金属工艺学复习提纲摘要

(一)铸造

一、砂型铸造

合金的铸造性能

流动性——影响充型能力的因素：

流动性的影响因素:

1）合金的种类不同种类的合金，即具有不同的流动性。其中灰铸铁的流动性最好，硅黄铜、铝硅合金次之，而铸钢的流动性最差。

2）化学成分和结晶特征纯金属和共晶成分的合金，凝固是由铸件壁表面向中心逐渐推进，凝固后的表面比较光滑，对未凝固液体的流动阻力较小，所以流动性好。

3 ）熔点合金的熔点↑，流动性↓。

4）杂质元素杂质元素与液态合金中其他物质形成的高熔点固态物质，增大了金属液体的粘度，降低合金的流动性。

影响充型能力的因素：流动性，浇注条件：1、浇注温度在保证充型能力的前提下温度应尽量低。生产中薄壁件常采用较高温度，厚壁件采用较低浇注温度。

2、充型压力压力↑，充型能力↑。

铸型填充条件：1、铸型材料金属型变为砂型

2、铸型温度↓冷却速度，↑流动性

3、铸型中的气体和杂质P40

铸件的三种凝固方式：⑴逐层凝固（2）糊状凝固（3）中间凝固

对合金流动性的影响：铸件质量与凝固方式有关，逐层凝固时，合金充型能力强（流动性好），便于防止缩孔、缩松。而糊状凝固时，充型能力差，易产生缩松。

合金流动性比较：纯铁、共晶成分的合金其流动性最好。

铸铁中，流动性随C、Si↑而↑。

收缩——液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。

缩孔：缩孔总是出现在铸件上部或最后凝固的部位

缩松：宏观缩松多分布在铸件最后凝固的部位。显微缩松则是存在于在晶粒之间的微小孔洞(分布广泛，难以完全避免）。缩松的形成：一般出现在铸件壁的轴线区域、热节处、冒口根部和内浇口附近，也常分布在集中缩孔的下方。

缩孔、缩松的防止措施

a.采用定向凝固的原则

适用于收缩大或壁厚差别大，易产生缩孔的合金铸件，如铸钢、高强度灰铸铁、可锻铸铁等。

b.合理应用冒口、冷铁和补贴等工艺措施

冒口，在铸件厚壁处和热节部位设置冒口，是防止缩孔、缩松最有效的措施。

冷铁，用铸铁、钢、铜等材料制成的激冷物。加大冷却速度，调节凝固顺序。

补贴，在铸件壁上部靠近冒口处增加一个楔型厚度，使铸件壁厚变成朝冒口逐渐增厚的形状，即造成一个向冒口逐渐递增的温度梯度，增大补缩距离。

c.合理确定铸件的浇注位置、内浇道位置及浇注工艺

三者综合应用是消除缩孔缩松的有效措施

变形产生原因：P46

防止铸件变形方法：a ) 采用反变形法b) 进行去应力退火，时效处理：自然时效和人工时效c) 结构设计：尽量避免牵制收缩的结构，使铸件壁厚均匀、形状对称

裂纹产生原因：铸造内应力超过金属的强度极限时，可分为热裂和冷裂

铸件裂纹的防止：减小铸造应力；金属在熔炼过程中，应严格控制有可能扩大金属凝固温度范围元素的加入量及钢铁中的硫、磷含量。

P61第9题

造型方法手工造型——选择造型方法：根据模样特征，可分为：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造型。根据砂箱特征，可分为：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型、组芯造型；

整模造型主要特点：整体模，平面分型面，型腔在一个砂箱内；造型简单，铸件精度表面质量较好适用范围：最大截面位于一端并为平面的简单铸件的单件、小批生产

分模造型主要特点：模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两个砂箱，造型简便适用范围：最大截面在中部，一般为对称性铸件，如套、管、阀类零件单件、小批生产

