粉末冶金成形及非金屬成形

第5章粉末冶金成形

粉末冶金是制取金屬粉末并經(jīng)過成形和燒結等工藝將金屬粉末〔或與非金屬粉末〕的混合物制成制品的加工方法特點既可以制取用普通熔煉方法難以制取的特殊資料，又可以制造各種精細的機械零件省工省料模具和金屬粉末本錢較高批量小時或制品尺寸過大時不宜采用普通粉末冶金制品的密度較低且很不均勻，強度比相應的鑄件或鍛件約低20%～30%；普通只適用于中、小型制品的成批、大量消費。常用的粉末冶金資料硬質合金用高硬度、難熔的金屬碳化物〔WC、

TiC等〕粉末為硬質點，以Co、Mo、Ni等作為粘結劑，經(jīng)過混合、壓制和燒結而成的非鐵合金硬度高、耐磨性好，耐熱性好制造刃具及和不受沖擊和振動的高耐磨零件燒結減摩資料鐵與石墨或青銅與石墨粉末燒結普通用于中速，輕載荷的含油軸承燒結摩擦資料用鐵、銅等作基體，參與石棉、Al2O3等摩擦組元及石墨或MoS2廣泛用來制造機器上的制動帶和離合器片等燒結鋼以碳鋼或合金鋼粉末為主制成的資料。精度較高、外表光潔、有減振、消聲作用用于制造電鉆齒輪和油泵齒輪等(P36)5.1粉末冶金根底5.1.1粉末的化學成分及性能

粉末通常指尺寸小于1mm的離散顆粒的集合體，顆粒尺寸普通以微米〔μm〕或納米〔nm〕計量1、粉末的化學成分

常用的金屬粉末有鐵、銅、鋁等及其合金的粉末,雜質和氣體的含量普通不超越1%～2%顆粒外形常見的有球狀、粒狀、片狀和針狀等粒度單個粉末顆粒的線性尺寸粒度分布按粒度不同分為假設干級，每一級粉末

〔按質量、數(shù)量或體積〕所占的百分比。比外表積單位質量粉末的總外表積2、粉末的物理性能3、粉末的工藝性能流動性：粉末的流動才干，采用球形或接近球形的

顆粒及較寬的粒度分布，有利于提高粉末

的流動性。松裝密度：在規(guī)定條件下粉末自在填充單位容積的質

量。采用密度較高的粉末、球形或接近

球形的顆粒、較粗的粒度或較寬的粒度

分布，均有利于提高粉末的松裝密度緊縮性：在加壓條件下粉末被緊縮的程度，提高壓

制壓力或松裝密度、減小壓制速度或粉末

顆粒的強度，均有利于提高粉末的緊縮性，

從而提高壓坯的密度。成形性：粉末被緊縮成一定外形并在后續(xù)加工中

堅持這種外形的才干，在一定壓力下獲

得的壓坯強度越高，那么成形性越好。5.1.2粉末冶金的機理壓制和燒結是粉末冶金的二個重要工序1．壓制的機理

壓制是在模具或其它容器中，在外力作用下，將粉末緊實成具有預定外形和尺寸的工藝過程。緊縮過程中，隨著粉末的挪動和變形，較大的空隙被填充，顆粒外表的氧化膜被破碎，接觸面積增大，使原子間產(chǎn)生吸引力且顆粒間的機械楔協(xié)作用加強，從而構成具有一定密度和強度的壓坯。2．燒結的機理燒結是粉末或壓坯在低于主要組分熔點的溫度下的熱處置，目的在于經(jīng)過顆粒間的冶金結合以提高其強度，是粉末冶金的一個關鍵工序水和有機物的蒸發(fā)或揮發(fā)、吸附氣體的排除、應力的消除以及粉末顆粒外表氧化物的復原等，粉末表層原子間的相互分散和塑性流動。還會產(chǎn)生再結晶和晶粒長大，有時還會出現(xiàn)固相的熔解和重結晶以上各過程往往相互重疊，相互影響5.2粉末冶金工藝金屬粉末的制取→預處置→坯料的成形→燒結→后處置等5.2.1粉末的制取機械法和物理化學法兩大類1．機械法用機械力將原資料粉碎而化學成分根本不發(fā)生變化的工藝過程球磨法：用于脆性資料及合金研磨法：用于金屬絲或小塊邊

