第8章+機(jī)械零件毛坯的選擇.ppt

1、第8章 機(jī)械零件毛坯的選擇,毛坯成形方法選擇的合理與否直接影響到零件的質(zhì)量、使用性能、成本和生產(chǎn)率；而零件的材料選定以后，其毛坯成形方法也大致確定了。,8.1 機(jī)械零件毛坯選擇的原則 前提：既滿足零件的使用要求，又使零件在制造過 程中具有良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性，以利于降 低成本和提高生產(chǎn)率。,毛坯選擇是全面分析，認(rèn)真比較，各 方面知識綜合應(yīng)用的過程,（1）適用性原則 全面滿足零件的使用要求和相關(guān)的特殊要求。 一般機(jī)械零件，以零件及其材料的力學(xué)性能為主 。 力學(xué)性能取決于工作條件（受力狀態(tài)、溫度、接觸介質(zhì)）和失效形式。,（2）工藝性原則 使零件的結(jié)構(gòu)、材料與所選擇的毛坯成形方法相適應(yīng)，亦即具有良好

2、的工藝性。,高速大功率內(nèi)燃機(jī)曲軸一般均采用的合金結(jié)構(gòu)鋼鍛造成形， 功率較小可采用球墨鑄鐵鑄造成形或采用中碳鋼鍛造成形。 對于受力不大且為圓形截面的直軸，可采用圓鋼下料做為毛坯直接經(jīng)切削加工制成。,形狀復(fù)雜、尺寸較大的零件鑄造成形：灰鑄鐵、球墨鑄鐵 焊接成形：低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼 形狀不太復(fù)雜、力學(xué)性能要求較高的零件塑性成形：低、中碳 鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼,（3）經(jīng)濟(jì)性原則,（4）兼顧現(xiàn)有生產(chǎn)條件原則 保證方便、快捷地制出高質(zhì)量的產(chǎn)品。 盡量利用現(xiàn)有生產(chǎn)條件完成毛坯任務(wù)，若現(xiàn)有生產(chǎn)條件難以滿足要求時(shí)，則應(yīng)考慮改變零件材料和（或）毛坯成形方法，也可通過外部協(xié)作或外購解決。,1)在滿足使用要求的前提下，

3、使制造成本盡可能降低,2)兼顧零件的各項(xiàng)制造成本 考慮到材料價(jià)格、毛坯成本、切削加工費(fèi)用和材料損耗等。 單件、小批生產(chǎn)選投資小、加工費(fèi)用低的成形方法：砂型鑄造 （手工造型）、自由鍛和電條電弧焊等； 成批大量生產(chǎn)選生產(chǎn)效率和制品精度高的成形方法：砂型鑄造 （機(jī)器造型）、 精密鑄造、模鍛、自動焊。,8.2 常用毛坯的選擇 結(jié)合考慮零件的結(jié)構(gòu)，利于簡化工藝和滿足毛坯的質(zhì)量要求,8.2.1 常用毛坯材料的比較,1鑄造合金 (1) 鑄鐵：應(yīng)用最多。有良好的耐磨性、減振性和 低的缺口敏感性，且價(jià)格較低。,1）灰鑄鐵：鑄造性能好，但焊接性差，力學(xué)性能較差；常用于制造受力較小的零件，尤其是承壓件，如機(jī)座、箱體

4、和機(jī)床床身等。,2）球墨鑄鐵：力學(xué)性能較好，鑄造性能略低，焊接性差；適于制造受力較大或較復(fù)雜以及承受沖擊的零件，如內(nèi)燃機(jī)曲軸、連桿、齒輪和軋鋼機(jī)軋輥等。,3）可鍛鑄鐵 力學(xué)性能較好，鑄造性能及焊接性差，生產(chǎn)周期長；適于制造受力較大或較復(fù)雜以及承受沖擊的薄壁小件，如殼體、齒輪、搖臂和小軸等,(2) 鑄鋼 綜合力學(xué)性能遠(yuǎn)優(yōu)于鑄鐵，低碳鑄鋼還具有良好的焊接性；適于制造承受重載荷、復(fù)雜載荷或沖擊的零件，如曲拐、齒輪和機(jī)架等,(3) 鑄造非鐵合金 常用的有鑄造鋁合金和鑄造銅合金。 強(qiáng)度一般不太高，除鋁硅合金外，其余的鑄造性能均較差，焊接性較差，價(jià)格較高。 一般均具有較好的耐磨性和耐蝕性，還有一定的耐熱性

5、，故常用于要求耐熱、耐蝕或?qū)嵝粤己玫牧慵?，如?nèi)燃機(jī)活塞、蝸輪和滑動軸承等。,2塑性成形用金屬材料,(1) 低、中碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼 低碳鋼塑性成形性較好，且有良好的焊接性。中碳鋼綜合力學(xué)性能好，熱成形時(shí)塑性成形性好，但焊接性較差。 低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼適于制造型材、板材及一般機(jī)械零件。 中碳鋼適于制造重要一些的機(jī)械零件如曲軸、齒輪和轉(zhuǎn)軸等。,(2) 高碳鋼和合金鋼 強(qiáng)度高，塑性差，熱成形時(shí)變形抗力也較大，鍛造溫度范圍窄，焊接性也差。 高碳鋼和合金鋼常用于制造模具、量具、刃具、彈簧、重要的機(jī)器零件和耐磨、耐蝕件等。,(3) 變形鋁合金： 強(qiáng)度中等或較低，塑性較好；大多數(shù)具有高塑性和低的變形抗力

