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机械零件毛坯的选择
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机械零件毛坯的选择
第5章机械零件毛坯的选择
机械零件的制造包含毛坯成形和切削加工两个阶段,毛坯成形不但对后续的切削加工产
生很大的影响,并且对零件以致机械产品的质量、使用性能、生产周期和成本等都有影响。
所以,正确选择毛坯的种类和生产方法对于机械制造拥有重要意义。本章将侧重介绍毛坯选
择的原则及典型机械零件毛坯的选择。
机械零件常用的毛坯种类有铸件、锻件、轧制型材、挤压件、冲压件、焊接件、粉末冶金件和注射成型件等,每各种类的毛坯都可以有多种成形方法,在选择时我们依据的原则是:在保证毛坯质量的前提下,力求采纳高效、低成本、制造周期短的毛坯生产方法。一般毛坯选择步骤是:第一由设计人员提出毛坯资料和加工后要达到的质量要求,而后再由工艺人员依据零件图、生产批量,并综合考虑交货限期及现有可利用的设备、人员和技术水同样选定适合的毛坯生产方法。详尽要考虑的要素有以下几方面:
金属是制造机械零件的主要资料,一旦资料确立后,其资料的工艺性能就是影响毛坯成形的重要要素,。
表
常用资料的毛坯生产方法
资料
低
中
高
灰
铝
铜
不
工模
毛坯
碳
碳
碳
铸
合
合
锈
具具
塑料
橡胶
生产方法
钢
钢
钢
铁
金
金
钢
钢钢
砂型锻造
⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
金属型铸
造
⊙
⊙
⊙
压力锻造
⊙
⊙
熔模锻造
⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
锻造
⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
冷冲压
⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
粉末冶金
⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
焊接
⊙
⊙
⊙
⊙⊙⊙
⊙
挤压型材
⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
冷拉型材
⊙
⊙⊙
⊙
⊙
⊙
⊙
备注
可压制及
可压制
吹塑
注:表中“⊙”表示资料适合或可以采纳的毛坯生产方法。
满足零件的使用要求
零件的使用要求主要包含零件的结构形状和尺寸要求、零件的工作条件(平时指零件的受力状况、工作环境和接触介质等)以及对零件性能的要求等。
,其结构形状和尺寸常常差异较
大,各种毛坯生产方法对零件结构形状和尺寸的适应能力也不同样,所以选择毛坯时,应认
真解析零件的结构形状和尺寸特色,选择与之相适应的毛坯制造方法。对于结构形状复杂的
中小型零件,为了使毛坯形状与零件较为凑近,应先确立以铸件作为毛坯,而后再依据使用
性能要求等选择砂型锻造、金属型锻造或熔模锻造。对于结构形状很复杂且轮廓尺寸不大的
零件,宜选择熔模锻造;对于结构形状较为复杂,且抗冲击能力、抗疲惫强度要求较高的中
小型零件,宜选择模锻件毛坯;对于那些结构形状相当复杂且轮廓尺寸又较大的零件,宜选
择组合毛坯。
力学性能的要求对于力学性能要求较高,特别是工作时要承受冲击和交变载荷的零件,为了提升抗冲击和抗疲惫破坏的能力,一般应选择锻件,如机床、汽车的传动轴和齿轮
等;对于因为其他方面原由需采纳铸件的,但又要求零件的金相组织致密、承载能力较强的零件,应选择相应的能满足要求的锻造方法,如压力锻造、金属型锻造和离心锻造等。
表面质量的要求为降低生产成本,现代机械产品上的某些非配合表面有尽量不加工
的趋向,即实现少、无切屑加工。为保证这种表面的外观质量,对于尺寸较小的有色金属件,
宜选择金属型锻造、压力锻造或精美模锻;对于尺寸较小的钢铁件,则宜选择熔模锻造(铸
