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金属的加工工艺性能

发布时间:2019-09-16 09:58
作者:体育投注平台

  金属的加工工艺性能_能源/化工_工程科技_专业资料。1.4.2 金属材料的加工工艺性能 金属材料的一般加工过程如下: 加工工艺性能 ?金属和合金的加工工艺性能是指金属材料对不同加工工 艺方法的适应能力,它包括铸造性能、锻压性能、焊接 性能和切削加工

  1.4.2 金属材料的加工工艺性能 金属材料的一般加工过程如下: 加工工艺性能 ?金属和合金的加工工艺性能是指金属材料对不同加工工 艺方法的适应能力,它包括铸造性能、锻压性能、焊接 性能和切削加工性能和热处理性能等。这些性能直接影 响化工设备和零部件的制造工艺方法、质量和成本。故 加工工艺性能是选材各制定零件加工工艺路线时必须考 虑的因素之一。 1.铸造性能 铸造性能是指铸造成形过程中获得外形准 确、内部健全铸件的能力,铸造性能主要取 决于金属的流动性、收缩性和偏析倾向等。 灰口铸铁和青铜有良好的铸造性能。 ?流动性 熔融金属的流动能力称为流动性。 流动性好的金属容易充满铸型,从而获得外形完整、尺寸精确、轮廓清晰 的铸件。 ?收缩性 铸件在凝固和冷却过程中,其体积和尺寸减少的现象称为收缩性。 铸件收缩不仅影响尺寸,还会使铸件产生缩孔、疏松、内应力、变形和开 裂等缺陷。故铸造用金属材料的收缩率越小越好。 ? 偏析倾向 金属凝固后,铸锭或铸件化学成分和组织的不均匀现象称为偏析。 偏析大会使铸件各部分的力学性能有很大的差异,降低铸件的质量。 8.1.2金属与合金的铸造性能 ①流动性对铸件质量的影响 第8章 8 流动性好的金属,浇注时金属液容易充满铸型的型腔, 能获得轮廓清晰、尺寸精确、薄而形状复杂的铸件;还有 利于金属液中夹杂物和气体的上浮排除。而流动性差的金 属,则铸件易出现冷隔、浇不到、气孔、夹渣等缺陷。 ②影响合金流动性的因素: 合金种类:合金不同流动性不同 化学成分:同种合金中成分不同的合金流动性不同,共晶 点附近的合金,其流动性好。 结晶特性:恒温下结晶,流动性较好;两相区内结晶, 流动性较差 8.1.2金属与合金的铸造性能 第8章 11 合金的偏析倾向 偏析:金属凝固后,内部化学成分和组织部均匀的现 象称为偏析。在一根铸锭的不同部位取样进行化学分 析,发现各点的成分都不相同,各点的成分与铝液的 原始成分也不一样。铸锭内这种各部分化学成分不均 匀的现象以及形成这种不均匀性的过程叫做偏析。 实际生产中,由于合金元素在熔炼时溶解不充分或搅拌不充分或烧 损,也可以造成沿铸锭高度方向上的化学成分的差别。局部偏析是 指铸锭内宏观体积上某些地方化学成分的偶然不均匀性。铝合金连 续铸锭内的局部偏析主要是由于光亮晶粒和金属化合物的偶然堆积 造成的。 偏析对铸件质量的影响 由于成分的不均匀造成组织上的差别,导致冲击韧性 和塑性的下降, 增加铸件的热裂倾向性,有时还是铸件难于加工。 铸 造 生 产 ?合金铸造性能是选择铸造金属材料,确定铸件的铸造工艺方 案及进行铸件结构设计的依据。 ?良好的铸造性能表现为较强的充型能力和较低的收缩性。 铸造史话 ---中原铸剑术了: 战国相剑术士曾说: 白所以为坚也,黄所以为牣(韧)也,黄白 杂则坚且牣,良剑也。 铸造史线宽, 楚国器物; 铸造史话 ---曾侯乙编钟 铸造概述 铸造: 将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔 中,待其冷却凝固后,获得一定形状的毛坯或零件的方 法,其实质是液态金属逐步冷却凝固成形。 铸造的分类和特点 铸造的分类:砂型铸造和特种铸造两大类。 