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1、第第8 8章章 机械零件毛坯的选择机械零件毛坯的选择 毛坯成形方法选择的合理与否直接影响到毛坯成形方法选择的合理与否直接影响到零零件的质量、使用性能、成本和生产率；件的质量、使用性能、成本和生产率；而零件的而零件的材料选定以后，其毛坯成形方法也大致确定了。材料选定以后，其毛坯成形方法也大致确定了。8.1 8.1 机械零件毛坯选择的原则机械零件毛坯选择的原则前前提提：既既满满足足零零件件的的使使用用要要求求，又又使使零零件件在在制制造造过过 程程中中具具有有良良好好的的工工艺艺性性和和经经济济性性，以以利利于于降降 低成本和提高生产率低成本和提高生产率。v毛坯选择是毛坯选择是全面分析，认真比较，
2、各全面分析，认真比较，各 方面知识综合方面知识综合应用应用的过程的过程（1 1）适用性原则）适用性原则 全面满足零件的全面满足零件的使用要求使用要求和相关的特殊要求。和相关的特殊要求。一般机械零件，以零件及其材料的一般机械零件，以零件及其材料的力学性能力学性能为主为主。力学性能取决于力学性能取决于工作条件工作条件（受力状态、温度、接触介质）和（受力状态、温度、接触介质）和失效形式失效形式。（2 2）工艺性原则）工艺性原则 使使零件的结构、材料与所选择的毛坯成形零件的结构、材料与所选择的毛坯成形方法相适应，亦即具方法相适应，亦即具有良好的工艺性。有良好的工艺性。高速大功率内燃机曲轴高速大功率内燃
3、机曲轴一般均采用的一般均采用的合金结构钢合金结构钢锻造成形，锻造成形，功率较小功率较小可采用可采用球墨铸铁铸造球墨铸铁铸造成形或采用成形或采用中碳钢锻造中碳钢锻造成形。成形。对于对于受力不大且为圆形截面的直轴受力不大且为圆形截面的直轴，可采用，可采用圆钢下圆钢下料做为毛坯直接料做为毛坯直接经切削加工制成。经切削加工制成。形状复杂、尺寸较大的零件形状复杂、尺寸较大的零件铸造成形铸造成形：灰铸铁、球墨铸铁：灰铸铁、球墨铸铁 焊接成形焊接成形：低碳钢、低合金结构钢：低碳钢、低合金结构钢形状不太复杂、力学性能要求较高的零件形状不太复杂、力学性能要求较高的零件塑性成形塑性成形：低、中碳：低、中碳 钢及低
4、合金结构钢钢及低合金结构钢（3 3）经济性原则）经济性原则（4）兼顾现有生产条件原则兼顾现有生产条件原则 保证方便、快捷地制出高质量的产品。保证方便、快捷地制出高质量的产品。尽量利用尽量利用现有生产条件完成毛坯任务，若现有生产条件完成毛坯任务，若现有生产条件难以满足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，也可通过外外部协作或外购部协作或外购解决。解决。1)1)在满足使用要求的前提下，使制造成本尽可能降低在满足使用要求的前提下，使制造成本尽可能降低 2)2)兼顾兼顾零件的零件的各项各项制造制造成本成本 考虑到
5、考虑到材料价格、毛坯成本、切削加工费用材料价格、毛坯成本、切削加工费用和和材料损耗材料损耗等。等。单件、小批生产选投资小、加工费用低的成形方法单件、小批生产选投资小、加工费用低的成形方法：砂型铸造：砂型铸造 （手工造型）、自由锻和电条电弧焊等（手工造型）、自由锻和电条电弧焊等；成批大量生产选生产效率和制品精度高的成形方法成批大量生产选生产效率和制品精度高的成形方法：砂型铸造：砂型铸造 （机器造型）、（机器造型）、精密铸造、模锻、自动焊。精密铸造、模锻、自动焊。8.2 8.2 常用毛坯的选择常用毛坯的选择 结合考虑零件的结构，利于简化工艺和满足毛坯的质量要求结合考虑零件的结构，利于简化工艺和满足