钢件)或精美模锻(结构钢件)。
,一定结合毛坯资料和生产方法来满
足这些要求。比方,某些有耐压要求的套筒零件,要求零件金相组织致密,不可以有气孔、砂
眼等缺点,则宜选择型材(如液压油缸常采纳无缝钢管);假如零件选材为铸铁,则宜选择
离心锻造(如内燃机的汽缸套,其资料为QT600-2,毛坯即为离心锻造铸件),对于在自动
机床长进行加工的中小型零件,因为要求毛坯精度较高,故宜采纳冷拉型材,如微型轴承的
内、外圈是在自动车床上加工的,其毛坯采纳冷拉圆钢。
机械零件毛坯的选择
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满足降低生产成本的要求
要降低毛坯的生产成本,一定认真解析零件的使用要求及所用资料的价格、结构工艺性、
生产批量等各方面状况。第一,应依据零件的选材和使用要求确立毛坯的种类,再依据零件
的结构形状、尺寸大小和毛坯的结构工艺性及生产批量大小确立详尽的生产方法,必需时还
可按有关程序对原设计提出更正建议,以利于降低毛坯生产成本。
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生产批量较小,毛坯生产的生产率不是主要问题,
资料
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利用率的矛盾也不太突出,这时应主要考虑的是减少设备、模具等方面的投资,即使用价格
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比校廉价的设备和模具,
以降低生产成本。如使用型材、
砂型锻造件、自由锻件、
胎模锻件、
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焊接结构件等作为毛坯。
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生产批量较大,提升生产率和资料的利用率,
降低废品
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率,对降低毛坯的单件生产成本将拥有明显的经济意义。所以,应采纳比较先进的毛坯制造方法来生产毛坯。尽管此时的设备造价昂贵、投资花费高,但分摊到单个毛坯上的成本是较低的,并因为工时耗费、资料耗费及后续加工花费的减少和毛坯废品率的降低,从而有效地降低毛坯生产成本。
吻合生产条件
为了兼备零件的使用要乞降生产成本两个方面,在选择毛坯时还一定与本企业的详尽生产条件相结合。当对外订货的价格低于本企业生产成本,且又能满足交货期要求时,应当向外订货,以降低成本。还要认真解析以下三方面的状况:
,在不离开我国国情及本厂实质的前提下,
尽量采纳比较先进的毛坯生产技术;
;
,包含生产设备、技术力量(含工程技术人员和技
术工人)、厂房等方面的状况。
总之,毛坯选择应在保证产质量量的前提下,获取最好的经济效益。
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依据毛坯的选择原则,下边分别介绍轴杆类、盘套类和机架箱体类等典型零件的毛坯的
选择方法。
轴杆类零件是机械产品中支承传动件、
承受载荷、传达扭矩和动力的常有典型零件,
其结构特色是轴向(纵向)尺寸远大于径向
(横向)尺寸,包含各种传动轴、机床主轴、
丝杠、光杠、曲轴、偏爱轴、凸轮轴、齿轮
轴、连杆、摇臂、螺栓、销子等,如图
所示。
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
用铸件或焊接结构件。
对于圆滑的或有阶梯但直径相差不大的
一般轴,常用型材(即热轧或冷拉圆钢)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变应力的重要轴,
均采纳锻件作为毛
坯。当生产批量较小时,应采纳自由锻件;当生产批量较大时,应采纳模锻件。
