材料成形方法選擇

1、第六章材料成形方法選擇問(wèn)題：12 功能、條件、外觀、外表等； 用什么材料； 如何成形3ZG、塑性成形45、切削加工 模鍛件： 啞鈴的設(shè)計(jì) 機(jī)加工的要求經(jīng)濟(jì)性、生產(chǎn)條件、生產(chǎn)批量等等方面進(jìn)展零件構(gòu)造設(shè)計(jì)確定外形、尺寸、精度、外表粗糙度等、材料選用選定材料、強(qiáng)化改性方法等、工藝設(shè)計(jì)選擇成形方法、確定工藝路線等等。第一節(jié)材料成形方法選擇的原則與依據(jù)一、材料成形方法的選擇原則則：一適用性原則適用性原則是指要滿足零件的使用要求及對(duì)成形加工工藝性的適應(yīng)。滿足使用要求 零件的使用要求包括對(duì)零件外形、尺寸、精度、外表質(zhì)量和材料成分、組織的要求，以及工作條件對(duì)零件材料性能的要求。不同零件，功能不同，其使用要求也

2、不同，即使是同一類零件，其選用的材料與成形方法也會(huì)有很大差異。例如，機(jī)床的主軸和手柄，同屬桿類零件，但其使用要求不同，主軸是機(jī)床的關(guān)鍵零件，尺寸、外形和加工精度要求很高，受力簡(jiǎn)單，在長(zhǎng)期使用40Cr經(jīng)鍛造成形及嚴(yán)格切削加工和熱處理制成；而機(jī)床手柄則承受低碳鋼圓棒料或一般燃?xì)廨啓C(jī)葉片與風(fēng)扇葉片，雖然同樣具有空間幾何曲面外形，但前者應(yīng)承受優(yōu)質(zhì)合金鋼經(jīng)周密鍛造成形，而后者則可承受低碳鋼薄板沖壓成形。獲得的制品尺寸外形精度、構(gòu)造外形簡(jiǎn)單程度、尺寸重量大小等。適應(yīng)成形加工工藝性 成形加工工藝性的好壞對(duì)零件加工的難易程度、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)本錢(qián)等起著格外重要的作用。因此，選擇成形方法時(shí)，必需留意零件構(gòu)造與材料

3、所能適應(yīng)的成形加工工藝性。例如，當(dāng)零件外形比較簡(jiǎn)單、尺寸較大時(shí)，用鍛造成形往往難以實(shí)現(xiàn)，假設(shè)承受鑄造或焊接，則其材料必需具有良好的鑄造性能或焊接性能，在零件構(gòu)造上也要適應(yīng)鑄造或焊接的要求。二經(jīng)濟(jì)性原則最終選擇何種成形方法，應(yīng)當(dāng)在比較全部本錢(qián)的根底上確定。首先，應(yīng)把滿足使用要求與降低本錢(qián)統(tǒng)一起來(lái)。脫離使用要求，對(duì)成形加工提出過(guò)高要求，會(huì)造成無(wú)謂的鋪張；反之，不顧使用要求，片面強(qiáng)調(diào)降低成形加工本錢(qián)，則會(huì)導(dǎo)致零件達(dá)不到工作要求、提前失效、甚至造成重大事故。因此， 為能有效降低本錢(qián)，應(yīng)合理選擇零件材料與成形方法。例如，汽車(chē)、拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，承受交變、彎曲與沖擊載荷，設(shè)計(jì)時(shí)主要是考慮強(qiáng)度和韌度的要求，

