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1、第第8章章 机械零件毛坯的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零件零件的质量、使用性能、成本和生产率；的质量、使用性能、成本和生产率；而零件的材料选定以后，其毛坯成形方法也大致确定了。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 所以，毛坯的选择是一个所以，毛坯的选择是一个全面分析，认真比较，全面分析，认真比较，各方面知识综合各方面知识综合应用的过程。应用的过程。（
2、1 1）适用性原则）适用性原则 全面满足零件的满足零件的使用要求使用要求和相关的特殊要求。一般机械零件，以零件及其材料的力学性能为主。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）和失效形式失效形式。（2 2）工艺性原则）工艺性原则 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，亦即具有良好的工艺性。高速大功率内燃机曲轴高速大功率内燃机曲轴一般均采用的合金结构钢合金结构钢锻造成形，功率较小功率较小可采用球墨铸铁铸造球墨铸铁铸造成形或采用中碳钢锻造中碳钢锻造成形。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，可采用圆钢圆钢下料做为毛坯直
3、接经切削加工制成。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 焊接成形焊接成形：如低碳钢、低合金结构钢形状不太复杂、力学性能要求较高的零件塑性成形塑性成形：低、中碳 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现有生产条件难以满足要求满足要求时，则应考虑改变时，则应考虑改变零件材料和（或）毛坯成形方法零件材料和（或）毛坯成形方法，也可通过也可通过外部协作或外购外部协作或外购
4、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 考虑到考虑到材料价格材料价格、毛坯成本毛坯成本、切削加工费用切削加工费用和和材料损耗材料损耗等。等。单件、小批生产的投资小、加工费用低单件、小批生产的投资小、加工费用低：砂型铸造（手工造：砂型铸造（手工造 型）、自由锻和电条电弧焊等；型）、自由锻和电条电弧焊等；成批大量生产生产效率和制品精度高成批大量生产生产效率和制品精度高：砂型铸造（机器造型）、：砂型铸造（机器造型）、精密铸造、模锻、自动焊。精密铸造、模锻、自动焊。8.2 常用毛
5、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 8.2.1 常用毛坯材料的比较1铸造合金铸造合金(1)铸铁：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。1）灰铸铁：铸造性能好，但焊接性差，力学性能较差；常用于制造受力较小的零件，尤其是承压件，如机座、制造受力较小的零件，尤其是承压件，如机座、箱体和机床床身等箱体和机床床身等。2）球墨铸铁：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受冲击的零件，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。如内燃机曲轴、连杆、齿轮和轧钢机轧辊等。3）
6、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、摇臂和小轴等轮、摇臂和小轴等 (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；适于制造承受重载荷、复杂载荷或冲击的零件，如曲拐、适于制造承受重载荷、复杂载荷或冲击的零件，如曲拐、齿轮和机架等齿轮和机架等 (3)(3)铸造非铁合金铸造非铁合金 常用的有铸造铝合金和铸造铜合金。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
