要求毛胚与成形.doc

表6-2 常用成形方法的比较 成形方法 比较内容 铸造 锻造 冷冲压 焊接 取自轧材 成形特点 液态成形 固态塑性变形 固态塑性变形 永久连接 轧材切削 对原材料工艺性要求 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，液态下化学稳定性好 常用材料 铸铁、铸钢、非铁合金 低、中碳钢、合金结构钢 低碳钢薄板、非铁合金薄板 低碳钢、低合金结构钢、不锈钢、非铁合金 碳钢、合金钢、非铁合金 适宜成形的形状 一般不受限制，可相当复杂，尤其是内腔 自由锻简单；模锻较复杂，但有一定限制 可较复杂，但有一定限制 一般不受限制 简单，横向尺寸变化小 适宜成形尺寸与重量 砂型铸造不受限制；特种铸造受限制 自由锻不受限制；模锻受限制，一般150kg 最大板厚810mm 不受限制 中、小型 材料利用率 高 自由锻低；模锻较高 较高 较高 较低 适宜的 生产批量 砂型铸造不受限制 自由锻单件小批；模锻成批、大量 大批量 单件、小批、成批 单件、小批、成批 生产周期 砂型铸造较短 自由锻短；模锻长 长 短 短 生产率 砂型铸造低 自由锻低；模锻较高 高 中、低 中、低 应用举例 机架、床身、底座、工作台、导轨、变速箱、泵体、阀体、带轮、轴承座、曲轴、凸轮轴、齿轮等形状复杂的零件 机床主轴、传动轴、齿轮、连杆、凸轮、螺栓、弹簧、曲轴、锻模、冲模等对力学性能，尤其是强度和韧度，要求较高的零件 汽车车身覆盖件、仪器仪表与电器的外壳及零件、油箱、水箱等各种用薄板成形的零件 锅炉、压力容器、化工容器、管道、厂房构架、吊车构架、桥梁、车身、船体、飞机构件、重型机械的机架、立柱、工作台等各种金属结构件、组合件，还可用于零件修补 光轴、丝杠、螺栓、螺母、销子等形状简单的中、小型件 表 6-4 汽车发动机曲柄连杆机构主要零件的毛坯成形方法 组别 零件名称 受力状况和使用要求 材料及成形方法机体组汽缸体 其形状复杂，特别是内腔，并铸有冷却水套。发动机的所有部件都装于其上，应具有足够的刚度与抗压强度，有吸振性要求 HT250灰铸铁铸造成形（砂型、机器造型）汽缸套 镶入汽缸体内，是汽缸的工作表面，与高温、高压的燃气接触，要求耐高温、耐蚀 合金铸铁铸造成形汽缸盖 主要功用是封闭汽缸上部，并与活塞顶部和缸套内壁一起形成燃烧室。盖上铸有冷却水套、进出水孔、火花塞孔、进排气通道、进排气门座、气门导管孔、摇臂轴支架等，形状复杂 合金铸铁铸造成形油底壳 主要功用是贮存机油并封闭曲轴箱，成为曲轴箱的组成部分，故也称下曲轴箱，其受力很小 薄钢板冲压成形活塞连杆组活塞 活塞形状较复杂，主要作用是承受汽缸中的燃气压力，在汽缸内作高速往复运动，并将力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。活塞顶部与汽缸盖、汽缸壁共同组成燃烧室。活塞顶部直接与高温燃气接触，并承受燃气带冲击性的高压力。活塞在汽缸内作高速运动，惯性力大，导致活塞受力复杂。故要求活塞质量小，导热性好，热膨胀系数小，尺寸稳定性好，并有较高强度等。 铝硅合金，金属型铸造成形（也有用液态模锻成形）活塞环 包括气环和油环，按在活塞的活塞环槽内，与汽缸壁直接接触。气环的主要作用是保证活塞与汽缸壁间的密封；油环的主要作用是刮除汽缸壁上多余的润滑机油。活塞环受燃气高温、高压作用，随活塞在气缸中作高速往复运动，磨损严重，要求减摩与自润滑性 合金铸铁铸造成形 活塞销 功用是连接活塞和连杆小头，将活塞承受的气体作用力传给连杆。