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第二章汽车及其零件制造中常用制造工艺基础知识第一节铸造工艺基础第二节锻造工艺基础第三节焊接基本工艺第四节冲压工艺基础第五节粉 末 冶 金第六节塑料成型工艺基础第七节毛坯的选择第一节铸造工艺基础一、概述(一)铸造的特点及分类 汽车用铸件的主要特点是壁薄、形状复杂、尺寸精度高、质量轻、可靠性好、生产批量大等。铸件一般占汽车自重的20%左右，仅次于钢材用量，居第二位。就材质而言，铸铁、铸钢、铸铝、铸铜等应有尽有，仅铸铁就采用了灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁及合金铸铁等。可以说，汽车工业使各种铁造材质达到物尽其用的地步。就所采用的各种工艺方法而言，一般习惯将铸造分成砂型铸造和特种铸造两大类。液态金属完全靠重力充满整个铸型型腔，且直接形成铸型的原材料主要为型砂，这种铸造方法称为砂型铸造。在汽车铸件生产中，砂型铸造所生产的铸件占整个汽车铸件的90%以上。凡不同于砂型铸造的所有铸造方法，统称为特种铸造。(二)合金的铸造性能1.流动性2.收缩性3.偏析及吸气性二、砂型铸造的造型工艺二、砂型铸造的造型工艺(一)砂型铸造的工艺过程图2-1砂型铸造的工艺过程(二)造型材料和造型方法 制造铸型用的材料称为造型材料，主要指型砂和芯砂。它由砂、粘结剂和附加物等组成。造型材料应具备可塑性、强度、耐火度、透气性和退让性。砂型铸造的造型方法很多，可分为手工造型和机器造型两大类。手工造型是指全部用手工或手动工具完成的造型过程。手工造型按照起模特点可分为整模造型、挖砂造型、分模造型、活块造型、三箱造型等方法。机器造型是指用机器完成全部或至少完成紧砂操作的造型过程。(三)铸件浇注位置和分型面的选择1.浇注位置的选择原则图2-3气缸体分型面的选取2.分型面的选择原则图2-4双联齿轮分型面的选择图2-2CA6120进、排气支管分型面的选取(四)工艺参数的选择(1)加工余量所谓加工余量，就是铸件上需要切削加工的表面，应预先留出一定的加工余量，其大小取决于铸造合金的种类、造型方法、铸件大小及加工面在铸型中的位置等诸多因素。(2)起模斜度为了使模样便于从铸型中取出，垂直于分型面的立壁上所加的斜度称为起模斜度。(3)铸造圆角为了防止铸件在壁的连接和拐角处产生应力和裂纹，防止铸型的尖角损坏和产生砂眼，在设计铸件时，铸件壁的连接和拐角部分应设计成圆角。(4)型芯头为了保证型芯在铸型中的定位、固定和排气，模样和型芯都要设计出型芯头。(5)收缩余量由于铸件在浇注后的冷却收缩，制作模样时要加上这部分收缩尺寸。三、铸件结构工艺性(一)铸造工艺对铸件结构的要求(1)铸件外形的设计(2)铸件内腔的设计 (3)铸件结构斜度的设计铸件结构设计时，考虑到起模方便，应在垂直于分型面的不加工立壁上设计出斜度。(二)合金铸造性能对铸件结构的要求(1)合理设计铸件壁厚不同的合金、不同的铸造条件，对合金的流动性影响很大。(2)铸件壁厚应尽可能均匀铸件壁厚均匀是为了铸件各部分冷却速度相接近，形成同时凝固，避免因壁厚差别而形成热节，产生缩孔、缩松，也避免薄弱环节产生变形和裂(3)铸件壁的连接方式要合理(4)避免铸件收缩阻碍当铸件的收缩受到阻碍，产生的铸造内应力超过合金的强度极限时，铸件将产生裂纹。(5)避免大平面大平面受高温金属液烘烤时间长，易产生夹砂；金属液中气孔、夹渣上浮滞留在上表面，产生气孔、渣孔；而且大平面不利于金属液充填，易产生浇不足和冷隔。图2-5接头结构四、特种铸造(一)金属型铸造 金属型铸造是指用重力将熔融金属浇注入金属铸型获得铸件的方法。金属型是指由金属材料制成的铸型，不能称作金属模。常用的垂直分型式金属型如图2-6所示，由定型和动型两个半型组成，分型面位于垂直位置，浇注时先使两个半型合紧，待熔融金属凝固、铸件定型后，再利用简单的机构使两个半型分离，取出铸件。