第五章_毛坯的选择(2013.3)

1、第五章 毛坯的选择 5.1 各种毛坯的特点 5.2 毛坯选择原则 5.3 常用零件的毛坯选择 5.1 各种毛坯的特点 零件的机械制造 毛坯成形切削加工 铸造锻造冲压焊接轧材 正 确 毛 坯 选 择 的重 要性 对零件的制造质量、使用性能、生产率和生产成本 等都有很大的影响。因此，正确地选择毛坯的种类及成 形方法是机械设计与制造中的重要任务。 切削加工 提高毛坯件的精度和表面质量，它基本上不改变毛 坯件的物理、化学和力学性能； 铸件型材冲压件焊接件锻件非金 属件 粉末冶 金件 各种毛坯的特点 机械零件毛坯种类 一、铸件 铸造特点： 优点：适应性广、灵活性大、设备较简单、成本 低； 缺点：内部组织

2、疏松，力学性能较差； 应用： 形状结构较为复杂、要求耐磨、减震、价廉的零 件，毛坯可选用铸件。 手工砂型铸造：一般用于单件小批量生产，尺寸精 度和表面质量较差； 机器造型铸造：毛坯生产率较高，适于成批大量生 产 ； 熔模铸造：适用于生产形状复杂的小型精密铸钢件； 金属型铸造、压力铸造和离心铸造：毛坯精度、表 面质量、力学性能及生产率都较高，但对零件的形状 特征和尺寸大小有一定的适应性要求。 各种毛坯的特点 一、铸件 各种铸造方法： 金属材料经塑性变形获得，其组织和性能比铸 态的要好得多，但其形状复杂程度受到很大限制。 力学性能要求高的零件其毛坯多为锻件 。 各种毛坯的特点 二、锻造件 自由锻：

3、适应性较强，但锻件毛坯的形状较为简单， 而且加工余量大、生产率低，适于单件小批量生产 和大型锻件的生产； 特 点 ： 锻造方法： 模锻： 尺寸精度较高、加工余量小、生产率高； 但受到锻模的限制，无法制造出形状复杂的锻件， 尤其复杂内腔的零件毛坯更是无法锻出。且生产成 本高于铸件，其适于大批量生产中、小型锻件。 应 用 ： 主要应用于受力情况复杂、重载、力学性能要求较 高的零件及工具模具的毛坯制造 。如常见的锻件有齿轮、 连杆、传动轴、主轴、曲轴、吊钩、拨叉、配气阀、气 门阀、摇臂、冲模、刀杆、刀体等。 各种毛坯的特点 二、锻造件 锻造方法： 大多是在冷态下变形，产品具有足够强度和刚度、 有很高

4、的尺寸精度、表面质量好、少无切削加工性 及互换性好，无须进行切削加工就可使用。 应 用 ： 只适于大批量生产 。如常见的冲压件有汽车覆 盖件、轮翼、油箱、电器柜、弹壳、链条、滚珠轴 承的隔离圈、消音器壳、风扇叶片、自行车链盘、 电机的硅钢片、收割机的滚筒壳、播种机的圆盘等 各种薄板件。 各种毛坯的特点 三、冲压件 特点： 各种毛坯的特点 四、焊接件 永久性的连接金属的方法。 特点： （ 2）能化大为小，以小拼大； （ 3）可以制造多层金属的结构； （ 4）抗震性差、易变形。 （ 1）节约材料； 制造金属结构件。如梁、柱、桁架、容器等。 各种毛坯的特点 四、焊接件 应 用 ： (1) 复杂的大型

5、结构件的生产； (2) 生产异种材质零件； (3) 某些特殊形状的零件或结构件。如蜂窝状 结构的零件、波纹管、同轴凸轮组等； (4) 单件或小批量生产； 各种毛坯的特点 五、型材 常用的型材有圆钢、方钢、扁钢、钢管及钢板， 切割下料后可直接作为毛坯进行机械加工。 分类： 普通精度的热轧料：用于普通零件制造； 高精度的冷轧料：用于精度高的中小型零件； 各种毛坯的特点 六、粉末冶金件 将一定比例均匀混合的金属粉末或金属与非金属 粉末，经过压制、烧结工艺制成毛坯或零件的加工方 法。 特点： 具有良好的减摩性 、耐磨性、密封性、过滤性、 多孔性、耐热性及某些特殊的电磁性等。 应用： 主要应用于含油轴承

