单件、小批量生产带有突出部分、难以起模的铸件三箱造型:用于单件、小批量生产具有两个分型面的铸件本题不在讲课内容范围n1-10什么是铸件的结构斜度?它与起模斜度有何不同?图中所示的铸件的结构是否合理?应如何改正?垂直于分型面,并且不机械加工的面,设计时需要有斜度,叫结构斜度。(p27)垂直于分型面,并且需要机械加工的面,为使模样(或型芯)易于从砂型(或芯盒)中取出,凡垂直于分型面的侧壁,制造模样时必须做出一定的斜度,叫拔模斜度。(p23)图中的结构不合理,外侧应有结构斜度。1-11何为铸造工艺图?用途是什么?(p24)铸造工艺图是直接在零件图上用各种工艺符号,绘出铸造所需资料的图样。图中应包括浇注位置、铸型分型面、加工余量、起模斜度、收缩率、反变形量、浇冒系统、冷铁尺寸和布置、型芯和芯头的大小等。用途:铸造工艺图决定了铸件的形状、尺寸、生产方法和工艺过程,是制造模样、模板、芯盒等工装,进行生产准备,铸型制造和铸件验收的依据。1-12图中所示铸件的结构有何缺点?该如何改进?需用活块造型方法,否则无法起模。将下面的突出部分延至上方,可以方便起模。1-13为什么铸件要用结构圆角?图中铸件上哪些圆角不够合理?应如何修改?(p32)可减少热节和应力集中,从而减少缩孔缩松、裂纹、粘砂、砂眼等铸造缺陷。内直角拐弯处设置成圆角1-14某厂铸造一个1000mm的铸件,有如图所示的两个设计方案,分析哪个方案的结构工艺性好,简述理由b好,平面改成斜面,利于液态合金的充型,避免产生铸造缺陷。1-15某厂生产如图1-78所示支腿铸铁件,其受力方向如图中箭头所示。用户反映该铸件不仅机械加工困难,且在使用中曾多次发生断腿事故。试分析原因,n并重新设计腿部结构原因:尖角处应力集中,改为圆角。1-16图1-79所示铸件结构有何值得改进之处,应怎样进行修改?a)将箱型结构改为工字型结构,可不用型芯。b)没有型芯头,加两个工艺孔,便于安放型芯及方便清理芯砂。c)支出的部分或改为直立,或用活块造型,否则无法取出木模。d)中心部位太厚,易产生缩孔或缩松。1-17下列铸件宜选用哪类铸造合金?说说理由坦克车履带板:铸造耐磨钢,耐磨、耐热、耐蚀。压气机曲轴:球墨铸铁,适合受载较大、承受振动和一定冲击、要求耐磨损的铸件。火车轮:铸钢,适宜制造承受重载及冲击的形状复杂件。车床床身:灰铸铁,耐压、消振、减磨耐磨性好。摩托车发动机缸体:铝硅合金,轻且散热效果好,强度足够。减速器蜗轮:铸造青铜,减磨为主,散热作用好,强度不重要。气缸套:蠕墨铸铁,具有较高的强度、一定的韧度和较高的耐磨性,良好的减振性。1-18什么是熔模铸造?试述其工艺过程?(p35)答:熔模铸造也称失蜡铸造。先制蜡模,再在其上包覆耐火涂料层固化,熔出蜡模制成型壳,烘干后浇注。工艺过程:1.制造蜡模2.制造型壳3.脱蜡4.型壳的焙烧5.浇注6.脱壳和清理1-19金属型铸造有何优越性?为什么金属型铸造未能广泛取代砂型铸造?(p38)答:(1)铸件精度高,表面粗糙度低,加工余量小(2)铸件晶粒细,力学性能好n(3)一型多铸(4)金属型成本高,不宜单件小批生产,不宜大型、复杂形状、薄壁及高熔点铸件,所以未能广泛取代砂型铸造。1-20为什么用金属型生产铸铁件时常出现白口组织?该如何预防和消除已经产生的白口?(p38、p46)答:金属型铸造的冷却速度过快,石墨化程度小,所以形成白口组织。