7、定的耐热性，故常用于要求耐热、耐蚀或导热性良好的零件，如内燃机活塞、常用于要求耐热、耐蚀或导热性良好的零件，如内燃机活塞、蜗轮和滑动轴承等。蜗轮和滑动轴承等。2塑性成形用金属材料塑性成形用金属材料(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好，热成形时塑性成形性好，但焊接性较差。低碳钢低碳钢适于制造型材、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重要一些的机械零件如曲轴、齿重要一些的机械零件如曲轴、齿 轮和转轴等。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
8、力也较大，锻造温度范围窄，焊接性也差。高碳钢和合金钢高碳钢和合金钢常用于制造模具、量具、刃具、模具、量具、刃具、弹簧、重要的机器零件和耐磨、耐蚀件弹簧、重要的机器零件和耐磨、耐蚀件等。(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的变形抗力，变形温度较低，塑性成形性好，但焊接性较差。变形铝合金变形铝合金适于制造承受轻载的机械零件和电气承受轻载的机械零件和电气元件，如滑动轴承、齿轮、弹簧元件，如滑动轴承、齿轮、弹簧等(4)(4)变形铜合金变形铜合金：强度中等，塑性较好；绝大多数塑性高，变形 抗力较低，塑性成形性好，但锻造温度范围窄，焊 接性较差。变变形形铜铜合合
9、金金适于制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。8.2.2 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 件：箱体、壳体、机床床身、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。转轴、齿轮、曲轴和转轴、齿轮、曲轴和 叉杆叉杆 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 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 接和零件的修补：粉
10、末冶金粉末冶金：适于制造形状较复杂的中、小型零件，如皮带皮带轮、齿轮、链轮轮、齿轮、链轮等；也适于制造有特殊性能要求的材料和零件，如含油轴承、金刚石工具、硬质合金、活塞环含油轴承、金刚石工具、硬质合金、活塞环等。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 轻载时轻载时：用中碳钢中碳钢（如35、40、45等）重载时重载时：用中碳合金钢中碳合金钢（如40Cr等）并经调质处理。受较大冲击且受摩擦时受较大冲击且受摩擦时：用渗氮钢渗氮钢（38CrMoA1等）制造并经渗氮处理。或用渗碳钢渗碳钢（如20CrMnTi、20Cr 等）制造并经渗碳、淬火处理。曲轴铸造时曲轴铸
11、造时：可采用铸钢铸钢（如ZG270500等）或球球 墨铸铁墨铸铁（如QT45010等）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：直接以圆钢圆钢作为毛坯；重要件须锻造重要件须锻造制坯。直径差较大的阶梯轴直径差较大的阶梯轴：一般采用锻造锻造制坯异形截面轴和曲轴异形截面轴和曲轴：采用锻造或铸造锻造或铸造制坯 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：45、50Mn2、40Cr钢，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。高速、重载齿轮高速、重载齿轮：材料：18CrMnTi、20
12、CrMo钢且齿部经渗碳、淬 火处理；38CrMoAl等渗氮钢制造且齿部经渗氮处理；成形方法：自由锻、模锻直径直径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 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2 2、模具、模具：热锻模：热锻模：5CrMnMo、5CrNiMo等合金钢制造并经淬 火和中温回火处理。冷冲模：冷冲模：Cr12、Cr12MoV等合金工具钢制造经淬 火和低温回火处理。模具的成形方法成形方法通常采用锻造锻造 3 3、带轮、飞轮、带轮、飞轮 材料：灰铸铁、球墨铸铁 成形方法：铸造成形or 材料：Q215、Q