特种铸造: 金属型铸造、压力铸造、熔模铸造、离心铸造、实型铸造 砂型铸造: 是以型砂为主要造型材料制备铸型并在重力下浇注的 铸造工艺,具有适应性广、成本低廉等优点,是应 用最广泛的铸造方法。 具有不受铸件的形状、大小、复杂程度及合金种类的 限制,单件、成批和大量生产均可应用,原材料来 源广、成本低等优点。 国内砂型铸件约占全部铸件总生产量的80%以上 1.2 砂型铸造 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6 铸造工艺基础 液态合金的充型 铸件的凝固 铸造合金的收缩 铸件中的缩孔与缩松 铸造内应力、变形、裂纹 铸件中的气孔 2、铸造优缺点 优点: 1)可以生产出形状复杂,特别是具有复杂内腔的零件毛 坯,如各种箱体、床身、机架等。 2)铸造生产的适应性广,工艺灵活性大。工业上常用的 金属材料均可用来进行铸造,铸件的重量可由几克到几百 吨,壁厚可由0.5mm到1m左右。 3)铸造用原材料大都来源广泛,价格低廉,并可直接利 用废机件,故铸件成本较低。 缺点: 1)铸造组织疏松、晶粒粗大,内部易产生缩孔、缩松、 气孔等缺陷,因此,铸件的力学性能,特别是冲击韧度 低于同种材料的锻件。 2)铸件质量不够稳定。 2. 金属的锻造性能 一 概念 金属的锻造性能是指金属经受锻压时,发生塑性变 形得到所需形状的难易程度。低碳钢的锻造性好, 铸铁没有锻造性。 金属的锻造性能是材料塑性和变形抗力的综合体现。 塑性 变形抗力 则锻造性能 二 锻造性能的影响因素 1 金属的本质: a 化学成份: 纯金属的锻造性能好,钢中C 合金元素 锻造性能 b 金属组织:纯金属、固溶体锻造性能好,而碳化物的可锻性差; 细晶粒的锻造性能好于粗晶粒。 2 变形条件: 2 变形条件: 变形抗力 a 变形温度: 温度↑塑性↑变形抗力↓。 塑性 碳钢的锻造温度范围:T始=AE-200℃ , T终=800 ℃ 变形速度 b 变形速度: 变形速度↑→加工硬化↑→变形抗力↑塑性↓ 变形速度↑→热效应↑→ 变形抗力↓塑性 ↑ c 应力状态: 压应力数目增加, 塑性增加,但变形 抗力增大。 第二节 锻压工艺基础 一、金属的塑性变形 金属在外力作用下,首先产生弹性变形,当外力超过一定 限度后,会发生塑性变形。 塑性是金属重要特性,利用金属的塑性可加工各种制品。 常见的金属塑性加工方法有轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻 和板料冲压等。 在上述的六种金属塑性加工方法中,轧制、挤压、拉拔主 要用于生产金属型材、板材、钢材、线材等; 自由锻、模锻主要用于生产承受重载的机械零件,如机器 主轴、 重要齿轮、连杆、炮管、枪管等; 板料冲压主要用于生产汽车制造、电器、仪表及日用品。 管材 板材 线材 型材 ?塑性指标 塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是 断后伸长率和断面收缩率。 1、断后伸长率 A 指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。 A=(Lu-Lo)/Lo x 100% Lu:拉断拉伸试样对接后测出的标距长度 Lo:拉伸试样的原始标距 2、断面收缩率 Z 指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。 Z=(So-Su)/So x 100% So:拉伸试样原横截面积。 Su:拉伸试样断口处的横截面积 第二章 锻压生产 概述 一 锻压生产的实质 利用金属材料的塑性,借助于外力的作用,使材料发生 塑性变形,从而获得所需的形状和尺寸。 