机械零件毛坯选择dher.docx

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1、第 5 章 机机械零件件毛坯的的选择机械零件件的制造造包括毛毛坯成形形和切削削加工两两个阶段段，毛坯坯成形不不仅对后后续的切切削加工工产生很很大的影影响，而而且对零零件乃至至机械产产品的质质量、使使用性能能、生产产周期和和成本等等都有影影响。因因此，正正确选择择毛坯的的类型和和生产方法法对于机机械制造造具有重重要意义义。本章章将着重重介绍毛毛坯选择择的原则则及典型型机械零件件毛坯的的选择。5.1 毛坯坯选择的的原则机械零件件常用的的毛坯类型型有铸件件、锻件件、轧制制型材、挤挤压件、冲冲压件、焊焊接件、粉粉末冶金金件和注注射成型型件等，每种类型型的毛坯都可可以有多多种成形形方法，在选择择时我们们

2、遵循的的原则是是：在保保证毛坯坯质量的的前提下下，力求求选用高高效、低低成本、制制造周期期短的毛毛坯生产产方法。一般毛坯选择步骤是：首先由设计人员提出毛坯材料和加工后要达到的质量要求，然后再由工艺人员根据零件图、生产批量，并综合考虑交货期限及现有可利用的设备、人员和技术水平等选定合适的毛坯生产方法。具体要考虑的因素有以下几方面：5.1.1 满满足材料料的工艺艺性能要要求金属是制制造机械械零件的的主要材材料，一一旦材料料确定后后，其材材料的工工艺性能能就是影响响毛坯成成形的重要因因素，表表5.1.1给出了了常用金金属材料料所适用用的毛坯坯生产方方法。表5.11.1常用用材料的毛坯生生产方法法 材

3、料毛坯生产方法法低碳钢中碳钢高碳钢灰铸铁铝合金铜合金不锈钢工模具具钢钢塑料橡胶砂型铸造造金属型铸铸造压力铸造造熔模铸造造锻造冷冲压粉末冶金金焊接挤压型材材冷拉型材材备注可压制及及吹塑可压制注：表中中“”表示材材料适宜宜或可以以采用的的毛坯生生产方法法。5.1.2 满满足零件件的使用用要求零件的使使用要求求主要包包括零件件的结构构形状和和尺寸要要求、零零件的工工作条件件（通常常指零件件的受力力情况、工工作环境境和接触触介质等等）以及及对零件件性能的的要求等等。1. 结结构形状状和尺寸寸的要求求 机机械零件件由于使使用功能能不同，其结构构形状和和尺寸往往往差异异较大，各种毛毛坯生产产方法对对零件结

4、结构形状状和尺寸寸的适应应能力也也不相同同，所以选选择毛坯坯时，应应认真分分析零件件的结构构形状和和尺寸特特点，选选择与之之相适应应的毛坯坯制造方方法。对对于结构构形状复复杂的中中小型零零件，为了使毛坯坯形状与与零件较较为接近近，应先确定定以铸件件作为毛坯坯，然后后再根据据使用性能能要求等等选择砂砂型铸造造、金属型型铸造或或熔模铸铸造。对于结结构形状状很复杂杂且轮廓廓尺寸不不大的零零件，宜宜选择熔熔模铸造造；对于结结构形状状较为复复杂，且且抗冲击击能力、抗抗疲劳强强度要求求较高的的中小型型零件，宜宜选择模模锻件毛毛坯；对对于那些些结构形形状相当当复杂且且轮廓尺尺寸又较较大的零零件，宜宜选择组组

5、合毛坯坯。2. 力力学性能能的要求求 对对于力学学性能要要求较高高，特别别是工作作时要承承受冲击击和交变变载荷的的零件，为为了提高高抗冲击击和抗疲疲劳破坏坏的能力力，一般般应选择择锻件，如机机床、汽汽车的传传动轴和和齿轮等等；对于于由于其其它方面面原因需需采用铸铸件的，但又又要求零零件的金金相组织织致密、承承载能力力较强的的零件，应应选择相相应的能能满足要要求的铸铸造方法法，如压压力铸造造、金属属型铸造造和离心心铸造等等。3. 表表面质量量的要求求 为为降低生生产成本本，现代代机械产产品上的的某些非非配合表表面有尽尽量不加加工的趋趋势，即即实现少少、无切切屑加工工。为保保证这类类表面的的外观质

