哈工大 材料成型工艺大作业
哈工大研究生塑性体积成形大作业1
复杂构件精密锻造技术的新进展学院：材料科学与工程学院姓名：孙巍学号：14S109063摘要：本文综述了精密锻造成形技术的研究与应用现状，介绍了冷精锻、热精锻、温精锻、复合精锻工艺、等温锻造成型、复动锻造及分流锻造的应用现状和发展方向；并简单介绍了粉末锻造；最后对精密锻造成形技术发展方向进行了展望。
关键词：复杂构件；精密铸造；进展材料、能源和信息是当代科学技术的三大支柱，材料成形与加工是现代材料科学的组成要素之一。
近年来, 随着机械工业，尤其是汽车工业的飞速发展，与国际竞争的日趋激化，零部件及其设计与生产过程的高精度、高性能、高效率、低成本、低能耗, 已成为提高产品竞争力的主要途径。
常规切削加工技术和普通锻造成形制坯工艺已难以满足发展要求，因此以生产尽量接近最终形状的产品，甚至是以完全提供成品零件为目标应是塑性加工技术变革的必然趋势和发展方向[1]。
精密锻造成形技术作为先进制造技术的主要组成部分，伴随着汽车、摩托车、兵器、航空、航天、电子以及通用机械等支柱产业的需求与发展而得到了迅速的发展，并已成为提高产品性能与质量,提高市场竞争力的关键技术与重要途径。
因为精密锻造成形不但可以节材、节能，缩短产品制造周期，降低生产成本，而且可以使金属流线沿零件轮廓合理分布，获得更好的材料组织结构与性能，从而可以减轻制件的质量，提高产品的安全性、可靠性和使用寿命[2]。
精密锻造成形技术，亦称近形或近净成形技术，是指零件成形后仅需要少量加工或不再加工就可以用作机械构件的成形技术，即制造接近零件形状和尺寸要求的毛坯。
它是在普通锻造成形工艺的基础上逐渐完善和发展起来的一项先进制造技术，集合了新材料、新能源、信息技术、计算机技术等多学科高新技术于一体的应用技术，具有高效率、节能、节材、高精度、轻量化、低成本等优点。
在20世纪70年代到90年代期间，精密锻造成形技术取得了飞速发展，并逐渐在发展中形成了由锻压设备、成形工艺、锻造模具、成形过程的数值模拟和工艺优化等构成的锻造成形体系。
哈工大材料成型工艺答案
《金属工艺学》学习指导姜永军内蒙古科技大学机械学院2006.9上册★第一章金属结构1、试画出纯铁的冷却曲线，分析曲线中出现“平台”的原因。
2、室温和1100°C时的纯铁晶格有什么不同？高温（1000°C）的铁丝进行缓慢冷却时，为什么会发生伸长的现象？3、为什么单晶体有各向异性，而实际的金属（未经过塑性变形的）通常是各向同性？4、指出铁素体、奥氏体、渗碳体在晶体结构、含碳量和性能上有何不同。
5、根据铁碳合金状态图，说明产生下列现象的原因：（1）含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢的硬度高。
（2）在1100°C，含碳量为0.4%的钢能进行锻造，含碳量为4.0%的白口铁不能锻造。
（3）钢适宜通过压力加工成形，而铸铁适宜通过铸造成形。
6、分析在缓慢冷却条件下，45钢和T10钢的结晶过程和室温组织第二章金属的工艺性能★1、什么是结晶过冷度？它对金属的结晶过程、铸件的晶粒大小及铸件的机械性能有何影响？2、如果其它条件相同，试比较在下列条件下铸件晶粒的大小，并解释原因。
（1）金属型浇注与砂型浇注；（2）铸成薄件与铸成厚件；（3）浇注时采用震动与不采用震动。
3、铅在20°C、钨在1100°C时变形，各属于哪种变形？为什么？（铅的熔点为327°C，钨的熔点为3380°C）10、有四个材料、外形完全一样的齿轮，但制作方法不同，试比较它们中哪种使用效果最好？哪种最差？为什么？（1）铸出毛坯，然后切削加工成形；（2）从热轧厚钢板上取料，然后切削加工成形；（3）从热轧圆钢上取料，然后切削加工成形；（4）从热轧圆钢上取料后锻造成毛坯，然后切削加工成形。
