第6章---毛坯成形方法选择.pdf

第六章毛坯成形方法选择制造工艺基础本章提纲6.1 材料成形方法选择的原则与依据6.2 零件毛坯的主要种类及成形特点6.3 常用机械零件毛坯成形方法的选择6.4 毛坯成形方法选择实例1、材料成形方法的选择原则6.1 材料成形方法选择的原则与依据1)1)适用性原则适用性原则满足零件的使用要求：零件形状、尺寸、精度、表满足零件的使用要求：零件形状、尺寸、精度、表面质量和材料成分、组织等面质量和材料成分、组织等适应成形加工工艺性适应成形加工工艺性2)2)可行性原则可行性原则与企业的生产条件相符与企业的生产条件相符与社会协作条件和供货条件相适应与社会协作条件和供货条件相适应3)3)经济性原则经济性原则把满足使用要求与降低成本统一起来把满足使用要求与降低成本统一起来降低零件总成本降低零件总成本1、材料成形方法的选择原则6.1 材料成形方法选择的原则与依据4)4)经济性原则经济性原则对环境友好对环境友好评价环境负载性：全面考虑生产、还原两个工程评价环境负载性：全面考虑生产、还原两个工程注意成形加工方法与单位能耗的关系：选择单位能耗注意成形加工方法与单位能耗的关系：选择单位能耗少的成形加工方法，并选择能采用低单位能耗成形加少的成形加工方法，并选择能采用低单位能耗成形加工方法的材料工方法的材料工业安全性：充分考虑安全生产、安全使用问题，以工业安全性：充分考虑安全生产、安全使用问题，以保证可靠生产、可靠使用保证可靠生产、可靠使用2、材料成形方法选择的依据6.1 材料成形方法选择的原则与依据1)1)选用材料与成形方法选用材料与成形方法根据零件类别、用途、功能、使用性能要求、结构形根据零件类别、用途、功能、使用性能要求、结构形状与复杂程度、尺寸大小、技术要求等确定零件材料状与复杂程度、尺寸大小、技术要求等确定零件材料与成形方法与成形方法在不影响零件使用要求的前提下，可通过选择适当的在不影响零件使用要求的前提下，可通过选择适当的成形工艺，改变零件的结构设计，以简化零件制造工成形工艺，改变零件的结构设计，以简化零件制造工艺，提高生产率，降低成本艺，提高生产率，降低成本仪表座冲压件的两种成形工艺a)冲压工艺 b)冲口工艺2、材料成形方法选择的依据6.1 材料成形方法选择的原则与依据2)2)零件的生产批量零件的生产批量单件或小批量生产：选用通用设备和工具，以及低精单件或小批量生产：选用通用设备和工具，以及低精度、低生产率的成形方法度、低生产率的成形方法大批量生产：选用专用设备和工具，以及高精度、高大批量生产：选用专用设备和工具，以及高精度、高生产率的成形方法生产率的成形方法3)3)现有生产条件现有生产条件在满足零件使用要求的前提下，充分利用现有生产条在满足零件使用要求的前提下，充分利用现有生产条件，如设备条件、技术水平、管理水平等件，如设备条件、技术水平、管理水平等当采用现有条件不能满足产品生产要求时：对设备进当采用现有条件不能满足产品生产要求时：对设备进行适当的技术改造；或扩建厂房，更新设备，提高技行适当的技术改造；或扩建厂房，更新设备，提高技术水平；或通过厂间协作解决术水平；或通过厂间协作解决2、材料成形方法选择的依据6.1 材料成形方法选择的原则与依据4)4)密切注意新工艺、新技术、新材料的利用密切注意新工艺、新技术、新材料的利用扩大新工艺、新技术、新材料的应用，如精密铸造、扩大新工艺、新技术、新材料的应用，如精密铸造、精密锻造快速成形等，采用少、无余量成形方法，以精密锻造快速成形等，采用少、无余量成形方法，以提高产品质量、经济效益与生产率提高产品质量、经济效益与生产率当几种成形工艺都可用于制品生产时，应根据生产批当几种成形工艺都可用于制品生产时，应根据生产批量与条件，尽可能采用先进的成形工艺取代落后的旧量与条件，尽可能采用先进的成形工艺取代落后的旧工艺工艺铸造铁锅的两种成形方法a)砂型铸造 b)挤压铸造3、常用成形方法比较6.1 材料成形方法选择的原则与依据常用成形方法的比较1、金属的铸造成型特点6.2 零件毛坯的主要种类及成形特点铸件特点是尺寸、形状几乎不受限制铸件特点是尺寸、形状几乎不受限制,是零件毛坯最主是零件毛坯最主要的来源，通常用于形状复杂、强度要求不太高的场合。要的来源，通常用于形状复杂、强度要求不太高的场合。