可在铸前采用铸型预热来预防产生白口、铸后采用退火来消除白口。1-23普通压铸件是否能够进行热处理,为什么?(p40)答:不能进行热处理。由于压铸生产的充型速度快,型腔中的气体难以排出,在压铸件皮下易产生气孔,如进行热处理,则气孔内空气膨胀产生压力,可使铸件开裂,所以不能进行热处理。1-24影响铸铁石墨化的主要因素是什么?为什么铸铁牌号不用化学成分来表示?(p46)答:一是保证灰铸铁的化学成分,主要是具有一定的碳、硅含量,一般碳2.6%-3.6%、硅1.2%-3.0%;二是应具有适当缓慢的凝固冷却速度。碳、硅含量过低、冷却速度过快,石墨化程度愈小,易出现白口组织,碳、硅含量越高、冷却速度越慢,石墨化程度愈大,析出的石墨片愈多、愈粗大。因为铸铁的化学成分相近,一般w=2.4%-4.0%,w=0.6%-3.0%。而石墨的存在CSi形态对其性能具有较大的影响,因此不用化学成分来表示。1-25灰铸铁最适于制造哪类铸件?试举车床上几种铸铁件名称,并说明选用灰铸铁而不采用铸钢的原因。(p47)答:灰铸铁常用于制造机床床身、机座、导轨、衬套和活塞环等要求耐压、消振、减磨耐磨的零件。如机床床身,采用灰铸铁可以有较好的抗压强度,且具有吸振、消振作用,而铸钢的减震性和缺口敏感性都比铸铁差。n1-26填下表比较各种铸铁,阐述灰铸铁应用最广的原因本题只做石墨形态这一项类别石墨形态灰铸铁片状可锻铸铁团絮状球墨铸铁球状蠕墨铸铁蠕虫状白口铸铁没有石墨1-27为什么球墨铸铁的强度和塑性比灰铸铁高,而铸造性能比灰铸铁差?(p50、p46)答:球墨铸铁的石墨呈球状,使它对基体的割裂作用减至最低,基体强度利用率可达70%-90%,因此其抗拉强度高,塑性和韧性比灰铸铁显著提高。而灰铸铁的石墨呈片状,对基体的割裂作用大,使其抗拉强度低,塑性和韧性近于零。(1)球状石墨析出时膨胀力很大,若铸型刚度不够,铸件的凝固外客将向外膨胀,造成其内部金属液的不足,从而产生缩孔、缩松缺陷。(2)由于球化、孕育处理后的铁夜的温度会降低。影响铸造性能灰铸铁具有接近共晶的化学成分,熔点比钢低,流动性好,且在凝固过程中析出比容较大的片状石墨,使铸铁的收缩率较小,故铸造性能优良。1-28为什么可锻铸铁只适宜生产薄壁小铸件?壁厚过大易出现什么问题?(p51)答:制造可锻铸铁的关键是第一要保证浇注后获得完全白口组织,所以其冷却速度要快,故适宜制造薄壁小型铸件,不宜制造厚壁大型铸件。如壁厚过大,产生白口组织困难,或产生麻口,最终难得到可锻铸铁。表层组织和心层组织不同,导致性能不同,并且内部得不到补缩,易形成缩孔、缩松等缺陷。1-29某产品上的铸铁件壁厚计有5mm、20mm、52mm三种,力学性能全部要求σ=150,若全部采用HT150是否正确?为什么?(p47)bn答:不正确。因为灰铸铁件的实际性能与其壁厚有关,壁厚越大,力学性能越低,所以不同壁厚的铸件,不能要求同样的抗拉强度,或选用相同的材料。1-30铸钢与球墨铸铁相比,力学性能和铸造性能有哪些不同?为什么?(p48-53)答:铸钢的综合力学性能高,塑性、韧性好,但减振性和缺口敏感性比球墨铸铁大。铸钢的熔点高、流动性差、收缩率大,因而铸造性能差,熔炼过程中易氧化、吸气,铸件易产生粘砂、浇不到、冷隔、缩孔、缩松、变形、裂纹、气孔和夹渣等缺陷。球墨铸铁的铸造性能比铸钢好。1-31下列铸件在大批量生产时采用什么铸造方法为宜?