6、、离合器片、摩擦片及硬 质合金刀具等。 七、非金属件 各种毛坯的特点 特点： 应用： 一般结构件、传动件、摩擦件、耐蚀件、绝缘 件、高强度高模量结构件等。 工程塑料具有重量轻、化学稳定性好、绝缘、 耐磨、减振、成形及切削加工性好，以及材料来源 丰富，价格低等一系列优点，但其力学性能比金属 材料低很多。 常用的工程塑料有聚酰胺(尼龙 )、聚甲醛、聚 碳酸酯、聚矾、ABS、聚四氟乙烯、环氧树脂等。 种类： 毛坯类型 比较内容 铸件锻件冲压件焊接件轧材 成形特点液态下成形固态下塑性 变形 同锻件永久性连接同锻件 对原材料工艺 性能要求 流动性好、收 缩率低 塑性好、变 形抗力低 同锻件强度高、塑性

7、好、液态下化 学稳定性好 同锻件 常用材料灰铸铁、球墨 铸铁、中碳 钢铝、铜合金 中碳钢、合 金结构钢 低碳钢及有色 金属薄板 低碳钢、低合 金钢、不锈钢、 铝合金等 低、中碳钢、 合金结构钢、 铝、铜合金 等 金属组织特征 晶粒粗大、疏 松、杂质排列 无方向性 晶粒细小、 致密、晶粒 呈方向性排 列 拉深后沿拉深 方向形成流线 组织，其余工 序组织基本不 变 焊缝区为铸造 组织，熔合与 过热区有粗大 晶粒 同锻件 机械性能灰铸铁较差， 球墨、可锻铸 铁及铸钢较好 比相同成分 的铸钢件好 变形部分的强 度硬度提高、 结构刚性好 接头的机械性 能可达到或接 近母材 同锻件 常用毛坯类型及其制造方

8、法比较 各种毛坯的特点 结构特征 制，可相当复杂 铸件简单状可较复杂限制，结构较轻 形状一般不受限 形状一般较 结构轻巧，形 尺寸、形状一般不受 形状简单，横 向尺寸变化小 材料利用率 高低较高较高较低 生产周期长 模锻长 自由锻短、 长较短短 生产成本较低较高批量越大，成 较 高 围 的零件， 或要求 是强度和韧 减震、耐磨的零 性要求较高 件；球铁、铸钢、的传动零件 铝、铜合金用于 和工具、模 重载或复杂载荷 具 零件 造零件毛坯 本越低 主要适用范 灰铸铁用于受力 用于对机械 用于以薄板成 主要用于制造各种金 形状简单的零 不大或承压为主 性能，尤其 形的各种零件 属结构，部分用于制 件

9、 应用举例 齿轮等锻模、冲模 等 轴承座、曲轴、 螺栓、弹簧、种薄金属件机架、立柱等 螺 机架、床身、底 机床主轴 、 汽车车身覆盖 锅炉、压力容器、化 光轴、丝杠、 座、工作台、导 传动轴、曲 件、机表、电 工容器、管道、厂房、 栓、螺母、 轨、变速箱、泵 轴、连杆、 器及仪器零件、吊车构架、桥梁、车销子等 体、阀体、带轮、齿轮、凸轮、油箱、水箱各 身、船体、飞机构件、 常用毛坯类型及其制造方法比较 铸件锻件焊接件冲压件轧材 第五章 毛坯的选择 5.1 各种毛坯的特点 5.2 毛坯选择原则 5.3 常用零件的毛坯选择 基本原则： 5.2 毛坯选择原则 优质、高产、低消耗是生产任何产品所遵循的

10、 原则。 具体体现为以下三个原则： 使用性原则 经济性原则 实际生产条件原则 1. 使用性原则 毛坯选择原则 外观质量：形状、尺寸、加工精度、表面粗糙 度等； 内部质量：化学成分、金相组织、力学性能、 物理性能和化学性能； 在多数情况下，零件的使用性能要求直接决 定了毛坯的材料，同时在很大程度上也决定了毛 坯的成形方法。因此，在选择毛坯时，首先要考 虑的是零件毛坯的材料和成形方法均能最大程度 地满足零件的使用要求 。 使用要求： 毛坯选择原则 1. 使用性原则 例：齿轮零件，由于工作条件、使用要求不同，其毛 坯的类别、选材和制造方法不一样。 农业机械和建筑机械用齿轮：低速运转，受力不 大，啮合