活塞销在高温下承受很大的周期性冲击载荷，润滑条件较差，要求足够的刚度和强度，表面耐磨，重量尽可能小，通常为空心圆柱体。 低碳合金钢棒或管直接车削、外表面渗碳处理 连杆（包括连杆盖） 连杆小头与活塞销相连，连杆大头与曲轴的曲柄销相连，功用是将活塞承受的力传给曲轴，使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。受到压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。要求连杆在质量尽可能小的条件下有足够的刚度和强度 调质钢模锻或辊锻成形（也有用球墨铸铁铸造成型） 衬套 装在连杆小头孔内，与活塞销配合，有相对转动，要求减摩性好 青铜铸造成形 连杆螺栓、螺母 连接紧固连杆大头与连杆瓦盖，承受拉压交变载荷及很大冲击力，要求高屈服强度与韧度 合金调质钢锻造成形 曲轴飞轮组曲轴 曲轴轴线弯曲，主要传动轴，承担功率输入与输出的传递任务，承受弯曲、扭转、一定冲击等复杂载荷，要求足够刚度、弯扭强度、疲劳强度和韧度，良好耐磨性（轴颈部）。 球墨铸铁砂型铸造成形（也有用调质钢模锻成形） 飞轮 装在曲轴上，其主要功能是将输入曲轴的一部分能量贮存起来，用于克服其它阻力，保证曲轴均匀旋转。要求足够大的转动惯量，故尺寸大 用灰铸铁（也有用球墨铸铁或铸钢）铸造成形 1窥视孔盖（零件 1） 用于观察箱内情况及加油，力学性能要求不高。单件小批量生产时，采用碳素结构钢（Q235A）钢板下料，或手工造型铸铁（HT150）件毛坯。大批量生产时，采用优质碳素结构钢（08钢）冲压而成，或采用机器造型铸铁件毛坯。 2. 箱盖（零件 2）、箱体（零件 6） 是传动零件的支承件和包容件，结构复杂，其中的箱体承受压力，要求有良好的刚度、减振性和密封性。箱盖、箱体在单件小批量生产时，采用手工造型的铸铁（HT150或HT200）件毛坯，或采用碳素结构钢（Q235A）手工电弧焊焊接而成。大批量生产时，采用机器造型铸铁件毛坯。3. 螺栓（零件 3）、螺母（零件 4） 起固定箱盖和箱体的作用，受纵向（轴向）拉应力和横向切应力。采用碳素结构钢（ Q235A）镦、挤而成，为标准件。 4. 弹簧垫圈（零件 5） 其作用是防止螺栓松动，要求良好的弹性和较高的屈服强度。由碳素弹簧钢（ 65Mn）冲压而成，为标准件。 5. 调整环（零件 8） 其作用是调整轴和齿轮轴的轴向位置。单件小批量生产采用碳素结构钢（ Q235）圆钢下料车削而成。大批量生产采用优质碳素结构钢（ 08钢）冲压件。 6. 端盖（零件 7） 用于防止轴承窜动，单件、小批生产时，采用手工造型铸铁（ HT150）件或采用碳素结构钢（ Q235）圆钢下料车削而成。大批量生产时，采用机器造型铸铁件。 7. 齿轮轴（零件 9）、轴（零件 12）和齿轮（零件 13） 均为重要的传动零件，轴和齿轮轴的轴杆部分受弯矩和扭矩的联合作用，要求具有较好的综合力学性能；齿轮轴与齿轮的轮齿部分受较大的接触应力和弯曲应力，应具有良好的耐磨性和较高的强度。单件生产时，采用中碳优质碳素结构钢（ 45钢）自由锻件或胎模锻件毛坯，也可采用相应钢的圆钢棒车削而成。大批量生产时，采用相应钢的模锻件毛坯。 8. 挡油盘（零件 10） 其用途是防止箱内机油进入轴承。单件生产时，采用碳素结构钢（Q235）圆钢棒下料切削而成。