常用铸件的基本特点、生产成本与生产条件2、金属的塑性成形特点6.2 零件毛坯的主要种类及成形特点塑性成形件主要有锻件、挤压件、冲压件等，相比于铸塑性成形件主要有锻件、挤压件、冲压件等，相比于铸件，对零件的形状有一定的限制。件，对零件的形状有一定的限制。常见塑性成形件的基本特点、生产成本与生产条件3、金属的焊接成形特点6.2 零件毛坯的主要种类及成形特点焊接是一种永久性连接金属的方法，在生产中得到广泛焊接是一种永久性连接金属的方法，在生产中得到广泛应用，焊接成形工艺具有以下特点：应用，焊接成形工艺具有以下特点：1 1）焊件强度与刚度好，且质量少）焊件强度与刚度好，且质量少;2 2）工序简单，工艺准备和生产周期短；工序简单，工艺准备和生产周期短；3 3）般不需重型与专用设备，产品的改型较方便；般不需重型与专用设备，产品的改型较方便；4 4）焊接结构内部易产生应力与变形，同时焊接结构上热影焊接结构内部易产生应力与变形，同时焊接结构上热影响区的力学性能也会有所下降；响区的力学性能也会有所下降；5 5）可进行异种材料之间的焊接可进行异种材料之间的焊接,但由于异种材料热物理性能但由于异种材料热物理性能不同，在焊接处会产生很大的应力，甚至造成裂纹。不同，在焊接处会产生很大的应力，甚至造成裂纹。4、塑料件的成形特点6.2 零件毛坯的主要种类及成形特点塑料具有密度小、绝缘性好、成本低、易老化等特点，塑料具有密度小、绝缘性好、成本低、易老化等特点，塑料成形的工艺很多，且都有各自的特点及使用范围。塑料成形的工艺很多，且都有各自的特点及使用范围。1 1）注射成形）注射成形用于热塑性塑料，可生产形状复杂的塑件，用于热塑性塑料，可生产形状复杂的塑件，但注射机及模具费用较高，适合于成批、大量生产。但注射机及模具费用较高，适合于成批、大量生产。2 2）压制成形）压制成形用于热固性塑料，设备简单但自动化率低。用于热固性塑料，设备简单但自动化率低。3 3）挤出成形）挤出成形用于热塑性塑料，生产操作简单，成本低，用于热塑性塑料，生产操作简单，成本低，应用范围广，综合生产能力强。应用范围广，综合生产能力强。4 4）吹塑成形）吹塑成形设备和模具结构简单，但塑件壁厚不均匀，设备和模具结构简单，但塑件壁厚不均匀，适用于容器类及箱体类塑件的成形。适用于容器类及箱体类塑件的成形。5 5）浇注成形）浇注成形对设备和模具要求不髙，适合于形状复杂件对设备和模具要求不髙，适合于形状复杂件及大型件的成形。及大型件的成形。5、粉末冶金件、陶瓷及复合材料件等的成形特点6.2 零件毛坯的主要种类及成形特点1)1)粉末冶金件成形粉末冶金件成形粉末冶金的优点是生产率高，适合生产复杂形状的零件粉末冶金的优点是生产率高，适合生产复杂形状的零件，无需机械加工，或少量加工，节约材料；缺点是模具成本，无需机械加工，或少量加工，节约材料；缺点是模具成本相对较高，粉末冶金件的强度比相应的固体材料强度低，材相对较高，粉末冶金件的强度比相应的固体材料强度低，材料成本也相对较高。料成本也相对较高。粉末冶金件的性能及应用5、粉末冶金件、陶瓷及复合材料件等的成形特点6.2 零件毛坯的主要种类及成形特点2)2)陶瓷成形陶瓷成形陶瓷材料在常温下无塑性变形，抗压强度大，陶瓷成陶瓷材料在常温下无塑性变形，抗压强度大，陶瓷成形前需进行制粉、塑化和造粒等工艺，并具有以下特点形前需进行制粉、塑化和造粒等工艺，并具有以下特点注浆成形注浆成形适于制造大型、形状复杂的薄壁制品适于制造大型、形状复杂的薄壁制品挤压成形挤压成形适合管状、棒状制品，污染小，操作易于适合管状、棒状制品，污染小，操作易于自动化，对泥料的要求较高自动化，对泥料的要求较高轧膜成形轧膜成形适合批量较大、厚度在适合批量较大、厚度在1mm1mm以下的膜片状以下的膜片状制品，但烧结时横向收缩大，易出现变形和开裂制品，但烧结时横向收缩大，易出现变形和开裂模压成形模压成形用于特种陶瓷，生产效率高，尺寸精确，用于特种陶瓷，生产效率高，尺寸精确，缺点是生产大型坯体较困难，加工复杂，成本高缺点是生产大型坯体较困难，加工复杂，成本高5、粉末冶金件、陶瓷及复合材料件等的成形特点6.2 零件毛坯的主要种类及成形特点3)3)复合材料成形复合材料成形复合材料是指把两种或多种在宏观上成分不同、性质复合材料是指把两种或多种在宏观上成分不同、性质不同的材料以物理方式复合而制得的一种材料，按其基体不同的材料以物理方式复合而制得的一种材料，按其基体来分，可分为塑料（树脂）基复合材料、陶瓷基复合材料来分，可分为塑料（树脂）基复合材料、陶瓷基复合材料和金属基复合材料。