第五章毛坯的选择

1、主编：清华大学 严绍华 主讲：张 建 学时：30 热加工工艺基础热加工工艺基础 （工程材料及机械制造基础（工程材料及机械制造基础） 第五章第五章 毛坯的选择毛坯的选择 第一节第一节 机械零件毛坯的类型机械零件毛坯的类型 及其制造方法的比较及其制造方法的比较 类型：铸件、锻件、冲压件、焊接件、轧材下料件类型：铸件、锻件、冲压件、焊接件、轧材下料件 制造方法比较：表制造方法比较：表5-15-1 毛坯的选择包括：材料选择、类型选择以及具体的毛坯的选择包括：材料选择、类型选择以及具体的 制造方法的选择。毛坯材料制造方法的选择。毛坯材料( (也也 就是零件材料就是零件材料) )和毛坯类型的选和毛坯类型的

2、选 择是密切相关的，因为不同的材择是密切相关的，因为不同的材 料具有完全不同的工艺性能。料具有完全不同的工艺性能。 比较内容 铸造 锻造 冷冲压 焊接 取自轧材 成形特点 液态成形 固态塑性变形 固态塑性变形 永久连接 轧材切削 对原材料工 艺性要求 流动性好，收缩率低 塑性好，变形抗力小 塑性好，变形 抗力小 强度高，塑性好，液 态下化学稳定性好 常用材料 铸铁、铸钢、非铁合 金 低、中碳钢、合金结构 钢 低碳钢薄板、 非铁合金薄板 低碳钢、低合金结构 钢、不锈钢、非铁合 金 碳钢、合金 钢、非铁合 金 适宜成形的 形状 一般不受限制，可相 当复杂，尤其是内腔 自由锻简单；模锻较复 杂，但有

3、一定限制 可较复杂，但 有一定限制 一般不受限制 简单，横向 尺寸变化小 适宜成形尺 寸与重量 砂型铸造不受限制； 特种铸造受限制 自由锻不受限制；模锻 受限制，一般150kg 最大板厚8 10mm 不受限制 中、小型 材料利用率 高 自由锻低；模锻较高 较高 较高 较低 适宜的 生产批量 砂型铸造不受限制 自由锻单件小批；模锻 成批、大量 大批量 单件、小批、成批 单件、小批、 成批 生产周期 砂型铸造较短 自由锻短；模锻长 长 短 短 生产率 砂型铸造低 自由锻低；模锻较高 高 中、低 中、低 应用举例 机架、床身、底座、 工作台、导轨、变速 箱、泵体、阀体、带 轮、轴承座、曲轴、 凸轮轴

4、、齿轮等形状 复杂的零件 机床主轴、传动轴、齿 轮、连杆、凸轮、螺栓、 弹簧、曲轴、锻模、冲 模等对力学性能，尤其 是强度和韧度，要求较 高的零件 汽车车身覆盖 件、仪器仪表 与电器的外壳 及零件、油箱、 水箱等各种用 薄板成形的零 件 锅炉、压力容器、化 工容器、管道、厂房 构架、吊车构架、桥 梁、车身、船体、飞 机构件、重型机械的 机架、立柱、工作台 等 光轴、丝杠、 螺栓、螺母、 销子等形状 简单的中、 小型件 表表 常用毛坯类型及其制品的比较常用毛坯类型及其制品的比较 第二节第二节 机械零件毛坯选择的原则机械零件毛坯选择的原则 一、适用性原则一、适用性原则 适用性原则：是指要满足零件的

5、使用要求及对适用性原则：是指要满足零件的使用要求及对 成形加工工艺性的适应。成形加工工艺性的适应。 使用要求：是指在一定的服役年限内和一定的使用要求：是指在一定的服役年限内和一定的 工作条件下，为满足按设计要求工工作条件下，为满足按设计要求工 作对零件所提出的包括零件形状、作对零件所提出的包括零件形状、 尺寸、精度、表面质量和材料成分、尺寸、精度、表面质量和材料成分、 组织的要求，以及工作条件对零件组织的要求，以及工作条件对零件 材料性能的要求。材料性能的要求。 工作条件：工作条件： (1)(1)零件在工作时的受力状况及由此引起的零件内应零件在工作时的受力状况及由此引起的零件内应 力状况；力状

