【文章內(nèi)容簡介】 加工。金屬材料是重要內(nèi)容。對產(chǎn)品質(zhì)量,可靠性,壽命,外觀起決定作用。選用依據(jù)有以下幾點:(一)依據(jù)使用性能選材 根據(jù)產(chǎn)品的工作條件失效形式提出對使用性能的要求,作為選材的主要依據(jù)。: 在外力作用下產(chǎn)生過度彈性及塑性變形,失去正常工作所必須的形狀尺寸精度稱為變形失效。如軸,齒輪,彈簧......易產(chǎn)生變形失效。 對此應選屈服強度,屈強比,彈性極限,彈性模量高的材料。:(1)塑性斷裂失效:塑性變形后斷裂。是構(gòu)件承受的應力超過了材料的強度極限引起的。應選高強度的材料。(2)低應力脆性斷裂: 高強度材料如轉(zhuǎn)子軸,錘桿存在裂紋源,在低應力下不發(fā)生塑變即斷裂。應選強韌性好的材料。(3)疲勞斷裂:交變應力作用下,疲勞裂紋擴展而成。是零部件主要失效形式。如軸,齒輪,彈簧。應選用疲勞強度較高的材料。 (1)磨損失效: 因接觸物相對摩擦磨損,不能繼續(xù)工作稱為磨損失效。如齒輪齒面,刀具刃口。為此選用與配合件性質(zhì)不同且表面硬度高摩擦系數(shù)小或有自潤滑能力的材料。(2)表面腐蝕失效:因化學或電化學作用,構(gòu)件表面被腐蝕,形狀尺寸發(fā)生變化。對此防腐處理。(3)表面疲勞損傷失效:因交變接觸應力引起。應減少構(gòu)件的表面粗糙度和表面強化處理。(二)根據(jù)工藝性能選材(1)鑄造性:對受力不大,結(jié)構(gòu)復雜的選擇鑄造成型。 鑄造性好的合金有鑄鐵,鑄鋼,鑄造鋁合金。(2)鍛造性:受力大,復雜。進行鍛造成型。 低碳鋼好。中碳鋼次之。高碳鋼較差。鋁合金可鍛性不好,銅合金可鍛性較好。(3)焊接性:體積大,要求氣密性好的采用焊接成型。如容器,管道,鍋爐。 低碳鋼焊接性好。(三)選材的經(jīng)濟性第六次課：1．教學內(nèi)容（1）鑄造加工及工藝2．講授重點及要求：掌握1。3．時間安排：兩次課銜接10分鐘，小節(jié)10分鐘。22金屬材料成型與工藝性常見成型方法:鑄造,鍛造,焊接,切削加工... ...。一、 鑄造加工及工藝性把液態(tài)金屬澆注到鑄型中的工藝過程，表26。分類 ： 砂型鑄造 金屬型鑄造 ∠ 特種鑄造 ｛ 壓力鑄造 熔模鑄造 離心鑄造(一)鑄造生產(chǎn)特點:。不受合金種類限制。,切削加工余量少,設(shè)備投資少,工藝簡單。,晶粒粗大,有縮孔縮松,工人勞動強度大。(二)鑄造合金的鑄造性常見鑄造合金有鑄鐵,鑄鋼和鑄造有色合金。除必要力學性能,物理性能,化學性能,還應有良好的鑄造性能。鑄造生產(chǎn)中表現(xiàn)的工藝性能。選擇合金的重要依據(jù)是保證鑄件質(zhì)量的重要因素。包括流動性,收縮,偏析,吸氣等。(1)合金的流動性能:澆注時液體金屬充填鑄型的能力。與合金種類,結(jié)晶特點,粘度有關(guān)。 流動性好 ,充填能力強,可得到形狀復雜輪廓清晰的鑄件。缺陷少,補縮好。否則易產(chǎn)生冷隔,澆不足。 黃銅,鑄鐵流動性最好。鑄鋼最差。(2)影響合金流動性因素1）化學成分:層狀結(jié)晶、純金屬、共晶合金好。 磷能降低粘度和表面張力,提高流動性。2）澆注溫度:溫度升高粘度降低增加流動性。溫度太高,收縮大,吸氣增加,氧化性增加,粘砂增加。3）充型能力:流動阻力增加,降低流動性。 光滑,流動性好；直澆口高,壓力大,流動性好。含水少,透氣性好,流動性好。 金屬型不如砂型,干型不如濕型。(1)合金收縮及影響因素:合金的收縮冷卻凝固過程中體積減少的現(xiàn)象。分為三階段。