材料成型工藝基礎(chǔ)(第四版)課件 第10章

第10章成型材料與方法選擇10.1毛壞材料成型方法選擇10.2常用機(jī)械零件的毛坯成型方法選擇

10.1毛壞材料成型方法選擇

10.1.1常用的毛坯材料

材料成型中,常用的毛坯材料有金屬材料、非金屬材料和復(fù)合材料,其中金屬材料尤其是鋼鐵材料仍是目前用量最大、應(yīng)用最廣的毛坯材料。

1.鑄造合金

鑄造合金為具有一定鑄造性能、用于生產(chǎn)鑄件的合金,主要用于制造形狀較復(fù)雜的毛坯和零件。常用的鑄造合金有鑄鐵、鑄鋼、鑄造有色合金。

1)鑄鐵

鑄鐵在鑄造合金中的應(yīng)用最廣,常用的鑄鐵有灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。

2)鑄鋼

鑄鋼的鑄造性能差,力學(xué)性能優(yōu)于鑄鐵,其中低碳鑄鋼的焊接性較好,一般用于制造承受重載荷、復(fù)雜載荷或沖擊零件,如曲拐、齒輪等。

3)鑄造有色合金

常用的鑄造有色合金有鑄造鋁合金和鑄造銅合金。

2.壓力加工金屬材料

壓力加工過程中金屬材料會(huì)產(chǎn)生一定的塑性變形,要求材料具有一定塑性,常用的材料有碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼及變形鋁合金等。

常用金屬毛坯材料的比較見表10-1。

10.1.2材料成型方法的選擇原則

1.滿足使用性能的要求

零件的使用性能要求包括零件類別、用途、形狀、尺寸、精度、表面質(zhì)量以及材料的化學(xué)成分、金屬組織、力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能等方面的使用要求。

2.適應(yīng)成型工藝性要求

成型工藝性包括鑄造工藝性、鍛造工藝性、焊接工藝性等。

3.經(jīng)濟(jì)性原則

經(jīng)濟(jì)性原則是指零件的制造材料費(fèi)、能耗費(fèi)、人工費(fèi)用等成本最低。

4.環(huán)保節(jié)能原則

在發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)的同時(shí),必須考慮環(huán)保和節(jié)能問題,必須做到以下幾點(diǎn):

(1)盡量減少能源消耗,選擇能耗小的成型方案,并盡量選用低能耗成型方法的材料,合理進(jìn)行工藝設(shè)計(jì),盡量采用凈成型、近凈成型的新工藝。

(2)不使用對(duì)環(huán)境有害和產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害物質(zhì)的材料,采用材料利用率高、易再生回收的材料。

(3)避免排出大量CO2氣體,導(dǎo)致地球溫度升高。例如汽車在使用時(shí)需要燃料并排出廢氣,則使用重量輕、發(fā)動(dòng)機(jī)效率高的汽車可降低排耗,可通過更新汽車用材與成型方法實(shí)現(xiàn)。

5.利用新工藝、新技術(shù)、新材料

隨著科技的不斷發(fā)展,市場(chǎng)需求的不斷增加,用戶要求多變的、個(gè)性化的精制產(chǎn)品:產(chǎn)品的生產(chǎn)由大批量轉(zhuǎn)變成小批量,多品種轉(zhuǎn)變成少品種;產(chǎn)品的類型更新加快,生產(chǎn)周期縮短;同時(shí)還要求產(chǎn)品的質(zhì)量高且成本低。

10.2常用機(jī)械零件的毛坯成型方法選擇

常用成型方法的比較見表10-2。

10.2.1軸桿類零件

軸桿類零件為長(zhǎng)徑比較大的零件,常見的有光軸、階梯軸、偏心軸和曲軸等,如圖10-1所示,主要功用為支撐傳動(dòng)件,傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、拉伸、壓縮等各種應(yīng)力。

圖10-1軸桿類零件

10.2.2盤套類零件

盤套類零件包括齒輪、帶輪、飛輪、模具、法蘭盤、聯(lián)軸節(jié)、套環(huán)、墊圈等,如圖10-2所示,它們通常為軸向尺寸小于徑向尺寸,或兩個(gè)方向尺寸相近。一般對(duì)于承受輕載、力

學(xué)性能要求不高的盤套類零件采用鑄造或結(jié)合焊接的方法制造,而對(duì)于承受重載、力學(xué)性能要求較高的零件則采用鍛造方法。

圖10-2盤套類零件

10.2.3機(jī)架、箱座類零件

機(jī)架、箱座類零件一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜,壁厚分布不均勻,形狀不規(guī)則,重量從幾千克至數(shù)十噸,工作條件也相差很大。機(jī)身、底座等一般的基礎(chǔ)零件,主要起支承和連接機(jī)械各部件的作用,除承受壓力外,還要求有較好的剛度和減震性;有些機(jī)械的機(jī)身、支架還要承受壓、拉和彎曲應(yīng)力的耦合作用,以及沖擊載荷;工作臺(tái)和導(dǎo)軌等零件,則要求有較好的耐磨性;箱體零件一般受力不大,但要求有良好的剛度和密封性,這類零件通常鑄造成型。對(duì)于不易整體成型的大型機(jī)架可采用焊接成型方法完成,但結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,易產(chǎn)生變形,吸震性不好。

10.2.4毛坯成型方法選擇舉例

圖10-3所示發(fā)動(dòng)機(jī)上的排氣門,材料為耐熱鋼,可有下列幾種成型方法。

(1)胎模鍛造成型:選用大于氣門桿直徑的棒料,采用自由鍛拔長(zhǎng)桿部,再用胎模鐓粗頭部法蘭。這種方法生產(chǎn)率低,常用于小批量生產(chǎn)。

(2)平鍛機(jī)模鍛成型:選用與氣門桿部直徑相同的棒料,在平鍛機(jī)上采用鍛模模膛對(duì)頭部進(jìn)行局部鐓粗。這種方法設(shè)備和模具成本較高,適用于大批量生產(chǎn)。

(3)摩擦壓力機(jī)成型:選用與氣門桿部直徑相同的棒料,頭部首先進(jìn)行電熱鐓粗,然后在摩擦壓力機(jī)上進(jìn)行法蘭終鍛成型。這種方法效率較高,加工余量小,材料利用率高,可用于中小批量生產(chǎn)。

(4)熱擠壓成型:選用大于氣門桿直徑的棒料,在熱模鍛壓力機(jī)上擠