江苏大学材料成型-毛坯成形工艺选择

1、毛坯成形方法选择江苏大学机械工程学院机制系江苏大学机械工程学院机制系 王王 宏宏 宇宇 2009-10第四部分 毛坯成形方法选择 本课程所讲述的材料成形方法属于传统意义上的金属材料成形，主要用于机械零件制造过程中毛坯件的成形。 毛坯成形方法的选择直接关系到机械零件的质量、使用性能、成本和生产率。因此，毛坯（成形方法）的选择是机械设计和制造中的关键环节之一。教学内容 第一章 常用毛坯成形方法常用毛坯成形方法 第二章 毛坯成形方法选择的原则毛坯成形方法选择的原则 第三章 典型零件毛坯成形方法的选择典型零件毛坯成形方法的选择 第四章 毛坯成形方法选择示例毛坯成形方法选择示例第一章 常用毛坯成形方法

2、一、常用毛坯成形方法的种类一、常用毛坯成形方法的种类二、常用毛坯成形方法的比较二、常用毛坯成形方法的比较1. 1. 液态成形（铸造）液态成形（铸造） 铸造是液态金属充填型腔后凝固成形的成形方法，要求熔融金属流动性好、收缩性好，铸造材料利用率高，适用于制造各种尺寸和批量且形状复杂尤其具有复杂内腔的零件，如支座、壳体、箱体、机床床身等。 手工砂型铸造是单件、小批生产铸件的常用方法；大批大量生产常采用机器造型；特种铸造常用于生产特殊要求或有色金属铸件。2. 2. 塑性成形（锻压）塑性成形（锻压） 锻造是固态金属在压力下塑性变形的成形方法，要求金属的塑性较好、变形抗力小。锻造方法适用于制造受力较大、组

3、织致密、质量均匀的锻件，如转轴、齿轮、曲轴和叉杆等。 自由锻锻造工装简单、准备周期短，但产品形状简单，是单件生产和大型锻件的唯一锻造方法；胎模锻是在自由锻设备上采用胎模进行锻造的方法，可锻造较为复杂、中小批量的中小型锻件；模锻的锻件可较复杂，材料利用率和生产率远高于自由锻，但只能锻造批量较大的中小型锻件。（1）锻造 冲压是借助冲模使金属产生分离或变形的成形方法，要求金属塑性成形时塑性好、变形抗力小。冲压可获得各种尺寸且形状较为复杂的零件，材料利用率和生产率高。 冲压广泛应用于汽车、仪表行业，是大批量制造质量轻、刚度好的零件和形状复杂的壳体的首选成形方法。（2）冲压3. 3. 焊接成形焊接成形

4、焊接是通过加热和（或）加压使被焊材料产生共同熔池或塑性变形或原子扩散而实现连接的，要求材料在焊接时的淬硬倾向以及产生裂纹和气孔等缺陷的倾向较小。 焊接可获得各种尺寸且形状较复杂的零件，材料利用率高，采用自动化焊接可达到很高的生产率，适用于形状复杂或大型构件的连接成形，也可用于异种材料的连接和零件的修补。4. 4. 其他成形方法简介其他成形方法简介 型材也是最为常用的毛坯之一，其成形方法主要为塑性成形中轧制、挤压和拉拔等。原材料的供应态一般为型材。型材可直接使用，也可作为锻压和焊接的原料。 此外，对于金属材料还可以采用粉末冶金的方法，这种方法尤其适应于金属陶瓷如硬质合金的成形。 粉末冶金成形一般

5、过程：5. 5. 毛坯成形方法比较毛坯成形方法比较成形方法成形方法铸铸 造造锻锻 造造冲冲 压压焊焊 接接轧材轧材成形特点成形特点液态下成形液态下成形塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形永久性连接永久性连接同锻件同锻件结构特征结构特征复杂复杂简单简单轻巧、复杂轻巧、复杂轻巧轻巧简单简单工艺性要求工艺性要求流动性好，流动性好，收缩率低收缩率低塑性好，变形塑性好，变形抗力小抗力小塑性好，变形抗塑性好，变形抗力小力小强度高，塑性强度高，塑性好好同锻件同锻件常用材料常用材料铸铁、铸钢、铸铁、铸钢、铝合金铝合金中碳钢及合金中碳钢及合金结构钢等结构钢等低碳钢、有色金低碳钢、有色金属薄板属薄板低碳钢、低合低碳钢