11、及振动要求低，常选用灰铸铁或合金铸铁等； 机床用齿轮：要求传动平稳、振动小，受力稳定， 在静态下换速，且要求润滑良好，常选用中碳钢或低 合金钢锻造和机加工 ，并经热处理后使用； 汽车用齿轮：要求具有较高的耐磨性和抗冲击性 能，且动态下变速，常选用有良好淬透性的低碳合金 钢，经 锻造、机加工、渗碳、淬火 等处理后使用； 应根据零件的生产批量及使用要求，选择合适 的毛坯制造工艺，降低废品率，提高生产率，节约 工时与材料。同时应尽量采用先进工艺，提高质量 和生产率，降低成本。 降低毛坯成本。 毛坯选择原则 2. 经济性原则 选择合适的毛坯生产工艺 毛坯选择原则 2. 经济性原则 选择合适的材料 改变

12、材料，毛坯生产工艺也要改变，同时成 本也变化。 原选材为 45 钢： 经车削、钻孔、插齿，最后经调质处 理制成。插齿需设退刀槽，调质处理时 存在变形和脱碳等缺陷。故成本较高。 后改为 20 钢： 经预冲后一次挤压成形， 再经淬火处理制造。 改进后：不需机加工，淬火处理又能满 足使用性能要求，合格率和生产率大大 提高，成本也大幅度降低。 毛坯选择原则 2. 经济性原则 批量和生产周期 单件、小批量生产： 减少设备、模具等方面的投资，以降低 生产成本； 大批量生产： 提高生产率和材料的利用率，降低废品 率，对降低毛坯的单件生产成本具有明显的经 济意义，如精密铸件、精密模锻件 ； 毛坯选择原则 3.

13、 实际生产条件原则 根据使用要求和经济性所确定的毛坯生产 方案是否能实现，还必须考虑企业的实际生产 条件。只有实际生产条件能够实现的生产方案 才是切实可行的。 实际生产条件主要指企业的设备条件、技 术水平、厂房情况及原材料供应情况等。如这 些条件不能满足生产要求，就应考虑某些零件 的毛坯生产或毛坯生产中的部分工序与其他企 业协作。 毛坯 特 点生产方法应 用 铸 件 对材料适应性广，铸件价格低廉，应 用广泛，在设备中比例大，可制不同复 杂程度的各类大小铸件，适合各种批量 生产。 合金组织粗大，内有缺陷；力学性能 不高，尤其抗冲击性能较低；工序较多， 废品率较高；精度低、加工余量大 砂型铸造 金

14、属型铸造 熔模铸造 压力铸造 低压铸造 离心铸造等 在各行各业都 应用广泛。 如，活塞环、 气缸套、气缸 机架、机座、 泵等等。 锻 压 件 适应性较广，锻压件力学性能较好 (强 度、冲击性和抗疲劳性高 )，合金组织较 细，内部缺陷较少，精度较高。 难以获得大型件和复杂的形状，尤其 是内腔。 自由锻 模锻 挤压 轧制 冲压等 在各行各业都 常应用。如光 轴、阶梯轴、 曲轴、连杆等 等。 焊件 可以小拼大，气密性好，生产周期短， 焊件强度和刚度较高，材料利用率高。 抗震性差，易变形。 手弧焊 气体保护焊 电阻焊等 广泛应用于石 油化工 、 船舶、 航空等上 型材 可直接使用，精度高，性能较高，成

15、本 较低，便于自动化加工。 槽钢、工字 钢、角钢等 建筑、桥梁等 工程结构。 体、机床床身、 毛坯选择原则 第五章 毛坯的选择 5.1 各种毛坯的特点 5.2 毛坯选择原则 5.3 常用零件的毛坯选择 课 前复习 各种毛坯的特点： 铸造件、锻造件、冲压件、焊接件、轧材等； 毛坯选择原则 优质、高产、低消耗 使用要求：外观和内部质量； 经济性：工艺、材料、批量等 降低成本； 实际生产条件： 常用零件的毛坯选择 轴类、盘类、套类、箱体类； 常用机械零件按其结构、用途和形状特点，可 分为轴类、盘套类、箱体类等几种。 5.3 常用零件的毛坯选择 一 . 轴类零件 由回旋体构成，其长度大于直径； 特点：

16、 功能： 主要用以支承传动零件(如齿轮、带轮等)和传 递动力，是机械中重要的受力零件； 常用的有光轴、阶梯轴、凸轮轴及曲轴等； 典型零件： 通常采用钢或铸铁，并用锻造或铸造毛坯，经 机加工成形； 一 . 轴类零件 光轴毛坯一般采用热轧或冷轧圆钢； 阶梯轴采用圆钢 (尺寸及受力较小时)或锻件 (尺寸及受力较大时)作毛坯； 凸轮轴及曲轴一般采用球墨铸铁作毛坯，有时 采用锻件毛坯。 特殊情况下，也可采用锻-焊或铸-焊方法制造 轴类零件的毛坯。 毛坯选择： 常用零件的毛坯选择 主要部分由回旋体构成，但其径向尺寸较大、轴 向尺寸短； 常用零件的毛坯选择 二 . 轮盘类零件 特点： 典型零件： 有齿轮、带

