第五章_毛坯的選擇(2013.3)

1、第五章 毛坯的選擇 5.1 各種毛坯的特點(diǎn) 5.2 毛坯選擇原則 5.3 常用零件的毛坯選擇 5.1 各種毛坯的特點(diǎn)零件的機(jī)械制造毛坯成形切削加工鑄造鍛造沖壓焊接軋材 正 確 毛 坯 選 擇 的重 要性對零件的制造質(zhì)量、使用性能、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本等都有很大的影響。因此，正確地選擇毛坯的種類及成形方法是機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中的重要任務(wù)。 切削加工提高毛坯件的精度和表面質(zhì)量，它基本上不改變毛坯件的物理、化學(xué)和力學(xué)性能；鑄件型材沖壓件焊接件鍛件非金屬件粉末冶金件各種毛坯的特點(diǎn)機(jī)械零件毛坯種類一、鑄件 鑄造特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)性廣、靈活性大、設(shè)備較簡單、成本低； 缺點(diǎn)：內(nèi)部組織疏松，力學(xué)性能較差； 應(yīng)用：形狀

2、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、要求耐磨、減震、價(jià)廉的零件，毛坯可選用鑄件。手工砂型鑄造：一般用于單件小批量生產(chǎn)，尺寸精度和表面質(zhì)量較差；機(jī)器造型鑄造：毛坯生產(chǎn)率較高，適于成批大量生產(chǎn) ；熔模鑄造：適用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的小型精密鑄鋼件；金屬型鑄造、壓力鑄造和離心鑄造：毛坯精度、表面質(zhì)量、力學(xué)性能及生產(chǎn)率都較高，但對零件的形狀特征和尺寸大小有一定的適應(yīng)性要求。各種毛坯的特點(diǎn)一、鑄件 各種鑄造方法：金屬材料經(jīng)塑性變形獲得，其組織和性能比鑄態(tài)的要好得多，但其形狀復(fù)雜程度受到很大限制。力學(xué)性能要求高的零件其毛坯多為鍛件 。各種毛坯的特點(diǎn)二、鍛造件自由鍛：適應(yīng)性較強(qiáng)，但鍛件毛坯的形狀較為簡單，而且加工余量大、生產(chǎn)率低，適于

3、單件小批量生產(chǎn)和大型鍛件的生產(chǎn)；特 點(diǎn) ： 鍛造方法：模鍛： 尺寸精度較高、加工余量小、生產(chǎn)率高；但受到鍛模的限制，無法制造出形狀復(fù)雜的鍛件，尤其復(fù)雜內(nèi)腔的零件毛坯更是無法鍛出。且生產(chǎn)成本高于鑄件，其適于大批量生產(chǎn)中、小型鍛件。應(yīng) 用 ：主要應(yīng)用于受力情況復(fù)雜、重載、力學(xué)性能要求較高的零件及工具模具的毛坯制造 。如常見的鍛件有齒輪、連桿、傳動(dòng)軸、主軸、曲軸、吊鉤、撥叉、配氣閥、氣門閥、搖臂、沖模、刀桿、刀體等。各種毛坯的特點(diǎn)二、鍛造件 鍛造方法：大多是在冷態(tài)下變形，產(chǎn)品具有足夠強(qiáng)度和剛度、有很高的尺寸精度、表面質(zhì)量好、少無切削加工性及互換性好，無須進(jìn)行切削加工就可使用。應(yīng) 用 ：只適于大批量生

4、產(chǎn) 。如常見的沖壓件有汽車覆蓋件、輪翼、油箱、電器柜、彈殼、鏈條、滾珠軸承的隔離圈、消音器殼、風(fēng)扇葉片、自行車鏈盤、電機(jī)的硅鋼片、收割機(jī)的滾筒殼、播種機(jī)的圓盤等各種薄板件。各種毛坯的特點(diǎn)三、沖壓件 特點(diǎn)：各種毛坯的特點(diǎn)四、焊接件永久性的連接金屬的方法。 特點(diǎn)：（ 2）能化大為小，以小拼大；（ 3）可以制造多層金屬的結(jié)構(gòu)；（ 4）抗震性差、易變形。（ 1）節(jié)約材料；制造金屬結(jié)構(gòu)件。如梁、柱、桁架、容器等。各種毛坯的特點(diǎn)四、焊接件應(yīng) 用 ：(1) 復(fù)雜的大型結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)；(2) 生產(chǎn)異種材質(zhì)零件；(3) 某些特殊形狀的零件或結(jié)構(gòu)件。如蜂窩狀結(jié)構(gòu)的零件、波紋管、同軸凸輪組等；(4) 單件或小批量生產(chǎn)

