機械零件毛坯的選擇

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,機械制造基礎(chǔ),,第,5,章 機械零件毛坯的選擇,,5.1,毛坯選擇的原則,,,5.1.1,滿足材料的工藝性能要求,,,零件材料的選擇與毛坯的選擇關(guān)系密切，零件材料的工藝性能直接影響著毛坯生產(chǎn)方法的選擇。按加工工藝方法的不同，金屬材料可分為鑄造合金和壓力加工合金兩大類。,,,各種材料與毛坯生產(chǎn)方法的關(guān)系表,,,,5.1.2,滿足零件的使用要求,,,機械產(chǎn)品都是由若干零件組成的，保證零件的使用要求是保證產(chǎn)品使用要求的基礎(chǔ)。因此，毛坯選擇首先必須保證滿足零件的使用性能要求。,,零件的使用要求主要包

2、括：,,零件的工作條件（通常指零件的受力情況、工作環(huán)境和接觸介質(zhì)等）,,零件結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的要求,,零件性能的要求。,,（,1,）結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的要求,,機械零件由于使用功能的不同,,,其結(jié)構(gòu)形狀和尺寸往往差異較大,,,各種毛坯制造方法對零件結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的適應(yīng)能力也不相同。所以，選擇毛坯時，應(yīng)認(rèn)真分析零件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸特點，選擇與之相適應(yīng)的毛坯制造方法。,,對于結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的中小型零件,,,應(yīng)選擇鑄件毛坯?？蛇x擇砂型鑄造、金屬型鑄造或熔模鑄造等；,,對于結(jié)構(gòu)形狀很復(fù)雜且輪廓尺寸不大的零件，宜選擇熔模鑄造。,,對于結(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)雜，且抗沖擊能力、抗疲勞強度要求較高的中小型零件，宜選擇模鍛件毛

3、坯；,,對于那些結(jié)構(gòu)形狀相當(dāng)復(fù)雜且輪廓尺寸又較大的大型零件，宜選擇組合毛坯。,,,（,2,）力學(xué)性能的要求,,對于力學(xué)性能要求較高，特別是工作時要承受沖擊和交變載荷的零件，為了提高抗沖擊和抗疲勞破壞的能力，一般應(yīng)選擇鍛造毛坯，如機床、汽車的傳動軸和齒輪等；,,對于由于其它方面原因需采用鑄件，但又要求零件的金相組織致密、承載能力較強的零件，應(yīng)選擇相應(yīng)的能滿足要求的鑄造方法，如壓力鑄造、金屬型鑄造和離心鑄造等。,,（,3,）表面質(zhì)量的要求,,,為降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)代機械產(chǎn)品上的某些非配合表面有盡量不加工的趨勢，即實現(xiàn)少、無切屑加工。,,對于尺寸較小的非鐵金屬件，宜選擇金屬型鑄造、壓力鑄造或精密模鍛；

4、,,對于尺寸較小的鋼鐵件，則宜選擇熔模鑄造（鑄鋼件）或精密模鍛（結(jié)構(gòu)鋼件）。,,（,4,）其它方面的要求,,,對于具有某些特殊要求的零件，必須結(jié)合毛坯材料和生產(chǎn)方法來滿足這些要求。,,如果零件選材為鋼材，則宜選擇型材（如液壓油缸常采用無縫鋼管）；,,如果零件選材為鑄鐵，則宜選擇離心鑄造（如內(nèi)燃機的汽缸套，其材料為,QT600,－,2,，毛坯即為離心鑄造鑄件）；,,對于在自動機床上進(jìn)行加工的中小型零件，由于要求毛坯精度較高，故宜采用冷拉型材（如微型軸承的內(nèi)、外圈是在自動車床上加工的，其毛坯采用冷拉圓鋼）。,,5.1.3,滿足降低生產(chǎn)成本的要求,,,要降低毛坯的生產(chǎn)成本，在選擇毛坯時，必須認(rèn)真分析

