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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(guò) 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(shí)綜合應(yīng)用的過(guò)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(duì)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(guò)外部協(xié)作或外購(gòu)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(dòng)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(jiǎn)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(zhǎng);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)嵝粤己玫牧慵鐑?nèi)燃機(jī)活塞、蝸輪和滑動(dòng)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(dòng)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(pán)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(jiǎn)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(dòng)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(duì)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(pán) 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
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