材料成型技术基础

大学选修期末考试自用 提供思路。较全面地介绍了凝固成形、塑性成形、焊接成形、表面成形、粉末成形和塑料成型的基本原理、工艺方法和技术要点，适当反映当代科技在材料成形领域的新成就。

材料成型技术基础

• 金属液态成型
  • 铸造性能
    • 流动性
      • 影响因素
        • 化学成分
          • 共晶
          • C Si越多越好
          • P促进 Mn S减弱
          • 灰口铸铁，硅黄铜流动性最好；铸钢最差（铸钢wc<2.11 铸铁wc>2.11更接近共晶）
        • 浇注温度
        • 充型条件
          • 压力越大 越大
          • 减少铸型阻力，增大流速，减慢冷却速度均会增加
      • 缺陷
        • 冷隔
        • 浇不足
    • 收缩性
      • 收缩的三个阶段
        • 液态收缩
          • 缩孔缩松
        • 凝固收缩
          • 缩孔缩松
        • 体收缩
          • 铸件体积减小
        • 固态收缩
          • 应力 变形 裂纹
          • 线收缩
            • 铸件尺寸减小
      • 缺陷
        • 缩孔
        • 缩松
        • 变形
        • 裂纹
          • 热裂
          • 冷裂
        • 如何应对？
          • 缩松缩孔：流动性。 变形裂纹：应力
          • 如何应对缩松缩孔？
            • 选共晶
            • 顺序凝固
              • 冒口冷铁补贴内浇道
          • 如何应对铸造应力与变形、裂纹？
            • 应力
              • 同时凝固
            • 变形
              • 壁厚均匀形状对称
              • 反变形
              • 同时凝固
              • 精度要求高，不允许发生变形：时效处理
                • 自然时效
                  • 露天放置
                • 人工时效
                  • 去应力退火
            • 裂纹
              • 热裂
                • 与铸件固态收缩受阻
                • 选择结晶范围小的合金
                  • 铸件组织
                • 减少S含量
                  • 铸件元素
                • 改善铸型结构，减少铸型阻力
                  • 铸型结构
              • 冷裂
                • 铸件内应力大
                • 减少铸造内应力，降低合金脆性
                  • 减少应力：同时凝固
                • 选择塑性好的铸造铝合金，铸造铜合金
                • 减少P含量
                • 改善铸型结构，减少铸型阻力
    • 偏析
  • 基本工艺
    • 砂型铸造
      • 铸造工艺图
        • 浇注位置
          • 浇注位置确定
            • 重要加工面，大平面在下面
              • 上面的面会出现砂眼气孔
            • 薄而大平面放在下面
              • 避免冷隔浇不足
            • 厚壁放上面
              • 顺序凝固，冒口补缩
            • 减少型芯数量
              • 利用自带型芯
        • 分型面
          • 分型面确定
            • 最大截面
              • 起模而不损害铸型
            • 平直面
              • 简化工艺
            • 减少分型面，活块数量
              • 简化操作，提高生产率
            • 重要加工面，大部分加工面，尽量放下箱
              • 保证精度
            • 尽量与浇注位置一致
        • 二者冲突，保证质量：分型面
        • 工艺参数
        • 浇冒口位置
        • 型芯数量 安装位置
    • 特种铸造
      • 金属型铸造
      • 压力铸造
        • 生产率最高
        • 镶嵌件
      • 改善金属力学性能
        • 金属型冷却速度快：结晶组织致密，力学性能好
        • 压力铸造：压力作用下细化晶粒
      • 低压铸造
      • 离心铸造
        • 双金属
      • 熔模铸造
        • 形状复杂薄壁铸件
          • 铸造时型壳温度高，金属液流动性好
        • 工艺流程
          • 制作熔模
          • 结壳
          • 脱模
          • 焙烧
          • 浇注
• 金属塑性成形
  • 锻造性能
    • 塑性
    • 金属本质
      • 化学成分
        • 合金元素越多越差
        • wc越多越差