角料霧化法：用于熔點較低的金屬2．物理化學法借助物理或化學作用，改動物料的化學成分或聚集形狀而獲取粉末的方法復原法：用復原劑復原金屬氧化物或鹽類，使其成為金屬粉末的方法，最常用，工藝簡便、本錢較低，適用于由金屬氧化物或鹵族化合物制粉。電解法：在溶液或熔鹽中通入直流電，使金屬離子電解析出成為金屬粉末的方法?？芍频酶呒兌确勰惧X較高，適用于從金屬鹽類中制取粉末熱離解法：將金屬與CO、H2或Hg作用，生成化合物或汞齊〔即汞合金〕，再加熱使其分解出CO、H2或Hg，從而制得金屬粉末的方法。用于能與CO、H2或Hg作用生成化合物或汞齊的金屬。5.2.2粉末的預處置1．分級將粉末按粒度分成假設干級的過程。使配料時易于控制粉末的粒度和粒度分布，以順應成形工藝的要求。2．混合

將兩種或兩種以上不同成分的粉末均勻摻合的過程經(jīng)過混合可獲得所需的組分。

為提高粉料的成形性能，常需參與某些添加劑，如用于提高壓坯強度或防止粉末成分偏析的增塑劑，用于減少顆粒間及壓坯與模壁間摩擦的光滑劑。3．制粒

為改善粉末流動性而使較細顆粒聚會成粗粉團粒的工藝。5.2.3成形將粉末轉變成具有所需外形的凝聚體的過程1．模壓：

經(jīng)過模沖加壓使剛性封鎖模中的粉末密實成形單向壓制：模具簡單，操作方便，消費效率高，但制品密度不均勻，適于壓制高度或厚度較小的制品。雙向壓制：壓坯密度較單向壓制均勻，適于壓制高度或厚度較大的制品浮動模壓制：浮動模壓制

壓坯密度較均勻，適于壓制

高度或厚度較大的制品。2．粉末軋制將粉末引入一對旋轉軋輥之間使其壓實成延續(xù)帶坯的方法。適用于消費多孔資料、摩擦資料、復合資料和硬質合金等的板材及帶材。3．擠壓成形將置于擠壓筒內(nèi)的粉末、壓坯或燒結體經(jīng)過?？讐撼龅某尚畏椒ㄔO備簡單、消費率高，可以獲得沿長度方向密度均勻的制品。

用于消費截面較簡單的條、棒和螺旋形條、棒〔如麻花鉆〕4．等靜壓制對粉末〔或壓坯〕外表或對裝粉末〔或壓坯〕的軟膜外表施以各向大致相等的壓力的壓制方法(1)冷等靜壓制：在室溫下的等靜壓制，壓力傳送媒介通常為液體冷等靜壓制壓坯密度較高，較均勻，力學性能較好，外形可較復雜，尺寸可較大(2)熱等靜壓制：高溫下的等靜壓制

同時進展壓制和燒結，壓制壓力和燒結溫度均低于冷等靜壓制，能耗較低，消費效率較高；制品密度高且均勻，晶粒細小，力學性能較高，外形和尺寸不受限制；但投資大。用于粉末高速鋼，難熔金屬，高溫合金和金屬陶瓷等制品的消費5．松裝燒結成形粉末未經(jīng)壓制有直接進展的燒結?？捎糜诙嗫踪Y料的消費6．粉漿澆注將粉末中參與懸浮劑、水等并調(diào)成粉漿，再注入石膏模內(nèi)，利用石膏模汲取水分使之枯燥后成形。粉漿澆注設備簡單、本錢低，但消費效率低，適于成形外形復雜的大型制品用于消費硬質合金、高溫合金等制品。7．爆炸成形借助爆炸波的高能量使粉末固結的成形方法?？杉庸て胀▔褐坪蜔Y工藝難以成形的資料，如難熔金屬、高合金資料等，且成形密度接近于實際密度?？蓧褐破胀▔毫C無法壓制的大型壓坯。5.2.4燒結按一定的規(guī)范加熱到規(guī)定高溫并保溫一段時間，使壓坯獲得一定物理與力學性能的工序。1．延續(xù)燒結和間歇燒結延續(xù)燒結：待燒結資料延續(xù)地或平穩(wěn)、分段地經(jīng)過具有脫臘、預熱、燒結或冷卻區(qū)段的燒結爐進展燒結的方式。消費效率高，適用于大批、大量消費(2)間歇燒結：在爐內(nèi)分批燒結零件的方式。經(jīng)過對爐溫控制進展所需的預熱，加熱及冷卻循環(huán)消費效率較低，適用于單件、小批消費2．固相燒結和液相燒結固相燒結：燒結速度較慢，制品強度較低(2)液相燒結：燒結速度較快，制品強度較高，用于具有特殊性能的制品如硬質合金、金屬陶瓷等3．影響粉末制品燒結質量的要素

