材料成型工艺基础 教学课件 作者 刘建华 6-10第10章.ppt

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1、第10章　成型材料与方法选择10.1选择材料成型方法的原则10.2常用机械零件的毛坯成型方法选择10.1选择材料成型方法的原则10.1.1常用的毛坯材料常用的零件材料有金属材料、非金属材料和复合材料，其中金属材料尤其是钢铁材料仍是目前用量最大、应用最广的毛坯材料。常用的金属材料可分为铸造合金、压力加工金属材料等。1.铸造合金铸造合金为具有一定铸造性能、用于生产铸件的合金，主要用于制造形状较复杂的毛坯和零件。常用的铸造合金有铸铁、铸钢、铸造有色合金。1）铸铁　　铸铁在铸造合金中的应用最广，常用的铸铁有灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。其中灰口铸铁的铸造性能最好，有较高

2、的抗压强度，但力学性能和焊接性均较差，常用于受力较大的零件，尤其是承压件，如机座、箱体及机床床身等。可锻铸铁的铸造性能及焊接性较差，但力学性能较好，一般不用于大中型零件，而多用于制造形状复杂、承受冲击载荷的薄壁小件。球墨铸铁因其力学性能较好，铸造性能仅略低于灰口铸铁，目前正逐渐替代可锻铸铁，主要应用于内燃机曲轴、连杆、齿轮等。蠕墨铸铁的铸造性能接近灰口铸铁，应用也日渐增多。2）铸钢铸钢的铸造性能差，力学性能优于铸铁，其中低碳铸钢的焊接性较好，一般用于制造承受重载荷、复杂载荷或冲击零件，如曲拐、齿轮等。3）铸造有色合金常用的铸造有色合金有铸造铝合金和铸造铜合金。其强度一般不高

3、，铸造性能也较差，但具有较好的耐磨性、耐腐蚀性和耐热性，常用于制造耐热、耐蚀、导热要求的零件，如内燃机活塞、滑动轴承等。2.压力加工金属材料压力加工过程中金属材料会产生一定的塑性变形，要求材料具有一定塑性，常用的材料有碳钢、低合金结构钢、合金钢及变形铝合金等。低碳钢和强度级别低的低合金结构钢塑性较好，焊接性良好，但强度较低；中碳钢和强度级别高的低合金结构钢力学性能较好，热加工时塑性较好，但焊接性较差，一般用于制造型材、板材及一般场合机械零件。高碳钢和合金钢强度高，但塑性差，热加工时有良好的塑性，但变形抗力较大，且焊接性差，常用于制造模具、量具、刃具、弹簧或耐磨耐蚀的机械零件

4、。变形铝合金塑性较好，强度一般较低，焊接性较差，适于制造电器元件及齿轮、弹簧等。表10－1常用金属毛坯材料的比较10.1.2材料成型方法的选择原则1.满足使用性能的要求零件的使用性能要求包括零件类别、用途、形状、尺寸、精度、表面质量以及材料的化学成分、金属组织、力学性能、物理性能和化学性能等方面的使用要求。不同的零件，其功能不同，使用要求也有所不同，而同类零件也因材料不同其成型方法有所不同。例如，杆类零件中机床的主轴和手柄，其中主轴是机床的关键零件，尺寸、形状和加工精度要求很高，且受力复杂，在长期使用中不允许发生过大的变形，通常45钢或40Cr钢等具有良好综合力学性能的材料

5、，可经锻造成型及严格切削加工和热处理制成；而机床手柄则通常采用低碳钢圆棒料或普通灰铸铁件为毛坯，经简单的切削加工制成。又如发动机曲轴，在工作过程中通常要承受很大的拉伸、弯曲和扭转应力，要求具有良好的综合力学性能，但根据不同使用要求其成型方法是不同的，高速大功率发动机曲轴一般采用强度和韧性较好的合金结构钢锻造成型，功率较小时可采用球墨铸铁铸造成型或用中碳钢锻造成型。另外，根据零件形状、尺寸和精度的不同，成型方法也有所不同。通常轴杆类、盘套类零件的形状较为简单，可采用压力加工成型、焊接成型；机架箱体类零件往往具有复杂内腔，一般选择铸造成型，比如，机床床身是机床的主体，主要的功能

6、是支承和连接机床的各个部件，以承受压力和弯曲应力为主，同时为了保证工作的稳定性，应有较好的刚度和减震性，机床床身一般又都是形状复杂并带有内腔的零件，故在大多数情况下，机床床身选用灰铸铁件为毛坯，其成型方法一般采用砂型铸造。而不同的成型方法能实现的精度等级也是不同的，如铸件，尺寸精度要求不高的可采用普通砂型铸造，尺寸精度要求较高的可采用熔模铸造、压力铸造及低压铸造等；对于锻件，尺寸精度低的采用自由锻造，尺寸精度要求高的可选用模型锻造。2.适应成型工艺性要求成型工艺性包括铸造工艺性、锻造工艺性、焊接工艺性等。成型工艺性的好坏对零件加工的难易程度、生产效率、生产成本等起着十分重要

7、的作用。因此，选择成型方法时，必须注意零件结构与材料所能适应的成型加工工艺性。当零件形状比较复杂、尺寸较大时，用锻造成型往往难以实现，如果采用铸造或焊接，则其材料必须具有良好的铸造性能或焊接性能，在零件结构上也要适应铸造或焊接的要求。另外，通常不能采用锻压成型的方法和避免采用焊接成型的方法来制造灰口铸铁零件；避免采用铸造成型的方法制造流动性较差的薄壁毛坯；不能用埋弧自动焊焊接仰焊位置的焊缝；不能采用电阻焊方法焊接铜合金构件；不能采用电渣焊焊接薄壁构件等等。3.经济性原则经济性原则是指零件的制造材料费、能耗费、人工费