6、，變形溫度較低，塑性成形性好，但焊接性較差。 變形鋁合金適于制造承受輕載的機(jī)械零件和電氣元件，如滑動軸承、齒輪、彈簧等,(4) 變形銅合金： 強(qiáng)度中等，塑性較好；絕大多數(shù)塑性高，變形 抗力較低，塑性成形性好，但鍛造溫度范圍窄，焊 接性較差。 變形銅合金適于制造機(jī)械零件、儀表零件和電氣 元件，尤其是耐蝕件和耐磨件，如散熱器管和片、 蝸輪、軸承和彈簧等。,8.2.2 常用毛坯成形方法的比較,鑄造： 制造各種尺寸且形狀較復(fù)雜尤其是具有復(fù)雜內(nèi)腔的零 件：箱體、殼體、機(jī)床床身、支座,鍛造： 制造受力較大或較復(fù)雜的零件。自由鍛、模鍛 轉(zhuǎn)軸、齒輪、曲軸和叉桿,沖壓： 制造質(zhì)輕、壁薄而剛性好的零件及形狀較復(fù)雜

7、的殼 體：箱體、殼體、儀表板和容器,焊接： 形狀復(fù)雜件或大型構(gòu)件的連接成形、異種材料的連 接和零件的修補(bǔ),粉末冶金 ：適于制造形狀較復(fù)雜的中、小型零件，如皮帶輪、齒輪、鏈輪等；也適于制造有特殊性能要求的材料和零件，如含油軸承、金剛石工具、硬質(zhì)合金、活塞環(huán)等。,8.3 常用零件的材料和成形方法,8.3.1 軸桿類零件,輕載：中碳鋼（35、40、45等）重載：中碳合金鋼（40Cr等）并調(diào)質(zhì)受較大沖擊且受摩擦：滲氮鋼（38CrMoA1等）并滲氮 或滲碳鋼（20CrMnTi 、20Cr 等）并滲碳、淬火曲軸鑄造：鑄鋼（ZG270-500）或球墨鑄鐵（QT450-10）,材料,成形方法,光軸和直徑差較小

8、的階梯軸：圓鋼作坯； 重要件須鍛造制坯,直徑差較大的階梯軸：鍛造制坯,異形截面軸和曲軸：鍛造或鑄造制坯,鍛-焊、鑄-焊等組合工藝制造毛坯 異種材料的連接、形狀復(fù)雜件的成形,圖8-2 零件的鍛-焊復(fù)合結(jié)構(gòu) a）排氣閥 b）復(fù)雜連桿 1、2焊縫,耐熱鋼閥頭,8.3.2 盤套類零件,1、齒輪,低速、輕載齒輪：材料：45、50Mn2、40Cr鋼， 成形方法：圓鋼下料、自由鍛、模鍛。,要求不高時(shí)：灰鑄鐵、球墨鑄鐵；鑄造成形。,高速、重載齒輪： 材料：18CrMnTi、20CrMo鋼且齒部滲碳、淬火； 38CrMoAl等滲氮鋼制造且齒部經(jīng)滲氮處理； 成形方法：自由鍛、模鍛,直徑500mm以上的大型齒輪：

9、材料：中碳鋼、鑄鋼、球墨鑄鐵、灰鑄鐵 成形方法：自由鍛、鑄造和焊接等,鐘表齒輪：低碳鋼、不銹鋼等；板料沖壓,2、模具 熱鍛模：5CrMnMo、5CrNiMo等合金鋼制造并經(jīng)淬 火和高溫回火。 冷沖模：Cr12、Cr12MoV等合金工具鋼經(jīng)淬 火和低溫回火。 成形方法：鍛造,3、帶輪、飛輪 材料：灰鑄鐵、球墨鑄鐵 成形方法：鑄造成形 or 材料： Q215、Q235等低碳鋼型材 成形方法：焊接成形,8.3.3 箱體、支架類零件 結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，通常有不規(guī)則的外形和內(nèi)腔，壁厚也不均勻,1、一般基礎(chǔ)件 主要起支承作用，抗拉強(qiáng)度和塑性、韌性要求不高，但應(yīng)有較好的剛度和減振性，有時(shí)還需要有較好的耐磨性。 通常采用灰鑄鐵（如HT150、HT200等）鑄造成形,2、受力復(fù)雜件 要求有較高的綜合力學(xué)性能：鑄鋼（ZG200400）；鑄造成形； 為簡化工藝：鑄-焊、鑄-螺紋；連接結(jié)構(gòu)。 單件、小批生產(chǎn)時(shí)：型鋼；焊接結(jié)構(gòu),航空發(fā)動機(jī)的缸體、缸蓋和曲軸箱： 鋁合金（如ZL105、ZL105A等）；鑄造成形,8.3.4 機(jī)械零件毛坯選擇的示例,圖示為齒輪減速器，傳遞功率4kW，試對其主要零件進(jìn)行毛坯選擇。,1-箱體 2-齒輪 3-軸 4-箱蓋 5-孔蓋 6-螺栓 7-檔油盤 8-齒輪軸 9-螺母 10-軸承 11-端蓋,1、箱體和箱蓋：灰鑄鐵鑄造成形 或結(jié)構(gòu)鋼型材和板料焊接成形,2、齒輪和軸：中碳鋼（如4