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1、第8章 机械零件毛坯的选择,毛坯成形方法选择的合理与否直接影响到零件的质量、使用性能、成本和生产率；而零件的材料选定以后，其毛坯成形方法也大致确定了。,8.1 机械零件毛坯选择的原则 前提：既满足零件的使用要求，又使零件在制造过 程中具有良好的工艺性和经济性，以利于降 低成本和提高生产率。,毛坯选择是全面分析，认真比较，各 方面知识综合应用的过程,（1）适用性原则 全面满足零件的使用要求和相关的特殊要求。 一般机械零件，以零件及其材料的力学性能为主 。 力学性能取决于工作条件（受力状态、温度、接触介质）和失效形式。,（2）工艺性原则 使零件的结构、材料与所选择的毛坯成形方法相适应，亦即具有良好
2、的工艺性。,高速大功率内燃机曲轴一般均采用的合金结构钢锻造成形， 功率较小可采用球墨铸铁铸造成形或采用中碳钢锻造成形。 对于受力不大且为圆形截面的直轴，可采用圆钢下料做为毛坯直接经切削加工制成。,形状复杂、尺寸较大的零件铸造成形：灰铸铁、球墨铸铁 焊接成形：低碳钢、低合金结构钢 形状不太复杂、力学性能要求较高的零件塑性成形：低、中碳 钢及低合金结构钢,（3）经济性原则,（4）兼顾现有生产条件原则 保证方便、快捷地制出高质量的产品。 尽量利用现有生产条件完成毛坯任务，若现有生产条件难以满足要求时，则应考虑改变零件材料和（或）毛坯成形方法，也可通过外部协作或外购解决。,1)在满足使用要求的前提下，
3、使制造成本尽可能降低,2)兼顾零件的各项制造成本 考虑到材料价格、毛坯成本、切削加工费用和材料损耗等。 单件、小批生产选投资小、加工费用低的成形方法：砂型铸造 （手工造型）、自由锻和电条电弧焊等； 成批大量生产选生产效率和制品精度高的成形方法：砂型铸造 （机器造型）、 精密铸造、模锻、自动焊。,8.2 常用毛坯的选择 结合考虑零件的结构，利于简化工艺和满足毛坯的质量要求,8.2.1 常用毛坯材料的比较,1铸造合金 (1) 铸铁：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。,1）灰铸铁：铸造性能好，但焊接性差，力学性能较差；常用于制造受力较小的零件，尤其是承压件，如机座、箱体
4、和机床床身等。,2）球墨铸铁：力学性能较好，铸造性能略低，焊接性差；适于制造受力较大或较复杂以及承受冲击的零件，如内燃机曲轴、连杆、齿轮和轧钢机轧辊等。,3）可锻铸铁 力学性能较好，铸造性能及焊接性差，生产周期长；适于制造受力较大或较复杂以及承受冲击的薄壁小件，如壳体、齿轮、摇臂和小轴等,(2) 铸钢 综合力学性能远优于铸铁，低碳铸钢还具有良好的焊接性；适于制造承受重载荷、复杂载荷或冲击的零件，如曲拐、齿轮和机架等,(3) 铸造非铁合金 常用的有铸造铝合金和铸造铜合金。 强度一般不太高，除铝硅合金外，其余的铸造性能均较差，焊接性较差，价格较高。 一般均具有较好的耐磨性和耐蚀性，还有一定的耐热性
5、，故常用于要求耐热、耐蚀或导热性良好的零件，如内燃机活塞、蜗轮和滑动轴承等。,2塑性成形用金属材料,(1) 低、中碳钢和低合金结构钢 低碳钢塑性成形性较好，且有良好的焊接性。中碳钢综合力学性能好，热成形时塑性成形性好，但焊接性较差。 低碳钢和低合金结构钢适于制造型材、板材及一般机械零件。 中碳钢适于制造重要一些的机械零件如曲轴、齿轮和转轴等。,(2) 高碳钢和合金钢 强度高，塑性差，热成形时变形抗力也较大，锻造温度范围窄，焊接性也差。 高碳钢和合金钢常用于制造模具、量具、刃具、弹簧、重要的机器零件和耐磨、耐蚀件等。,(3) 变形铝合金： 强度中等或较低，塑性较好；大多数具有高塑性和低的变形抗力