轧制 、挤压、拉拔、自由锻、模锻、冲压 二 压力加工的分类 1 轧制: 使金属坯料通过一对回转轧辊之间的空隙而受到压 延的加工方法。坯料大多是钢锭,产品则是各种型钢、钢板等。 2 挤压:把放在挤压筒内的金属料从模孔内挤出而变形的过程。 产品主要是有色金属型材及管件。 3 拉拔: (拉丝) 将金属料拉过拉丝模的模孔而变形的加工过程。 拉拔是生产金属丝的唯一方法。 可以拉制薄壁管和特殊几何形状的型材。 4 自由锻: 将金属坯料放在上下砧子之间受冲 击力或压力而变形的加工方法。 自由:即金属料受到力的作用可 在水平面自由流动。 5 模锻:将金属料放在具有一定形状的 锻模模膛内,受冲击力或压力 而变形的加工方法。 6 冲压: 使薄板材料在冲模间受到冲 压而分离或变形的过程。 锻压生产方式 模锻 自由锻 生产大型锻件的唯一方法 板料冲压 金属塑性成型的基本生产方法 轧制 挤压 复合挤 正挤 反挤 拉拔 采用的是:静压(拉)力 设备吨位要大 小知识: 锻造是增加它的韧性,简单的讲就和揉面一个道理,越 揉越有筋道。退火是为了消除锻造的应力和去除硬度, 锻打时由于外围和心部冷却速度不一,工件会存在一定 的内应力,通过退火可以消除。高温淬火是高速钢的材 质的特性所决定的,温度不达到它的晶体结构不会改变, 也就不能提高硬度,达不到使用要求,多次回火是让材 料晶体结构更加细化,得到更均匀的组织结构和消除淬 火时存在的应力 。 第三节 自由锻 一、概述 自由锻就是利用冲击力或压力,使加热好的金属在上、下砧 铁之间产生变形,从而获得所需锻件的一种加工方法。坯料变形 时,除与上、下砧铁或其它辅助工具接触部分表面外,都是自由 表面,变形不受限制,故称自由锻。 自由锻分手工自由锻和机器自由锻。手工自由锻是利用简单 的工具,依靠人力进行锻造的。这种方法简陋,仅用于修理性质 和小批量生产的场合。机器自由锻是是自由锻的基本方法,它是 靠各种锻造设备提供作用力的锻造方法,是现代锻造主要形式。 自由锻的优点是:所用工具简单、通用性强、灵活性大,适 合于单件和小批锻件,特别是特大型锻件的生产。 自由锻的缺点是:锻件的尺寸精度较低,加工余量大;锻件 形状简单,生产率低,劳动强度大等。 三、自由锻工序 根据作用与变形要求不同,自由锻的工序分为基本工序、辅 助工序和精整工序三类。 1、基本工序 指改变坯料的形状和尺寸以达到锻件基本成形的工序;包括 镦粗、拔长、冲孔、弯曲、错移、扭转等工步。 拔长:也称为延伸,它是使坯料横断面积减小、长度增加的 锻造工序。 镦粗:是使毛坯高度减小,横断面积增大的锻造工序。 冲孔:是利用冲头在镦粗后的坯料上冲出透或不透孔的方法。 弯曲:采用一定的工模具将毛坯弯成规定外形的锻造工序。 错移:使坯料一部分与另一部分,平行错开一定距离的工序。 镦粗 弯曲 拔长 实心冲头双面冲孔 第四节 模锻和胎模锻 一、模锻 模锻全称为模型锻造,是将加热后的坯料放在模具内受压变 形而获得锻件的一种加工方法。坯料变形时,金属的流动受到模 具的限制和引导,从而获得与模具形状一致的锻件。 图1 单模槽模锻 图2 多模槽模锻 一、锻压生产的特点 锻压与其它加工方法相比,具有以下的优点: 1、 能改善金属组织,提高力学性能 这是因为通过锻压可压合坯料疏松,提高金属致密度;能使 金属坯料中的晶粒细化并使其均匀分布;能形成合理的锻造流线、锻压件的形状和尺寸接近于零件,锻压与直接切削钢材的成 形方法相比,不但节省了金属材料的消耗,而且也节省了切削加 工工时 。 3、生产率显著提高 锻压成形,特别是模锻成形的生产率,比切削加工成形高得 多。 4、锻压在生产中有较强的适应性 从锻件的重量上讲,可锻小至不到1克的小锻件,大至几十 吨的大锻件;从生产批量上来说,既可单件小批量生产,也可成 批大量生产。 