材料成型工艺的选择

1、1材料成形技术基础2第第5 5篇篇 材料成型工艺的选择及检验材料成型工艺的选择及检验17 17 机械零件材料和毛坯的选择机械零件材料和毛坯的选择18 18 毛坯的质量检验毛坯的质量检验3机械零件毛坯的选择4机械零件毛坯的选择机械零件制造：机械零件制造：毛坯成形毛坯成形切削加工切削加工毛坯选择影响：毛坯选择影响：制造质量制造质量使用性能使用性能生产周期生产周期制造成本制造成本5机械零件毛坯的选择6机械零件毛坯的选择7机械零件毛坯的选择817 17 机械零件材料和毛坯的选择机械零件材料和毛坯的选择17.1 17.1 零件毛坯类型及其制造方法比较零件毛坯类型及其制造方法比较一一 零件毛坯类型零件毛坯

2、类型( types of roughcasts)( types of roughcasts)1. 1. 型材（型材（bar section)bar section)2. 2. 铸件铸件 (casting)(casting)3. 3. 锻件锻件 (forging)(forging)4. 4. 冲压件冲压件(stamping)(stamping)5. 5. 焊接件焊接件(weldment)(weldment)6. 6. 联合毛坯联合毛坯(combined roughcast)(combined roughcast)U型钢 棒材盖板 排水箱法兰电路板 手机外壳9二 常用零件毛坯制造方法的比较低碳钢和

3、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10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，

4、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11 毛坯的选择包括毛坯的材料、类型以毛坯的选择包括毛坯的材料、类型以及具体的制造方法及具体的制造方法 1.1.零件使用性能及质量的要求零件使用性能及质量的要求 2.2.材料的工艺性能材料的工艺性能 3.3.选材的经济性选材的经济性 4.4.生产条件生产条件 17.217.2毛坯类型的选择原则和依据毛坯类型的选择原则和依据12 1.1.零件使用性能要求零件使用性能要求 零件的使用

5、性能主要指零件在使用状态下零件的使用性能主要指零件在使用状态下材料应具有的材料应具有的力学性能、物理性能力学性能、物理性能或或化学性能化学性能。13中碳钢中碳钢锻造锻造整体正火或调质处理整体正火或调质处理齿面高频淬火齿面高频淬火（1 1）机床齿轮机床齿轮低碳钢低碳钢齿面渗碳淬火齿面渗碳淬火锻造锻造（2 2）汽车齿轮汽车齿轮（3 3）低速机械齿轮低速机械齿轮铸造铸造 灰铸铁灰铸铁 正火正火142.2.材料的工艺性能材料的工艺性能 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

6、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 153.3.选材的经济性选材的经济性 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。16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的方法 低碳钢材料和手工电弧焊法 17 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

7、法、压铸方法 18 根据零件的使用要求和制造成本分析所选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否切实可行，也是毛坯选择应考虑的一个基本原则。基本原则。4.4.生产条件生产条件19 1.1.零件使用性能零件使用性能足够足够 2.2.材料的工艺性能材料的工艺性能良好良好 3.3.经济性经济性合理合理 4.4.生产条件生产条件综合考虑综合考虑 毛坯类型的选择原则和依据毛坯类型的选择原则和依据2017.3 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）轴杆类零件（2）

8、饼块及盘套类零件（3）机架、箱体类零件21轴杆类零件轴杆类零件 轴杆类零件的结构特点轴杆类零件的结构特点：其轴向尺寸远大于：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、杆件等心轴和偏心轴以及各种管件、杆件等2223轴杆类零件的成型方法的选用轴杆类零件的成型方法的选用（1 1）材料的选择）材料的选择： 碳钢碳钢（45#45#钢），经调质处理钢），经调质处理具有良好的综合力具有良好的综合力学性能；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，采用下，采用合金结构钢合