5、；各種毛坯的特點(diǎn)五、型材常用的型材有圓鋼、方鋼、扁鋼、鋼管及鋼板，切割下料后可直接作為毛坯進(jìn)行機(jī)械加工。 分類： 普通精度的熱軋料：用于普通零件制造；高精度的冷軋料：用于精度高的中小型零件；各種毛坯的特點(diǎn)六、粉末冶金件將一定比例均勻混合的金屬粉末或金屬與非金屬粉末，經(jīng)過壓制、燒結(jié)工藝制成毛坯或零件的加工方法。 特點(diǎn)：具有良好的減摩性 、耐磨性、密封性、過濾性、多孔性、耐熱性及某些特殊的電磁性等。 應(yīng)用：主要應(yīng)用于含油軸承、離合器片、摩擦片及硬質(zhì)合金刀具等。七、非金屬件各種毛坯的特點(diǎn) 特點(diǎn)： 應(yīng)用：一般結(jié)構(gòu)件、傳動(dòng)件、摩擦件、耐蝕件、絕緣件、高強(qiáng)度高模量結(jié)構(gòu)件等。工程塑料具有重量輕、化學(xué)穩(wěn)定性好

6、、絕緣、耐磨、減振、成形及切削加工性好，以及材料來源豐富，價(jià)格低等一系列優(yōu)點(diǎn)，但其力學(xué)性能比金屬材料低很多。常用的工程塑料有聚酰胺(尼龍 )、聚甲醛、聚碳酸酯、聚礬、ABS、聚四氟乙烯、環(huán)氧樹脂等。 種類：毛坯類型比較內(nèi)容鑄件鍛件沖壓件焊接件軋材成形特點(diǎn)液態(tài)下成形固態(tài)下塑性變形同鍛件永久性連接同鍛件對原材料工藝性能要求流動(dòng)性好、收縮率低塑性好、變形抗力低同鍛件強(qiáng)度高、塑性好、液態(tài)下化學(xué)穩(wěn)定性好同鍛件常用材料灰鑄鐵、球墨鑄鐵、中碳 鋼鋁、銅合金中碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼低碳鋼及有色金屬薄板低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鋁合金等低、中碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鋁、銅合金等金屬組織特征 晶粒粗大、疏松、雜質(zhì)排列無方向性

7、晶粒細(xì)小、致密、晶粒呈方向性排列拉深后沿拉深方向形成流線組織，其余工序組織基本不變焊縫區(qū)為鑄造組織，熔合與過熱區(qū)有粗大晶粒同鍛件機(jī)械性能灰鑄鐵較差，球墨、可鍛鑄鐵及鑄鋼較好比相同成分的鑄鋼件好變形部分的強(qiáng)度硬度提高、結(jié)構(gòu)剛性好接頭的機(jī)械性能可達(dá)到或接近母材同鍛件常用毛坯類型及其制造方法比較各種毛坯的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特征制，可相當(dāng)復(fù)雜 鑄件簡單狀可較復(fù)雜限制，結(jié)構(gòu)較輕形狀一般不受限 形狀一般較 結(jié)構(gòu)輕巧，形 尺寸、形狀一般不受 形狀簡單，橫向尺寸變化小材料利用率 高低較高較高較低生產(chǎn)周期長模鍛長自由鍛短、 長較短短生產(chǎn)成本較低較高批量越大，成 較 高圍的零件， 或要求 是強(qiáng)度和韌減震、耐磨的零 性要求較

8、高件；球鐵、鑄鋼、的傳動(dòng)零件鋁、銅合金用于 和工具、模重載或復(fù)雜載荷 具零件造零件毛坯本越低主要適用范 灰鑄鐵用于受力 用于對機(jī)械 用于以薄板成 主要用于制造各種金 形狀簡單的零不大或承壓為主 性能，尤其 形的各種零件 屬結(jié)構(gòu)，部分用于制 件應(yīng)用舉例齒輪等鍛模、沖模等軸承座、曲軸、 螺栓、彈簧、種薄金屬件機(jī)架、立柱等螺機(jī)架、床身、底 機(jī)床主軸 、 汽車車身覆蓋 鍋爐、壓力容器、化 光軸、絲杠、座、工作臺、導(dǎo) 傳動(dòng)軸、曲 件、機(jī)表、電 工容器、管道、廠房、 栓、螺母、軌、變速箱、泵 軸、連桿、 器及儀器零件、吊車構(gòu)架、橋梁、車銷子等體、閥體、帶輪、齒輪、凸輪、油箱、水箱各 身、船體、飛機(jī)構(gòu)件、常