但锻压与其它加工方法相比,也有以下的缺点: 1、锻压成形困难,对材料的适应性差 因为锻压是在固态下成形,与铸造相比,金属的流动受到限 制,一般需要采取加热等工艺措施才能实现。形状复杂的工件难 以锻造成形,塑性差的金属材料也不能进行锻压。必须选择塑性 优良的材料才能进行锻压。 2、一般的锻压加工坯件的精度较低,设备费用较高,初次投资 费用高(设备、工模具、厂房)。 3、生产现场劳动条件差,与铸造相比,难以生产有复杂外形和 内腔的零件。 由于锻压的以上特点,对于大多数受力复杂、承载大的重要 零件,常采用锻件毛坯。 锻压在汽车、拖拉机、电器、仪表、航空以及日用品工业中 得到了广泛的应用。锻压加工是机械制造中的重要加工方法。 锻造在工业上应用很广,可分为自由锻、模锻和特种锻造。 四、焊接加工 ? 焊接加工是充分利用金属材料在高温作用 下易熔化的特性,使金属与金属发生相互 连接的一种工艺,是金属加工的一种辅助 手段。 ? 它包括两个方面的内容:一是结合性能, 即在一定的焊接工艺条件下,一定的金属 形成焊接缺陷的敏感性;二是使用性能, 即在一定的焊接工艺条件下,一定的金属 焊接接头对使用要求的适应性。 三、金属的焊接性能 概念 金属的焊接性能是指金属材料对焊接加工的适应性, 也就是在一定的焊接工艺条件下,获得优质焊接 接头的难以程度。 低碳钢的焊接性能好,铸铁的焊接性能较差。 对于碳钢和低合金钢而言,焊接性能主要 与其化学成分有关(其中碳的影响最大)。 如低碳钢具有良好的焊接性能,而高碳钢 和铸铁的焊接性能则较差。金属材料对焊接加 工的适应性称焊接性。也就是在一定的焊接工艺条件下, 获得优质焊接接头的难易程度。 钢材的碳含量是焊接性好坏的主要因素。低碳钢和碳 的质量分数低于0.18 %的合金钢有较好的焊接性能。碳 含量和合金元素含量越高, 焊接性能越差。 常用的焊接方法有熔焊、压焊和钎焊。 金属的焊接性能是指金属能否适应焊接加工而形 成完整的具有一定使用性能的焊接接头印特性。 金属焊接性的好坏取于金属材料本身的化学成分 和焊接方法。材料化学成分是影响材料焊接性的 最基本因素。材料化学成分含量不同,其焊接性 也不同。如碳钢的含碳量越高,焊接接头的淬硬 倾向越大,就易于产生裂纹,表明碳钢印焊接性 随着含碳量的增加而变差。 通常,低碳钢有良好的焊接性,高碳钢、高合金 钢、铸铁和铝合金的焊接性较差,中碳钢则介于 两者之间。 三、切削加工 ? 又称为冷加工。利用切削刀具在切削机床 上(或用手工)将金属工件的多余加工量切去, 以达到规定的形状、尺寸和表面质量的工 艺过程。 ? 灰铸铁具有良好的切削加工性。 ? 按加工方式分为车削、铣削、刨削、磨削、 钻削、镗削及钳工等,是最常见的金属加 工方法。 1.4.2 金属材料的加工工艺性能 2.切削性能 切削加工性能一般用切削后的表面质量(以表面粗糙度高低衡 量)和刀具寿命来表示。 金属材料具有适当的硬度(170 HBS~230 HBS)和足够的脆性时 切削性良好。 改变钢的化学成分(如加入少量铅、磷等元素)和进行适当的热 处理(如低碳钢进行正火,高碳钢进行球化退火)可提高钢的切削 加工性能。铜有良好的切削加工性能。 3.压力加工性能 金属材料在外力的作用下变形成为零件的加工方法称为压力 加工。压力加工分为热压力加工(锻造)和冷压力加工(冲压)。 压力加工性能是指材料是否易于用压力加工方法制成零件的性能。 如锻造性能。它主要取决于金属的塑性和变形抗力。 5.热处理性能 金属经热处理可使性能顺利改善的性质称为热处理 性能。钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性, 即钢接受 淬火的能力。