11、金属经冷变形后，组织和性能发生了哪些变化？分析加工硬化存在的利与弊。
有何办法来消除加工硬化？12、提高浇注温度可以提高液态合金的充型能力，但实际中为什么又要防止浇注温度过高？13、试用图中轨道铸件分析热应力的形成原因，并用虚线表示出铸件的变形方向。
材料成型工艺大作业
材料成型工艺大作业
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题目一：如图所示，支撑座，各表面无特殊质量要求，材料为灰口铸铁HT150，分析确定其砂型铸造各种可能的工艺方案及优缺点，并确定各种生产批量情况下最合理的工艺方案（需绘制出铸造工艺图）。
图1
（1）分型面
如图1所示，方案1，分型面在基准面D上，铸件全部置于下型。
槽C不妨碍起模，但EF面之间需要型芯填充。
本方案优点是大平面朝上，造型简单，无错型缺陷。
缺点是轴孔难以直接铸出，若轴孔拟铸出，因无法制出型芯头，必须加大型芯与型壁间隙，致使飞边清理困难。
此时适合小批量生产，因其轴孔可以不必铸出，留待直接切削加工。
方案2，分型面平行于基准面D。
此时，槽C不妨碍起模，但EF面之间需要型芯填充。
本方案优点是大平面朝上，且适于铸出轴孔，铸后轴孔的飞边少，便于清理。
缺点是上型大，易产生错型缺陷，适用于大批量制造。
方案3，分型面垂直于基准面D。
此时，槽C妨碍起模，EF面之间不需要型芯填充，但轴孔需要型芯。
本方案优点是上下对称，造型、修型方便。
但缺点是大平面在侧面，易产生错型缺陷和底面材料密度不一致。
（2）铸造工艺图
当大批量制造时，宜采用方案2，铸造工艺图如图2；当小批量制造时，宜采用方案3，铸造工艺图如图3。
哈工大机械制造大作业
哈工大机械制造大作业一、零件分析题目所给的零件是CA6140车床的拨叉。
它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照操作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。
零件上方的孔与操纵机构相连，二下方的Φ55叉口则是用于与所控制齿轮所在的轴接触，拨动下方的齿轮变速。
其生产纲领为批量生产，且为中批生产。
图1-1 CA6140拨叉零件图二、零件的工艺分析零件材料采用HT200，加工性能一般，在铸造毛坯完成后，需进行机械加工，以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：1、小头孔Φ25：该加工面为内圆面，其尺寸精度要求为；2、叉口半圆孔Φ55：该加工面为内圆面，其尺寸精度要求为；3、拨叉左端面：该加工面为平面，其表面粗糙度要求为，位置精度要求与内圆面圆心距离为；4、叉口半圆孔两端面，表面粗糙度要求为，其垂直度与小头孔中心线的垂直度为；5、拨叉左端槽口，其槽口两侧面内表面为平面，表面粗糙度要求为，其垂直度与小头孔中心线的垂直度为0.08mm。
6、孔圆柱外端铣削平面，加工表面是一个平面，其表面粗糙度要求为。
三、确定毛坯1、确定毛坯种类：零件材料为，查阅机械制造手册，有，考虑零件在机床运行过程中受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择铸造毛坯。
图3-1 毛坯模型2、毛坯特点：（1）性能特点：（2）结构特点：一般多设计为均匀壁厚，对于厚大断面件可采用空心结构。
