西南交通大学 材料成型技术基础复习纲要

第一篇 金属铸造成形工艺一.掌握铸造定义与实质及其合金的铸造性能。

A铸造：将熔融金属浇入铸型型腔， 经冷却凝固后获得所需铸件的方法。

B铸造实质：液态成形。

C合金：两种或两种以上的金属元素、或金属与非金属元素（碳）熔和在一起，所构成具有金属特性的物质。

D合金的铸造性能：是指合金在铸造过程中获得尺寸精确、结构完整的铸件的能力，流动性和收缩性是合金的主要铸造工艺特性。

二.掌握合金的充型能力及影响合金充型能力的因素。

A合金的充型能力：液态合金充满铸型，获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力。

B影响合金充型能力的因素：（1）铸型填充条件a. 铸型材料；b. 铸型温度；c. 铸型中的气体（2）浇注条件a. 浇注温度（T）T 越高（有界限），充型能力越好。

b. 充型压力流动方向上所受压力越大，充型能力越好。

（3）铸件结构结构越复杂，充型越困难。

三.掌握合金收缩经历的三个阶段及其铸造缺陷的产生。

A合金的收缩：合金从浇注、凝固、冷却到室温，体积和尺寸缩小的现象。

B合金收缩的三个阶段：（1）液态收缩合金从 T浇注→ T凝固开始 间的收缩。

（2）凝固收缩合金从 T凝固开始→T凝固终止 间的收缩。

液态收缩和凝固收缩是形成铸件缩孔和缩松缺陷的基本原因。

（3）固态收缩（易产生铸造应力、变形、裂纹等。

）合金从 T凝固终止→T室 间的收缩。

四.了解形成铸造缺陷（缩孔，缩松）的主要原因及其防止措施。

A产生缩孔和缩松的主要原因：液态收缩 和 凝固收缩 导致。

B缩孔形成原因：收缩得不到及时补充；缩松形成原因：糊状凝固，被树枝晶体分隔区域难以实现补缩。

C缩孔与缩松的预防：（1）定向凝固，控制铸件的凝固顺序；（2）合理确定铸件的浇注工艺五.掌握铸件产生变形和裂纹的根本原因。

铸件产生变形和裂纹的根本原因：铸造内应力（残余内应力）六.掌握预防热应力的基本途径。

预防热应力的基本途径：缩小铸件各部分的温差，使其均匀冷却。

借助于冷铁使铸件实现同时凝固。

七.砂型铸造：是把液体金属浇注到砂型中从而获得铸件的铸造方法。

1.掌握浇注位置和分型面的选择及拔摸斜度α的作用；A浇注位置和分型面的选择原则：① 主要工作面和重要加工面应朝下或位于侧面；②铸件的大平面应朝下或采用倾斜浇注，以免造成结疤、夹砂等缺陷；③铸件薄避部分应朝下或位于侧面或倾斜浇注，以免产生冷隔、浇不到现象；④铸件厚大部分应朝下或位于侧面，以便设置冒口进行补缩；⑤分型面应选在最大截面处，方便起模；⑥尽量减少分型面的数量；⑦分型面应尽量选用平直面，避免曲面分型，以简化制模和造型工艺；⑧尽量使铸件全部或大部分处于同一砂箱，且位于下箱，或使主要加工面与基准面处于同一砂箱；⑨尽量减少型芯和活块数量，以简化制模、制芯和造型等工序；⑩分型面应尽量与浇注位置一致，以免合型后再翻转砂箱。

B拔摸斜度α的作用：使模样容易从砂型中取出而不致损坏砂型和砂芯。

2.了解浇注系统的定义及各组成部分的特点和作用。

A浇注系统：为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。

B浇注系统组成部分：浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道C作用：1）确保金属液平稳、无冲击地充满型腔；2）除渣、调节凝固顺序，避免产生铸造缺陷。

八.掌握零件结构的铸造工艺及铸造性能对铸件的要求。

铸造工艺:1、浇注位置和分型面的选择.2、浇注系统3、铸造工艺参数的确定（机加工余量、收缩余量、起模斜度、芯头…）九.铸件结构设计1.掌握并会鉴别铸件结构工艺性的合理性；A铸件结构的合理性设计铸件时应从下述几方面考虑：a合理、适宜的铸件壁厚b 铸件壁的联接① 采用过渡形式；避免金属积聚和内应力的产生。

