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文档简介

毛坯选择序言毛坯选择——选择毛坯的材料及毛坯的生产方法毛坯类型:铸件,锻压件,焊接件,型材零件设计阶段:1选材

根据零件的功能要求、工作条件、类似产品的失效形式等使用要求,选择既能满足使用而且价格又低的材料。——零件设计人员毛坯选择序言毛坯选择——选择毛坯的材料及毛坯的生产方法毛坯类12根据所选材料的机械性能、工艺性能确定零件的主要尺寸和毛坯类型。3再根据所选毛坯生产特点,进一步确定零件的具体结构;绘制出零件图。毛坯生产阶段:

根据图纸的技术要求、材料种类、零件大小、复杂程度及生产批量,确定生产方案及制订加工工艺;然后编制工艺卡,由工人操作生产。

但是对于一些重要的毛坯生产方案,往往需要设计人员和工艺技术人员共同制定。2根据所选材料的机械性能、工艺性能确定零件的主要尺寸和毛2经济性原则:

成本与质量结合起来考虑,即在满足技术要求的前提下,选用成本最低的毛坯。§1不同类型毛坯的特点(总结)一铸件1

铸造方法适应性强

铸造合金的种类多;铸件大小不限;可生产形状从简单到复杂的各种铸件、特别是有复杂内腔的铸件。经济性原则:成本与质量结合起来考虑,即在32

铸造生产成本较低

铸造原材料价格低、来源广;铸造不需昂贵的设备;可以大量利用废料重熔、重铸;铸件形状接近零件形状,可以节省大量金属材料和切削工时。因此,铸件是优先选用的毛坯。3废品率高

铸造生产工序多,影响因素多,质量不易控制,内部缺陷较多;材料的利用率低。2铸造生产成本较低铸造原材料价格低、来源广;铸造44综合机械性能较低

如抗冲击韧性、强度等,同种材料的铸件不如锻件。

随着科学技术的发展,这些缺点在逐步被克服。如精密铸造、熔模铸造、压力铸造等特种铸造方法正逐渐被广泛使用,大大提高了铸件的表面质量、机械性能等。

4综合机械性能较低如抗冲击韧性、强度等,同5二锻件1机械性能好

晶粒细化,组织致密;几乎没有内部缺陷。所以,一些要求强度高、耐冲击、抗疲劳的重要零件多采用锻造毛坯。2适应性自由锻的特点:锻件形状简单,尺寸大小基本不限;精度差,加工余量大;单件、小批量,生产效率低;大型锻压设备价格昂贵。free二锻件1机械性能好晶粒细化,组织致密6模锻的特点:模锻件的形状可以较为复杂;尺寸较精确,表面光洁,加工余量小,节省金属;纤维组织分布合理,锻件强度高,耐用;生产效率高;但是,锻模成本高,设备昂贵,只适应于大批量生产;且不能生产大型锻件。胎模锻的特点:适应性较强,兼有自由锻和模锻的优点。适用于中小批量生产。die模锻的特点:模锻件的形状可以较为复杂;尺寸较精确,表面光7三.挤压件冷挤压的特点:生产率高;少、无切削;表面光洁;挤压件的强度、硬度、耐疲劳性显著提高;金属在三向压应力下变形,有利于提高塑性,所以有些塑性较差的材料也可以挤压。挤压设备价格昂贵;挤压件一般限于30Kg以下。可以生产薄壁、深孔等形状复杂的零件。三.挤压件冷挤压的特点:生产率高;少、无切削;表面光洁;8T加工

>T再,挤压力较小。热挤压的特点:挤压件表面较冷挤压的粗糙。主要用于有色金属材料的型材、管材生产。加热:100~800C,以降低挤压力。温挤压的特点:

其它特点与冷挤压类似,但其精度和表面质量不如冷挤压。T加工>T再,挤压力较小。热挤压的特点:挤压件表面较9可生产外形复杂的冲压件;表面质量高,尺寸精度高,不必再机械加工;生产率高;成品合格率、材料利用率高,成本较低。机械性能较高;冲压生产的优点:四.冲压件