9、用毛坯類型及其制造方法比較鑄件鍛件焊接件沖壓件軋材第五章 毛坯的選擇 5.1 各種毛坯的特點(diǎn) 5.2 毛坯選擇原則 5.3 常用零件的毛坯選擇 基本原則： 5.2 毛坯選擇原則優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗是生產(chǎn)任何產(chǎn)品所遵循的原則。具體體現(xiàn)為以下三個(gè)原則： 使用性原則 經(jīng)濟(jì)性原則 實(shí)際生產(chǎn)條件原則1. 使用性原則毛坯選擇原則 外觀質(zhì)量：形狀、尺寸、加工精度、表面粗糙度等； 內(nèi)部質(zhì)量：化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能；在多數(shù)情況下，零件的使用性能要求直接決定了毛坯的材料，同時(shí)在很大程度上也決定了毛坯的成形方法。因此，在選擇毛坯時(shí)，首先要考慮的是零件毛坯的材料和成形方法均能最大程度地滿足零件

10、的使用要求 。 使用要求：毛坯選擇原則1. 使用性原則例：齒輪零件，由于工作條件、使用要求不同，其毛坯的類別、選材和制造方法不一樣。 農(nóng)業(yè)機(jī)械和建筑機(jī)械用齒輪：低速運(yùn)轉(zhuǎn)，受力不大，嚙合及振動(dòng)要求低，常選用灰鑄鐵或合金鑄鐵等； 機(jī)床用齒輪：要求傳動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)小，受力穩(wěn)定，在靜態(tài)下?lián)Q速，且要求潤滑良好，常選用中碳鋼或低合金鋼鍛造和機(jī)加工 ，并經(jīng)熱處理后使用； 汽車用齒輪：要求具有較高的耐磨性和抗沖擊性能，且動(dòng)態(tài)下變速，常選用有良好淬透性的低碳合金鋼，經(jīng) 鍛造、機(jī)加工、滲碳、淬火 等處理后使用；應(yīng)根據(jù)零件的生產(chǎn)批量及使用要求，選擇合適的毛坯制造工藝，降低廢品率，提高生產(chǎn)率，節(jié)約工時(shí)與材料。同時(shí)應(yīng)盡量

11、采用先進(jìn)工藝，提高質(zhì)量和生產(chǎn)率，降低成本。降低毛坯成本。毛坯選擇原則2. 經(jīng)濟(jì)性原則 選擇合適的毛坯生產(chǎn)工藝毛坯選擇原則2. 經(jīng)濟(jì)性原則 選擇合適的材料改變材料，毛坯生產(chǎn)工藝也要改變，同時(shí)成本也變化。原選材為 45 鋼： 經(jīng)車削、鉆孔、插齒，最后經(jīng)調(diào)質(zhì)處理制成。插齒需設(shè)退刀槽，調(diào)質(zhì)處理時(shí)存在變形和脫碳等缺陷。故成本較高。后改為 20 鋼： 經(jīng)預(yù)沖后一次擠壓成形，再經(jīng)淬火處理制造。改進(jìn)后：不需機(jī)加工，淬火處理又能滿足使用性能要求，合格率和生產(chǎn)率大大提高，成本也大幅度降低。毛坯選擇原則2. 經(jīng)濟(jì)性原則 批量和生產(chǎn)周期 單件、小批量生產(chǎn)：減少設(shè)備、模具等方面的投資，以降低生產(chǎn)成本； 大批量生產(chǎn)：提高