挖砂造型：主要特点：模样为整体，但分型面不是平面，造型时手工挖去阻碍取模的型砂，生产率低，技术水平高适用范围：分型面不是平面的铸件的单件、小批生产

假箱造型主要特点：为省却挖砂操作，在造型前特制一个底胎，然后在底胎上造下箱；底胎可多次使用，不参与浇注适用范围：分型面不是平面的铸件的成批生产

活块造型主要特点：对铸件上妨碍起模的小部分做成活动部分。起模时先取出主体部分，再取出活动部分适用范围：用于妨碍起模部分的铸件的单件、小批生产

刮板造型主要特点：用刮板代替模样造型。节约木材，缩短生产周期，生产率低，技术水平高，精度较差适用范围：用于等截面或回转体大中型铸件的单件、小批生产

脱箱造型主要特点：采用活动砂箱造型，合型后脱出砂箱适用范围：用于小铸件的生产

地坑造型主要特点：在地面砂床中造型，不用砂箱或只用上箱适用范围：用于要求不高的中、大型铸件的单件、小批生产

模样尺寸=铸件尺寸+合金收缩量

铸件尺寸=零件尺寸+加工余量

砂型铸造分型面的选择：P62图2-22 P67表2-9

特种铸造：P93

铸件结构设计：P71表2-11,2-12

加工硬化：冷变形强化（加工硬化）指金属在低温下进行塑性变形时，金属的强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象。回复：指当温度升高时，金属原子获得热能，使冷变形时处于高位能的原子回复到正常排列，消除由于变形而产生的晶格扭曲的过程，可使内应力减少。再结晶：指当温度升高到一定程度时，金属原子获得更高的热能，通过金属原子的扩散，使冷变形强化的结晶构造进行改变，成长出许多正常晶格的新晶粒，新晶粒代替原变形晶粒的过程即为再结晶。只要看概念就行

冷热变形的划分：冷变形：指金属在其再结晶温度以下进行塑性变形。如冷冲压、冷弯、冷挤、冷镦、冷轧和冷拔，能获得较高的硬度及表面质量。

热变形：指金属在其再结晶温度以上进行塑性变形。如锻造、热挤和轧制等，能消除冷变形强化的痕迹，保持较低的塑性变形抗力和良好的塑性。

材料可变形难度顺序（由小到大）铝合金（难度最低）→镁合金→铜合金→碳钢、低碳钢→马氏体不锈钢→奥氏体不锈钢→镍合金→钛合金→铁基高温合金→钴基高温合金（后两者属于耐热钢）

锻造比：锻造比对金属的组织和性能的影响锻造比越大，锻造流线越明显，其力学性能的方向性越明显。一般情况下，增加锻造比，钢的强度在横向和纵向差别不大，而塑性和韧性纵向明显好于横向。可使金属组织细密化，提高锻件的力学性能。但当锻造比过大，金属组织的紧密程度和晶粒细化程度已到极限，故力学性能不再升高，而增加各向异性轧材或锻坯作锻造坯料时，由于坯料已经过热变形，内部组织和力学性能已得到改善，并具有纤维流线组织，应选择较小的锻造比，取1.3~1.5用钢锭作为锻造坯料时，钢锭内部组织不均匀，存在柱状晶和粗大晶粒及较多的缺陷，为消除铸造缺陷，改善性能，并使纤维

分布符合要求，对非合金钢，y

拔≥3，y

镦

≥2.5；合金钢，y为3~4。对铸造缺陷严重，碳化物

粗大的高合金钢，选较大的y，不锈钢y4~6，高速钢y5~12。

自由锻的特点优点：1）金属坯料在抵铁间受压变形时，可朝各个方向自由流动，不受限制。2）自由锻使用工具简单，工艺灵活，不需要昂贵的模具，成本低；

3）可锻造各种重量的锻件，对大型锻件，它是唯一方法；缺点：

1）锻件的形状和尺寸靠锻工的操作技术来保证，故尺寸精度低，加工余量大，金属材料消耗多；2）锻件形状比较简单，生产率低，劳动强度大。故自由锻只适用于单件或小批量生产。

模锻的优点：1）由于有模膛引导金属的流动，获得与模膛形状一致的锻件，锻件的形状可以比较复杂；2）锻件内部的锻造流线比较完整，提高了零件的力学性能和使用寿命。3）锻件表面光洁，尺寸精度高，节约材料和切削加工工时；受设备吨位的限制，模锻件不能太大。4）生产率较高；操作简单，易于实现机械化；5）生产批量越大成本越低。模锻的缺点：1）模锻是整体成形，摩擦阻力大，所需设备吨位大，设备费用高；2）锻模加工工艺复杂，制造周期长，费用高。故只适用于中小型锻件的成批或大批生产。（只需简单了解一下）