6、质量，对对于尺寸寸较小的的有色金金属件，宜宜选择金金属型铸铸造、压压力铸造造或精密密模锻；对于尺尺寸较小小的钢铁铁件，则则宜选择择熔模铸铸造（铸铸钢件）或或精密模模锻（结结构钢件件）。4. 其其它方面面的要求求 对对于具有有某些特特殊要求求的零件件，必须须结合毛毛坯材料料和生产产方法来来满足这这些要求求。例如如，某些些有耐压压要求的的套筒零零件，要要求零件件金相组组织致密密，不能能有气孔孔、砂眼眼等缺陷陷，则宜选选择型材材（如液液压油缸缸常采用用无缝钢钢管）；如果零零件选材材为铸铁铁，则宜宜选择离离心铸造造（如内内燃机的的汽缸套套，其材材料为QQT600022，毛坯坯即为离离心铸造造铸件），对

7、对于在自自动机床床上进行行加工的的中小型型零件，由由于要求求毛坯精精度较高高，故宜宜采用冷冷拉型材材，如微微型轴承承的内、外外圈是在在自动车车床上加加工的，其其毛坯采采用冷拉拉圆钢。5.1.3满足足降低生生产成本本的要求求要降低毛毛坯的生生产成本本，必须须认真分分析零件件的使用用要求及及所用材材料的价价格、结结构工艺艺性、生生产批量量等各方方面情况况。首先先，应根根据零件件的选材材和使用用要求确确定毛坯坯的类型型，再根根据零件件的结构构形状、尺尺寸大小小和毛坯坯的结构构工艺性性及生产产批量大大小确定定具体的的生产方法法，必要要时还可可按有关关程序对对原设计计提出修修改意见见，以利利于降低低毛坯

8、生生产成本本。1. 生生产批量量较小时时的毛坯坯选择 生产产批量较较小，毛毛坯生产产的生产产率不是是主要问问题，材材料利用用率的矛矛盾也不不太突出出，这时时应主要要考虑的的是减少少设备、模模具等方方面的投投资，即即使用价价格比校校便宜的的设备和和模具，以以降低生生产成本本。如使使用型材材、砂型型铸造件件、自由由锻件、胎胎模锻件件、焊接接结构件件等作为为毛坯。2. 生生产批量量较大时时的毛坯坯选择 生产产批量较较大，提提高生产产率和材材料的利利用率，降降低废品品率，对对降低毛毛坯的单单件生产产成本将将具有明明显的经经济意义义。因此此，应采采用比较较先进的的毛坯制制造方法法来生产产毛坯。尽尽管此时

9、时的设备备造价昂昂贵、投投资费用用高，但但分摊到到单个毛毛坯上的的成本是是较低的的，并由由于工时时消耗、材材料消耗耗及后续续加工费费用的减减少和毛毛坯废品品率的降降低，从从而有效效地降低低毛坯生生产成本本。5.1.4符合合生产条条件为了兼顾顾零件的的使用要要求和生生产成本本两个方面，在在选择毛毛坯时还还必须与与本企业业的具体体生产条条件相结结合。当当对外订订货的价价格低于于本企业业生产成成本，且且又能满满足交货货期要求求时，应应当向外外订货，以以降低成成本。还还要认真真分析以以下三方方面的情情况：1 当代毛坯坯生产的的先进技技术与发发展趋势势，在不不脱离我我国国情情及本厂厂实际的的前提下下，尽

10、量量采用比比较先进进的毛坯坯生产技技术；2 产品的使使用性能能和成本本方面对对毛坯生生产的要要求；3 本厂现有有毛坯生生产能力力状况，包包括生产产设备、技技术力量量（含工工程技术术人员和和技术工工人）、厂厂房等方方面的情情况。总之，毛毛坯选择择应在保保证产品品质量的的前提下下，获得得最好的的经济效效益。5.2 典型型零件的的毛坯选选择根据毛坯坯的选择择原则，下下面分别别介绍轴轴杆类、盘盘套类和和机架箱箱体类等等典型零零件的毛毛坯的选选择方法法。图5.2.1 轴杆类零件5.2.1轴杆杆类零件件的毛坯坯选择轴杆类零零件是机机械产品品中支承承传动件件、承受受载荷、传传递扭矩矩和动力力的常见见典型零零

