机械制造基础第6章-机械零件毛坯的选择方案课件.ppt

1、第六章第六章 零件毛坯的选择零件毛坯的选择 机械零件的制造包括毛坯成形和切削加工两个阶段，大多数零件都是通过铸造、锻造、焊接或冲压等方法制成毛坯，再经过切削加工制成。因此，正确选择零件毛坯和合理选择机械加工方法是机械零件生产过程控制的关键，选择正确与否，不仅影响每个机械零件乃至整个机械制造的质量和使用性能，而且对于生产周期和成本也有重大的影响。 6.16.1毛坯的类型毛坯的类型 机械零件毛坯可以分为铸件、锻件（包括挤压、轧制的零件毛坯）、型材件（板材、管材、棒材、线材和各种截面的原材料） 、冲压件、焊接件、粉末冶金件和非金属件等。应用最多。有良好的耐磨性、减振性和应用最多。有良好的耐磨性、减振

2、性和 低的缺口敏感性，且价格较低。低的缺口敏感性，且价格较低。铸造铸造： 制造各种尺寸且形状较复杂尤其是具有复杂内腔的制造各种尺寸且形状较复杂尤其是具有复杂内腔的 件：件：箱体、壳体、机床床身、支座箱体、壳体、机床床身、支座 锻造锻造： 制造受力较大或较复杂的零件。自由锻、模锻制造受力较大或较复杂的零件。自由锻、模锻 转轴、齿轮、曲轴和叉杆转轴、齿轮、曲轴和叉杆 冲压冲压： 制造质轻、壁薄而刚性好的零件及形状较复杂的壳制造质轻、壁薄而刚性好的零件及形状较复杂的壳 体：体：箱体、壳体、仪表板和容器箱体、壳体、仪表板和容器 焊接焊接： 形状复杂件或大型构件的连接成形、异种材料的连形状复杂件或大型构

3、件的连接成形、异种材料的连 接和零件的修补接和零件的修补粉末冶金粉末冶金 ：适于制造形状较复杂的中、小型零件，如适于制造形状较复杂的中、小型零件，如皮带皮带轮轮、齿轮、链轮齿轮、链轮等；也适于制造有特殊性能要求的材料和零等；也适于制造有特殊性能要求的材料和零件，如件，如含油轴承、金刚石工具、硬质合金、活塞环含油轴承、金刚石工具、硬质合金、活塞环等。等。6.26.2机械零件毛坯选择的原则机械零件毛坯选择的原则一、选择毛坯的原则：应在满足使用要求的前提下，努力降低生产成本，即适用性原则和经济性原则。 1 1、适用性原则、适用性原则就是满足零件的使用要求。体现在对其形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等

4、外部质量，和对其化学成分、金属组织、机械性能、物理性能和化学性能等内部质量的要求上。同一类零件，由于使用要求不同，从选择材料到选择毛坯类型的加工方法，可以完全不同。2 2、经济性原则、经济性原则一个零件的制造成本包括其本身的材料费以及所消耗的燃料、动力费用、工资和工资附加费、各项折旧费及其它辅助性费用等分摊到该零件上的份额。因此，在选择毛坯的类型及其具体的制造方法时，应在满足零件使用要求的前提下，选择成本低廉的。首先要把满足使用要求和降低制造成本统一起来；其次，考虑经济性应从降低整体的生产成本考虑。3.其他 （1）使用性原则 指所选用的材料在正常工作情况下能够满足产品及零件的性能要求，是保证零

5、件的设计功能实现、安全耐用的必要条件。 选材的最主要原则。 材料的使用性能包括力学性能、物理和化学性能等。 对结构零件而言，其使用性能一般以力学性能要求为主，物理性能和化学性能要求为辅； 对功能元件而言，其使用性能则以各种功能特性为主，力学性能、化学性能为辅。 （2）工艺性原则 指所选用的材料能否适应各种加工工艺，经济、高效地生产出满足规定性能及结构要求零件的能力。 金属材料的工艺性能 铸造性能 锻压性能 焊接性能 切削加工性能 热处理性能 高分子材料的工艺性能 陶瓷材料的工艺性能 二、选材的方法及步骤 （一）零件选材的具体方法 1.以综合力学性能为主的选材 2.以疲劳强度为主的选材 3.以磨