12、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)成本具有明顯的經(jīng)濟(jì)意義，如精密鑄件、精密模鍛件 ；毛坯選擇原則3. 實(shí)際生產(chǎn)條件原則根據(jù)使用要求和經(jīng)濟(jì)性所確定的毛坯生產(chǎn)方案是否能實(shí)現(xiàn)，還必須考慮企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)條件。只有實(shí)際生產(chǎn)條件能夠?qū)崿F(xiàn)的生產(chǎn)方案才是切實(shí)可行的。實(shí)際生產(chǎn)條件主要指企業(yè)的設(shè)備條件、技術(shù)水平、廠房情況及原材料供應(yīng)情況等。如這些條件不能滿足生產(chǎn)要求，就應(yīng)考慮某些零件的毛坯生產(chǎn)或毛坯生產(chǎn)中的部分工序與其他企業(yè)協(xié)作。毛坯 特 點(diǎn)生產(chǎn)方法應(yīng) 用鑄件 對材料適應(yīng)性廣，鑄件價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛，在設(shè)備中比例大，可制不同復(fù)雜程度的各類大小鑄件，適合各種批量生產(chǎn)。 合金組織粗大，內(nèi)有缺陷；力

13、學(xué)性能不高，尤其抗沖擊性能較低；工序較多，廢品率較高；精度低、加工余量大砂型鑄造金屬型鑄造熔模鑄造壓力鑄造低壓鑄造離心鑄造等在各行各業(yè)都應(yīng)用廣泛。如，活塞環(huán)、氣缸套、氣缸機(jī)架、機(jī)座、泵等等。鍛壓件 適應(yīng)性較廣，鍛壓件力學(xué)性能較好 (強(qiáng)度、沖擊性和抗疲勞性高 )，合金組織較細(xì)，內(nèi)部缺陷較少，精度較高。 難以獲得大型件和復(fù)雜的形狀，尤其是內(nèi)腔。自由鍛模鍛擠壓軋制沖壓等在各行各業(yè)都常應(yīng)用。如光軸、階梯軸、曲軸、連桿等等。焊件 可以小拼大，氣密性好，生產(chǎn)周期短，焊件強(qiáng)度和剛度較高，材料利用率高。 抗震性差，易變形。手弧焊氣體保護(hù)焊電阻焊等廣泛應(yīng)用于石油化工 、 船舶、航空等上型材可直接使用，精度高，性

14、能較高，成本較低，便于自動(dòng)化加工。槽鋼、工字鋼、角鋼等建筑、橋梁等工程結(jié)構(gòu)。體、機(jī)床床身、毛坯選擇原則第五章 毛坯的選擇 5.1 各種毛坯的特點(diǎn) 5.2 毛坯選擇原則 5.3 常用零件的毛坯選擇課 前復(fù)習(xí)各種毛坯的特點(diǎn)：鑄造件、鍛造件、沖壓件、焊接件、軋材等；毛坯選擇原則 優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗使用要求：外觀和內(nèi)部質(zhì)量；經(jīng)濟(jì)性：工藝、材料、批量等 降低成本；實(shí)際生產(chǎn)條件：常用零件的毛坯選擇軸類、盤類、套類、箱體類；常用機(jī)械零件按其結(jié)構(gòu)、用途和形狀特點(diǎn)，可分為軸類、盤套類、箱體類等幾種。 5.3 常用零件的毛坯選擇一 . 軸類零件 由回旋體構(gòu)成，其長度大于直徑； 特點(diǎn)： 功能： 主要用以支承傳動(dòng)零件

15、(如齒輪、帶輪等)和傳遞動(dòng)力，是機(jī)械中重要的受力零件； 常用的有光軸、階梯軸、凸輪軸及曲軸等； 典型零件： 通常采用鋼或鑄鐵，并用鍛造或鑄造毛坯，經(jīng)機(jī)加工成形；一 . 軸類零件 光軸毛坯一般采用熱軋或冷軋圓鋼； 階梯軸采用圓鋼 (尺寸及受力較小時(shí))或鍛件(尺寸及受力較大時(shí))作毛坯； 凸輪軸及曲軸一般采用球墨鑄鐵作毛坯，有時(shí)采用鍛件毛坯。 特殊情況下，也可采用鍛-焊或鑄-焊方法制造軸類零件的毛坯。 毛坯選擇：常用零件的毛坯選擇 主要部分由回旋體構(gòu)成，但其徑向尺寸較大、軸向尺寸短；常用零件的毛坯選擇二 . 輪盤類零件 特點(diǎn)： 典型零件： 有齒輪、帶輪、飛輪、法蘭盤等。由于其使用要求和工作條件不同，