液態(tài)收縮產(chǎn)生縮孔原因之一。 凝固收縮產(chǎn)生縮孔縮松的原因。 固態(tài)收縮產(chǎn)生應力變形裂紋的主要原因。影響因素:1）化學成分:鋼中碳含量增加,凝固收縮增加。鑄鐵中C ↑,G ↑,收縮↓；Si↑、 G ↑,S ↑、G ↓。Mn ↑，S ↓，G↑。2）澆注溫度:溫度增加,收縮增加。3）鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型:收縮受阻（芯子阻力）,收縮減小。(2)鑄造縮孔縮松的形成及防止縮孔:純金屬,共晶合金易形成?？s松:結(jié)晶區(qū)間寬的合金易形成。防止措施安放冒口控制凝固順序,縮孔移出體外。安放冷鐵,調(diào)整冷速。固態(tài)收縮受阻會產(chǎn)生內(nèi)應力,甚至變形與裂紋。(1)熱應力的產(chǎn)生:鑄件厚薄不同,冷速不同。同一時刻收縮不同而引起內(nèi)應力。以T型桿為例。 機械應力:鑄件固態(tài)收縮受阻(鑄型 型芯)。(2)變形及防止鑄件壁厚要盡量均勻,對稱。盡量同時凝固,用冒口、冷鐵調(diào)整冷速。反變形法。時效處理(人工,自然)。(3)裂紋及防止熱裂:高溫裂紋。短,寬,形狀曲折。成分合理,減少芯子阻力。冷裂:低溫裂紋。細小,直線,無氧化。降低內(nèi)應力, ↓P。(三)砂型鑄造 (普通機器造型,高壓造型)。(四)特種鑄造 除砂型鑄造以外的其他鑄造方法。熔模,金屬型,離心,壓力,連續(xù),陶瓷,真空,瓷丸鑄造... ...圖22。是在蠟模表面包以造型材料,待其硬化,將其中的蠟模熔去,獲得無分型面的鑄件的鑄造方法。熔模鑄造特點: 精度高,光潔度好。適于各種合金,尤其是高熔點難加工的?？缮a(chǎn)形狀復雜的結(jié)構(gòu)件。生產(chǎn)中小構(gòu)件一般小于25千克。 把液態(tài)金屬澆到金屬模中。又稱永久型鑄造。金屬型由灰鐵,鋼制造。特點:生產(chǎn)效率高,省工時和型砂。力學性能好。鑄件精度高。成本高透氣性差,不適于薄件。 把液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中,在離心力作用下填充鑄型并凝固成型。分為立式和臥式離心鑄造機。特點:工藝簡單、省金屬、省芯。力學性能好,組織致密,無氣孔,無縮孔,無夾雜。適于雙金屬鑄造。內(nèi)徑尺寸差,粗糙,偏析。適于鑄鐵管,汽缸套,銅套。除此外還有壓力鑄造,連續(xù)鑄造,陶瓷鑄造...。(五)鑄造方法選擇各種鑄造方法各有優(yōu)缺點。砂型鑄造應用廣，表27。試選鑄造方法：床身,活塞，汽輪機葉片,汽缸套，摩托車汽缸體，齒輪銑刀，大口徑污水管。(六)鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性: 除滿足使用要求外,還要考慮鑄件結(jié)構(gòu)工藝,將影響鑄件質(zhì)量及成本。 (1)對鑄造結(jié)構(gòu)復雜的要求 與起模方式和鑄型的退讓性有關(guān)。砂型鑄造可用兩箱,多箱,活塊,砂芯,生產(chǎn)復雜形狀。熔模鑄型無分型面,可復雜。金屬型和壓力型鑄造要形狀簡單些。(2)對鑄件尺寸精度和表面粗糙度的要求砂型鑄件尺寸精度和表面粗糙度差。壓力鑄造和熔模鑄造的鑄件比砂型鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量高。(3)對鑄型重量和壁厚的要求砂型鑄件大小不受限,熔模鑄件要小于25千克。金屬型鑄造和壓力鑄造的鑄件和型芯不能太大。