机械制造基础第6章-机械零件毛坯的选择方案

第六章零件毛坯的选择

第六章零件毛坯的选择机械零件的制造包括毛坯成形和切削加工两个阶段，大多数零件都是通过铸造、锻造、焊接或冲压等方法制成毛坯，再经过切削加工制成。因此，正确选择零件毛坯和合理选择机械加工方法是机械零件生产过程控制的关键，选择正确与否，不仅影响每个机械零件乃至整个机械制造的质量和使用性能，而且对于生产周期和成本也有重大的影响。机械零件的制造包括毛坯成形和切削加工两个阶段，大多数零件都是6.1毛坯的类型

机械零件毛坯可以分为铸件、锻件（包括挤压、轧制的零件毛坯）、型材件（板材、管材、棒材、线材和各种截面的原材料）、冲压件、焊接件、粉末冶金件和非金属件等。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。6.1毛坯的类型铸造：

制造各种尺寸且形状较复杂尤其是具有复杂内腔的件：箱体、壳体、机床床身、支座

锻造：

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

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

焊接：

形状复杂件或大型构件的连接成形、异种材料的连

接和零件的修补粉末冶金

：适于制造形状较复杂的中、小型零件，如皮带轮、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、活塞环等。铸造：制造各种尺寸且形状较复杂尤其是具有复杂内腔的锻造：6.2机械零件毛坯选择的原则一、选择毛坯的原则：

应在满足使用要求的前提下，努力降低生产成本，即适用性原则和经济性原则。6.2机械零件毛坯选择的原则一、选择毛坯的原则：1、适用性原则就是满足零件的使用要求。体现在对其形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等外部质量，和对其化学成分、金属组织、机械性能、物理性能和化学性能等内部质量的要求上。同一类零件，由于使用要求不同，从选择材料到选择毛坯类型的加工方法，可以完全不同。1、适用性原则就是满足零件的使用要求。2、经济性原则一个零件的制造成本包括其本身的材料费以及所消耗的燃料、动力费用、工资和工资附加费、各项折旧费及其它辅助性费用等分摊到该零件上的份额。因此，在选择毛坯的类型及其具体的制造方法时，应在满足零件使用要求的前提下，选择成本低廉的。首先要把满足使用要求和降低制造成本统一起来；其次，考虑经济性应从降低整体的生产成本考虑。2、经济性原则一个零件的制造成本包括其本身的材料费以及所消耗3.其他

（1）使用性原则指所选用的材料在正常工作情况下能够满足产品及零件的性能要求，是保证零件的设计功能实现、安全耐用的必要条件。选材的最主要原则。

材料的使用性能包括力学性能、物理和化学性能等。对结构零件而言，其使用性能一般以力学性能要求为主，物理性能和化学性能要求为辅；对功能元件而言，其使用性能则以各种功能特性为主，力学性能、化学性能为辅。3.其他（1）使用性原则材料的使

（2）工艺性原则指所选用的材料能否适应各种加工工艺，经济、高效地生产出满足规定性能及结构要求零件的能力。金属材料的工艺性能①铸造性能②锻压性能③焊接性能④切削加工性能⑤热处理性能高分子材料的工艺性能陶瓷材料的工艺性能（2）工艺性原则金属材料的工艺性能①铸造性能二、选材的方法及步骤（一）零件选材的具体方法1.以综合力学性能为主的选材2.以疲劳强度为主的选材3.以磨损为主的选材二、选材的方法及步骤（一）零件选材的具体方法1.以综合力选择毛坯的依据1、零件的类别、用途和工作条件及其形状、尺寸和设计技术要求；2、零件的生产批量；3、生产条件。选择毛坯的依据6.3典型零件毛坯的选择分析

