第8章机械零件毛坯的选择毛坯成形方法选择的合理与否直接影响到零件的质量、使用性能、成本和生产率；而零件的材料选定以后，其毛坯成形方法也大致确定了。8.1机械零件毛坯选择的原则前提：既满足零件的使用要求，又使零件在制造过程中具有良好的工艺性和经济性，以利于降低成本和提高生产率。?毛坯选择是全面
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，认真比较，各方面知识综合应用的过程（1）适用性原则全面满足零件的使用要求和相关的特殊要求。一般机械零件，以零件及其材料的力学性能为主。力学性能取决于工作条件（受力状态、温度、接触介质）和失效形式。（2）工艺性原则使零件的结构、材料与所选择的毛坯成形方法相适应，亦即具有良好的工艺性。高速大功率内燃机曲轴一般均采用的合金结构钢锻造成形，功率较小可采用球墨铸铁铸造成形或采用中碳钢锻造成形。对于受力不大且为圆形截面的直轴，可采用圆钢下料做为毛坯直接经切削加工制成。形状复杂、尺寸较大的零件铸造成形：灰铸铁、球墨铸铁焊接成形：低碳钢、低合金结构钢形状不太复杂、力学性能要求较高的零件塑性成形：低、中碳钢及低合金结构钢（3）经济性原则（4）兼顾现有生产条件原则保证方便、快捷地制出高质量的产品。尽量利用现有生产条件完成毛坯任务，若现有生产条件难以满足要求时，则应考虑改变零件材料和（或）毛坯成形方法，也可通过外部协作或外购解决。1)在满足使用要求的前提下，使制造成本尽可能降低2)兼顾零件的各项制造成本考虑到材料价格、毛坯成本、切削加工费用和材料损耗等。单件、小批生产选投资小、加工费用低的成形方法：砂型铸造（手工造型）、自由锻和电条电弧焊等；成批大量生产选生产效率和制品精度高的成形方法：砂型铸造（机器造型）、精密铸造、模锻、自动焊。8.2常用毛坯的选择结合考虑零件的结构，利于简化工艺和满足毛坯的质量要求8.2.1常用毛坯材料的比较1．铸造合金(1)铸铁：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。1）灰铸铁：铸造性能好，但焊接性差，力学性能较差；常用于制造受力较小的零件，尤其是承压件，如机座、箱体和机床床身等。2）球墨铸铁：力学性能较好，铸造性能略低，焊接性差；适于制造受力较大或较复杂以及承受冲击的零件，如内燃机曲轴、连杆、齿轮和轧钢机轧辊等。3）可锻铸铁力学性能较好，铸造性能及焊接性差，生产周期长；适于制造受力较大或较复杂以及承受冲击的薄壁小件，如壳体、齿轮、摇臂和小轴等(2)铸钢综合力学性能远优于铸铁，低碳铸钢还具有良好的焊接性；适于制造承受重载荷、复杂载荷或冲击的零件，如曲拐、齿轮和机架等(3)铸造非铁合金常用的有铸造铝合金和铸造铜合金。强度一般不太高，除铝硅合金外，其余的铸造性能均较差，焊接性较差，价格较高。一般均具有较好的耐磨性和耐蚀性，还有一定的耐热性，故常用于要求耐热、耐蚀或导热性良好的零件，如内燃机活塞、蜗轮和滑动轴承等。2．塑性成形用金属材料(1)低、中碳钢和低合金结构钢低碳钢塑性成形性较好，且有良好的焊接性。中碳钢综合力学性能好，热成形时塑性成形性好，但焊接性较差。低碳钢和低合金结构钢适于制造型材、板材及一般机械零件。中碳钢适于制造重要一些的机械零件如曲轴、齿轮和转轴等。(2)高碳钢和合金钢强度高，塑性差，热成形时变形抗力也较大，锻造温度范围窄，焊接性也差。高碳钢和合金钢常用于制造模具、量具、刃具、弹簧、重要的机器零件和耐磨、耐蚀件等。(3)变形铝合金：强度中等或较低，塑性较好；大多数具有高塑性和低的变形抗力，变形温度较低，塑性成形性好，但焊接性较差。变形铝合金适于制造承受轻载的机械零件和电气元件，如滑动轴承、齿轮、弹簧等(4)变形铜合金：强度中等，塑性较好；绝大多数塑性高，变形抗力较低，塑性成形性好，但锻造温度范围窄，焊接性较差。变形铜合金适于制造机械零件、仪
