第五章 毛坯选择
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模锻件
模锻件可通过水压试验。模锻的生产率最高; 但设备、模具昂贵;材料利用率不高。
(4)胎模锻件
在空气锤上镦粗、冲 孔、在心轴上拔长,然后在 胎模内带心轴锻出法兰。
胎模锻件
胎模锻件能全部通过水压试验。设备、模具的费 用较低;加工余量最小。生产率不如锤上模锻高。表 面质量不如锤上模锻。
(5)焊接件
胎模锻的特点: 适应性较强,兼有自由锻和模锻的优点。适用 于中小批量生产。
三. 挤压件
冷挤压的特点:
生产率高;少、无切削;表面光洁; 挤压件的强度、硬度、耐疲劳性显著提高; 金属在三向压应力下变形,有利于提高塑性,所以有 些塑性较差的材料也可以挤压。 可以生产薄壁、深孔等形状复杂的零件。 挤压设备价格昂贵;挤压件一般限于30Kg以下。
温挤压的特点:
加热:100 ~ 800 C ,以降低挤压力。 其它特点与冷挤压类似,但其精度和表面质量不
如冷挤压。
热挤压的特点:
❖T加工 > T再,挤压力较小。 ❖挤压件表面较冷挤压的粗糙。 ❖主要用于有色金属材料的型材、管材生产。
四. 冲压件 主要用于小于6mm塑性良好的金属板料、条料的
生产。冲压模具费用昂贵,只适应于大批量生产。
(3) 自由锻与模锻联合应用: 先自由锻制坯,再预锻基本成型,最后终锻成产
品,获得成功。 降低了成本,提高了质量。
3. 焊接件毛坯 容器、框架类零件应采用焊接件。
综合例题:
承压油缸,材料为45钢,工作压力为15个大气压, 要求水压实验压力为30个大气压(3Mpa), 批量200件。
毛坯生产方案如下:
因此,铸件是优先选用的毛坯。
3 废品率高
铸造生产工序多,影响因素多,质量不易控制,内 部缺陷较多;材料的利用率低。
4 综合机械性能较低
如抗冲击韧性、强度等,同种材料的铸件不如 锻件。
随着科学技术的发展,这些缺点在逐步被克服。 如精密铸造、熔模铸造、压力铸造等特种铸造方 法正逐渐被广泛使用,大大提高了铸件的表面质 量、机械性能等。
毛坯选择
序言
毛坯选择——选择毛坯的材料及毛坯的生产方法
毛坯类型:铸件,锻压件,焊接件,型材 零件设计阶段: ——零件设计人员
1 选材 根据零件的功能要求、工作条件、类似产品的失
效形式等使用要求,选择既能满足使用而且价格又低 的材料。
2 根据所选材料的机械性能、工艺性能确定零件的 主要尺寸和毛坯类型。
4)铸造设备一次投入大,维护费用高。
正是由于该种转向架的特点,使其难以使用于高 速重栽的条件,其列车的运行速度一般低于120km/h。
焊接结构转向架
焊接结构列车转向架的优缺点
优点:
1)整体性强,空气动力学性能优越; 2)采用有效的防变形减应力措施和正确的生产工艺, 可以保证结构的质量可靠,综合机械性能优越; 3)整体重量轻,节省原材料和能源,设备投入少;
3 零件的生产批量,也是一个重要因素
❖大批量生产时,要选用生产率高的方法; ❖单件生产时,要节省模具费用,采用焊接结构最合 适。如减速箱等。
目的都是为了降低成本。
4. 零件表面质量的要求 要求高时,应选用相应的加工方法: 如:精密铸造,精密模锻等。
5. 工厂现有设备、技术力量及生产能力,可改变原 毛坯生产方案
能全部通过水压试验;不需 特殊设备;最节省材料;工艺 准备时间最短。但此规格的无 缝钢管不易获得。
结论
焊接件
结合生产批量与现实条件,以选择胎模锻件最 为合理。如果能够有此规格(或接近)的无缝钢管, 也可以选择焊接件。
§3 毛坯选择举例
1. 铸造毛坯举例
箱体、壳体、机 座类零件:形状复杂, 特别是有复杂的内腔, 一般是承受压应力, 宜采用铸造毛坯。
形状复杂的锌合金压铸件
压铸铝合 金机体
车床床身铸件