5、零件的使用要求及所用材料的價格、結(jié)構(gòu)工藝性、生產(chǎn)批量的大小等各方面情況。首先，應(yīng)根據(jù)零件的選材和使用要求確定毛坯的類別，再根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小和毛坯生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)工藝性及生產(chǎn)批量大小確定具體的制造方法，必要時還可按有關(guān)程序?qū)υO(shè)計提出修改意見，以利于降低毛坯生產(chǎn)成本。,,（,1,）生產(chǎn)批量較小時的毛坯選擇,,,,生產(chǎn)批量較小時，毛坯生產(chǎn)的生產(chǎn)率不是主要問題，材料利用率的矛盾也不太突出，這時應(yīng)主要考慮的總是是減少設(shè)備、模具等方面的投資，即使用價格比校便宜的設(shè)備和模具，以降低生產(chǎn)成本。如使用型材、砂型鑄造件、自由鍛件、胎模鍛件、焊接結(jié)構(gòu)件等作為毛坯。,,（,2,）生產(chǎn)批量較大時的毛坯選擇,,,

6、生產(chǎn)批量較大時，提高生產(chǎn)率和材料的利用率，降低廢品率，對降低毛坯的單件生產(chǎn)成本將具有明顯的經(jīng)濟意義。因此，應(yīng)采用比較先進(jìn)的毛坯制造方法來生產(chǎn)毛坯。盡管此時的設(shè)備造價昂貴、投資費用高，但分?jǐn)偟絾蝹€毛坯上的成本是較低的，并由于工時消耗、材料消耗及后續(xù)加工費用的減少和毛坯廢品率的降低，從而有效地降低毛坯生產(chǎn)成本。,,5.1.4,符合生產(chǎn)條件,,,為兼顧零件的使用要求和生產(chǎn)成本兩方面的原則，在選擇毛坯時還必須與本企業(yè)的具體生產(chǎn)條件相結(jié)合。當(dāng)對外訂貨的價格低于本企業(yè)生產(chǎn)成本，且又能滿足交貨期要求時，應(yīng)當(dāng)向外訂貨，以降低成本。,,,,此外,還要認(rèn)真分析以下三方面的情況：,,當(dāng)代毛坯生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù)與發(fā)展趨勢

7、，在不脫離我國國情及本廠實際的前提下，盡量采用比較先進(jìn)的毛坯生產(chǎn)技術(shù)；,,產(chǎn)品的使用性能和成本方面對毛坯生產(chǎn)的要求；,,本廠現(xiàn)有毛坯生產(chǎn)能力狀況，包括生產(chǎn)設(shè)備、技術(shù)力量（含工程技術(shù)人員和技術(shù)工人）、廠房等方面的情況。,,,,總之，毛坯選擇應(yīng)在保證毛坯質(zhì)量的前提下，力求選用高效、低成本、制造周期短的毛坯生產(chǎn)方法。選擇毛坯制造方法的考慮因素見圖所示。,,毛坯制造方法的選擇,,,,5.2,典型零件的選材及工藝路線,,5.2.1,軸桿類零件的毛坯選擇,,軸桿類零件是機械產(chǎn)品中支承傳動件、承受載荷、傳遞扭矩和動力的常見典型零件，其結(jié)構(gòu)特征是軸向（縱向）尺寸遠(yuǎn)大于徑向（橫向）尺寸，包括各種傳動軸、機床主軸

8、、絲杠、光杠、曲軸、偏心軸、凸輪軸、齒輪軸、連桿、搖臂、螺栓、銷子等，如圖所示。,,（,1,）軸桿類零件的毛坯,,軸類零件最常用的毛坯是型材和鍛件，對于某些大型的、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的軸也可用鑄件或焊接結(jié)構(gòu)件。,,對于光滑的或有階梯但直徑相差不大的一般軸，常用型材（即熱軋或冷拉圓鋼）作為毛坯。,,對于直徑相差較大的階梯軸或要承受沖擊載荷和交變應(yīng)力的重要軸，均采用鍛件作為毛坯。當(dāng)生產(chǎn)批量較小時，應(yīng)采用自由鍛件；當(dāng)生產(chǎn)批量較大時，應(yīng)采用模鍛件。,,對于結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的大型軸類零件，其毛坯可采用砂型鑄造件、焊接結(jié)構(gòu)件或鑄一焊結(jié)構(gòu)毛坯。,,（,2,）軸桿類零件的材料,,,常用軸類材料有：,,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，如