金属型铸造实现了“一型多铸”，克服了砂型铸造造型工作量大、占地面积大、生产率低等缺点；具有铸件精度和力学性能高的特点。在汽车行业中，铝合金缸盖、进气管及活塞等形状不太复杂的中、小铸件的大批量生产均采用金属型铸造。图2-6垂直分型式金属型62621.铸造原理和工艺循环铸造原理和工艺循环 压力铸造是在高压的作用下，以很高的速度把液态或半液态金属压入压铸模型腔，并在压力下快速凝固而获得铸件的铸造方法。压力铸造工艺循环如图2-39所示。图2-39 压力铸造工艺循环图 2.压铸机分类与比较压铸机分类与比较 压铸机按其工作原理结构形式分为冷压式压铸机（有卧式、立式、全立式三种）和热压式（有普通热室、卧式热室两种）压铸机。冷室压铸机的压室和熔炉是分开的，压铸时要从保温炉中舀取金属液倒入压室内，再进行压铸，图2-40是卧式冷室压铸机工作原理示意图。(二)压力铸造图2-40 卧式冷室压铸机工作原理示意图 6363 热室压铸机的压室与合金熔化炉联成一体，压室浸在保温坩埚的液体金属中，压射机构装在坩埚上面，用机械机构或压缩空气所产生的压力进行压铸，图2-41为热室压铸机工作原理示意图。图2-41 热室压铸机工作原理示意图图2-7压力铸造a)合型浇注b)压射c)开型顶件(三)低压铸造 低压铸造是在2070kPa的压力下，使金属液压入铸型并在压力下结晶凝固的铸造方法。因其压力低，故称为低压铸造。低压铸造工艺原理如图2-8所示。工作时由贮气罐向保温室中送入压力为0.010.08MPa的干燥压缩空气或惰性气体，使金属液(高出液相线100150)沿升液管从密封坩埚中，以10.510.6m/s的速度压入铸型型腔中，将其充满后，仍保持定压力(或适当增压)至型腔内金属液完全凝固。然后撤出压力，使没有凝固的金属液在重力作用下流回坩埚，保证升液管和浇口中没有凝固的金属液。最后，打开铸型取出铸件。图2-8低压铸造工艺原理图1保温室2坩埚3升液管4贮气罐5铸型5858 离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，在离心力作用下填充铸型而凝固成形的一种铸造方法。离心铸造的分类离心铸造的分类 根据铸型旋转轴线在空间的位置，常见的离心铸造可分为两种：(1)卧式离心铸造 铸型的旋转轴线处于水平状态或与水平线夹角很小（1)。一般外壁斜度取5 或7 ，内壁斜度取7 或10。(4)确定圆角半径 模锻件上所有转角处都应设计成圆角（图3-15），以便金属在模膛中流动，保持金属纤维的连续性，提高锻件的质量并避免模锻件转角处产生应力集中及变形开裂现象，延长模具寿命。锻模上的圆角也是由模具铣刀铣出，它有1、1.5、2、3、4、5、6、8、10、12、15、20、25、30 mm等多种。通常钢锻件内圆角半径r取14 mm，外圆角半径R是内圆角半径的34倍。模锻模膛越深，圆角半径应越大。(5)冲孔连皮3131图3-15 圆角半径 锤上模锻不能锻出通孔，而必须在孔内保留一层金属层，称为冲孔连皮。冲孔连皮锻后需在压力机上去除。冲孔连皮常采用平底连皮、斜底连皮等形式，当孔较小、较浅时(孔径为2560 mm)，采用平底连皮(图3-16_1)，平底连皮的厚度通常为48 mm之间；孔较大、较深时，为便于孔底金属向四周排除，应采用斜底连皮(见图3-16_2)。模锻件上直径小于25 mm的孔一般不予锻出。图3-16_1 平底 冲孔连皮 图3-16_2 斜底 冲孔连皮 5)模锻工序的选择3232 图3-17为齿轮坯的模锻件图。其绘制方法与自由锻锻件图相同。双点画线表示齿轮零件外形，实线表示锻件的外形。沿锻件水平方向选取分模面，分模面选在锻件高度方向的中部，使锻模上下模膛形状一致。零件轮辐不需切削加工，故不留加工余量。锻件孔中间的两道横线为冲孔连皮。图3-17 齿轮坯模锻件图 模锻工序主要按模锻件的形状和尺寸来确定。