【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 第二節(jié) 零件材料的選擇 一、選材原則 考慮零件的 使用性能 零件在使用時(shí)主要考慮的機(jī)械性能包括強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊抗力及疲勞強(qiáng)度等。毛坯的選材原則根據(jù)零件的工作條件及損壞形式 ,通過(guò)力學(xué)的分析計(jì)算確定出零件選材的主要抗力指標(biāo) ,同時(shí)兼顧其它性能。 滿足生產(chǎn)工藝對(duì)材料工藝性能的要求 任何零件都是由不同的工程材料通過(guò)一定的加工工藝制造出來(lái)的。因此材料的工藝性能，即加工成零件的難易程度，自然應(yīng)是選材時(shí)必須考慮的重要問(wèn)題。 與使用性能的要求相比，工藝性能處于次要地位；但在某些情況下，工藝性能也可成為主要考慮的因素。當(dāng)工藝性能和機(jī)械性能相矛盾時(shí)，有時(shí)正是工藝性 能的考慮使得某些機(jī)械性能顯然合格的材料不得不加舍棄，此點(diǎn)對(duì)于大批量生產(chǎn)的零件特別重要。 力求使零件生產(chǎn)的總成本最低 除了 使用性能與工藝性能外，經(jīng)濟(jì)性也是選材必須考慮的重要問(wèn)題。選材的經(jīng)濟(jì)性不單是指選用的材料本身價(jià)格應(yīng)便宜，更重要的是采用所選材料來(lái)制造零件時(shí)，可 12 使產(chǎn)品的總成本降至最低，同時(shí)所選材料應(yīng)符合國(guó)家的資源情況和供應(yīng)情況 。 考慮產(chǎn)品的實(shí)用性和市場(chǎng)需求 某項(xiàng)產(chǎn)品或某種機(jī)械零件的優(yōu)劣，不僅僅要求能符合工作條件的使用要求。從商品的銷售和用戶的愿望考慮，產(chǎn)品還應(yīng)當(dāng)具有重量輕、美觀、經(jīng)久耐用等特點(diǎn)。這 就要求在選材時(shí)，應(yīng)突破傳統(tǒng)觀點(diǎn)的束縛，盡量采用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)成果，作到在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面有創(chuàng)新，有特色。在材料制造工藝和強(qiáng)化工藝上有改革，有先進(jìn)性。 考慮 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代生產(chǎn)組織的可能性 一個(gè)產(chǎn)品或一個(gè)零件的制造，是采用手工操作還是機(jī)器操作，是采用單件生產(chǎn)還是采用機(jī)械化自動(dòng)流水作業(yè)，這些因素都對(duì)產(chǎn)品的成本和質(zhì)量起著重要的作用。因此，在選材時(shí)，應(yīng)該考慮到所選材料能滿足實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)的可能性。 二、零件技術(shù)要求分析 坯件的人工時(shí)效熱處理為 T1： 175177。5176。f/6h 空冷。 T1 的含義為：不淬火 , 人工時(shí)效鑄件快冷 (金屬型鑄造、壓鑄或精密鑄造 )后進(jìn)行時(shí)效 , 時(shí)效前并不淬火。其目的是改善切削加工性能 , 提高表面光潔度。 坯件不許有飛邊、毛刺、裂紋等缺陷。 