材料成型工艺总结

红字不要求，蓝字是补充！不排除错别字啊！

2.1 液态金属充型过程的水力学特性及流动情况

浇注系统：浇口杯，直浇道，横浇道，内浇道（各组成部份的作用）P11

浇口杯：①承载来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注；

②减轻液流对型腔的冲击；

③分离熔渣和气泡；

④增加充型压力头。

影响浇口杯内水平蜗旋的主要原因：①浇口杯内液面的深度；②浇注高度；③浇注方向；

④浇口杯的结构。

液面浅和浇注高度大时，偏离直浇道中心的水平流速较高，因而易出现水平旋涡（避免）。垂直旋涡能促使熔渣和气泡浮至液面，对挡渣和分离冲入的气泡有利。

直浇道：将来自浇口杯的液流引入横浇道、内浇道或直接进入型腔。

横浇道：连接直浇道和内浇道的中间通道，功用：①稳流②流量分配③挡渣

内浇道：浇注系统中把液体金属引入型腔。功用：①控制充型速度和方向②分配液态金属③调节铸件各部位的温度分布和凝固次序④对铸件有一定的补缩作用。

2.2 浇注系统的设计P19

按截面积分：收缩式浇注式（定义，特征），扩张式浇注系统（定义，特征），

收缩式浇注系统

定义：直浇道、横浇道和内浇道的横截面积依次缩小的浇注系统。

特征：液态金属在这种浇注系统中流动时，由于浇道截面积越来越小，流动速度越来越大，从内浇道进入型腔的液流，流动速度很大，对型壁产生冲击，易引起喷溅和剧烈氧化。但此种浇注系统在充型的最初阶段直至整个充型过程，都保持充满状态，金属液中的熔渣易于上浮到横浇道上部，避免进入型腔。此外，这种浇注系统所占体积较小，减少了合金的消耗。这种浇注系统主要用于不易氧化的铸铁件。

扩张式浇注系统

定义：直浇道、横浇道和内浇道截面积依次扩大的浇注系统。

特征：金属液在横浇道和内浇道中流速较慢，在进入型腔时流速平稳。不足之处是横浇道在充型初期不易充满，在开始段浮渣作用较差。易氧化的铝合金和镁合金要求液流平稳，大、中型铸件一般都采用扩张式浇注系统。

液态金属导入位置：顶注式（定义，特征），底注式（定义，特征），

顶注式

定义：以浇注位置为基准，金属液从铸件型腔顶部引入的浇注系统。

优点：①液态金属从铸型型腔顶部引入，在浇注和凝固过程中，铸件上部的温度高于下部，有利于铸件自下而上顺序凝固，能够有效地发挥顶部冒口的补缩作用。

②液流流量大，充型时间短，充型能力强。

③造型工艺简单，模具制造方便，浇注系统和冒口消耗金属少，浇注系统切割清理容易。

缺点：液体金属进入型腔后，从高处落下，对铸型冲击大，容易导致液态金属的飞溅、氧化和卷入气体，形成氧化夹渣和气孔缺陷。

底注式

定义：内浇道设在铸件底部的浇注系统。

优点：①合金液从下部充填型腔，流动平稳。

②无论浇口比多大，横浇道基本处于充满状态，有利于挡渣。型腔内的气体能

顺利排出。

缺点：①充型后铸件的温度分布不利于自下而上的顺序凝固，却弱了顶部冒口的补缩作用。

②铸件底部尤其是内浇道附近容易过热，是逐渐易产生缩松、缩孔、晶粒粗大等缺陷。

③充型能力较差，对大型薄壁铸件容易产生冷隔和浇不足的缺陷。

④造型工艺复杂，金属消耗量大。

2.3凝因金属收缩过程工艺分析p26

缩孔缩松（定义）p27

缩松：疏松是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。

缩孔：铸件在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩，在铸件最后凝固的部位如得不到外加钢液的补缩，则会出现孔洞，称为缩孔。