不同鑄造合金鑄造性能不同,對結(jié)構(gòu)要求不同。球墨鑄鐵的鑄造性稍差,有較大縮孔傾向,設(shè)計鑄型要壁厚均勻，圖23。(1)減少分型面,力求外形簡單，圖24。(2)減少型芯或不用型芯,裝配清理,排氣方便，圖25。（3)結(jié)構(gòu)斜度:不加工面應設(shè)計結(jié)構(gòu)斜度，圖26，表28。（4)鑄件應有合理的壁厚，表29，圖27。對每種合金來說,在一定鑄造條件下,都存在一個使液態(tài)合金能充滿鑄型的最小允許壁厚,稱為該合金的最小壁厚。如果鑄件的壁厚小于最小壁厚,則因充型能力不足,易產(chǎn)生冷隔,澆不足等缺陷。如果壁厚太大，則心部粗大,易產(chǎn)生縮孔,縮松。應選擇合理的截面形狀(弓字形,槽形,箱形)或帶加強筋，以減少壁厚。(5)鑄件壁厚應力求均勻:不同壁厚要圓角過渡。應避免壁與壁的交叉和銳角連接，圖28，表210。(6)應盡量避免鑄件有過大水平面，圖2圖210。第七次課：1．教學內(nèi)容（1）壓力加工及工藝2．講授重點及要求：掌握1。3．時間安排：兩次課銜接10分鐘，小節(jié)10分鐘。二、壓力加工及其工藝性 是在外力作用下,使金屬產(chǎn)生塑性變形,獲得一定形狀尺寸的原材料及毛坯,零件的加工方法。適于大多數(shù)金屬材料。 消除鑄造缺陷(氣孔,縮松)；細化晶粒,提高力學性能。(一)塑性變形的實質(zhì):(1)單晶體塑性變形是外力足夠大沿晶面移動一個或幾個原子距離。剪應力消失,回復正常,滑移完成。(2)多晶體塑性變形:除晶內(nèi)滑移還有晶間變形極小。組織:晶粒拉長。晶格扭曲。晶粒間產(chǎn)生碎晶。性能:強度硬度增加,塑性韌性下降。為加工硬化,增加滑移阻力,使材料強化。建筑鋼筋,冷沖壓,制釘。 加工硬化是一種內(nèi)部能量轉(zhuǎn)高不穩(wěn)定狀態(tài),具有回復到穩(wěn)定狀態(tài)趨勢。(1)回復:加熱到某溫度T回=()T熔點,原子獲得熱能,。(2)再結(jié)晶:溫度繼續(xù)升高,原子獲得更多熱能,開始以雜質(zhì)和碎晶為核心漸漸長大,生成正常晶格,晶粒。從而消除加工硬化。T再=(二)壓力加工方法簡介型材、板材、線材如軸,齒輪,連桿等都是壓力加工。:在上下軋輥之壓力下產(chǎn)生連續(xù)塑性變形，圖211。主要生產(chǎn)型材,圓鋼,角鋼,T字鋼,鋼軌....。 :在擠壓模內(nèi)用大的壓應力使之變形。 擠壓方式有正擠壓；反擠壓；復合擠壓；徑向擠壓擠壓，圖212。適于低碳鋼,有色金屬及合金,各種型材或零件。:用拉力把坯料從拉拔模中拉過而成型材，圖213。生產(chǎn)各種線材,薄管,適于低碳鋼,有色金屬及合金。:利用沖擊力或壓力使金屬坯料在上下砥鐵之間,施以沖擊力和靜壓力使其產(chǎn)生變形的加工方法。分手工自由鍛和機械自由鍛，圖214a自由鍛工序墩粗,沖孔,拔長,彎曲。特點:設(shè)備通用性強,簡單。生產(chǎn)率低,勞動強度大。鍛件精度低,消耗金屬多。適于各種合金。:在外力作用下使坯料在模型內(nèi)成型,從而獲得與模膛形狀一致的鍛件, 圖214b。(1)錘上模鍛特點:生產(chǎn)效率高。尺寸精確,余量小,光潔度高。形狀復雜,敷料少,成本低。 適于汽車,飛機,拖拉機(2)胎膜鍛造:在自由鍛設(shè)備上,使用簡單鍛模進行生產(chǎn)模鍛件。特點與自由鍛相比,質(zhì)量好,節(jié)省金屬,生產(chǎn)率高,成本低。 與模鍛相比,不要貴設(shè)備。鍛模簡單,勞動強度大。:利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形獲得所需零件和毛坯的壓力加工方法, 圖214c。