第四章 机械零件毛坯的选择

1、第四章第四章 材料及成形方法的选择材料及成形方法的选择（机械零件毛坯的选择）（机械零件毛坯的选择） 机械零件的制造：毛坯成形和切削加工两机械零件的制造：毛坯成形和切削加工两个阶段。（铸、锻、冲压、焊及其他成形个阶段。（铸、锻、冲压、焊及其他成形方法）方法） 毛坯选择是否合理直接影响零件的制造质毛坯选择是否合理直接影响零件的制造质量和使用性能，而且对零件的制造工艺过量和使用性能，而且对零件的制造工艺过程，生产周期，成本都有很大影响。程，生产周期，成本都有很大影响。 1 机械零件毛坯的类型及成形（制造）方法机械零件毛坯的类型及成形（制造）方法的比较的比较机械零件毛坯按其制造方法可分为机械零件毛坯按

2、其制造方法可分为铸件铸件 、锻件、锻件 、冲压、冲压件件 、焊接件、型材下料件、焊接件、型材下料件等五大类。等五大类。 常用毛坯的类型及制造方法比较，即机械零件毛坯在常用毛坯的类型及制造方法比较，即机械零件毛坯在成形特点、所用金属材料及其组织性能、零件结构特成形特点、所用金属材料及其组织性能、零件结构特点及适用范围的比较，点及适用范围的比较， 一）一） 铸件铸件 铸造特点：适应广（几克铸造特点：适应广（几克几百吨），内腔复杂，几百吨），内腔复杂， 价低。价低。 1）耐磨、减振、价廉）耐磨、减振、价廉灰铸铁，如机身等。灰铸铁，如机身等。 2）受力复杂的件）受力复杂的件 铸钢，如机架等。铸钢，如机

3、架等。 3）曲轴、）曲轴、 连杆连杆球铁。但组织粗大，受动载荷件球铁。但组织粗大，受动载荷件 ，一般考虑用锻件。，一般考虑用锻件。 二）二） 锻件锻件 特点：组织细，力学性能好。特点：组织细，力学性能好。 自由锻件自由锻件形状简单形状简单 模锻件模锻件形状较复杂，但锻模贵，适批量，尺形状较复杂，但锻模贵，适批量，尺 寸受限。寸受限。 三）三） 冲压件冲压件 主要：主要：6mm，塑性好，金属、非金属制品。，塑性好，金属、非金属制品。 冲压件精度高，互换性好，冲模成本高，宜批量生冲压件精度高，互换性好，冲模成本高，宜批量生产。产。 四）四） 焊接件焊接件 特点：大特点：大小，工序简单，工艺准备、生

4、产周期较小，工序简单，工艺准备、生产周期较短，而且可以实现各种工艺组合（锻、铸、焊），短，而且可以实现各种工艺组合（锻、铸、焊），各种材料组合，注意焊接变形，质量检验等。各种材料组合，注意焊接变形，质量检验等。五）五） 型材型材 其他压力加工（轧、挤、拉拔等）生产的型材，能其他压力加工（轧、挤、拉拔等）生产的型材，能利用型材的直接利用。利用型材的直接利用。2 机械零件毛坯的选择原则机械零件毛坯的选择原则1 、适应性原则：即满足使用要求。、适应性原则：即满足使用要求。 2 、经济性原则：从几个方案选择成本低的，不只考虑材料成本、经济性原则：从几个方案选择成本低的，不只考虑材料成本低，还要考虑寿命

5、。低，还要考虑寿命。 3 、可行性原则：生产条件，本厂，外协。、可行性原则：生产条件，本厂，外协。 3 常用机械零件毛坯的选择常用机械零件毛坯的选择常用机械零件按其形状特征可分为：轴杆类零件、盘套及饼块常用机械零件按其形状特征可分为：轴杆类零件、盘套及饼块类零件、支架箱座类零件。由分析这三类零件的结构特点、工类零件、支架箱座类零件。由分析这三类零件的结构特点、工作条件和使用要求来讨论其毛坯的选择。作条件和使用要求来讨论其毛坯的选择。 1、轴杆类：、轴杆类：1）结构特点：轴向（纵向）尺寸远大于径向（横向）尺寸。包结构特点：轴向（纵向）尺寸远大于径向（横向）尺寸。包括传动轴（阶梯轴）、各种主轴（光