大口径铸铁污水管:离心铸造缝纫机头:砂型铸造车床床身:砂型铸造铝活塞:金属型铸造摩托车汽缸体:压力铸造气轮机叶片:熔模铸造气缸套:离心铸造汽车喇叭:压力铸造2-1、什么是最小阻力定律?为什么闭式滚挤或拔长模膛可以提高滚挤或拔长效率?指金属在塑性变形过程中,如果金属质点有向几个方向移动的可能时,则金属各质点将向阻力最小的方向移动。闭式滚挤或拔长模膛利用最小阻力定律,通过增大或减小金属流向型腔中某一部分的阻力,保证锻件充满型腔。(P63)2-2、纤维组织是如何形成的?它的存在有何利弊?金属铸锭组织中存在着偏析夹杂物、第二相等,在热塑性变形时,随金属晶粒的变形方向或延伸至条状、线状或破碎呈链状分布,金属再结晶后也不会改变,仍n然保留下来,呈宏观“流线”状,从而使金属组织具有一定的方向性。65页2-3、何为过热?何为过烧?它们分别会对锻件产生哪些影响?64页过热:加热温度过高,使金属的晶粒急剧长大,反而导致金属塑性减小,塑性成形性能下降。过烧:加热温度过高接近熔点,晶界发生氧化甚至局部熔化,导致金属的塑性变形能力完全消失,坯料出现过烧将报废。2-4、判断以下说法是否正确?为什么?(1)金属的塑性越好,变形抗力越大,金属可锻性越好(2)为了提高钢材的塑性变形能力,可以采用降低变形速度或在三向压应力下变形等工艺(3)为了消除锻件中的纤维组织,可以用热处理方法实现(1)不正确。金属的塑性越好,变形抗力越小,金属可锻性越好。62页(2)正确。随着变形速度增大,加工硬化逐渐积累,使金属的塑性变形能力下降。在三向应力状态下,压应力的数目越多,则其塑性越好。64页(3)不正确。纤维组织只能通过塑性变形改变纤维的方向和分布。65页2-5求将75mm长的圆钢拔长到165mm的锻造比,以及将直径50mm、高120mm的圆钢锻到60mm高的锻造比。能将直径50mm、高180mm的圆钢镦粗到60mm高吗?为什么?(1)拔长时的锻造比Y=So/S,(So、S分别为拔长前后金属坯料的横截面积)。锻65页拔长前后坯料的体积不变,则πr2*75=πr2*165,Y=πr2/πr2=165/75=2.2。o锻o(2)镦粗时的锻造比Y=Ho/H,(Ho、H分别为镦粗前后金属坯料的高度)。锻65页、Y=120/60=2锻(3)Y=180/60=3坯料高度/坯料直径=180/50=3.6.所以,不可以,因为锻镦粗时圆形截面坯料的高度和直径比不大于2.5-3。65页、68页。n2-6“趁热打铁”含义何在?64页随变形温度增加,金属的变形抗力减小,塑性提高,塑性成形性能得到改善。2-7许多重要的工件为什么要在锻造过程中安排镦粗工序?67页镦粗可以提高后续拔长工序的锻造比,提高横向力学性能和减少异向性。2-8如图2-73所示的带头部的轴类零件,在单件小批量生产条件下,若法兰头直径D较小,轴杆L较长时,应如何锻造?若法兰头直径D较大时,轴杆L较短时,又应如何锻造?(1)先局部镦粗,然后再拔长。(2)先整体镦粗,再拔长。2-9图2-74所示锻件在单件小批量生产时,结构是否适于自由锻?请该修不当之处。A、去掉筋和四个凸台。B、将圆柱面与平面相交改成平面与平面相交,可参考p76图2-15。C、齿轮的齿不能锻、中间4个凹槽不能锻,改为中间带圆孔的圆饼。2-10锻造为什么要进行加热?如何选择锻造温度范围?74页随变形温度升高,金属原子动能增加,热运动加剧,削弱了原子间结合力,减小了滑移阻力,使金属的变形抗力减小,塑性提高,塑性成形性能得到改善。