CA6140拨叉厚度较均匀，出现疏松和缩孔的概率低。
（3）铸造工艺参数：铸件尺寸公差：铸件公称尺寸的两个允许极限尺寸之差成为铸件尺寸公差。
成批和大量生产采用金属型时，铸钢和铸件尺寸公差等级为级，选择尺寸公差等级为CT8。
机械加工余量：查阅参考文献[5]，铸铁件的加工余量等级为E、F、G，故设计铸件公差为。
最小铸出孔：由于孔深为，孔壁厚度为，此时灰铸铁的最小铸出孔直径大于，故孔不铸出，采用机械加工的方法加工。
3、毛坯尺寸的确定：图3-2如图所示，现对图中1、2、3、4处加工面进行余量计算。
《材料成形工艺学(下)》大作业
《材料成形工艺学（下）》大作业题目：解析无缝钢管二辊斜轧穿孔过程中轧件运动方式以及提高轴向滑动系数 作业内容无缝钢管轧制过程中二辊斜轧穿孔，轧辊形式为桶形辊，轧辊在水平面左右布置，固定不动导板在上下布置，中间为随动顶头。
利用平面解析方法或其他方法解析下面斜轧穿孔过程中轧件运动方式（旋转和前进方向），以及如何提高轴向滑动系数使其提高生产率。
三、 作业方式每个小组由6人组成，六个班级，共29小组，以小组为单位开展研究，时间4周，每个小组一名代表，上台汇报，要求PPT 形式，汇报时间6分钟，提问讨论2分钟。
每个小组提交一份纸质版和电子版作业和PPT 电子版。
四、 考察形式纸质版作业内容：5分，现场汇报和回答问题PPT ：5分。
以总分10分计入本课程总成绩中。
五、 作业分析132 41.斜轧穿孔过程中轧件运动方式。
（1）（2）（3）（4）2.提高轴向滑动系数。
图1：二辊斜轧穿孔过程示意图1-轧辊；2-顶头；3-顶杆；4-轧件；5-导板滑动系数：一般指金属的运动速度与辊面相应接触点的运动速度比值。
轴向滑动系数：金属在轧件轴向的滑动系数。
提高轴向滑动系数就可以缩短轧制时间，减少在变形区内的反复加工次数， 直接影响到轧机的产量、质量和能耗。
由书本P515v xx =S xx u xx (3-17-3a)式中 v xx ——接触表面任一点金属的速度在轧件轴向的分量。
S xx ——接触表面任一点金属在轧件轴向的滑动系数。
u xx ——轧辊接触表面上任一点的切线速度在x 轴上的分量。
轧辊任一截面的轧辊表面切线速度已知为u x =πD x n60 (3-17-4) 式中 D x ——变形区内轧辊任一截面的直径；n ——轧辊转速，r/min 。
接触表面任一点金属的速度在轧件轴向的分量βπυsin 60xx x xx S D n =由上式a) 降低轧辊转速；同时实践证明，随着轧制速度的提高，摩擦系数是降低的。
因此，可以实现低速自然咬入，然后随着轧件充填轧缝，合力作用点前移，使咬入条件好转，逐渐增加轧制速度，使之过渡到稳定轧制阶段时达到最大，但必须保证αx <K x βy 的条件。
哈工大材料成型大作业
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y
哈尔滨工业大学
材料成形工艺大作业
课程名称：材料成形工艺
院系：机电工程学院
班级：
设计者：
学号：
指导教师：
设计时间：
哈尔滨工业大学
材料成型大作业
题目四：
如图所示，锅炉汽包，生产数量5个，材料为16Mn钢，板材规格50×2200×6000钢板制造。
设计要求：确定焊缝布置，确定焊接方法及材料，确定接头形式；确定工艺路线。
图1
1.确定焊缝位置
由图1的要求可以得到要进行焊接的锅炉汽包的各项尺寸，中间圆柱体的高度取6000，那么周长为4712.39，根据板材的尺寸设计成圆柱体，并且由三块钢板焊接而成，钢板规格为50×1570.80×6000。