○2 铸件结构圆角；避免出现热节和应力集中现象。

○3多壁相连，采用交错或环形接头；④ 避免铸件壁间的锐角联接○5防止铸件翘曲变形；采用对称式结构或增设防变形肋。

⑥ 避免大水平面和冷却受阻的铸件结构B、 铸件结构的工艺性a. 铸件外形设计① 减少和简化分型面○2改进妨碍起模的铸件结构（凹面、凸台、肋条…）铸件要有结构斜度便于起模，延长模具使用寿命b. 铸件内腔的设计① 铸件结构应避免不必要的型芯，并尽量避免活块；② 铸件结构应有利于砂芯的固定和排气；○3避免封闭空腔；（型芯安放困难、排气不畅、难于清砂）○4去除不必要圆角。

（使造型或制芯工艺过程复杂化。

）2.了解给定铸件结构条件下可能产生的主要缺陷，掌握处理缺陷的措施。

第二篇 金属的塑性成形工艺锻压：是通过金属在固态下发生塑性变形来形成零件毛坯的重要加工方法之一，要掌握其形成特点和应用范围。

塑性成型：在外力作用下，使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和机械性能的毛坯或零件的加工方法。

锻模：是高强度合金制造的成型锻件的模具，由上、下模组成。

模锻：在模锻设备上，利用锻模使材料变形而获得锻件的锻造方法。

模膛：上、下模接触时所形成的空间。

冲压：通过冲模使板料塑性成型（分离或变形）而得到制件的工艺方法。

拉深：利用模具使冲裁后的平板毛坯变形为开口空心零件，而厚度基本不变的加工方法。

一.了解一般金属在锻压时经历的变形过程、变形特点及变形对锻压件组织性能的影响。

1、变形过程：未变形（不受力）→ 弹性变形（小力）→ 弹塑性变形→塑性变形2、变形特点：晶粒沿变形最大的方向伸长；晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；晶粒间产生碎晶。

加工硬化：金属低于再结晶温度时，由于塑性应变而产生的强度、硬度增加的现象回复：将冷成形后的金属加热到一定温度后，使金属内部原子回复到平衡位置，晶内残余应力减小的现象。

（部分消除加工硬化）再结晶：消除加工硬化，再次获得良好的塑性。

二.掌握锻压、锻造比与锻造流线的特性及材料可锻性（塑性成型性）的衡量指标。

1、锻压特性:•改善材料的力学性能,使金属组织致密，晶粒细小；•简单的精加工，使坯料的形状、尺寸接近成品零件；•提高零件的强度和韧性；•精密的公差；• 快速零件加工。

2、锻造比（y）：锻造变形前后的截面比、长度比或高度比。

拔长： y = A0 /A = L /L0 > 1镦粗： y = A /A0 = H0 /H > 13、锻造流线（纤维组织、流纹）特性：a金属变形程度越大，纤维组织就越明显，各向异性也就越明显。

b化学稳定性强，其分布状况一般不能通过热处理消除，只能通过不同方位上的锻压成形才能改变。

（为获得最佳力学性能，应充分利用纤维组织的方向性）遵循两项原则：1、使纤维分布与零件的轮廓相符而不被切断（切断时，不能连贯，切应力与纤维方向平行，承载能力较弱；不切断，连贯性好，纤维方向合理，零件品质好）。

