第四章 機械零件毛坯的選擇

1、第四章第四章 材料及成形方法的選擇材料及成形方法的選擇（機械零件毛坯的選擇）（機械零件毛坯的選擇） 機械零件的制造：毛坯成形和切削加工兩機械零件的制造：毛坯成形和切削加工兩個階段。（鑄、鍛、沖壓、焊及其他成形個階段。（鑄、鍛、沖壓、焊及其他成形方法）方法） 毛坯選擇是否合理直接影響零件的制造質(zhì)毛坯選擇是否合理直接影響零件的制造質(zhì)量和使用性能，而且對零件的制造工藝過量和使用性能，而且對零件的制造工藝過程，生產(chǎn)周期，成本都有很大影響。程，生產(chǎn)周期，成本都有很大影響。 1 機械零件毛坯的類型及成形（制造）方法機械零件毛坯的類型及成形（制造）方法的比較的比較機械零件毛坯按其制造方法可分為機械零件毛坯按

2、其制造方法可分為鑄件鑄件 、鍛件、鍛件 、沖壓、沖壓件件 、焊接件、型材下料件、焊接件、型材下料件等五大類。等五大類。 常用毛坯的類型及制造方法比較，即機械零件毛坯在常用毛坯的類型及制造方法比較，即機械零件毛坯在成形特點、所用金屬材料及其組織性能、零件結(jié)構(gòu)特成形特點、所用金屬材料及其組織性能、零件結(jié)構(gòu)特點及適用范圍的比較，點及適用范圍的比較， 一）一） 鑄件鑄件 鑄造特點：適應(yīng)廣（幾克鑄造特點：適應(yīng)廣（幾克幾百噸），內(nèi)腔復(fù)雜，幾百噸），內(nèi)腔復(fù)雜， 價低。價低。 1）耐磨、減振、價廉）耐磨、減振、價廉灰鑄鐵，如機身等?；诣T鐵，如機身等。 2）受力復(fù)雜的件）受力復(fù)雜的件 鑄鋼，如機架等。鑄鋼，如機

3、架等。 3）曲軸、）曲軸、 連桿連桿球鐵。但組織粗大，受動載荷件球鐵。但組織粗大，受動載荷件 ，一般考慮用鍛件。，一般考慮用鍛件。 二）二） 鍛件鍛件 特點：組織細(xì)，力學(xué)性能好。特點：組織細(xì)，力學(xué)性能好。 自由鍛件自由鍛件形狀簡單形狀簡單 模鍛件模鍛件形狀較復(fù)雜，但鍛模貴，適批量，尺形狀較復(fù)雜，但鍛模貴，適批量，尺 寸受限。寸受限。 三）三） 沖壓件沖壓件 主要：主要：6mm，塑性好，金屬、非金屬制品。，塑性好，金屬、非金屬制品。 沖壓件精度高，互換性好，沖模成本高，宜批量生沖壓件精度高，互換性好，沖模成本高，宜批量生產(chǎn)。產(chǎn)。 四）四） 焊接件焊接件 特點：大特點：大小，工序簡單，工藝準(zhǔn)備、生

4、產(chǎn)周期較小，工序簡單，工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)周期較短，而且可以實現(xiàn)各種工藝組合（鍛、鑄、焊），短，而且可以實現(xiàn)各種工藝組合（鍛、鑄、焊），各種材料組合，注意焊接變形，質(zhì)量檢驗等。各種材料組合，注意焊接變形，質(zhì)量檢驗等。五）五） 型材型材 其他壓力加工（軋、擠、拉拔等）生產(chǎn)的型材，能其他壓力加工（軋、擠、拉拔等）生產(chǎn)的型材，能利用型材的直接利用。利用型材的直接利用。2 機械零件毛坯的選擇原則機械零件毛坯的選擇原則1 、適應(yīng)性原則：即滿足使用要求。、適應(yīng)性原則：即滿足使用要求。 2 、經(jīng)濟性原則：從幾個方案選擇成本低的，不只考慮材料成本、經(jīng)濟性原則：從幾個方案選擇成本低的，不只考慮材料成本低，還要考慮壽命