硬度： HB85， 5/250/30。 強(qiáng)度： δ″240MPa。延伸率： L=50， δ=1% 三、毛坯材料的確定 根據(jù)零件的技術(shù)要求，選用合金牌號(hào)為 ZALZn11Si7，合金代號(hào)為 ZL401 的鋁鋅合金。 ZL401 主要物理性能為： (1) 密度 /gcm3 (2) 熔化溫度范圍： 545～ 575/℃ (3) 20～ 100℃ 時(shí)平均線膨 脹系數(shù) (mK)1 (4) 100℃ 時(shí)比熱容 с879/J(kgK)1 熱處理方法 人工時(shí)效；合金狀態(tài) T1 ；抗拉強(qiáng)度 245σb/Mpa ；伸長(zhǎng)率 δ5 布氏硬度(HBS)90(5/250/30)。 ZL401 合金適合制造承受高靜載荷、形狀復(fù)雜工作溫度 ≤ 200℃ 的薄壁零件如氣 13 缸體、汽缸蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)箱體等。 綜上所述，所選材料符合毛坯的技術(shù)要求。 第三節(jié) 毛坯種類及制造方法的選擇 一、毛坯種類的選擇 鑄造成形、鍛壓成形、焊接成形或非金屬材料成形方法制得毛坯，再經(jīng)過(guò)切削加工制成的。毛坯 的選擇，對(duì)機(jī)械制造質(zhì)量、成本、使用性能和產(chǎn)品形象有重要的影響，是機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。 鑄造 成形 技術(shù)幾乎能用所有 金屬材料制造極為復(fù)雜的零件，主要擔(dān)負(fù)著毛坯成形及改性的功能，將原材料加工成盡量接近產(chǎn)品（零件）最終形狀尺寸，并保證其組織，性能符合要求，安全可靠。 發(fā)動(dòng)機(jī)殼體形狀復(fù)雜，薄壁容易變形， 有精度要求較高的孔和平面 零件，要求切削余量較少，并且材料選擇了鋁合金，流動(dòng)性和鑄造性能都很好，因此適合使用鑄造方法進(jìn)行毛坯生產(chǎn)。 二、毛坯制造方法的選擇 毛坯 鑄造 毛坯 鑄造所采用的工藝方法按造型方法、造型材 料和澆鑄方法分類，有砂型鑄造、金屬 型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造 、 熔模鑄造 和低壓鑄造等各種 鑄造方法。 因?yàn)檫x用材料為鋁合金，所以考慮金屬型鑄造、低壓鑄造和壓力鑄造三種適合鋁合金加工的鑄造方法進(jìn)行比較。 (1) 金屬型鑄造 是用耐熱合金鋼制作鑄造用中空鑄型模具的現(xiàn)代工藝。金屬型既可采用重力鑄造，也可采用壓力鑄造。金屬型的鑄型模具能反復(fù)多次使用，每澆注一次金屬液，就獲得一次鑄件，壽命很長(zhǎng)，生產(chǎn)效率很高。金屬型的鑄件不但尺寸精度好，表面光潔，而且在澆注相同金屬液的情況下，其鑄件強(qiáng)度要比砂型的更高，更不容易損壞。因此，在 大批量生產(chǎn)有色金屬的中、小鑄件時(shí)，只要鑄件材料的熔點(diǎn)不過(guò)高，一般都優(yōu)先選用金屬型鑄造。 金屬型鑄造也有一些不足之處：因?yàn)槟蜔岷辖痄摵驮谒厦孀龀鲋锌招颓坏募庸ざ急容^昂貴，所以金屬型的模具費(fèi)用不菲，不過(guò)總體和壓鑄模具費(fèi)用比起來(lái)則便宜多 14 了。對(duì)小批量生產(chǎn)而言，分?jǐn)偟矫考a(chǎn)品上的模具費(fèi)用明顯過(guò)高，一般不易接受。又因?yàn)榻饘傩偷哪＞呤苣＞卟牧铣叽绾托颓患庸ぴO(shè)備、鑄造設(shè)備能力的限制，所以金屬型不適合于特別大的鑄件生產(chǎn)。