在圆柱体上分布着三条焊缝。
上、下封头处由两条环焊缝组成，焊缝位置如图2所示。
图2
2.确定焊接方法及材料
考虑到钢板的规格为50×2200×6000，其厚度为50，并且其体积较大，因此选择埋弧焊。
因为所焊接的材料16Mn钢为低合金结构钢，所以选用与焊件成分相同的焊丝和熔炼焊剂。
又考虑到板厚超过20，则应该使用双面焊进行焊接，由于所焊接的工件的直径大于250，则筒体选择埋弧焊进行焊接。
3.确定接头形式
易熔座与筒体的焊缝采用不开坡口的角焊缝。
由于锅炉为压力容器，且内部有可燃性物质，为保证质量，筒体上2条环形焊缝和3条纵焊缝均采用I型接头双面焊。
4.确定工艺路线。
材料成型工艺大作业题目
《工程材料成形技术基础》课程大作业题目题目一：如图所示，支撑座，各表面无特殊质量要求，材料为灰口铸铁HT150，分析确定其砂型铸造各种可能的工艺方案及优缺点，并确定各种生产批量情况下最合理的工艺方案（需绘制出铸造工艺图）。
题目二：如图所示，拖拉机轮毂，其中Φ90和Φ100两个内孔装有轴承，表面粗糙度Ra要求为3.2μm，并且对孔的尺寸精度要求也较高；法兰上的孔直径为Φ20；材料为灰口铸铁HT200；分析确定其砂型铸造各种可能的工艺方案及优缺点，并确定单件小批量生产情况下最合理的工艺方案（需绘制出铸造工艺图）。
题目三：如图所示，焊接梁，材料为20钢，现有钢板最大长度为2500mm，设计要求：确定腹板、上、下翼板、筋板的焊缝位置；选择焊接方法；画出各条焊缝的接头形式；确定各条焊缝的焊接次序。
题目四：如图所示，锅炉汽包，生产数量5个，材料为16Mn钢，板材规格50×2200×6000钢板制造。
设计要求：确定焊缝布置，确定焊接方法及材料，确定接头形式；确定工艺路线。
题目五：图示为齿轮零件图，材料为45钢，密度为7.85g/cm3，制定其自由锻工艺规程，其中的锻造工序要用图表示出来。
表1至表2供制定工艺规程参考使用。
注：教材77页的公式2.10、2.11、2.12、2.13和2.14中的长度单位为分米。
表1 凸肩齿轮和凸肩法兰盘类锻件的余量与公差mm表2 自由锻锤锻造能力范围题目六：图示为镗排本体零件图，材料为45钢，密度为7.85g/cm3，制定其自由锻工艺规程，其中的锻造工序要用图表示出来。
表1至表4供制定工艺规程参考使用。
注：教材77页的公式2.10、2.11、2.12、2.13和2.14中的长度单位为分米。
表1 台阶和凹档锻出的最小长度mm表2 多台阶轴类锻件的余量与公差mm表3 法兰的最小锻出长度mm表4 自由锻锤锻造能力范围。
材料成型大作业
Harbin Institute of Technology工程材料成型技术基础课程大作业说明书院系：机电工程学院班级： 1008301设计者：丁烨学号： 1100801020指导教师：包军设计时间： 2012 年 12月 6日设计题目三：如图所示，焊接梁，材料为20钢，现有钢板最大长度为2500mm，设计要求：确定腹板、上、下翼板、筋板的焊缝位置；选择焊接方法；画出各条焊缝的接头形式；确定各条焊缝的焊接次序。
一、确定腹板、上下翼板、筋板的焊接位置1、对于上翼板，其总长为5000mm，由于焊缝应避免分布在应力最大位置。
在该题中，应力最大位置为梁的中心位置。
则上翼板由三段钢板焊接而成。
从左至右长度依次为1250mm。
2500mm，1250mm。
如下俯视图所示，宽度均为300mm，厚度均为10mm。