粉末制品的燒結質量取決于燒結溫度、燒結時間和燒結氣氛等要素。(1)燒結溫度和時間：燒結溫度過高或或過低，時間過長或過短，都會使產(chǎn)品性能下降(2)燒結氣氛：燒結時通常采用復原性氣氛，以防壓坯燒損并可使外表氧化物復原。對于活性金屬或難熔金屬還可采用真空燒結。5.2.5后處置

根據(jù)產(chǎn)品的詳細要求，可對燒結后的壓坯進一步處置。常用的后處置方法復壓、浸漬、熱處置、外表處置等。

還可經(jīng)過鍛壓、焊接、切削加工、特種加工等方法進一步改動燒結體的外形或提高精度，以滿足零件的最終要求。1．盡量采用簡單、對稱的外形，防止截面變化過大以及窄槽、球面等，以利于制模和壓實，2．防止部分薄壁，以利于裝粉壓實和防止出現(xiàn)裂紋5.3粉末冶金零件構造的工藝性3．防止側壁上的溝槽和凹孔，以利于壓實或減少余塊4．防止沿壓制方向截面積漸增，以利壓實。各壁的交接處應采用圓角過渡，以利于壓實及防止應力集中1.5非金屬資料1.5.1高分子資料(P37)機械工程資料中常用的高分子資料有塑料、橡膠、合成纖維、涂料和膠粘劑等1．塑料塑料是以高聚物為主要成分，并在加工為廢品的某階段可流動成形的資料(1)塑料的分類：按用途和受熱時的性能進展分類。1〕按用途分類：①通用塑料：力學性能和運用溫度較低的塑料〔PE、PP等〕約占塑料總產(chǎn)量的70%②工程塑料：力學性能和運用溫度較高的塑料〔ABS、強度較高，剛性較大，韌性也較好，價錢PA等〕較高，常用于制造機械零件和工程構件。2〕按受熱時的性能分類：按受熱時的性能不同分類①熱塑性塑料：在整個特征溫度范圍內(nèi)，能反復加熱〔ABS、PA等〕軟化和反復冷卻硬化，且在軟化形狀經(jīng)過流動能反復模塑為制品力學性能較好，加工成形方便，耐熱性較差②熱固性塑料：固化時，能變成根本不溶、不熔的

〔PF等〕產(chǎn)物。有較高的耐熱性，受壓時亦

不易變形,但力學性能較差。(2)工程塑料的性能特點和運用：工程塑料密度小，比強度〔強度/密度〕高，耐磨性、減振性較好，

易于成形；強度、硬度較低，導熱性、耐熱性

較差，且易老化。工程塑料可用于替代金屬制造工程構件和機械零件丙、丁、苯樹脂(ABS)