4、曲軸外形簡(jiǎn)單，具有空間彎曲軸線，多年來(lái)選用調(diào)質(zhì)鋼40、45、40Cr、35CrMo 等模鍛成形?，F(xiàn)在普遍改用疲乏強(qiáng)度與耐磨性較高的球墨鑄鐵QT600-3、50%80%，30%50%，還提高了耐磨性。其次，為獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，不能僅從成形工藝角度考慮經(jīng)濟(jì)性，而應(yīng)從降低零件總 本錢(qián)考慮，即應(yīng)從所用材料價(jià)格、零件成品率、整個(gè)制造過(guò)程加工費(fèi)、材料利用率與回收率、 件，雖然毛坯的制造費(fèi)用一般較低生產(chǎn)預(yù)備時(shí)間短、工藝裝備的設(shè)計(jì)制造費(fèi)用低，但原材較低。再如螺釘，在單件小批量生產(chǎn)時(shí)，可選用自由鍛件或圓鋼切削而成大大下降。三與環(huán)境適宜原則與環(huán)境適宜，對(duì)環(huán)境友好。下面簡(jiǎn)述幾個(gè)有關(guān)問(wèn)題：對(duì)環(huán)境友好的含義 對(duì)環(huán)境友

5、好就是要使環(huán)境負(fù)載小，“小”主要指：能量消耗少，CO以煤、石油等化工燃料為主的能源，會(huì)大量排2CO2氣體，導(dǎo)致地球溫度上升；貴重資源用量少；廢棄物少，再生處理簡(jiǎn)潔，能夠?qū)崿F(xiàn)再循環(huán)；不使用、不產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)。環(huán)境負(fù)載性的評(píng)價(jià) 要考慮從原料到制成材料，然后經(jīng)成形加工成制品，再經(jīng)使用至損壞而廢棄，或回收、再生、再使用再循環(huán)，在這整個(gè)過(guò)程中所消耗的全部能量即全壽命消耗能量，CO2氣體排出量，以及在各階段產(chǎn)生的廢效率高，這必定要通過(guò)更汽車(chē)用材與成形方法才可能實(shí)現(xiàn)。成形加工方法與單位能耗的關(guān)系 材料經(jīng)各種成形加工工藝成為制品，生產(chǎn)系統(tǒng)中的能耗就由此工藝流程確定。據(jù)有關(guān)報(bào)導(dǎo)，鋼鐵由棒材到制品的幾種成6

6、-16-1 幾種成形加工方法的單位能耗、材料利用率比較制品耗能量成形加工方法材料利用率%鑄造/106Jkg-1303890冷、溫變形4185變 形46497580機(jī)械加工機(jī)械加工6682455033MJ/kg，由表6-1產(chǎn)的單位能耗相比，鑄造與塑性變形等加工方法的單位能耗不算大，且其材料利用率較高。與材料生產(chǎn)相比，制品成形加工的單位耗能量較大，且單位能耗大的加工方法，其材料利用率通常也較低。由于成形加工方法與材料親熱相關(guān)，因此在選擇制品的成形加工方法時(shí)，應(yīng)通盤(pán)考慮選擇單位能耗少的成形加工方法，并選擇能承受低單位能耗成形加工方法的材料。二、材料成形方法選擇的依據(jù)選擇材料成形方法的主要依據(jù)有：一零

7、件類別、功能、使用要求及其構(gòu)造、外形、尺寸、技術(shù)要求等毛坯，其成形工藝一般承受砂型鑄造。二零件的生產(chǎn)批量選定成形方法應(yīng)考慮零件的生產(chǎn)批量，通常是：?jiǎn)渭∨可a(chǎn)時(shí)，選用通用設(shè)備和工具、低精度低生產(chǎn)率的成形方法，這樣，毛坯生產(chǎn)周期短，能節(jié)約生產(chǎn)預(yù)備時(shí)間和工藝裝備的設(shè)計(jì)制造費(fèi)用，雖然單件產(chǎn)品消耗的材料及工時(shí)多，但總本錢(qián)較低，如鑄件選用手工砂型鑄造方法，鍛件承受自由鍛或胎模鍛方法，焊接件以手工焊接為主，薄板零件則承受鈑金鉗工成形方法等；大批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)，這樣，毛坯生產(chǎn)率高、精度高，雖然專用工藝裝置增加了費(fèi)用，但材料的總消耗量和切削加工工時(shí)會(huì)大幅降低，總的本錢(qián)也降低。如相應(yīng)承受機(jī)器造型、模鍛、埋弧自動(dòng)

