典型零件毛坯的优选方案

根据毛坯的选择原则，下面分别介绍轴杆类、盘套类和机架箱体类等典型零件毛坯的选择方法。

1.轴杆类零件的毛坯选择

轴杆类零件是机械产品中支承传动件、承受载荷、传递扭矩和动力的常见典型零件，其结构特征是轴向(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、摇臂、螺栓和销子等，如图12-1所示。

图12-1　轴杆类零件

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； 对于光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，均采用锻件作为毛坯(当生产批量较小时，应采用自由锻件； 当生产批量较大时，应采用模锻件)； 对于结构形状复杂的大型轴类零件，其毛坯可采用砂型铸造件、焊接结构件或铸—焊结构毛坯。

下面举例说明几种轴杆类零件毛坯的选择。

例1: 图12-2 所示为减速器传动轴，工作载荷基本平衡，材料45 钢，小批量生产。由于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，因此，可选用热轧圆钢作为毛坯。下料尺寸为φ 45 mm×220 mm。

减速器传动轴的加工路线可设计为

热轧棒料下料—粗加工—调质处理—精加工—磨削。

图12-2　减速器传动轴

例2: 图12-3 所示为磨床砂轮主轴，生产批量中等，主要用于传递动力。该零件精度要求高，工作中将承受弯曲、扭转和冲击等载荷，要求具有较高的强度。同时，砂轮主轴与滑动轴承相配合，由于主轴转速高容易导致轴颈与轴瓦磨损，故要求轴颈具有较高的硬度和耐磨性。另外，砂轮在装拆过程中易使外圆锥面拉毛，影响加工精度，所以要求这些部位具有一定的耐磨性。根据以上要求，材料选择为65 Mn，毛坯采用模锻件。

砂轮主轴的加工路线设计为

下料→锻造→退火→粗加工→调质处理→精加工→表面淬火→粗磨→低温人工时效→精磨。

退火的目的是消除锻造应力及组织不均匀性，降低硬度，改善加工性。调质处理是为了提高主轴的综合性能，以满足芯部的强度要求，同时在表面淬火时能获得均匀的硬化层。表面淬火是为了使轴颈和外圆锥部分获得高硬度，提高耐磨性。人工时效的作用是进一步稳定淬硬层组织和消除磨削应力，以减少主轴的变形。

图12-3　磨床砂轮主轴简图

例3: 图12-4 所示为汽车排气阀的外形简图。该零件在高温状态下工作，要求材料为耐热钢，大批量生产。在保证满足零件的使用要求的前提下，为节约较贵重的耐热钢，故采用焊接件毛坯。阀杆部分采用耐热钢，阀帽部分采用碳素结构钢，焊接方法采用电阻焊。

2.盘套类零件的毛坯选择

盘套类零件是指直径尺寸较大而长度尺寸相对较小的回转体零件(一般长度与直径之比小于1)，如图12-5 所示。属于这类零件的有各种齿轮、带轮、飞轮、联轴节、套环、轴承环、端盖、螺母和垫圈等。

图12-4　汽车排气阀示意图

图12-5　盘套类零件

盘套类零件由于其用途不同，所用的材料也不相同，毛坯生产方法也较多。下面主要讨论几种盘套类零件的毛坯选择问题。

(1)带轮的毛坯选择

带轮是通过中间挠性件(各种带)来传递运动和动力的，一般载荷较平稳。因此，对于中小带轮多采用HT150 制造，其毛坯一般采用砂型铸造，生产批量较小时用手工造型，生产批量较大时可采用机器造型； 对于结构尺寸很大的带轮，为减轻重量可采用钢板焊接毛坯。

(2)链轮的毛坯选择(https://www.xing528.com)

链轮是通过链条作为中间挠性件来传递运动和动力的，其工作过程中的载荷有一定的冲击，且链齿的磨损较快。链轮的材料大多使用钢材，最常用的毛坯为锻件。其单件、小批量生产时，采用自由锻造； 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 的从动链轮也可采用强度高于HT150 的铸铁，其毛坯可采用砂型铸造，造型方法视生产批量决定。