17、轮、飞轮、法兰盘等。由于其使用 要求和工作条件不同，所用材料和工艺方法各不 相同。 常用零件的毛坯选择 二 . 轮盘类零件 齿轮既可用铸造毛坯，也可用锻造毛坯，铸造 毛坯有铸铁件和铸钢件，应用时依具体情况而定； 带轮、飞轮、手轮和垫块等受力不大或以承压 为主的零件，常采用灰铸铁件毛坯； 法兰、套环等零件，根据工作情况、受力大小 及尺寸、形状等，可分别采用圆钢、铸件或锻件 为毛坯； 毛坯选择： 形状以中空的回旋体构成，常为薄壁件，易变 形，尺寸精度及形位公差要求高，长度一般大于 直径； 常用零件的毛坯选择 三 . 套类零件 特点： 常见的有滑动轴承，滚动轴承内、外圈和保 持架，导套、液压缸等。

18、功能： 一般起支撑或导向作用，常承受径向力、轴向 力或摩擦力； 典型零件： 常用零件的毛坯选择 三 . 套类零件 毛坯选择： 套类零件材料一般为钢、铸铁、青铜、黄铜等； 孔径小于 20mm的套类零件，常用热轧、冷轧棒 料为毛坯，或用实心铸件为毛坯； 孔径大于 20mm时，采用无缝钢管或有孔的铸件 和锻件；批量大时，也可用挤压和粉末冶金件； 一般有不规则的外形和内腔，其结构特点是薄 壁、中空、形状复杂； 其作用是支撑轴、轴承、齿轮、拨叉等零件， 组成主轴、中间轴和操纵机构等； 常用零件的毛坯选择 四 . 箱体类零件 特点： 受力情况以承压为主，要求有较好的刚度和减 振性，但有些机械的床身和支架同

19、时受压、拉和 弯曲应力的联合作用，或还有冲击载荷。 功能： 常用零件的毛坯选择 四 . 箱体类零件 有床身、底座、支架、床头箱、轴承座、泵体、 阀体、内燃机气缸体等。 典型零件： 一般以灰铸铁为毛坯； 对于受力复杂或受较大冲击载荷的箱体零件， 如车架和某些重型机械的床身机架，常用铸钢件； 航空发动机和某些汽车中的箱体类零件，为减 轻重量常采用高强度铝合金铸件。 毛坯选择： 小 结 各种毛坯的特点： 铸造件、锻造件、冲压件、焊接件、轧材等； 毛坯选择原则 优质、高产、低消耗 使用要求：外观和内部质量； 经济性：工艺、材料、批量等 降低成本； 实际生产条件： 常用零件的毛坯选择 轴类、盘类、套类、

20、箱体类； 比较 内容 制造方法 铸 造锻 造冲 压焊 接型 材 成形 特点 液态成形固态下塑性变形借助金属原子的 扩散和结合，形 成永久性连接 固态下 成形 对原材 料工艺 性能要求 流动性好 收缩率小 塑性好，变形抗力小强度好，塑性好 液态下化学稳定性 切削加 工性好 适用 材料 铸铁、铸 钢、非铁 合金 中碳钢， 合金结构 钢 低碳钢和 非铁合金 薄板 低碳钢和低合金 结构钢 碳钢， 合金钢 非铁合金 适宜的 形状 形状不受 限，可相 当复杂， 尤其是内 腔形状 自由锻件 简单，模 锻件可较 复杂 可较复杂形状不受限简单， 一般为 圆形或 平面 表 常用毛坯制造方法比较 适宜的 尺寸与质量 砂型铸造 不受限 自由锻不受限 模锻 150Kg 不受限不受限中、小 型 毛坯的 组织和性能 砂型铸造件 晶粒粗大、 疏松、缺陷 多、杂质排 列无方向性 。铸件力学 性能差，耐 磨性和减振 性好；铸钢 件力学性能 较好 晶粒细小，较 均匀，致密， 可利用流线改 善性能，力学 性能好 组织细密 可产生锻 造流线。 利用冷变 形强化， 可提高强 度和硬度 ，结构刚 性好 焊缝区为铸态 组织，熔合区 及过热区有