模锻件按其形状可分为长轴类零件(如台阶轴、曲轴、连杆等)和盘类零件(如齿轮、法兰盘等)两大类。图3-18为盘类模锻件，其模锻工序通常采用镦粗或压扁模膛制坯后终锻成形。图3-19为长轴类模锻件，其模锻工序通常采用拔长、滚挤、预锻、终锻和切断等工序。图3-18 盘类模锻件 图 3-19 长轴类模锻件 33336）模锻件的结构工艺性3434 设计模锻件结构时，应充分考虑模锻的工艺特点和要求，尽量使锻模结构简单，模膛易于加工，模锻件易于成形，生产率高，生产成本低。因此，模锻的结构设计应考虑以下原则：(1)避免锻件横截面面积相差过大，避免模锻件上有薄壁、高肋及直径过大的凸缘。图3-20a所示锻件横截面面积相差过大，凸缘太高太薄。模锻时，坯料难以充满模膛。图3-20b所示薄壁零件过扁过薄，锻造时薄的部分不易锻出。图3-21a 所示工件上有一高而薄的凸缘，材料充模、锻模制造及锻件取出都比较困难。如改成图3-21b所示形状，既不影响使用性能，锻造又比较方便。图3-20 模锻件结构工艺性示例1(a)(b)(b)(a)图3-21 模锻件结构工艺性示例2 3535(4)对于形状复杂的锻件可考虑采用锻焊组合结构，如图3-23所示。(2)模锻件应尽量避免深沟、深槽、深孔以及多孔结构，必要时可将这些部位设计成余块，以便模具制造及延长模具使用寿命。图3-22所示零件四个20 mm的孔不必锻出，留待以后机加工成形即可。图3-22 齿轮(3)锻件形状应尽量简单，外形力求对称，尽可能不用多向弯曲结构。图3-23 锻焊组合件四、锻压新工艺(一)零件的挤压(1)正挤压挤压时，金属流动方向与凸模运动方向致，如图2-15所示。(2)反挤压挤压时，金属流动方向与凸模运动方向相反，如图2-16所示。(3)复合挤压挤压时，金属沿凸模运动方向和相反方向均有流动，如图2-17所示。(4)径向挤压挤压时，金属流动方向与凸模运动方向呈90角，如图2-18所示。图2-15正挤压a)挤压示意图b)气门嘴图2-16反挤压a)挤压示意图b)活塞图2-17复合挤压a)复合挤压示意图b)工件图2-18径向挤压a)径向挤压示意图b)工件(二)零件的轧制(1)辊锻辊锻是使坯料通过装在一对轧辊上的扇形模块时，受压产生变形的生产方法，其工艺示意图如图2-19所示。(2)环形件的轧制环形件的轧制是将坯料放置在两高速旋转的成形轧辊中加压，使环形件的截面积缩小、直径增大的一种加工方法，其工艺示意图如图2-20所示。图2-19辊锻工艺示意图1轧辊2扇形模块3定位块图2-20环形件扎制示意图(三)摆动辗压图2-21摆动碾压的工作原理第三节焊接基本工艺一、概述(一)焊接的特点 焊接与其他连接方法有着本质的区别。通过焊接，被连接的焊件不仅在宏观上建立了永久性的联系，而且在微观上建立了组织之间的内在联系。焊接能够非常方便地利用型材和采用锻焊、铸焊、冲压焊等复合工艺，制造出各种大型、复杂的机械结构和零件，并可把不同材质和不同形状尺寸的坯材连接成不可拆卸的整体，从而使许多大型复杂的铸、锻件的生产过程由难变易，由不可能变为可能。(二)焊接方法的分类(1)熔焊将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。(2)压焊焊接过程中，必须对焊件施加压力(加热或不加热)，以完成焊接的方法。(3)钎焊采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点温度、低于母材熔化温度、利用液态钎料润湿母材、填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法。图2-22基本焊接方法及分类二、几种焊接方法(一)焊条电弧焊 焊条电弧焊是用手工操作焊条进行焊接的一种电弧焊。它具有操作简单灵活，对生产环境及焊接位置的要求的适应性强，对焊接接头装配要求低，可焊的金属材料广的特点。