在小批量及大件生產(chǎn)中，一般不采用金屬型鑄造。此外，金屬型模具雖然采用了耐熱合金鋼，但耐熱能力仍有限，一般 多用于鋁合金、鋅合金、鎂合金的鑄造，在銅合金鑄造中已較少應(yīng)用，而用于黑色金屬鑄造就更少了。 (2) 低壓鑄造 是使液體金屬在壓力作用下充填型腔，以形成鑄件的一種方法。由于所用的壓力較低，所以叫做低壓鑄造。其工藝過(guò)程是：在裝有合金液的密封容器（如坩堝）中，通入干燥的壓縮空氣，作用在保持一定教主溫度的金屬液面上，造成密封容器內(nèi)與鑄型型腔的壓力差，使金屬液在氣體壓力的作用下，沿升液管上升，通過(guò)澆口平穩(wěn)地進(jìn)入型腔，并適當(dāng)增大壓力并保持坩堝內(nèi)液面上的氣體壓力，使型腔內(nèi)的金屬液在較高壓力作用下結(jié)晶凝固。然后解除液面上的 氣體壓力，使開(kāi)液管中未凝固的金屬液依靠自重流回坩堝中，再開(kāi)型并取出鑄件，至此，一個(gè)完整的低壓澆鑄工藝完成。 (3) 壓力鑄造（簡(jiǎn)稱壓鑄） 實(shí)質(zhì)是在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填壓鑄型型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。 壓鑄三方面的優(yōu)點(diǎn)： (1) 產(chǎn)品質(zhì)量好 鑄件尺寸精度高，一般相當(dāng)于 6~7 級(jí)，甚至可達(dá) 4 級(jí)；表面光潔度好，一般相當(dāng)于 5~8 級(jí)；強(qiáng)度和硬度較高，強(qiáng)度一般比砂型鑄造提高 25~30％，但延伸率降低約70％；尺寸穩(wěn)定，互換性好；可壓鑄薄壁復(fù)雜的鑄件。例如，當(dāng)前鋅合金壓鑄件 最小壁厚可達(dá) ；鋁合金鑄件可達(dá) ；最小鑄出孔徑為 ；最小螺距為。 (2) 生產(chǎn)效率高 機(jī)器生產(chǎn)率高，例如國(guó)產(chǎn) JⅢ 3 型臥式冷空壓鑄機(jī)平均八小時(shí)可壓鑄 600～ 700 次，小型熱室壓鑄機(jī)平均每八小時(shí)可壓鑄 3000~7000 次；壓鑄型壽命長(zhǎng)，一 副 壓鑄型，壓鑄鐘合金，壽命可達(dá)幾十萬(wàn)次，甚至上百萬(wàn)次；易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 (3) 經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)良 15 由于壓鑄件尺寸精確，表泛光潔等優(yōu)點(diǎn)。一般不再進(jìn)行機(jī)械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金屬利用率，又減少了大量的加工設(shè)備和工時(shí)； 鑄件價(jià)格便易；可以采用組合壓鑄以其他金屬或非金屬材料。既節(jié)省裝配工時(shí)又節(jié)省金屬。 壓鑄雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有一些缺點(diǎn)，尚待解決。如： 1) 壓鑄時(shí)由于液態(tài)金屬充填型腔速度高，流態(tài)不穩(wěn)定，故采用一般壓鑄法，鑄件易產(chǎn)生氣孔，不 易 進(jìn)行熱處理； 2) 對(duì)內(nèi)凹復(fù)雜的鑄件，壓鑄較為困難； 3) 高熔點(diǎn)合金（如銅，黑色金屬），壓鑄型壽命較低； 4) 不宜小批量生產(chǎn)，其主要原因是壓鑄型制造成本高，壓鑄機(jī)生產(chǎn)效率高，小批量生產(chǎn)不 經(jīng)濟(jì) 。 