6、毛坯的质量要求 8.2.1 常用毛坯材料的比较常用毛坯材料的比较1 1铸造合金铸造合金(1)(1)铸铁：铸铁：应用最多。有良好的耐磨性、减振性和应用最多。有良好的耐磨性、减振性和 低的缺口敏感性，且价格较低。低的缺口敏感性，且价格较低。1 1）灰铸铁）灰铸铁：铸造性能好，但焊接性差，力学性能较差；常铸造性能好，但焊接性差，力学性能较差；常用于用于制造受力较小的零件，尤其是承压件，如机座、箱体制造受力较小的零件，尤其是承压件，如机座、箱体和机床床身等和机床床身等。2 2）球墨铸铁）球墨铸铁：力学性能较好，铸造性能略低，焊接性差；力学性能较好，铸造性能略低，焊接性差；适于制造受力较大或较复杂以及承
7、受冲击的零件，如内燃适于制造受力较大或较复杂以及承受冲击的零件，如内燃机曲轴、连杆、齿轮和轧钢机轧辊等。机曲轴、连杆、齿轮和轧钢机轧辊等。3 3）可锻铸铁）可锻铸铁 力学性能较好，铸造性能及焊接性差，生产周期长；适于制造受力力学性能较好，铸造性能及焊接性差，生产周期长；适于制造受力较大或较复杂以及承受冲击的薄壁小件，如壳体、齿轮、摇臂和小较大或较复杂以及承受冲击的薄壁小件，如壳体、齿轮、摇臂和小轴等轴等 (2)(2)铸钢铸钢 综合力学性能远优于铸铁，低碳铸钢还具有良好的焊接性；综合力学性能远优于铸铁，低碳铸钢还具有良好的焊接性；适于适于制造承受重载荷、复杂载荷或冲击的零件，如曲拐、齿轮和机架等
8、制造承受重载荷、复杂载荷或冲击的零件，如曲拐、齿轮和机架等 (3)(3)铸造非铁合金铸造非铁合金 常用的有常用的有铸造铝合金铸造铝合金和和铸造铜合金铸造铜合金。强度一般不太高强度一般不太高，除铝硅合金外，除铝硅合金外，其余的铸造性能均较差，焊接，其余的铸造性能均较差，焊接性较差，价格较高。性较差，价格较高。一般均具有较好的耐磨性和耐蚀性，还有一定的耐热性，故一般均具有较好的耐磨性和耐蚀性，还有一定的耐热性，故常用常用于要求耐热、耐蚀或导热性良好的零件，如内燃机活塞、蜗轮和滑动于要求耐热、耐蚀或导热性良好的零件，如内燃机活塞、蜗轮和滑动轴承等。轴承等。2 2塑性成形用金属材料塑性成形用金属材料
9、(1)(1)低、中碳钢和低合金结构钢低、中碳钢和低合金结构钢 低碳钢塑性成形性较好，且有良好的焊接性。中碳钢综合力学性能低碳钢塑性成形性较好，且有良好的焊接性。中碳钢综合力学性能好，热成形时塑性成形性好，但焊接性较差。好，热成形时塑性成形性好，但焊接性较差。低碳钢和低碳钢和低合金结构钢低合金结构钢适于制造适于制造型材、板材及一般机械零件。型材、板材及一般机械零件。中碳钢中碳钢适于制造适于制造重要一些的机械零件如曲轴、齿轮和转轴等。重要一些的机械零件如曲轴、齿轮和转轴等。(2)(2)高碳钢和合金钢高碳钢和合金钢 强度高，塑性差，热成形时变形抗力也较大，锻造温度范围窄，强度高，塑性差，热成形时变形
10、抗力也较大，锻造温度范围窄，焊接性也差。焊接性也差。高碳钢和合金钢高碳钢和合金钢常用于制造常用于制造模具、量具、刃具、弹簧、重要的模具、量具、刃具、弹簧、重要的机器零件和耐磨、耐蚀件机器零件和耐磨、耐蚀件等。等。(3)(3)变形铝合金变形铝合金：强度中等或较低，塑性较好；大多数具有高塑性和低强度中等或较低，塑性较好；大多数具有高塑性和低的变形抗力，变形温度较低，塑性成形性好，但焊接性较的变形抗力，变形温度较低，塑性成形性好，但焊接性较差。差。变形铝合金变形铝合金适于制造适于制造承受轻载的机械零件和电气元件，承受轻载的机械零件和电气元件，如滑动轴承、齿轮、弹簧如滑动轴承、齿轮、弹簧等等 (4)4