和金属基复合材料。4)4)型材型材型材根据其精度可分为普通精度的热轧材和高精度的型材根据其精度可分为普通精度的热轧材和高精度的冷轧（或冷拔冷轧（或冷拔)材两种。普通机械零件多采用热轧型材；材两种。普通机械零件多采用热轧型材；冷轧型材尺寸较小，精度较高，多用于毛坯精度要求较高冷轧型材尺寸较小，精度较高，多用于毛坯精度要求较高的中小型零件生产。的中小型零件生产。1、轴杆类零件6.3 常用机械零件毛坯成形方法的选择轴杆类零件的结构特点是其轴向（纵向）尺寸远大于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、凸径向（横向）尺寸，如各种传动轴、机床主轴、丝杠、凸轮轴、齿轮轴、连杆等。在各种机械中，轴杆类零件一般轮轴、齿轮轴、连杆等。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。都是重要的受力和传动零件。轴杆类零件1、轴杆类零件6.3 常用机械零件毛坯成形方法的选择轴杆类零件的毛坯成形方法的选择如下：轴杆类零件的毛坯成形方法的选择如下：1 1）除光轴、直径变化较小的轴、力学性能要求不高的轴）除光轴、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，其余的几乎都采，其毛坯一般采用轧制圆钢制造外，其余的几乎都采用锻钢件为毛坯。用锻钢件为毛坯。2 2）对某些具有异形断面或弯曲轴线的轴，如凸轮轴、曲）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，可采用球墨铸铁毛轴等，在满足使用要求的前提下，可采用球墨铸铁毛坯，以降低制造成本。坯，以降低制造成本。3 3）在有些情况下，还可以采用锻）在有些情况下，还可以采用锻-焊或铸焊或铸-焊结合的方法焊结合的方法来制造轴、杆类零件的毛坯。来制造轴、杆类零件的毛坯。2、盘套类零件6.3 常用机械零件毛坯成形方法的选择在盘套类零件中，除部分套类零件的轴向尺寸大于径在盘套类零件中，除部分套类零件的轴向尺寸大于径向尺寸外，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、个方向尺寸相差不大。属于这一类的零件有齿轮、带轮、模具、法兰盘、轴承环以及螺母、垫圈等。模具、法兰盘、轴承环以及螺母、垫圈等。这类零件的使用要求和工作条件有很大差异，因此所这类零件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。用材料和毛坯各不相同。盘套类零件2、盘套类零件6.3 常用机械零件毛坯成形方法的选择1 1）齿轮）齿轮一般选用锻钢毛坯一般选用锻钢毛坯单件或小批量生产时，直径小于单件或小批量生产时，直径小于100mm100mm时用圆钢毛坯时用圆钢毛坯直径大于直径大于400mm400mm时用铸钢或球墨铸铁件为毛坯时用铸钢或球墨铸铁件为毛坯单件生产时，可采用焊接方法制造大型齿轮的毛坯单件生产时，可采用焊接方法制造大型齿轮的毛坯不同类型的齿轮a）锻造毛坯 b）圆钢毛坯 c）铸造毛坯 d）焊接毛坯2、盘套类零件6.3 常用机械零件毛坯成形方法的选择2 2）带轮、飞轮、垫块等）带轮、飞轮、垫块等这些零件受力不大、以承压为这些零件受力不大、以承压为主，通常采用灰铸铁件，单件生产时也可采用低碳钢焊主，通常采用灰铸铁件，单件生产时也可采用低碳钢焊接件。接件。3 3）法兰、垫圈、套环等）法兰、垫圈、套环等根据受力情况、形状、尺寸等根据受力情况、形状、尺寸等可采用铸铁件、锻钢件或圆钢棒。厚度较小、单件或小可采用铸铁件、锻钢件或圆钢棒。厚度较小、单件或小批量生产时可用钢板。垫圈一般采用板材冲压成形。批量生产时可用钢板。垫圈一般采用板材冲压成形。4 4）钻套、导向套、滑动轴承等）钻套、导向套、滑动轴承等常采用钢、铸铁、非铁常采用钢、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。