11、件，其其结构特特征是轴轴向（纵纵向）尺尺寸远大大于径向向（横向向）尺寸寸，包括括各种传传动轴、机机床主轴轴、丝杠杠、光杠杠、曲轴轴、偏心心轴、凸凸轮轴、齿齿轮轴、连连杆、摇摇臂、螺螺栓、销销子等，如如图5.2.1所示示。轴类零件件最常用用的毛坯坯是型材材和锻件件，对于于某些大大型的、结结构形状状复杂的的轴也可可用铸件件或焊接接结构件件。对于光滑滑的或有有阶梯但但直径相相差不大大的一般般轴，常常用型材材（即热热轧或冷冷拉圆钢钢）作为为毛坯。对于直径径相差较较大的阶阶梯轴或或要承受受冲击载载荷和交交变应力力的重要要轴，均均采用锻锻件作为为毛坯。当当生产批批量较小小时，应应采用自自由锻件件；当生生产

12、批量量较大时时，应采采用模锻锻件。对于结构构形状复复杂的大大型轴类类零件，其其毛坯可可采用砂砂型铸造造件、焊焊接结构构件或铸铸一焊结结构毛坯坯。下面举例例说明几几种轴杆杆类零件件毛坯的的选择：例1 如如图5.2.2所示示为减速速器传动动轴，工工作载荷荷基本平平衡，材材料455钢，小小批量生生产。由由于该轴轴工作时时不承受受冲击载载荷，工工作性质质一般，且且各阶梯梯轴径相相差不大大，因此此，可选选用热轧轧圆钢作作为毛坯坯。下料料尺寸为为452200。减速器传传动轴的的加工路路线可设设计为：热轧棒料料下料一一粗加工工一调质质处理一一精加工工一磨削削。图5.2.2 减速器传动轴例2 如如图5.2.3

13、所示示为磨床床砂轮主主轴，生生产批量量中等。砂砂轮主轴轴主要用用于传递递动力。该该零件精精度要求求高，工工作中将将承受弯弯曲、扭扭转、冲冲击等载载荷，要要求具有有较高的的强度；同时,砂轮主主轴与滑滑动轴承承相配合合,由于于主轴转转速高容容易导致致轴颈与与轴瓦磨磨损，故要求求轴颈具具有较高高的硬度度和耐磨磨性；另另外，砂砂轮在装装拆过程程中易使使外圆锥锥面拉毛毛，影响响加工精精度，所所以要求求这些部部位具有有一定的的耐磨性性。根据据以上要要求，材材料选择择为65MMn，毛毛坯采用用模锻件件。图5.2.3磨床主轴简图砂轮主轴轴的加工工路线设设计为：下料一锻锻造一退退火一粗粗加工一一调质处处理一精精

14、加工一一表面淬淬火一粗粗磨一低低温人工工时效一一精磨。退火的目目的是消消除锻造造应力及及组织不不均匀性性，降低低硬度，改改善加工工性。调质处理理是为了了提高主主轴的综综合性能能，以满满足心部部的强度度要求，同同时在表表面淬火火时能获获得均匀匀的硬化化层。表面淬火火是为了了使轴颈颈和外圆圆锥部分分获得高高硬度，提提高耐磨磨性。人工时效效的作用用是进一一步稳定定淬硬层层组织和和消除磨磨削应力力，以减减少主轴轴的变形形。图5.2.4 汽车排气阀示意图例3 如如图5.2.4所示示为汽车车排气阀阀的外形形简图。该该零件在在高温状状态下工工作，要要求材料料为耐热热钢，大大批量生生产。在在保证满满足零件件的