2. 锻造毛坯举例 轴、齿轮类零件:因承受载荷大,受力复杂,应
选择锻造毛坯。
300多吨重的大型锻件——汽轮发电机主轴
(1)砂型铸件
水压试验合格率低,内孔 质量差,冒口浪费钢水多。
(2)平锻件 可通过水压试验。但是平 锻机及模具昂贵,工艺准备 时间长。批量太小时,成本 太高。
砂型铸造件 平锻件
(3)模锻件
立放锻不出法兰,必 须用敷料,因此,外圆面 加工余量大;平放锻不出 内孔,也必须用敷料,内 孔的加工余量也大。
缺点: 可能存在残余应力和变形,因此,整体构件需要进
行去应力退火。
2 零件的形状,决定了毛坯的制造方法
❖薄壁复杂件,只能用铸造生产; ❖大截面简单件,适合于锻造; ❖特大的薄壁件,宜采用焊接。
如:大、中、小齿轮的生产采用不同的方法。
仪表和钟表上的微、小型齿轮可采用冷冲压法制 造;有些传动力小的齿轮可采用铸铁件;中、小型齿 轮一般采用锻造毛坯件,而大、重型齿轮的齿圈一般 采用铸钢毛坯,齿圈和腹板的连接一般采用焊接工艺, 从而形成铸-焊毛坯件。
锻造齿轮轴
机床轴
锻造齿圈毛坯
锻造齿轮毛坯
例如:飞机摇臂,采用材质LD7锻铝,形状复杂, 具有腹板和深筋结构。可有三个锻造方案。
(1) 全部自由锻 成本低,但腹板、深筋无法锻出。
90º
R26±0.5
R150±0.5
151
40±2
R22+1
R22+1
20±1.5
(2) 全部模锻: 成本高,成型困难。
冲压生产的优点:
可生产外形复杂的冲压件; 表面质量高,尺寸精度高,不必再机械加工; 机械性能较高; 生产率高; 成品合格率、材料利用率高,成本较低。
五. 焊接件
以小拼大,节省材料,如重型机械、大型金属结 构件; 焊接件强度、刚度较高;
重量轻,材料利用率高; 工序简单,工艺准备、生产周期短; 设备价格低; 容易产生应力和变形,重要焊接件必须进行无损 探伤。
3 再根据所选毛坯生产特点,进一步确定零件的具 体结构;绘制出零件图。
毛坯生产阶段:
根据图纸的技术要求、材料种类、零件大小、复杂 程度及生产批量,确定生产方案及制订加工工艺;然 后编制工艺卡,由工人操作生产。
但是对于一些重要的毛坯生产方案,往往需要设 计人员和工艺技术人员共同制定。
经济性原则:
成本与质量结合起来考虑,即在满足技术要求 的前提下,选用成本最低的毛坯。
优点:
铸钢毛坯件综合机械性能较好,整体性强,适合 于制造形状复杂、强度和抗冲击性能,减振性能要求 较高的零件,生产的周期短,一次成型。
缺点:
1)整体重量大;铸造消耗能量大,对环境的污染较 大;
2)铸钢件内部晶粒组织较为粗大,组织不均匀,并 且常存在残余内应力,致使铸件的强度,特别是塑性 和韧性不高。因此,工件整体需要进行退火或正火处 理。 3)该转向架结构复杂,其生产工艺过程必须严格制 定和控制,否则容易产生浇不足、缩孔、缩松及热裂 纹等铸造缺陷;
采用铸-焊、锻-焊、冲-焊联合工艺可以充分发 挥各自的优点。
如:下图为
(a)
一大型水轮机
空心轴,工件
净重47.3 t ,
(b)
它的毛坯生产
有三种方案:
(c)
水轮机空心轴的三种毛坯生产方案
1 整轴用锻件毛坯(a) 先铸出200t重的钢锭,在万吨水压机上自由锻,
两端法兰盘锻不出,只有全部用敷料,加工余量很 大。
§1 不同类型毛坯的特点(总结) 一 铸件
1 铸造方法适应性强 铸造合金的种类多;铸件大小不限;可生产形
状从简单到复杂的各种铸件、特别是有复杂内腔的 铸件。
2 铸造生产成本较低 铸造原材料价格低、来源广;铸造不需昂贵的设
备;可以大量利用废料重熔、重铸;铸件形状接近零 件形状,可以节省大量金属材料和切削工时。
二 锻件
1 机械性能好 晶粒细化,组织致密;几乎没有内部缺陷。所以,
一些要求强度高、耐冲击、抗疲劳的重要零件多采用 锻wenku.baidu.com毛坯。