第四節(jié) 毛坯的設(shè)計(jì)及生產(chǎn) 一、 澆注位置選定原則 鑄件澆注的位置 , 對(duì)鑄件質(zhì)量、造型方法、 砂箱尺寸、機(jī)械加工余量等都有著很大的影響。在選定澆注位置時(shí)應(yīng)以保證鑄件質(zhì)量為主 。 一般應(yīng)注意下面的 幾個(gè)原則 ： 應(yīng)將鑄件上質(zhì)量要求高的表面或主要的加工面 ， 放在鑄型的下面。如果 做不到 , 可將該表面置于鑄型的側(cè)面或傾斜放置進(jìn)行澆注。 所以應(yīng)將大表面 A 面放在鑄型的最下面。 對(duì)于一些需要補(bǔ)縮的鑄件，應(yīng)把截面較厚的部分放在鑄型的上部或側(cè)面。 這樣便于在鑄件的厚壁處放置冒口，造成良好的順序凝固，有利于鑄件補(bǔ)縮。 本摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)殼體零件的澆注位置如圖 所示 (見(jiàn)下頁(yè) )： 16 圖 澆注位置 二、 毛坯分型面的選擇 鑄型分型面選擇得正確 , 可以簡(jiǎn)化造型操作 , 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 , 使鑄件尺寸準(zhǔn)確 , 減少?gòu)U品等。在選擇鑄型分型面時(shí) 盡量把鑄件的大部分或全部放在下型內(nèi) , 這樣可將主要的泥芯放在下型 , 便于泥芯的安放和檢驗(yàn) , 還可使上型的高度減低 , 便于合箱。 應(yīng)使鑄件的加工面及加工基準(zhǔn)面 , 放在同一個(gè)鑄型內(nèi)。 應(yīng)使鑄模容易從鑄型中取出 , 并盡量減少活塊模、高大的吊砂和彎曲的分型面等。 盡量減少泥芯的使用。這樣可以省去制造和安放泥芯的工作 , 也可減少由此造成的誤差及產(chǎn) 生的披縫 , 降低鑄件的制造成本。 鑄件的不加工表面應(yīng)盡量避免有披縫。 鑄型的分型面 , 應(yīng)盡量能與澆注位置一致。這樣可避免合箱后 , 再翻動(dòng)鑄型。因翻箱操 作 是一個(gè)很繁重的工作 , 同時(shí)在翻動(dòng)鑄型時(shí) , 可能使泥芯的位置發(fā)生移動(dòng) , 影響鑄件的精度 或造成缺陷。 17 圖 澆注分型面的選擇 綜上所述，毛坯的分型面選擇 A 面作為分型面，如圖 所示 。 三、充填、持壓和開(kāi)型時(shí)間 充填時(shí)間 自液態(tài)金屬開(kāi)始進(jìn)入型腔起到充滿型腔止，所需的時(shí)間稱為充填時(shí)間。充填時(shí)間長(zhǎng)短取決于鑄件的體積的大小和 復(fù)雜程度。對(duì)大而簡(jiǎn)單的鑄件，充填時(shí)間要相對(duì)長(zhǎng)些，對(duì)復(fù)雜和薄壁鑄件充填時(shí)間要短些。充填時(shí)間與內(nèi)澆口的截面積大小或內(nèi)澆口的寬度和厚度有密切關(guān)系，必須正確確定。 持壓和開(kāi)型時(shí)間 從液態(tài)金屬充填型腔到內(nèi)澆口完全凝固時(shí)，繼續(xù)在壓射沖頭作用下的持續(xù)時(shí)間，稱為持壓時(shí)間。持壓時(shí)間的長(zhǎng)短取決于鑄件的材質(zhì)和壁厚。 持壓后應(yīng)開(kāi)型取出鑄件。從壓射終了到壓鑄打開(kāi)的時(shí)間，稱為開(kāi)型時(shí)間，開(kāi)型時(shí)間應(yīng)控制準(zhǔn)確。