9、金结构钢（如（如40Cr40Cr、20CrMnTi20CrMnTi）；）； 凸轮轴、曲轴等可以选用凸轮轴、曲轴等可以选用球墨铸铁球墨铸铁（如（如QT450-10QT450-10、QT500-5QT500-5等），降低制造成本。等），降低制造成本。（2 2）成型方法）成型方法： 受力和传动零件，除光轴（棒料机械加工）外，几乎受力和传动零件，除光轴（棒料机械加工）外，几乎都是锻件毛坯，选用都是锻件毛坯，选用锻造成型锻造成型。 曲轴尺寸较大时，曲轴尺寸较大时，球墨铸铁球墨铸铁铸造成型。铸造成型。24轴类零件举例25车床主轴的制造工艺路线原材料原材料锻造锻造正火正火粗加工粗加工调质调质精加工精加工大端

10、局部高频淬火大端局部高频淬火低温回火低温回火精磨加工精磨加工26锻焊的方法制造轴杆类零件毛坯锻焊的方法制造轴杆类零件毛坯将合金耐热钢将合金耐热钢的阀帽与普通碳的阀帽与普通碳素钢的阀杆焊在素钢的阀杆焊在一起。一起。27铸焊结合的方法制造轴杆类零件毛坯铸焊结合的方法制造轴杆类零件毛坯 采用采用ZG270-500ZG270-500分六段铸造，粗加工后采用分六段铸造，粗加工后采用电渣焊拼焊成整体毛坯。电渣焊拼焊成整体毛坯。28饼块及盘套类零件饼块及盘套类零件 饼块及盘套类零件饼块及盘套类零件的结构特点：的结构特点：轴向轴向（纵向）尺寸一般（纵向）尺寸一般小于径向尺寸，或小于径向尺寸，或者两个方向上的尺

11、者两个方向上的尺寸相差不大，如各寸相差不大，如各类齿轮、带轮、飞类齿轮、带轮、飞轮、模具、套环、轮、模具、套环、轴承环等。轴承环等。图图17-4 17-4 饼块及盘套类零件饼块及盘套类零件29（1 1）齿轮）齿轮a a、材料的选择、材料的选择 中碳结构钢（如中碳结构钢（如40#40#、45#45#钢）制造，正火或调质钢）制造，正火或调质 20Cr20Cr、18CrMnTi18CrMnTi等合金渗碳钢，渗碳或氰化、氮化等合金渗碳钢，渗碳或氰化、氮化b b、成型方法的选择、成型方法的选择 中小型齿轮中小型齿轮锻件毛坯锻件毛坯，大批量，大批量热轧质量最好热轧质量最好； 单件或小批量生产条件下，直径小

12、于单件或小批量生产条件下，直径小于100mm100mm的齿轮也的齿轮也可以圆钢为毛坯；可以圆钢为毛坯； 大型齿轮（直径大型齿轮（直径400mm400mm以上）锻造困难，可用铸钢或以上）锻造困难，可用铸钢或球墨铸铁件为毛坯球墨铸铁件为毛坯 饼块及盘套类零件选择成型方法的特点饼块及盘套类零件选择成型方法的特点3031 （2 2）带轮、飞轮、手轮和垫片）带轮、飞轮、手轮和垫片等受力不大或承压等受力不大或承压的零件，可的零件，可HT150HT150或或HT200HT200等灰铸铁件，单件生产等灰铸铁件，单件生产时也可采用低碳钢焊接件。时也可采用低碳钢焊接件。 （3 3）法兰、套环、垫圈）法兰、套环、垫

13、圈等零件，根据受力情况和等零件，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产时，可直为毛坯；厚度小的在单件或小批量生产时，可直接用钢板下料。接用钢板下料。 （4 4）各种模具毛坯）各种模具毛坯均采用合金钢锻件，热锻模选均采用合金钢锻件，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。模选用冷作模具钢，并经淬火和低温回火处理。32机架、箱体类零件 机架、箱体类零件的结构特点：机架、箱体类零件的结构特点：形状不规则，结形状不规

