机械零件毛坯的选择.docx

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1、机械零件毛坯的选择机械零件的制造包含毛坯成形与切削加工两个阶段，毛坯成形不仅对后续的切削加工产生很大的影响，而且对零件乃至机械产品的质量、使用性能、生产周期与成本等都有影响。因此，正确选择毛坯的类型与生产方法关于机械制造具有重要意义。本章将着重介绍毛坯选择的原则及典型机械零件毛坯的选择。5.1 毛坯选择的原则机械零件常用的毛坯类型有铸件、锻件、轧制型材、挤压件、冲压件、焊接件、粉末冶金件与注射成型件等，每种类型的毛坯都能够有多种成形方法，在选择时我们遵循的原则是：在保证毛坯质量的前提下，力求选用高效、低成本、制造周期短的毛坯生产方法。通常毛坯选择步骤是：首先由设计人员提出毛坯材料与加工后要达到

2、的质量要求，然后再由工艺人员根据零件图、生产批量，并综合考虑交货期限及现有可利用的设备、人员与技术水平等选定合适的毛坯生产方法。具体要考虑的因素有下列几方面：5.1.1 满足材料的工艺性能要求金属是制造机械零件的要紧材料，一旦材料确定后，其材料的工艺性能就是影响毛坯成形的重要因素，表5.1.1给出了常用金属材料所适用的毛坯生产方法。表5.1.1常用材料的毛坏生产方法才料低中高灰铝铜不工模毛碳碳碳铸合合锈具具塑料橡胶生产方钢钢钢铁金金钢钢钢砂型铸造OOO金属型铸造O压力铸造熔模铸造OOOO锻造OOO冷冲压OO粉末冶金OG)O焊接OOO挤压型材OOO冷拉型材OOO备注可压制及吹塑可压制5.1.2

3、注：表中“。”表示材料适宜或者能够使用的毛坯生产方法。5.1.3 满足零件的使用要求零件的使用要求要紧包含零件的结构形状与尺寸要求、零件的工作条件（通常指零件的受力情况、工作环境与接触介质等）与对零件性能的要求等。1 .结构形状与尺寸的要求机械零件由于使用功能不一致，其结构形状与尺寸往往差异较大，各类毛坯生产方法对零件结构形状与尺寸的习惯能力也不相同，因此选择毛坏时，应认真分析零件的结构形状与尺寸特点，选择与之相习惯的毛坯制造方法。关于结构形状更杂的中小型零件，为了使毛坯形状与零件较为接近，应先确定以铸件作为毛坯，然后再根据使用性能要求等选择砂型铸造、金属型铸造或者熔模铸造。关于结构形状很复杂

4、且轮廓尺寸不大的零件，宜选择熔模铸造；关于结构形状较为复杂，且抗冲击能力、抗疲劳强度要求较高的中小型零件，宜选择模锻件毛坯；关于那些结构形状相当复杂且轮廓尺寸又较大的零件，宜选择组合毛坯。2 .力学性能的要求关于力学性能要求较高，特别是工作时要承受冲击与交变载荷的零件，为了提高抗冲击与抗疲劳破坏的能力，通常应选择锻件，如机床、汽车的传动轴与齿轮等；关于由于其它方面原因需使用铸件的，但又要求零件的金相组织致密、承载能力较强的零件，应选择相应的能满足要求的铸造方法，如压力铸造、金属型铸造与离心铸造等。3 .表面质量的要求为降低生产成本，现代机械产品上的某些非配合表面有尽量不加工的趋势，即实现少、无

5、切屑加工。为保证这类表面的外观质量，关于尺寸较小的有色金属件，宜选择金属型铸造、压力铸造或者精密模锻；关于尺寸较小的钢铁件，则宜选择熔模铸造（铸钢件）或者精密模锻（结构钢件）。4 .其它方面的要求关于具有某些特殊要求的零件，务必结合毛坯材料与生产方法来满足这些要求。比如，某些有耐压要求的套筒零件，要求零件金相组织致密，不能有气孔、砂眼等缺陷，则宜选择型材（如液压油缸常使用无缝钢管）：假如零件选材为铸铁，则宜选择离心铸造（如内燃机的汽缸套，其材料为QT60（）-2,毛坯即为离心铸造铸件），关于在自动机床上进行加工的中小型零件，由于要求毛坯精度较高，故宜使用冷拉型材，如微型轴承的内、外圈是在自动车

