材料成型工艺的选择教材

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1、材料成形技术基础 1 第5篇 材料成型工艺的选择及 检验 17 机械零件材料和毛坯的选择 18 毛坯的质量检验 2 机械零件在机器中的作用机械零件在机器中的作用 机械零件毛坯的选择 3 机械零件在机器中的作用机械零件在机器中的作用 机械零件毛坯的选择 机械零件制造 ： 毛坯成形 切削加工 毛坯选择影响 ： 制造质量 使用性能 生产周期 制造成本 4 摩托车发动机摩托车发动机 机械零件毛坯的选择 5 机器人汽车焊接生产线机器人汽车焊接生产线 机械零件毛坯的选择 6 减速器模型减速器模型 机械零件毛坯的选择 7 17 机械零件材料和毛坯的选 择 17.1 零件毛坯类型及其制造方法比较 一 零件毛坯

2、类型( types of roughcasts) 1. 型材（bar section) 2. 铸件 (casting) 3. 锻件 (forging) 4. 冲压件(stamping) 5. 焊接件(weldment) 6. 联合毛坯(combined roughcast) U型钢 棒材盖板 排水箱法兰电路板 手机外壳 8 二 常用零件毛坯制造方法的比较 低碳钢和低 合金结构 钢 低碳钢和有 色金属薄 板 中碳钢和合 金结构钢 灰铸铁、球墨 铸铁、中碳 铸钢、有色 金属 常用材料 结构轻便 轻巧，可以 比较复杂 简单 可复杂 结构特征 强度好，塑 性好，液 态下化学 稳定性好 塑性好，变形抗力

3、小流动性好，收 缩率低 工艺性能 的要求 永久连接固态下塑性成型液态成型成型特点 焊接冲压锻造铸造比较内容 9 主要用于制造 各种结构件， 部分用于制造 零件毛坯及修 复废旧零件 用于以薄板成 型的各种零件 用于承受重载 、动载及复杂 载荷的重要零 件 铸铁件用于受力 不大或承压为主 的零件，铸钢件 用于承受重载而 形状复杂的大、 中型零件 应用范围 接头的力学性 能可达到或接 近母材金属 强度、硬度提 高，结构刚度 好 比同成分的钢 件的力学性能 好 铸铁件力学性能 差，但减振及耐 磨性能好；铸钢 件力学性能较好 机械性能 焊接冲压锻造 铸造 比较内容 焊接区为铸造 组织，熔合 区及过热区

4、有粗大晶粒 多数工序 在加工后 组织基本 不变 晶粒细小、 致密、杂 质呈纤维 方向排列 晶粒粗大、疏 松、杂质排列 无方向性 组织特点 10 毛坯的选择包括毛坯的材料、类型以 及具体的制造方法 1.零件使用性能及质量的要求 2.材料的工艺性能 3.选材的经济性 4.生产条件 17.2毛坯类型的选择原则和 依据 11 1.零件使用性能要求 零件的使用性能主要指零件在使用状态下 材料应具有的力学性能、物理性能或化学性 能。 12 中碳钢锻造整体正火或调质处理 齿面高频淬火 （1）机床齿轮 低碳钢 齿面渗碳淬火 锻造 （2）汽车齿轮 （3）低速机械齿轮 铸造 灰铸铁 正火 13 2.材料的工艺性能

5、 材料的工艺性能是指所选用的材料能否保 证顺利的加工制成零件。 金属材料的工艺性能： 铸造性能 锻造性能 焊接性能 热处理工艺性能 切削加工性能 流动性、收缩、偏析 和吸气等 塑性和变形抗力 焊接接头产生工艺缺 陷及焊接接头的使 用性能 淬透性、淬火变形、 开裂倾向、过热敏 感性、耐回火性等 14 3.选材的经济性 满足使用性能和工艺性能的前提下，选用 的材料应尽可能是零件的生产和使用成本 最低，经济效益最高。 一般单件小批量生产时，通常选用 廉价材料、通用设备和工具、低生 产率的毛坯成型方法。 15 铸 件 灰铸铁材料和 手工砂型铸造 的方法 焊接结构 件 锻 件 碳素结构钢型 材和自由锻造