5、。低，還要考慮壽命。 3 、可行性原則：生產(chǎn)條件，本廠，外協(xié)。、可行性原則：生產(chǎn)條件，本廠，外協(xié)。 3 常用機械零件毛坯的選擇常用機械零件毛坯的選擇常用機械零件按其形狀特征可分為：軸桿類零件、盤套及餅塊常用機械零件按其形狀特征可分為：軸桿類零件、盤套及餅塊類零件、支架箱座類零件。由分析這三類零件的結(jié)構(gòu)特點、工類零件、支架箱座類零件。由分析這三類零件的結(jié)構(gòu)特點、工作條件和使用要求來討論其毛坯的選擇。作條件和使用要求來討論其毛坯的選擇。 1、軸桿類：、軸桿類：1）結(jié)構(gòu)特點：軸向（縱向）尺寸遠(yuǎn)大于徑向（橫向）尺寸。包結(jié)構(gòu)特點：軸向（縱向）尺寸遠(yuǎn)大于徑向（橫向）尺寸。包括傳動軸（階梯軸）、各種主軸（光

6、滑軸）、齒（凸）輪軸、括傳動軸（階梯軸）、各種主軸（光滑軸）、齒（凸）輪軸、曲軸、偏心軸、連桿、車床絲杠及光杠、錘桿、立柱、搖臂甚曲軸、偏心軸、連桿、車床絲杠及光杠、錘桿、立柱、搖臂甚至螺栓、銷子等。至螺栓、銷子等。 2）工作條件和使用要求：重要的受力和傳動零件，但具體受力）工作條件和使用要求：重要的受力和傳動零件，但具體受力情況有很大的差別，如情況有很大的差別，如（1）傳動軸：受較大扭矩和彎矩作用，失效形式：剪切斷裂和）傳動軸：受較大扭矩和彎矩作用，失效形式：剪切斷裂和彎曲變形。彎曲變形。 （2）發(fā)動機曲軸和連桿：受周期性變化的彎曲和軸向拉壓應(yīng)）發(fā)動機曲軸和連桿：受周期性變化的彎曲和軸向拉壓

7、應(yīng)力，失效形式：相應(yīng)應(yīng)力下的疲勞破壞（斷裂）。力，失效形式：相應(yīng)應(yīng)力下的疲勞破壞（斷裂）。3）毛坯的選擇：）毛坯的選擇：（1）材料：選擇具有良好綜合力學(xué)性能的中碳鋼和中碳合金）材料：選擇具有良好綜合力學(xué)性能的中碳鋼和中碳合金鋼，如，鋼，如，45號鋼、號鋼、40Cr、 40CrNi。（2）制造方法：鍛造。單件小批：自由鍛；成批、大批：模）制造方法：鍛造。單件小批：自由鍛；成批、大批：模鍛。鍛。 （3）對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力不大，可選鑄件為毛坯；也可鍛）對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力不大，可選鑄件為毛坯；也可鍛焊、鑄焊、鑄焊。常用材料：焊。常用材料： QT450-10、QT500-7 、 ZG270-500。2、

8、 盤套及餅塊類：盤套及餅塊類： 1）結(jié)構(gòu)特點：軸向（縱向）尺寸小于徑向（橫向）尺寸，或相結(jié)構(gòu)特點：軸向（縱向）尺寸小于徑向（橫向）尺寸，或相差不大。包括齒輪、凸輪、蝸輪、帶輪、飛輪、軸瓦、軸套、差不大。包括齒輪、凸輪、蝸輪、帶輪、飛輪、軸瓦、軸套、聯(lián)軸節(jié)、軸承環(huán)以及各類模具等。聯(lián)軸節(jié)、軸承環(huán)以及各類模具等。 2）工作條件、使用要求及其毛坯的選擇：這類零件形狀尺寸及）工作條件、使用要求及其毛坯的選擇：這類零件形狀尺寸及工作條件和使用要求差別很大，因此所用材料及制造方法也各工作條件和使用要求差別很大，因此所用材料及制造方法也各不相同。齒輪最具典型性，不相同。齒輪最具典型性，（1）齒輪的工作條件、使

