材料成形方法选择

1、第六章材料成形方法选择问题：12 功能、条件、外观、外表等； 用什么材料； 如何成形3ZG、塑性成形45、切削加工 模锻件： 哑铃的设计 机加工的要求经济性、生产条件、生产批量等等方面进展零件构造设计确定外形、尺寸、精度、外表粗糙度等、材料选用选定材料、强化改性方法等、工艺设计选择成形方法、确定工艺路线等等。第一节材料成形方法选择的原则与依据一、材料成形方法的选择原则则：一适用性原则适用性原则是指要满足零件的使用要求及对成形加工工艺性的适应。满足使用要求 零件的使用要求包括对零件外形、尺寸、精度、外表质量和材料成分、组织的要求，以及工作条件对零件材料性能的要求。不同零件，功能不同，其使用要求也

2、不同，即使是同一类零件，其选用的材料与成形方法也会有很大差异。例如，机床的主轴和手柄，同属杆类零件，但其使用要求不同，主轴是机床的关键零件，尺寸、外形和加工精度要求很高，受力简单，在长期使用40Cr经锻造成形及严格切削加工和热处理制成；而机床手柄则承受低碳钢圆棒料或一般燃气轮机叶片与风扇叶片，虽然同样具有空间几何曲面外形，但前者应承受优质合金钢经周密锻造成形，而后者则可承受低碳钢薄板冲压成形。获得的制品尺寸外形精度、构造外形简单程度、尺寸重量大小等。适应成形加工工艺性 成形加工工艺性的好坏对零件加工的难易程度、生产效率、生产本钱等起着格外重要的作用。因此，选择成形方法时，必需留意零件构造与材料

3、所能适应的成形加工工艺性。例如，当零件外形比较简单、尺寸较大时，用锻造成形往往难以实现，假设承受铸造或焊接，则其材料必需具有良好的铸造性能或焊接性能，在零件构造上也要适应铸造或焊接的要求。二经济性原则最终选择何种成形方法，应当在比较全部本钱的根底上确定。首先，应把满足使用要求与降低本钱统一起来。脱离使用要求，对成形加工提出过高要求，会造成无谓的铺张；反之，不顾使用要求，片面强调降低成形加工本钱，则会导致零件达不到工作要求、提前失效、甚至造成重大事故。因此， 为能有效降低本钱，应合理选择零件材料与成形方法。例如，汽车、拖拉机发动机曲轴，承受交变、弯曲与冲击载荷，设计时主要是考虑强度和韧度的要求，

4、曲轴外形简单，具有空间弯曲轴线，多年来选用调质钢40、45、40Cr、35CrMo 等模锻成形。现在普遍改用疲乏强度与耐磨性较高的球墨铸铁QT600-3、50%80%，30%50%，还提高了耐磨性。其次，为获得最大的经济效益，不能仅从成形工艺角度考虑经济性，而应从降低零件总 本钱考虑，即应从所用材料价格、零件成品率、整个制造过程加工费、材料利用率与回收率、 件，虽然毛坯的制造费用一般较低生产预备时间短、工艺装备的设计制造费用低，但原材较低。再如螺钉，在单件小批量生产时，可选用自由锻件或圆钢切削而成大大下降。三与环境适宜原则与环境适宜，对环境友好。下面简述几个有关问题：对环境友好的含义 对环境友

5、好就是要使环境负载小，“小”主要指：能量消耗少，CO以煤、石油等化工燃料为主的能源，会大量排2CO2气体，导致地球温度上升；贵重资源用量少；废弃物少，再生处理简洁，能够实现再循环；不使用、不产生对环境有害的物质。环境负载性的评价 要考虑从原料到制成材料，然后经成形加工成制品，再经使用至损坏而废弃，或回收、再生、再使用再循环，在这整个过程中所消耗的全部能量即全寿命消耗能量，CO2气体排出量，以及在各阶段产生的废效率高，这必定要通过更汽车用材与成形方法才可能实现。成形加工方法与单位能耗的关系 材料经各种成形加工工艺成为制品，生产系统中的能耗就由此工艺流程确定。据有关报导，钢铁由棒材到制品的几种成6

6、-16-1 几种成形加工方法的单位能耗、材料利用率比较制品耗能量成形加工方法材料利用率%铸造/106Jkg-1303890冷、温变形4185变 形46497580机械加工机械加工6682455033MJ/kg，由表6-1产的单位能耗相比，铸造与塑性变形等加工方法的单位能耗不算大，且其材料利用率较高。与材料生产相比，制品成形加工的单位耗能量较大，且单位能耗大的加工方法，其材料利用率通常也较低。由于成形加工方法与材料亲热相关，因此在选择制品的成形加工方法时，应通盘考虑选择单位能耗少的成形加工方法，并选择能承受低单位能耗成形加工方法的材料。二、材料成形方法选择的依据选择材料成形方法的主要依据有：一零

7、件类别、功能、使用要求及其构造、外形、尺寸、技术要求等毛坯，其成形工艺一般承受砂型铸造。二零件的生产批量选定成形方法应考虑零件的生产批量，通常是：单件小批量生产时，选用通用设备和工具、低精度低生产率的成形方法，这样，毛坯生产周期短，能节约生产预备时间和工艺装备的设计制造费用，虽然单件产品消耗的材料及工时多，但总本钱较低，如铸件选用手工砂型铸造方法，锻件承受自由锻或胎模锻方法，焊接件以手工焊接为主，薄板零件则承受钣金钳工成形方法等；大批量生产时，应，这样，毛坯生产率高、精度高，虽然专用工艺装置增加了费用，但材料的总消耗量和切削加工工时会大幅降低，总的本钱也降低。如相应承受机器造型、模锻、埋弧自动

