《材料成形工艺 第2版 教学课件 ppt 作者 夏巨諶 张启勋 主编 第十八章 材料成形工艺的选用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料成形工艺 第2版 教学课件 ppt 作者 夏巨諶 张启勋 主编 第十八章 材料成形工艺的选用（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、材料成形工艺,第十八章 材料成形工艺的选用,一、零件毛坯主要种类及成形工艺比较 二、零件毛坯及其成形工艺的选用原则 三、典型零件毛坯成形工艺方法的选用 四、成形工艺方案的技术经济性论证,一、零件毛坯主要种类及成形工艺比较,1.零件毛坯的主要种类及特点 2.各种成形工艺的比较及主要适用范围,1.零件毛坯的主要种类及特点,(1)铸件 铸造可生产形状复杂的大中型零件毛坯，其缺点是晶粒粗大、组织疏松、成分不均匀、力学性能差；其优点是减振、耐磨性好。 (2)锻件 锻造可以改善金属的流线分布和内在质量，提高零件的力学性能，用于承受重载、动载和复杂载荷的关键零件。 (3)冲压件 可分为冲裁件、弯曲件和拉深件
2、等。 (4)焊接件 焊接是通过金属原子间的扩散和结合将若干单元坯件连接成各种结构件，其形状和尺寸不受限制。 (5)塑料件 其特点是通过注射、挤出等不同的成形方法，将颗粒状塑料加工成塑料制件，即直接获得最终零件或产品。 (6)挤压件 按挤压温度分为热、冷、温挤压件。,1.零件毛坯的主要种类及特点,(7)粉末冶金制件 以金属粉末为原料，采用压制成形后高温烧结而成，尺寸精度可达IT6级，表面粗糙度为Ra0.40.2m，可获得最终零件。 (8)型材 分为实心和空心型材。,2.各种成形工艺的比较及主要适用范围,表18-1 各种成形工艺的比较及主要适用范围,2.各种成形工艺的比较及主要适用范围,表18-1
3、 各种成形工艺的比较及主要适用范围,二、零件毛坯及其成形工艺的选用原则,1.零件的使用性能要求 2.材料的成形性能与性能价格比 3.生产条件 4.生产批量 5.经济合理性,1.零件的使用性能要求,零件的使用性能主要是指零件在使用状态下应具有的力学性能、物理性能或化学性能等。选择毛坯首先应考虑由该毛坯制造出的零件的使用性能，然后再根据其使用性能初步选择毛坯材料及相应的成形方法。 零件的力学性能主要指在室温下或在高温下的承载性能、强度与刚性、耐磨性及减振性等。不同的零件在机器中所起的作用不同，如轴类零件传递转矩；用于联接的螺栓承受拉力；冷挤压凹模要求有足够的强度与刚性；机身和底座等则以承压力为主，
4、要求有较好的刚性和减振性；工作台及导轨应具有好的耐磨性能。,1.零件的使用性能要求,甚至同类零件在不同机器中的作用也不同，如仪表中的齿轮仅传递运动；农机和建筑机械等齿轮则主要是传递运动，其次是传递力；而汽车中的齿轮既传递运动又传递力。又如发动机中进气门基本上是在室温下工作，而排气门则是在900左右的高温条件下工作。 有的零件，如汽车发电机的磁极(即极爪)和打印机的线圈座等要求具有良好的导磁和导电性能。又如化工工业中的泵、阀和管道等零部件，要求具有良好的耐蚀性能；汽轮发电机叶片是在高温和潮湿的蒸汽中工作，则要求耐锈蚀等。,2.材料的成形性能与性能价格比,(1)成形性能 金属材料的成形性能主要是铸