板料沖壓工序:落料沖孔；變形工藝：拉深彎曲,成型。特點形狀復雜,廢料少。精度,光度高,互換性好。重量輕,強度剛度高。操作簡便生產(chǎn)率高。適于低碳鋼,高塑性合金鋼,有色金屬,汽車,拖拉機... ..。(三)金屬材料可鍛性: 金屬材料的可鍛性指材料進行壓力加工的難易程度。由塑性和變形抗力來衡量。塑性好,變形抗力小,可鍛性好。 影響可鍛性的因素: (1)化學成分純金屬塑性好,可鍛性好。鐵合金中隨含碳量的增加使塑性下降,可鍛性變差。S、P的增加使可鍛性變差。 (2)金屬組織結(jié)構(gòu)單一組織可鍛性好。 固,純機械混合物。 AF+P。 面心立方體心立方。 碳化物彌散好于網(wǎng)狀。 細晶粗晶。 (1)變形溫度 提高變形溫度可增大金屬材料的塑性并降低變形抗力。但要避免過熱和過燒。加工硬化嚴重會造成裂紋。 (2)變形速度:單位時間內(nèi)變形程度。當小于Va時,隨著v ↑塑性↓抗力↑ 可鍛性↓；當大于Va時,機械能轉(zhuǎn)成熱能,塑性↑， v↑ 塑性 ↑ 抗力 ↓ 可鍛性↑，圖215。 (3)應力狀態(tài): 拉拔時變形材料呈兩向壓應力和一向拉應力狀態(tài)。模鍛時金屬材料呈三向壓應力狀態(tài)。 變形中三向應力狀態(tài)中的壓應力數(shù)目越多,塑性越好,抗力稍大,可鍛性好。(四)壓力加工零件結(jié)構(gòu)工藝性 不僅要有良好使用性能,還要考慮加工工藝特點,使零件便于加工,降低成本,提高生產(chǎn)率。1． 自由鍛的結(jié)構(gòu)工藝性 （1）應避免斜面和圓錐面。 (2)不能圓弧連接。 (3)不能有凸臺,加強筋。 (4)復雜件可由組合件完成。表211。 1）為保證鍛件取出,要選合理分模面。2）加工面留有余量,垂直面要留有斜度,交接面圓角過渡。3）形狀簡單,平直,對稱,避免薄壁高筋等。4）盡量避免深孔,多孔。5）形狀復雜采用分別鍛造,焊接組合，圖21圖217。(1)落料沖孔要求:外形簡單對稱形狀規(guī)則。外形用圓形,矩形。孔徑不能小于厚度,?？拙嗖荒苄∮诤穸?。轉(zhuǎn)角處應圓角過渡，圖21圖21表212。 (2)彎曲對結(jié)構(gòu)要求：纖維方向和彎曲受力垂直。使彎曲半徑不能小于材料許可的最小彎曲半徑。彎曲平直部分H2t。表213彎曲帶孔件時,為避免孔變形孔的位置,L()t，圖2圖221。(3)對拉深結(jié)構(gòu)的要求: 形狀簡單對稱,拉深高度不易過大。拉深件圓角過渡。(4)沖壓件結(jié)構(gòu)合理應用：用沖,焊代鍛,鑄,切削。減少組合件,采用沖壓工藝。采用加強筋代厚件，圖22圖22圖224。第七次課：1．教學內(nèi)容（1）焊接加工及工藝2．講授重點及要求：掌握1。3．時間安排：兩次課銜接10分鐘，小節(jié)10分鐘。三、焊接及加工工藝通過加熱或加壓或同時加熱又加壓,使原子擴散與結(jié)合,從而形成一個整體,稱為焊接。按焊接特點分:表215(1)熔化焊:,氣焊。(2)壓力焊:不管加熱與否,都需加一定壓力,產(chǎn)生塑變形成接頭。如電阻焊,摩擦焊,冷壓焊。(3)釬焊:把被焊金屬和釬料加熱,釬料熔化,把被焊金屬包起形成接頭,如錫焊,銅焊。焊接特點: 與鉚接比省材料,省工時。氣密性水密性好。能化大為小,并小成大。易于機械化,自動化。(一)常用焊接方法:(1)手工電弧焊:用電焊條手工操作的電弧焊。具有設(shè)備簡單,操作靈活,適于各種位置焊接,焊縫長度和形狀不受限。電焊條:由焊芯和藥皮組成。 焊芯作用:導電,引弧，