第四毛坯的选择与质量检测

《热加工基础》

第四章毛坯的选择与质量检验三院制造系张虎第四章毛坯的选择与质量检验毛坯选择重要性：正确地选择毛坯，不仅直接影响零件的力学性能、尺寸精度及表面质量，而且会涉及到其工艺过程、生产周期，乃至整部机器的使用性能、制造成本及市场竞争能力。。第一节毛坯选择应考虑的问题选择毛坯的三项原则是零件的使用性原则、材料的工艺性原则、经济性原则一、零件的使用功能及质量要求1.零件使用功能的要求选择毛坯时应考虑零件功能，不同的机械零件在机器中所起的作用不同。如轴类零件传递扭矩，齿轮传递运动，螺栓用于联接，而机身、底座等则以承受压力为主，要求有较好的刚性和减振性，工作台及导轨还应具有耐磨性能。另外，各种不同结构形状、尺寸及其接触介质、工作温度条件，对毛坯的物理、化学、力学等性能的要求差异很大。毛坯的选择在选材和制造方法上首先必须满足其使用功能的要求。2.零件质量的要求零件质量高相应要求毛坯的质量也高，可选用不同的毛坯制造方法来获得不同质量的毛坯，以满足零件质量的要求。如用精密模锻、压力铸造和冷冲压方法制造高质量的毛坯。二、毛坯制造方法与零件的使用性能和工艺适应性机器零件的毛坯类型有五种；型材、铸件、锻压件、焊接件、铸焊组合。毛坯的制造方法不同，能够满足零件的形状、尺寸及其对物理、化学、力学性能的要求也不一样。1.型材选用与零件的形状和尺寸相近的型材，可直接进行切削加工，即节约材料，又降低工时。轧制型材组织致密、力学性能好。2.锻件锻造可改变型材的流线组织方向，使零件受力合理。用于受重载、动载及复杂载荷的重要零件。但要求原材料塑性好、变形抗力小，一般采用低、中碳钢和合金结构钢。3.铸件铸造能满足形状复杂的大中型零件毛坯的成形要求，但铸件晶粒粗大，组织疏松，成分不匀，有内应力，力学性能差，但铸件减振性能、耐磨性好，可用于受力不大或以承受压应力为主的零件。4.焊接件焊接借助金属原子间的扩散和结合可连接各种结构件，尺寸、形状不受太大限制。另外，铸—焊，锻—焊、冲压—焊结合可以弥补相应毛坯制造方法的不足。5．冲压件在机械零件中，冲压件所占的成分有增大的趋势，很多薄壁零件大都是用冲压方法制造出来的。冲压毛坯尺寸偏差为0.05mm~0.5mm,表面粗糙度可达Ra3.21μm，以不再进行机械加工或只进行精加工，精度较高，生产率也很高。适于加工形状复杂、批量较大的板料零件。6.冷挤压件冷挤压零件的精度可达IT7-IT6公差等级，表面粗造度可达Ra3.2μmRa0.4um,许多零件不需再经切削加工便可使用，适用于批量大、形状简单、尺寸小的零件或半成品7.粉末冶金制件粉末冶金是以金属粉末为原料，用压制成形和高温烧结而成。尺寸精度可达IT6级，表面粗糙度为Ra0.4μm-Ra0.2μm,零件成形后无需切削，节省材料，工艺设备较简单，适用于大批大量生产。但对结构复杂及薄壁、锐角等零件成形困难。。新工艺造毛坯1）以精铸件代替模锻件；2)以粉末冶金精锻件代替模锻件优点是可以利用废料、工序简单、生产率高，可生产异形零件和多孔耐磨零件。目前轴套、离合器摩擦片、机油泵齿轮等多采用此种毛坯。但因粉末冶金件强度较低，为提高力学性能，粉末冶金预制件再进行精锻，已成功地用于制造行星齿轮和连杆等零件；3)以球墨铸铁代替锻钢件；4)以工程塑料代替金属件。工程塑料具有良好的耐磨、耐腐蚀、润滑、电气绝缘性能、易加工成形、力学性能好等优点。如播种机排种轮、汽车里程表齿轮、汽车球头钢碗等均已改用工程塑料制品。