缩孔形成机理P27

由于铸件浇注的合金的结晶温度范围很窄，之间是由表及里逐层凝固，因铸件吸热，金属液温度下降，发生液态收缩，但它将从浇注系统中得到补充，当铸件外表温度下降到凝固温度时，铸件表面凝固了一层硬壳，并紧紧抱住内部的金属液，此时内浇道已凝固。进一步冷却时，硬壳内的金属液因温度降低产生液态收缩，并对形成硬壳的凝固收缩进行补缩，液面下降。此时，固态硬壳也因为温度降低，而使铸件外表尺寸缩小。当液态收缩和凝固收缩总是超过硬壳的固态收缩，液面脱离顶部硬壳，液面下降，如此下去，硬壳不断增厚，液面不断下降，待金属全部凝固后，在逐渐上部形成一个倒锥形的缩孔。先凝固区域堵住液体流动的通道，后凝固区域收缩所缩减的容积得不到补充。

共同点：液态收缩+凝固收缩>固态收缩

主要区别原因：

（1）缩孔合金结晶温度范围窄，逐层凝固P27

（2）缩松合金结果温度范围宽，糊状凝固P28

扩张角：

补缩困难区：液相线和固相线与铸件壁轴线相交的区间。

扩张角与补缩困难区关系：反比

消除缩孔措施：铸件顶部厚大截面处安放冒口；采用顶注式浇铸系统、形成自下而上的顺序凝固，将缩孔引向冒口区

2.4冒口设计要求：①冒口的凝固时间应大于或等于铸件（补缩部分）的凝固时间；

②冒口应有足够大的体积，以保证有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝固收缩；

③在铸件整个凝固的过程中，冒口与被补缩部位之间的补缩通道应该畅通，即使扩张角始终向着冒口。

冒口的作用：①补偿铸件凝固时的收缩；

②调整铸件凝固时的温度分布；

③排气、集渣

④利用明冒口观察型腔内金属液的充型情况。

3.2粘土湿型p45

粘土湿型：造好的型砂不经烘干、直接浇入高温金属液的型砂称为湿型。

水玻璃砂：各种聚硅酸盐水溶液，铸造上最常用的是钠水玻璃硅酸钠水溶液），其化学式为Na2O mSiO2H2O

4特种铸造：

熔模铸造：用易熔材料（蜡料及塑料等）制成精确的可溶性模样，在模样上涂以若干层耐火涂料，经过干燥、硬化成整体型壳；然后加热型壳熔失模样，在经高温焙烧而成为耐火型壳；将液体金属浇入型壳中，待冷却后即成铸件。

消失模铸造：采用泡沫塑料模样代替普通模样紧实造型，造好铸型后不取出模样，直接浇入金属液，在高温金属液的作用下，模样受热气化、燃烧而消失，金属液取代原来泡沫塑料模样占据的空间位置，冷却凝固后即获得所需的铸件。