6、况； (2)(2)零件的工作介质及由此可能引起的对零件的腐蚀零件的工作介质及由此可能引起的对零件的腐蚀 作用及对其性能的影响；作用及对其性能的影响； (3)(3)零件的工作温度及由此可能引起的零件性能的变零件的工作温度及由此可能引起的零件性能的变 化。化。 外部质量：指零件的形状和尺寸，包括零件的加工外部质量：指零件的形状和尺寸，包括零件的加工 精度、表面粗糙度、外部缺陷等。精度、表面粗糙度、外部缺陷等。 内部质量：指零件的化学成分、金属组织和由此决内部质量：指零件的化学成分、金属组织和由此决 定的材料的物理、化学、力学性能以及定的材料的物理、化学、力学性能以及 零件的内部缺陷等。零件的内部缺

7、陷等。 二、经济性原则二、经济性原则 经济性原则：是指在满足使用要求的前提下，以最经济性原则：是指在满足使用要求的前提下，以最 少的人力、物力投入，生产最多的产少的人力、物力投入，生产最多的产 品，或按期完成预定的生产任务。品，或按期完成预定的生产任务。 制造成本：材料费、燃料费、工人工资、设备维修制造成本：材料费、燃料费、工人工资、设备维修 及折旧费、企业管理成本。及折旧费、企业管理成本。 考虑问题：考虑问题： (1)(1)要把满足使用要求与降低生产成本统一起来；要把满足使用要求与降低生产成本统一起来； (2)(2)衡量经济性不能只从选择毛坯的角度考虑，而应衡量经济性不能只从选择毛坯的角度考

8、虑，而应 从降低整机的生产成本考虑；从降低整机的生产成本考虑； (3)(3)不仅要考虑生产成本，还要考虑使用成本；不仅要考虑生产成本，还要考虑使用成本； (4)(4)尽量采用标准化、系列化、专业化生产的零部件。尽量采用标准化、系列化、专业化生产的零部件。 三、可行性原则三、可行性原则 可行性原则：是指在一定的生产条件下，能以可行性原则：是指在一定的生产条件下，能以 较低成本完成产品生产。较低成本完成产品生产。 生产条件：是指企业的设备条件、工程技术人生产条件：是指企业的设备条件、工程技术人 员和工人的数量及技术水平、管理员和工人的数量及技术水平、管理 水平。水平。 改善生产条件的途径：改善生产

9、条件的途径： (1)(1)扩建厂房，增添设备，招聘新的人员；扩建厂房，增添设备，招聘新的人员； (2)(2)在不影响产品使用性能的前提下，适当修在不影响产品使用性能的前提下，适当修 改原设计方案或工艺方案；改原设计方案或工艺方案； (3)(3)与厂外单位进行协作。与厂外单位进行协作。 第三节第三节 常用机械零件毛坯的选择常用机械零件毛坯的选择 一、轴杆类零件一、轴杆类零件 轴杆类零件：是机械产品中支承传动件、承受载荷、轴杆类零件：是机械产品中支承传动件、承受载荷、 传递扭矩和动力的常见典型零件。传递扭矩和动力的常见典型零件。 结构特征：轴向结构特征：轴向( (纵向纵向) )尺寸远大于径向尺寸远

10、大于径向( (横向横向) )尺寸。尺寸。 包括：各种传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、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、摇臂、螺栓、偏心轴、凸轮轴、齿轮轴、连杆、摇臂、螺栓、 销子等。销子等。 毛坯选择：毛坯选择： 轴类零件最常用的毛坯是型材和锻件；轴类零件最常用的毛坯是型材和锻件； 对于某些大型的、结构形状复杂的轴也可用铸件或对于某些大型的、结构形状复杂的轴也可用铸件或 焊接结构件；焊接结构件； 对于光滑的或有阶梯但直径相差不大的一般轴，常对于光滑的或有阶梯但直径相差不大的一般轴，常 用型材用型材( (即热轧或冷拉圆钢即热轧或冷拉圆钢) )作为毛