6、 的方法 低碳钢材料和 手工电弧焊法 16 在大批量生产时，应选用专用工艺设备和 工具以保证毛坯成型的高精度和高生产率 。 铸 件 机器造型或金 属型铸造 焊接结构 件 锻 件 模锻造型 易焊材料和自动焊 薄壁 件 冲压方法、压铸方法 17 根据零件的使用要求和制造成本分析所选 定的毛坯制造方法，在特定的企业部门是 否切实可行，也是毛坯选择应考虑的一个 基本原则。 4.生产条件 18 1.零件使用性能足够 2.材料的工艺性能良好 3.经济性合理 4.生产条件综合考虑 毛坯类型的选择原则和依据 19 17.3 常用零件毛坯成型方法的 选用 1、常用机械零件分类 按形状和用途的不同可分为 （1）轴

7、杆类零件 （2）饼块及盘套类零件 （3）机架、箱体类零件 20 轴杆类零件 轴杆类零件的结构特点：其轴向尺寸远大于 径向尺寸，常见的轴杆类零件有实心轴、空 心轴和偏心轴以及各种管件、杆件等 21 22 轴杆类零件的成型方法的选用 （1）材料的选择： 碳钢（45#钢），经调质处理具有良好的综合力 学性能； 承受重载或冲击载荷以及要求提高轴径耐磨性的情 况下，采用合金结构钢（如40Cr、20CrMnTi）； 凸轮轴、曲轴等可以选用球墨铸铁（如QT450-10、 QT500-5等），降低制造成本。 （2）成型方法： 受力和传动零件，除光轴（棒料机械加工）外，几 乎都是锻件毛坯，选用锻造成型。 曲轴尺

8、寸较大时，球墨铸铁铸造成型。 23 轴类零件举例 24 车床主轴的制造工艺路线 原材料锻造正火粗加工调质 精加工大端局部高频淬火低温回火 精磨加工 25 锻焊的方法制造轴杆类零件毛坯 将合金耐热钢 的阀帽与普通碳 素钢的阀杆焊在 一起。 26 铸焊结合的方法制造轴杆类零件 毛坯 采用ZG270-500分六段铸造，粗加工后采用 电渣焊拼焊成整体毛坯。 27 饼块及盘套类零件 饼块及盘套类零件 的结构特点：轴向 （纵向）尺寸一般 小于径向尺寸，或 者两个方向上的尺 寸相差不大，如各 类齿轮、带轮、飞 轮、模具、套环、 轴承环等。图17-4 饼块及盘套类零件 28 （1）齿轮 a、材料的选择 中碳结

9、构钢（如40#、45#钢）制造，正火或调质 20Cr、18CrMnTi等合金渗碳钢，渗碳或氰化、氮化 b、成型方法的选择 中小型齿轮锻件毛坯，大批量热轧质量最好； 单件或小批量生产条件下，直径小于100mm的齿轮 也可以圆钢为毛坯； 大型齿轮（直径400mm以上）锻造困难，可用铸钢 或球墨铸铁件为毛坯 饼块及盘套类零件选择成型方法的特点 29 30 （2）带轮、飞轮、手轮和垫片等受力不大或承 压的零件，可HT150或HT200等灰铸铁件，单件 生产时也可采用低碳钢焊接件。 （3）法兰、套环、垫圈等零件，根据受力情况 和形状、尺寸，可分别采用铸铁件、锻钢件或 圆钢为毛坯；厚度小的在单件或小批量生