9、用要求：輪齒齒面上受很大的接觸應(yīng)）齒輪的工作條件、使用要求：輪齒齒面上受很大的接觸應(yīng)力和摩擦力力和摩擦力 要求齒面有好的硬度和強度；同時，齒根受較大要求齒面有好的硬度和強度；同時，齒根受較大的彎曲應(yīng)力和沖擊力作用的彎曲應(yīng)力和沖擊力作用要求齒輪基體有足夠高的強度和韌要求齒輪基體有足夠高的強度和韌性。性。（2）齒輪毛坯的選擇：）齒輪毛坯的選擇：（1）材料：與傳動軸相似，選擇具有良好綜合力學(xué)性能的中碳）材料：與傳動軸相似，選擇具有良好綜合力學(xué)性能的中碳鋼和中碳合金鋼鋼和中碳合金鋼(調(diào)質(zhì)鋼），如，調(diào)質(zhì)鋼），如，40、45號鋼、號鋼、40Cr、 40CrNi、40MnB、 35CrMo。對耐磨性和韌性要

10、求更高的齒輪要采用合。對耐磨性和韌性要求更高的齒輪要采用合金滲碳鋼，如，金滲碳鋼，如，20Cr、20CrMnTi。（2）制造方法：鍛造。）制造方法：鍛造。成批大批：模鍛成熱軋齒輪。如下圖成批大批：模鍛成熱軋齒輪。如下圖b).單件小批，直徑單件小批，直徑100MM 以下的小齒輪：圓鋼下料件。如下圖以下的小齒輪：圓鋼下料件。如下圖a).（3）其他情況，）其他情況，對于直徑對于直徑500MM以上，受力不復(fù)雜的齒輪，以上，受力不復(fù)雜的齒輪，可選鑄件為毛坯。材料：球墨鑄鐵，可選鑄件為毛坯。材料：球墨鑄鐵， 如如QT500-7， 鑄鋼，如鑄鋼，如ZG270-500?？煽吹借T造齒輪以輻條結(jié)構(gòu)替代鍛造齒輪的輻

11、板。可看到鑄造齒輪以輻條結(jié)構(gòu)替代鍛造齒輪的輻板結(jié)構(gòu)。如下圖結(jié)構(gòu)。如下圖b)和和c)所示。所示。用焊接方式生產(chǎn)大型的單件齒輪毛坯。如下圖用焊接方式生產(chǎn)大型的單件齒輪毛坯。如下圖d).低速運轉(zhuǎn)且受力較小，或在多粉塵環(huán)境下開式運轉(zhuǎn)的齒輪低速運轉(zhuǎn)且受力較小，或在多粉塵環(huán)境下開式運轉(zhuǎn)的齒輪,可可用灰鑄鐵為毛坯。用灰鑄鐵為毛坯。小型儀器儀表的齒輪，用沖壓件；小功率齒輪，用粉末冶金小型儀器儀表的齒輪，用沖壓件；小功率齒輪，用粉末冶金制造或用塑料制成齒輪，等等。制造或用塑料制成齒輪，等等。3 3）其他盤套及餅塊類零件的工作條件、使用要求及其毛坯的）其他盤套及餅塊類零件的工作條件、使用要求及其毛坯的選擇：選擇：

12、（1 1）受力不大或以受壓力為主的零件，如皮帶輪、飛輪、手）受力不大或以受壓力為主的零件，如皮帶輪、飛輪、手輪、軸承端蓋：選價格低廉的灰鑄鐵件，輪、軸承端蓋：選價格低廉的灰鑄鐵件，HT100HT100、HT150HT150、HT200HT200。（2 2閥蓋、缸套、活塞、撥叉、轉(zhuǎn)向節(jié)等零件體積不大，但結(jié)閥蓋、缸套、活塞、撥叉、轉(zhuǎn)向節(jié)等零件體積不大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可采用構(gòu)復(fù)雜，可采用HT200HT200的灰鑄鐵件及各種牌號的球鐵件。的灰鑄鐵件及各種牌號的球鐵件。（3 3）力學(xué)性能要求較高的零件，如凸輪，應(yīng)選用中碳（合金）力學(xué)性能要求較高的零件，如凸輪，應(yīng)選用中碳（合金）鋼鍛件、球墨鑄鐵或高牌號（強