三、技术术经济效效益毛坯的制制造成本本是机器器成本的的组成部部分单件小批批生产时时，应选选常用廉廉价材料料、通用用设备和和工具、、低生产产率的毛毛坯成形形方法。尽管这样样消耗的的材料和和工时多多，但节节约了生生产准备备时间和和工艺装装备的设设计制造造费用。。总的成成本较低低。铸件应选选灰铸铁铁材料和和手工造造型砂型型铸造的的方法；其它件选选碳素结结构钢型型材或自自由锻造造方法、、用焊条条电弧焊焊法制造造毛坯等等。大批量生生产时，，应选专专用工艺艺设备和和工具以以保证毛毛坯成型型的高精精度和高高生产率率。虽然增加加了设计计制造专专用工装装的费用用，但进进一步加加工工作作量大量量降低，，节约工工时，使使总成本本较低。。所以，，铸件应应选机器器造型砂砂型铸造造或金属属型压铸铸，相应应的材料料；锻件选模模型锻造造方法；；焊接结构构应选易易焊材料料和自动动焊；薄壁件则则可考虑虑选生产产率高、、精度高高的冲压压方法、、压铸方方法等制制造毛坯坯。第二节常常用机械械零件毛毛坯的成成形方法法常用机械械零件按按形状和和用途不不同，可可分为轴轴杆、饼饼块、机机架等类类型毛坯的加加工方法法分为：：铸造、、锻压、、焊接、、型材毛毛坯加工工常用毛坯坯成行的的特点与与应用见见表4-1毛坯内在在质量的的比较成型方法组织特征性能特点改善方法铸造铸态组织，晶粒粗大较差增加过冷度，变质处理等锻造再结晶组织，有锻造流线较好焊接熔焊接头组织复杂不均匀选择合适焊条、焊丝及热处理等压焊接头具有再结晶或加工硬化组织较好或不均匀钎焊接头具有和金铸态组织不均匀增加搭接面积，提高承载能力毛坯内在在成型工工艺的比比较成型方法工艺设计的基本问题依据铸造确定浇铸位置，选择分型面保证质量锻造确定锻造基本工序，确定分模面简化工艺焊接熔焊确定接头、坡口形式，选择焊条、焊丝或焊剂等压焊确定接头形式钎焊确定接头形式，选择钎剂等一、轴杆杆类常见的轴轴杆类零零件有光光轴、阶阶梯轴、、空心轴轴、曲轴轴和杆件件等。按承载类类型不同同，轴又又可分分为转转轴—工工作时既既承受弯弯矩且又又传递转转矩的轴轴，如车车床主轴轴，带轮轮的轴等等；传动动轴—主主要要传动转转矩而不不承受或或承受很很小弯矩矩的轴；；心轴——仅承受受弯矩而而不传递递转矩的的轴，如如自行车车、汽车车的前轴轴等。轴杆类零零件一般般均为重重要的受受力和传传动用零零件。中等载荷荷的轴主主要选用用调质钢钢，承受重载载及冲击击载荷、、要求耐耐磨的轴轴主要选选用合金金调质钢钢轴类零件件毛坯成形形均为锻锻造；某些异形形断面或或弯曲轴轴，如凸凸轮轴、、曲轴等等，亦可可采用球球墨铸铁铁铸造成成形。毛坯选用用锻—焊焊、铸——焊结合合的方法。。如汽车车排气阀阀零件，，可将合合金耐热热钢的阀阀帽与普普通碳素素钢的阀阀杆焊成成一体，，以节约约耐热钢钢材。又如我国国设计制制造的万万吨水压压机立柱柱长18m,直直径1m,壁厚厚300mrn,重重80t,采用用ZG270-500分六段段铸造，，再焊接接成整体体毛坯。。二、饼块块类（盘盘套类））常见该类类零件有有齿轮、、飞轮、、手轮、、法兰、、套环、、垫圈等等盘套类类零件。。这类零件件在机械械中的功功能要求求、力学学性能要要求具有有很大差差异。其其材料的的选择及及成形方方法也各各不相同同。齿轮中小小齿轮一一般选用用锻件齿轮运转转过程中中主要受受力部分分是轮齿齿，齿根根承受弯弯曲应力力，齿面面承受接接触应力力和摩擦擦力，有有时还有有冲击力力，因此此，要求求齿轮表表面具有有足够的的强度和和硬度，，齿轮本本体要有有一定的的强度和和韧性。。