10、产时 ，可直接用钢板下料。 （4）各种模具毛坯均采用合金钢锻件，热锻模 选用热作模具钢，并经淬火和中温回火处理， 冲压模选用冷作模具钢，并经淬火和低温回火 处理。 31 机架、箱体类零件 机架、箱体类零件的结构特点：形状不规则，结构 比较复杂，重量从几千克至数百吨。包括各种机械 的机身、底座、支架、横梁、工作台以及齿轮箱、 轴承座、阀体、泵体等。 32 机架、箱体类零件成型方法的选 择 通常以铸件为毛坯，选用铸造成型的方法 ，主要以铸铁件为主； 受力复杂或受力较大冲击载荷的零件则采 用铸钢件； 在单件生产或工期要求紧迫的情况下，可 采用焊接件，可减轻零件重量，但刚度和 减振性不如铸铁件。 33

11、 常用零件毛坯成型方法 机架、箱体类零件选用铸造成型方法； 轴杆类和饼块及盘套类零件常选用锻造成 型方法； 焊接成型可用于制作各种金属结构，单件 小批量生产时可用于制造零件毛坯； 许多复杂机械零件可采用锻-焊、铸-焊结 合的成型方法制造零件毛坯。 34 螺旋起重器各零件毛坯的选 择 （1）支座 HT200；铸件毛坯。 （2）螺杆 45钢；锻件毛坯。 （3）螺母 青铜；铸件毛坯 （4）托杯 HT200；铸件毛坯。 （5）手柄 Q235A圆钢上截取。 17.4 毛坯选择应用举 例 35 小型汽车发动机各零件的毛坯选择 36 （1）缸体、缸盖 HT200灰铸铁，铸造成型； （2）曲轴、连杆、凸轮轴球

12、墨铸铁，铸造成 型； （3）活塞铸造铝合金，铸造成型； （4）活塞环孕育铸铁，铸造成型； （5）摇臂碳钢熔模精密铸造； （6）离合器壳及油底壳油底壳选用灰铸铁铸 造，离合器选用球墨铸铁，或薄钢板冲压； （7）飞轮球墨铸铁铸造成型； （8）进、排气门进气门40Cr，排气门耐热钢 锻造成型； （9）化油器铸造铝合金压力铸造。 37 思考题 一级减速器各主要零件毛坯选择分析 38 18 毛坯的质量检验 设计与 选材 投入原 材料 铸锻焊 制毛坯 热处理 原材料检验 工序间质量检验 机械加工 工序间质量检验 装配 机器零件生产工艺过程 出厂前质量检验 热处理及 表面改性 39 一、毛坯的无损检验 1、

13、毛坯的主要的常见缺陷 （1）裂纹 （2）非金属夹杂物 （3）折叠 40 2、常用的毛坯无损检验的方法 41 二、计算机在毛坯质检中的应用 1 毛坯加工过程中使用计算机检测 2、自动检测和试验中使用计算机 42 1 毛坯加工过程中使用计算机检 测 （1）工序质量的监测 加工工序 （2）工艺过程中变量的自动检测 计算机测量传感器 尺寸 参数 结果 机床 误差 工艺流程 计量仪器 或传感器 计算机 机器 变量 实测量 误差 43 2、自动检测和试验中使用计算 机 在毛坯质量检验中，使用计算机提高检验 效率。在检验台上装有多个传感器，将工 件放在检验台的顶尖件，缓缓旋转一周， 即可将所有实测数据连续输入电子计算机 ，经处理后，在输出端打印出全部质量特 征的标准值与实测值的数值，同时标出了 不合格项目，实现了质量特征值的一次全 检。 44 本篇总 结 17 机械零件材料和毛坯的选择 一 零件毛坯的类型 二 零件毛坯制造方法的比较 三 毛坯选择的原则和依据 四 常用零件毛坯成型方法的选用 18 毛坯的质量检验 一 毛坯的无损检验 二 计算机在毛坯质检中的应用 45 本课程的总结 液态成型 塑性成型 连接成型 非金属的成型 材料和成型工艺的选择 46