2、使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。

4、材料可锻性（塑性成型性）的衡量指标：金属的塑性（反映金属塑性变形的能力）和变形抗力（反映金属塑性变形的难易程度）综合评定。

三.掌握金属塑性变形的基本规律（体积不变条件，最小阻力定律）。

体积不变条件：金属在塑性变形时，由于金属材料连续而致密，其体积变化很小，与形状变化相比可以忽略不计。

最小阻力定律：金属受外力作用下发生塑性变形时，如果金属质点在几个方向上都可流动，那么，金属质点就优先沿阻力最小的方向流动。

四.重点掌握分模面（上下锻模在模锻件上的分界面）的选择原则。

　•要保证模锻件能从模膛中取出（一般选在模锻件的最大尺寸的截面上）。

　•按选定的分模面制成锻模后，应使上、下两模没分模面的模膛轮廓一致（当出现错模现象时，可及时发现并调整）•最好把分模面选在模膛深度最浅的位置处。

（金属更容易充满模膛，便于取出锻件，有利于锻模的制造）•选定的分模面应该使零件上所加的敷料最少（敷料多，浪费金钱，降低材料利用率，增加切削加工的工作量）•最好使分模面为一个平面，上、下模膛的模膛深度基本一致（便于锻模制造）注意问题：•头部尺寸明显偏大的锻件选曲面分模。

•锻件流纹方向垂直分模面五.掌握板料冲压的基本工序、变形特点及应用，重点了解冲裁、弯曲、拉深等工艺中影响质量的因素。

1、板料冲压的基本工序：a：分离工序（使坯料的一部分与另一部分相互分离的工艺方法。

主要有落料、冲孔、切边、修整等）b：成形工序也可称变形工序（使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工艺方法。

主要有弯曲、拉深、翻边、成型等。

）2、板料冲压的特点：•板料冲压生产过程的主要特征是依靠冲模和冲压设备完成加工，便于实现自动化，生产率高，操作方便。

•冲压件一般不需再进行切削加工，节省原材料，节省能源消耗。

•板料冲压常用表面品质好的板料或带料，产品质量小、强度高、刚性好。

•冲压件的尺寸公差由冲模来保证，因此产品尺寸稳定，互换性好，可形成形状复杂零件。

3、板料冲压的应用：板料冲压在批量生产中得到广泛的应用。

在汽车、拖拉机航空、电器、仪表、国防以及日用品工业中，冲压件占有相当大的比例4、冲裁影响质量的因素：凸、凹模间隙Z等5、弯曲影响质量的因素：a：板厚δ、内弯曲半径r（δ越大，r越小，压缩及拉伸应力越大，容易产生破裂）b：弯曲线与板料纤维方向的关系（尽可能使弯曲线与流纹垂直。

若弯曲线与流纹平行，容易产生破裂，可增大最小弯曲半径来避免破裂） c：回弹现象（防止：将模具制成比弯曲件角度小一个回弹角β）6、拉深影响质量的因素：拉深系数m等六.了解冲裁的变形过程，掌握凸、凹模刃口尺寸的确定。

1、冲裁的变形过程：•弹性变形阶段（板料内应力未超过材料的弹性极限）•塑性变形阶段（刃口附近出现微裂纹）•剪裂分离阶段（上下微裂纹沿最大剪切应力方向板料内部扩展，上下裂纹重合，板料被剪断分离）2、凸、凹模刃口尺寸的确定（落料件的光亮带由凹模刃口挤切板料产生，冲孔件孔的光亮带由凸模刃口挤切板料产生的。

故计算刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况分别进行分析）：•落料模：以凹模为设计基准件，即按落料件尺寸确定凹模刃口尺寸，而凸模的刃口尺寸 = 凹模刃口尺寸 – Z（凸、凹模间隙）；•冲孔模：以凸模为设计基准件，即按冲孔件尺寸确定凸模刃口尺寸，而凹模的刃口尺寸 = 凸模刃口尺寸 + Z（凸、凹模间隙）；七.掌握拉深系数与常见拉深缺陷。

1、拉深变形特点：a：变形区是板料的凸缘部分，其它部分是传力区；b：板料变形在切向压应力和径向拉应力的作用下，产生切向压缩和径向伸长的变形；c：拉深时，金属材料产生很大的塑性流动，板料直径越大，拉深后筒形直径越小，其变形程度就越大。

2、拉深系数（拉深系数是衡量拉深变形程度的指标，m越小→变形程度越大，坯料拉入凹模越困难）：拉深件的直径d与坯料直径D的比值，即m = d / D。

注：对于m较小的拉深零件需采用多次拉深工艺（多次拉深必然产生加工硬化，为保证坯料有足够塑性，经过一两次拉深后，应安排工序间的退火处理），总拉深系数：m = m1·m2 ·m3···m n。