由于焊条电弧焊的熔敷速度低，焊接质量受焊工水平的影响大，焊后焊渣的清理比较麻烦，因而在汽车生产线上已较少应用。(二)电阻焊(1)点焊将装配成搭接接头的焊件置于两个圆柱形电极间，预压紧并通电加热。(2)缝焊缝焊的电极是一对旋转的圆盘(滚轮)，焊件在滚轮间一边随滚轮转动而送进，一边受压通过脉冲电流，得到连续的相互重叠的焊点组成的焊缝。(3)对焊对焊是用对接方式，在整个接触面上通电产生电阻热使焊件连接在一起的焊接方法。图2-23电阻焊的基本形式a)点焊b)缝焊c)对焊(三)气体保护焊(1)氩弧焊氩弧焊的保护气体氩气是惰性气体，在高温下，氩气不与金属起化学反应，并保护电弧和熔池不受空气的有害作用。(2)二氧化碳气体保护焊二氧化碳气体保护焊是以CO2作为保护气体，以连续送进的焊丝为电极的焊接方法。图2-24氩弧焊示意图a)不熔化极氩弧焊b)熔化极氩弧焊1焊丝或电极2导电嘴3喷嘴4氩气流5电弧6填充焊丝7工件8进气管9送丝辊轮(四)钎焊(1)硬钎焊钎料熔点高于450，接头强度较高(200MPa)，主要用于受力较大或工作温度较高的工件。(2)软钎焊钎料熔点低于450，接头强度低(100MPa)，主要用于受力较小或工作温度较低的工件。三、材料的焊接性能(一)金属材料的焊接性 金属材料的焊接性是指在一定的焊接工艺条件下金属材料获得优质焊接接头的难易程度。它包括两方面的内容：其一是工艺焊接性，即金属形成焊接缺陷的敏感性要小；其二是使用性能，即金属的焊接接头适应使用时的性能要求。这不仅与金属本身材质有关，也与焊接时采用的工艺条件、焊接方法有关。(二)碳钢及低合金钢的焊接 低碳钢的碳含量少，焊接性良好。焊接过程中不需要任何特殊的工艺措施，几乎所有的焊接方法都能获得优质焊接接头。中碳钢的wC0.25%0.60%。随着碳含量增加，焊接性变差，焊接时应适当进行预热。高碳钢的碳含量高，焊接性很差，一般只对高碳钢工件进行焊补，而不进行结构焊接。(三)铸铁的焊补铸铁的碳、硅含量高，塑性很差，属于焊接性很差的材料。一般铸铁不考虑作为焊接结构件，而只能进行焊补。(四)有色金属的焊接 有色金属的焊接性较差，其主要原因是：有色金属的焊接一般均具有容易氧化、吸气性大、热导率大和线膨胀系数大等特点。例如，铝合金的焊接常用氩弧焊、气焊、点焊、缝焊和钎焊。其中，以氩弧焊质量最好，焊接时可不用熔剂，焊丝成分与母材相近，但氩气纯度要求大于99.9%。对要求不高的焊件可采用气焊。为了去除氧化膜及杂质，必须使用氯化物和氟化物等物质组成的熔剂。四、焊接件的结构工艺性(一)焊接结构材料的选择 在满足焊接结构件使用性能的前提下，应尽量选用焊接性良好的材料。低碳钢和普通低合金钢的焊接性良好、价格低廉、焊接工艺简单、易于保证焊接质量，应优先选用。而wC0.5的碳钢和wC0.6的合金钢焊接性不好，应尽量避免采用。在采用两种不同材料进行焊接时，应注意它们焊接性的差异。(二)焊接接头形式 图2-25焊接接头的过渡形式a)对接b)T型接c)角接(三)焊缝的布置 焊接结构件的焊缝布置对焊接质量、生产率有很大的影响。其一般的设计原则如下：焊缝的位置应便于操作；焊缝应避开应力最大和应力集中的部位；焊缝布置应尽可能分散；焊缝位置应尽可能对称；焊缝位置应远离加工表面。第四节冲压工艺基础一、概述(一)冲压工艺的特点1)生产率高，且操作简便，易实现机械化与自动化。2)车身零件的尺寸精度是由模具保证的，所以质量稳定，一般不需要切削加工便可用于装配。3)利用冲压工艺方法可以获得其他金属加工方法所不能或难以加工的、形状复杂的零件。4)冲压加工一般不需加热毛坯，也不像切削加工那样需切除大量金属，所以它不但节能，而且材料利用率高。5)冲压所用原材料为轧制板料或带料，在冲压过程中材料表面一般不受破坏，所以冲压零件的表面质量较好，为后续表面处理工序(如涂装)提供了方便。(二)冲压工序的分类 由于冲压加工零件的形状、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能等的不同，其冲压方法有多种多样。