热加工基础 第四章毛坯的选择与质量检验 l三院制造系 l张虎 张虎 第四章毛坯的选择与质量检验 l毛坯选择重要性： l正确地选择毛坯，不仅直接影响零件的力 学性能、尺寸精度及表面质量，而且会涉 及到其工艺过程、生产周期，乃至整部机 器的使用性能、制造成本及市场竞争能力 。 张虎 l第一节毛坯选择应考虑的问题 l选择毛坯的三项原则是零件的使用性原则、材料的工艺 性原则、经济性原则 l 一、零件的使用功能及质量要求 l 1.零件使用功能的要求 l选择毛坯时应考虑零件功能，不同的机械零件在机器中 所起的作用不同。如轴类零件传递扭矩，齿轮传递运动 ，螺栓用于联接，而机身、底座等则以承受压力为主， 要求有较好的刚性和减振性，工作台及导轨还应具有耐 磨性能。另外，各种不同结构形状、尺寸及其接触介质 、工作温度条件，对毛坯的物理、化学、力学等性能的 要求差异很大。毛坯的选择在选材和制造方法上首先必 须满足其使用功能的要求。 张虎 l 2.零件质量的要求 l零件质量高相应要求毛坯的质量也高，可 选用不同的毛坯制造方法来获得不同质量 的毛坯，以满足零件质量的要求。 l如用精密模锻、压力铸造和冷冲压方法制 l造高质量的毛坯。 张虎 l二、毛坯制造方法与零件的使用性能和工艺适应 性 l 机器零件的毛坯类型有五种；型材、铸件、 锻压件、焊接件、铸焊组合。 l毛坯的制造方法不同，能够满足零件的形状、尺 寸及其对物理、化学、力学性能的要求也不一样 。 l1.型材 l选用与零件的形状和尺寸相近的型材，可直接进 行切削加工，即节约材料，又降低工时。轧制型 材组织致密、力学性能好。 张虎 l 2.锻件 l锻造可改变型材的流线组织方向，使零件受力合 理。用于受重载、动载及复杂载荷的重要零件。 但要求原材料塑性好、变形抗力小，一般采用低 、中碳钢和合金结构钢。 l 3.铸件 l铸造能满足形状复杂的大中型零件毛坯的成形要 求，但铸件晶粒粗大，组织疏松，成分不匀，有 内应力，力学性能差，但铸件减振性能、耐磨性 好，可用于受力不大或以承受压应力为主的零件 。 张虎 l 4.焊接件 l焊接借助金属原子间的扩散和结合可连接各种结 构件，尺寸、形状不受太大限制。另外，铸焊 ，锻焊、冲压焊结合可以弥补相应毛坯制造 方法的不足。 l 5冲压件 l在机械零件中，冲压件所占的成分有增大的趋势 ，很多薄壁零件大都是用冲压方法制造出来的。 冲压毛坯尺寸偏差为0. 05mm0. 5mm,表面粗 糙度可达Ra3. 21m， 张虎 l以不再进行机械加工或只进行精加工，精 度较高，生产率也很高。适于加工形状复 杂、批量较大的板料零件。 l 6.冷挤压件 l冷挤压零件的精度可达IT7-IT6公差等级， 表面粗造度可达Ra 3. 2m 张虎 lRa0. 4um,许多零件不需再经切削加工便 可使用，适用于批量大、形状简单、尺寸 小的零件或半成品 l 7.粉末冶金制件 l粉末冶金是以金属粉末为原料，用压制成 形和高温烧结而成。尺寸精度可达IT6级 ，表面粗糙度为Ra0. 4m-Ra0.2 m,零 件成形后无需切削，节省材料，工艺设备 较简单，适用于大批大量生产。但对结构 复杂及薄壁、锐角等零件成形困难。 张虎 l新工艺造毛坯 l1）以精铸件代替模锻件； l2)以粉末冶金精锻件代替模锻件 l优点是可以利用废料、工序简单、生产率高，可生产异 形零件和多孔耐磨零件。目前轴套、离合器摩擦片、机 油泵齿轮等多采用此种毛坯。但因粉末冶金件强度较低 ，为提高力学性能，粉末冶金预制件再进行精锻，已成 功地用于制造行星齿轮和连杆等零件； l3)以球墨铸铁代替锻钢件； l4)以工程塑料代替金属件。 l工程塑料具有良好的耐磨、耐腐蚀、润滑、电气绝缘性 能、易加工成形、力学性能好等优点。