16、所用材料和工藝方法各不相同。常用零件的毛坯選擇二 . 輪盤類零件 齒輪既可用鑄造毛坯，也可用鍛造毛坯，鑄造毛坯有鑄鐵件和鑄鋼件，應(yīng)用時(shí)依具體情況而定； 帶輪、飛輪、手輪和墊塊等受力不大或以承壓為主的零件，常采用灰鑄鐵件毛坯； 法蘭、套環(huán)等零件，根據(jù)工作情況、受力大小及尺寸、形狀等，可分別采用圓鋼、鑄件或鍛件為毛坯； 毛坯選擇： 形狀以中空的回旋體構(gòu)成，常為薄壁件，易變形，尺寸精度及形位公差要求高，長度一般大于直徑；常用零件的毛坯選擇三 . 套類零件 特點(diǎn)： 常見的有滑動(dòng)軸承，滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈和保持架，導(dǎo)套、液壓缸等。 功能： 一般起支撐或?qū)蜃饔?，常承受徑向力、軸向力或摩擦力； 典型零件：常用

17、零件的毛坯選擇三 . 套類零件 毛坯選擇： 套類零件材料一般為鋼、鑄鐵、青銅、黃銅等； 孔徑小于 20mm的套類零件，常用熱軋、冷軋棒料為毛坯，或用實(shí)心鑄件為毛坯； 孔徑大于 20mm時(shí)，采用無縫鋼管或有孔的鑄件和鍛件；批量大時(shí)，也可用擠壓和粉末冶金件； 一般有不規(guī)則的外形和內(nèi)腔，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是薄壁、中空、形狀復(fù)雜； 其作用是支撐軸、軸承、齒輪、撥叉等零件，組成主軸、中間軸和操縱機(jī)構(gòu)等；常用零件的毛坯選擇四 . 箱體類零件 特點(diǎn)： 受力情況以承壓為主，要求有較好的剛度和減振性，但有些機(jī)械的床身和支架同時(shí)受壓、拉和彎曲應(yīng)力的聯(lián)合作用，或還有沖擊載荷。 功能：常用零件的毛坯選擇四 . 箱體類零件 有

18、床身、底座、支架、床頭箱、軸承座、泵體、閥體、內(nèi)燃機(jī)氣缸體等。 典型零件： 一般以灰鑄鐵為毛坯； 對于受力復(fù)雜或受較大沖擊載荷的箱體零件，如車架和某些重型機(jī)械的床身機(jī)架，常用鑄鋼件；航空發(fā)動(dòng)機(jī)和某些汽車中的箱體類零件，為減輕重量常采用高強(qiáng)度鋁合金鑄件。 毛坯選擇：小 結(jié)各種毛坯的特點(diǎn)：鑄造件、鍛造件、沖壓件、焊接件、軋材等；毛坯選擇原則 優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗使用要求：外觀和內(nèi)部質(zhì)量；經(jīng)濟(jì)性：工藝、材料、批量等 降低成本；實(shí)際生產(chǎn)條件：常用零件的毛坯選擇軸類、盤類、套類、箱體類；比較內(nèi)容制造方法鑄 造鍛 造沖 壓焊 接型 材成形特點(diǎn)液態(tài)成形固態(tài)下塑性變形借助金屬原子的擴(kuò)散和結(jié)合，形成永久性連接固態(tài)下成形對原材料工藝性能要求流動(dòng)性好收縮率小塑性好，變形抗力小強(qiáng)度好，塑性好液態(tài)下化學(xué)穩(wěn)定性切削加工性好適用材料鑄鐵、鑄鋼、非鐵合金中碳鋼，合金結(jié)構(gòu)鋼低碳鋼和非鐵合金薄板低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼碳鋼，合金鋼非鐵合金適宜的形狀形狀不受限，可相當(dāng)復(fù)雜，尤其是內(nèi)腔形狀自由鍛件簡單，模鍛件可較復(fù)雜可較復(fù)雜形狀不受限簡單，一般為圓形或平面表 常用毛坯制造方法比較適宜的尺寸與質(zhì)量砂型鑄造不受限自由鍛不受限模鍛 150Kg不受限不受限中、小型毛坯的組織和性能砂型鑄造件晶粒粗大、疏松、缺陷多、雜質(zhì)排列無方向性。鑄件力學(xué)性能差，耐磨性和減振性好；鑄鋼件力學(xué)性能較好