3.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，如果尺寸较小且性能要求不高，可直接采用热轧棒料，除此之外，一般都采用锻造毛坯。生产批量较小或尺寸较大的齿轮采用自由锻造； 生产批量较大的中小尺寸齿轮采用模锻。对于直径比较大，结构比较复杂的不便于锻造的齿轮，采用铸钢毛坯或焊接组合毛坯。

例1: 机床齿轮。

一般来说，机床齿轮载荷不大，运动平稳，工作条件好，故对齿轮的耐磨性及冲击韧度要求不高，材料选用中碳钢，用热轧圆钢作为毛坯。图12-6 所示为C620—1 车床主轴箱中的三联滑移齿轮简图，该齿轮主要用来传递动力并改变转速，通过拨动箱外手柄使齿轮在Ⅲ轴上做滑移运动，与Ⅱ轴上的不同齿轮啮合，以获得不同的转速。考虑到整个齿轮较厚，采用中碳钢难以淬透，生产中也可选用中碳合金钢，如40Cr。其加工工艺路线为

下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→齿轮高频淬火及回火→精磨。

正火处理对锻造齿轮毛坯是必需的热处理工序，它可消除锻造压力、均匀组织、改善切削加工性。对于一般齿轮，正火也可作为高频淬火前的最后热处理工序。

调质处理可以使齿轮获得较高的综合力学性能，齿轮可承受较大的弯曲应力和冲击力，并可减少淬火变形。

高频淬火及低温回火提高了齿轮表面的硬度和耐磨性，并且使齿轮表面产生压应力，提高了抗疲劳破坏的能力。低温回火可消除淬火应力，对防止产生磨削裂纹和提高抗冲击能力是有利的。

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节发动机曲轴和主轴凸轮的转速比，以改变汽车的运行速度，其工作较为繁重，在疲劳极限、耐磨性以及抗冲击等性能方面均比机床齿轮要求高，因此变速齿轮的材料大多选用合金渗碳钢。图12-7 所示为汽车变速齿轮，采用20CrMnTi钢，经渗碳淬火处理及低温回火后表面硬度为58～62 HRC，芯部硬度为30～45 HRC，这种钢具有良好的工艺性能，对大量生产来说极为重要。毛坯生产方法采用模锻，20CrMnTi 钢经锻造及正火后，切削加工性较好，同时具有良好的淬透性、过热倾向小、渗碳速度快及淬火变形小等热处理工艺性能。

图12-6　车床主轴箱中三联滑移齿轮简图

具体加工工艺路线如下:

下料→模锻→正火→机械粗、半精加工(内孔及端面留磨量)→渗碳(孔防渗)淬火、低温回火→喷丸→校正花键孔→珩(或磨)齿。

正火是为了均匀和细化组织，消除锻造应力，以获得较好的切削加工性。

渗碳、淬火及低温回火是为了使齿面具有高硬度及耐磨性，而芯部可得到低碳马氏体组织，有高的强度和足够的韧性。

喷丸处理是一种强化手段，可使零件渗碳表层的压应力进一步增大，有利于提高疲劳强度，同时也可清除氧化皮。

4.箱体机架类零件的毛坯选择

箱体机架类零件是机器的基础件，这类零件包括机身、齿轮箱、阀体、泵体和轴承座等，如图12-8 所示。

图12-7　汽车变速齿轮

由于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，其材料一般都采用铸铁。为达到结构形状方面的要求，最常见的毛坯通常为砂型铸造的铸件。在单件小批量生产、新产品试制或结构尺寸很大时，也可采用钢板焊接毛坯。

图12-9 所示为泵体零件图，材料为HT150，大批量生产。考虑到该零件是泵的支承件，结构比较复杂，材料为灰铸铁，而且生产批量大等因素，则选择机器造型的砂型铸造方法生产零件毛坯比较适宜。

图12-8　箱体、机架类零件

图12-9　泵体零件图