6、、低合金钢等金钢等碳钢、合金碳钢、合金结构钢等结构钢等组织特征组织特征晶粒粗大、晶粒粗大、疏松疏松晶粒细小、致晶粒细小、致密密拉深时，流线有拉深时，流线有变化变化接头组织不均接头组织不均匀匀同锻件同锻件机械性能机械性能较差较差好好好好降低降低较好较好材料利用率材料利用率高高低低高高较高较高较低较低生产周期生产周期长长短短/长长长长较短较短短短生产成本生产成本较低较低较高较高较低较低中中应用举例应用举例机架、床身机架、床身轴、齿轮轴、齿轮油箱油箱车身，船体车身，船体丝杠、螺栓丝杠、螺栓第二章 毛坯成形方法选择的原则 一、毛坯成形方法选择的一般原则一、毛坯成形方法选择的一般原则 选择毛坯成形方法的

7、一般原则：在满足使用要求的前提下，努力降低生产成本和提高生产效率。 具体地说包括以下方面： 1. 满足零件的使用要求 2. 降低生产成本 3. 结合具体生产条件 够够用用二、毛坯成形方法选择的依据二、毛坯成形方法选择的依据1. 1. 零件的用途及工作条件零件的用途及工作条件 根据零件的用途及工作条件，可基本确定零件应选用的材料与成形方法，而且通常是根据选定的材料来选择成形方法。飞轮飞轮-HT200-铸造铸造链轮链轮-45-锻造锻造2. 2. 零件的结构、形状与外形尺寸零件的结构、形状与外形尺寸 零件的结构、形状和外形尺寸不同，其毛坯成形方法也不同。 铸铸- -焊组合成形焊组合成形 锻造成形锻造

8、成形 型材型材 千斤顶手柄 机床主轴万吨水压机立柱3. 3. 零件的生产类型零件的生产类型 单件、小批生产时，选用通用设备和工具、低精度、低生产效率的成形方法；大批量生产时，选用专用设备和工具、高精度、高生产效率的成形方法。4. 4. 现有生产条件现有生产条件 在选择成形方法时，必须考虑企业的实际生产条件，如设备条件、技术水平、管理水平等。一般情况下，应在满足使用要求的前提下，充分利用现有本企业的生产条件。第三章 典型零件毛坯成形方法的选择一、轴杆类零件一、轴杆类零件主要起支承传动件和传递转矩的作用。传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、凸轮轴等。轴类毛坯轴类毛坯应应 用用材材 料料热处理及工艺

9、热处理及工艺锻锻 件件机床主轴机床主轴45，40Cr调质处理，轴颈高频淬火调质处理，轴颈高频淬火高速柴油机曲轴高速柴油机曲轴38CrMoAl调质处理，轴颈氮化调质处理，轴颈氮化铸铸 件件汽车柴油机曲轴汽车柴油机曲轴QT600-2轴颈高频淬火轴颈高频淬火锻焊结合件锻焊结合件汽车排气阀汽车排气阀45，4Cr9Si2分段锻造，粗加工，对焊分段锻造，粗加工，对焊铸焊结合件铸焊结合件万吨水压机立柱万吨水压机立柱ZG35分段铸造，粗加工，分段铸造，粗加工，电渣焊拼焊电渣焊拼焊二、盘套类零件二、盘套类零件以齿轮为例，传递运动和载荷。齿轮毛坯齿轮毛坯应应 用用材材 料料热处理及工艺热处理及工艺锻锻 件件机床齿

10、轮机床齿轮45，40Cr调质处理，轮齿高频淬火调质处理，轮齿高频淬火+低温回火低温回火汽车齿轮汽车齿轮20CrMnTi轮齿渗碳处理，淬火轮齿渗碳处理，淬火+低温低温回火回火圆圆 钢钢小齿轮（小齿轮（d500）ZG35调质处理调质处理受力小受力小低速齿轮低速齿轮HT200仪器仪表齿轮仪器仪表齿轮ZL108 压力铸造压力铸造冲压件冲压件仪器仪表齿轮仪器仪表齿轮08，10三、箱体类零件三、箱体类零件结构复杂，重量、工作条件相差很大。 箱体毛坯箱体毛坯应应 用用性能及特点性能及特点材料材料铸铁件铸铁件机床床身，齿轮箱，机床床身，齿轮箱，阀体，泵体阀体，泵体具有较好的刚度和减具有较好的刚度和减振性振性HT200铸钢件铸钢件重型水压机横梁，重型水压机横梁，大型轧钢机机架大型轧钢机机架可承受重载荷及冲击可承受重载荷及冲击载荷载荷ZG35,必须进行必须进行退火或正火退火或正火铝合金铸件铝合金铸件航空发动机箱体航空发动机箱体摩托车发动机箱体摩托车发动机箱体仪表罩壳仪表罩壳受力不大，自重轻，受力不大，自重轻，导热性好导热性好ZL105ZL108焊接件焊接件(单件单件,小批量小批量