冲压工序按加工性质的不同，可以分为两大类型：分离工序和成形工序。分离工序是将冲压件或毛坯在冲压过程中沿一定的轮廓使其相互分离，其冲压零件的分离断面要满足一定的断面质量要求；板料在不破坏的情况下产生塑性变形，获得所需求的形状及尺寸的工序叫做成形工序。冲压最常用的四个基本工序为：冲裁、弯曲、拉深、成形.二、冲压件的结构工艺性(一)冲裁件的结构工艺性1)冲裁件的外形和内孔形状应尽量简单、对称，最好是规则的几何形状或由规则的几何形状(圆弧与互相垂直的线条)组成，避免狭槽、长的悬臂，且其宽度b应大于料厚S的2倍，即b2S。2)冲裁件直线相接处均要以圆角过渡。3)孔的尺寸不能过小，保证dS，避免增加孔的冲压难度。(二)弯曲件的结构工艺性1)弯曲件的圆角半径不能小于最小弯曲半径，也不宜过大。2)弯曲件的形状应尽量对称，弯曲半径应左右对称，保证板料不会因摩擦阻力不均而产生滑移。3)弯曲边不要过短，应使弯曲边平直部分的高度H2S,如图2-27a所示。4)弯曲带孔件时，孔的位置如图2-27b所示，L(1.52)S,这样可避免孔的变形。5)弯曲件的尺寸精度一般不应超过IT9IT10。(三)拉深件的结构工艺性1)拉深件形状力求简单，避免圆锥形、球面形和空间复杂曲面形，尽量采用轴对称的形状，使零件变形均匀和模具加工制造方便。2)应使拉深件高度尽可能减低，过高、过深的拉深件易出现废品，需要多次拉深。3)对于半敞开或不对称的拉深件可采用合冲工艺，即将两个或几个零件合并成对称形状，一起冲压，然后切开，以减少工序、节约材料、4)对带凸缘拉深件的凸缘宽度要适当。5)拉深圆筒形件时，底与壁间的圆角半径应满足rpS，凸缘与壁间的圆角半径要满足rd2S。6)拉深件的尺寸精度不能要求过高，其高度尺寸精度应不高于IT16IT17，直径尺寸精度应不高于IT12 IT16。三、冲模(一)简单模 图2-28简单模1凸模2凹模3上模板4下模板5模柄6固定板7压板8卸料板9导板10定位销11导套12导柱(二)连续模图2-29冲孔、落料连续模1落料凸模2定位销3落料凹模4冲孔凸模5冲孔凹模6卸料板7板料8工件9废料第五节粉 末 冶 金一、概述图2-30粉末冶金工艺流程二、粉末的制取(一)雾化法图2-31雾化制粉1熔融金属2集气室3金属粉末(二)还原法 使氧化物和盐类发生还原反应制取粉末，称为还原法。在工业上，还原法被广泛地用来制取铁、铜、镍、钴、钨、钼等金属粉末，这是由于还原法制取的粉末不仅经济，而且制粉过程比较简单，在生产时容易控制粉末的颗粒大小和形状。还原法制得的粉末还具有很好的压制性和烧结性。(三)机械法机械法是指利用破碎机、锤击机或球磨机粉碎材料，生产细小颗粒的粉末。最常见的球磨机是利用回转筒内不断抛落的钢球破碎金属。三、零件的成形(一)钢模压制图2-32钢模压制a)单向压制b)双向压制c)浮动阴模压制1上模冲头2阴模3粉末4下模冲头(二)烧结 烧结是将粉末预成形坯在适当的温度和气氛条件下加热所发生的现象或过程。即把粉末预成形坯加热到低于其中基本成分熔点的温度下保温，然后以各种方式和速度冷却到室温。在此过程中，发生一系列物理和化学的变化，粉末颗粒的聚集体变成为晶粒的聚结体，从而获得具有所需物理、力学性能的制品或材料。由于粉末冶金生产属于大批量生产，所以大多烧结炉设计成自动进料方式，一般包括三个步骤:预热、烧结和冷却。随着粉末冶金工业的发展，粉末冶金出现许多新工艺，并获得迅速发展。如热压成形、粉末挤压、粉末锻造、粉末扎制、等静压成形、喷射成形等。这些先进工艺的特点是：具有更高的生产率；采用加热压实，以减小成形压力，提高压实密度并增加制件强度；提高制件表面质量；扩大应用范围等。第六节塑料成型工艺基础一、概述(一)塑料组分 塑料的主要成分是合成树脂。