1、金属工艺学复习资料 各章知识点金属工艺学各章知识点第7章 铸造成形二、基本内容1、铸造成形工艺基础1）合金的流动性和充型能力：流动性好的合金，充型能力强，易获得形状完整、尺寸准确、轮廓清晰、壁薄和形状复杂的铸件。灰铸铁流动性最好，硅黄铜、铝硅合金次之，铸钢最差。2）合金的收缩：液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的主要原因，固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的的主要原因。1、 铸造成形方法1） 砂型铸造：各种手工造型方法的特点和应用，见书中表7-1。铸件常见的缺陷的特征及产生原因，见书中表7-22） 特种铸造：熔模铸造的工艺过程：制母模压型制蜡模制壳焙烧浇注清理。熔模铸造的特点：铸件的尺寸
2、精度及表面质量高，减少切削、节约材料，适于铸熔点高、难切削加工材料。3、铸件结构工艺性1）砂型铸造对铸件结构设计的要求：减少和简化分型面；外形力求简单对称；有结构斜度；有利于节省型芯及型芯的定位、固定、排气和清理。2）合金铸造性能对铸件结构设计的要求：铸件壁厚要合理、壁厚应均匀、有铸造圆角和过渡连接、尽量避免过大平面。四、习题一、填空题1、合金的铸造性能主要是指（ ）、（ ）、（ ）、（ ）。2、合金的收缩过程分为（ ）、（ ）、（ ）三个阶段。3、铸件产生缩孔和缩松的主要原因是（ ）收缩和（ ）收缩。4、铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因是（ ）收缩。二、判断题1、机器造型不能进行三箱造型
3、。（ ）2、铸造造型时，模样的尺寸和铸件的尺寸一样大。（ ）三、选择题1、下列铸造合金中，铸造性能最好的是（ ），铸造性能最差的是（ ）。A 铸钢 B 铸铁 C 铸铜2、下列铸件大批量生产时，采用什么方法铸造为宜？车床床身（ ）、汽轮机叶片（ ）、铸铁水管（ ）。A 砂型铸造 B 熔模铸造 C 离心铸造四、简答题1、砂型铸造工艺对铸件结构设计有哪些要求？2、合金铸造性能对铸件结构设计有哪些要求？3、下图中砂型铸造铸件结构工艺性不好，说明原因，画出正确图形。第8章 锻压成形二、基本内容1、锻压成形基础知识1）塑性变形对金属性能的影响：随着变形程度的增加，强度和硬度提高而塑性和韧性下降的现象称为冷
4、变形强化。通过再结晶退火，可消除冷变形强化。2）锻造流线及锻造比：锻造流线是金属的性能呈各项异性：沿着流线方向拉伸时，有较高的抗拉强度；沿着流线垂直方向剪切时，有较高的抗剪强度。锻造比愈大，热变形程度愈大，金属性能改善愈明显，锻造线愈明显。3）合金的锻造性能：内在因素：对钢来讲，含碳量愈低，锻造性能愈好，合金元素与多，锻造性能愈差，含硫量和含磷量愈多，锻造性能愈差。2、自由锻1）自由锻的基本工序：包括：敦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转等。 2）自由锻工艺规程的制定：包括：绘制锻件图、计算坯料质量及尺寸、选择锻造工序。 3）自由锻锻件结构工艺性要求：避免锥面和斜面；避免加强肋、工字形、椭圆和复