15、使用用要求的的前提下下，为节节约较贵贵重的耐耐热钢，故故采用焊焊接件毛毛坯。阀阀杆部分分采用耐耐热钢，阀阀帽部分分采用碳碳素结构构钢，焊焊接方法法采用电电阻焊。 5.2.2盘套套类零件件的毛坯坯选择图5.2.5 盘套类零件盘套类零零件是指指直径尺尺寸较大大而长度度尺寸相相对较小小的回转转体零件件（一般般长度与与直径之之比小于于1），如如图5.2.5所示示。属于于这类零零件的有有各种齿齿轮、带带轮、飞飞轮、联联轴节、套套环、轴轴承环、端端盖及螺螺母、垫垫圈等。盘类零件件由于其其用途不不同，所所用的材材料也不不相同，毛毛坯生产产方法也也较多。下下面主要要讨论几几种盘套套类零件件的毛坯坯选择问问题。

16、1. 带轮的毛毛坯选择择 带轮是通通过中间间挠性件件（各种种带）来来传递运运动和动动力的，一一般载荷荷比较平平稳。因因此，对对于中小小带轮多多采用HHT1550制造造，故其其毛坯一一般采用用砂型铸铸造，生生产批量量较小时时用手工工造型；生产批批量较大大时可采采用机器器造型；对于结结构尺寸寸很大的的带轮，为为减轻重重量可采采用钢板板焊接毛毛坯。2链轮轮的毛坯坯选择 链轮是是通过链链条作为为中间挠挠性件来来传递动动力和运运动的，其其工作过过程中的的载荷有有一定的的冲击，且且链齿的的磨损较较快。链链轮的材材料大多多使用钢钢材，最最常用的的毛坯为为锻件。单单件小批批生产时时，采用用自由锻锻造；生生产批

17、量量较大时时使用模模锻；对对于新产产品试制制或修配配件，亦亦可使用用型材；对于齿齿数大于于50的的从动链链轮也可可采用强强度高于于HT1150的的铸铁，其其毛坯可可采用砂砂型铸造造，造型型方法视视生产批批量决定定。3 圆柱柱齿轮的的毛坯选选择齿轮的毛毛坯选择择取决于于齿轮的的选材、结结构形状状、尺寸寸大小、使使用条件件及生产产批量等等因素。对对于钢制制齿轮，如如果尺寸寸较小且且性能要要求不高高，可直直接采用用热轧捧捧料，除除此之外外，一般般都采用用锻造毛毛坯。生生产批量量较小或或尺寸较较大的齿齿轮采用用自由锻锻造；生生产批量量较大的的中小尺尺寸齿轮轮采用模模锻。对对于直径径比较大大，结构构比较

18、复复杂的不不便于锻锻造的齿齿轮，采采用铸钢钢毛坯或或焊接组组合毛坯坯。5.2.6车床主轴箱中三联滑动齿轮简图例1 机机床齿轮轮 一一般来说说，机床床齿轮载载荷不大大，运动动平稳，工工作条件件好，故故对齿轮轮的耐磨磨性及冲冲击韧度度要求不不高，材材料选用用中碳钢钢，用热轧轧圆钢作作为毛坯坯。图5.2.6为CC62001车床床主轴箱箱中轴上的的三联滑滑动齿轮轮简图，该该齿轮主主要用来来传递动动力并改改变转速速，通过过拨动箱箱外手柄柄使齿轮轮在轴上作作滑移运运动，与与轴上的的不同齿齿轮啮合合，以获得不不同的转转速。考考虑到整整个齿轮轮较厚，采采用中碳碳钢难以以淬透，生产中也可选用中碳合金钢如40Cr

19、，齿面经高频淬火提高表面硬度和耐磨性。其加工工工艺路线线为：下料一锻锻造一正正火一粗加工工一调质一精加工工一齿轮轮高频淬淬火及回回火一精精磨正火处理理对锻造造齿轮毛毛坯是必必须的热热处理工工序，它它可消除除锻造压压力，均均匀组织织，改善善切削加加工性。对对于一般般齿轮，正正火也可可作为高高频淬火火前的最最后热处处理工序序。调质处理理可以使使齿轮获获得较高高的综合合力学性性能，齿齿轮可承承受较大大的弯曲曲应力和和冲击力力，并可可减少淬淬火变形形。高频淬火火及低温温回火提提高了齿齿轮表面面硬度和和耐磨性性，并且且使齿轮轮表面产产生压应应力，提提高了抗抗疲劳破破坏的能能力。低低温回火火可消除除淬火应

