机械制造基础第6章_机械零件毛坯的选择方案

3) 选材: 45钢。
4) 加工工艺路线: 下料 锻造
正火
粗加工 调质
半精加工 钻中心孔 精车加工
铣键槽 局部淬火(锥孔及外锥体)
粗磨 滚铣花键 花键淬火 精磨
YJ – 130汽车半轴
1) 工作条件: 1.该轴在上坡或启动时,承受较大扭矩。 2.承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力。 3.承受反复弯曲疲劳应力。
选择毛坯的依据
1、零件的类别、用途和工作条件及其形状、尺寸和设计 技术要求；
2、零件的生产批量； 3、生产条件。
6.3 典型零件毛坯的选择分析
常用的机械零件按其形状特征可分为： 一、轴杆类零件 二、盘套类零件 三、机架箱体类零件
1.轴杆类零件
其结构特点是轴向（纵向）尺寸远大于径向（横向） 尺寸； 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、拨叉、锤杆、摇臂、 螺栓、销子等。
其毛坯选择根据具体情况而异。如齿轮一般应选用锻 造毛坯，大批量条件下选用热轧齿轮；直径在100mm以 下的小齿轮单件小批时可以圆钢为毛坯；直径500mm以 上的大齿轮可以铸钢或球墨铸铁为毛坯。
3.机架、箱体类零件
包括机身、底座、支架、横梁、工作台、齿轮 箱、轴承座、阀体、泵体等。 常采用铸铁件、铸钢件，或铸—焊结构。
t
时间t
C616 – 416车床主轴
1) 工作条件: 1.该轴在滚动轴承中运转。 2.承受中等负荷,承受一定的冲击力。 3.转速中等。
2) 技术要求: 1.整体调质后硬度应为HB200～230,金相组
织为回火索氏体。 2.内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC45～50,
表面3～5mm内金相组织为回火屈氏体和 少量回火马氏体。 3.花键部分硬度HRC48～50,金相组织同上。
回火马氏体(低碳)+铁素体+细珠光体。
3) 选材: 20 CrMnTi 钢。 4) 加工工艺路线:
下料 锻造 正火 机械加工 渗碳 淬火 低温回火 喷丸 磨齿
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2) 技术要求: 1.杆部硬度HRC37～44;盘部外圆硬度HRC
24～34 ;金相组织为回火索氏体和回火屈 氏体。 2.弯曲度:杆中部<1.8mm;盘部跳动<2.0mm。
3) 选材:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。 4) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火 粗加工 调质
半精加工 精车加工 盘部钻孔 磨花键
常用毛坯类型及其制造方法比较
毛坯类型 铸件 锻件 冲压件 焊接件 轧材
比较内容
成形特点
液态下成形 固态下塑性变 同锻件 形
永久性连接 同锻件
对原材料工艺 流动性好、收 塑性好、变形 同锻件
性能要求 缩率低
抗力低
强度高、塑性 同锻件 好、液态下化 学稳定性好
常用材料
灰铸铁、球墨 中碳钢、合金 低碳钢及有色 低碳钢、低合 低、中碳钢、
第六章 零件毛坯的选择
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机械零件的制造包括毛坯成形和切削加工两个阶段， 大多数零件都是通过铸造、锻造、焊接或冲压等方法 制成毛坯，再经过切削加工制成。
因此，正确选择零件毛坯和合理选择机械加工方法是 机械零件生产过程控制的关键，选择正确与否，不仅 影响每个机械零件乃至整个机械制造的质量和使用性 能，而且对于生产周期和成本也有重大的影响。
6.2 机械零件毛坯选择的原则 一、选择毛坯的原则：
应在满足使用要求的前提下，努力降低 生产成本，即适用性原则和经济性原则。
1、适用性原则
就是满足零件的使用要求。
体现在对其形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等外 部质量，和对其化学成分、金属组织、机械性能、物 理性能和化学性能等内部质量的要求上。
同一类零件，由于使用要求不同，从选择材料到选择
（2）工艺性原则 指所选用的材料能否适应各种加工工艺，经济、高效 地生产出满足规定性能及结构要求零件的能力。 金属材料的工艺性能
①铸造性能 ②锻压性能 ③焊接性能 ④切削加工性能
⑤热处理性能
高分子材料的工艺性能 陶瓷材料的工艺性能
二、选材的方法及步骤 （一）零件选材的具体方法 1.以综合力学性能为主的选材 2.以疲劳强度为主的选材 3.以磨损为主的选材
3.其他
（1）使用性原则 指所选用的材料在正常工作情况下能够满足产品及 零件的性能要求，是保证零件的设计功能实现、安全耐用 的必要条件。 选材的最主要原则。
材料的使用性能包括力学性能、物理和化学性能等。 对结构零件而言，其使用性能一般以力学性能要求为 主，物理性能和化学性能要求为辅； 对功能元件而言，其使用性能则以各种功能特性为主， 力学性能、化学性能为辅。
锻造： 制造受力较大或较复杂的零件。自由锻、模锻
转轴、齿轮、曲轴和叉杆
冲压： 制造质轻、壁薄而刚性好的零件及形状较复杂的壳
体：箱体、壳体、仪表板和容器
焊接： 形状复杂件或大型构件的连接成形、异种材料的连