8、焊或自動(dòng)、半自動(dòng)的氣體保護(hù)焊以及板料沖壓等成形方法。特別是大批量生產(chǎn)材料本錢(qián)所占比例較大的制品時(shí)，承受高精度、近凈成形工藝生產(chǎn)的優(yōu)越性就顯得尤為顯著。例如，某廠承受軋制成形方法生產(chǎn)高速鋼直柄麻花鉆，年產(chǎn)量?jī)砂偃f(wàn)件，原軋制0.4mm78%，故僅僅磨削余量的削減，每年就可48t，40益格外明顯。大多狀況下承受灰鑄鐵件為毛坯，但在單件生產(chǎn)條件下，由于其外形簡(jiǎn)單，制造 模樣、造型、造芯等工序消耗材料和工時(shí)較多，經(jīng)濟(jì)上往往不合算，假設(shè)承受焊接 件，則可以大大縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)本錢(qián)但焊接件的減振、減摩性不如灰 鑄鐵件。又如齒輪，在生產(chǎn)批量較小時(shí)，直接從圓棒料切削制造的總本錢(qián)可能 是合算的，但當(dāng)生產(chǎn)批量

9、較大時(shí)，使用鍛造齒坯可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。三現(xiàn)有生產(chǎn)條件治理水公平。一般狀況下，應(yīng)在滿足零件使用要求的前提下，充分利用現(xiàn)有生產(chǎn) 條件。當(dāng)承受現(xiàn)有條件不能滿足產(chǎn)品生產(chǎn)要求時(shí)，也可考慮調(diào)整毛坯種類、成形 方法，對(duì)設(shè)備進(jìn)展適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改造；或擴(kuò)建廠房，更設(shè)備，提高技術(shù)水平；或 通過(guò)廠間協(xié)作解決。如單件生產(chǎn)大、重型零件時(shí)，一般工廠往往不具備重型與專用設(shè)備，此時(shí)可承受板、型材焊接，或?qū)⒋蠹殖蓭仔K鑄造、鍛造或沖壓，再承受鑄-焊、鍛-焊、沖-焊聯(lián)合成形工6-1 所示的大型水輪機(jī)空心軸，工件凈重 4.73t，可有以下三種成形工藝：整軸在水壓機(jī)上自由鍛造，兩端法蘭鍛不出，承受余塊，加工余量大，材料利用22.

10、6%，切削1400兩端發(fā)蘭用砂型鑄造成形的鑄鋼件，軸筒承受水壓機(jī)自由鍛造成形，然后將軸筒與兩個(gè)法蘭焊接成形為一體，材料利用率提高到35.8%，切削加工需用臺(tái)時(shí)數(shù)下降為1200；然后與發(fā)蘭焊成一體，材料利用率可高達(dá) 47%，切削加工只需 1000 臺(tái)時(shí)，且不需大型熔煉與鍛壓設(shè)備。圖圖6-1水輪機(jī)空心軸三種成形工藝方案三種成形工藝的相對(duì)直接本錢(qián)即材料本錢(qián)與工時(shí)本錢(qián)之和依次為 2.21的生產(chǎn)總本錢(qián)將超出方案3的三倍以上.承受鑄造成形或旋壓成形來(lái)代替沖壓成形。2022任務(wù)，該產(chǎn)品由一些小型鍛件、鑄件和標(biāo)準(zhǔn)件組成。這些鍛件假設(shè)能承受錘上模鍛成形的方法生產(chǎn)最為抱負(fù)，但該廠無(wú)模鍛錘，經(jīng)過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析，認(rèn)為