        • Cr W Mo V Ti降低锻造性能
        • 碳钢＞铸铁＞合金钢
      • 面心>体心>密排六方
    • 加工条件
      • 温度
        • 始锻温度不过高，终锻温度不过低
          • 过高
            • 浪费资源
            • 晶粒粗大
          • 过低
            • 加工硬化
      • 变形速度
      • 应力状态
  • 基本工艺
    • 自由锻
      • 工艺规程
        • 绘制锻件图
          • 加工余量
          • 锻造公差
          • 工艺余块
        • 计算坯料重量尺寸
        • 选择锻造工序
        • 选择锻造设备
        • 确定锻造温度范围
    • 模锻
      • 工艺规程
        • 绘制模锻锻件图（分模面）
          • 分模面选择
            • 模锻件最大尺寸截面
              • 保证能从模膛中取出
            • 上下模分模面模膛轮廓相同
              • 便于发现错模
            • 平面，上下模深浅一致，模膛处于宽度最大深度最浅位置
              • 利于模锻具制造
              • 金属易充满模膛
              • 利于锻件取出
            • 减少工艺余块
              • 节约金属
          • 加工余量
          • 锻造公差
          • 工艺余块
          • 模锻斜度
          • 模锻圆角半径
        • 选择模锻设备
          • 锤上模锻模膛
            • 制坯模膛
              • 拔长模膛
              • 滚压模膛
              • 弯曲模膛
            • 模锻模膛
              • 预锻模膛
                • 1.使材料尺寸更接近锻件
                • 2.终锻金属更易充满模膛
                • 3.减少终锻模膛磨损，提高使用寿命
              • 终端模膛
                • 1.增加金属从模膛中流出的阻力，促进金属更好充满模膛
                • 2.容纳多余金属
                • 3减少上下模冲击
                • 飞边槽
                  • 1.容纳多余金属
                  • 2.进入飞边槽金属冷却速度快，促进金属更好充满模膛
              • 区别
                • 预锻模膛比终锻模膛
                  • 高度大
                  • 宽度小
                  • 体积大
                  • 无飞边槽
        • 确定模锻工步
        • 计算坯料重量尺寸
        • 修整工序
    • 冲压
      • 拉深
      • 冲裁
        • 冲孔
        • 落料
      • 弯曲
      • 标注
        • 冲压缺陷
          • 拉深缺陷
            • 拉裂
              • 凸凹模
                • 有圆角
                • 有间隙
              • 拉深系数m大
              • 润滑
            • 起皱
              • 设置压边圈
              • 多次拉深
              • 增大拉深系数m
          • 弯曲缺陷
            • 弯裂
              • 半径大
              • 圆角
              • 纤维方向与弯曲方向垂直
            • 回弹
              • 小一个回弹角
        • 四种冲压模具结构（刃口，间隙）
          • 拉深模
            • 刃口
              • 圆角
              • 间隙
                • 凸凹模之间1.1-1.2倍板料厚度
          • 落料模
            • 刃口
              • 尖锐刀口
              • 间隙
                • 凹模刃口尺寸＝落料件尺寸
                • 凸模刃口尺寸＝落料件尺寸-模具间隙
          • 冲孔模
            • 刃口
              • 尖锐刀口
              • 间隙
                • 凸模刃口尺寸＝冲孔件尺寸
                • 凹模刃口尺寸=孔的尺寸+间隙
          • 冲裁模
          • 弯曲模
            • 弯曲半径
            • 凸凹模刃口均有圆角
            • 模具比实际小一个回弹角
• 坯料选材
• 焊接成型
  • 焊接性能
    • 碳当量，氢含量越多越差
    • 与合金元素无关
    • 强度等级越高越差
    • 低碳钢＞铸铁
  • 基本工艺