如播种机排种轮 、汽车里程表齿轮、汽车球头钢碗等均已改用工程塑料 制品。 张虎 l 三、技术经济效益 l 毛坯的制造成本是机器成本的组成部分 l 单件小批生产时，应选常用廉价材料、通用 设备和工具、低生产率的毛坯成形方法。 l尽管这样消耗的材料和工时多，但节约了生产准 备时间和工艺装备的设计制造费用。总的成本较 低。 l铸件应选灰铸铁材料和手工造型砂型铸造的方法 ； l其它件选碳素结构钢型材或自由锻造方法、用焊 条电弧焊法制造毛坯等。 张虎 l大批量生产时，应选专用工艺设备和工具 以保证毛坯成型的高精度和高生产率。 l虽然增加了设计制造专用工装的费用，但 进一步加工工作量大量降低，节约工时， 使总成本较低。所以，铸件应选机器造型 砂型铸造或金属型压铸，相应的材料； l锻件选模型锻造方法； l焊接结构应选易焊材料和自动焊； l薄壁件则可考虑选生产率高、精度高的冲 压方法、压铸方法等制造毛坯。 张虎 l第二节常用机械零件毛坯的成形方法 l常用机械零件按形状和用途不同，可分为 轴杆、饼块、机架等类型 l毛坯的加工方法分为：铸造、锻压、焊接 、型材毛坯加工 l常用毛坯成行的特点与应用见表4-1 张虎 毛坯内在质量的比较 成型方法组织特征性能特点改善方法 铸造铸态组织 ，晶粒粗 大 较差增加过冷度，变质处 理 等 锻造再结晶组织，有锻 造流线 较好 焊接熔焊接头组织 复杂不均匀选择合适焊条、焊丝及 热处理等 压焊接头具有再结晶或 加工硬化组织 较好或不 均匀 钎焊接头具有和金铸态 组织 不均匀增加搭接面积，提高承 载能力 张虎 毛坯内在成型工艺的比较 成型方法工艺设计 的基本问题依据 铸造确定浇铸位置，选择分型面保证质量 锻造确定锻造基本工序，确定分模 面 简化工艺 焊接熔焊确定接头、坡口形式，选择焊 条、焊丝或焊剂等 压焊确定接头形式 钎焊确定接头形式，选择钎剂 等 张虎 张虎 张虎 张虎 l 一、轴杆类 l 常见的轴杆类零件有光轴、阶梯轴、 空心轴、曲轴和杆件等。 l按承载类型不同，轴又可 分为转轴工 作时既承受弯矩且又传递转矩的轴，如车 床主轴，带轮的轴等；传动轴 主要传 动转矩而不承受或承受很小弯矩的轴；心 轴仅承受弯矩而不传递转矩的轴，如自 行车、汽车的前轴等。 l 张虎 l轴杆类零件一般均为重要的受力和传动用零件。 中等载荷的轴主要选用调质钢，承受重载及冲击 载荷、要求耐磨的轴主要选用合金调质钢 l轴类零件 毛坯成形均为锻造； l某些异形断面或弯曲轴，如凸轮轴、曲轴等，亦 可采用球墨铸铁铸造成形。 l毛坯选用锻焊、铸焊结合的方法。如汽车排 气阀零件，可将合金耐热钢的阀帽与普通碳素钢 的阀杆焊成一体，以节约耐热钢材。 l又如我国设计制造的万吨水压机立柱长18m,直 径1m,壁厚300mrn ,重80t,采用ZG270-500分六 段铸造，再焊接成整体毛坯。 张虎 l二、饼块类（盘套类） l 常见该类零件有齿轮、飞轮、手轮、法兰、 套环、垫圈等盘套类零件。 l这类零件在机械中的功能要求、力学性能要求具 有很大差异。其材料的选择及成形方法也各不相 同。 l齿轮中小齿轮一般选用锻件 l齿轮运转过程中主要受力部分是轮齿，齿根承受 弯曲应力，齿面承受接触应力和摩擦力，有时还 有冲击力，因此，要求齿轮表面具有足够的强度 和硬度，齿轮本体要有一定的强度和韧性。所以 ，中小齿轮一般选用锻件以使其流线组织适应受 力要求， 张虎 l材料一般为中碳结构钢，重要齿轮应选合 金渗碳钢。结构复杂的大型齿轮可用铸钢 或球墨铸铁为毛坯。 l单件生产也可用焊接方法制造大型齿轮。 速度低受力小的齿轮，也可用灰铸铁为毛 坯。