主要用于小于6mm塑性良好的金属板料、条料的生产。冲压模具费用昂贵,只适应于大批量生产。可生产外形复杂的冲压件;表面质量高,尺寸精度高,不必再机10五.焊接件焊接件强度、刚度较高;重量轻,材料利用率高;工序简单,工艺准备、生产周期短;设备价格低;

采用铸-焊、锻-焊、冲-焊联合工艺可以充分发挥各自的优点。以小拼大,节省材料,如重型机械、大型金属结构件;容易产生应力和变形,重要焊接件必须进行无损探伤。五.焊接件焊接件强度、刚度较高;重量轻,材料利用率高;11水轮机空心轴的三种毛坯生产方案(a)(b)(c)

如:下图为一大型水轮机空心轴,工件净重47.3t,它的毛坯生产有三种方案:水轮机空心轴的三种毛坯生产方案(a)(b)(c)如:121整轴用锻件毛坯(a)

先铸出200t重的钢锭,在万吨水压机上自由锻,两端法兰盘锻不出,只有全部用敷料,加工余量很大。

毛坯重达110t(实心),材料利用率只有23.7%;切削加工需1400台时。1整轴用锻件毛坯(a)先铸出200t重的钢锭,在132两端法兰盘用铸钢件,轴筒用自由锻件(b)本方案耗钢132t,焊成毛坯重量66t;材料利用率35.8%;切削加工需1200台时。2两端法兰盘用铸钢件,轴筒用自由锻件(b)本方案耗钢13143两端法兰盘用铸钢件,轴筒用厚钢板弯成两个半圆,再焊成筒体,最后与法兰盘焊成毛坯(c)三种方案的直接成本之比为:a:b:c=2.2:1.4:1

本方案用钢102t,

焊成的毛坯重量53t;材料利用率46.4%;切削加工只需1000台时。3两端法兰盘用铸钢件,轴筒用厚钢板弯成两个半圆,再焊成筒体15

形状简单的小件在大批量生产时,直接应用型材加工,有时更为经济。

六.型材§2影响毛坯选择的因素1零件的工作条件及使用性能要求,基本决定了毛坯的类型

零件的使用性能包括机械性能(抗拉强度、屈服强度、塑性等)和特殊物化性能(耐蚀性能、抗氧化性能等)。如:螺栓、螺母、钉、销、套类小零件。形状简单的小件在大批量生产时,直接应用型材加工16

列车转向架毛坯,以前经常采用铸钢结构,则车速较小,振动较大。列车转向架毛坯,以前经常采用铸钢结构,则车速较小,振17现在采用焊接结构,则适应高速(300km/h)重载运行。现在采用焊接结构,则适应高速(300km/h)重载运行。18优点:

铸钢毛坯件综合机械性能较好,整体性强,适合于制造形状复杂、强度和抗冲击性能,减振性能要求较高的零件,生产的周期短,一次成型。缺点:1)整体重量大;铸造消耗能量大,对环境的污染较大;铸钢结构列车转向架的优缺点优点:铸钢毛坯件综合机械性能较好,整体性强,193)该转向架结构复杂,其生产工艺过程必须严格制定和控制,否则容易产生浇不足、缩孔、缩松及热裂纹等铸造缺陷;4)铸造设备一次投入大,维护费用高。

正是由于该种转向架的特点,使其难以使用于高速重栽的条件,其列车的运行速度一般低于120km/h。2)铸钢件内部晶粒组织较为粗大,组织不均匀,并且常存在残余内应力,致使铸件的强度,特别是塑性和韧性不高。因此,工件整体需要进行退火或正火处理。3)该转向架结构复杂,其生产工艺过程必须严格制定和控制,否则20

焊接结构转向架焊接结构转向架21优点:1)整体性强,空气动力学性能优越;2)采用有效的防变形减应力措施和正确的生产工艺,可以保证结构的质量可靠,综合机械性能优越;3)整体重量轻,节省原材料和能源,设备投入少;缺点:

可能存在残余应力和变形,因此,整体构件需要进行去应力退火。焊接结构列车转向架的优缺点优点:1)整体性强,空气动力学性能优越;2)采用有效的防变形222

零件的形状,决定了毛坯的制造方法薄壁复杂件,只能用铸造生产;大截面简单件,适合于锻造;特大的薄壁件,宜采用焊接。如:大、中、小齿轮的生产采用不同的方法。

仪表和钟表上的微、小型齿轮可采用冷冲压法制造;有些传动力小的齿轮可采用铸铁件;中、小型齿轮一般采用锻造毛坯件,而大、重型齿轮的齿圈一般采用铸钢毛坯,齿圈和腹板的连接一般采用焊接工艺,从而形成铸-焊毛坯件。2零件的形状,决定了毛坯的制造方法薄壁复杂件,只能用铸造233

零件的生产批量,也是一个重要因素

大批量生产时,要选用生产率高的方法;单件生产时,要节省模具费用,采用焊接结构最合适。如减速箱等。目的都是为了降低成本。4.

零件表面质量的要求

要求高时,应选用相应的加工方法:如:精密铸造,精密模锻等。

3零件的生产批量,也是一个重要因素大批量生产时,要选用245.

工厂现有设备、技术力量及生产能力,可改变原毛坯生产方案6.

当毛坯用几种方法制造均可时,选用最经济的方案如:整铸件改为铸-焊结构,铸件改为锻件或焊接件。

一般,工业生产中选用“以铁代钢”、“以铸代锻”及“少切削余量、无余量的精密件”。5.工厂现有设备、技术力量及生产能力,可改变原毛坯生产方案25

检验毛坯选择是否合理的依据(1)使用性:首先必须满足零件使用要求。(2)

工艺性:加工方便,易获优质产品。(3)经济性:成本最低,消耗最少。检验毛坯选择是否合理的依据(1)使用性:首先必须满足零件26§3毛坯选择举例1.铸造毛坯举例

箱体、壳体、机座类零件:形状复杂,特别是有复杂的内腔,一般是承受压应力,宜采用铸造毛坯。形状复杂的锌合金压铸件§3毛坯选择举例1.铸造毛坯举例箱体、27压铸铝合金机体压铸铝合金机体28

车床床身铸件车床床身铸件29

轴、齿轮类零件:因承受载荷大,受力复杂,应选择锻造毛坯。2.锻造毛坯举例300多吨重的大型锻件——汽轮发电机主轴轴、齿轮类零件:因承受载荷大,受力复杂,应选择锻造毛30锻造齿轮轴机床轴锻造齿轮轴机床轴31锻造齿圈毛坯锻造齿轮毛坯锻造齿圈毛坯锻造齿轮毛坯32

例如:飞机摇臂,采用材质LD7锻铝,形状复杂,具有腹板和深筋结构。可有三个锻造方案。例如:飞机摇臂,采用材质LD7锻铝,形状复杂,具有腹板和深33(1)全部自由锻成本低,但腹板、深筋无法锻出。20±1.540±290ºR22+1R22+1R26±0.5R150±0.5151(1)全部自由锻成本低,但腹板、深筋无法锻出。20±1.534(2)全部模锻:(3)自由锻与模锻联合应用:成本高,成型困难。

先自由锻制坯,再预锻基本成型,最后终锻成产品,获得成功。降低了成本,提高了质量。(2)全部模锻:(3)自由锻与模锻联合应用:成本高,成型353.焊接件毛坯综合例题:容器、框架类零件应采用焊接件。

承压油缸,材料为45钢,工作压力为15个大气压,要求水压实验压力为30个大气压(3Mpa),批量200件。3.焊接件毛坯综合例题:容器、框架类零件应采用焊接件。36(1)砂型铸件毛坯生产方案如下:

水压试验合格率低,内孔质量差,冒口浪费钢水多。(2)平锻件砂型铸造件

可通过水压试验。但是平锻机及模具昂贵,工艺准备时间长。批量太小时,成本太高。平锻件(1)砂型铸件毛坯生产方案如下:水压试验合格率低,内37(3)模锻件

立放锻不出法兰,必须用敷料,因此,外圆面加工余量大;平放锻不出内孔,也必须用敷料,内孔的加工余量也大。模锻件

模锻件可通过水压试验。模锻的生产率最高;但设备、模具昂贵;材料利用率不高。(3)模锻件立放锻不出法兰,必须用敷料,因此,外圆38(4)胎模锻件

胎模锻件能全部通过水压试验。设备、模具的费用较低;加工余量最小。生产率不如锤上模锻高。表面质量不如锤上模锻。胎模锻件

在空气锤上镦粗、冲孔、在心轴上拔长,然后在胎模内带心轴锻出法兰。(4)胎模锻件胎模锻件能全部通过水压试验。设39(5)焊接件

能全部通过水压试验;不需特殊设备;最节省材料;工艺准备时间最短。但此规格的无缝钢管不易获得。结论

结合生产批量与现实条件,以选择胎模锻件最为合理。如果能够有此规格(或接近)的无缝钢管,也可以选择焊接件。焊接件(5)焊接件能全部通过水压试验;不需特殊设备;最节40毛坯选择序言毛坯选择——选择毛坯的材料及毛坯的生产方法毛坯类型:铸件,锻压件,焊接件,型材零件设计阶段:1选材

根据零件的功能要求、工作条件、类似产品的失效形式等使用要求,选择既能满足使用而且价格又低的材料。——零件设计人员毛坯选择序言毛坯选择——选择毛坯的材料及毛坯的生产方法毛坯类412根据所选材料的机械性能、工艺性能确定零件的主要尺寸和毛坯类型。3再根据所选毛坯生产特点,进一步确定零件的具体结构;绘制出零件图。毛坯生产阶段:

根据图纸的技术要求、材料种类、零件大小、复杂程度及生产批量,确定生产方案及制订加工工艺;然后编制工艺卡,由工人操作生产。

但是对于一些重要的毛坯生产方案,往往需要设计人员和工艺技术人员共同制定。2根据所选材料的机械性能、工艺性能确定零件的主要尺寸和毛42经济性原则:

成本与质量结合起来考虑,即在满足技术要求的前提下,选用成本最低的毛坯。§1不同类型毛坯的特点(总结)一铸件1

铸造方法适应性强

铸造合金的种类多;铸件大小不限;可生产形状从简单到复杂的各种铸件、特别是有复杂内腔的铸件。经济性原则:成本与质量结合起来考虑,即在432

铸造生产成本较低

铸造原材料价格低、来源广;铸造不需昂贵的设备;可以大量利用废料重熔、重铸;铸件形状接近零件形状,可以节省大量金属材料和切削工时。因此,铸件是优先选用的毛坯。3废品率高