6、，变形温度较低，塑性成形性好，但焊接性较差。 变形铝合金适于制造承受轻载的机械零件和电气元件，如滑动轴承、齿轮、弹簧等,(4) 变形铜合金： 强度中等，塑性较好；绝大多数塑性高，变形 抗力较低，塑性成形性好，但锻造温度范围窄，焊 接性较差。 变形铜合金适于制造机械零件、仪表零件和电气 元件，尤其是耐蚀件和耐磨件，如散热器管和片、 蜗轮、轴承和弹簧等。,8.2.2 常用毛坯成形方法的比较,铸造： 制造各种尺寸且形状较复杂尤其是具有复杂内腔的零 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
7、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。,8.3 常用零件的材料和成形方法,8.3.1 轴杆类零件,轻载：中碳钢（35、40、45等） 重载：中碳合金钢（40Cr等）并调质 受较大冲击且受摩擦：渗氮钢（38CrMoA1等）并渗氮 或渗碳钢（20CrMnTi 、20Cr 等）并渗碳、淬火 曲轴铸造：铸钢（ZG270-500）或球墨铸铁（QT450-10）,材料,成形方法,光轴和直径
8、差较小的阶梯轴：圆钢作坯； 重要件须锻造制坯,直径差较大的阶梯轴：锻造制坯,异形截面轴和曲轴：锻造或铸造制坯,锻-焊、铸-焊等组合工艺制造毛坯 异种材料的连接、形状复杂件的成形,图8-2 零件的锻-焊复合结构 a）排气阀 b）复杂连杆 1、2焊缝,耐热钢阀头,8.3.2 盘套类零件,1、齿轮,低速、轻载齿轮：材料：45、50Mn2、40Cr钢， 成形方法：圆钢下料、自由锻、模锻。,要求不高时：灰铸铁、球墨铸铁；铸造成形。,高速、重载齿轮： 材料：18CrMnTi、20CrMo钢且齿部渗碳、淬火； 38CrMoAl等渗氮钢制造且齿部经渗氮处理； 成形方法：自由锻、模锻,直径500mm以上的大型齿
9、轮： 材料：中碳钢、铸钢、球墨铸铁、灰铸铁 成形方法：自由锻、铸造和焊接等,钟表齿轮：低碳钢、不锈钢等；板料冲压,2、模具 热锻模：5CrMnMo、5CrNiMo等合金钢制造并经淬 火和高温回火。 冷冲模：Cr12、Cr12MoV等合金工具钢经淬 火和低温回火。 成形方法：锻造,3、带轮、飞轮 材料：灰铸铁、球墨铸铁 成形方法：铸造成形 or 材料： Q215、Q235等低碳钢型材 成形方法：焊接成形,8.3.3 箱体、支架类零件 结构较为复杂，通常有不规则的外形和内腔，壁厚也不均匀,1、一般基础件 主要起支承作用，抗拉强度和塑性、韧性要求不高，但应有较好的刚度和减振性，有时还需要有较好的耐磨
10、性。 通常采用灰铸铁（如HT150、HT200等）铸造成形,2、受力复杂件 要求有较高的综合力学性能：铸钢（ZG200400）；铸造成形； 为简化工艺：铸-焊、铸-螺纹；连接结构。 单件、小批生产时：型钢；焊接结构,航空发动机的缸体、缸盖和曲轴箱： 铝合金（如ZL105、ZL105A等）；铸造成形,8.3.4 机械零件毛坯选择的示例,图示为齿轮减速器，传递功率4kW，试对其主要零件进行毛坯选择。,1-箱体 2-齿轮 3-轴 4-箱盖 5-孔盖 6-螺栓 7-档油盘 8-齿轮轴 9-螺母 10-轴承 11-端盖,1、箱体和箱盖：灰铸铁铸造成形 或结构钢型材和板料焊接成形,2、齿轮和轴：中碳钢（如45钢）， 单件小批生产：自由锻、胎模锻等成形， 大批生产：模锻成形,3、滚动轴承： 内、外套圈：轴承钢（如GCr15钢），经辗环轧制成形。 滚珠：轴承钢，经螺旋斜轧制成。 保持架：采用低碳钢（如08钢）薄板经冲压成形。,4、螺栓和螺母： 螺栓与螺母：碳素结构钢（如Q235）经镦锻或挤压成形， 螺纹：搓丝或攻螺纹,