    • 熔化焊
      • 手工电弧焊
      • 埋弧电弧焊
      • 气体保护焊
        • co2气体保护焊
        • 氩弧焊
      • 电渣焊
    • 压力焊
      • 电阻焊
        • 点焊
        • 缝焊
        • 对焊
          • 电阻对焊
          • 闪光对焊
      • 摩擦焊
    • 钎焊
  • 焊接接头组织与性能
    • 区域
      • 焊缝
        • F+少量P
      • 热影响区
        • 熔合区
          • 熔化金属凝固成铸态组织+未熔化粗大晶粒
        • 过热区
          • 过热粗大晶粒
        • 薄弱区
        • 正火区
          • 细小均匀F+P，性能优于母材
        • 部分相变区
          • 组织不均匀
    • 改善热影响区
      • 1.低碳钢：热影响区不影响性能
      • 2.低碳合金钢：焊后热处理，正火细化晶粒均匀组织
      • 3.不能焊后热处理的：只能正确制定工艺减小热影响区
  • 如何应对焊接应力与变形
    • 应力
      • 1.反变形
      • 2.敲击
      • 机械
      • 3.焊接次序
        • 次序与规范
      • 4.焊前预热
      • 5.加热减应
      • 焊后热处理：低温退火
        • 焊接后消除
      • 热
    • 变形
      • 防止变形（前）
        • 1.反变形
        • 2.加余量
        • 3.刚性固定
        • 机械
        • 4.焊前预热
          • 热
        • 5.焊接次序
        • 6.焊接规范
        • 次序与规范
      • 矫正变形（后）
        • 1.机械法
        • 2.加热法
          • 适用于塑性好，没有淬硬倾向的低碳钢、普通低合金钢
  • 坡口作用
    • 1.保证焊缝根部焊透
    • 2.便于清理焊渣
    • 3.焊缝形状好，调节焊接变形
    • 4.调节母材金属与填充金属比例
• 充型能力
  • 流动性
  • 浇注条件
    • 温度 压力
  • 铸型条件
    • 铸型的蓄热能力
      • 金属型
      • 砂型铸造
      • 金属型冷却速度快
        • 结晶组织致密，力学性能好
        • 冷却速度快，流动性差，充型能力不好
  • 铸件结构
    • 壁厚越薄，急剧变化，面越大 充型能力越差
• 焊接方法选择
  • 电阻焊
    • 不需另加焊接材料
    • 薄板 钢筋
    • 铜+铝 异种金属
    • 铝+钢只能用电阻焊
  • co2焊
    • 成本最低
    • 低碳钢
  • 摩擦焊
    • 经济，生产率高
    • 杆类 棒材
  • 氩弧焊
    • 有色金属
    • 重要结构
    • 贵
  • 电渣焊
    • 厚大
    • 焊接性差的金属（铸铁 铸钢）
  • 埋弧自动焊
    • 长直焊缝
    • 大直径环缝
    • 批量
  • 钎焊
    • 一次焊多件，多接头
    • 薄板 细丝
  • 闪光对焊
    • 重要结构
  • 缝焊
    • 密封压力容器
  • 点焊
    • 轻薄板，无密封要求
    • 生产率高
  • 手工焊
    • 单件小批量
    • 焊缝短，且在不同位置
    • 高合金钢，不锈钢，铜合金
      • 质量要求高：氩弧焊
• 浮动主题
  • 铸件结构设计
    • 铸件壁厚合理
      • 薄：冷隔浇不足
      • 厚：晶粒粗大，缩松 缩孔
    • 圆角连接
      • 热节小 避免缩松缩孔
      • 消除柱状晶不良影响
      • 减少应力
    • 壁厚均匀
      • 铸件壁厚相差悬殊 热节处缩松缩孔；热应力 变形裂纹
    • 奇数轮辐 弯曲轮辐
      • 减少收缩应力 避免裂纹
    • 水平面改为倾斜面
      • 避免冷隔 浇不足 夹砂
    • 易裂处设置防裂筋
      • 铸钢 铸铝避免热裂
    • 大铸件分为几个小铸件 铸完组合
      • 螺栓连接 焊接连接
• 浮动主题
  • 自由锻结构设计
    • 形状简单，对于复杂零件用工艺余块
      • 多余金属用切削清除
    • 不应有椎体斜面，用圆柱体替代
      • 斜面椎体必须用专用工具
    • 避免曲面相交，应平面与平面 平面与圆柱面相交
      • 曲面不易锻造成型
    • 避免加强筋，凸台
      • 需用特殊工具 降低生产率；用小孔或凹槽替代 之后再切削出来
    • 截面急剧变化，设计成几个简单锻件，之后拼接
      • 焊接连接 机械连接
• 浮动主题
  • 模锻结构设计
    • 要有合理的 分模面、模锻斜度、圆角半径
      • 便于锻件从模锻中取出
    • 零件非接合面，不需要切削加工处，应有模锻斜度和 圆角
    • 外形简单，截面差距不大，避免凸起、薄壁、高筋
      • 减少工序
    • 避免窄沟、深槽、深孔、多孔
      • 便于制造模具，延长模具使用寿命
    • 形状复杂，分成多块，用锻+焊
      • 减少工艺余块，简化模锻工艺
• 凝固范围
  • 合金凝固温度范围越大
    • 缩松
    • 锡青铜
  • 小
    • 缩孔
• 浇口开在薄壁 厚大部分冷铁