对于结构形状复杂的大型轴类零件,
其毛坯可采纳砂型锻造件、
焊接结构件或铸一焊结
构毛坯。
下边举例说明几种轴杆类零件毛坯的选择:
,工作载荷基本均衡,资料
45钢,小批量生产。
因为该轴工作时不承受冲击载荷,工作性质一般,且各阶梯轴径相差不大,所以,可采纳
热轧圆钢作为毛坯。下料尺寸为Ф
45㎜×220㎜。
减速器传动轴的加工路线可设计为:
热轧棒料下料一粗加工一调质办理一精加工一磨削。
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,生产批量中等。砂轮主轴主要用于传达动力。
该零件精度要求高,工作中将承受曲折、扭转、冲击等载荷,要求拥有较高的强度;同时,
砂轮主轴与滑动轴承相当合,因为主轴转速高简单以致轴颈与轴瓦磨损,故要求轴颈拥有较
高的硬度和耐磨性;别的,砂轮在装拆过程中易使外圆锥面拉毛,影响加工精度,所以要
求这些部位拥有必定的耐磨性。依据以上要求,资料选择为65Mn,毛坯采纳模锻件。
砂轮主轴的加工路线设计为:
下料一锻造一退火一粗加工一调质办理一精加工一表面淬火一粗磨一低温人工时效一
精磨。
退火的目的是除掉锻造应力及组织不均匀性,降低硬度,改进加工性。
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调质办理是为了提升主轴的综合性能,以满足心部的强度要求,同时在表面淬火时能获取均匀的硬化层。
表面淬火是为了使轴颈和外圆锥部分获取高硬度,提升耐磨性。
人工时效的作用是进一步稳固淬硬层组织和除掉磨削应力,以减少主轴的变形。
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。该零件在高温状态下工
作,要求资料为耐热钢,大量量生产。在保证满足零件的使用要求的前提下,为节约较名贵的耐热钢,故采纳焊接件
毛坯。阀杆部分采纳耐热钢,阀帽部分采纳碳素结构钢,焊接方法采纳电阻焊。
图汽车排气阀表示图
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盘套类零件是指直径尺寸较大而长度尺寸相对较小的辗转体零件(一般长度与直径之
比小于1),。属于这种零件的有各种齿轮、带轮、飞轮、联轴节、套环、
轴承环、端盖及螺母、垫圈等。
盘类零件因为其用途不一样,所
用的资料也不同样,毛坯生产方法
也许多。下边主要谈论几种盘套类
零件的毛坯选择问题。
带轮的毛坯选择
带轮是经过中间挠性件(各种
带)来传达运动和动力的,一般载
荷比较安稳。所以,对于中小带轮
多采纳HT150制造,故其毛坯一般
采纳砂型锻造,生产批量较小时用
手工造型;生产批量较大时可采纳
图盘套类零件
机器造型;对于结构尺寸很大的带
轮,为减少重量可采纳钢板焊接毛坯。
链轮是经过链条作为中间挠性件来传达动力和运动的,其工作过程中的载荷有必定的
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冲击,且链齿的磨损较快。链轮的资料大多使用钢材,最常用的毛坯为锻件。单件小批生
产时,采纳自由锻造;生产批量较大时使用模锻;对于新产品试制或修配件,亦可使用型
材;对于齿数大于50的从动链轮也可采纳强度高于HT150的铸铁,其毛坯可采纳砂型铸
造,造型方法视生产批量决定。
圆柱齿轮的毛坯选择
齿轮的毛坯选择取决于齿轮的选材、结构形状、尺寸大小、使用条件及生产批量等因
素。对于钢制齿轮,假如尺寸较小且性能要求不高,可直接采纳热轧捧料,除此以外,一
般都采纳锻造毛坯。生产批量较小或尺寸较大的齿轮采纳自由锻造;生产批量较大的中小尺寸齿轮采纳模锻。对于直径比较大,结构比较复杂的不便于锻造的齿轮,采纳铸钢毛坯
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或焊接组合毛坯。
例1机床齿轮一般来说,机床齿轮载荷不大,运动安稳,工作条件好,故对齿
轮的耐磨性及冲击韧度要求不高,资料采纳中碳钢,