6、损为主的选材 选择毛坯的依据1、零件的类别、用途和工作条件及其形状、尺寸和设计技术要求；2、零件的生产批量；3、生产条件。6.3典型零件毛坯的选择分析常用的机械零件按其形状特征可分为：一、轴杆类零件二、盘套类零件三、机架箱体类零件1.轴杆类零件其结构特点是轴向（纵向）尺寸远大于径向（横向）尺寸；包括各种传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴、齿轮轴、连杆、拨叉、锤杆、摇臂、螺栓、销子等。一般都是各种机械中重要的受力和传动零件，综合力学性能要求高，大多采用锻件毛坯。也采用球墨铸铁毛坯，如QT45010等。在有些情况下还可采用锻焊或铸焊的方式生产毛坯。 2.盘套类零件 其结构特点是轴向

7、（纵向）尺寸一般小于径向（横向）尺寸，或两个方向的尺寸相差不大。如齿轮、带轮、飞轮、模具、联轴节、套环、轴承环、螺母、垫圈等。其毛坯选择根据具体情况而异。如齿轮一般应选用锻造毛坯，大批量条件下选用热轧齿轮；直径在100mm以下的小齿轮单件小批时可以圆钢为毛坯；直径500mm以上的大齿轮可以铸钢或球墨铸铁为毛坯。3.机架、箱体类零件 包括机身、底座、支架、横梁、工作台、齿轮箱、轴承座、阀体、泵体等。常采用铸铁件、铸钢件，或铸焊结构。 常用毛坯类型及其制造方法比较常用毛坯类型及其制造方法比较 毛坯类型毛坯类型比较内容比较内容铸件铸件锻件锻件冲压件冲压件焊接件焊接件轧材轧材成形特点成形特点液态下成形

8、液态下成形固态下塑性变固态下塑性变形形同锻件同锻件永久性连接永久性连接同锻件同锻件对原材料工艺对原材料工艺性能要求性能要求流动性好、收流动性好、收缩率低缩率低塑性好、变形塑性好、变形抗力低抗力低同锻件同锻件强度高、塑性强度高、塑性好、液态下化好、液态下化学稳定性好学稳定性好同锻件同锻件常用材料常用材料灰铸铁、球墨灰铸铁、球墨铸铁、中碳钢、铸铁、中碳钢、铝、铜合金铝、铜合金中碳钢、合金中碳钢、合金结构钢结构钢低碳钢及有色低碳钢及有色金属薄板金属薄板低碳钢、低合低碳钢、低合金钢、不锈钢、金钢、不锈钢、铝合金等铝合金等低、中碳钢、低、中碳钢、合金结构钢、合金结构钢、铝、铜合金铝、铜合金等等金属组织特

9、征金属组织特征 晶粒粗大、疏晶粒粗大、疏松、杂质排列松、杂质排列无方向性无方向性晶粒细小、致晶粒细小、致密、晶粒呈方密、晶粒呈方向性排列向性排列拉深后沿拉深拉深后沿拉深方向形成流线方向形成流线组织，其余工组织，其余工序组织基本不序组织基本不变变焊缝区为铸造焊缝区为铸造组织，熔合与组织，熔合与过热区有粗大过热区有粗大晶粒晶粒同锻件同锻件机械性能机械性能灰铸铁较差，灰铸铁较差，球墨、可锻铸球墨、可锻铸铁及铸钢较好铁及铸钢较好比相同成分的比相同成分的铸钢件好铸钢件好变形部分的强变形部分的强度硬度提高、度硬度提高、结构刚性好结构刚性好接头的机械性接头的机械性能可达到或接能可达到或接近母材近母材同锻件同

