材料成型工藝基礎(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、用于生產鑄件的合金,主要用于制造形狀較復雜的毛坯和零件。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產生一定的塑性變形,要求材料具有一定塑性,常用的材料有碳鋼、低合金結構鋼、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、表面質量以及材料的化學成分、金屬組織、力學性能、物理性能和化學性能等方面的使用要求。

2.適應成型工藝性要求

成型工藝性包括鑄造工藝性、鍛造工藝性、焊接工藝性等。

3.經濟性原則

經濟性原則是指零件的制造材料費、能耗費、人工費用等成本最低。

4.環(huán)保節(jié)能原則

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

(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,合理進行工藝設計,盡量采用凈成型、近凈成型的新工藝。

(2)不使用對環(huán)境有害和產生對環(huán)境有害物質的材料,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,導致地球溫度升高。例如汽車在使用時需要燃料并排出廢氣,則使用重量輕、發(fā)動機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現(xiàn)。

5.利用新工藝、新技術、新材料

隨著科技的不斷發(fā)展,市場需求的不斷增加,用戶要求多變的、個性化的精制產品:產品的生產由大批量轉變成小批量,多品種轉變成少品種;產品的類型更新加快,生產周期縮短;同時還要求產品的質量高且成本低。

10.2常用機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件,傳遞運動和動力,承受彎曲、扭轉、拉伸、壓縮等各種應力。

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,或兩個方向尺寸相近。一般對于承受輕載、力

學性能要求不高的盤套類零件采用鑄造或結合焊接的方法制造,而對于承受重載、力學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機架、箱座類零件

機架、箱座類零件一般結構復雜,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。機身、底座等一般的基礎零件,主要起支承和連接機械各部件的作用,除承受壓力外,還要求有較好的剛度和減震性;有些機械的機身、支架還要承受壓、拉和彎曲應力的耦合作用,以及沖擊載荷;工作臺和導軌等零件,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。對于不易整體成型的大型機架可采用焊接成型方法完成,但結構會產生內應力,易產生變形,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)動機上的排氣門,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,采用自由鍛拔長桿部,再用胎模鐓粗頭部法蘭。這種方法生產率低,常用于小批量生產。

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

(3)摩擦壓力機成型:選用與氣門桿部直徑相同的棒料,頭部首先進行電熱鐓粗,然后在摩擦壓力機上進行法蘭終鍛成型。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。

(4)熱擠壓成型:選用大于氣門桿直徑的棒料,在熱模鍛壓力機上擠