合成树脂是由相对分子质量小的物质经聚合反应而制得的相对分子质量大的高分子聚合物，有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、酚醛树脂、聚氨脂、环氧树脂等。简单组分的塑料基本上以树脂为主要成分，不加或加入少量助剂；多组分的塑料除树脂外还需加入其他一些助剂，如增塑剂、稳定剂、润滑剂、填充剂、阻燃剂、发泡剂、着色剂等，用以改善塑料的加工性能和使用性能。(二)塑料分类(1)通用塑料一般只能作为非结构材料使用，产量大，用途广，价格低。(2)工程塑料作为工程结构材料使用，力学性能优良，能在较宽温度范围内承受机械应力和在较为苛刻的化学、物理环境中使用。(3)功能塑料用于特种环境中，具有某种特殊性能的塑料。(三)交联高聚物形态塑料 高聚物在成形过程中，大分子链结构由线型或支链型形成网状或立体结构的反应称为交联反应，通过交联反应制得的高聚物称为交联高聚物或体型高聚物，其力学强度、耐热性、化学稳定性和尺寸稳定性均有很大提高，因此交联高聚物塑料在生产、生活中用途广泛。二、注射成型原理和工艺过程图2-33螺杆式注射机结构示意图1机身2电动机及液压泵3注射液压缸4齿轮箱5齿轮传动电动机6料斗7螺杆8加热器9料筒10喷嘴11定模固定板12模具13拉杆14动模固定板15合模机构16合模液压缸17螺杆传动齿轮18螺杆花键19油箱三、压缩和压注成型工艺(一)压缩成型工艺原理图2-34压缩成型原理1凸模2上凸模3凹模4下凸模5凸模固定板6下模座(二)压注成型工艺原理图2-35压注成型原理1柱塞2加料腔3上模板4凹模5型芯6型芯固定板7下模板8浇注系统9塑件6 (1)铸造 铸造是液态金属充填型腔后凝固成形的成形方法，要求熔融金属流动性好、收缩性好，铸造材料利用率高，适用于制造各种尺寸和批量且形状复杂尤其具有复杂内腔的零件，如支座、壳体、箱体、机床床身等。手工砂型铸造是单件、小批生产铸件的常用方法；大批大量生产常采用机器造型；特种铸造常用于生产特殊要求或有色金属铸件。(2)锻造 锻造是固态金属在压力下塑性变形的成形方法，要求金属的塑性较好、变形抗力小。锻造方法适用于制造受力较大、组织致密、质量均匀的锻件，如转轴、齿轮、曲轴和叉杆等。自由锻锻造工装简单、准备周期短，但产品形状简单，是单件生产和大型锻件的唯一锻造方法；胎模锻是在自由锻设备上采用胎模进行锻造的方法，可锻造较为复杂、中小批量的中小型锻件；模锻的锻件可较复杂，材料利用率和生产率远高于自由锻，但只能锻造批量较大的中小型锻件。(3)粉末冶金 粉末冶金是通过成形、烧结等工序，利用金属粉末和（或）非金属粉末间的原子扩散、机械楔合、再结晶等获得零件或毛坯的。一、各种毛坯的特点第七节毛坯的选择3.粉末冶金；4.冲压 7 要求粉料的流动性好，压缩性大。粉末冶金材料利用率和生产率高，制品精度高，适合于制造有特殊性能要求的材料和形状较复杂的中、小型零件。如制造减磨材料、结构材料、摩擦材料、硬质合金、难熔金属材料、特殊电磁性材料、过滤材料等板、带、棒、管、丝各种型材，以及齿轮、链轮、棘轮、轴套类等各种零件；可以制造重量仅百分之几克的小制品，也可制造近2 t重的大型坯料。(4)冲压 冲压是借助冲模使金属产生分离或变形的成形方法，要求金属塑性成形时塑性好、变形抗力小。冲压可获得各种尺寸且形状较为复杂的零件，材料利用率和生产率高。冲压广泛应用于汽车、仪表行业，是大批量制造质量轻、刚度好的零件和形状复杂的壳体的首选成形方法。(5)焊接 焊接是通过加热和（或）加压使被焊材料产生共同熔池或塑性变形或原子扩散而实现连接的，要求材料在焊接时的淬硬倾向以及产生裂纹和气孔等缺陷的倾向较小。焊接可获得各种尺寸且形状较复杂的零件，材料利用率高，采用自动化焊接可达到很高的生产率，适用于形状复杂或大型构件的连接成形，也可用于异种材料的连接和零件的修补。(6)塑料成形 塑料成形可在较低的温度下（一般在400 以下）采用注射、挤出、模压、浇注、烧结、真空成形、吹塑等方法制成制品。