11、坯；作为毛坯； 对于直径相差较大的阶梯轴或要承受冲击载荷和交对于直径相差较大的阶梯轴或要承受冲击载荷和交 变应力的重要轴，均采用锻件作为毛坯。当生产批变应力的重要轴，均采用锻件作为毛坯。当生产批 量较小时，应采用自由锻件；当生产批量较大时，量较小时，应采用自由锻件；当生产批量较大时， 应采用模锻件。应采用模锻件。 对于结构形状复杂的大型轴类零件，其毛坯可采用对于结构形状复杂的大型轴类零件，其毛坯可采用 砂型铸造件、焊接结构件或铸砂型铸造件、焊接结构件或铸-焊结构毛坯。焊结构毛坯。 图图 轴类零件轴类零件 轴类毛坯应用材料热处理及工艺 锻件机床主轴45，40Cr调质处理，轴颈高频 淬火 高速柴油

12、机曲轴38CrMoAl调质处理，轴颈氮化 铸件解放汽车柴油机 曲轴 QT600-2轴颈高频淬火 锻焊结合件汽车排气阀45， 4Cr9Si2 分段锻造，粗加工， 对焊 铸焊结合件万吨水压机立柱 （80t） ZG35分段铸造，粗加工， 电渣焊拼焊 表表 轴杆类零件的毛坯选择轴杆类零件的毛坯选择 二、二、 盘套及饼块类零件盘套及饼块类零件 盘套及饼块类零件：是指直径尺寸较大而长度尺寸盘套及饼块类零件：是指直径尺寸较大而长度尺寸 相对较小的回转体零件（一般相对较小的回转体零件（一般 长度与直径之比小于长度与直径之比小于1)1)。 包括：各种齿轮、带轮、飞轮、联轴节、套环、轴包括：各种齿轮、带轮、飞轮、

13、联轴节、套环、轴 承环、端盖及螺母、垫圈等。承环、端盖及螺母、垫圈等。 (1)(1)齿轮齿轮 工作条件：工作时齿面承受很大的接触应力和摩工作条件：工作时齿面承受很大的接触应力和摩 擦力，齿根要承受较大的弯曲应力，擦力，齿根要承受较大的弯曲应力， 有时有时 还要承受冲击力。还要承受冲击力。 毛坯选择：毛坯选择： 中、小齿轮一般选用锻造毛坯，大量生产时可中、小齿轮一般选用锻造毛坯，大量生产时可 采用热轧或精密模锻的方法；采用热轧或精密模锻的方法； 单件或小批量生产的条件下，直径单件或小批量生产的条件下，直径100mm100mm以下的以下的 小小 齿轮也可用圆钢；齿轮也可用圆钢； 直径直径500mm

14、500mm以上的大型齿轮，锻造比较困难，可以上的大型齿轮，锻造比较困难，可 用用 铸钢或球墨铸铁为毛坯铸钢或球墨铸铁为毛坯 ，铸造齿轮一般以辐条结，铸造齿轮一般以辐条结 构代替锻钢齿轮的辐板结构；构代替锻钢齿轮的辐板结构； 在单件生产的条件下，常采用焊接方式制造大型在单件生产的条件下，常采用焊接方式制造大型 齿轮的毛坯；齿轮的毛坯； 在低速运动且受力不大或者在多粉尘的环境下开在低速运动且受力不大或者在多粉尘的环境下开 式运转的齿轮，也可用灰铸铁件或工程塑料件为式运转的齿轮，也可用灰铸铁件或工程塑料件为 毛坯；毛坯； 仪表齿轮在大量生产时，则用压力铸造或冲压方仪表齿轮在大量生产时，则用压力铸造或

15、冲压方 法成形。法成形。 图图 不同类型的齿轮不同类型的齿轮 (2)(2)带轮、飞轮、手轮和垫块等带轮、飞轮、手轮和垫块等 工作条件：工作条件： 受力不大、结构复杂或以承压为主。受力不大、结构复杂或以承压为主。 毛坯选择：通常采用灰铸铁件，单件生产时也可采用低毛坯选择：通常采用灰铸铁件，单件生产时也可采用低 碳钢焊接件。碳钢焊接件。 (3)(3)法兰、垫圈、套环、联轴节等法兰、垫圈、套环、联轴节等 毛坯选择：采用铸铁件、锻钢件或圆钢棒为毛坯。厚度毛坯选择：采用铸铁件、锻钢件或圆钢棒为毛坯。厚度 较小、单件或小批量生产时，也可用钢板为较小、单件或小批量生产时，也可用钢板为 坯料。垫圈一般采用板材