14、则，结构比较复杂，重量从几千克至数百吨。包括各种构比较复杂，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。轮箱、轴承座、阀体、泵体等。33机架、箱体类零件成型方法的选择机架、箱体类零件成型方法的选择 通常以通常以铸件铸件为毛坯，选用为毛坯，选用铸造成型铸造成型的方法，的方法，主要以主要以铸铁件铸铁件为主；为主； 受力复杂或受力较大冲击载荷的零件则采受力复杂或受力较大冲击载荷的零件则采用用铸钢件铸钢件； 在单件生产或工期要求紧迫的情况下，可在单件生产或工期要求紧迫的情况下，可采用采用焊接件焊接件，可减

15、轻零件重量，但刚度和，可减轻零件重量，但刚度和减振性不如铸铁件。减振性不如铸铁件。34常用零件毛坯成型方法常用零件毛坯成型方法 机架、箱体类零件选用机架、箱体类零件选用铸造成型铸造成型方法；方法； 轴杆类和饼块及盘套类零件常选用轴杆类和饼块及盘套类零件常选用锻造成锻造成型型方法；方法； 焊接成型焊接成型可用于制作各种金属结构，单件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；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许多复杂机械零件可采用锻锻- -焊、铸焊、铸- -焊结焊结合的成型方法合的成型方法制造零件毛坯。制造零件毛坯。 35 螺旋起重器各零件毛坯的选择螺旋起重

16、器各零件毛坯的选择（1 1）支座）支座 HT200HT200；铸件毛坯。；铸件毛坯。（2 2）螺杆）螺杆 4545钢；锻件毛坯。钢；锻件毛坯。（3 3）螺母）螺母 青铜；铸件毛坯青铜；铸件毛坯（4 4）托杯）托杯 HT200HT200；铸件毛坯。；铸件毛坯。（5 5）手柄）手柄 Q235AQ235A圆钢上截取。圆钢上截取。 17.4 17.4 毛坯选择应用举例毛坯选择应用举例36小型汽车发动机各零件的毛坯选择37（1 1）缸体、缸盖缸体、缸盖 HT200 HT200灰铸铁，铸造成型；灰铸铁，铸造成型；（2 2）曲轴、连杆、凸轮轴曲轴、连杆、凸轮轴球墨铸铁，铸造成型；球墨铸铁，铸造成型；（3 3

17、）活塞活塞铸造铝合金，铸造成型；铸造铝合金，铸造成型；（4 4）活塞环活塞环孕育铸铁，铸造成型；孕育铸铁，铸造成型；（5 5）摇臂摇臂碳钢熔模精密铸造；碳钢熔模精密铸造；（6 6）离合器壳及油底壳离合器壳及油底壳油底壳选用灰铸铁铸造，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；离合器选用球墨铸铁，或薄钢板冲压；（7 7）飞轮飞轮球墨铸铁铸造成型；球墨铸铁铸造成型；（8 8）进、排气门进、排气门进气门进气门40Cr40Cr，排气门耐热钢，排气门耐热钢锻造成型；锻造成型；（9 9）化油器化油器铸造铝合金压力铸造。铸造铝合金压力铸造。38思考题思考题 一级减速器各主要零件毛坯选择分析一级

18、减速器各主要零件毛坯选择分析3918 18 毛坯的质量检验毛坯的质量检验设计与设计与选材选材投入原投入原材料材料铸锻焊铸锻焊制毛坯制毛坯热处理热处理原材料检验原材料检验工序间质量检验工序间质量检验机械加工机械加工工序间质量检工序间质量检验验装配装配机器零件生产工艺过程机器零件生产工艺过程出厂前质量检验出厂前质量检验热处理及热处理及表面改性表面改性40一、毛坯的无损检验一、毛坯的无损检验1 1、毛坯的主要的常见缺陷、毛坯的主要的常见缺陷（1 1）裂纹）裂纹（2 2）非金属夹杂物）非金属夹杂物（3 3）折叠）折叠412 2、常用的毛坯无损检验的方法、常用的毛坯无损检验的方法42二、计算机在毛坯质检中的应用二、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431 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442、自