含Mn、Cr、Ni等合金元素的合金钢淬透性 比较好, 碳钢的淬透性较差。 铝合金的热处理要求较严。 铜合金只有几种可以用热处理强化。 一.金属材料切削加工性能 ? 刀具的切削加工性能与材料切削加工性的 关系最为密切 ,不能脱离刀具的切削性能 孤立地加工材料的切削性能,应将两者结合 起来。 衡量切削加工性能的指标 1. 刀具寿命或一定寿命下的切削速度 2. 切削力或切削温度 3. 加工表面质量 4. 切屑控制或断屑难易 衡量切削加工性能的指標 1.刀具寿命或一定寿命下的切削速度是指: 在相同的条件下,刀具寿命越长则材料切削 加工性能越好.或在刀具寿命相同的条件下, 切削速度越大,材料的切削加工性能越好;反 之越差. 衡量切削加工性能的指標 2.切削力或切削温度是指: 在相同的切削条件下,凡切削力大或切削温 度高的金属材料,加工性能差;反之加工性能 好. 如: 鋁合金 420 420F D2 加工性 能依次降低. 衡量切削加工性能的指標 3.加工表面质量是指: 金属材料的加工表面质量(包括表面粗糙度.冷作硬 化程度及残余应力等)好则其加工性能好,反之较差. 如:低碳钢加工性能不如中碳钢,纯铝不如铝合金. 切削性好的材料,刀具寿命长,切屑易于折断脱落, 切削后表面光洁。 ? 灰铸铁(特别是HT150、HT200)、碳钢都具有较 好的切削性。 衡量切削加工性能的指標 4.切屑控制或断屑难易:主要在自动机 床或自动生产线上做加工性能指标. 凡切屑易控制或断屑容易的材料, 則其加工性能好,反之较差. 8.1.2金属与合金的铸造性能 第8章 7 (1)金属与合金的流动 性 流动性是熔融金属的流动能力,常用浇注流动性试样的方法来 衡量,一般采用螺旋形试样。流动距离越长,表明流动性越好。 8.1.2金属与合金的铸造性能 第8章 6 1.合金的充型能力 充型能力的概念: 液态金属充满铸型型腔,获得尺寸精确、轮廓清晰的成型 件的能力。 充型能力不足 浇不到 冷隔 夹砂 气孔 夹 渣 充型能力的决定因数 合金的流动性 铸型条件 浇注条件 ㈠ 可铸性 ? 可铸造性主要是指液体金属的流动性和凝固过程 中的收缩和偏析倾向(合金凝固时化学成分的不 均匀析出叫偏析)。 ? 流动性好的金属能充满铸型,故能浇铸较簿的与 形状复杂的铸件。 ? 铸造时,熔渣与气体较易上浮,铸件不易形成夹 渣与气孔,且收缩小。铸件中不易出现缩孔、裂 纹、变形等缺陷,偏析小,铸件各部位成分较均 匀。这些都使铸件质量有所提高。 ? 合金钢与高碳钢比低碳钢偏析倾向大,因此,铸 造后要用热处理方法消除偏析。 ? 常用金属材料中,灰铸铁和锡青铜铸造性能较好。 52 ㈡ 可锻性 ? 可锻性是指金属承受压力加工(锻造)而变 形的能力,塑性好的材料,锻压所需外力 小,可锻性好。 ? 低碳钢的可锻性比中碳钢及高碳钢好; ? 碳钢比合金钢可锻性好。 ? 铸铁是脆性材料,目前,尚不能锻压加工。 53 ㈢ 焊接性 ? 这是指能用焊接方法使两块金属牢固地联 接,且不发生裂纹,具有与母体材料相当 的强度,这种能熔焊的性能称焊接性。 ? 焊接性好的材料易于用一般焊接方法与工 艺进行焊接,不易形成裂纹、气孔、夹渣 等缺陷,焊接接头强度与母材相当。 ? 低碳钢具有优良的焊接性,而铸铁、铝合 金等焊接性较差。化工设备广泛采用焊接 结构,因此材料焊接性是重要的工艺性能。 54 ㈣ 可切削加工性 ? 切削加工性是指金属是否易于切削。 ? 切削性好的材料,刀具寿命长,切屑易于 折断脱落,切削后表面光洁。 ? 灰铸铁(特别是HT150、HT200)、碳钢都具 有较好的切削性。 55


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