8、焊或自动、半自动的气体保护焊以及板料冲压等成形方法。特别是大批量生产材料本钱所占比例较大的制品时，承受高精度、近净成形工艺生产的优越性就显得尤为显著。例如，某厂承受轧制成形方法生产高速钢直柄麻花钻，年产量两百万件，原轧制0.4mm78%，故仅仅磨削余量的削减，每年就可48t，40益格外明显。大多状况下承受灰铸铁件为毛坯，但在单件生产条件下，由于其外形简单，制造 模样、造型、造芯等工序消耗材料和工时较多，经济上往往不合算，假设承受焊接 件，则可以大大缩短生产周期，降低生产本钱但焊接件的减振、减摩性不如灰 铸铁件。又如齿轮，在生产批量较小时，直接从圆棒料切削制造的总本钱可能 是合算的，但当生产批量

9、较大时，使用锻造齿坯可以获得较好的经济效益。三现有生产条件治理水公平。一般状况下，应在满足零件使用要求的前提下，充分利用现有生产 条件。当承受现有条件不能满足产品生产要求时，也可考虑调整毛坯种类、成形 方法，对设备进展适当的技术改造；或扩建厂房，更设备，提高技术水平；或 通过厂间协作解决。如单件生产大、重型零件时，一般工厂往往不具备重型与专用设备，此时可承受板、型材焊接，或将大件分成几小块铸造、锻造或冲压，再承受铸-焊、锻-焊、冲-焊联合成形工6-1 所示的大型水轮机空心轴，工件净重 4.73t，可有以下三种成形工艺：整轴在水压机上自由锻造，两端法兰锻不出，承受余块，加工余量大，材料利用22.

10、6%，切削1400两端发兰用砂型铸造成形的铸钢件，轴筒承受水压机自由锻造成形，然后将轴筒与两个法兰焊接成形为一体，材料利用率提高到35.8%，切削加工需用台时数下降为1200；然后与发兰焊成一体，材料利用率可高达 47%，切削加工只需 1000 台时，且不需大型熔炼与锻压设备。图图6-1水轮机空心轴三种成形工艺方案三种成形工艺的相对直接本钱即材料本钱与工时本钱之和依次为 2.21的生产总本钱将超出方案3的三倍以上.承受铸造成形或旋压成形来代替冲压成形。2022任务，该产品由一些小型锻件、铸件和标准件组成。这些锻件假设能承受锤上模锻成形的方法生产最为抱负，但该厂无模锻锤，经过技术、经济分析，认为

11、承受胎模锻成形比较切实可行和经济合理，然后把有限的资金用于对铸造生产进展技术改造，增置了造型机使铸件生产全部承受机器造型，并实现铸造生产过程的半机械化，不仅提高了铸件质量，也提高了该厂的铸造生产力量。四亲热留意工艺、技术、材料的利用以显著提高产品质量、经济效益与生产效率。使用材料的往往从根本上转变成形方法，并显著提高制品的使用性能。例 如，在酸、碱介质下工作的各种阀、泵体、叶轮、轴承等零件，均有抗蚀、耐磨 自塑料工业进展后就改用塑料注射成形制造，但塑料的耐磨性不够抱负；随着陶 瓷工业的进展，又改用陶瓷注射成形或等静压成形制造。6-2并可节约铁水，便于组织机械化流水线生产。a) 砂型铸造a) 砂

12、型铸造b)挤压铸造图6-2铸造铁锅在几种成形工艺都可用于制品生产时，应依据生产批量与条件，尽可能承受6-3它有以下几种成形工艺方案供选择：图图6-3气门胎模锻造成形，选用直径较气门杆粗的棒坯，承受自由锻拔长杆部，再用胎模镦粗头部发兰。此法劳动强度大，生产率低，适合小批量生产。平锻机模锻成形，用与气门杆部直径一样的棒坯，在平锻机锻模模膛内需对头高，适用于大批量生产。电热镦粗成形，按气门杆部直径选择棒坯，对头部进展电热镦粗，再在摩擦压 力机上将法兰终模锻成形。电热镦粗时，毛坯加热与镦粗是局部连续进展的，坯料镦粗长度不受长径比规章的限制，因此镦粗可一次完成，效率提高，且加工余量小，材料利用率高， 劳

13、动条件好，并可承受构造简洁的通用性强的工夹具，可用于中小批量生产。热挤压成形，选用直径较气门杆粗、较发兰头细的棒坯，在热模锻压力机上挤压 生产气门锻件。的前提下，力求作到质量好、本钱低和制造周期短。三、常用成形方法的比较常用成形方法的比较见表 6-2。成形方法铸造锻造冷冲压成形方法铸造锻造冷冲压焊接取自轧材比较内容成形特点液态成形固态塑性变形固态塑性变形永久连接轧材切削艺性要求率低小强度高，塑性稳定性好常用材料铁合金构造钢金薄板钢、非铁合金一般不受限制，一般不受限制，适宜成形的外形是内腔砂型铸造不受适宜成形尺寸与重量限制自由锻简洁；模锻制模锻受限制，一般150kg高可较复限制一般不受限制寸变化小最大板厚810mm不受限制中、小型材料利用率高较高较高较低适宜的砂型铸造不受限制自由锻单件小批；模锻成批、大量砂型铸造较短生产率砂型铸造低自由锻短；模锻长高应用举例机架、床身、底 机床主轴、传动座工作台导轨