压力铸造：将液态金属或半液态金属在高压下快速充填金属型的型腔，并在高压下快速凝固而获得铸件的一种铸造方法。

5.2铸造工艺方案的确定：

1、造型、制芯方法的选择

①造型、制芯方法应与生产批量相适应

②造型、制芯方法应适合工厂条件

③要兼顾铸件的精度要求和成本

2、浇注位置的确定

①铸件上质量要求高的部分及重要工作面、重要加工面、加工基准面和大平面应尽量朝下或垂直安放

②铸件的厚大部分应放在上部，尽量满足铸件自下而上的顺序凝固

③应保证铸件有良好的液态金属导入位置保证铸型充满

④应尽量少用或不用制芯

3、分型面的确定

①分型面应选择铸件最大截面处，以保证顺利起出模样而不损坏铸型

②尽量将铸件全部或大部分放在半形内

③尽量减少分型面的数量

④分型面应尽量选择平面

⑤便于下芯、合型和检查型腔尺寸

⑥考虑工艺特点，尽量使加工及操作工艺简单

4、型芯设计

浇注位置的确定原则93

熟读图5-1至5-2例题

分型面的选择原则p94

熟读图5-3至5-8例题

5.6液态金属成形工艺设计实例

铸造工艺图的绘制p100

绘出实例讲解。

6.2锻件分类及锻件图设计P107

锻件分类：(1) 长轴类模锻件

(2) 盘类模锻件

锻件图设计：

1）选择分模面；

2）确定工艺参数：机械加工余量，余块，模锻斜度，锻造圆角，锻件公差

等；

3）冲孔连皮形式和尺寸；

4）制定锻件技术条件；

5）绘制模锻件图。

锻件图分类及设计内容P110

分类：①冷锻件图：用于最终锻件检验和热锻件图设计

②热锻件图：用于锻模设计与加工制造

设计内容：①确定分型面

(a)易于发现上下模膛的相对错移

(b)尽可能选用直线分型，是锻模加工简单

(c)对圆饼类锻件，当H≤D时，宜取径向分型，而不取轴向分型

(d)应保证锻件有合理的金属流线分布

②确定机械加工余量和公差

③模锻斜度

④圆角半径

⑤冲孔连皮

⑥技术条件

6.3开式模锻的变形特征及终锻与预锻模膛设计p113

开式模锻定义：金属的流动不完全受模腔限制的一种锻造方式。多余的金属沿垂直于作用力方向流动形成飞边。

开式模锻变形过程：镦粗，形成飞边，充满模膛，打靠。

飞边槽的作用：

Ⅰ产生足够大的横向阻力，促使模膛充满。

热模锻压力机上模膛内横向阻力不太大。

Ⅱ容纳坯料上的多余金属，起补偿与调节作用。

Ⅲ对锤类设备还有缓冲作用。

终锻模膛的组成及设计依据p114

1、终锻模膛的组成：按热锻件图加工制造的锻模、锻模周围的飞边槽、钳口

①热锻件图设计

热锻件图依据冷锻件图绘制。

热锻件图上尺寸比冷锻件图中尺寸加大一个收缩率，

即

%)

1(δ

+

=l

L

②飞边槽设计

形式Ⅰ—飞边在上模膛内聚集，常用。

形式Ⅱ—桥部在下模膛内。

形式Ⅲ—用于形状复杂件。

③钳口设计

主要为终锻模膛和预锻模膛沿分模面上下局部加工装配成的特制凹腔，作为钳夹操作空间。

6.4 制坯工步的选择及模膛设计P118

圆饼类锻件制坯：镦粗（特征）

长轴类锻件制坯：

滚挤：减少坯料某部分的横截面积，增大相邻部位的横截面积，总长略有增加。多用于模锻件沿轴线个界面不同时的聚料和排料，或修整拔长后的毛坯，是坯料形状更接近锻件，并使拔长后的坯料表面光滑。