模膛根据其功能不同可分为制坯模膛和模锻模膛（1）制坯模膛。用于将形状复杂的模锻件初步锻成近似锻件的模膛。模锻模膛1）预锻模膛。结构比终锻模膛高度大、宽度小、无飞边槽，模锻斜度和圆角大。2）。和锻件图相应部分形状、尺寸一致。模膛周围设飞边槽，通孔锻件需留冲孔连皮。锻模分为单膛锻模、多膛锻模。简单锻件如齿轮坯可设计为单膛

锻模；对弯曲连杆可设计为多膛锻模

终锻模膛中的飞边槽的作用：用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属更好地充满模膛同时容纳多余的金属。

绘制锻件图: 锻件图是生产和检验锻件及设计锻模的依据。制订锻件图时应考虑如下问题：1）分模面的确定。P120图3-26及解释

2）确定加工余量、公差、余块、模锻斜度、圆角半径、冲孔连皮。P121图3-29

模锻分型面的选择？P124图3-26

自由锻件的结构工艺性

1、零件结构应尽可能简单、对称、平直；避免锥面和斜面应避免零件上的锥形、楔形结构。P123图3-33

2、应避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交。P123 图3-24

3、零件上不允许有加强筋。P124图3-35

4、对横截面尺寸相差很大或形状复杂的零件，应尽可能分别对其进行锻造，然后用螺纹连接。P124图3-36

模锻件的结构工艺性P125 图3-37 图3-38

1）模锻件应具备合理的分模面。

2）仅配合表面设计为加工面，其余为非加工面，与锤击方向平行的非加工面应有模锻斜度，连接面应有圆角。

3）零件外形应简单、平直和对称，截面相差不宜过于悬殊，避免高肋、薄壁、凸起等不利于成形的结构。如图所示的a、b、c均不利成形，而d较好。

4）应避免窄沟、深槽、深孔及多孔结构，以利于充填和模具制造。

5）形状复杂的锻件应采用锻-焊或锻-机械连接组合工艺，以减少余块，简化模锻工艺。

按焊接接头形成特点，焊接可分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。

1）熔焊—将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法分为电弧焊、气体保护焊、气焊、等离子焊、电渣焊、激光焊；

2）压焊—焊接过程中，必须对焊件施加压力，以完成焊接的方法压焊可分为电阻焊、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、锻焊；

3）钎焊—采用比母材金属熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材溶化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法钎焊可分为烙铁钎焊、火焰钎焊、高频钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊、真空钎焊。

1、焊条的组成和作用

焊条是涂有药皮的供焊条电弧焊用的熔化电极，由药皮和焊芯两部分组成。焊芯：传导电流、产生电弧和填充金属药皮：提高电弧燃烧的稳定性、防止空气对熔化金属的有害作用、参与冶金反应，对熔池脱氧和加入合金元素，以保证焊缝金属的化学成分和力学性能。焊条的作用：焊条由焊芯和药皮组成。焊芯在焊接是作为电极传导电流，产生电弧，同时它熔化后液滴过渡到熔池中去可作为填充金属，与熔化的母材熔合后冷凝成焊缝。药皮的作用：1、使电弧容易引燃和保持电弧燃烧的稳定性2、焊接时高温熔化药皮，产生大量的气体及熔渣，隔离空气，包围和覆盖熔池，以保护熔化金属不被氧化。3、加入合金元素可补偿焊接损失的合金成分。

用直流弧焊机焊接时，由于正极和负极上的热量不同，有正接和反接。

正接法：焊钳焊条接电源负极，工件接电源正极。热量高于反接适用范围：焊接厚板

反接法：焊钳焊条接电源正极，工件接电源负极。适用范围：焊接薄板、用碱性低氢钠型焊条

焊接接头的组织和性能：P152

焊接应力与变形的产生：焊接时，焊件不均匀局部加热和冷却是导致焊接应力和变形产生的根本原因

焊接方法选择：P177第6题

金属材料的焊接性：在限定的施工条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预订服役要求的能力。P178

