塑性加工工艺学期末作业

第一章塑性加工概论1.金属塑性加工的特点有哪些？1)力学性能好；2)材料利用率高；3)生产率高；4)产品尺寸稳定，互换性好；5)能生产形状复杂的零件；6)操作简单，便于生产的机械化和自动化。2.最小阻力定律、体积不变定律、薄板材成形时的平面应力假设、板材拉深成形时的面积不变假设1)最小阻力定律：金属受外力作用发生塑性变形时，如果金属颗粒在几个方向上都可以移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动。2)体积不变假设（定律）：金属弹性变形时，体积变化与形状变化比例相当，必须考虑体积变化对变形的影响。但在塑性变形时，由于金属材料连续而且致密，体积变化很微小，与形状变化相比可以忽略，因此假设体积不变。即塑性变形时，变形前金属的体积等于变形后的体积。（可表达为：ɛ1+ɛ2+ɛ3=0）3)薄板材成形时的平面应力假设：在薄板材冲压成形的过程中，由于板平面的尺寸远大于板厚尺寸，即使在板厚方向受到较大的压力（如压边力、凸模作用力等），但其应力值却远远小于板平面内的主应力值，其绝对值也很小。因此，在分析板材冲压成形时的受力状态时，一般按平面应力处理，即板厚方向的应力应为零。但厚板弯曲成形时，板厚方向的应力对变形有较大影响，故不能作平面应力处理。4)板材拉深成形时的面积不变假设：在板材拉深成形时，由于不同部位的应力状态不同，必然会存在有的部位板厚增加，而有的部位板厚减小，但这种板厚的变化所引起的板平面面积的变化却非常小。因此，在拉深成形时，一般假设板材在拉深成形之前毛坯的面积等于拉深成形之后拉深件的表面积。第二章锻造用坯料及加热1、钢锭与型材常见缺陷分别有哪些？钢锭的常见缺陷：偏析、夹杂、气体、气泡、缩孔、疏松、裂纹等。型材的常见缺陷:划痕、折叠、发裂、结疤、碳化物偏析、白点、非金属夹杂、铝合金的氧化膜、粗晶环。2、锻造用原材料的下料方法及特点。下料：在进行锻造前必须把型材切断成所需长度的坯料，称为下料。1)剪切法特点：效率高，操作简单，断口无金属损耗，模具费用低等。2)锯切法特点：生产率低，锯口损耗较大，但下料长度准确，锯割端面平整，特别用在精锻工艺中，是一种主要的下料方法。3)砂轮片切割法特点：适于切割小截面棒料、管料和异形截面材料。优点是设备简单，操作方便，下料长度准确，端面平整。但砂轮片耗量大，易崩碎，噪声大。4)折断法特点：生产效率高，断口金属损耗小，所用工具简单，无需专用设备，但折断和剪切下料长度尺寸精度比较差，误差达到数毫米。折断法尤其适用于硬度较高的钢，如高碳钢和合金钢，不过这类钢在折断之前应预热至300~400℃。5)气割法特点：所用设备简单，便于野外作业，可切割各种截面材料，尤其适用于对厚板材料进行曲线切割。主要缺点是切割面不平整，精度差，断口金属损耗大，生产效率低，劳动条件差，而且对操作技术要求较高。还有冷折法、车削法和剁断法等。3、锻前加热的目的是什么？锻前加热的方法及各方法的特点。目的：提高金属的塑性，降低变形抗力，使其易于流动成形并获得良好的锻后组织。加热方法：1)火焰加热：优点：燃料来源方便，加热炉修造容易，适应性强，费用较低；缺点：劳动条件差，加热速度慢，加热质量差，热效率低等。2)电加热：包括电阻加热和感应电加热A.电阻加热：a)电阻炉加热：优点：适应范围广，易实现机械化、自动化，还可以采用气体保护，实现少无氧化加热（适合于某些有色金属及合金钢中小件的加热）；缺点：加热温度受电热体的使用温度的限制，热效率较低。b)接触电加热：优点：加热速度快，金属烧损小，可进行整体或局部加热（适合于直径小于80mm的棒料的加热，尤其适合于局部加热）；缺点：下料要求严格，加热温度测量和控制较难。c)盐浴炉加热：优点：加热速度快，加热温度均匀，适合于小件（或局部）无氧化加热；缺点：热效率较低，盐的消耗较大，劳动条件差。B.感应电加热：优点：加热速度快、效率高、质量好；缺点：设备费用高，感应线圈要根据坯料的形状专门制造。