20、应力，对对防止产产生磨削削裂纹和和提高抗抗冲击能能力是有有利的。例2载重重汽车的的变速齿齿轮 汽汽车变速速箱中的的齿轮主主要用来来调节发发动机曲曲轴和主主轴凸轮轮的转速速比，以以改变汽汽车的运行速速度，其其工作较较为繁重重，因此此在疲劳劳极限、耐耐磨性以以及抗冲冲击等性性能方面面均比机机床齿轮轮要求高高，因此变变速齿轮轮的材料料大多选选用合金金渗碳钢钢。图55.2.7为解解放牌汽汽车变速速齿轮，采用220CrrMnTTi钢，经渗渗碳淬火火处理及及低温回回火后表表面硬度度为588622HRCC，心部部硬度为为3045HHRC，这这种钢具具有良好好的工艺艺性能，这这对大量量生产来来说极为为重要。毛

21、坯生产方法采用模锻。20CrMnTi钢经锻造及正火后，切削加工性较好，同时有良好的淬透性、过热倾向小、渗碳速度快及淬火变形小等热处理工艺性能。图5.2.7为解放牌汽车变速齿轮具体加工工工艺路路线如下下：下料一模模锻一正正火一机机械粗、半半精加工工(内孔孔及端面面留磨量量)一渗渗碳(孔孔防渗)淬火、低温回火火一喷丸丸一校正正花键孔孔一珩(或磨)齿正火是为为了均匀匀和细化化组织，消消除锻造造应力，获获得较好好的切削削加工性性。渗碳、淬淬火及低低温回火火是为了了使齿面面具有高高硬度及及耐磨性性，而心心部可得得到低碳碳马氏体体组织，有有高的强强度和足足够的韧韧性。喷丸处理理是一种种强化手手段，可可使零

22、件件渗碳表表层的压压应力进进一步增增大，有有利于提提高疲劳劳强度，同同时也可可清除氧氧化皮。5.2.3箱体体机架类类零件的的毛坯选选择箱体机架架类零件件是机器器的基础础件，这这类零件件包括机机身、齿齿轮箱、阀阀体、泵泵体、轴轴承座等等，如图图5.2.8所示示。图5.2.8 箱体、机架类零件由于箱体体类零件件的结构构形状一一般都比比较复杂杂，且内内部呈腔腔形，为为满足减减振和耐耐磨等方方面的要要求，其其材料一一般都采采用铸铁铁。为达达到结构构形状方方面的要要求，最最常见的的毛坯是是砂型铸铸造的铸铸件。在在单件小小批生产产、新产产品试制制或结构构尺寸很很大时，也也可采用用钢板焊焊接毛坯坯。如图5.

23、2.9所示示为泵体体零件图图，材料料为HTT1500，大批批生产。考考虑到该该零件是是泵的支支承件，结结构比较较复杂，材材料为灰灰铸铁，而而且生产产批量大大等因素素，选择择机器造造型的砂砂型铸造造方法生生产零件件毛坯比比较适宜宜。图5.2.9 泵体零件图复习与思思考题51 常用用的毛坯坯形式有有哪几类类？选择择毛坯应应遵循的的基本原原则是什什么？52 影响响毛坯生生产成本本的主要要因素有有哪些？根据不不同的生生产规模模，如何何降低毛毛坯的生生产成本本？53 轴类类零件的的常用毛毛坯有哪哪几种？生产实实际中如如何选择择？54 箱体体机架类类零件的的常用毛毛坯有哪哪几种？生产实实际中如如何选择择？a) 车床进给箱体，材料HT200，中批量生产55 试为为下图所示示的零件件选择合合适的材材料和毛毛坯生产产方式。b) 阶梯轴，材料45钢，小批生产c) 双联齿轮，材料40Cr，大批生产题55图237