焊接性的衡量：一是焊接工艺性的优劣；二是焊接接头在使用过程中的可靠性。？

碳当量：W（C）当量<0.4％时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，焊接性良好。

W（C）当量＝0.4％～0.6％时，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，焊接性能相对较差。

W（C）当量>0.6％时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，焊接性不好。

低碳钢塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，具有良好的焊接性。

中、高碳钢属于淬火钢，焊接性明显变差。

合理布置焊缝

焊接接头的基本形式

焊接位置：根据焊缝在空间的位置不同，可分为:平焊、横焊、立焊、仰焊平焊位置最好，焊接液滴不会外流，飞溅较少。操作方便，质量易保证。

立焊和横焊焊接液滴有下流倾向，不易操作。

仰焊位置最差，液滴易下滴，操作难度大，不易保证质量。

应尽可能安排平焊位置施焊。

1）焊缝布置应尽量分散，不宜过长。

A不合理b不合理

D合理e合理

2）焊缝的位置应尽量对称布置。

不合理合理合理

不合理合理

3）焊缝的布置不得交叉。

不合理合理

4）应尽量减少构件或焊接接头部件的应力集中，避免尖角焊缝。

不合理合理

5）焊缝应避开最大应力和应力集中的部件。

不合理合理

不合理合理

6）焊缝设计应远离加工表面。

不合理合理

不合理合理

7）焊缝布置应满足焊接时运条角度的需要，便于焊接操作

P188图4-44图4-46

P191 1-b、c

焊接缺陷：

裂纹气孔夹渣

未焊透未熔合

焊缝尺寸，形状不合要求

锻造加热缺陷主要有：氧化、过烧、脱碳和过热

自由锻中常见缺陷：

镦粗—残留铸态组织

裂纹双鼓形弯曲折叠

拔长—平砧坯料

裂纹表面折叠纵向裂纹

冲孔—孔冲偏

走样裂纹

模锻中常见缺陷：

折叠充不满

铸造缺陷

切削运动—在机械加工中，刀具与工件之间的相对运动

1) 主运动：由机床或人力提供的主要运动，用刀具从工件上切除金属层使之变为切屑。特点：速度最高、消耗机床动力最大

2) 进给运动：由机床或人力提供的附加运动，能使工件切削层不断地投入切削过程。

特点：速度较低，消耗功率较小。它可以是直线运动，也可以是旋转运动。

主运动只能有一个，进给运动则可能是一个或几个。

切削速度:在单位时间内工件与刀具沿主运动方向相对移动的距离（m/min 或m/s），即

工件表面相对刀具的线速度。当主运动为旋转运动（如车削、钻削、铣削等）时：V=πdn/1000（m/min）或V=πdn/60?1000（m/s）式中：d—工件加工表面或刀具切削处的最大直径（mm），n—工件或刀具的转速（r/min）。当主运动为往复运动（如刨削）时：V= 2Ln r/1000=(m /min) 式中：L－往复运动行程长度（mm）n r－每分钟往复次数（str/min）

进给量（进给运动速度）在主运动的一个循环或单位时间内，刀具与工件之间沿进给方向相对移动的距离。外圆车削时，用进给量f来表述，单位：mm / r 刨削时，用每一行程多少毫米来表述，单位为mm / str 铣削时，用每齿进给量f z 来表述，单位：mm/z 进给速度v f、进给量f、每齿进给量f z 和刀具齿数Z之间的关系如下：v f= n f = n z f z

背吃刀量（切削深度）：指过切削刃选定点在垂直于工作平面方向上测量的吃刀量。

单位为mm，即为待加工表面与已加工表面之间的距离。

例：外圆车削

刀具材料:对刀具材料的基本要求: 较高的硬度，较好的耐磨性。常温硬度一般要求在60HRC 以上；足够的强度和韧度; 较高的耐热性(即热硬性); 较好的工艺性; 良好的导热性和化学稳定性。