5、杂截面；避免非平面交接结构。3、模锻1）模锻的优点：与自由锻相比，断件的尺寸和精度比较高，加工余量少，节约工时与材料；锻造流线分布合理，生产率高。2）锤上模锻：锻模：分为模锻模膛和制坯模膛。模锻模膛包括终锻模膛和预锻模膛；制坯模膛包括拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛和切断模膛。模锻工艺规程：包括绘制模锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步、选择设备和安排修整工序。绘制模锻件图注意分型面、加工余量、模锻斜度、模锻圆角和冲孔连皮等。常用修整工序有切边、冲孔、精压等。模锻件结构设计：要有合理的分模面、模锻斜度和圆角半径；配合表面要留有加工余量，非配合表面可不留加工余量；避免截面相差过大，薄壁、高筋、凸起等结
6、构；避免深孔和多孔结构；减少余块，简化模锻工艺。4、板料冲压1）冲压工序：板料冲压工序:分为分离工序和变形工序。分离工序包括落料、冲孔、修整、剪切。变形工序包括弯曲、拉伸、翻边、成形等。2）冲模：按组合方式分为单工序模、级进模、组合模三种。四、习题一、填空题1、当沿着锻造流线方向拉伸时，有（ ）抗拉强度；当沿着垂直锻造流线方向剪切时，有（ ）抗剪强度。2、自由锻的工序可分为（ ）工序、（ ）工序、（ ）工序三大类。3、模锻按使用设备不同，可分为（ ）模锻、（ ）模锻、（ ）模锻三种。4、板料冲压工序可分为（ ）工序，（ ）工序两大类。二、判断题1、金属冷塑性变形后，强度和硬度下降，而塑性和韧性
7、提高。（ ）2、铁在400时的加工属于热加工。（ ）3、对于钢来讲，含硫量和含磷量愈多，则锻造性能愈好。（ ）三、选择题1、下列材料中，（ ）的锻造性能最好，（ ）的锻造性能最差。A 铸铁 B 低碳钢 C 合金钢2、板料冲裁时，被分离的部分成为成品或坯料，称为（ ）；被分离的部分成为废料，称为（ ）。A 冲裁 B 落料 C 冲孔四、名词解释热变形 冷变形五、简答题1、什么叫冷变形强化？2、以圆钢为坯料，自由锻制带孔圆环形、圆筒形锻件，其锻造工序有何异同？3、下图中自由锻锻件结构工艺性不好，说明原因，画出正确图形。第9章 焊接与胶接成形二、学习内容1、焊接的实质、焊接方法的分类和特点1）焊接的实
8、质：焊件接头通过加热或加压，或并用，使焊件达到原子间结合的工艺方法。2）焊接方法的分类：按焊接过程特点可分为熔焊、压焊、钎焊三大类。3）焊接的特点：优点有连接性能好，密封性能好，省工料，成本低，可简化工艺等。不足之处有不能拆卸，更换修理不方便，接头组织性能变差，存在焊接应力及缺陷，易产生变形等。2、焊接接头1）焊接接头的组织和性能：焊接接头有焊缝、熔合区、热影响区组成。焊缝的组织是柱状晶体的铸造组织，由于合金化的作用，性能不低于母材。熔合区的组织是粗大晶粒的铸态组织，性能是焊接接头中最差的区域之一。热影响区分为过热区、正火区和部分相变区。过热区的组织是粗大晶粒的过热组织，性能是热影响区中最差的
9、部位；正火区的组织是细小晶粒的均匀组织，性能优于母材；部分相变区的组织是晶粒大小不均匀的组织，性能稍差于母材。2）焊接应力和变形：产生原因：由于焊件在焊接时是不均匀的局部加热和冷却，造成焊件的热胀冷却速度和组织变化先后不一致，从而导致焊接应力和变形的产生，影响焊件质量。焊接变形的基本形式：收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形。预防变形的工艺措施：反变形法、刚性固定法、合理安排焊接顺序、焊前预热，焊后处理。焊接变形的矫正措施：机械矫正法、火焰矫正法。2、 常用焊接方法1） 手工电弧焊：特点与应用：具有设备简单、操作灵活、对接头要求不高、焊接条件和位置不限、成本低、应用广泛，但有强烈的弧