2 适应性
自由锻的特点: free
锻件形状简单,尺寸大小基本不限; 精度差,加工余量大; 单件、小批量,生产效率低; 大型锻压设备价格昂贵。
模锻的特点: die
模锻件的形状可以较为复杂; 尺寸较精确,表面光洁,加工余量小,节省金属; 纤维组织分布合理,锻件强度高,耐用; 生产效率高; 但是,锻模成本高,设备昂贵,只适应于大批量 生产;且不能生产大型锻件。
1 零件的工作条件及使用性能要求,基本决定了毛坯 的类型
零件的使用性能包括机械性能(抗拉强度、屈服强 度、塑性等)和特殊物化性能(耐蚀性能、抗氧化性能 等)。
列车转向架毛坯,以前经常采用铸钢结构,则车速 较小,振动较大。
现在采用焊接结构,则适应高速(300km/h)重载 运行。
铸钢结构列车转向架的优缺点
毛坯重达110t(实心),材料利用率只有23.7%;切削 加工需1400台时。
2 两端法兰盘用铸钢件,轴筒用自由锻件(b)
本方案耗钢132t ,焊成毛坯重量66t ; 材料利用率35.8%; 切削加工需1200台时。
3 两端法兰盘用铸钢件,轴筒用厚钢板弯成两个半 圆,再焊成筒体,最后与法兰盘焊成毛坯(c)
如:整铸件改为铸-焊结构,铸件改为锻件或焊 接件。
6. 当毛坯用几种方法制造均可时,选用最经济的方 案
一般,工业生产中选用“以铁代钢”、“以铸 代锻”及“少切削余量、无余量的精密件”。
检验毛坯选择是否合理的依据
(1) 使用性:首先必须满足零件使用要求。 (2) 工艺性:加工方便,易获优质产品。 (3) 经济性:成本最低,消耗最少。
本方案用钢102 t , 焊成的毛坯重量53 t;材料 利用率46.4%; 切削加工只需1000台时。 三种方案的直接成本之比为: a : b : c = 2.2 : 1.4 : 1
六.型材
形状简单的小件在大批量生产时,直接应用型材 加工,有时更为经济。
如:螺栓、螺母、钉、销、套类小零件。
§2 影响毛坯选择的因素
模锻件可通过水压试验。模锻的生产率最高; 但设备、模具昂贵;材料利用率不高。
(4)胎模锻件
在空气锤上镦粗、冲 孔、在心轴上拔长,然后在 胎模内带心轴锻出法兰。
胎模锻件
胎模锻件能全部通过水压试验。设备、模具的费 用较低;加工余量最小。生产率不如锤上模锻高。表 面质量不如锤上模锻。
(5)焊接件
胎模锻的特点: 适应性较强,兼有自由锻和模锻的优点。适用 于中小批量生产。
三. 挤压件
冷挤压的特点:
生产率高;少、无切削;表面光洁; 挤压件的强度、硬度、耐疲劳性显著提高; 金属在三向压应力下变形,有利于提高塑性,所以有 些塑性较差的材料也可以挤压。 可以生产薄壁、深孔等形状复杂的零件。 挤压设备价格昂贵;挤压件一般限于30Kg以下。
温挤压的特点:
加热:100 ~ 800 C ,以降低挤压力。 其它特点与冷挤压类似,但其精度和表面质量不
如冷挤压。
热挤压的特点:
❖T加工 > T再,挤压力较小。 ❖挤压件表面较冷挤压的粗糙。 ❖主要用于有色金属材料的型材、管材生产。
四. 冲压件 主要用于小于6mm塑性良好的金属板料、条料的
生产。冲压模具费用昂贵,只适应于大批量生产。
(3) 自由锻与模锻联合应用: 先自由锻制坯,再预锻基本成型,最后终锻成产
品,获得成功。 降低了成本,提高了质量。
3. 焊接件毛坯 容器、框架类零件应采用焊接件。
综合例题:
承压油缸,材料为45钢,工作压力为15个大气压, 要求水压实验压力为30个大气压(3Mpa), 批量200件。
毛坯生产方案如下:
因此,铸件是优先选用的毛坯。
3 废品率高
铸造生产工序多,影响因素多,质量不易控制,内 部缺陷较多;材料的利用率低。
4 综合机械性能较低
如抗冲击韧性、强度等,同种材料的铸件不如 锻件。