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零件和电气元件，尤其是耐蚀件和耐磨件，如散热器管和片、蜗轮、轴承和弹簧等。8.2.2常用毛坯成形方法的比较铸造：制造各种尺寸且形状较复杂尤其是具有复杂内腔的零件：箱体、壳体、机床床身、支座锻造：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。8.3常用零件的材料和成形方法8.3.1轴杆类零件轻载：中碳钢（35、40、45等）重载：中碳合金钢（40Cr等）并调质受较大冲击且受摩擦：渗氮钢（38CrMoA1等）并渗氮或渗碳钢（20CrMnTi、20Cr等）并渗碳、淬火曲轴铸造：铸钢（ZG270-500）或球墨铸铁（QT450-10）材料成形方法光轴和直径差较小的阶梯轴：圆钢作坯；重要件须锻造制坯直径差较大的阶梯轴：锻造制坯异形截面轴和曲轴：锻造或铸造制坯锻-焊、铸-焊等组合工艺制造毛坯异种材料的连接、形状复杂件的成形图8-2零件的锻-焊复合结构a）排气阀b）复杂连杆1、2—焊缝耐热钢阀头8.3.2盘套类零件1、齿轮低速、轻载齿轮：材料：45、50Mn2、40Cr钢，成形方法：圆钢下料、自由锻、模锻。要求不高时：灰铸铁、球墨铸铁；铸造成形。高速、重载齿轮：材料：18CrMnTi、20CrMo钢且齿部渗碳、淬火；38CrMoAl等渗氮钢制造且齿部经渗氮处理；成形方法：自由锻、模锻直径500mm以上的大型齿轮：材料：中碳钢、铸钢、球墨铸铁、灰铸铁成形方法：自由锻、铸造和焊接等钟表齿轮：低碳钢、不锈钢等；板料冲压2、模具热锻模：5CrMnMo、5CrNiMo等合金钢制造并经淬火和高温回火。冷冲模：Cr12、Cr12MoV等合金工具钢经淬火和低温回火。成形方法：锻造3、带轮、飞轮材料：灰铸铁、球墨铸铁成形方法：铸造成形or材料：Q215、Q235等低碳钢型材成形方法：焊接成形8.3.3箱体、支架类零件结构较为复杂，通常有不规则的外形和内腔，壁厚也不均匀1、一般基础件主要起支承作用，抗拉强度和塑性、韧性要求不高，但应有较好的刚度和减振性，有时还需要有较好的耐磨性。通常采用灰铸铁（如HT150、HT200等）铸造成形2、受力复杂件要求有较高的综合力学性能：铸钢（ZG200—400）；铸造成形；为简化工艺：铸-焊、铸-螺纹；连接结构。单件、小批生产时：型钢；焊接结构航空发动机的缸体、缸盖和曲轴箱：铝合金（如ZL105、ZL105A等）；铸造成形8.3.4机械零件毛坯选择的示例图示为齿轮减速器，传递功率4kW，试对其主要零件进行毛坯选择。1-箱体2-齿轮3-轴4-箱盖5-孔盖6-螺栓7-档油盘8-齿轮轴9-螺母10-轴承11-端盖1、箱体和箱盖：灰铸铁铸造成形或结构钢型材和板料焊接成形2、齿轮和轴：中碳钢（如45钢），单件小批生产：自由锻、胎模锻等成形，大批生产：模锻成形3、滚动轴承：内、外套圈：轴承钢（如GCr15钢），经辗环轧制成形。滚珠：轴承钢，经螺旋斜轧制成。保持架：采用低碳钢（如08钢）薄板经冲压成形。4、螺栓和螺母：螺栓与螺母：碳素结构钢（如Q235）经镦锻或挤压成形，螺纹：搓丝或攻螺纹
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