10、锻件返回文挡常用毛坯类型及其制造方法比较常用毛坯类型及其制造方法比较结构特征结构特征形状一般不受限形状一般不受限制，可相当复杂制，可相当复杂性状一般较铸性状一般较铸件简单件简单结构轻巧，形结构轻巧，形状可较复杂状可较复杂尺寸、形状一般尺寸、形状一般不受限制，结构不受限制，结构较轻较轻形状简单，形状简单，横向尺寸横向尺寸变化小变化小材料利用率材料利用率 高高低低较高较高较高较高较低较低生产周期生产周期长长自由锻短、模自由锻短、模锻长锻长长长较短较短短短生产成本生产成本较低较低较高较高批量越大，成批量越大，成本越低本越低较高较高 主要适用范主要适用范围围灰铸铁用于受力灰铸铁用于受力不大或承压为主不

11、大或承压为主的零件，或要求的零件，或要求减震、耐磨的零减震、耐磨的零件；球铁、铸钢、件；球铁、铸钢、铝、铜合金用于铝、铜合金用于重载或复杂载荷重载或复杂载荷零件零件用于对机械性用于对机械性能，尤其是强能，尤其是强度和韧性要求度和韧性要求较高的传动零较高的传动零件和工具、模件和工具、模具具用于以薄板成用于以薄板成形的各种零件形的各种零件主要用于制造各主要用于制造各种金属结构，部种金属结构，部分用于制造零件分用于制造零件毛坯毛坯形状简单形状简单的零件的零件应用举例应用举例机架、床身、底机架、床身、底座、工作台、导座、工作台、导轨、变速箱、泵轨、变速箱、泵体、阀体、带轮、体、阀体、带轮、轴承座、曲轴

12、、轴承座、曲轴、齿轮等齿轮等机床主轴、传机床主轴、传动轴、曲轴、动轴、曲轴、连杆、齿轮、连杆、齿轮、凸轮、螺栓、凸轮、螺栓、弹簧、锻模、弹簧、锻模、冲模等冲模等汽车车身覆盖汽车车身覆盖件、机表、电件、机表、电器及仪器零件、器及仪器零件、油箱、水箱各油箱、水箱各种薄金属件种薄金属件锅炉、压力容器、锅炉、压力容器、化工容器、管道、化工容器、管道、厂房、吊车构架、厂房、吊车构架、桥梁、车身、船桥梁、车身、船体、飞机构件、体、飞机构件、机架、立柱等机架、立柱等光轴、丝光轴、丝杠、螺栓、杠、螺栓、螺母、销螺母、销子等子等返回文挡常用零件加工路线的确定1）材料的确定；2）毛坯成形方法的确定；3）热处理工艺

13、及主要参数的制定；4）机加工方法及路线的确定。常用零件加工路线举例 现要制造一批拖拉机的连杆螺栓，如下图所示。库存材料有：16Mn、40Cr、T10、20CrMnTi、60Si2Mn等，确定或回答下列问题：1、确定所用材料，并说明理由；2、确定毛坯成形方法，并说明理由；3、确定该零件的生产工艺路线（即安排成形方法、热处理、机械加工等顺序）；4、简述正火热处理的目的；5、画出调质处理工艺曲线图。 常用零件加工路线的确定1、40Cr，因为连杆螺栓承受交变载荷，要求有较高的综合力学性能，所以采用合金调质钢。2、采用锻造成形。因为锻件具有较高的力学性能，特别是冲击韧性较高。3、下料锻造成形正火粗加工半