11、)变形铜合金变形铜合金：强强度度中中等等，塑塑性性较较好好；绝绝大大多多数数塑塑性性高高，变变形形 抗抗力力较较低低，塑塑性性成成形形性性好好，但但锻锻造造温温度度范范围围窄窄，焊焊 接性较差。接性较差。变变形形铜铜合合金金适适于于制制造造机机械械零零件件、仪仪表表零零件件和和电电气气 元元件件，尤尤其其是是耐耐蚀蚀件件和和耐耐磨磨件件，如如散散热热器器管管和和片片、蜗轮、轴承和弹簧蜗轮、轴承和弹簧等。等。8.2.2 常用毛坯成形方法的比较常用毛坯成形方法的比较 铸造铸造：制造各种尺寸且形状较复杂尤其是具有复杂内腔的零制造各种尺寸且形状较复杂尤其是具有复杂内腔的零 件：件：箱体、壳体、机床床身
12、、支座箱体、壳体、机床床身、支座 锻造锻造：制造受力较大或较复杂的零件。自由锻、模锻制造受力较大或较复杂的零件。自由锻、模锻 转轴、齿轮、曲轴和叉杆转轴、齿轮、曲轴和叉杆 冲压冲压：制造质轻、壁薄而刚性好的零件及形状较复杂的壳制造质轻、壁薄而刚性好的零件及形状较复杂的壳 体：体：箱体、壳体、仪表板和容器箱体、壳体、仪表板和容器 焊接焊接：形状复杂件或大型构件的连接成形、异种材料的连形状复杂件或大型构件的连接成形、异种材料的连 接和零件的修补接和零件的修补粉末冶金粉末冶金 ：适于制造形状较复杂的中、小型零件，如适于制造形状较复杂的中、小型零件，如皮带轮皮带轮、齿轮、链轮齿轮、链轮等；也适于制造有
13、特殊性能要求的材料和零件，如等；也适于制造有特殊性能要求的材料和零件，如含油含油轴承、金刚石工具、硬质合金、活塞环轴承、金刚石工具、硬质合金、活塞环等。等。8.3 8.3 常用零件的材料和成形方法常用零件的材料和成形方法 8.3.1 轴杆类零件轴杆类零件 轻载轻载：中碳钢中碳钢（3535、4040、4545等）等）重载重载：中碳合金钢中碳合金钢（40Cr40Cr等）并调质等）并调质受较大冲击且受摩擦受较大冲击且受摩擦：渗氮钢渗氮钢（38CrMoA138CrMoA1等）并渗氮等）并渗氮 或或渗碳钢渗碳钢（20CrMnTi 20CrMnTi、20Cr 20Cr 等）并渗碳、淬火等）并渗碳、淬火曲轴
14、铸造曲轴铸造：铸钢铸钢（ZG270-500ZG270-500）或）或球墨铸铁（球墨铸铁（QT450-10QT450-10）材材料料成成形形方方法法 光轴和直径差较小的阶梯轴光轴和直径差较小的阶梯轴：圆钢圆钢作坯；作坯；重要件须锻造重要件须锻造制坯制坯 直径差较大的阶梯轴直径差较大的阶梯轴：锻造锻造制坯制坯异形截面轴和曲轴异形截面轴和曲轴：锻造或铸造锻造或铸造制坯制坯 锻锻-焊、铸焊、铸-焊等组合工艺制造毛坯焊等组合工艺制造毛坯异种材料的连接、形状复杂件的成形异种材料的连接、形状复杂件的成形 图图8-2 零件的锻零件的锻-焊复合结构焊复合结构a）排气阀）排气阀 b）复杂连杆）复杂连杆1、2焊缝焊
15、缝 耐热钢阀头耐热钢阀头8.3.2 盘套类零件盘套类零件 1 1、齿轮、齿轮低速、轻载齿轮低速、轻载齿轮：材料：材料：4545、50Mn50Mn2 2、40Cr40Cr钢，钢，成形方法：圆钢下料、自由锻、模锻。成形方法：圆钢下料、自由锻、模锻。要求不高时：要求不高时：灰铸铁、球墨铸铁；铸造成形。灰铸铁、球墨铸铁；铸造成形。高速、重载齿轮高速、重载齿轮：材料：材料：18CrMnTi18CrMnTi、20CrMo20CrMo钢且齿部渗碳、淬火；钢且齿部渗碳、淬火；38CrMoAl38CrMoAl等渗氮钢制造且齿部经渗氮处理；等渗氮钢制造且齿部经渗氮处理；成形方法：自由锻、模锻成形方法：自由锻、模锻