用热轧圆钢作为毛坯。—1车床主轴
箱中Ⅲ轴上的三联滑动齿轮简图,该齿轮主要用来传
递动力并改变转速,经过拨动箱外手柄使齿轮在Ⅲ轴
上作滑移运动,与Ⅱ轴上的不一样齿轮啮合,以获取不
同的转速。考虑到整个齿轮较厚,采纳中碳钢难以淬
透,生产中也可采纳中碳合金钢如40Cr,齿面经高
频淬火提升表面硬度和耐磨性。
其加工工艺路线为:
下料一锻造一正火一粗加工一调质一精加工一
齿轮高频淬火及回火一精磨
正火办理对锻造齿轮毛坯是一定的热办理工序,
它可除掉锻造压力,均匀组织,改进切削加工性。对
于一般齿轮,正火也可作为高频淬火前的最后热办理工序。
调质办理可以使齿轮获取较高的综合力学性能,齿轮可承受较大的曲折应力和冲击
力,并可减少淬火变形。
高频淬火及低温回火提升了齿轮表面硬度和耐磨性,并且使齿轮表面产生压应力,
高了抗疲惫破坏的能力。低温回火可除掉淬火应力,对防范产生磨削裂纹和提升抗冲击能
力是有益的。
例2载重汽车的变速齿轮汽车变速箱中的齿轮主要用来调理发动机曲轴和主轴
凸轮的转速比,以改变汽车的运转速度,其工作较为深重,所以在疲惫极限、耐磨性以及
抗冲击等性能方面均比机床齿轮要求高,所以变速齿轮的资料大多项选择用合金渗碳钢。图
提
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,采纳20CrMnTi
钢,经渗碳淬火办理及低温回火后表面硬度
为58~62HRC,心部硬度为30~45HRC,这种钢拥有优异的工艺性能,这对大量生产来
说极为重要。毛坯生产方法采纳模锻。
20CrMnTi钢经锻造及正火后,
切削加工性较
好,同时有优异的淬透性、过热偏向小、渗
碳速度快及淬火变形小等热办理工艺性能。
详尽加工工艺路线以下:
下料一模锻一正火一机械粗、半精加工
(内孔及端面留磨量
)一渗碳(孔防渗)淬火、
低温回火一喷丸一校订花键孔一珩
(或磨)齿
正火是为了均匀和细化组织,除掉锻造应力,获取较好的切削加工性。
渗碳、淬火及低温回火是为了使齿面拥有高硬度及耐磨性,
而心部可获取低碳马氏体
组织,有高的强度和足够的韧性。
喷丸办理是一种增强手段,
可使零件渗碳表层的压应力进一步增大,
有益于提升疲惫
强度,同时也可除掉氧化皮。
箱体机架类零件是机器的基础件,这种零件包含机身、齿轮箱、阀体、泵体、轴承座
等,。
机械零件毛坯的选择
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图箱体、机架类零件
机械零件毛坯的选择
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因为箱体类零件的结构形状一般都比较复杂,且内部呈腔形,为满足减振和耐磨等
方面的要求,其资料一般都采纳铸铁。为达到结构形状方面的要求,最常有的毛坯是砂
型锻造的铸件。在单件小批生产、新产品试制或结构尺寸很大时,也可采纳钢板焊接毛
坯。
,资料为HT150,大量生产。考虑到该零件是泵的支承件,
结构比较复杂,资料为灰铸铁,并且生产批量大等要素,选择机器造型的砂型锻造方法生产
零件毛坯比较适合。
图泵体零件图
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复****与思虑题
5—1常用的毛坯形式有哪几类?选择毛坯应依据的基根源则是什么?
5—2影响毛坯生产成本的主要要素有哪些?依据不一样的生产规模,如何降低毛坯的生产成
本?
5—3轴类零件的常用毛坯有哪几种?生产实质中如何选择?
5—4箱体机架类零件的常用毛坯有哪几种?生产实质中如何选择?
5—5试为以下图所示的零件选择适合的资料和毛坯生产方式。
a)车床进给箱体,资料HT200,中批量生产
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阶梯轴,资料45钢,小批生产
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