随着科学技术的发展,这些缺点在逐步被克服。 如精密铸造、熔模铸造、压力铸造等特种铸造方 法正逐渐被广泛使用,大大提高了铸件的表面质 量、机械性能等。
毛坯选择
序言
毛坯选择——选择毛坯的材料及毛坯的生产方法
毛坯类型:铸件,锻压件,焊接件,型材 零件设计阶段: ——零件设计人员
1 选材 根据零件的功能要求、工作条件、类似产品的失
效形式等使用要求,选择既能满足使用而且价格又低 的材料。
2 根据所选材料的机械性能、工艺性能确定零件的 主要尺寸和毛坯类型。
4)铸造设备一次投入大,维护费用高。
正是由于该种转向架的特点,使其难以使用于高 速重栽的条件,其列车的运行速度一般低于120km/h。
焊接结构转向架
焊接结构列车转向架的优缺点
优点:
1)整体性强,空气动力学性能优越; 2)采用有效的防变形减应力措施和正确的生产工艺, 可以保证结构的质量可靠,综合机械性能优越; 3)整体重量轻,节省原材料和能源,设备投入少;
3 零件的生产批量,也是一个重要因素
❖大批量生产时,要选用生产率高的方法; ❖单件生产时,要节省模具费用,采用焊接结构最合 适。如减速箱等。
目的都是为了降低成本。
4. 零件表面质量的要求 要求高时,应选用相应的加工方法: 如:精密铸造,精密模锻等。
5. 工厂现有设备、技术力量及生产能力,可改变原 毛坯生产方案
能全部通过水压试验;不需 特殊设备;最节省材料;工艺 准备时间最短。但此规格的无 缝钢管不易获得。
结论
焊接件
结合生产批量与现实条件,以选择胎模锻件最 为合理。如果能够有此规格(或接近)的无缝钢管, 也可以选择焊接件。
§3 毛坯选择举例
1. 铸造毛坯举例
箱体、壳体、机 座类零件:形状复杂, 特别是有复杂的内腔, 一般是承受压应力, 宜采用铸造毛坯。
形状复杂的锌合金压铸件
压铸铝合 金机体
车床床身铸件
2. 锻造毛坯举例 轴、齿轮类零件:因承受载荷大,受力复杂,应
选择锻造毛坯。
300多吨重的大型锻件——汽轮发电机主轴
(1)砂型铸件
水压试验合格率低,内孔 质量差,冒口浪费钢水多。
(2)平锻件 可通过水压试验。但是平 锻机及模具昂贵,工艺准备 时间长。批量太小时,成本 太高。
砂型铸造件 平锻件
(3)模锻件
立放锻不出法兰,必 须用敷料,因此,外圆面 加工余量大;平放锻不出 内孔,也必须用敷料,内 孔的加工余量也大。
缺点: 可能存在残余应力和变形,因此,整体构件需要进
行去应力退火。
2 零件的形状,决定了毛坯的制造方法
❖薄壁复杂件,只能用铸造生产; ❖大截面简单件,适合于锻造; ❖特大的薄壁件,宜采用焊接。
如:大、中、小齿轮的生产采用不同的方法。
仪表和钟表上的微、小型齿轮可采用冷冲压法制 造;有些传动力小的齿轮可采用铸铁件;中、小型齿 轮一般采用锻造毛坯件,而大、重型齿轮的齿圈一般 采用铸钢毛坯,齿圈和腹板的连接一般采用焊接工艺, 从而形成铸-焊毛坯件。
锻造齿轮轴
机床轴
锻造齿圈毛坯
锻造齿轮毛坯
例如:飞机摇臂,采用材质LD7锻铝,形状复杂, 具有腹板和深筋结构。可有三个锻造方案。
(1) 全部自由锻 成本低,但腹板、深筋无法锻出。
90º
R26±0.5
R150±0.5
151
40±2
R22+1
R22+1
20±1.5
(2) 全部模锻: 成本高,成型困难。
冲压生产的优点:
可生产外形复杂的冲压件; 表面质量高,尺寸精度高,不必再机械加工; 机械性能较高; 生产率高; 成品合格率、材料利用率高,成本较低。
五. 焊接件
以小拼大,节省材料,如重型机械、大型金属结 构件; 焊接件强度、刚度较高;
重量轻,材料利用率高; 工序简单,工艺准备、生产周期短; 设备价格低; 容易产生应力和变形,重要焊接件必须进行无损 探伤。
3 再根据所选毛坯生产特点,进一步确定零件的具 体结构;绘制出零件图。
毛坯生产阶段:
根据图纸的技术要求、材料种类、零件大小、复杂 程度及生产批量,确定生产方案及制订加工工艺;然 后编制工艺卡,由工人操作生产。
但是对于一些重要的毛坯生产方案,往往需要设 计人员和工艺技术人员共同制定。
经济性原则:
成本与质量结合起来考虑,即在满足技术要求 的前提下,选用成本最低的毛坯。
优点:
铸钢毛坯件综合机械性能较好,整体性强,适合 于制造形状复杂、强度和抗冲击性能,减振性能要求 较高的零件,生产的周期短,一次成型。
缺点:
1)整体重量大;铸造消耗能量大,对环境的污染较 大;
2)铸钢件内部晶粒组织较为粗大,组织不均匀,并 且常存在残余内应力,致使铸件的强度,特别是塑性 和韧性不高。因此,工件整体需要进行退火或正火处 理。 3)该转向架结构复杂,其生产工艺过程必须严格制 定和控制,否则容易产生浇不足、缩孔、缩松及热裂 纹等铸造缺陷;
采用铸-焊、锻-焊、冲-焊联合工艺可以充分发 挥各自的优点。
如:下图为
(a)
一大型水轮机
空心轴,工件
净重47.3 t ,
(b)
它的毛坯生产
有三种方案:
(c)
水轮机空心轴的三种毛坯生产方案
1 整轴用锻件毛坯(a) 先铸出200t重的钢锭,在万吨水压机上自由锻,
两端法兰盘锻不出,只有全部用敷料,加工余量很 大。
§1 不同类型毛坯的特点(总结) 一 铸件
1 铸造方法适应性强 铸造合金的种类多;铸件大小不限;可生产形
状从简单到复杂的各种铸件、特别是有复杂内腔的 铸件。
2 铸造生产成本较低 铸造原材料价格低、来源广;铸造不需昂贵的设
备;可以大量利用废料重熔、重铸;铸件形状接近零 件形状,可以节省大量金属材料和切削工时。
二 锻件
1 机械性能好 晶粒细化,组织致密;几乎没有内部缺陷。所以,
一些要求强度高、耐冲击、抗疲劳的重要零件多采用 锻wenku.baidu.com毛坯。
2 适应性
自由锻的特点: free
锻件形状简单,尺寸大小基本不限; 精度差,加工余量大; 单件、小批量,生产效率低; 大型锻压设备价格昂贵。
模锻的特点: die
模锻件的形状可以较为复杂; 尺寸较精确,表面光洁,加工余量小,节省金属; 纤维组织分布合理,锻件强度高,耐用; 生产效率高; 但是,锻模成本高,设备昂贵,只适应于大批量 生产;且不能生产大型锻件。
1 零件的工作条件及使用性能要求,基本决定了毛坯 的类型
零件的使用性能包括机械性能(抗拉强度、屈服强 度、塑性等)和特殊物化性能(耐蚀性能、抗氧化性能 等)。
列车转向架毛坯,以前经常采用铸钢结构,则车速 较小,振动较大。
现在采用焊接结构,则适应高速(300km/h)重载 运行。
铸钢结构列车转向架的优缺点
毛坯重达110t(实心),材料利用率只有23.7%;切削 加工需1400台时。
2 两端法兰盘用铸钢件,轴筒用自由锻件(b)
本方案耗钢132t ,焊成毛坯重量66t ; 材料利用率35.8%; 切削加工需1200台时。
3 两端法兰盘用铸钢件,轴筒用厚钢板弯成两个半 圆,再焊成筒体,最后与法兰盘焊成毛坯(c)
如:整铸件改为铸-焊结构,铸件改为锻件或焊 接件。
6. 当毛坯用几种方法制造均可时,选用最经济的方 案
一般,工业生产中选用“以铁代钢”、“以铸 代锻”及“少切削余量、无余量的精密件”。
检验毛坯选择是否合理的依据
(1) 使用性:首先必须满足零件使用要求。 (2) 工艺性:加工方便,易获优质产品。 (3) 经济性:成本最低,消耗最少。
本方案用钢102 t , 焊成的毛坯重量53 t;材料 利用率46.4%; 切削加工只需1000台时。 三种方案的直接成本之比为: a : b : c = 2.2 : 1.4 : 1
六.型材
形状简单的小件在大批量生产时,直接应用型材 加工,有时更为经济。
如:螺栓、螺母、钉、销、套类小零件。
§2 影响毛坯选择的因素