13、235等低碳钢型材 成形方法：焊接成形 8.3.3 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 1 1、一般基础件、一般基础件 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，有时还需要有较好的耐磨性较好的耐磨性。通常采用灰铸铁（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较高的综合力学性能：铸钢铸钢（ZG200ZG200400400）；）；铸造成形铸造成形；为简化工艺为简化工艺：铸铸-焊、铸焊、铸-螺纹；连接结
14、构螺纹；连接结构。单件、小批生产时单件、小批生产时：型钢；焊接结构型钢；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 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-
15、轴承轴承 11-11-端盖端盖 1、箱体和箱盖：灰铸铁铸造成形灰铸铁铸造成形 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、齿轮和轴：中碳钢（如：中碳钢（如4545钢），钢），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：模锻成形模锻成形 3、滚动轴承：内、外套圈：轴承钢轴承钢（如GCr15钢），经辗环轧制辗环轧制制成。滚珠：轴承钢轴承钢，经螺旋斜轧螺旋斜轧制成。保持架：采用低碳钢低碳钢（如08钢）薄板经冲压薄板经冲压成形。4、螺栓和螺母：螺栓与螺母：碳素结构钢碳素结构钢（如Q235）经镦锻镦锻或挤压挤压成形，螺纹：搓丝搓丝或攻丝攻丝第第9章章 表面工程技术表面工
16、程技术 通过物理、化学或机械的方法，使材料及其制品的表面获得所要求的化学成分和组织结构，从而改善和提高材料表面性能的应用科学。可提高金属材料的耐蚀性、抗高温氧化性能、耐磨、减摩、润滑及抗疲劳等性能，延长产品的使用寿命或使制品表面获得特殊功能；可赋予制品表面各种色彩、图案，以改善外观；可修复磨损或腐蚀损坏的零件或加工超差的制品 9.1 电镀 可改善制品的外观，提高材料的力学性能、耐蚀性、耐磨性及获得某些特殊功能 装饰性电镀：可分为铜镀层、镍镀层和组合镀层等。组合镀层具有优良的装饰和防护性能防 护 性 电 镀：常 用 的 如 锌 镀 层、镉 镀 层 等。锌镀层美观，装饰性好，且具有良好的机械 保护
17、和电化学保护性能功能性电镀：耐磨镀层:镀层硬度较高 润滑镀层：良好的保油性和磨合性 电气特性镀层和光学特性镀层：提高导电性镀铜、银、金 提高磁性镀钴磷、镍钴，提高光学性能镀金、银、镍铬等 刷镀:特殊的无需浸泡局部逐渐电镀方法(1)刷镀的工艺过程：(2)刷镀的工艺特点及应用：不需镀槽，电流密度高，生产效率高，局部磨损可进行不拆卸修复；镀后一般无需切削加工；镀层厚度范围宽可获得耐磨、耐蚀等特殊功能；对环境污染小。刷镀在零件制造和维修中应用十分广泛，适用于碳钢、铝合金、不锈钢、高熔点合金等零件的局部修复 9.2 化学镀 在经活化处理的基体表面上，镀液中的金属离子被催化还原形成金属镀层的过程 1化学镀
18、镍：镀层为Ni-P或Ni-B等合金；耐蚀性、耐药品性、抗高温氧化性和软钎焊性能好 应用于耐磨件、耐蚀件或电子元件、线路板等 2化学镀铜：镀层一般很薄，导电性优良。主要用于非导体材料的金属化处理，如塑料制 品表面的金属化和印刷电路板无需外加电源，可形成均匀、致密的镀层，并获得耐蚀、耐磨等特殊性能。但镀液使用寿命短，废水排放量大，易污染环境，且镀覆速度较慢，成本较高。9.3 热喷涂 将熔融状态的喷涂材料，通过高速气流使其雾化喷射在零件表面上，形成喷涂层的金属表面加工方法 1电弧喷涂：电弧喷涂温度高，喷速高，涂层与基体结合强度较高，有较高的生产效率和较低的生产成本。常用于钢铁构件的修复、表面强化、防
19、蚀等，特别适用于厚涂层及大面积喷涂 2火焰喷涂：喷涂材料可采用线材或金属粉末，喷涂温度较低，喷速亦较低，故结合强度较低。先进的超音速火焰粉末喷涂的焰流速度高达2000m/s，涂层致密，结合强度高。火焰喷涂可制备金属、合金、陶瓷、金属陶瓷、塑料等涂层，适用于钢铁构件防蚀和表面强化、修复等。3等离子喷涂:弧温高达1000020000，焰流速度高（可达 200m/s），涂层致密，结合强度高。可喷涂金属、陶瓷、碳化物及其混合材料，特 别适用于制备热障涂层。9.4 表面合金化 将一种或几种元素渗入基体金属，改变其表层成分和组织，并提高耐磨、减摩、耐蚀或抗氧化性能的方法 1气相沉积(1)化学气相沉积（CV