14、精加工调质精加工检验。4、细化晶粒，调整毛坯的硬度，为最终热处理作组织准备。5、调质处理工艺曲线如下图所示。常用零件加工路线的确定Ac3+3050500650Tt淬火回火时间时间t温度温度C616 416车床主轴车床主轴1) 工作条件工作条件: 1.该轴在滚动轴承中运转。该轴在滚动轴承中运转。 2.承受中等负荷承受中等负荷,承受一定的冲击力。承受一定的冲击力。 3.转速中等。转速中等。 2) 技术要求技术要求: 1.整体调质后硬度应为整体调质后硬度应为HB200230,金相组金相组 织为回火索氏体。织为回火索氏体。 2.内锥孔和外圆锥面处硬度为内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC4550, 表面表面

15、35mm内金相组织为回火屈氏体和内金相组织为回火屈氏体和 少量回火马氏体。少量回火马氏体。 3.花键部分硬度花键部分硬度HRC4850,金相组织同上。金相组织同上。3) 选材选材: 45钢。钢。4) 加工工艺路线加工工艺路线:下料下料 锻造锻造 正火正火 粗加工粗加工 调质调质 半精加工半精加工 钻中心孔钻中心孔 精车加工精车加工 铣键槽铣键槽 局部淬火局部淬火(锥孔及外锥体锥孔及外锥体)粗磨粗磨 滚铣花键滚铣花键 花键淬火花键淬火 精磨精磨 YJ 130汽车半轴汽车半轴1) 工作条件工作条件: 1.该轴在上坡或启动时该轴在上坡或启动时,承受较大扭矩。承受较大扭矩。 2.承受一定的冲击力和具有

16、较高的抗弯能力。承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力。 3.承受反复弯曲疲劳应力。承受反复弯曲疲劳应力。2) 技术要求技术要求: 1.杆部硬度杆部硬度HRC3744;盘部外圆硬度盘部外圆硬度HRC 2434 ;金相组织为回火索氏体和回火屈金相组织为回火索氏体和回火屈 氏体。氏体。 2.弯曲度弯曲度:杆中部杆中部1.8mm;盘部跳动盘部跳动2.0mm。3) 选材选材:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。4) 加工工艺路线加工工艺路线:下料下料 锻造锻造 正火正火 粗加工粗加工 调质调质 半精加工半精加工 精车加工精车加工 盘部钻孔盘部钻孔 磨花键磨花键 C616机床齿轮机床齿轮1) 工作条

17、件工作条件: 1.工作负荷不太大。工作负荷不太大。 2.中速运转中速运转(610m/s)。2) 技术要求技术要求: 1.齿面硬度齿面硬度HRC4550,金相组织为回金相组织为回 火索氏体。火索氏体。 2.齿心部硬度齿心部硬度HRC2225,金相组织为金相组织为 回火马氏体。回火马氏体。3) 选材选材: 40、45钢。钢。4) 加工工艺路线加工工艺路线:下料下料 锻造锻造 正火正火 粗加工粗加工 调质调质 半精加工半精加工 精车加工精车加工 高频淬火高频淬火及低温回火及低温回火 精磨精磨 JN 150型载重汽车变速箱齿轮型载重汽车变速箱齿轮1) 工作条件工作条件: 1.工作负荷大。工作负荷大。

18、2.高速运转高速运转 ( 1015m/s以上以上 )。 3.受冲击频繁受冲击频繁,磨损较严重。磨损较严重。2) 技术要求技术要求: 1.齿面硬度齿面硬度HRC5862, 金相组织为回金相组织为回 火马氏体火马氏体+合金碳化物合金碳化物+残余奥氏体。残余奥氏体。 2.齿心部硬度齿心部硬度HRC3545, 金相组织为金相组织为 回火马氏体回火马氏体(低碳低碳)+铁素体铁素体+细珠光体。细珠光体。3) 选材选材: 20 CrMnTi 钢。钢。4) 加工工艺路线加工工艺路线:下料下料 锻造锻造 正火正火 机械加工机械加工 渗碳渗碳 淬火淬火 低温回火低温回火 喷丸喷丸 磨齿磨齿 人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。