9、,35,鋼、,40,鋼、,45,鋼、,65Mn,鋼等，其中用的最多的是,45,鋼；,,合金鋼，如,20Cr,、,40Cr,、,40CrNi,、,20CrMnTi,、,40MnB,等；,,碳素結(jié)構(gòu)鋼，如,Q235,、,Q275,等。,,除了上述碳鋼和合金鋼外，近年來越來越多地采用球墨鑄鐵和高強度灰鑄鐵作為軸的材料，尤其是曲軸的材料。,,（,3,）應(yīng)用舉例,1,）減速器傳動軸，工作載荷基本平衡，材料,45,鋼，小批量生產(chǎn)。由于該軸工作時不承受沖擊載荷，工作性質(zhì)一般，且各階梯軸徑相差不大，因此，可選用熱軋圓鋼作為毛坯。下料尺寸為,Ф45㎜×220㎜,。,減速器傳動軸軸的加工路線為：,熱軋棒料下料一粗

10、加工一調(diào)質(zhì)處理一半精加工一磨削,,,,2,）磨床砂輪主軸“生產(chǎn)批量中等。砂輪主軸主要用于傳遞動力。該零件精度要求高，工作中將承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊等載荷，要求具有較高的強度。選擇,65Mn,，,采用模鍛件。,砂輪主軸的加工路線為：,下料－鍛造－退火－粗加工－調(diào)質(zhì)處理－精加工－表面淬火－,,粗磨－低溫人工時效－精磨,,,,退火的目的是消除鍛造應(yīng)力及組織不均勻性，降低硬度，改善加工性。,,調(diào)質(zhì)處理是為了提高主軸的綜合性能，以滿足心部的強度要求，同時在表面淬火時能獲得均勻的硬化層。圖,11.3.3,磨床主軸簡圖,,表面淬火是為了使軸頸和外圓錐部分獲得高硬度，提高耐磨性。,,人工時效的作用是進(jìn)一步穩(wěn)定淬

11、硬層組織和消除磨削應(yīng)力，以減少主軸的變形。,,5.2.2,盤套類零件的毛坯選擇,,,盤套類零件是指直徑尺寸較大而長度尺寸相對較小的回轉(zhuǎn)體零件（一般長度與直徑之比小于,1,）。,屬于這類零件的有各種齒輪、帶輪、飛輪、聯(lián)軸節(jié)、套環(huán)、軸承環(huán)、端蓋及螺母、墊圈等。盤類零件由于其用途不同，所用的材料也不相同，毛坯生產(chǎn)方法也較多。如圖所示。,,,（,1,）帶輪的毛坯選擇,,,,帶輪是通過中間撓性件（各種帶）來傳遞運動和動力的，一般載荷比較平穩(wěn)。,,對于中小帶輪多采用,HT150,制造，故其毛坯一般采用砂型鑄造，生產(chǎn)批量較小時用手工造型；生產(chǎn)批量較大時可采用機器造型；,,對于結(jié)構(gòu)尺寸很大的帶輪，為減輕重量可

12、采用鋼板焊接毛坯。,,（,2,）鏈輪的毛坯選擇,,,鏈輪是通過鏈條作為中間撓性件來傳遞動力和運動的，其工作過程中的載荷有一定的沖擊，且鏈齒的磨損較快。鏈輪的材料大多使用鋼材，最常用的毛坯為鍛件。,,單件小批生產(chǎn)時，采用自由鍛造；,,生產(chǎn)批量較大時使用模鍛；,,對于新產(chǎn)品試制或修配件，亦可使用型材；,,對于齒數(shù)大于,50,的從動鏈輪也可采用強度高于,HT150,的鑄鐵，其毛坯可采用砂型鑄造，造型方法視生產(chǎn)批量決定。,,（,3,）圓柱齒輪的毛坯選擇,,齒輪的毛坯選擇取決于齒輪的選材、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、使用條件及生產(chǎn)批量等因素。,,對于鋼制齒輪，如果尺寸較小且性能要求不高，可直接采用熱軋捧料，除此

13、之外，一般都采用鍛造毛坯。,,生產(chǎn)批量較小或尺寸較大的齒輪采用自由鍛造；,,生產(chǎn)批量較大的中小尺寸的齒輪采用模鍛。,,對于直徑比較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的不便于鍛造的齒輪，采用鑄鋼毛坯或焊接組合毛坯。,,（,4,）應(yīng)用舉例,1,）機床齒輪的選材 一般來說，機床齒輪載荷不大，運動平穩(wěn)，工作條件好，故對齒輪的耐磨性及沖擊韌度要求不高，一般可選用中碳鋼制造。為了提高淬透性也可選用中碳合金鋼，經(jīng)高頻淬火，基本上能滿足機床工作條件。,圖為,C620,－,1,車床主軸箱中,Ⅲ,軸上的三聯(lián)滑動齒輪簡圖，該齒輪承受載荷不大，運動也較平穩(wěn)，所以可選用中碳鋼來制造。但考慮到整個齒輪較厚，采用中碳鋼難以淬透，于是選用中