20、D）：(2)物理气相沉积（PVD）：包括蒸镀、离子镀、溅射沉积等 2高能射束法（1）离子注入：用于刀具、模具、轴承和齿轮等的表面处理。（2）激光表面合金化：用于汽轮机叶片、发动机缸套和高速刀具等（3）激光熔覆：用于钢、铸铁零件的耐磨、耐蚀覆层，如阀座、排尘风机叶片及工具磨损表面的修复等。9.5 化学转化膜 金属表层参与化学或电化学反应形成的附着良好的反应产物膜层 1发蓝处理:对零件精度和表面粗糙度无明显影响，广泛用于机械零件、电子元件、仪器零件和兵器等的表面处理。2磷化处理：可分为厚膜磷化和薄膜磷化。可得到不同成分、厚度、结构和颜色的膜层，工艺简便。广泛用于钢铁零件油漆底层、动配合件、变压器芯
21、片绝缘等 3阳极氧化：膜层薄（几微米几百微米）而多孔，有良好的吸附能力，复杂形状件难以得到完整膜层。适用于铝合金件的防护、装饰和抗磨损 9.6 9.6 表面工程技术的发展趋势表面工程技术的发展趋势1计算机技术的应用 运用计算机控制的表面处理自动化技术。人工智能技术的应用发展迅速；智能热喷涂和喷焊设备已用于形状复杂的工件，可自动跟踪作业过程，精确控制工艺参数.2新工艺、新技术的开发和应用 高性能合金镀层、组合镀层、非晶态覆层正得到进一步开发。超音速火焰喷涂、爆炸喷涂等新工艺已用于喷涂陶瓷、难熔金属及碳化物等 3表面工程技术的复合 电镀-电泳涂装;渗金属夹嵌陶瓷、沉积钴铬铝铱系合金等工艺;热喷涂与
22、激光熔覆的复合、表面强化与固体润滑层的复合、电镀与渗金属的复合等 第第10章章 环境保护环境保护10.1 环境和环境问题 1环境:指组织运行活动的外部存在，包括空气、水、土地、自然资源、植物、动物、人，以及它们之间的相互关系。2环境问题:(1)生态资源破坏：人类活动直接作用于自然生态系统使其生产能力显著减少和结构明显改变而引起的环境问题(2)环境污染:有害物质或因子进入环境并在环境中扩散、迁移、转化，使环境系统的结构与功能发生变化，对人类及其它生物的生存和发展产生不利影响的现象。10.2 可持续发展与清洁生产 10.2.1 可持续发展与清洁生产 1生态可持续性发展 在不耗竭资源、破坏生态和污染
23、环境的情况下追求发展，保持人类和自然相和谐。2经济可持续性发展 力求降低资源消耗，减少废物，提高效益，实施清洁生产和文明消费。3社会可持续性发展 既要体现当代人在自然资源和物质财富上分配的公平，也要体现当代人与后代人之间的公平；当代人在考虑自己发展的同时，要给后代人的发展留有余地 10.2.2 清洁生产1清洁的生产过程原材料的有效使用和替代：降低原料毒性或降低其使用量 改革工艺和设备：简化工艺流程、优化工艺参数、开发新工 艺和新设备 改进操作和加强管理：改进物料贮存方法和加强物料管理、产品改革替代：产品报废的回用和再生、开发无害产品 生产系统内部循环利用：将回收的废物分解处理成原料复用 于生产
24、流程中等 2清洁的产品(1)原料的选取：应少用短缺的原材料，多用废物或再循环物料；尽量少用或不用有毒的原料；(2)生产制造：减少加工工序，简化工艺流程；谋求生产过程的废物最少化等 (3)使用消费：使用消费过程中应尽量减少资源消耗和污染物的排放。(4)报废处理：产品报废后应易于回收、复用或 易于分解、降解且分散其在环境中的废物组分。v清洁生产的概念不仅含有技术上可行性，还包括经济上的可盈利性，体现了经济效益、环境效益和社会效益的统一 10.3 材料成形中环境污染的防治材料成形中环境污染的防治 10.3.1 废气和烟尘（粉尘）污染的防治技术 采用污染较小的熔炉和加热炉 采用先进的工艺方法 水力消尘
25、 通风排尘 气态污染物治理 10.3.2 废水、废液污染的防治技术 改进工艺 对废水进行处理 物理法：筛滤、沉淀、气浮等 化学法 混凝法 中和法 氧化还原法 10.3.3 固体废物污染的防治技术 包括改进工艺方法、回收利用、减量化、土地掩埋处置等 10.3.4 振动污染的防治技术 设备减振 基础防振 自身消振 改进工艺方法 10.3.5 噪声污染防治技术1采用低噪声设备：以压力机取代锻锤；在设备基础中设置弹性元件以及气动设备和发动机配备消音器等。2改进工艺方法：用无需紧实的自硬砂型代替粘土型；锻锤上锻造时避免空击及低于终锻温度锻打等。3隔离降噪或吸声降噪：对噪声车间和噪声设备实行隔离（隔离罩、隔离墙等）；气体动力管道敷设于地沟中或涂覆阻尼材料，车间内设置吸声天棚和吸声墙板等。本章小结l机械零件毛坯选择应遵循哪些原则？l常用的毛坯成形方法有哪些类型？各有何特点 及应用？l各类轴采用材料和成形方法？l各类齿轮采用材料和成形方法？