铸造生产工序多,影响因素多,质量不易控制,内部缺陷较多;材料的利用率低。2铸造生产成本较低铸造原材料价格低、来源广;铸造444综合机械性能较低

如抗冲击韧性、强度等,同种材料的铸件不如锻件。

随着科学技术的发展,这些缺点在逐步被克服。如精密铸造、熔模铸造、压力铸造等特种铸造方法正逐渐被广泛使用,大大提高了铸件的表面质量、机械性能等。

4综合机械性能较低如抗冲击韧性、强度等,同45二锻件1机械性能好

晶粒细化,组织致密;几乎没有内部缺陷。所以,一些要求强度高、耐冲击、抗疲劳的重要零件多采用锻造毛坯。2适应性自由锻的特点:锻件形状简单,尺寸大小基本不限;精度差,加工余量大;单件、小批量,生产效率低;大型锻压设备价格昂贵。free二锻件1机械性能好晶粒细化,组织致密46模锻的特点:模锻件的形状可以较为复杂;尺寸较精确,表面光洁,加工余量小,节省金属;纤维组织分布合理,锻件强度高,耐用;生产效率高;但是,锻模成本高,设备昂贵,只适应于大批量生产;且不能生产大型锻件。胎模锻的特点:适应性较强,兼有自由锻和模锻的优点。适用于中小批量生产。die模锻的特点:模锻件的形状可以较为复杂;尺寸较精确,表面光47三.挤压件冷挤压的特点:生产率高;少、无切削;表面光洁;挤压件的强度、硬度、耐疲劳性显著提高;金属在三向压应力下变形,有利于提高塑性,所以有些塑性较差的材料也可以挤压。挤压设备价格昂贵;挤压件一般限于30Kg以下。可以生产薄壁、深孔等形状复杂的零件。三.挤压件冷挤压的特点:生产率高;少、无切削;表面光洁;48T加工

>T再,挤压力较小。热挤压的特点:挤压件表面较冷挤压的粗糙。主要用于有色金属材料的型材、管材生产。加热:100~800C,以降低挤压力。温挤压的特点:

其它特点与冷挤压类似,但其精度和表面质量不如冷挤压。T加工>T再,挤压力较小。热挤压的特点:挤压件表面较49可生产外形复杂的冲压件;表面质量高,尺寸精度高,不必再机械加工;生产率高;成品合格率、材料利用率高,成本较低。机械性能较高;冲压生产的优点:四.冲压件

主要用于小于6mm塑性良好的金属板料、条料的生产。冲压模具费用昂贵,只适应于大批量生产。可生产外形复杂的冲压件;表面质量高,尺寸精度高,不必再机50五.焊接件焊接件强度、刚度较高;重量轻,材料利用率高;工序简单,工艺准备、生产周期短;设备价格低;

采用铸-焊、锻-焊、冲-焊联合工艺可以充分发挥各自的优点。以小拼大,节省材料,如重型机械、大型金属结构件;容易产生应力和变形,重要焊接件必须进行无损探伤。五.焊接件焊接件强度、刚度较高;重量轻,材料利用率高;51水轮机空心轴的三种毛坯生产方案(a)(b)(c)

如:下图为一大型水轮机空心轴,工件净重47.3t,它的毛坯生产有三种方案:水轮机空心轴的三种毛坯生产方案(a)(b)(c)如:521整轴用锻件毛坯(a)

先铸出200t重的钢锭,在万吨水压机上自由锻,两端法兰盘锻不出,只有全部用敷料,加工余量很大。

毛坯重达110t(实心),材料利用率只有23.7%;切削加工需1400台时。1整轴用锻件毛坯(a)先铸出200t重的钢锭,在532两端法兰盘用铸钢件,轴筒用自由锻件(b)本方案耗钢132t,焊成毛坯重量66t;材料利用率35.8%;切削加工需1200台时。2两端法兰盘用铸钢件,轴筒用自由锻件(b)本方案耗钢13543两端法兰盘用铸钢件,轴筒用厚钢板弯成两个半圆,再焊成筒体,最后与法兰盘焊成毛坯(c)三种方案的直接成本之比为:a:b:c=2.2:1.4:1

本方案用钢102t,

焊成的毛坯重量53t;材料利用率46.4%;切削加工只需1000台时。3两端法兰盘用铸钢件,轴筒用厚钢板弯成两个半圆,再焊成筒体55

形状简单的小件在大批量生产时,直接应用型材加工,有时更为经济。

六.型材§2影响毛坯选择的因素1零件的工作条件及使用性能要求,基本决定了毛坯的类型

零件的使用性能包括机械性能(抗拉强度、屈服强度、塑性等)和特殊物化性能(耐蚀性能、抗氧化性能等)。如:螺栓、螺母、钉、销、套类小零件。形状简单的小件在大批量生产时,直接应用型材加工56