压和粉末冶金等方法制坯。5 5）模具毛坯）模具毛坯一般采用合金钢锻造成形。一般采用合金钢锻造成形。3、机架箱座类零件6.3 常用机械零件毛坯成形方法的选择机架箱座类零件包括各种机械的机身、底座、支架、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、导轨等。其横梁、工作台，以及齿轮箱、轴承座、缸体、导轨等。其特点是结构通常比较复杂，有不规则的外形和内腔。重量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。从几千克至数十吨，工作条件也相差很大。机架箱座类零件3、机架箱座类零件6.3 常用机械零件毛坯成形方法的选择机架箱座类零件的毛坯成形方法的选择如下：机架箱座类零件的毛坯成形方法的选择如下：1 1）通常都以铸件为毛坯，且以铸造性良好，价格便宜，并）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、减摩和减振性能的灰铸铁为主；有良好耐压、减摩和减振性能的灰铸铁为主；2 2）少数受力复杂或受较大冲击载荷的机架类零件，如轧钢）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机架，可选用铸钢件毛坯；机、大型锻压机等重型机械机架，可选用铸钢件毛坯；3 3）在单件生产或工期要求迫切情况下，也可采用型钢焊接）在单件生产或工期要求迫切情况下，也可采用型钢焊接结构；结构；4 4）航空发动机中的箱体零件，为减轻重量，通常采用铝合）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。金铸件。1、承压油缸6.4 毛坯成形方法选择实例已知：承压油缸的形状及尺寸如上图，材料为已知：承压油缸的形状及尺寸如上图，材料为4545钢，钢，批量为批量为200200件，工作压力为件，工作压力为1.5MPa1.5MPa要求：水压试验的压力为要求：水压试验的压力为3MPa3MPa；图纸规定内孔及两端；图纸规定内孔及两端法兰结合面要加工，其余外圆部分不加工。法兰结合面要加工，其余外圆部分不加工。轴承油缸零件图1、承压油缸6.4 毛坯成形方法选择实例1 1）圆钢切削加工）圆钢切削加工能通过水压试验，但材料利用率低，成本高能通过水压试验，但材料利用率低，成本高2 2）铸造毛坯）铸造毛坯水平浇铸：工艺简单，节约材料，切削加工量小；但水平浇铸：工艺简单，节约材料，切削加工量小；但内表面质量较差，水压试验的合格率较低。内表面质量较差，水压试验的合格率较低。垂直浇铸：内孔表面质量较水平浇铸高；但工艺较复垂直浇铸：内孔表面质量较水平浇铸高；但工艺较复杂，冒口消耗大置钢液，仍不能全部通过水压试验。杂，冒口消耗大置钢液，仍不能全部通过水压试验。轴承油缸的浇铸1、承压油缸6.4 毛坯成形方法选择实例3 3）模锻毛坯）模锻毛坯立放：能锻出孔，但不能锻出法兰立放：能锻出孔，但不能锻出法兰卧放：能锻出法兰，但不能锻出孔卧放：能锻出法兰，但不能锻出孔4 4）胎模锻毛坯）胎模锻毛坯能全部通过水压试验，与模锻相比成本低能全部通过水压试验，与模锻相比成本低5 5）焊接结构毛坯）焊接结构毛坯能全部通过水压试验；但不易获得合适的无缝钢管能全部通过水压试验；但不易获得合适的无缝钢管承压油缸焊接毛坯承压油缸锻造毛坯（a）工件立放模锻（b）工件卧放模锻（c）胎模锻2、齿轮减速器6.4 毛坯成形方法选择实例外形尺寸为外形尺寸为430mm430mm410mm 410mm 320mm320mm，传递功率为传递功率为5kW5kW，传动比为传动比为3.953.95单级齿轮减速器1-窥视孔盖 2-箱盖 3-螺栓 4-螺母 5-弹簧垫圈 6-箱体7-调整环 8-端盖 9-齿轮轴 10-挡油盘 11-滚动轴承 12-轴 13-齿轮2、齿轮减速器6.4 毛坯成形方法选择实例1 1）窥视孔盖（零件）窥视孔盖（零件1)1)其力学性能要求不高。单件小批量其力学性能要求不高。单件小批量生产时，采用碳素结构钢（生产时，采用碳素结构钢（Q235A)Q235A)钢板下料，或手工造型钢板下料，或手工造型铸铁（铸铁（HT150HT150）件毛坯。