5、造凝固成形性能、锻造成形与冲压成形性能、焊接性能、热处理性能(包括淬透性、淬火变形、开裂倾向、过热敏感性和耐回火性能)以及切削加工性能。 (2)性能价格比 毛坯材料在满足零件的使用性能和毛坯的成形性能的前提下，应尽可能使零件的生产总成本最低、经济效益最高，即选用材料时不宜在使用性能和成形性能上拼命地拔高，这样必然导致选用价格昂贵的材料。,3.生产条件,分析生产条件，首先应分析本企业的生产条件。当根据零件的使用性能要求基本确定了选用的毛坯后，则应当按照所选用的毛坯生产流程分析本企业现有的设备型号、数量及配套装备的水平和能力，看是否能满足毛坯的生产要求。若本企业不能满足毛坯的生产要求，其解决的办法
6、有：一是若已有设备及配套装备能部分满足生产要求时，或是添置所缺乏的设备和配套装备，使之形成完备的生产流程，或是采取与其他企业协作的办法，来补充本企业生产条件的不足；二是已有设备根本不能满足毛坯生产要求时，则可采取完全外协或建立新的生产线(或机组)。对于毛坯的生产条件的分析，应当充分利用社会的分工与协作条件，克服“大而全、小而全”的封闭式的生产方式，通过技术上的可行性和经济上的合理性来综合分析确定。,生产批量常常成为毛坯成形工艺方案选择的主要依据。显而易见，当生产批量不大时，采用昂贵的专用设备和工装必然会导致生产成本的提高；当生产批量很大时，若仍采用简单而通用的设备和工装，必然导致材料利用率和劳
7、动生产率的降低。 以锻件毛坯生产为例，由表18-2所列数据，既能看出模锻件的批量越大，单件的成本越低；又能看出同样批量下，精密模锻件的成本比普通模锻件的低。,4.生产批量,4.生产批量,表18-2 两种模锻工艺生产的典型铝合金锻件的单件费用比较,材料价格对锻件生产成本的影响，已在上面作了分析。而影响锻件成本的另一重要因素就是成形工艺方案，因不同的工艺方案，所采用的锻造设备、配套装备、模具的结构及数量不同。如前所述，应当综合考虑所选材料、生产条件和生产批量，力求设备与工装投入的费用最低，尽量降低锻件成本。 铸件、焊接件、冲压件和塑料制件的生产，均应进行同样的分析。,5.经济合理性,5.经济合理性
8、,图18-1 饼盘类零件 a)齿轮 b)带轮 c)轴承圈 d)预应力结构,三、典型零件毛坯成形工艺方法的选用,1.饼盘类零件毛坯 2.轴杆类零件 3.机架、箱体类零件 4.薄壁、薄板件,1.饼盘类零件毛坯,(1)齿轮 它是各种机械中重要的传动零件，运动时两个相互啮合的轮齿之间通过一个狭小的接触面来传递力和运动。 (2)盘类零件 这类零件主要有带轮和飞轮。 (3)环形件 根据形状、尺寸和受力情况的不同，可分别采用铸铁件、铸钢件或锻钢件。 (4)圆形模具 主要是各种挤压凹模、饼盘类锻件的锻模和冲压模具等，其模具毛坯均采用合金钢锻件。,(1)齿轮,表18-3 几种常用齿轮的工作条件、使用性能要求、选
9、用材料及其成形工艺比较,(2)盘类零件,这类零件主要有带轮和飞轮。带轮主要是传递运动和力矩，飞轮则是积蓄和施放能量，两者受力都不大，通常采用HT150或HT200等灰铸铁件毛坯；单件生产时也可以采用低碳钢焊接毛坯；对于汽车带轮，为了减轻质量，近年来采用低碳钢板通过液压胀形直接制造出带轮零件。,(3)环形件,根据形状、尺寸和受力情况的不同，可分别采用铸铁件、铸钢件或锻钢件。对于大中型锻钢件，当数量较少时一般采用马架扩孔方式的自由锻工艺生产；当数量较多时，如大中型轴承套圈锻件，一般采用专用扩孔机生产；对于小型轴承套圈锻件大批量生产时，最先进的方法是采用轧制棒料为坯料，在多工位热镦锻机上通过闭式模锻