列车转向架毛坯,以前经常采用铸钢结构,则车速较小,振动较大。列车转向架毛坯,以前经常采用铸钢结构,则车速较小,振57现在采用焊接结构,则适应高速(300km/h)重载运行。现在采用焊接结构,则适应高速(300km/h)重载运行。58优点:

铸钢毛坯件综合机械性能较好,整体性强,适合于制造形状复杂、强度和抗冲击性能,减振性能要求较高的零件,生产的周期短,一次成型。缺点:1)整体重量大;铸造消耗能量大,对环境的污染较大;铸钢结构列车转向架的优缺点优点:铸钢毛坯件综合机械性能较好,整体性强,593)该转向架结构复杂,其生产工艺过程必须严格制定和控制,否则容易产生浇不足、缩孔、缩松及热裂纹等铸造缺陷;4)铸造设备一次投入大,维护费用高。

正是由于该种转向架的特点,使其难以使用于高速重栽的条件,其列车的运行速度一般低于120km/h。2)铸钢件内部晶粒组织较为粗大,组织不均匀,并且常存在残余内应力,致使铸件的强度,特别是塑性和韧性不高。因此,工件整体需要进行退火或正火处理。3)该转向架结构复杂,其生产工艺过程必须严格制定和控制,否则60

焊接结构转向架焊接结构转向架61优点:1)整体性强,空气动力学性能优越;2)采用有效的防变形减应力措施和正确的生产工艺,可以保证结构的质量可靠,综合机械性能优越;3)整体重量轻,节省原材料和能源,设备投入少;缺点:

可能存在残余应力和变形,因此,整体构件需要进行去应力退火。焊接结构列车转向架的优缺点优点:1)整体性强,空气动力学性能优越;2)采用有效的防变形622

零件的形状,决定了毛坯的制造方法薄壁复杂件,只能用铸造生产;大截面简单件,适合于锻造;特大的薄壁件,宜采用焊接。如:大、中、小齿轮的生产采用不同的方法。

仪表和钟表上的微、小型齿轮可采用冷冲压法制造;有些传动力小的齿轮可采用铸铁件;中、小型齿轮一般采用锻造毛坯件,而大、重型齿轮的齿圈一般采用铸钢毛坯,齿圈和腹板的连接一般采用焊接工艺,从而形成铸-焊毛坯件。2零件的形状,决定了毛坯的制造方法薄壁复杂件,只能用铸造633

零件的生产批量,也是一个重要因素

大批量生产时,要选用生产率高的方法;单件生产时,要节省模具费用,采用焊接结构最合适。如减速箱等。目的都是为了降低成本。4.

零件表面质量的要求

要求高时,应选用相应的加工方法:如:精密铸造,精密模锻等。

3零件的生产批量,也是一个重要因素大批量生产时,要选用645.

工厂现有设备、技术力量及生产能力,可改变原毛坯生产方案6.

当毛坯用几种方法制造均可时,选用最经济的方案如:整铸件改为铸-焊结构,铸件改为锻件或焊接件。

一般,工业生产中选用“以铁代钢”、“以铸代锻”及“少切削余量、无余量的精密件”。5.工厂现有设备、技术力量及生产能力,可改变原毛坯生产方案65

检验毛坯选择是否合理的依据(1)使用性:首先必须满足零件使用要求。(2)

工艺性:加工方便,易获优质产品。(3)经济性:成本最低,消耗最少。检验毛坯选择是否合理的依据(1)使用性:首先必须满足零件66§3毛坯选择举例1.铸造毛坯举例

箱体、壳体、机座类零件:形状复杂,特别是有复杂的内腔,一般是承受压应力,宜采用铸造毛坯。形状复杂的锌合金压铸件§3毛坯选择举例1.铸造毛坯举例箱体、67压铸铝合金机体压铸铝合金机体68

车床床身铸件车床床身铸件69

轴、齿轮类零件:因承受载荷大,受力复杂,应选择锻造毛坯。2.锻造毛坯举例300多吨重的大型锻件——汽轮发电机主轴轴、齿轮类

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