6、床上加工的，其毛坯使用冷拉圆钢。5.1.4 满足降低生产成本的要求要降低毛坯的生产成本，务必认真分析零件的使用要求及所用材料的价格、结构工艺性、生产批量等各方面情况。首先，应根据零件的选材与使用要求确定毛坯的类型，再根据零件的结构形状、尺寸大小与毛坯的结构工艺性及生产批量大小确定具体的生产方法，必要时还可按有关程序对原设计提出修改意见，以利于降低毛坯生产成本。1 .生产批量较小时的毛坯选择生产批量较小，毛坯生产的生产率不是要紧问题，材料利用率的矛盾也不太突出，这时应要紧考虑的是减少设备、模具等方面的投资，即使用价格比校便宜的设备与模具，以降低生产成本。如使用型材、砂型铸造件、自由锻件、胎模锻件

7、、焊接结构件等作为毛坯。2 .生产批量较大时的毛坯选择生产批量较大，提高生产率与材料的利用率，降低废品率，对降低毛坯的单件生产成本将具有明显的经济意义。因此，应使用比较先进的毛坯制造方法来生产毛坯。尽管如今的设备造价昂贵、投资费用高，但分摊到单个毛坯上的成本是较低的，并由于工时消耗、材料消耗及后续加工费用的减少与毛坯废品率的降低，从而有效地降低毛坯生产成本。5. 14符合生产条件为了兼顾零件的使用要求与生产成本两个方面，在选择毛坯时还务必与本企业的具体生产条件相结合。当对外订货的价格低于本企业生产成本，且又能满足交货期要求时，应当向外订货，以降低成本。还要认真分析下列三方面的情况：1. 当代毛

8、坯生产的先进技术与进展趋势，在不脱离我国国情及本厂实际的前提下，尽量使用比较先进的毛坯生产技术；2. 产品的使用性能与成本方面对毛坯生产的要求；3. 本厂现有毛坯生产能力状况，包含生产设备、技术力量（含工程技术人员与技术工人）、厂房等方面的情况。总之，毛坯选择应在保证产品质量的前提下，获得最好的经济效益。图5.2.1轴杆类零件作为毛坯。5.2典型零件的毛坯选择根据毛坯的选择原则，下面分别介绍轴杆类、盘套类与机架箱体类等典型零件的毛坯的选择方法。5.2.1轴杆类零件的毛坯选择轴杆类零件是机械产品中支承传动件、承受载荷、传递扭矩与动力的常见典型零件，其结构特征是轴向（纵向）尺寸远大于径向（横向）尺

9、寸，包含各类传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴、齿轮轴、连杆、摇臂、螺栓、销子等，如图5.2.1所示。轴类零件最常用的毛坯是型材与锻件，关于某些大型的、结构形状复杂的轴也可用铸件或者焊接结构件。关于光滑的或者有阶梯但直径相差不大的通常轴，常用型材（即热轧或者冷拉圆钢）关于直径相差较大的阶梯轴或者要承受冲击载荷与交变应力的重要轴，均使用锻件作为毛坯。当生产批量较小时，应使用自由锻件；当生产批量较大时，应使用模锻件。关于结构形状复杂的大型轴类零件，其毛坯可使用砂型铸造件、焊接结构件或者铸一焊结构毛坯。下面举例说明几种轴杆类零件毛坯的选择：例1如图5.2.2所示为减速器传动轴，工作载

10、荷基本平衡，材料45钢，小批量生产。由于该轴工作时不承受冲击载荷，工作性质通常，且各阶梯轴径相差不大，因此，可选用热轧圆钢作为毛坯。下料尺寸为中45mmX220mm。减速器传动轴的加工路线可设计为：热轧棒料下料一粗加工一调质处理一精加工一磨削。图5.2.2减速器传动轴例2如图5.2.3所示为磨床砂轮主轴，生产批量中等。砂轮主轴要紧用于传递动力。该零件精度要求高，工作中招承受弯曲、扭转、冲击等载荷，要求具有较高的强度；同时,砂轮主轴与滑动轴承相配合,由于主轴转速高容易导致轴颈与轴瓦磨根，故要求轴颈具有较高的硬度与耐磨性；另外，砂轮在装拆过程中易使外圆锥面拉毛，影响加工精度，因此要求这些部位具有一