硬度高，耐沖擊，外表可電鍍，但耐候性和耐熱性差

水表外殼、機外殼、泵葉輪、汽車擋泥板、小汽車車身聚丙烯〔PP〕最輕的塑料，力學性能較高，密度小，耐腐蝕性

化工容器、管道、法蘭接頭、汽車零件、儀表罩殼尼龍〔PA〕韌性好，耐磨、耐油、吸水性大，影響尺寸穩(wěn)定性

軸承、密封圈、軸瓦、石墨填充軸承聚甲醛〔POM〕

耐磨、耐疲勞，抗沖擊，摩擦系數(shù)低，吸水率小，但成形收縮率較大

大型軸承、齒輪、蝸輪、軸套。閥桿、螺母等。酚醛〔PF〕強度和剛性好，耐磨性良好，易于成形

儀表外殼、燈頭、插座聚四氟乙烯〔F-4〕

摩擦系數(shù)最低，不吸水，耐腐蝕，有“塑料王〞之稱。加工成形性不好;耐沸

騰鹽酸、硫酸、硝酸及王水。只需熔融堿金屬、氣態(tài)氟才干腐蝕之

無油光滑活塞環(huán)，密封圈;保送酚的離心泵端面密封圈;硝銨捕集回流管

子法蘭，化工用閥隔膜聚苯醚〔PPO〕強度高，耐熱性好，收縮率低高溫下任務的齒輪、軸承、外科醫(yī)療器械6.2塑料成形6.2.1物料聚合物塑料的主要成分，決議了塑料的根本性能添加劑增塑劑提高加工性、柔韌性和延展性常用鄰苯二甲酯、磷酸酯和氯化石蠟等交聯(lián)劑顯著提高制品的強度和耐熱耐磨性能。主要是有機過氧化物，如雙苯、過氧化異丙苯等。填料改善強度、耐久性、任務性能或其它性能，或降低本錢的相對惰性的固體資料常用種類有碳酸鈣、陶土、滑石粉和炭黑等6.2.2塑料成形工藝過程(1)原料預備：(2)配混料：一種或幾種聚合物與其它組分如填料、增塑劑、催化劑和著色劑等的均勻摻混料(3)塑煉：使物料在熔融形狀下進一步混合浸透并去除水分和揮發(fā)物(4)粉碎或切粒：塑煉好的物料需經(jīng)粉碎或切成粒狀，以便于成形加工時機械化保送和加料操作。圖6-7密閉式塑煉機任務原理圖6-8切碎機構造2、塑料成形方法：

(1)擠出成形：用于消費具有一定斷面外形的連續(xù)資料，如管材、板材和中空制品等還常用于物料的塑煉和著色等。消費效率高、工藝順應性強、設備構造簡單，但制品斷面外形較簡單且精度較低。適用于幾乎各類熱塑性塑料和部分熱固性塑料。(2)注塑成形：注塑成形適用于幾乎一切種類的熱塑性塑料和大部分熱固性塑料。制品外形可較復雜、精度和消費效率較高。目前注塑制品產(chǎn)量約占塑料制品總產(chǎn)量的20%～30%。(3)壓塑成形：模具構造簡單，制品性能較均勻，并可成形流動性很差的物料及大面積的薄壁制品。壓塑成形多用于熱固性塑料，幾乎一切的熱固性塑料都適于壓塑成形消費效率低、勞動強度大，制品精度難以控制且模具易于磨損,能耗較大。(4)壓延成形：使加熱塑化的物料經(jīng)過一系列相向旋轉的輥筒之間，受擠壓和延展作用成為平面狀延續(xù)資料的成形方法。消費效率高、產(chǎn)質量量好，且可直接制出各種花紋和圖案。設備龐雜、維修復雜，制品寬度受限制。壓延成形可用于各類熱塑性塑料，主要產(chǎn)品有薄膜、片材和人造革等(5)其它成形方法1〕注坯吹塑成形2〕反響注塑成形用于各類熱塑性塑料的瓶體消費主要用于熱固性塑料的薄壁和大型件的成形，如浴盆、家具、座椅等。3、塑料的二次加工