大批量生产时，采用优质碳素结构）件毛坯。大批量生产时，采用优质碳素结构钢（钢（0808钢）冲压而成，或采用机器造型铸铁件毛坯。钢）冲压而成，或采用机器造型铸铁件毛坯。2 2）箱盖（零件）箱盖（零件2)2)、箱体（零件、箱体（零件6 6）其为传动零件的支承其为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（产时，采用手工造型的铸铁（HT150HT150或或HT200HT200）件毛坯，若）件毛坯，若允许也可采用碳素结构钢允许也可采用碳素结构钢(Q235A)(Q235A)焊条电弧焊焊接而成。大焊条电弧焊焊接而成。大批量生产时，采用机器造型铸铁件毛坯。批量生产时，采用机器造型铸铁件毛坯。2、齿轮减速器6.4 毛坯成形方法选择实例3 3）螺栓（零件）螺栓（零件3 3）、螺母（零件）、螺母（零件4 4）起固定箱盖和箱体的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。采用碳素结作用，受纵向（轴向）拉应力和横向切应力。采用碳素结构钢（构钢（Q235AQ235A）镦、挤而成，为标准件。）镦、挤而成，为标准件。4 4）弹簧垫圈（零件）弹簧垫圈（零件5 5）其作用是防止螺栓松动，要求具其作用是防止螺栓松动，要求具有良好的弹性和较高的屈服强度。由碳素弹簧钢（有良好的弹性和较高的屈服强度。由碳素弹簧钢（65Mn65Mn）冲压而成，为标准件。冲压而成，为标准件。5 5）调整环（零件）调整环（零件7 7）其作用是调整齿轮轴的轴向位置。其作用是调整齿轮轴的轴向位置。单件小批量生产时，采用碳素结构钢（单件小批量生产时，采用碳素结构钢（Q235)Q235)圆钢下料车削圆钢下料车削而成。大批量生产采用优质碳素结构钢（而成。大批量生产采用优质碳素结构钢（0808钢）冲压件。钢）冲压件。2、齿轮减速器6.4 毛坯成形方法选择实例（6 6）端盖（零件）端盖（零件8 8）其用于防止滚动轴承窜动，单件、其用于防止滚动轴承窜动，单件、小批生产时，采用手工造型铸铁（小批生产时，采用手工造型铸铁（HT150HT150）件或采角碳素结）件或采角碳素结构钢（构钢（Q235Q235）圆钢下料车削而成。大批量生产时，采用机）圆钢下料车削而成。大批量生产时，采用机器造型铸铁件。器造型铸铁件。（7 7）齿轮轴（零件）齿轮轴（零件9 9）、轴（零件）、轴（零件1212）和齿轮（零件）和齿轮（零件1313）均为重要的传动零件，轴和齿轮轴的轴杆部分受弯矩和转均为重要的传动零件，轴和齿轮轴的轴杆部分受弯矩和转矩的联合作用，需较好的综合力学性能；齿轮轴与齿轮的矩的联合作用，需较好的综合力学性能；齿轮轴与齿轮的轮齿部分受接触应力和弯曲应力，需良好的耐磨性和较高轮齿部分受接触应力和弯曲应力，需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（的强度。单件生产时，采用中碳优质碳素结构钢（4545钢）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。而成。大批量生产时，采用相应钢的模锻件毛坯。2、齿轮减速器6.4 毛坯成形方法选择实例8 8）挡油盘（零件）挡油盘（零件1010）其用途是防止箱内机油进入轴承。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（单件生产时，采用碳素结构钢（Q235Q235）圆钢棒下料切削。）圆钢棒下料切削。大批量生产时，采用优质碳素结构钢（大批量生产时，采用优质碳素结构钢（0808钢）冲压件。钢）冲压件。9 9）滚动轴承（零件）滚动轴承（零件1111）受径向和轴向压应力，要求较高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（的强度和耐磨性。内外环采用滚动轴承钢（GCrl5)GCrl5)扩孔锻扩孔锻造，滚珠采用滚动轴承钢（造，滚珠采用滚动轴承钢（GCr15)GCr15)螺旋斜轧，保持架采用螺旋斜轧，保持架采用优质碳素结构钢（优质碳素结构钢（0808钢）冲压件。滚动轴承为标准件。钢）冲压件。滚动轴承为标准件。END