大批量生产时，采用优质碳素结构钢（08钢）冲压件。 9. 滚动轴承（零件 11） 受径向和轴向压应力，要求较高的强度和耐磨性。内外环采用滚动轴承钢（GCr15钢）扩孔锻造，滚珠采用滚动轴承钢（GCr15钢）螺旋斜轧，保持架采用优质碳素结构钢（08钢）冲压件。滚动轴承为标准件。一、轴杆类零件 轴、杆类零件的结构特点是其轴向（纵向）尺寸远大于径向（横向）尺寸，如各种传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴、齿轮轴、连杆、拨叉、锤杆、摇臂以及螺栓、销子等，如图6-4所示。在各种机械中，轴杆类零件一般都是重要的受力和传动零件。 轴杆类零件材料大都为钢。其中，除光滑轴、直径变化较小的轴、力学性能要求不高的轴，其毛坯一般采用轧制圆钢制造外，几乎都采用锻钢件为毛坯。阶梯轴的各直径相差越大，采用锻件越有利。对某些具有异形断面或弯曲轴线的轴，如凸轮轴、曲轴等，在满足使用要求的前提下，可采用球墨铸铁的铸造毛坯，以降低制造成本。在有些情况下，还可以采用锻-焊或铸-焊结合的方法来制造轴、杆类零件的毛坯。图6-5所示的汽车排气阀，将锻造的耐热合金钢阀帽与轧制的碳素结构钢阀杆焊成一体，节约了合金钢材料。图6-6所示的我国60年代初期制造的12000t水压机立柱，长18m，净重80t，采用ZG270-500，分成6段铸造，粗加工后采用电渣焊焊成整体毛坯。 二、盘套类零件 盘套类零件中，除套类零件的轴向尺寸有部分大于径向尺寸外，其余零件的轴向尺寸一般小于径向尺寸、或两个方向尺寸相差不大。属于这一类的零件有齿轮、带轮、飞轮、模具、法兰盘、联轴节、套环、轴承环以及螺母、垫圈等，如图6-7所示。 这类零件在机械中的使用要求和工作条件有很大差异，因此所用材料和毛坯各不相同。 1.齿轮 这是各类机械中的重要传动零件，运转时齿面承受接触应力和摩擦力，齿根要承受弯曲应力，有时还要承受冲击力。故要求齿轮具有良好的综合力学性能，一般选用锻钢毛坯，如图6-8a所示。大批量生产时还可采用热轧齿轮或精密模锻齿轮，以提高力学性能。在单件或小批量生产的条件下，直径100mm以下的小齿轮也可用圆钢棒为毛坯，如图6-8b所示。直径大于400500mm的大型齿轮，锻造比较困难，可用铸钢或球墨铸铁件为毛坯，铸造齿轮一般以幅条结构代替模锻齿轮的幅板结构，如图6-8c所示。在单件生产的条件下，也可采用焊接方式制造大型齿轮的毛坯，如图6-8d所示。在低速运转且受力不大或者在多粉尘的环境下开式运转的齿轮，也可用灰铸铁铸造成形。受力小的仪器仪表齿轮在大量生产时，可采用板材冲压或非铁合金压力铸造成形，也可用塑料（如尼龙）注塑成形。 2. 带轮、飞轮、手轮和垫块等 这些零件受力不大、结构复杂或以承压为主的零件，通常采用灰铸铁件，单件生产时也可采用低碳钢焊接件。 3. 法兰、垫圈、套环、联轴节等 根据受力情况及形状、尺寸等不同，此类零件可分别采用铸铁件、锻钢件或圆钢棒为毛坯。厚度较小、单件或小批量生产时，也可用钢板为坯料。垫圈一般采用板材冲压成形。 4. 钻套、导向套、滑动轴承、液压缸、螺母等 这些套类零件，在工作中承受径向力或轴向力和摩擦力，通常采用钢、铸铁、非铁合金材料的圆棒材、铸件或锻件制造，有的可直接采用无缝管下料。尺寸较小、大批量生产时，还可采用冷挤压和粉末冶金等方法制坯。 5. 模具毛坯，一般采用合金钢锻造成形。 