經(jīng)過二次加工，可進一步提高制品的精度、外表質量和運用性能；單件小批消費時，還有利于節(jié)省制模費用(1)機械加工

夾緊力和切削力不宜過大，刀具刃口應堅持鋒銳(2)銜接加工

塑料焊接消費效率高、但只適用于同類熱塑性塑料的銜接加工。

膠接既可用于銜接加工，也可用于修補殘缺件，且在塑料與其它資料的銜接上正逐漸取代原用的機械銜接方法。(3)修飾加工

對塑料制品表層進展修整和裝飾，以提高精度和外表質量的二次加工6.2.3塑料零件構造的工藝性選用成形性能較好且價廉的聚合物，制品的外形、構造應力求簡單，精度和外表質量要求也不應過高(1)壁厚應適當和均勻：通常取1～6mm(2)應防止肋板交叉，以免部分過厚而出現(xiàn)縮孔和氣泡(3)寬底容器的底部應設計成拱形面(4)內(nèi)孔外形應利于抽出型芯(5)與脫模方向平行的內(nèi)、外外表應具有構造斜度，

以利于脫模和抽芯(6)側孔軸線應與脫模方向一致，以簡化模具和便于

抽出型芯1.6復合資料〔p41〕兩種或兩種以上性質不同的資料復合而成的多相資料1．纖維加強復合資料以樹脂、橡膠、陶瓷或金屬為基體相，以無機纖維或有機纖維為加強相復合而成的資料。高強度、高剛性、密度小、易加工是復合資料中最重要的一種，運用最為廣泛，如制造軸瓦、齒輪和車、船的殼體等。2．顆粒加強復合資料陶瓷顆粒加強金屬基復合資料，又稱為金屬陶瓷，加強

相主要為氧化物和碳化物，金屬基體為Ti、Cr、Ni、

Mo、Fe等高強度、高硬度、耐磨、耐熱、耐腐蝕、膨脹系數(shù)小用來制造高速切削刀具、重載軸承及火焰噴管的噴嘴等第7章復合資料成形由兩種或兩種以上不同性質的物質組合在一同的新資料主要組成物可分為二類：一類作為基體資料構成幾何外形并起粘接作用，另一類作為加強資料主要用來接受載荷，起提高強度或韌性等作用7.1復合資料成形根底復合是一種包括物理、化學、力學，甚至生物學相互作用的復雜過程7.1.1影響復合資料性能的要素復合資料的性能取決于基體資料性能、加強體特征、組成物比例、界面性質、成形方法和工藝參數(shù)等要素基體資料性能：對復合資料的性能有重要影響加強體特征：包括加強體的類型、粗細、強度和彈性模量等。加強纖維越細，復合資料

的強度越高，剛度越大。加強體顆粒

細些，加強效果就會好些，顆粒直徑

普通為0.01～0.1mm時加強效果最好。組成物比例及分布等：加強體在復合資料中的含量、

陳列方式和方向以及和基體間的界面

粘結情況等都直接影響到復合資料的

性能，應進展適當控制成形方法和工藝參數(shù)：不同的復合資料應選擇

適宜的成形方法和工藝參數(shù)以使復

合資料和制品獲得良好的性能7.1.2復合資料的復合原那么為獲得最正確的強度、剛度和韌性，纖維加強復合資料的消費應遵照下述原那么：1、纖維的性能：應具有高強度和高剛度。有時還要

求纖維的密度小，耐熱性好。

運用較多的纖維有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、陶瓷纖維等〔2〕基體對纖維應有一定的粘結性能，并能維護

纖維外表不受損傷。2、基體的性能〔1〕基體應有一定的塑性和韌性，以防纖維斷裂

時裂紋擴展。聚合物和金屬能較好地滿足上述要求。3、纖維與基體間應

有適宜的結合強度，

以利于載荷由基體向纖維傳送，充分發(fā)揚纖維的加強作用4、纖維必需有合理的含量、尺寸和分布

(1)纖維的含量：通常纖維的體積容量越大，加強效果越好。

(2)纖維的尺寸：纖維的直徑越小、越長，加強效果越好。

(3)纖維的分布：纖維的陳列可采用不同方向交叉層疊方式，

以到達多方向的加強效果。7.1.3復合資料成形的工藝特點1、資料制備與制品成形同時完成外形復雜的大型制品往往能一次整體成形，工藝簡單、消費周期短、本錢低。由于減少甚至取消了接頭，應力集中小、制質量量輕、剛度和耐疲勞性高。2、資料性能的可設計性