10、光和烟尘、劳动条件差、效率低、对工人技术水平要求高，焊接质量不稳定。一般用于单件小批生产中焊接碳素钢、低合金结构钢、不锈钢及铸铁补焊。焊条：由焊芯和药皮组成，焊芯起导电和填充金属作用，药皮起保护、冶金作用。焊条按溶渣的化学性质分为酸性焊条和碱性焊条，按用途分为十一大类。焊接一般碳素结构钢、低合金结构钢结构，选用强度等级相同的焊条，焊接特殊性能钢结构，选用成分相同或相近的焊条，焊接承受动载、交变载荷、冲击载荷的结构，选用碱性焊条，焊接承受静载的结构，选用酸性焊条。2） 气体保护焊：氩弧焊特点及应用：氩弧焊具有保护效果好、焊缝成形美观、焊缝质量优良、明弧焊接易于观察、温度容易控制、焊接变形小、易于
11、实现自动焊接、氩气较贵，成本高。氩弧焊适用于焊接易氧化的有色金属和合金钢。CO2焊特点及应用：CO2焊具有保护效果好、焊缝质量较好、但成形较差、明弧焊接易于观察、焊接变形小、易于实现全位焊接、CO2气便宜，成本低。CO2焊适用于焊接低碳钢和强度级别不高的普通低合金结构钢，主要焊接薄板。3） 电阻焊：电阻焊通常分为点焊、缝焊、对焊三种。其特点是：焊接变形小、劳动条件好、操作方便、易于实现自动化，在自动化生产线上应用较多，但设备投资大、耗电多、接头形式和工件厚度受到一定限制。点焊主要用于4mm以下薄板冲压壳体结构及钢筋焊接，尤其是汽车和飞机制造。缝焊只适合于3mm以下薄板结构焊接，如易拉罐、油箱、
12、烟道等。对焊主要用于杆状零件对接，如刀具、管子、钢筋等。4） 钎焊：钎焊按钎料熔点分为软钎焊和硬钎焊，钎料熔点在450以下的钎焊叫软钎焊，钎料熔点在450以上的钎焊叫硬钎焊。钎焊具有焊接变形小、焊件尺寸精确、可以焊接异种材料和特殊结构、可一次焊成整体结构、生产率高、易于实现自动化。主要用于精密仪表、电器零部件、异种金属结构、复杂薄板结构及硬质合金刀具。4、常用金属材料的焊接1）金属材料的焊接性的评定：碳当量法：CE = C +Mn/6 +(Ni + Cr)/15 + (Cr + Mo + V)/5(%)。碳当量越大，焊接性越差。CE0.6%时，焊接性差。2)碳素结构钢、低合金高强度结构钢的焊接
13、：低碳钢的焊接:没有淬硬倾向，冷裂倾向小，焊接性良好，焊前不需要预热。手工电弧焊一般选用E4303(结422)和E4315(结427)焊条。中碳钢的焊接:淬硬倾向和冷裂倾向较大，焊前必需预热。手工电弧焊一般选用E5015 (结507)焊条。低合金高强度结构钢的焊接：淬硬倾向和冷裂倾向较小，焊接性较好，强度级别低的焊前不需要预热，强度级别高的焊前需要预热。手工电弧焊一般按同强度级别选用焊条。5、焊接结构工艺性1）焊接接头设计：接头形式有对接、搭接、角接、T形接四种。薄板焊接有各种卷边接头形式。2）焊缝布置：焊缝布置尽可能分散、应避开应力集中部位、布置应尽可能对称、应便于操作、应尽量减少焊缝长度和
14、数量、应尽量避开机械加工表面。3）坡口形式设计：电弧焊常用的基本坡口形式有I形坡口、V形坡口、X形坡口、U形坡口等四种。四、习题一、填空题1、焊接的实质是被连接的焊件形成（ ）间的结合。2、按焊接过程特点，可将焊接分为（ ）、（ ）、（ ）三种焊接方法。3、焊接接头中性能最差的部位是（ ）区和（ ）区。4、酸性焊条常应用于（ ）焊接结构；碱性焊条常应用于（ ）焊接结构。二、判断题1、钢中的碳和合金元素对钢的焊接性的影响是不同的，合金元素的影响最大。（ ）2、焊接热裂纹的产生主要跟硫、磷等杂质太多有关。（ ）3、焊接冷裂纹的产生主要跟含氢量的多少有关。（ ）三、选择题1、下列材料中，（ ）的焊接