拔长：减小坯料某部分的横截面积，增加该部分的长度。当模锻件沿轴线各横截面积相差较大时，则采用拔长模膛拔长。多用于长轴类锻件制坯，兼有去氧化皮作用。

弯曲：使坯料获得近似锻件水平投影的形状，用于具有弯曲轴线的锻件。

卡压（特征）

6.6闭式模锻工艺及模具设计P131

闭式模锻的工艺特点：闭式模锻时不形成横向飞边而仅形成极小的纵向飞边。

优点：模锻几乎不产生飞边，模锻斜度更小甚至为零，若用可分凹模闭式模锻还可锻出垂直于锻击方向的孔或凹坑，材料利用率平均提高20%左右

闭式模锻的变形过程：镦粗阶段，充满角隙阶段，挤出端部飞边阶段。P133

7.1挤压成形工艺

按毛坯温度不同可分为：热挤压、温挤压、冷挤压

热挤压：将毛坯加热到一般的热锻温度范围内进行挤压。

温挤压：将毛坯加热到金属再结晶温度下某个适合的温度范围内进行挤压。

冷挤压：在室温下对毛坯进行挤压。

挤压的基本方法：正挤压，反挤压p141

正挤压：挤压时，金属的流动方向与凸模的运动方向一致。

反挤压：挤压时，金属的流动方向与凸模的运动方向相反。

冷挤压应力与应变状态分析p142

8.2 冲裁：利用模具使板料沿着一定的封闭轮廓产生分离的一种冲压工序。

冲裁过程：

弹性变形阶段：板料产生弹性压缩、弯曲、局部拉深；

塑性变形阶段：塑性变形加大，出现微裂纹；

断裂分离阶段：裂纹扩展、相遇，板料分离。

冲裁件的质量：

冲裁件断面：

光亮带：在冲裁过程中模具刃口切入材料后，材料与模具刃口侧面挤压而产生

塑性变形的结果。

断裂带：模具刃口附近裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面。

圆角：当模具压入材料时刃口附近的材料被牵连变形的结果，材料塑性越好，则

圆角带越大。

毛刺：冲裁过程中出现微裂纹时形成的，随后已形成的毛刺被拉长，并残留在冲

裁件上。

冲裁件凸模与凹模尺寸的确定原则P156

①设计落料模时，以凹模为基准，按落料件先确定凹模刃口尺寸，然后根据选取间隙值再确定凸模刃口尺寸。

②设计冲孔模时，以凸模为基准，按冲孔件先确定凸模刃口尺寸，然后根据选取间隙值再确定凹模刃口尺寸。

③落料凸模刃口尺寸应靠近落料件公差范围内的最小尺寸；冲孔凸模刃口尺寸应靠近空的公差范围内最大尺寸。

④凸、凹模间隙均应采用最小合理间隙。

冲孔公式：

()0min p p δ-?+=x d d

()()d d p d δδ+++?+=+=0min min 0min Z x d Z d d 落料公式：()d

d δ+?-=0max x D D

()()0min max 0min p Z x D Z D D p d p δδ---?-=-=

为保证间隙，需满足：

d p δδ+≤min max Z Z -

8.3弯曲

弯曲过程： 弹性弯曲：外弯曲力矩的数值不大，毛坯内外表面的应力小于材料的屈服点S σ，使毛坯变形区产生弹性弯曲变形。

弹-塑性弯曲：外弯曲力矩继续增加，毛坯内外表面应力值首先达到材料屈服点S σ而产生塑性变形。

纯塑性弯曲：随后塑性变形向中间扩展，整个毛坯内部应力都达到或超过屈服点。

应力中性层：从毛坯外层的切向拉应力过度到内层的压应力，中间有一层金属其切向应力为零或应力不连续。

应变中性层：弯曲变形时，毛坯外层受切向拉应力作用产生伸长变形，内层受压应力作用产生压缩变形，而中间必然有一层金属长度不变，这层金属称为应变中性层。

窄板弯曲和宽板弯曲应力应变分析p162

最小弯曲半径：即在板料不发生破坏的条件下，所能弯成零件内表面的最小圆角半径。 最小相对弯曲半径：在保证弯曲毛坯外层纤维不发生破坏的条件下，弯曲件内表面所能达到的最小圆角半径。

弯曲变形回弹：塑性弯曲总伴随有弹性变形。卸载后，总变形中的弹性变形会立即回复，使得弯曲件的尺寸与模具尺寸不一致。这种现象就叫弯曲回弹。

弯曲回弹的表现形式：

①曲率缩小；

②弯曲中心角减小。

③曲率半径增大

弯曲回弹影响的因素：

①材料的力学性能：E /σS 越大，回弹越大。

②相对弯曲半径 r/t ：r/t 越大，回弹越大。

③弯曲中心角α：α越大，变形区的长度越长，回弹积累值△α也越大，故回弹角也愈大。 ④工件的形状、弯曲方式、弯曲模结构及凸、凹模间间隙等。

8.4拉深：将毛坯通过模具制成开口空心零件的冲压工艺方法。

拉深系数：每次拉深后圆筒形件的直径与拉深前毛坯直径之比。

防止拉深起皱和开裂的方法

起皱：采用压边圈

开裂：采用适量的拉深比（D/d ）；

2. 适当减小压边力FY ；

3. 增大凸模端面的粗糙度；

4. 适量调修加大凸模圆角。 拉深次数和例题