經(jīng)過對產(chǎn)品的分析選擇相應的基體資料和加強資料和適宜的比例；并設計合理的陳列方向和層數(shù)，選用適宜的復合工藝和參數(shù)，可使制品構造合理、平安可靠，且有較好的經(jīng)濟性，從而為資料和構造實現(xiàn)最優(yōu)化設計。7.2.1樹脂基復合資料的成形方法1．手糊法

鋪一層加強資料刷一次樹脂，直至所需層數(shù)，最后進展固化、脫模、修整和檢驗得到所需制品設備簡單，不受制品尺寸限制，勞動條件差，制質量量不穩(wěn)定、強度較低，

適用于大型制品的小批量、

多種類消費。普通用來成形船體、浴盆、波紋瓦、汽車殼體、風機葉片等，是運用最早和目前仍廣泛運用的一種成形方法2．放射法：

將手糊法成形操作中的糊制工序改由噴槍完成，將纖維和樹脂液同時噴到模具上，再經(jīng)壓實、固化得到制品。

通常放射速率為2～10kg/min放射法成形為半機械化操作，消費率高；制品的飛邊少，無搭縫；整體性好。

樹脂含量高；制品強度低；且操作現(xiàn)場粉塵大；任務環(huán)境差。3．袋壓法將手糊法成形的制品或預浸料〔預浸樹脂的纖維或織物〕放到模具內(nèi)，并在制品上覆蓋橡膠袋或塑料袋，將氣體壓力施加到尚未固化的制品外表使其成形的工藝方法。(1)真空袋壓法：(2)壓力袋壓法：制品兩面都比較平滑，質量好；成形周期短、順應的樹脂類型廣且制品的外形可較復雜。本錢較高，制品尺寸也遭到設備的限制。4．纏繞法：

將延續(xù)纖維或布帶浸漬樹脂后，按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，經(jīng)過固化、脫模而得到制品的方法。纏繞法目前主要用于纏繞園柱體、球體等回轉體制品，如壓力罐、筒，貯罐、和火箭發(fā)動機殼體等制品比強度大、精度高、質量好且易實現(xiàn)自動化消費。但制品軸向難以加強，設備投資較大。5．模壓法：

將已枯燥的浸膠纖維或織物等放入金屬模具內(nèi)，經(jīng)過加熱、加壓使樹脂塑化和熔融流動成形，經(jīng)固化獲得制品。

模壓法制品尺寸準確、外表光滑、力學性能高。

模壓法工藝簡便、運用廣泛，常用于制造船體、罩殼和汽車車身等制品。7.2.2金屬基復合資料的成形方法金屬基復合資料是以金屬為基體，采用纖維、顆粒等作為加強體經(jīng)復合而成的。1．等離子噴涂法：

在惰性氣體維護下，由等離子弧向陳列整齊的纖維放射熔融金屬，待其冷卻凝固后構成復合資料的方法界面結合嚴密，成形過程中纖維不受損傷，但基體組織不夠致密。2．液態(tài)浸透法：

以金屬液滲入加強體制成復合資料的方法，可以經(jīng)過多種鑄造方法來實現(xiàn)用于制造長、短纖維加強以及混雜加強的金屬基復合資料，并能制造外形復雜的制品。

設備比較復雜，周期較長，制造大尺寸制品困難。3．熱壓分散結合法：在高溫下，對排布好的纖維和金屬基體施加靜壓力，使纖維和金屬產(chǎn)生原子分散和少量塑性變形以完成粘接的成形方法。加熱溫度低、纖維不易損傷，金屬對纖維的潤濕性和纖維的取向性好，但消費周期長。是鈦基、鎳基等熔點較高的金屬最主要的復合方法，用于制造板材、型材及外形復雜的壁板、葉片等。7.3復合資料制品的構造工藝性1．纖維的分布應滿足承載要求