接和零件的修补
粉末冶金 ：适于制造形状较复杂的中、小型零件，如皮带
轮、齿轮、链轮等；也适于制造有特殊性能要求的材料和零 件，如含油轴承、金刚石工具、硬质合金、活塞环等。
自由锻短、模 长
较短
短
锻长
生产成本 较低
较高
批量越大，成 较高
—
本越低
主要适用范 灰铸铁用于受力 用于对机械性 用于以薄板成 主要用于制造各 形状简单
围
不大或承压为主 能，尤其是强 形的各种零件 种金属结构，部 的零件
的零件，或要求 度和韧性要求
分用于制造零件
减震、耐磨的零 较高的传动零
毛坯
件；球铁、铸钢、件和工具、模
铸铁、中碳钢、结构钢
金属薄板
金钢、不锈钢、合金结构钢、
铝、铜合金
铝合金等 铝、铜合金
等
金属组织特征 晶粒粗大、疏 晶粒细小、致 拉深后沿拉深 焊缝区为铸造 同锻件
松、杂质排列 密、晶粒呈方 方向形成流线 组织，熔合与 无方向性 向性排列 组织，其余工 过热区有粗大
序组织基本不 晶粒 变
机械性能
灰铸铁较差， 比相同成分的 变形部分的强 接头的机械性 同锻件
毛坯类型的加工方法，可以完全不同。
2、经济性原则
一个零件的制造成本包括其本身的材料费以及所消耗 的燃料、动力费用、工资和工资附加费、各项折旧费 及其它辅助性费用等分摊到该零件上的份额。
因此，在选择毛坯的类型及其具体的制造方法时，应 在满足零件使用要求的前提下，选择成本低廉的。
首先要把满足使用要求和降低制造成本统一起来；其 次，考虑经济性应从降低整体的生产成本考虑。
半精加工 精车加工 高频淬火 及低温回火 精磨
JN – 150型载重汽车变速箱齿轮
1) 工作条件: 1.工作负荷大。 2.高速运转 ( 10～15m/s以上 )。 3.受冲击频繁,磨损较严重。
2) 技术要求: 1.齿面硬度HRC58～62, 金相组织为回
火马氏体+合金碳化物+残余奥氏体。 2.齿心部硬度HRC35～45, 金相组织为
6.1 毛坯的类型
机械零件毛坯可以分为铸件、锻件（包括挤压、轧制 的零件毛坯）、型材件（板材、管材、棒材、线材和 各种截面的原材料） 、冲压件、焊接件、粉末冶金件 和非金属件等。
应用最多。有良好的耐磨性、减振性和 低的缺口敏感性，且价格较低。
铸造： 制造各种尺寸且形状较复杂尤其是具有复杂内腔的
件：箱体、壳体、机床床身、支座
轴承座、曲轴、 弹簧、锻模、 种薄金属件 体、飞机构件、
齿轮等
冲模等
机架、立柱等
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常用零件加工路线的确定
1）材料的确定； 2）毛坯成形方法的确定； 3）热处理工艺及主要参数的制定； 4）机加工方法及路线的确定。
常用零件加工路线举例
现要制造一批拖拉机的连杆螺栓，如下图所示。 库存材料有：16Mn、40Cr、T10、20CrMnTi、60Si2Mn 等，确定或回答下列问题：
一般都是各种机械中重要的受力和传动零件，综合力 学性能要求高，大多采用锻件毛坯。
也采用球墨铸铁毛坯，如QT450—10等。在有些情况下 还可采用锻焊或铸焊的方式生产毛坯。
2.盘套类零件
其结构特点是轴向（纵向）尺寸一般小于径向（横向） 尺寸，或两个方向的尺寸相差不大。
如齿轮、带轮、飞轮、模具、联轴节、套环、轴承环、 螺母、垫圈等。
1、确定所用材料，并说明理由； 2、确定毛坯成形方法，并说明理由； 3、确定该零件的生产工艺路线（即安排成形方法、热处
理、机械加工等顺序）； 4、简述正火热处理的目的； 5、画出调质处理工艺曲线图。
常用零件加工路线的确定
1、40Cr，因为连杆螺栓承受交变载荷，要求有较高的综 合力学性能，所以采用合金调质钢。
球墨、可锻铸 铸钢件好 度硬度提高、 能可达到或接
铁及铸钢较好
结构刚性好 近母材
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常用毛坯类型及其制造方法比较
结构特征 形状一般不受限 性状一般较铸 结构轻巧，形 尺寸、形状一般 形状简单，
制，可相当复杂 件简单
状可较复杂 不受限制，结构 横向尺寸
较轻
变化小
材料利用率 高
低
较高
较高
较低
生产周期 长
铝、铜合金用于 具
重载或复杂载荷
零件
应用举例 机架、床身、底 机床主轴、传 汽车车身覆盖 锅炉、压力容器、光轴、丝
座、工作台、导 动轴、曲轴、 件、机表、电 化工容器、管道、杠、螺栓、
轨、变速箱、泵 连杆、齿轮、 器及仪器零件、厂房、吊车构架、螺母、销
体、阀体、带轮、凸轮、螺栓、 油箱、水箱各 桥梁、车身、船 子等
C616机床齿轮
1) 工作条件: 1.工作负荷不太大。 2.中速运转(6～10m/s)。
2) 技术要求: 1.齿面硬度HRC45～50,金相组织为回 火索氏体。 2.齿心部硬度HRC22～25,金相组织为 回火马氏体。
3) 选材: 40、45钢。 4) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火 粗加工 调质
2、采用锻造成形。因为锻件具有较高的力学性能，特别 是冲击韧性较高。
3、下料——锻造成形——正火——粗加工——半精加 工——调质——精加工——检验。
4、细化晶粒，调整毛坯的硬度，为最终热处理作组织准 备。
5、调质处理工艺曲线如下图所示。
常用零件加工路线的确定
T
温
Ac3+30~50℃
度
淬火
500~650℃ 回火