由于塑料的原料来源丰富易得，制取方便，成形加工简单，可以少无切削加工，成本低廉，性能优良，所以塑料在国民经济中得到广泛的应用。表7-1 常用的材料成形方法比较8 精密零件或特殊性能的制品，如轴承、金刚石工具、硬质合金、活塞环、齿轮等较高高可较复杂中小件 粉末流动性较好，压缩性较大 粉末间原子扩散、再结晶，有时重结晶粉末冶金 重量轻且刚度好的零件以及形状较复杂的壳体，如箱体、罩壳、汽车覆盖件、仪表板、容器等较高或高较高可较复杂各种冲压 受力较大或较复杂，且形状较复杂的制件，如齿轮、阀体、叉杆、曲轴等较高或高较高可较复杂中小件模锻 传动轴、齿轮坯、炮筒等低较低简单各种 变形抗力较小，塑性较好 固态金属塑性变形自由锻 型腔较复杂尤其是内腔复杂的制件，如箱体、壳体、床身、支座等低高较高可复杂各种 流动性好，集中缩孔 液态金属填充型腔铸造结构尺寸主要应用生产率材料利用率制件特征对材料的工艺要求成形特点成形方法续表焊接 通过金属熔池液态凝固，或塑性变形或原子扩散实现连接 淬硬、裂纹、气孔等倾向较小各种可复杂较高低高 形状复杂或大型构件的连接成形，异种材料间的连接，零件的修补等塑料成形 采用注射、挤出、模压、浇注、烧结、真空成形、吹塑等方法制成制品 流动性好、收缩性、吸水性、热敏性小各种可复杂较高较低或较高 一般结构零件、一般耐磨传动零件，减摩自润滑零件，耐腐蚀零件等。如化工管道、仪表壳罩等陶瓷成形 陶瓷材料通过制粉、配料、成形、高温烧结获得制品 坯体结构均匀并有一定的致密度中小件可较复杂较高低较高 高硬度，耐高温、耐腐蚀绝缘零件，如刀具、高温轴承、泵、阀复合材料成形 基体材料和增强材料复合而成的一类多相材料，材料与结构一次成形 纤维有高强度和刚度，有合理的含量、尺寸和分布；基体有一定的塑性、韧性 各种可复杂较高低较高 高比强度、比模量、化学稳定性和电性能好，如船、艇、车身及配件，管道、阀门、储罐、高压气瓶等快速成形 通过离散获得堆积的路径和方式，通过堆积材料叠加起来成形三维实体 有利于快速精确地加工原型零件；当原形直接用作制件、模具时，原型的力学性能和物理化学性能要满足使用要求；当原形间接使用时，其性能要有利于后续处理工艺各种可复杂高单件成形速度快 产品设计、方案论证、产品展示、工业造型、模具、家用电器、汽车、航空航天、军事装备、材料、工程、医疗器具、人体器官模型、生物材料组织等91 材料的成形过程是机械制造的重要工艺过程。机器制造中，大部分零件是先通过铸造成形、锻压成形、焊接成形或非金属材料成形方法制得毛坯，再经过切削加工制成的。毛坯的选择对机械制造质量、成本、使用性能和产品形象有重要的影响，是机械设计和制造中的关键环节之一。通常，零件的材料一旦确定，其毛坯成形方法也大致确定了。例如，零件采用ZL202、HT200、QT600-2等，显然其毛坯应选用铸造成形；齿轮零件采用45钢、LD7等常采用锻压成形；零件采用Q235、08钢等板、带材，则一般选用切割、冲压或焊接成形；零件采用塑料，则选用合适的塑料成形方法；反之，在选择毛坯成形方法时，除了考虑零件结构工艺性之外，还要考虑材料的工艺性能能否符合要求。1.1.工艺性原则工艺性原则 零件的使用要求决定了毛坯的形状特点，各种不同的使用要求和形状特点，形成了相应的毛坯成形工艺要求。零件的使用要求具体体现在对其形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等外部质量和对其化学成分、金属组织、力学性能、物理性能和化学性能等内部质量的要求上。对于不同零件的使用要求，必须考虑零件材料的工艺特性（如铸造性能、锻造性能、焊接性能等）来确定采用何种毛坯成形方法。二、毛坯选择原则2.2.