14、碳合金鋼更好，如,40Cr,并經(jīng)高頻表面淬火。其加工工藝路線為：,下料－鍛造－正火－粗加工－調(diào)質(zhì)－,,半精加工－齒輪高頻淬火及回火－精磨,,正火處理對鍛造齒輪毛坯是必須的熱處理工序，它可消除鍛造壓力，均勻組織，改善切削加工性。對于一般齒輪，正火也可作為高頻淬火前的最后熱處理工序。,,調(diào)質(zhì)處理可以使齒輪獲得較高的綜合力學(xué)性能，齒輪可承受較大的彎曲應(yīng)力和沖擊力，并可減少淬火變形。,,高頻淬火及低溫回火提高了齒輪表面硬度和耐磨性，并且使齒輪表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，提高了抗疲勞破壞的能力。低溫回火可消除淬火應(yīng)力，對防止產(chǎn)生磨削裂紋和提高抗沖擊能力是有利的。,,2,）載重汽車的變速齒輪的選材 汽車變速箱中的齒

15、輪主要用來調(diào)節(jié)發(fā)動機曲軸和主軸凸輪的轉(zhuǎn)速比，以改變汽車運行速度，其工作較為繁重，因此在疲勞極限、耐磨性以及抗沖擊作用等性能方面均比機床齒輪要求高。因此，變速齒輪的材料大多選用合金滲碳鋼。,圖為解放牌汽車變速齒輪，采用,20CrMnTi,鋼，有較高的力學(xué)性能，經(jīng)滲碳淬火處理及低溫回火后表面硬度為,58,～,62HRC,，心部硬度為,30,～,45HRC,，這種鋼還具有良好的工藝性能，這對大量生產(chǎn)來說極為重要。,20CrMnTi,鋼經(jīng)鍛造及正火后，其切削加工性尚可，同時熱處理工藝性也較好，如良好的淬透性、過熱傾向小、滲碳速度快及淬火變形小等。,具體加工工藝路線如下：,下料－模鍛－正火－機械粗、半精

16、加工,(,內(nèi)孔及端面留磨量,),－,,滲碳,(,孔防滲,),淬火－低溫回火－噴丸－校正花鍵孔－珩,(,或磨,),齒,,正火是為了均勻和細(xì)化組織，消除鍛造應(yīng)力，獲得較好的切削加工性。,,滲碳、淬火及低溫回火是為了使齒面具有高硬度及耐磨性，而心部可得到低碳馬氏體組織，有高的強度和足夠的韌性。,,噴丸處理是一種強化手段，可使零件滲碳表層的壓應(yīng)力進(jìn)一步增大，有利于提高疲勞強度，同時也可清除氧化皮。,,5.2.3,箱體機架類零件的毛坯選擇,,箱體機架類零件是機器的基礎(chǔ)件，它的加工質(zhì)量將對機器的精度、性能和使用壽命產(chǎn)生直接影響。,,這類零件包括機身、齒輪箱、閥體、泵體、軸承座等，如圖所示。由于箱體類零件的結(jié)構(gòu)形狀一般都比較復(fù)雜，且內(nèi)部呈腔形，為滿足減振和耐磨等方面的要求，其材料一般都采用鑄鐵。為達(dá)到結(jié)構(gòu)形狀方面的要求，最常見的毛坯是砂型鑄造的鑄件。在單件小批生產(chǎn)、新產(chǎn)品試制或結(jié)構(gòu)尺寸很大時，也可采用鋼板焊接毛坯。,,應(yīng)用舉例，如圖所示為泵體零件圖，材料為,HT150,，大批生產(chǎn)?？紤]到該零件是泵的支承件，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，材料為灰鑄鐵，而且生產(chǎn)批量大等因素，選擇機器造型的砂型鑄造方法生產(chǎn)零件毛坯比較適宜。,,