2、对于下翼板，在俯视图中，其长度为5000mm，在两转折点处，必定由焊接升程，对于中间长度为4000mm的翼板，同样由三段钢板焊接而成，从左到右依次为750mm，2500mm，750mm，如下俯视图所示，宽度均为300mm，厚度均为10mm。
3、对于腹板，其总长为5000mm，同样为了避免焊缝位于最大应力处，不讲焊缝设置在中心位置，为了与焊缝1、2、5、6错开一段距离，则中间板长为2000mm，两边板长为1500mm，如下正视图所示，中间板宽为800mm，板厚度为8mm，两侧板在板的一侧宽度变化，其厚度也均为8mm。
4、由腹板连接上下翼板的焊缝，如下图所示：5、在4的基础上加上筋板，对筋板进行一定处理，在每一块筋板的一个角上切除一个三角，进而避免多条焊缝交叉，影响焊接质量。
如下图所示：二、选择焊接方法本次设计所焊接的对象是厚度不大的薄板，在综合考虑设计中的材料和接头形式、空间位置以及生产率和生产费用等因素后，采用焊条电弧焊最为适宜。
三、焊接的接头形式由步骤一种的焊缝位置分析可知，焊缝1、2、3、4、5、6、7、8为对接接头，焊缝9、10、11、12、13、14、15、16、17、18为下行接头形式。
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哈尔滨工业大学
材料成形工艺大作业
题目：题目三
院系：机电学院
专业：机械设计制造及其自动化
班级：
学号：
姓名：
题目三：如图所示，焊接梁，材料为20钢，现有钢板最大长度为2500mm，设计要求：确定腹板、上、下翼板、筋板的焊缝位置；选择焊接方法；画出各条焊缝的接头形式；确定各条焊缝的焊接次序。
解题过程：
焊接是被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的建和而形成永久性连接的工艺过程。
不可拆卸的焊接与机械连接相比结构简单，节省材料；接头气密性好；成型工艺简单，生产效率高。
熔焊是采用局部加热的方法，使工件焊接接头部位融化，通常还需填充金属，构成共同熔池，熔池冷却结晶后，形成牢固的原子间结合，使分离的工件成为一体。
熔焊的熔池可以看做是一个微型冶金炉，其内要进行熔化、氧化、还原、造渣、精炼及合金化等一系列的冶金化学反应。
由于大多数熔焊是在大气中进行，使得熔焊冶金过程复杂、激烈，从而影响焊缝的化学成分、组织及性能。
初步分析，可知在该焊接工艺设计中主要用到的就是熔焊的原理。
一、焊接位置
焊接位置的选择是焊接结构设计的关键，其与产品质量、生产
率和劳动成本密切相关。
（1）应考虑到焊缝避免交叉密集
（2）焊缝尽量中心对称使焊接变形互相抵消
（3）焊缝避开最大应力和应力集中处
（4）另外还要考虑板材规格确定拼接方式，避开机械加工表面因此确定如下图所示焊接位置（涂黑处表示上下翼板和腹板的
焊缝），钢板最大长度为2500mm，于是放在最中间上下两个，按照两
钢板的中心对称布置；中心应力最
大不布置焊缝，焊件左右对称抵消
焊接变形，板材拼接时焊缝不交叉
密集，所以四个腹板对称，对称。
图1 设计焊接图
二、焊接接头
焊接接头设计的设计应该根
据焊件结构形状、强度要求、焊后变形要求、焊接材料的消耗量、坡口加工的难易程度、焊接方法等因素综合考虑、通用的焊接接头形式有对接接头、搭接接头交接接头T 型接头等；坡口形式有I型、Y型（V型）、双Y型（X型）、U型等。
对接接头受力均匀，在静载和动载作用下都具有很高的强度，是常用的接头形式，重要受力焊缝应尽量选用。
搭接接头焊前准备简便，装配时尺寸要求不高，但因两焊件不在同一平面，受力时将产生附加弯矩，而且金属消耗量也大，一般避免采用。