要求传 l动精确、结构小巧的仪表齿轮，用板材冲 压成形。高速轻载的小齿轮，为减小噪声 亦可用尼龙等非金属材料制造。有些齿轮 也可用压力铸造、粉末冶金等方法制成。 张虎 l带轮、手轮、飞轮、垫铁和刀架等受力不大或承 压为主的饼块零件毛坯，一般采用铸铁件，单件 生产时，亦可采用低碳钢焊接件。 l 法兰、气缸套、导向套、轴承等零件毛坯一般 为钢、铸铁、铜合金等材料制成。成形方法可用 砂型铸造、离心铸造或锻造；亦可采用无缝管材 。大批量时亦采用冷挤压及粉末冶金等方法，小 孔径时也用轧制或锻造的实心棒材作毛坯。 l 垫圈类零件一般采用低碳钢板冲压件。 张虎 l三、机架、箱体类 l 常见的此类零件包括各种机械的机身、机座 、工作台、轴承座及齿轮箱、阀体、泵体等。 l这类零件结构复杂，具有不规则的外形和内腔。 受力条件不太复杂，以承受压力为主，要求有较 好的刚度和减振性，有的则要求耐磨性或密封性 等。 l常采用铸铁毛坯铸造成形。受力复杂的零件毛坯 可采用铸钢。 有时可采用焊接件制造毛坯，但焊接结构减振性 不如铸铁。 张虎 l第三节毛坯选择举例 l以台虎钳为例， l见图4-1,其主要零件的毛坯选用见表4-2 张虎 张虎 l第四节 毛坯质量检验 l 毛坯的质量均要根据国家规定的检验项目和 标准进行质量检查 l一、毛坯检验分类 l 1.破坏检验 l从焊件或试件上切取试样，或以产品（或模拟件 ）的整体做破坏试验，以检查其各种力学性能的 试验法。如拉伸、弯曲、冲击、硬度、断裂韧度 等力学性能试验，金相检验及化学检验，如化学 成分分析、耐腐蚀试验等，均须从被检毛坯上切 取试样或破坏被检验件。它多用于新材料、新工 艺、新产品试制阶段的检验。 张虎 l2.无损检验 l不损坏被检查材料或成品的性能和完整性 而检测其缺陷的方法。 l 张虎 二、常用毛坯的检验方法 l 1.外观检查 l用肉眼或借助样板，或用低倍放大镜观察 焊件，以发现未熔合气孔、咬边、焊瘤以 及焊接裂纹等表面缺陷的方法。 l铸件毛坯外观缺陷，如铸件的冷隔、浇不 到、气孔、砂眼、粘砂、裂纹、错箱等； l锻件的外观缺陷，如外形、尺寸、重皮、 裂纹、错模； l焊缝的外观缺陷，如咬边、气孔、夹渣、 裂纹、未焊透、焊瘤等。 张虎 l (1)气密性检验 l将压缩空气（或氨、氟利昂、氦、卤素气 体等）压人焊接容器，利用容器内外气体 的压力差检查有无泄漏的试验法。 l (2)耐压检验 l将水、油、气等充入容器内徐徐加压，以 检查其泄漏、耐压、破坏等的试验。 l主要用于检验压力容器、管道、贮罐等结 构的穿透性缺陷。还可做为结构的强度试 验 张虎 l（3）探伤检验 l 1)磁粉探伤 l利用在强磁场中，铁磁性材料表层缺陷产 生的漏磁场吸附磁粉的现象而进行的无损 检验法。 l在被检处加一磁场，无缺陷处磁力线均匀 通过，如内部存在缺陷，磁力线通过受阻 ，在缺陷两端产生了磁力线密集，见图4- 2。当在表面撒有铁粉时就会被吸附在缺 陷处。 张虎 张虎 l2)超声波探伤 l利用超声波探测材料内部缺陷的无损检验 法。 l超声波的频率超过2000Hz,被检处如有缺 陷，就分别产生反射波束，并在荧光屏上 显示出脉冲波形，以此可判断缺陷的位置 和大小。 l超声波可探测1 0mm以上厚度的工件，最 小厚度为2mm。超声波探伤见图4-3。 张虎 张虎 l3)射线探伤 l采用X射线或射线照射焊接接头检查内部 缺陷的无损检验法.X射线和射线可穿透 一定厚度的金属材料，当遇到缺陷时，射 线衰减程度减小，缺陷处在感光底片上感 光较强，冲洗后可明显看到黑色的条纹或 斑点见图4-4。 l射线探伤主要用于重要的铸、锻件毛坯和 焊缝的检验，如内部裂纹、气孔、夹渣、 砂眼等缺陷。 张虎 张虎