采用短切纖維或采用延續(xù)長纖維在幾個方向上交叉鋪設，以使制品近似獲得各向同性。

為提高板、殼面內(nèi)的抗剪才干，通常纖維的縱向應與板、

殼的框、肋成45°角。2．構件彎折處應采用圓角過渡防止彎折處應力集中和彎折處樹脂聚積或缺膠使

強度降低景象3．盡量采用整體構造

有利于簡化制品構造、減少銜接件數(shù)量和簡化消費工藝，有利于減輕制質量量、隆低本錢和提高制品的運用性能。4．采用剛性較好的構造

提高構件的承載才干和尺寸穩(wěn)定性。第8章機械零件毛坯的選擇毛坯成形方法選擇的合理與否直接影響到零件的質量、運用性能、本錢和消費率；而零件的資料選定以后，其毛坯成形方法也大致確定了。8.1機械零件毛坯選擇的原那么前提：既滿足零件的運用要求，又使零件在制造過

程中具有良好的工藝性和經(jīng)濟性，以利于降

低本錢和提高消費率所以，毛坯的選擇是一個全面分析，仔細比較，各方面知識綜合運用的過程。適用性原那么：全面滿足零件的運用要求和相關的特殊

要求

普通機械零件，以資料的力學性能為主工藝性原那么：使零件的構造、資料與所選擇的毛坯

成形方法相順應，亦即具有良好的工

藝性。經(jīng)濟性原那么：盡量降低零件的制造本錢，以提高經(jīng)

濟效益和產(chǎn)品的市場競爭力。

兼顧現(xiàn)有消費條件原那么：保證方便、快捷地制出高質

量的產(chǎn)品在滿足運用要求的前提下，使制造本錢

盡能夠降低兼顧零件的各項制造本錢8.2常用毛坯的選擇

原那么：結合思索零件的構造，利于簡化工藝和

滿足毛坯的質量要求8.2.1常用毛坯資料的比較1．鑄造合金

(1)鑄鐵：運用最多。有良好的耐磨性、減振性和

低的缺口敏感性，且價錢較低。1〕灰鑄鐵：鑄造性能好，但焊接性差，力學性能較差；常用于制造受力較小的零件，尤其是承壓件，如機座、箱體和機床床身等。2〕球墨鑄鐵：力學性能較好，鑄造性能略低，焊接性差；適于制造受力較大或較復雜以及接受沖擊的零件，如內(nèi)燃機曲軸、連桿、齒輪和軋鋼機軋輥等3〕可鍛鑄鐵：力學性能較好，鑄造性能及焊接性差，消費周期長；適于制造受力較大或較復雜以及接受沖擊的薄壁小件，如殼體、齒輪、搖臂和小軸等(2)鑄鋼：綜合力學性能遠優(yōu)于鑄鐵，低碳鑄鋼還具有良好的焊接性；適于制造接受重載荷、復雜載荷或沖擊的零件，如曲拐、齒輪和機架等(3)鑄造非鐵合金：常用的有鑄造鋁合金和鑄造銅合金

強度普通不太高，除鋁硅合金外，其他的鑄造性能均

較差，焊接性較差，價錢較高。

普通均具有較好的耐磨性和耐蝕性，還有一定的耐熱性，故常用于要求耐熱、耐蝕或導熱性良好的零件，如內(nèi)燃機活塞、蝸輪和滑動軸承等。2．塑性成形用金屬資料(1)低、中碳鋼和低合金構造鋼：