13、度）灰鑄鐵件。鋼鍛件、球墨鑄鐵或高牌號（強度）灰鑄鐵件。（4 4）活塞環(huán)、棘輪、萬向節(jié)頭等有耐磨要求的小型零件可采）活塞環(huán)、棘輪、萬向節(jié)頭等有耐磨要求的小型零件可采用各種牌號的珠光體可鍛鑄鐵。用各種牌號的珠光體可鍛鑄鐵。（5 5）軸套、軸瓦等耐磨零件可采用銅合金鑄件或鍛件。）軸套、軸瓦等耐磨零件可采用銅合金鑄件或鍛件。3、支架箱座類、支架箱座類 1）結(jié)構(gòu)特點：形狀不規(guī)則，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。這類零件包括機結(jié)構(gòu)特點：形狀不規(guī)則，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。這類零件包括機身、機座、支架、橫梁、工作臺、齒輪箱、軸承座、閥體、泵身、機座、支架、橫梁、工作臺、齒輪箱、軸承座、閥體、泵體等。體等。 2）工作條件及使用要求毛坯

14、的選擇：這類零件工作條件相差）工作條件及使用要求毛坯的選擇：這類零件工作條件相差很大。很大。（1）一般基礎(chǔ)零件，如機身、機座等，受壓應(yīng)力，要求有較）一般基礎(chǔ)零件，如機身、機座等，受壓應(yīng)力，要求有較好的剛度和減振性。好的剛度和減振性。（2）有些基礎(chǔ)零件（機身、機座）包括支架，）有些基礎(chǔ)零件（機身、機座）包括支架， 同時受壓應(yīng)力、同時受壓應(yīng)力、拉應(yīng)力、彎曲應(yīng)力及沖擊載荷的聯(lián)合作用，還要求有好的強度拉應(yīng)力、彎曲應(yīng)力及沖擊載荷的聯(lián)合作用，還要求有好的強度和韌性。和韌性。（3）箱體零件一般受力較小，但要求有良好的剛性和致密性。）箱體零件一般受力較小，但要求有良好的剛性和致密性。（4）工作臺、導(dǎo)軌要求有較

15、好的耐磨性和減振性。）工作臺、導(dǎo)軌要求有較好的耐磨性和減振性。3 3）毛坯的選擇：）毛坯的選擇：（1 1）以上零件大多選擇耐壓、耐磨和減振性良好且價格低廉的）以上零件大多選擇耐壓、耐磨和減振性良好且價格低廉的灰鑄鐵件，如，灰鑄鐵灰鑄鐵件，如，灰鑄鐵HT150HT150、HT200HT200、HT250HT250和和HT300HT300等。等。 （2 2）上面（）上面（2 2）類零件受力復(fù)雜且是大型零件，應(yīng)采用中碳鑄）類零件受力復(fù)雜且是大型零件，應(yīng)采用中碳鑄鋼件。鋼件。（3 3）生產(chǎn)批量不大、體積特大的零件，可選擇采用焊接件毛坯，）生產(chǎn)批量不大、體積特大的零件，可選擇采用焊接件毛坯，材料：低碳鋼。焊接結(jié)構(gòu)還可減輕零件質(zhì)量，但剛性和減振性材料：低碳鋼。焊接結(jié)構(gòu)還可減輕零件質(zhì)量，但剛性和減振性不如鑄鐵件。不如鑄鐵件?？偨Y(jié)：總結(jié)：一、軸桿類零件毛坯選擇一、軸桿類零件毛坯選擇常用常用40Cr40Cr、 40CrNi 40CrNi 、 4545號鋼號鋼 、 QT450-10QT450-10、QT500-7QT500-7、