15、性能最好，（ ）的焊接性能最差。A 20 B T10A C 452、在手工电弧焊中，低碳钢的焊接一般选用（ ）焊条，中碳钢的焊接一般选用（ ）焊条。A H08A B E4315(结427) C E5015(结507)3、低碳钢焊前一般（ ）预热，低温焊厚板时（ ）预热；中碳钢焊前（ ）预热。A 需要 B 不需要 C 必须 四、名词解释: 碳当量五、简答题1、焊芯的作用是什么？其化学成分有何特点？2、焊条药皮有哪些作用？3、下图中手工电弧焊焊件结构工艺性不好，说明原因，画出正确图形。 第10章 机械零件材料及毛坯的选择二、基本内容1、机械零件的失效1）：零件失效的主要形式：过量变形失效、断裂失效
16、、表面损伤失效、裂纹失效。2）零件失效的原因：结构设计不合理、材料选取不当、加工工艺问题、适用维护不当。2、机械零件材料选择的一般原则在满足使用性能要求的前提下，尽量选用工艺性能和经济性良好的材料。3、典型零件选材及工艺路线1）齿轮类零件选材及工艺路线：常用齿轮材料：重要用途中载齿轮用中碳钢或中碳合金钢锻制；高速耐冲击重载齿轮用低碳钢或低碳合金钢锻制；低速无冲击轻载精度底齿轮用铸铁制造；直径大形状复杂齿轮用铸钢制造。汽车、拖拉机齿轮选材及工艺路线：材料20CrMnTi；工艺路线为：下料锻造正火切削加工渗碳（孔防渗）淬火、低温回火喷丸校正花键孔精磨齿机床齿轮选材及工艺路线：材料40Cr或45；工
17、艺路线为：下料锻造正火粗切削加工调质半精加工高频淬火、低温回火磨削2）轴类零件选材及工艺路线：常用材料：重要用途轴一般用中碳钢或中碳合金钢锻制；高速大功率内燃机曲轴用合金调质钢锻制；中、小型内燃机曲轴用球墨铸铁或45刚。 机床主轴选材及工艺路线：材料40Cr或45；工艺路线为：下料锻造正火粗切削加工调质半精加工（花键除外）局部淬火、回火（锥孔及外锥体）粗磨（外圆、外锥体、锥空）铣花键花键高频淬火、回火精磨削球墨铸铁曲轴工艺路线：铸造高温正火高温回火机械加工轴颈表面淬火、自热回火磨削4、常用毛坯加工方法的特点及应用1）毛坯的种类：机械零件常用毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件和型材等。2）常用
18、毛坯加工方法的特点及应用：常用毛坯加工方法有铸造、锻压、冲压、焊接、型材等。其特点及应用见表10-1。3）毛坯选择的原则：在满足使用性能要求的前提下，尽量降低生产成本和提高生产效率。4）典型机械零件毛坯的选择：轴杆类零件：承受弯矩、传递扭矩、要求具有高的力学性能的轴杆类零件，多采用锻件；结构复杂、受力不大的凸轮轴、曲轴等，可采用球墨铸铁铸造；承受弯矩和传递扭矩很小、力学性能要求不高的轴杆类零件，多采用型材；某些情况可采用铸-焊、锻-焊结合方式制造。盘套类零件：重要用途的齿轮，选用锻件；直径较大、形状复杂的齿轮，可用碳钢或球墨铸铁铸造；低速轻载、不受冲击的齿轮，可用灰铸铁铸造。机架、箱体类零件：
19、箱体类零件大多选用铸铁铸造；承载较大的箱体可用铸钢；要求重量轻、散热好的箱体，可采用铝合金铸造；单件小批生产时，可采用钢材焊接而成。四、习题一、填空题1、零件失效的主要形式有（ ）失效，（ ）失效，（ ）失效，（ ）失效四种类型。2、机械零件常用毛坯种类有（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ）。二、判断题1、齿轮类零件、轴类零件最好用锻钢制作。（ ）2、箱体类零件单件小批生产时，可采用钢材焊接而成。（ ）三、选择题1、选择下列零件材料：箱盖（ ），齿轮轴（ ），螺栓（ ）。A 45 B Q235 C HT2002、选择下列零件毛坯类型：箱体（ ），受冲击齿轮（ ），垫圈（ ）。A 铸件 B 锻