4、金属加热时产生的缺陷有哪些？防止这些缺陷的措施有哪些？缺陷：氧化、脱碳、过热、过烧和裂纹等。1)减少氧化的措施（一般防止氧化的措施，同样也可用于脱碳）：①在保证质量的前提下，尽量采用快速加热，缩短坯料在高温下（900℃以上）的停留时间；②在燃料完全燃烧的前提下，减少空气过剩量；③采用少装、勤装的操作方法；④炉内应保持不大的正压力，防止冷空气的吸入；⑤采用少无氧化加热方法。2)防止过热的措施：①严格控制加热温度、尽可能缩短高温保温时间，加热时坯料不要放在炉内局部高温区；②在锻造时要保证锻件有足够的变形量，通过大变形量可以破碎过热形成的粗大奥氏体晶粒，并破坏其沿晶界析出相的连续网状分布。对于需要预制坯的模锻件，应保持终锻时锻件各部分有适当的变形量；③测温用的热工仪表必须校正准确。3)防止过烧的措施：严格遵守加热规范，特别是要控制出炉温度及高温时的停留时间。4)防止裂纹的措施：严格控制装炉温度和加热速度，以减少温度应力和组织应力。5、什么是加热规范？加热规范的制定包括哪些内容？制定加热规范的原则是什么？加热规范：是指坯料从装炉开始到加热结束整个过程对炉子温度和坯料温度随时间变化的规定。内容：装炉温度、低温区和高温区的加热速度、各个阶段加热（保温）时间和总的加热时间以及最高炉温等。原则：所制定的加热规范应保证：加热过程中氧化少、无脱碳、无裂纹、无过热、和过烧等缺陷，加热均匀。即在保证加热质量的前提下，力求加热时间短，能源消耗少。6、锻件冷却时常见的缺陷有哪些？锻件有哪些冷却方法？缺陷：裂纹、网状碳化物、石状断口冷却方法：1）在空气中冷却，冷却速度较快；2）在灰、砂中冷却，冷却速度较慢；3）在炉内冷却，冷却速度最慢。7、锻件热处理的目的是什么？常用的热处理方法有哪些？目的：调整锻件硬度，以利于切削加工；消除锻件内应力，以免在切削加工后产生变形；改善锻件内部组织，细化晶粒，为最终热处理做好组织准备。方法：退火、正火、调制、淬火与低温回火、淬火与时效等。第三章自由锻成形1、各种自由锻工序的含义？矩形截面坯料拔长时内部横向裂纹和对角裂纹产生的原因分别是什么？如何防止这些缺陷？1)镦粗：使坯料高度减小，横截面积增大的锻造工序。拔长：使坯料横截面积减小而长度增加的锻造工序。冲孔：将坯料冲出透孔或不通孔的锻造工序。扩孔：减小空心坯料壁厚而增加其内外径的锻造工序。弯曲：将毛坯弯成所规定的形状的锻造工序。扭转：将坯料的一部分相对于另一部分绕共同周旋轴线旋转一定角度的锻造工序。错移：使坯料的一部分相对于另一部分错开，但仍保持轴线平行的工序。2)原因：当绝对送进量过小时，上部和下部变形大，中部变形小，中部沿轴享受附加拉应力，在拔长锭料和大截面的低塑性坯料时，易产生内部横向裂纹；当绝对送进量较大，拔长高合金工具钢材料时，并且在毛坯同一部位反复重击时，由于金属沿对角线的激烈相对流动，常易沿对角线产生裂纹。3)防止措施：对于大坯料，先沿一面将坯料压一遍，然后翻转90°再压另一面;一般小型坯料采用左右90°来回翻转法,拔长。应注意使前后各遍拔长时的进料位置相互错开，使变形较为均匀，锻件的组织和性能也较为均匀，并且能获得平整的表面。2、用平砧采用小压缩量拔长圆形截面坯料时，易出现的的问题有哪些？应当采取什么防止措施？易在锻件内部产生纵向裂纹；防止措施：一是，在平砧上拔长时先将圆形截面坯料压成矩形，再将矩形断面毛坯拔长到一定尺寸，然后，再压成八角形，最后再锻成圆形；二是，在型砧内进行拔长，金属受工具侧表面的阻力而向轴向流动，拔长效率提高了，而且，金属在较强的三向压应力状态下变形，裂纹不易产生。3、锻造比对锻件组织和性能的影响规律是什么？一般规律是：锻造过程随着锻造比增大，由于内部孔隙焊合，铸态树枝晶被打碎，锻件的纵向和横向的力学性能均能得到明显提高。当锻造比超过一定数值后，由于形成纤维组织，横向力学性能（塑性、韧性）急剧下降，导致锻件出现各向异性。4、自由锻工艺过程制订的内容？