江苏大学材料成型-毛坯成形工艺选择

材料成形工艺基础毛坯成形方法选择江苏大学机械工程学院机制系王宏宇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第二章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第四章毛坯成形方法选择示例第一章

常用毛坯成形方法

一、常用毛坯成形方法的种类二、常用毛坯成形方法的比较1.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.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.焊接成形焊接是通过加热和（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.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。粉末冶金成形一般过程：5.毛坯成形方法比较成形方法铸造锻造冲压焊接轧材成形特点液态下成形塑性变形塑性变形永久性连接同锻件结构特征复杂简单轻巧、复杂轻巧简单工艺性要求流动性好，收缩率低塑性好，变形抗力小塑性好，变形抗力小强度高，塑性好同锻件常用材料铸铁、铸钢、铝合金中碳钢及合金结构钢等低碳钢、有色金属薄板低碳钢、低合金钢等碳钢、合金结构钢等组织特征晶粒粗大、疏松晶粒细小、致密拉深时，流线有变化接头组织不均匀同锻件机械性能较差好好降低较好材料利用率高低高较高较低生产周期长短/长长较短短生产成本较低较高较低中——应用举例机架、床身轴、齿轮油箱车身，船体丝杠、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选择毛坯成形方法的一般原则：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

够用二、毛坯成形方法选择的依据1.零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-HT200-铸造链轮-45-锻造2.零件的结构、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-焊组合成形

锻造成形

型材

千斤顶手柄

机床主轴万吨水压机立柱3.零件的生产类型单件、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.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。轴类毛坯应用材料热处理及工艺锻件机床主轴45，40Cr调质处理，轴颈高频淬火高速柴油机曲轴38CrMoAl调质处理，轴颈氮化铸件汽车柴油机曲轴QT600-2轴颈高频淬火锻焊结合件汽车排气阀45，4Cr9Si2分段锻造，粗加工，对焊铸焊结合件万吨水压机立柱ZG35分段铸造，粗加工，电渣焊拼焊二、盘套类零件以齿轮为例，传递运动和载荷。齿轮毛坯应用材料热处理及工艺锻件机床齿轮45，40Cr调质处理，轮齿高频淬火+低温回火汽车齿轮20CrMnTi轮齿渗碳处理，淬火+低温回火圆钢小齿轮（d<100）（单件,小批量）45调质处理铸件大齿轮（d>500）ZG35调质处理受力小低速齿轮HT200仪器仪表齿轮ZL108

压力铸造冲压件仪器仪表齿轮08，10三、箱体类零件结构复杂，重量、工作条件相差很大。箱体毛坯应用性能及特点材料铸铁件机床床身，齿轮箱，阀体，泵体具有较好的刚度和减振性HT200铸钢件重型水压机横梁，大型轧钢机机架可承受重载荷及冲击载荷ZG35,必须进行退火或正火铝合金铸件航空发动机箱体摩托车发动机箱体仪表罩壳受力不大，自重轻，导热性好ZL105ZL108焊接件(单件,小批量)版辊磨床床身形状简单，可承受较