6、滑轴）、齿（凸）轮轴、括传动轴（阶梯轴）、各种主轴（光滑轴）、齿（凸）轮轴、曲轴、偏心轴、连杆、车床丝杠及光杠、锤杆、立柱、摇臂甚曲轴、偏心轴、连杆、车床丝杠及光杠、锤杆、立柱、摇臂甚至螺栓、销子等。至螺栓、销子等。 2）工作条件和使用要求：重要的受力和传动零件，但具体受力）工作条件和使用要求：重要的受力和传动零件，但具体受力情况有很大的差别，如情况有很大的差别，如（1）传动轴：受较大扭矩和弯矩作用，失效形式：剪切断裂和）传动轴：受较大扭矩和弯矩作用，失效形式：剪切断裂和弯曲变形。弯曲变形。 （2）发动机曲轴和连杆：受周期性变化的弯曲和轴向拉压应）发动机曲轴和连杆：受周期性变化的弯曲和轴向拉压

7、应力，失效形式：相应应力下的疲劳破坏（断裂）。力，失效形式：相应应力下的疲劳破坏（断裂）。3）毛坯的选择：）毛坯的选择：（1）材料：选择具有良好综合力学性能的中碳钢和中碳合金）材料：选择具有良好综合力学性能的中碳钢和中碳合金钢，如，钢，如，45号钢、号钢、40Cr、 40CrNi。（2）制造方法：锻造。单件小批：自由锻；成批、大批：模）制造方法：锻造。单件小批：自由锻；成批、大批：模锻。锻。 （3）对于结构复杂，受力不大，可选铸件为毛坯；也可锻）对于结构复杂，受力不大，可选铸件为毛坯；也可锻焊、铸焊、铸焊。常用材料：焊。常用材料： QT450-10、QT500-7 、 ZG270-500。2、

8、 盘套及饼块类：盘套及饼块类： 1）结构特点：轴向（纵向）尺寸小于径向（横向）尺寸，或相结构特点：轴向（纵向）尺寸小于径向（横向）尺寸，或相差不大。包括齿轮、凸轮、蜗轮、带轮、飞轮、轴瓦、轴套、差不大。包括齿轮、凸轮、蜗轮、带轮、飞轮、轴瓦、轴套、联轴节、轴承环以及各类模具等。联轴节、轴承环以及各类模具等。 2）工作条件、使用要求及其毛坯的选择：这类零件形状尺寸及）工作条件、使用要求及其毛坯的选择：这类零件形状尺寸及工作条件和使用要求差别很大，因此所用材料及制造方法也各工作条件和使用要求差别很大，因此所用材料及制造方法也各不相同。齿轮最具典型性，不相同。齿轮最具典型性，（1）齿轮的工作条件、使

9、用要求：轮齿齿面上受很大的接触应）齿轮的工作条件、使用要求：轮齿齿面上受很大的接触应力和摩擦力力和摩擦力 要求齿面有好的硬度和强度；同时，齿根受较大要求齿面有好的硬度和强度；同时，齿根受较大的弯曲应力和冲击力作用的弯曲应力和冲击力作用要求齿轮基体有足够高的强度和韧要求齿轮基体有足够高的强度和韧性。性。（2）齿轮毛坯的选择：）齿轮毛坯的选择：（1）材料：与传动轴相似，选择具有良好综合力学性能的中碳）材料：与传动轴相似，选择具有良好综合力学性能的中碳钢和中碳合金钢钢和中碳合金钢(调质钢），如，调质钢），如，40、45号钢、号钢、40Cr、 40CrNi、40MnB、 35CrMo。对耐磨性和韧性要

10、求更高的齿轮要采用合。对耐磨性和韧性要求更高的齿轮要采用合金渗碳钢，如，金渗碳钢，如，20Cr、20CrMnTi。（2）制造方法：锻造。）制造方法：锻造。成批大批：模锻成热轧齿轮。如下图成批大批：模锻成热轧齿轮。如下图b).单件小批，直径单件小批，直径100MM 以下的小齿轮：圆钢下料件。如下图以下的小齿轮：圆钢下料件。如下图a).（3）其他情况，）其他情况，对于直径对于直径500MM以上，受力不复杂的齿轮，以上，受力不复杂的齿轮，可选铸件为毛坯。材料：球墨铸铁，可选铸件为毛坯。材料：球墨铸铁， 如如QT500-7， 铸钢，如铸钢，如ZG270-500。可看到铸造齿轮以辐条结构替代锻造齿轮的辐