16、直径直径500mm500mm以上的大型齿轮：以上的大型齿轮：材料：中碳钢、铸钢、球墨铸铁、灰铸铁材料：中碳钢、铸钢、球墨铸铁、灰铸铁 成形方法：自由锻、铸造和焊接等成形方法：自由锻、铸造和焊接等钟表齿轮：钟表齿轮：低碳钢、不锈钢等；板料冲压低碳钢、不锈钢等；板料冲压2 2、模具、模具 热锻模热锻模：5CrMnMo5CrMnMo、5CrNiMo5CrNiMo等合金钢制造并经淬等合金钢制造并经淬 火和高温回火。火和高温回火。冷冲模冷冲模：Cr12Cr12、Cr12MoVCr12MoV等合金工具钢经淬等合金工具钢经淬 火和低温回火。火和低温回火。成形方法成形方法：锻造：锻造 3 3、带轮、飞轮、带轮
17、、飞轮 材料：灰铸铁、球墨铸铁材料：灰铸铁、球墨铸铁 成形方法：铸造成形成形方法：铸造成形or or 材料：材料：Q215Q215、Q235Q235等低碳钢型材等低碳钢型材 成形方法：焊接成形成形方法：焊接成形 8.3.3 箱体、支架类零件箱体、支架类零件 结构较为复杂，通常有不规则的外形和内腔，壁厚也不均匀结构较为复杂，通常有不规则的外形和内腔，壁厚也不均匀 1 1、一般基础件、一般基础件 主要起主要起支承作用支承作用，抗拉强度和塑性、韧性要求不高，但应，抗拉强度和塑性、韧性要求不高，但应有有较好的刚度和减振性较好的刚度和减振性，有时还需要有，有时还需要有较好的耐磨性较好的耐磨性。通常采用灰
18、铸铁（如通常采用灰铸铁（如HT150HT150、HT200HT200等）铸造成形等）铸造成形 2 2、受力复杂件、受力复杂件 要求有要求有较高的综合力学性能：铸钢较高的综合力学性能：铸钢（ZG200ZG200400400）；）；铸造成形铸造成形；为简化工艺：铸为简化工艺：铸-焊、铸焊、铸-螺纹；连接结构螺纹；连接结构。单件、小批生产时：型钢；焊接结构单件、小批生产时：型钢；焊接结构航空发动机的缸体、缸盖和曲轴箱：航空发动机的缸体、缸盖和曲轴箱：铝合金（如铝合金（如ZL105ZL105、ZL105AZL105A等）；铸造成形等）；铸造成形 8.3.4 机械零件毛坯选择的示例机械零件毛坯选择的示例
19、 图示为齿轮减速器，传递功率图示为齿轮减速器，传递功率4kW4kW，试对其主要零件进行毛坯选择。，试对其主要零件进行毛坯选择。1-1-箱体箱体 2-2-齿轮齿轮 3-3-轴轴 4-4-箱盖箱盖 5-5-孔盖孔盖 6-6-螺栓螺栓 7-7-档油盘档油盘 8-8-齿轮轴齿轮轴 9-9-螺母螺母 10-10-轴承轴承 11-11-端盖端盖 1 1、箱体和箱盖、箱体和箱盖：灰铸铁铸造成形灰铸铁铸造成形 或或结构钢型材和板料焊接成形结构钢型材和板料焊接成形2 2、齿轮和轴、齿轮和轴：中碳钢（如：中碳钢（如4545钢），钢），单件小批生产：单件小批生产：自由锻、胎模锻等成形，自由锻、胎模锻等成形，大批生产：大批生产：模锻成形模锻成形 3 3、滚动轴承、滚动轴承：内、外套圈：内、外套圈：轴承钢轴承钢（如（如GCr15GCr15钢），经钢），经辗环轧制辗环轧制成形。成形。滚珠：滚珠：轴承钢轴承钢，经，经螺旋斜轧螺旋斜轧制成。制成。保持架：采用保持架：采用低碳钢低碳钢（如（如0808钢）钢）薄板经冲压薄板经冲压成形。成形。4 4、螺栓和螺母、螺栓和螺母：螺栓与螺母：螺栓与螺母：碳素结构钢碳素结构钢（如（如Q235Q235）经经镦锻镦锻或或挤压挤压成形，成形，螺纹：螺纹：搓丝搓丝或或攻螺纹攻螺纹