适应性原则适应性原则2 例如，不能采用锻压成形的方法和避免采用焊接成形的方法来制造灰铸铁零件；避免采用铸造成形方法制造流动性较差的薄壁毛坯；不能采用普通压力铸造的方法成形致密度要求较高或铸后需热处理的毛坯；不能采用锤上模锻的方法锻造铜合金等再结晶速度较低的材料；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。选择毛坯成形方法的同时，也要兼顾后续机加工的可加工性。如对于切削加工余量较大的毛坯就不能采用普通压力铸造成形，否则将暴露铸件表皮下的孔洞；对于需要切削加工的毛坯尽量避免采用高牌号珠光体球墨铸铁和簿壁灰铸铁，否则难以切削加工。一些结构复杂，难以采用单种成形方法成形的毛坯，既要考虑各种成形方案结合的可能性，也需考虑这些结合是否会影响机械加工的可加工性。在毛坯成形方案的选择中，还要考虑适应性原则。既根据零件的结构形状、外形尺寸和工作条件要求，选择适应的毛坯方案。例如，对于阶梯轴类零件，当各台阶直径相差不大时，可用棒料；若相差较大，则宜采用锻造毛坯。形状复杂和薄壁的毛坯，一般不应采用金属型铸造；尺寸较大的毛坯，通常不采用模锻、压力铸造和熔模铸造，多数采用自由锻、砂型铸造和焊接等方法制坯。3.3.生产条件兼顾原则生产条件兼顾原则3 零件的工作条件不同，选择的毛坯类型也不同。如机床主轴和手柄都是轴类零件，但主轴是机床的关键零件，尺寸形状和加工精度要求很高，受力复杂且在长期使用过程中只允许发生很微小的变形，因此要选用具有良好综合力学性能的45钢或40Cr，经锻造制坯及严格切削加工和热处理制成；而机床手柄则采用低碳钢圆棒料或普通灰铸铁件为毛坯，经简单的切削加工即可完成，不需要热处理。再如内燃机曲轴在工作过程中承受很大的拉伸、弯曲和扭转应力，应具有良好的综合力学性能，故高速大功率内燃机曲轴一般采用强度和韧性较好的合金结构钢锻造成形，功率较小时可采用球墨铸铁铸造成形或用中碳钢锻造成形。对于受力不大且为圆形曲面的直轴，可采用圆钢下料直接切削加工成形。毛坯的成形方案要根据现场生产条件选择。现场生产条件主要包括现场毛坯制造的实际工艺水平、设备状况以及外协的可能性和经济性，但同时也要考虑因生产发展而采用较先进的毛坯制造方法。为此，毛坯选择时，应分析本企业现有的生产条件，如设备能力和员工技术水平，尽量利用现有生产条件完成毛坯制造任务。若现有生产条件难以满足要求时，则应考虑改变零件材料和（或）毛坯成形方法，也可通过外协加工或外购解决。4.4.经济性原则经济性原则4 经济性原则就是使零件的制造材料费、能耗费、工资费用等成本最低。在选择坯件的类型和具体的制造方法时，应在满足零件使用要求的前提下，把几个预选方案做经济性比较，从中选出整体生产成本低廉的方案。一般来说，选择毛坯的种类和制造方法时，应使毛坯尺寸、形状尽量与成品零件相近，从而减少加工余量，提高材料的利用率，减少机械加工工作量。但是毛坯越精确，制造就越困难，费用也越高。因此，生产纲领大时，应采用精度高、生产率高的毛坯制造方法，这时虽然一次投资较大，但增大的毛坯制造费用可由减少的材料消耗及机械加工费用得到补偿。一般的规律是，单件小批生产时，可采用手工砂型铸造、自由锻造、手工电弧焊、钣金钳工等成形方法，在批量生产时可采用机器造型、模锻、埋弧自动焊或其他自动焊接方法和板料冲压等成形方法制造毛坯。5.5.可持续性发展原则可持续性发展原则 环境恶化和能源枯竭已是21世纪人类必须解决的重大问题，在发展工业生产的同时，必须考虑环保和节能问题，不能干圈一块厂房，毁一片山林的蠢事。在工艺流程设计中应考虑可持续发展的原则，应保护子孙后代的生存环境。必须做到：5.5.可持续性发展原则续可持续性发展原则续5 (1)尽量减少能源消耗，在制定工艺流程中应考虑选择能耗小的成形方案，并尽量选用低能耗成形方法的材料，合理进行工艺设计，尽量采用净成形、净终成形的新工艺。(2)不使用对环境有害和会产生对环境有害物质的材料，采用加工废弃物少、容易再生处理、能够实现回收利用的材料。(3)少用或不用煤、石油等直接作为加热燃料，避免排出大量CO2气体，导致地球温度升高。