10、工艺生产。,(4)圆形模具,主要是各种挤压凹模、饼盘类锻件的锻模和冲压模具等，其模具毛坯均采用合金钢锻件。冷挤压凹模常采用W6Mo5Cr4V2、YG5等冷作模具钢和硬质合金，热处理硬度在6062HRC以上。为了节约贵重的合金钢，冷挤压凹模常采用预应力组合结构，即内、外圈为过盈配合(见图18-1d)，内圈采用合金钢，外圈采用45或40Cr钢通过调质处理硬度3640HRC。热锻模常采用5CrNiMo、5CrMnMo等热作模具钢，经淬火和中温回火使模膛表面的硬度为3734HRC。冲模常采用Cr12、Cr12MoV等冷作模具钢，经淬火和低温回火处理硬度为5860HRC。,轴杆类零件，其特点是长度与宽度
11、或高度(或直径)的尺寸比例较大。常见的轴杆类零件有实心轴和空心轴、直轴和曲轴以及各种管件、杆件等，如图18-2所示。 工作既承受弯矩又传递转矩的轴称为转轴，如曲柄压力机上的曲柄和发动机曲轴(见图18-2c、f)与带轮相连的轴及机床主轴等，主要用来支撑转动零件；本身仅承受弯矩但不传递转矩的轴称为心轴，如汽车的前轴(见图18-2e)、火车的轮轴等，主要用来传递转矩；不承受或仅承受很小弯矩作用的轴称为传动轴，如汽车传动轴套管、车床上的光轴等；有的轴类零件仅承受轴向拉力或压力的作用，如组合压力机机身的预应力拉杆、汽车直拉杆和连杆(见图18-2a、b、d)等。,2.轴杆类零件,2.轴杆类零件,图18-2
12、 轴杆类零件,这类零件包括各种机械的机身、底座、支架、横梁、工作台、导轨以及齿轮箱、轴承座、阀体、泵体等(见图18-3)。这类零件的结构特点是形状不规则，结构比较复杂，质量从几千克至数十吨。工作条件也相差很大，其中床身、底座等是以承压为主，并要求有较好的刚度和减振性；有些机械的机身，如压力机机身(见图18-3e)往往同时承受压、拉和弯曲应力的联合作用，或者还有冲击载荷；工作台和导轨等零件，则要求有较好的耐磨性；箱体零件一般受力不大，但要求有良好的刚度和密封性。,3.机架、箱体类零件,3.机架、箱体类零件,图18-3 机架、箱体类零件 a)床身 b)工作台 c)轴承座 d)减速器箱体 e)压力机
13、机身,薄壁、薄板件主要是板料冲压件和塑料注射成型件，广泛应用于汽车、飞机、家电、农机、厨具及建筑装潢等，且其应用范围和产量越来越大。以汽车上的薄板冲压件为例，其驾驶室由32件不同形状和大小的复杂薄板件(称为覆盖件)焊接拼装而成。这些覆盖件由厚度0.71mm的08钢板冲压而成，如图18-4所示的汽车车门外板和汽车轮毂盖。由塑料注射而成的薄壁薄壳件如彩色电视机、收音机和录像机等家电的机壳和水桶、玩具等，举不胜举。,4.薄壁、薄板件,四、成形工艺方案的技术经济性论证,1.成本与批量的关系及方案比较 2.锻件合理生产批量的确定 3.基建设计中的工艺方案比较,图18-4 汽车覆盖件 a)车门外板 b)轮毂盖,1.成本与批量的关系及方案比较,1.成本与批量的关系及方案比较,图18-5 环形件单件成本与生产批量的关系 1自由锻 2锤上开式模锻 3机械压力机上开式模锻 4平锻机上闭式模锻,2.锻件合理生产批量的确定,图18-6 链轨节锻件简图,3.基建设计中的工艺方案比较,表18-4 年产60万件链轨节锻造工艺方案比较表,