所以，，中小齿齿轮一般般选用锻锻件以使使其流线线组织适适应受力力要求，，材料一般般为中碳碳结构钢钢，重要齿齿轮应选选合金渗渗碳钢。。结构复复杂的大大型齿轮轮可用铸铸钢或球球墨铸铁铁为毛坯坯。单件生产产也可用用焊接方方法制造造大型齿齿轮。速速度低受受力小的的齿轮，，也可用用灰铸铁铁为毛坯坯。要求求传动精确、、结构小小巧的仪仪表齿轮轮，用板板材冲压压成形。。高速轻轻载的小小齿轮，，为减小小噪声亦亦可用尼尼龙等非非金属材材料制造造。有些些齿轮也也可用压压力铸造造、粉末末冶金等等方法制制成。带轮、手手轮、飞飞轮、垫垫铁和刀刀架等受力不大大或承压压为主的的饼块零零件毛坯坯，一般般采用铸铸铁件，单件生生产时，，亦可采采用低碳碳钢焊接接件。法兰、气气缸套、、导向套套、轴承承等零件件毛坯一一般为钢钢、铸铁铁、铜合合金等材材料制成成。成形形方法可可用砂型型铸造、、离心铸铸造或锻锻造；亦亦可采用用无缝管管材。大大批量时时亦采用用冷挤压压及粉末末冶金等等方法，，小孔径径时也用用轧制或或锻造的的实心棒棒材作毛毛坯。垫圈类零零件一般般采用低低碳钢板板冲压件件。三、机架架、箱体体类常见的此此类零件件包括各各种机械械的机身身、机座座、工作作台、轴轴承座及及齿轮箱箱、阀体体、泵体体等。这类零件件结构复杂杂，具有有不规则则的外形形和内腔腔。受力条条件不太太复杂，，以承受受压力为为主，要要求有较较好的刚刚度和减减振性，，有的则则要求耐耐磨性或或密封性性等。常采用铸铸铁毛坯坯铸造成成形。受力复复杂的零零件毛坯坯可采用铸铸钢。有时可采采用焊接接件制造造毛坯，，但焊接接结构减减振性不不如铸铁铁。第三节毛毛坯选择择举例以台虎钳钳为例，，见图4-1,其其主要零零件的毛毛坯选用用见表4-2第四节毛毛坯坯质量检检验毛坯的质质量均要要根据国国家规定定的检验验项目和和标准进进行质量量检查一、毛坯坯检验分分类1.破坏坏检验从焊件或或试件上上切取试试样，或或以产品品（或模模拟件））的整体体做破坏坏试验，，以检查查其各种种力学性性能的试试验法。。如拉伸伸、弯曲曲、冲击击、硬度度、断裂裂韧度等等力学性性能试验验，金相相检验及及化学检检验，如如化学成成分分析析、耐腐腐蚀试验验等，均均须从被被检毛坯坯上切取取试样或或破坏被被检验件件。它多用于于新材料料、新工工艺、新新产品试试制阶段段的检验验。2.无损检验验不损坏被检查查材料或成品品的性能和完完整性而检测测其缺陷的方方法。二、常用毛坯坯的检验方法法1.外观检查查用肉眼或借助助样板，或用用低倍放大镜镜观察焊件，，以发现未熔熔合气孔、咬咬边、焊瘤以以及焊接裂纹纹等表面缺陷陷的方法。铸件毛坯外观观缺陷，如铸铸件的冷隔、、浇不到、气气孔、砂眼、、粘砂、裂纹纹、错箱等；；锻件的外观缺缺陷，如外形形、尺寸、重重皮、裂纹、、错模；焊缝的外观缺缺陷，如咬边边、气孔、夹夹渣、裂纹、、未焊透、焊焊瘤等。(1)气密性性检验将压缩空气（（或氨、氟利利昂、氦、卤卤素气体等））压人焊接容容器，利用容容器内外气体体的压力差检检查有无泄漏漏的试验法。。(2)耐压检检验将水、油、气气等充入容器器内徐徐加压压，以检查其其泄漏、耐压压、破坏等的的试验。主要用于检验验压力容器、、管道、贮罐罐等结构的穿穿透性缺陷。。还可做为结结构的强度试试验（3）探伤检检验1)磁粉探伤伤利用在强磁场场中，铁磁性性材料表层缺缺陷产生的漏漏磁场吸附磁磁粉的现象而而进行的无损损检验法。在被检处加一一磁场，无缺缺陷处磁力线线均匀通过，，如内部存在在缺陷，磁力