11、定的耐磨性。根据以上要求，材料选择为65Mn,毛坯使用模锻件。图523磨床主轴简图砂轮主轴的加工路线设计为：下料一锻造一退火一粗加工一调质处理一精加工一表面淬火一粗磨一低温人工时效一精磨。退火的目的是消除锻造应力及组织不均匀性，降低硬度，改善加工性。调质处理是为了提高主轴的综合性能，以满足心部的强度要求，同时在表面淬火时能获得均匀的硬化层。表面淬火是为了使轴颈与外圆锥部分获得高硬度，提高耐磨性。人工时效的作用是进一步稳固淬硬层组织与消除磨削应力，以减少主轴的变形。例3如图5.2.4所示为汽车排气阀的外形简图。该零件在高温状态下工作，要求材料为耐热钢，大批量生产。在保证满足零件的使用要求的前提下

12、，为节约较贵重的耐热钢，故使用焊接件毛坯。阀杆部分使用耐热钢，阀帽部分使用碳素结构钢，焊接方法使用电阻焊。图5.2.4汽车排气阀示意图5.2.2盘套类零件的毛坯选择盘套类零件是指直径尺寸较大而长度尺寸相对较小的回转体零件（通常长度与直径之比小于1）,如图5.2.5所示。属于这类零件的有各类齿轮、带轮、轴承环、端盖及螺母、垫圈等。盘类零件由于其用途不一致，所用的材料也不相同，毛坯生产方法也较多。下面要紧讨论几种盘套类零件的毛坯选择问题。1 .带轮的毛坯选择匕轮、联轴节、套环、盘套类零件带轮是通过中间挠性件（各类带）来传递运动与动力的，通常载荷比较平稳。因此，关于中小带轮多使用HTI50制造，故其

13、毛坯通常使用砂型铸造，生产批量较小时用手工造型；生产批量较大时可使用机器造型；关于结构尺寸很大的带轮，为减轻重量可使用钢板焊接毛坯。2 .链轮的毛坯选择链轮是通过链条作为中间挠性件来传递动力与运动的，其工作过程中的载荷有一定的冲击，且链齿的磨损较快。链轮的材料大多使用钢材，最常用的毛坯为锻件。单件小批生产时，使用自由锻造；生产批量较大时使用模锻；关于新产品试制或者修配件，亦可使用型材；关于齿数大于50的从动链轮也可使用强度高于HT150的铸铁，其毛坯可使用砂型铸造，造型方法视生产批量决定。3圆柱齿轮的毛坯选择齿轮的毛坯选择取决于齿轮的选材、结构形状、尺寸大小、使用条件及生产批量等因素。关于钢制

14、齿轮，假如尺寸较小且性能要求不高，可直接使用热轧捧料，除此之外，通常都使用锻造毛坯。生产批量较小或者尺寸较大的齿轮使用自由锻造；生产批量较大的中小尺寸齿轮使用模锻。关于直径比较大，结构比较复杂的不便于锻造的齿轮，使用铸钢毛坯或者焊接组合毛坯。例1机床齿轮通常来说，机床齿轮载荷不大，运动平稳，工作条件好，故对齿5.2.6车床主轴箱中三联滑动齿轮简图轮的耐磨性及冲击韧度要求不高，材料选用中碳钢，用热轧圆钢作为毛坯。图5.2.6为C6201车床主轴箱中III轴上的三联滑动齿轮简图，该齿轮要紧用来传递动力并改变转速，通过拨动箱外手柄使齿轮在In轴上作滑移运动，与轴上的不一致齿轮啮合，以获得不一致的转速

15、。考虑到整个齿轮较厚，使用中碳钢难以淬透，生产中也可选用中碳合金钢如40Cr,齿面经高频淬火提高表面硬度与耐磨性。其加工工艺路线为：下料一锻造一正火一粗加工一调质一精加工一齿轮高频淬火及回火一精磨正火处理对锻造齿轮毛坯是务必的热处理工序，它可消除锻造压力，均匀组织，改善切削加工性。关于通常齿轮，正火也可作为高频淬火前的最后热处理工序。调质处理能够使齿轮获得较高的综合力学性能，齿轮可承受较大的弯曲应力与冲击力，并可减少淬火变形。高频淬火及低温回火提高了齿轮表面硬度与耐磨性，同时使齿轮表面产生压应力，提高了抗疲劳破坏的能力。低温回火可消除淬火应力，对防止产生磨削裂纹与提高抗冲击能力是有利的。例2载重汽车的