1)依据零件图绘制锻件图；2)计算坯料重量和尺寸；3)确定变形工艺和锻造比；4)合理选用锻压设备；5)确定锻造温度范围、加热和冷却规范；6)确定热处理规范；7)填写工艺卡片等。5、制定自由锻件图时要考虑哪些因素？在零件图的基础上考虑加工余量、锻件公差、锻造余块、检验试样及工艺卡头等。第四章模锻成形1、常见的模锻工艺方法有哪些？开式模锻时影响金属流动的主要因素有哪些？工艺方法：开式模锻、闭式模锻、压挤和顶镦。因素：1）模膛具体形状和尺寸；2）飞边槽桥口部分的尺寸和飞边槽的位置；3）终锻前坯料的具体形状和尺寸；4）坯料本身性质的不均匀情况，主要由于温度不均匀引起的各部分金属流动极限σs不均匀情况。5）设备工作速度。2、锤上模锻的工艺特点有哪些？⑴由于靠冲击力使金属变形，可以利用金属流动惯性充满模膛，上模模膛较下模模膛具有更好的填充性，锻件上难充满的部分应尽量放在上模。⑵锤头行程不固定，金属在各模膛中的变形是锤头多次打击下完成的，因此，可在锤上实现拔长、滚压等各种模锻工步。模锻锤一般不需其他设备为其制坯，具有广泛的适应性和通用性。⑶模锻锤的导向精度差、工作时的冲击和行程不固定、无顶出装置等因素是模锻件的精度不高。⒊锤上模锻锻件图设计的内容有哪些？选择分模面的位置和形状。⑴确定机械加工余量、余块和锻件公差。⑵确定模锻斜度。⑶确定圆角半径。⑷确定冲孔连皮的形状和尺寸。⑸制订锻件技术条件。⑹绘制锻件图⒋模锻工艺过程制定包括哪些内容？⑴根据产品零件的形状、尺寸、技术要求和生产批量，结合具体生产条件，合理地选择模锻工艺方案。⑵设计锻件图。⑶确定所需的工序，并选择所用设备。⑷确定模锻工艺流程并填写模锻工艺卡。⒌模锻工艺方案选择的基本原则是什么？基本原则：保证锻件生产的技术可能性和经济合理性。在工艺上应满足对锻件质量和数量的要求，在经济上应是锻件生产成本低，有较好的经济效益。⒍模锻工步有哪几类？阐述各类工步的作用？分类：模锻工步，制坯工步，切断工步。模锻工步包括预断工步和终端工步，其作用是使经制坯的坯料得到最终锻件所要求的形状和尺寸。每类锻件都需要终端工步，而预断工步应根据具体情况决定是否采用。例如模锻时容易产生折叠盒不易充满的锻件常采用预断工步。制坯工步的作用是改变原毛坯的形状，合理地分配坯料，以适应锻件横截面形状的要求，使金属能较好地充满模锻模膛。⒎何谓计算毛坯？计算毛坯图是根据什么作出的？它包括哪些内容？计算毛坯：在模锻之后，锻件各处飞边均匀，亦即应使坯料上各截面的面积等于锻件上相应截面积加上飞边的截面积。按这一要求计算的毛坯，通常称为计算毛坯。根据：平面变形假设进行计算并经修正所得的具有圆形截面的中间坯料，其长度与锻件相等，而横截面积应等于锻件上相应截面积与飞边的截面积之和。即S计=S锻+2ηS飞S计——计算毛坯截面积（错误!未找到引用源。）;S锻——锻件截面积（错误!未找到引用源。），对于冲孔连皮及叉形锻件的内飞边应计算在锻件内：S飞——飞边横截面积（错误!未找到引用源。）;η——充满系数，形状简单的锻件取0.3~0.5，形状复杂的取0.6~0.8，常取⒏长轴类锻件制坯工步选择的依据是什么？第五章锻模设计1、制坯模膛有哪几种？有何作用?（一）镦粗台与压扁台1）镦粗台的作用是增加原始坯料直径，减小其高度，使镦粗后的毛坯在终锻模膛内能够覆盖一定的凸部与凹槽，以适应终锻模膛对中间毛坯尺寸上的要求，避免产生折叠或充不满等缺陷；去除加热后毛坯氧化皮，提高锻件的表面质量，提高终锻模膛的寿命。2）压扁台的作用与镦粗台类似，是用来将坯料压扁以增大其宽度，使压扁后的毛坯在终锻变形前能将终锻型槽覆盖，以防止产生折痕和其他缺陷，减少废品，提高模具的寿命。（二）拔长模膛。用以减小毛坯的截面积，增加其长度，起分配锻件材料的作用；同时还可以除氧化皮。（三）滚压模膛。用来减少毛坯局部截面积，增大另一部分截面积，以使毛坯沿轴向的体积分配尽可能符合锻件计算毛坯的尺寸和形状要求，同时滚光毛坯表面，去除氧化皮。（四）压肩模膛。作用是稍减小毛坯高度而增大宽度，并使锻件头部得到少量聚料。（五）成形模膛。作用是使坯料获得