金属材料成形原理

金属材料成形原理实验报告

专业：材料成型及控制工程

班级：111班

学生姓名：金鑫

学号：5901211054

指导教师：孙晓刚

2014年4月

实验一铸造内应力的形成及测量分析

1、实验目的

1）了解坩锅炉熔炼原理及工艺过程。

2）测定应力框产生的铸造热应力。

3）分析应力框产生内应力的原因、应力对铸件质量的影响。2、实验原理

根据“T”形杆冷却过程中形成“粗杆受拉、细杆受压”的原理，设计如图2 所示的应力框。合金浇铸、冷却后，会在应力框的粗、细杆中形成不同性质的应力。将粗杆锯断，将使应力约束条件释放，致使应力杆的尺寸发生变化。测量应力杆的尺寸变化大小，根据虎克定律，便可计算出应力框中应力杆的大小。应力框尺寸如图 2 所示，采用潮模砂造型，在电阻坩锅炉中熔炼ZL101 合金，浇铸应力框。

3、实验步骤及方法

1）手工造型应力框铸型。

2）坩锅电阻炉中熔炼ZL101 合金。

3）浇铸应力框。

4）冷却后清理。

5）将中间的粗杆打两点标志，测量两点距离L0，然后将中间杆锯断，再测量两点的距离L1。

6）根据测量结果，计算杆中的铸造应力。

σ= E ε= E（L1–L0）/ L (2

N/mm)

式中： E --- 弹性模量，ZL101 为：72.4×3

102

N/mm

L ---- 中间杆的长度mm

4、实验结果处理

1）画出应力框图，标出细杆和粗杆中存在的铸造应力性质（拉应力为+,压应力为-）。

2）根据测量结果、计算铸造应力。

测量结果：L0、L1、L；计算结果：σ

σ= E ε= E（L1–L0）/ L 2

N/mm

式中： E --- 弹性模量，ZL101 为：72.4×3

102

N/mm

L ---- 中间杆的长度mm

据第4组测量数据可得：

σ=72.4×3

10（51.3-50）/300 =72.42

N/mm

3）分析应力框产生的原因和铸造应力对铸件质量的影响。（1）原因：因为铸件各部分厚薄不同，在凝固和其后的冷却过程中，冷却速度不同，造成同一时刻各部分收缩量不一致，铸件各部分彼此制约，产生的热应力，而热应力的存在使得铸件厚壁或心部受拉伸，薄壁或表层受压缩。铸件壁厚差别愈大，合金线收缩率愈高，热应力也越大，而应力框也正是在此情况下产生。

（2）影响：铸造应力和铸件的变形对铸件质量的危害很大。铸造应力是铸件在生产、存放、加工以及使用过程中产生变形和裂纹的主要原因，它降低铸件的使用性能。例如，当机件工作应力的方向与残

余应力的方向相同时，应力叠加，可能超出合金的强度极限，发生断裂。有残余应力的铸件，放置日久或经机械加工后会变形，使机件失去精度。产生变形的铸件可能因加工余量不足而报废，为此需要加大加工余量。在大批量流水生产时，变形的铸件在机械加工时往往因放不进夹具而报废。此外，挠曲变形还降低铸件的尺寸精度，尤其对精度要求较高的铸件，防止产生变形尤为重要。

实验一铸造内应力的形成及测量分析数据汇总

单位：mm