三、机架、箱座类零件 机架、箱座类零件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、缸体、阀体、泵体、导轨等，如图6-9所示。其特点是结构通常比较复杂，有不规则的外形和内腔。重量从几千克至数十吨，工作条件也相差很大。其中，如机身、底座等一般的基础零件，主要起支承和连接机械各部件的作用，而非运动的零件，以承受压力和静弯曲应力为主，为保证工作的稳定性，要求有较好的刚度和减振性；但有些机械的机身、支架还往往同时承受压、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。 鉴于这类零件的结构特点和使用要求，通常都以铸件为毛坯，且以铸造性良好，价格便宜，并有良好耐压、减磨和减振性能的灰铸铁为主；少数受力复杂或受较大冲击载荷的机架类零件，如轧钢机、大型锻压机等重型机械的机架，可选用铸钢件毛坯，不易整体成形的特大型机架可采用连接成形结构；在单件生产或工期要求急迫的情况下，也可采用型钢焊接结构。航空发动机中的箱体零件，为减轻重量，通常采用铝合金铸件。1渣保护： 使熔池与空气隔离，防止金属氧化和吸气； 向熔池过渡合金元素，提高焊缝性能；同时，还可以减少散热，提高生产率，防止强光辐射 1）焊剂： 焊剂牌号、分类和用途： 焊剂有熔炼焊剂和非熔炼焊剂两类，非熔炼焊剂又有烧结焊剂和粘结焊剂两种。熔炼焊剂主要起保护作用，非熔炼焊剂除了起保护作用外还可以起渗合金，脱氧、去硫等冶金作用。 焊剂是由SiO2，MnO、MgO及CaF等组成的硅酸盐，根据其中硅、锰、氟的含量不同，可分为无锰、低锰、中锰和高锰型。焊剂也可用“焊剂”的汉语拼音首写字母“HJ”来表示 焊剂保护的效果： 形成熔融的液态焊剂薄膜； 通过冶金反应合金化及去氢； 合金化：增加及调整焊缝中的Si、Mn含量；去氢：焊剂中加入CaF22、熔池的保护气保护1） 氩气： 氩气为惰性气体，比空气重25%；高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反应，是一种理想的保护气体。 由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。 氩弧焊一般要求氩气纯度达99.9%。氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会影响焊缝质量。2） CO2气体： CO2为无色无味气体，密度是空气的1.5倍，在常温下很稳定，但在高温下易分解。 CO2气体密度大，受热后体积膨胀大，所以在隔离空气保护焊接熔池和电弧方面，效果良好。 但CO2气体为氧化性气体，在高温下将分解为CO和O2：所以二氧化碳在高温时有强烈的氧化性。 高温下同时有CO2、O2、CO存在。合金元素的氧化烧损主要产生于高温分解出来的原子氧的氧化作用。 进入熔池中的FeO与C作用，在液态金属中产生CO气体； 进入熔滴中的FeO与C作用，易产生飞溅。 合金元素烧损、CO气孔和飞溅是CO2焊接的三个主要问题，通过加药芯来改善。 3）渣气联合保护： 利用渣的良好的冶金反应和焊缝成形特点，以及气体的优良电弧热效率和稳弧作用，可获得良好的熔池保护效果。如焊条的药皮及CO2+药芯。 药皮： 药皮成分：稳弧剂、合金化剂、脱氧剂、去氢剂、粘结剂等。 药皮类型：酸性药皮与碱性药皮。 酸性药皮工艺性好，因为无反电离物质CaF2,因而电弧易引燃批，引燃后燃烧稳定，脱渣性好，焊缝成