对于受力不大的平面连接与空间架构，采用搭接可以节省工时。
角接接头通常只起连接作用，受力情况比对接要复杂，接头成一定角度连接时必须采用这种接头形式。
T型接头广泛用于空间类焊件上，具有较高的强度。
翼板腹板分别用对接接头拼接，我们选用T形接头组装，筋板同样采用T形接头。
同时注意翼板和腹板、翼板和筋板厚度不同，为避免较大应力集中，焊接前在翼板开凹槽。
图2 凹槽
图3 T型接头
焊接筋板时在与腹板翼板相交处避免应力集中应有倒角
图4 倒角图
三、焊接方法和焊接材料
各种焊接方法都有各自的特点及适用范围，只有选择了正确的焊接方法才能保证焊接质量，又降低生产的成本。
焊接方法的选择要
考虑焊接材料的焊接性、接头形式、
焊件厚度、焊缝空间位置、焊接结构形式以及现有设备等，在进行质量、经济性和工艺可行性分析之后，最终确定适宜的焊接方法。
下面是焊接方法选择时通常依据的原则。
A.质量原则。
选择焊接方法首先
要保证能满足焊接接头的使
用性能要求，要考虑材料的焊
接性、焊件厚度及焊件结构技
术要求等因素。
如焊接低碳钢
和低合金钢材料时，各焊接方
法均适用；焊接合金钢、不锈
钢、有色金属等材料时，应采
用氩弧焊；焊接稀有金属和高
熔点金属材料是用采用等离
子弧焊，激光焊氩弧焊真空电
子束焊等；中等板厚可采用焊
条电弧焊、埋弧焊、气体保护
焊等；超厚板可采用电渣焊，
包办可采用气焊脉冲氩弧焊、
电焊、缝焊、电子束焊等，如
有密封要求应采用缝焊，如要
求变形小，就不适宜选用气焊。
B.工艺原则。
选择焊接方法要考
虑现有的设备条件、缝焊的空
间位置、接头形式及焊接工艺
能否实现等。
如焊缝短曲而处
于不同空间位置，采用焊条电
弧焊最为方便；电渣焊适用立
焊；埋弧焊适用平焊；摩擦焊、
对焊适用对接接头；电焊、缝
焊适用搭接接头等。
对于无法
采用双面焊工艺有要求焊透
的工件，采用单面焊工艺时，
若先使用脉冲氩弧焊打底焊
接，更易保证焊接质量。
C.选择焊接方法还要考虑生产
批量、各种焊接方法的费用投
入及生产情况等。
如氩弧焊虽
然可以焊接各种金属及合金，
但是成本较高，一般主要用于
焊接有色金属及合金；长直焊
缝或圆周焊缝，批量生产一般
可以采用埋弧自动焊，效率较
高；若是焊件是单件生产，选
用焊条电弧焊最好。
因为焊件关于中心对称，从制定的焊缝的位置我们可以看到其实整个焊件就是由左右两对称的部分组成，所以在实际进行焊接的过程中，我们考虑以中心线为分界线，将左右两部份分开分别进行加工。
且两部份加工的方法基本相同，所以在下文的介绍中将只针对左侧部分进行分析。
在这个焊接工艺中，总共用到了三种厚度的钢板6mm，8mm，10mm；同时钢板的材料为20钢，属低碳钢；同时，还有第一部分中所设计的焊缝
位置，这三个条件共同决定了应该选择哪一种的焊接方法比较合适。
考虑经济方面的问题，我们将采用焊条电弧焊和埋弧焊来来实现焊接过程。
由于板厚适中，焊缝直径又不大，大批量生产时，埋弧焊焊接生产效率高、焊接质量好，所以翼板和腹板分别采用埋弧焊焊接，焊丝为H08A、H08MnA或H10Mn2配合焊剂HJ431,但埋弧焊焊接不适合有倾斜的焊缝焊接，所以焊接筋板时用焊条电弧焊，电焊条为E5015；小批量生产全部使用焊条电弧焊，比较方便。
四、焊接次序
焊接时首先将翼板腹板各自焊接起来（下翼板还需先弯曲），
然后将上翼板与腹板焊在一起，焊
接时注意前后对称的焊，以免变形，再将下翼板与腹板焊接同样注意
前后对称焊接，最后焊接筋板，焊
接时前后对称左右对称焊接，抵消
变形量。
此外，每条焊缝焊接时采用对称法安排顺序。