低碳鋼塑性成形性較好，且有良好的焊接性。中碳鋼綜合力學性能好，熱成形時塑性成形性好，但焊接性較差。

低碳鋼適于制外型材、板材及普通機械零件

中碳鋼適于制造重要一些的機械零件如曲軸、齒

輪和轉軸等。(2)高碳鋼和合金鋼：

強度高，塑性差，熱成形時變形抗力也較大，鍛造溫度范圍窄，焊接性也差。

高碳鋼和合金鋼常用于制造模具、量具、刃具、彈簧、重要的機器零件和耐磨、耐蝕件等(3)變形鋁合金：

強度中等或較低，塑性較好；大多數(shù)具有高塑性和低的變形抗力，變形溫度較低，塑性成形性好，但焊接性較差。

變形鋁合金適于制造接受輕載的機械零件和電氣元件，如滑動軸承、齒輪等(4)變形銅合金：強度中等，塑性較好；絕大多數(shù)塑性高，變形

抗力較低，塑性成形性好，但鍛造溫度范圍窄，焊

接性較差。變形銅合金適于制造機械零件、儀表零件和電氣

元件，尤其是耐蝕件和耐磨件，如散熱器管和片、

蝸輪、軸承和彈簧等。8.2.2常用毛坯成形方法的比較鑄造：資料利用率較高。適于制造各種尺寸且外形較復雜尤

其是具有復雜內(nèi)腔的零件鍛造：產(chǎn)品力學性能好。適于制造受力較大或較復雜的零件沖壓：資料的利用率較高，消費率高，適于制造質輕、壁薄

而剛性好的零件及外形較復雜的殼體焊接：資料利用率較高，可到達很高的消費率，適于外形復

雜件或大型構件的銜接成形，也可用于異種資料的連

接和零件的修補粉末冶金：資料利用率和消費率高，制品精度高，適于制

造外形較復雜的中、小型零件及有特殊性能要

求的資料和零件工程塑料：資料利用率和消費率高，防腐性能好，適于外形

復雜但受力不大的普通零件和外觀件8.3常用零件的資料和成形方法8.3.1軸桿類零件輕載時：用中碳鋼〔如35、40、45等〕

重載時：用中碳合金鋼〔如40Cr等〕并經(jīng)調(diào)質處置。

受較大沖擊且受摩擦時：用滲氮鋼〔38CrMoA1等〕

制造并經(jīng)滲氮處置?；蛴脻B碳鋼〔如20CrMnTi、20Cr等〕制造并經(jīng)滲碳、淬火處置。

曲軸鑄造時：可采用鑄鋼〔如ZG270—500等〕或球

墨鑄鐵或球墨鑄鐵〔如QT450—10等〕資料成形方法光軸和直徑差較小的階梯軸：直接以圓鋼作為毛坯；

重要件須鍛造制坯。直徑差較大的階梯軸：普通采用鍛造制坯異形截面軸和曲軸：采用鍛造或鑄造制坯8.3.2盤套類零件齒輪：輪齒須有較高的強度和韌性，齒面須有較高

的硬度和耐磨性低速、輕載齒輪用45、50Mn2、40Cr鋼，可用圓鋼下料，亦可采用自在鍛、模鍛等方法成形；要求不高時也可采用灰鑄鐵、球墨鑄鐵等資料鑄呵斥形。

高速、重載齒輪常用18CrMnTi、20CrMo鋼制造且齒部經(jīng)滲碳、淬火處置，也可采用38CrMoAl等滲氮鋼制造且齒部經(jīng)滲氮處置；直徑500mm以上的大型齒輪，常采用自在鍛、鑄造和焊接等成形方法。模具：熱鍛模常用5CrMnMo、5CrNiMo等合金鋼制造并經(jīng)淬火和中溫回火處置。冷沖模常用Cr12、Cr12MoV等合金工具鋼制造經(jīng)淬火和低溫回火處置。模具的成形方法通常采用鍛造帶輪、飛輪等：普通可采用灰鑄鐵、球墨鑄鐵等資料鑄

呵斥形，或采用Q215、Q235等低碳鋼型材焊接成形8.3.3箱體、支架類零件

構造較為復雜，通常有不規(guī)那么的外形和內(nèi)腔，壁厚也不均勻普通根底件：

主要起支承作用，抗拉強度和塑性、韌性要求不高，但應有較好的剛度和減振性，有時還需求有較好的耐磨性。通常采用灰鑄鐵〔如HT150、HT200等〕鑄呵斥形受力復雜件：

要求有較高的綜合力學性能，常選用鑄鋼〔如ZG200—400等〕鑄呵斥形，為簡化工藝，常采用鑄-焊、鑄-螺紋銜接構造。單件、小批消費時，也可采用型鋼焊接構造，以降低制造本錢航空發(fā)動機的缸體、缸蓋和曲軸箱等,常采用鋁合金〔如ZL105、ZL105A等〕鑄呵斥形8.3.4機械零件毛坯選擇的例如箱體和箱蓋：采用灰鑄鐵鑄呵斥形，也可采用碳素

構造鋼型材和板料焊接成形齒輪和軸：可選用中碳鋼〔如45鋼〕，單件小批消費

時可采用自在鍛、胎模鍛等成形，大批

消費時可采用模鍛成形