20、件 C 冲压件四、简答题1、简述汽车齿轮的选材与工艺路线。2、简述C616机床主轴的选材与工艺路线。第11章 金属切削加工的基础知识二、基本内容1、切削运动和切削要素1）切削运动：切削运动：为了切除工件上多余的金属，刀具与工件之间所作的相对运动。按切削运动在切削过程中起的作用不同，可分为主运动和进给运动。主运动：切下切屑所必需的最基本的运动，也是切削加工中速度最高、消耗功率最多的运动。切削加工中只有一个主运动。进给运动：是使工件切削层不断投入切削而加工出完整表面的运动。切削加工中可以有一个主运动，也可以有几个主运动。2）切削要素：切削用量要素：切削速度、进给量、背吃刀量。切削层平面尺寸要素：切
21、削层厚度、切削层宽度、切削层截面面积。2、金属切削刀具：1）刀具常用材料：碳素工具钢：用于制造简单手工刀具。常用钢牌号有T10A、T12A。量具刃具钢：用于制造形状复杂手工刀具。常用钢牌号有CrWMn、9SiCr。高速钢：用于制造形状复杂机动刀具。常用钢牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。硬质合金：多制成各种形状刀片，机动加工各种金属材料。常用钢牌号有YG3、YG5、YG8、YT5、YT15、YT30。2）车刀切削部分的几何参数：外圆车刀切削部分的组成：前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃、刀尖。3）车刀标注角度参考系：基面Pr：过切削刃上任一点的水平面。切削平面Ps：通过切
22、削刃上任一点与切削刃相切，垂直于基面的平面。正交平面Po：通过切削刃上任一点，并同时与垂直于基面和切削平面的平面。3） 车刀正交平面参考系内的标注角度：主偏角r：基面内主切削刃与进给方向的夹角。其主要作用是影响背向力的大小和刀具寿命。副偏角r：基平面内副切削刃与进给反方向的夹角。其主要作用是影响工件以加工表面粗糙度。前角。：正交平面内前刀面与基面之间的夹角。其主要作用是使刃口锋利。后角。：正交平面内后刀面与切削平面之间的夹角。其主要作用是减少主后刀面与工件过渡表面之间的摩擦。刃倾角s：切削平面内主切削刃与基面间的夹角。其主要作用是控制切屑流向1、 金属切削过程中的物理现象1） 金属切削过程的实
23、质：就是通过刀具把金属层变为切屑的过程，其实质是一个挤压变形的过程，塑性金属在切削过程中一般要经历弹性变形、塑性变形、挤裂破坏和切离四个阶段。2） 切削变形区：第变形区：又称基本变形区。切削力、切削热主要来自这个区域。第变形区：是切屑于前刀面间的摩擦变形区。该区域对积屑瘤的形成和前刀面磨损有直接影响。第变形区：是工件已加工表面与刀具后刀面的摩擦区。该区域对工件已加工表面的变形强化和残余应力及后刀面的磨损有很大影响。3）积屑瘤：产生条件：切削塑性金属；切削速度在560m/min。对切削加工的影响：粗加工时有好处，保护刀刃，增大前角。精加工时不利，影响表面质量和尺寸精度，因此精加工时避免产生积屑瘤
24、，故常采用高速（v100m/min）或低速（v80mm不适宜铰削。3、镗削加工：1）镗削加工工艺特点：加工范围广；能修正底孔轴线；成本较低；生产率较低。2）镗削加工的应用：镗床不只用于镗孔，还可以铣平面、铣沟槽、钻孔、扩孔、铰孔、车端面、车环形槽、车螺纹等。镗床适于加工孔系，不管是粗垂直孔系，还是平行孔系。形状复杂的大型零件上孔径大、尺寸和位置精度要求高的孔系，应在镗床上加工。4、铣削加工1）铣削方式：铣削方式分为端铣和周铣。端铣是用铣刀端面齿铣削工件表面。周铣是用铣刀圆周齿铣削工件表面。一般来说，端铣在表面加工质量、精度、生产效率方面由于周铣，周铣在加工范围方面优于端铣。周铣又分为顺铣和逆铣。顺铣加工表面质量较好，多用于精加工。逆铣多用于粗加工。2）铣削的应用：铣削可以铣平面，铣普通槽、成形槽