11、承受胎模鍛成形比較切實(shí)可行和經(jīng)濟(jì)合理，然后把有限的資金用于對(duì)鑄造生產(chǎn)進(jìn)展技術(shù)改造，增置了造型機(jī)使鑄件生產(chǎn)全部承受機(jī)器造型，并實(shí)現(xiàn)鑄造生產(chǎn)過(guò)程的半機(jī)械化，不僅提高了鑄件質(zhì)量，也提高了該廠的鑄造生產(chǎn)力量。四親熱留意工藝、技術(shù)、材料的利用以顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益與生產(chǎn)效率。使用材料的往往從根本上轉(zhuǎn)變成形方法，并顯著提高制品的使用性能。例 如，在酸、堿介質(zhì)下工作的各種閥、泵體、葉輪、軸承等零件，均有抗蝕、耐磨 自塑料工業(yè)進(jìn)展后就改用塑料注射成形制造，但塑料的耐磨性不夠抱負(fù)；隨著陶 瓷工業(yè)的進(jìn)展，又改用陶瓷注射成形或等靜壓成形制造。6-2并可節(jié)約鐵水，便于組織機(jī)械化流水線生產(chǎn)。a) 砂型鑄造a) 砂

12、型鑄造b)擠壓鑄造圖6-2鑄造鐵鍋在幾種成形工藝都可用于制品生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)依據(jù)生產(chǎn)批量與條件，盡可能承受6-3它有以下幾種成形工藝方案供選擇：圖圖6-3氣門(mén)胎模鍛造成形，選用直徑較氣門(mén)桿粗的棒坯，承受自由鍛拔長(zhǎng)桿部，再用胎模鐓粗頭部發(fā)蘭。此法勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低，適合小批量生產(chǎn)。平鍛機(jī)模鍛成形，用與氣門(mén)桿部直徑一樣的棒坯，在平鍛機(jī)鍛模模膛內(nèi)需對(duì)頭高，適用于大批量生產(chǎn)。電熱鐓粗成形，按氣門(mén)桿部直徑選擇棒坯，對(duì)頭部進(jìn)展電熱鐓粗，再在摩擦壓 力機(jī)上將法蘭終模鍛成形。電熱鐓粗時(shí)，毛坯加熱與鐓粗是局部連續(xù)進(jìn)展的，坯料鐓粗長(zhǎng)度不受長(zhǎng)徑比規(guī)章的限制，因此鐓粗可一次完成，效率提高，且加工余量小，材料利用率高， 勞

13、動(dòng)條件好，并可承受構(gòu)造簡(jiǎn)潔的通用性強(qiáng)的工夾具，可用于中小批量生產(chǎn)。熱擠壓成形，選用直徑較氣門(mén)桿粗、較發(fā)蘭頭細(xì)的棒坯，在熱模鍛壓力機(jī)上擠壓 生產(chǎn)氣門(mén)鍛件。的前提下，力求作到質(zhì)量好、本錢(qián)低和制造周期短。三、常用成形方法的比較常用成形方法的比較見(jiàn)表 6-2。成形方法鑄造鍛造冷沖壓成形方法鑄造鍛造冷沖壓焊接取自軋材比較內(nèi)容成形特點(diǎn)液態(tài)成形固態(tài)塑性變形固態(tài)塑性變形永久連接軋材切削藝性要求率低小強(qiáng)度高，塑性穩(wěn)定性好常用材料鐵合金構(gòu)造鋼金薄板鋼、非鐵合金一般不受限制，一般不受限制，適宜成形的外形是內(nèi)腔砂型鑄造不受適宜成形尺寸與重量限制自由鍛簡(jiǎn)潔；模鍛制模鍛受限制，一般150kg高可較復(fù)限制一般不受限制寸變化小最大板厚810mm不受限制中、小型材料利用率高較高較高較低適宜的砂型鑄造不受限制自由鍛單件小批；模鍛成批、大量砂型鑄造較短生產(chǎn)率砂型鑄造低自由鍛短；模鍛長(zhǎng)高應(yīng)用舉例機(jī)架、床身、底 機(jī)床主軸、傳動(dòng)座工作臺(tái)導(dǎo)軌