常用的机械零件按其形状特征可分为：一、轴杆类零件二、盘套类零件三、机架箱体类零件6.3典型零件毛坯的选择分析1.轴杆类零件其结构特点是轴向（纵向）尺寸远大于径向（横向）尺寸；包括各种传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴、齿轮轴、连杆、拨叉、锤杆、摇臂、螺栓、销子等。一般都是各种机械中重要的受力和传动零件，综合力学性能要求高，大多采用锻件毛坯。也采用球墨铸铁毛坯，如QT450—10等。在有些情况下还可采用锻焊或铸焊的方式生产毛坯。

1.轴杆类零件其结构特点是轴向（纵向）尺寸远大于径向（横向）2.盘套类零件其结构特点是轴向（纵向）尺寸一般小于径向（横向）尺寸，或两个方向的尺寸相差不大。如齿轮、带轮、飞轮、模具、联轴节、套环、轴承环、螺母、垫圈等。其毛坯选择根据具体情况而异。如齿轮一般应选用锻造毛坯，大批量条件下选用热轧齿轮；直径在100mm以下的小齿轮单件小批时可以圆钢为毛坯；直径500mm以上的大齿轮可以铸钢或球墨铸铁为毛坯。2.盘套类零件其结构特点是轴向（纵向）尺寸一般小于径向（横3.机架、箱体类零件包括机身、底座、支架、横梁、工作台、齿轮箱、轴承座、阀体、泵体等。常采用铸铁件、铸钢件，或铸—焊结构。3.机架、箱体类零件常用毛坯类型及其制造方法比较

毛坯类型比较内容铸件锻件冲压件焊接件轧材成形特点液态下成形固态下塑性变形同锻件永久性连接同锻件对原材料工艺性能要求流动性好、收缩率低塑性好、变形抗力低同锻件强度高、塑性好、液态下化学稳定性好同锻件常用材料灰铸铁、球墨铸铁、中碳钢、铝、铜合金中碳钢、合金结构钢低碳钢及有色金属薄板低碳钢、低合金钢、不锈钢、铝合金等低、中碳钢、合金结构钢、铝、铜合金等金属组织特征晶粒粗大、疏松、杂质排列无方向性晶粒细小、致密、晶粒呈方向性排列拉深后沿拉深方向形成流线组织，其余工序组织基本不变焊缝区为铸造组织，熔合与过热区有粗大晶粒同锻件机械性能灰铸铁较差，球墨、可锻铸铁及铸钢较好比相同成分的铸钢件好变形部分的强度硬度提高、结构刚性好接头的机械性能可达到或接近母材同锻件返回文挡常用毛坯类型及其制造方法比较毛坯类型铸件锻件冲压件常用毛坯类型及其制造方法比较结构特征形状一般不受限制，可相当复杂性状一般较铸件简单结构轻巧，形状可较复杂尺寸、形状一般不受限制，结构较轻形状简单，横向尺寸变化小材料利用率高低较高较高较低生产周期长自由锻短、模锻长长较短短生产成本较低较高批量越大，成本越低较高

—主要适用范围灰铸铁用于受力不大或承压为主的零件，或要求减震、耐磨的零件；球铁、铸钢、铝、铜合金用于重载或复杂载荷零件用于对机械性能，尤其是强度和韧性要求较高的传动零件和工具、模具用于以薄板成形的各种零件主要用于制造各种金属结构，部分用于制造零件毛坯形状简单的零件应用举例机架、床身、底座、工作台、导轨、变速箱、泵体、阀体、带轮、轴承座、曲轴、齿轮等机床主轴、传动轴、曲轴、连杆、齿轮、凸轮、螺栓、弹簧、锻模、冲模等汽车车身覆盖件、机表、电器及仪器零件、油箱、水箱各种薄金属件锅炉、压力容器、化工容器、管道、厂房、吊车构架、桥梁、车身、船体、飞机构件、机架、立柱等光轴、丝杠、螺栓、螺母、销子等返回文挡常用毛坯类型及其制造方法比较结构特征形状一般不受限制，可相当常用零件加工路线的确定1）材料的确定；2）毛坯成形方法的确定；3）热处理工艺及主要参数的制定；4）机加工方法及路线的确定。常用零件加工路线的确定常用零件加工路线举例