变形温度升高到再结晶温度以上时,加工硬化不断被再结晶软化消除,金属的塑性成形性能进一步提高。64页锻造温度范围指始锻温度和终锻温度之间的温度范围。2-11模锻时,如何合理确定分模面的位置?81-82页(1)要保证模锻件能从模膛中顺利取出(2)分模面要尽量选在能使模膛深度最浅的位置上以便金属容易充满模膛,并有利于锻模制造。(3)应尽量使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致。n(4)分模面尽量采用平面,并使上下锻模的模膛深度基本一致。。(5)使锻模件上的敷料最少。2-12模锻与自由锻有何区别?自由锻造过程中,金属坯料除与上下砧铁接触方向的变形流动受到约束外,其他方向均能自由变形流动,故无法精确控制变形的发展,锻件的形状、尺寸由锻工通过翻动坯料改变其受力部位和控制压力大小来保证。67页模锻锻造时金属坯料在模膛内受压产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件,由于模膛对其流动的限制,因而锻造终了时能得到和模膛形状相符的锻件。78页2-13预锻模膛与制坯模膛有何不同?制坯模膛是使坯料基本接近模锻件的形状;预锻模膛是在制坯的基础上,进一步分配金属,使之更接近终锻形状和尺寸。79页、80页。2-14改正图2-75模锻零件结构的不合理处。(1)直角处全部改成圆角,(2)齿不能锻(3)中间孔要有冲孔连皮2-15图2-76所示三种结构连杆,采用锤上模锻制造,请确定分模面位置,并画出模锻件图。此题不要2-16板料冲压有哪些特点?主要的冲压工序有哪些?(1)操作简单,生产率高,易于实现机械化和自动化。(2)冲压件的尺寸精确、表面光洁、质量稳定、互换性好,一般不再进行机械加工,即可作为零件使用。(3)金属薄板经过冲压塑性变形获得一定几何形状,并产生冷变形强化使冲压件具有质量轻、强度高和刚性好的优点。91页n2-17间隙对冲裁件断面质量有何影响?间隙过大或过小对冲裁产生什么影响?凸凹模间隙会严重影响冲裁件的断口质量。间隙合适时,板料内形成的上、下裂纹重合一线,断裂带和毛刺均较小。间隙过大时,板料中拉应力增大,裂纹提前形成,板料内形成的上、下裂纹向内错开,断口断裂带和毛刺均较大。间隙过小时,凸凹模受到板料的挤压作用大,摩擦加大,板料内形成的上、下裂纹向外错开,断口形成二节光面,在两节光面间有裂纹。另外,凸凹模间隙还影响模具寿命、冲裁力和冲裁件尺寸精度93页2-18分析图2-77所示冲压件结构是否合理?并提出改进建议。此题不要2-19整修、精密冲裁与普通冲裁相比,主要优点是什么?整修可以提高冲裁件的断面质量与尺寸精度。精密冲裁其凸凹模间的间隙极小。得到的冲裁件精度高,断面的表面粗糙度低,质量优于普通冲裁件。95-96页2-20分析冲裁模与拉深模、弯曲模的凸、凹模有何区别?冲裁模凸模和凹模具有锋利的刃口,之间留有间隙。92页弯曲是凸模与板料接触产生弹性弯曲变形,并压入凹模中,直到板料与凸模完全贴合并压紧。96页拉深是凸模压入到凹模孔口中。98页2-21图2-78所示托架由哪几个工序完成,确定其毛坯的冲裁工艺,并画出排样图。下料-----冲孔----拉深-----翻边
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