開(kāi)型時(shí)間過(guò)短，由于合金強(qiáng)度尚低，可能在鑄件頂出和自壓鑄型落下時(shí)引起變形；但開(kāi)型時(shí)間太長(zhǎng)，則鑄件溫度過(guò)低，收縮大，對(duì)抽芯和頂出鑄件 的阻力亦大。一般開(kāi)型時(shí)間按鑄件壁厚 1 毫米需 3 秒鐘計(jì)算，然后經(jīng)試 驗(yàn) 調(diào)整。 四、毛坯的拔模斜度 18 為了便于取模，凡垂直于分型面的立壁，制造模樣是必須留出一定的斜度，此斜度稱為拔模斜度或起模斜度。拔模斜度一般用角度或?qū)挾缺硎?。各種鑄造方法的最小鑄造斜度選取如表 所示： 表 各種鑄造方法的最小鑄造斜度 斜度位置 鑄造方法 砂 型 金屬型 殼 型 壓 鑄 外表面 內(nèi)表面 0176。30′ 0176。30′ 0176。20′ 0176。15′ 1176。 1176。 0176。20′ 0176。30′ 因?yàn)槟ν熊嚢l(fā)動(dòng)機(jī)殼體鋁合金鑄造而 成，鋁合金熔點(diǎn)較高和收縮量大，且毛坯形狀復(fù)雜，薄壁，多筋板，加工余量很小，所以 該零件采用一種冷室壓鑄鋁合金無(wú)拔模斜度的壓鑄方法，拔模斜度為 0176。，其過(guò)程 包括以下步驟： 將金屬在附設(shè)的熔爐中熔化成熔液，熔爐內(nèi)的熔液溫度保持在 650～ 680℃ ； 于壓鑄模內(nèi)面涂布離型劑，壓鑄模由固定模與活動(dòng)模所組成，模具材質(zhì)選用SKD61 特殊合金工具鋼，模體硬度 HRC45～ 50，表面氮化處理，而硬化層深度，硬化層的硬度達(dá) HRC70； 固定模與活動(dòng)模之間即形成模穴，于模穴之其中一端設(shè)有一澆口，于固定模之外側(cè)壁 上接設(shè)一與澆口相通之柱塞料管，柱塞料管內(nèi)設(shè)置與動(dòng)力機(jī)構(gòu)連接的柱塞，柱塞料管朝向上方之周壁上并貫穿設(shè)有一料管口； 用機(jī)械 手將金屬熔液送入壓鑄模的柱塞料管的料管口內(nèi)，再以柱塞加壓將金屬溶液送入模具內(nèi)，經(jīng)由澆口進(jìn)入模穴內(nèi)；模穴的充填速度設(shè)為 ；活動(dòng)模與固定模之間間隔設(shè)有數(shù)個(gè)與模穴相通的溢流井，并于模具內(nèi)部設(shè)有環(huán)繞于鑄件之冷卻水道，在鑄件冷卻凝固的過(guò)程中以冷卻水加速冷卻，待凝固之后打開(kāi)活動(dòng)模，即可以數(shù)根穿置于活動(dòng)模之頂出銷將鑄件頂出 。 五、毛坯精度等級(jí)和加工余量選擇 由于零件的年生產(chǎn)量為 10 萬(wàn)件 /年，屬于大批量生產(chǎn)類型，切采用壓鑄方法制造，毛坯生產(chǎn)采用壓力鑄造，而壓力鑄造的尺寸精度非常高，因此確定毛坯制造精度等級(jí)為 I 級(jí)精度。 鋁合金表面加工余量的選擇 19 鑄件最大長(zhǎng)度： 151— 250mm 最大寬度： 75— 150mm 澆注時(shí)表面機(jī)械加工要求的質(zhì)量如表 所示 。 表 澆注時(shí)表面機(jī)械加工要求的質(zhì)量 (mm) ▽ 3 ▽ 4▽ 9 頂面加工余量 1 內(nèi)側(cè)加工余量 底面、外側(cè)加工余量 1 壓鑄孔尺寸的選擇 壓 鑄可以鑄造出小而深的的孔，因此加工余量盡量減小。其加工余量選擇如表 所示 （單位： mm） 表 壓鑄孔的 加工余量選擇 (mm) 壓鑄孔的加工余量 通孔直徑及螺紋孔底直徑 半徑余量 Ф6Ф10 Ф11Ф19 ≥ Ф2