常用刀具材料

切屑种类：带状切屑：塑性材料节状切屑：中等硬度材料。粒状切屑：塑性差的材料。崩碎切屑：脆性材料

机床型号及其表示方法

机床类别代号＋通用特性代号＋组别代号＋型别代号＋主参数代号＋重大改进号

①类别代号

类别：车床钻床镗床磨床铣床刨插床齿轮加工机床

代号： C Z T M、2M、3M X B Y

②通用特性代号

特性：高精度精密自动半自动万能数字程序控制轻型

代号：G M Z B W K Q

③组、系代号：第一组数字表示组别、第二组数字表示型号

④主要参数代号：

代表机床规格大小的一种参数。用主参数的折算值（1/1或1/10）来表示。

⑤重大改进顺序号：

机床性能和结构有重大改进

时，用改进的次序。

分别用“A、B、C….”表示。

CA6140型卧式车床型号中的“A” 是结构特性代号，以区分与C6140型卧式车床主参数相同，但结构不同的车床

车削加工工艺特点

1、易于保证轴、套、盘等类零件各加工表面的位置精度

2、切削过程比较平稳

3、刀具简单

4、适用于有色金属零件的加工

5、具有较高的生产率。工艺范围相当广泛。

车圆锥面

（1）宽刀法

（2）转动小拖板法

（3）偏移尾架法

（4）靠模法

车削的应用

车削加工对象

钻削容易产生“引偏”：钻头弯曲而引起的孔径扩大、孔不圆或孔的轴线歪斜等。防止措施：预钻锥形定心坑；用钻套为钻头导向；钻头的主切削刃刃磨对称

铣削方式——逆铣和顺铣。顺铣更有利于高速切削、提高工件表面的加工质量、有助于工件夹持；但顺铣对消除丝杆与螺母之间的间隙要求较高，并要求工件没有硬皮；在一般情况

下，大多采用逆铣。

外圆面是轴、圆盘、套筒类零件的主要或辅助表面主要方法：1、粗车

2、粗车半精车

3、粗车半精车磨（粗磨或半精磨）

4、粗车半精车粗磨精磨

5、粗车半精车粗磨精磨研磨

6、粗车精车精细车;粗车半精车粗磨精磨

内孔表面加工方案分析

常用有钻、扩、铰、镗、拉、磨、研磨和珩磨等。

1、实体孔

钻- 扩（镗）- 铰、拉、精镗、磨- 珩磨（研磨）

2、铸孔、锻孔- 扩（镗）

平面是盘形、箱体和板形零件的主要表面。加工方法有车、刨、插、拉、铣、磨和光整加

工的研磨及刮研等。主要方法：车、刨、铣- 拉、磨- 研磨（超级光磨）

1、粗刨或粗铣

2、粗铣（或粗刨）- 精铣（或精刨）- 刮研

3、粗铣（刨）- 精铣（刨）- 磨

4、粗铣- 半精铣- 高速精铣

5、粗车- 精车

螺纹表面：1、攻螺纹和套螺纹——精度要求不高的普通螺纹2、车削螺纹——加工精度高，生产率低。3、螺纹梳刀——生产效率较高4、铣削螺纹——生产效率较高，精度一般。可分为盘形螺纹铣刀铣削；梳形螺纹铣刀铣削；铣刀盘旋风铣削。5、磨削螺纹——高精度的螺纹加工。分为单线砂轮磨削和多线砂轮磨削。6、滚压螺纹——在常温下使工件材料产生塑性变形的无屑加工。分为搓丝板滚压和滚丝轮滚压。

常用齿轮：圆柱齿轮、圆锥齿轮和蜗轮等。圆柱齿轮又可分直齿、斜齿和人字齿。成形法（也称仿形法）；展成法（也称范成法）。

锯削：手锯=锯弓+锯条

锯条的选择：锯割软材料(如铜、铝合金等)或厚材料时，应选用粗齿锯条。因为软材料塑性好，易填满容屑空间；后者锯屑较多，要求较大的容屑空间。锯割硬材料(如合金钢等)或薄板、薄管时、应选用细齿锯条。因为材料硬，锯齿不易切入，锯屑量少，不需要大的容屑空间；锯薄材料时，锯齿易被工件勾住而崩断，需要同时工作的齿数多，减小每个锯齿承受的力量。

攻螺纹：又称攻丝，用丝锥在工件内圆柱面上加工出内螺纹；

套螺纹，又称套丝、套扣，用板牙在圆柱面上加工外螺纹。