现要制造一批拖拉机的连杆螺栓，如下图所示。库存材料有：16Mn、40Cr、T10、20CrMnTi、60Si2Mn等，确定或回答下列问题：1、确定所用材料，并说明理由；2、确定毛坯成形方法，并说明理由；3、确定该零件的生产工艺路线（即安排成形方法、热处理、机械加工等顺序）；4、简述正火热处理的目的；5、画出调质处理工艺曲线图。

常用零件加工路线举例现要制造一批拖拉机的连杆螺栓常用零件加工路线的确定1、40Cr，因为连杆螺栓承受交变载荷，要求有较高的综合力学性能，所以采用合金调质钢。2、采用锻造成形。因为锻件具有较高的力学性能，特别是冲击韧性较高。3、下料——锻造成形——正火——粗加工——半精加工——调质——精加工——检验。4、细化晶粒，调整毛坯的硬度，为最终热处理作组织准备。5、调质处理工艺曲线如下图所示。常用零件加工路线的确定1、40Cr，因为连杆螺栓承受交变载荷常用零件加工路线的确定Ac3+30~50℃500~650℃Tt淬火回火时间t温度常用零件加工路线的确定Ac3+30~50℃500~650℃TC616–416车床主轴C616–416车床主轴1)工作条件:1.该轴在滚动轴承中运转。2.承受中等负荷,承受一定的冲击力。3.转速中等。2)技术要求:1.整体调质后硬度应为HB200～230,金相组织为回火索氏体。2.内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC45～50,表面3～5mm内金相组织为回火屈氏体和少量回火马氏体。3.花键部分硬度HRC48～50,金相组织同上。1)工作条件:2)技术要求:3)选材:45钢。4)加工工艺路线:下料锻造正火粗加工调质半精加工钻中心孔精车加工铣键槽局部淬火(锥孔及外锥体)粗磨滚铣花键花键淬火精磨3)选材:45钢。4)加工工艺路线:下料YJ–130汽车半轴YJ–130汽车半轴1)工作条件:1.该轴在上坡或启动时,承受较大扭矩。2.承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力。3.承受反复弯曲疲劳应力。2)技术要求:1.杆部硬度HRC37～44;盘部外圆硬度HRC24～34;金相组织为回火索氏体和回火屈氏体。2.弯曲度:杆中部<1.8mm;盘部跳动<2.0mm。1)工作条件:2)技术要求:3)选材:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。4)加工工艺路线:下料锻造正火粗加工调质半精加工精车加工盘部钻孔磨花键

3)选材:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。4)C616机床齿轮1)工作条件:1.工作负荷不太大。2.中速运转(6～10m/s)。2)技术要求:1.齿面硬度HRC45～50,金相组织为回火索氏体。2.齿心部硬度HRC22～25,金相组织为回火马氏体。C616机床齿轮1)工作条件:2)技术要求:3)选材:40、45钢。4)加工工艺路线:下料锻造正火粗加工调质半精加工精车加工高频淬火及低温回火精磨3)选材:40、45钢。4)加工工艺路线:下料JN–150型载重汽车变速箱齿轮1)工作条件:1.工作负荷大。2.高速运转(10～15m/s以上)。3.受冲击频繁,磨损较严重。2)技术要求:1.齿面硬度HRC58～62,金相组织为回火马氏体+合金碳化物+残余奥氏体。2.齿心部硬度HRC35～45,金相组织为回火马氏体(低碳)+铁素体+细珠光体。JN–150型载重汽车变速箱齿轮1)工作条件:2)技3)选材:20CrMnTi钢。4)加工工艺路线:下料锻造正火机械加工渗碳淬火低温回