11、板。可看到铸造齿轮以辐条结构替代锻造齿轮的辐板结构。如下图结构。如下图b)和和c)所示。所示。用焊接方式生产大型的单件齿轮毛坯。如下图用焊接方式生产大型的单件齿轮毛坯。如下图d).低速运转且受力较小，或在多粉尘环境下开式运转的齿轮低速运转且受力较小，或在多粉尘环境下开式运转的齿轮,可可用灰铸铁为毛坯。用灰铸铁为毛坯。小型仪器仪表的齿轮，用冲压件；小功率齿轮，用粉末冶金小型仪器仪表的齿轮，用冲压件；小功率齿轮，用粉末冶金制造或用塑料制成齿轮，等等。制造或用塑料制成齿轮，等等。3 3）其他盘套及饼块类零件的工作条件、使用要求及其毛坯的）其他盘套及饼块类零件的工作条件、使用要求及其毛坯的选择：选择：

12、（1 1）受力不大或以受压力为主的零件，如皮带轮、飞轮、手）受力不大或以受压力为主的零件，如皮带轮、飞轮、手轮、轴承端盖：选价格低廉的灰铸铁件，轮、轴承端盖：选价格低廉的灰铸铁件，HT100HT100、HT150HT150、HT200HT200。（2 2阀盖、缸套、活塞、拨叉、转向节等零件体积不大，但结阀盖、缸套、活塞、拨叉、转向节等零件体积不大，但结构复杂，可采用构复杂，可采用HT200HT200的灰铸铁件及各种牌号的球铁件。的灰铸铁件及各种牌号的球铁件。（3 3）力学性能要求较高的零件，如凸轮，应选用中碳（合金）力学性能要求较高的零件，如凸轮，应选用中碳（合金）钢锻件、球墨铸铁或高牌号（强

13、度）灰铸铁件。钢锻件、球墨铸铁或高牌号（强度）灰铸铁件。（4 4）活塞环、棘轮、万向节头等有耐磨要求的小型零件可采）活塞环、棘轮、万向节头等有耐磨要求的小型零件可采用各种牌号的珠光体可锻铸铁。用各种牌号的珠光体可锻铸铁。（5 5）轴套、轴瓦等耐磨零件可采用铜合金铸件或锻件。）轴套、轴瓦等耐磨零件可采用铜合金铸件或锻件。3、支架箱座类、支架箱座类 1）结构特点：形状不规则，结构比较复杂。这类零件包括机结构特点：形状不规则，结构比较复杂。这类零件包括机身、机座、支架、横梁、工作台、齿轮箱、轴承座、阀体、泵身、机座、支架、横梁、工作台、齿轮箱、轴承座、阀体、泵体等。体等。 2）工作条件及使用要求毛坯

14、的选择：这类零件工作条件相差）工作条件及使用要求毛坯的选择：这类零件工作条件相差很大。很大。（1）一般基础零件，如机身、机座等，受压应力，要求有较）一般基础零件，如机身、机座等，受压应力，要求有较好的刚度和减振性。好的刚度和减振性。（2）有些基础零件（机身、机座）包括支架，）有些基础零件（机身、机座）包括支架， 同时受压应力、同时受压应力、拉应力、弯曲应力及冲击载荷的联合作用，还要求有好的强度拉应力、弯曲应力及冲击载荷的联合作用，还要求有好的强度和韧性。和韧性。（3）箱体零件一般受力较小，但要求有良好的刚性和致密性。）箱体零件一般受力较小，但要求有良好的刚性和致密性。（4）工作台、导轨要求有较

15、好的耐磨性和减振性。）工作台、导轨要求有较好的耐磨性和减振性。3 3）毛坯的选择：）毛坯的选择：（1 1）以上零件大多选择耐压、耐磨和减振性良好且价格低廉的）以上零件大多选择耐压、耐磨和减振性良好且价格低廉的灰铸铁件，如，灰铸铁灰铸铁件，如，灰铸铁HT150HT150、HT200HT200、HT250HT250和和HT300HT300等。等。 （2 2）上面（）上面（2 2）类零件受力复杂且是大型零件，应采用中碳铸）类零件受力复杂且是大型零件，应采用中碳铸钢件。钢件。（3 3）生产批量不大、体积特大的零件，可选择采用焊接件毛坯，）生产批量不大、体积特大的零件，可选择采用焊接件毛坯，材料：低碳钢。焊接结构还可减轻零件质量，但刚性和减振性材料：低碳钢。焊接结构还可减轻零件质量，但刚性和减振性不如铸铁件。不如铸铁件。总结：总结：一、轴杆类零件毛坯选择一、轴杆类零件毛坯选择常用常用40Cr40Cr、 40CrNi 40CrNi 、 4545号钢号钢 、 QT450-10QT450-10、QT500-7QT500-7、