16、冲压成形。坯料。垫圈一般采用板材冲压成形。 (4)(4)钻套、导向套、滑动轴承、液压缸、螺母等钻套、导向套、滑动轴承、液压缸、螺母等 工作条件：在工作中承受径向力或轴向力和摩擦力。工作条件：在工作中承受径向力或轴向力和摩擦力。 毛坯选择：采用钢、铸铁、非铁合金材料的圆棒材、铸毛坯选择：采用钢、铸铁、非铁合金材料的圆棒材、铸 件或锻件制造，有的可直接采用无缝管下料。件或锻件制造，有的可直接采用无缝管下料。 尺寸较小、大批量生产时，还可采用冷挤压尺寸较小、大批量生产时，还可采用冷挤压 和粉末冶金等方法制坯。和粉末冶金等方法制坯。 (5)(5)模具毛坯：一般采用合金钢锻造成形。模具毛坯：一般采用合金

17、钢锻造成形。 齿轮毛坯应用材料热处理及工艺 锻件 机床齿轮45，40Cr调质处理，轮齿高频淬 火+低温回火 汽车齿轮20CrMnTi轮齿渗碳处理，淬火+ 低温回火 圆钢小齿轮（d500）ZG35调质处理 QT600-2 受力小，低速 齿轮 HT200 仪器仪表齿轮ZL108 压力铸造 冲压件仪器仪表齿轮08，10 表表 盘套及饼块类零件的毛坯选择盘套及饼块类零件的毛坯选择 三、机架箱体类零件三、机架箱体类零件 包括：各种机械的机身、底座、支架、横梁、工作台包括：各种机械的机身、底座、支架、横梁、工作台, , 以及齿轮箱、轴承座、阀体、泵体等。以及齿轮箱、轴承座、阀体、泵体等。 特点：特点： 一

18、般结构较为复杂，通常有不规则的外形和内腔，一般结构较为复杂，通常有不规则的外形和内腔， 壁厚不均匀，重量从几千克到数十吨，工作条件相壁厚不均匀，重量从几千克到数十吨，工作条件相 差很大。差很大。 对于一般的基本件，如机身、底座等，以承受压力对于一般的基本件，如机身、底座等，以承受压力 为主，并要求有较好的刚度和抗振性，有些机械机为主，并要求有较好的刚度和抗振性，有些机械机 身、支架，往往同时承受压、拉和弯曲应力的联合身、支架，往往同时承受压、拉和弯曲应力的联合 作用，或者还有冲击载荷；作用，或者还有冲击载荷； 工作台和导轨则要求有较好的耐磨性；工作台和导轨则要求有较好的耐磨性； 有些箱体零件虽

19、然有些箱体零件虽然 受力不大，但要求有较好的刚受力不大，但要求有较好的刚 性或密封性。性或密封性。 图图 箱体、机架类零件箱体、机架类零件 图图 泵体零件图泵体零件图 毛坯选择：毛坯选择： 一般箱体零件，采用铸件一般箱体零件，采用铸件( (铸钢、铸铁铸钢、铸铁) )，由于铸，由于铸 铁的铸造性能良好，价格便宜，并有良好的耐磨、铁的铸造性能良好，价格便宜，并有良好的耐磨、 耐压和吸振性能而得到广泛使用；耐压和吸振性能而得到广泛使用； 受力复杂或受较大冲击载荷的箱体零件，则采用受力复杂或受较大冲击载荷的箱体零件，则采用 铸钢件，有些箱体零件为减轻质量，在刚度和强铸钢件，有些箱体零件为减轻质量，在刚

20、度和强 度允许的情况下，采用铝合金铸件。度允许的情况下，采用铝合金铸件。 对于单件生产或生产周期要求很短的箱体，可采对于单件生产或生产周期要求很短的箱体，可采 用焊接方式。焊接式箱体结构相对简单，成形快用焊接方式。焊接式箱体结构相对简单，成形快, , 但焊接结构存在较大的内应力，若内应力消除不但焊接结构存在较大的内应力，若内应力消除不 好易产生变形，其吸振性不如铸件。好易产生变形，其吸振性不如铸件。 箱体毛坯应用性能及特点材料 铸铁件机床床身，齿轮 箱，阀体，泵体 具有较好的刚度 和减振性 HT200 铸钢件重型水压机横梁, 大型轧钢机机架 可承受重载荷及 冲击载荷 ZG35,必须进 行退火或正