机械零件毛坯的选择与材料的选用
机械零件毛坯的选择
机械零件毛坯的选择1. 引言在机械制造行业中，机械零件的制造是一个关键的环节。
选择合适的毛坯是确保产品质量和性能的重要因素之一。
本文将介绍机械零件毛坯的选择原则和常见的毛坯材料及其适用范围，以帮助读者更好地理解和选择合适的毛坯。
2. 机械零件毛坯的选择原则为了保证机械零件的制造质量和性能，选择合适的毛坯是至关重要的。
以下是机械零件毛坯选择的一些原则：•材料性能符合要求：选择毛坯时，首要考虑的是材料的性能是否符合机械零件的使用要求。
例如，对于耐磨性要求较高的零件，应选择具有较高硬度和耐磨性的材料。
•尺寸和形状适合加工：毛坯的尺寸和形状应尽可能接近最终产品的要求，以减少加工工序和材料浪费。
同时，还要考虑毛坯是否容易加工和定位。
•成本可接受：选择毛坯时，还需要考虑其成本是否可接受。
不同材料的成本相差较大，合理选择可以在不影响产品质量的前提下降低制造成本。
•资源可获取：毛坯的选择还需要考虑资源的可获取性，包括供应稳定性和供应商的信誉度。
确保能够长期稳定地获取所需的毛坯材料。
3. 常见的机械零件毛坯材料及其适用范围3.1 碳钢碳钢是一种常见的毛坯材料，因其具有良好的可加工性、较低的成本和广泛的应用范围而受到广泛的应用。
适用于制造一些强度要求不高的机械零件，如螺栓、轴承和传动齿轮等。
3.2 不锈钢不锈钢具有良好的抗腐蚀性能和耐高温性能，适用于制造对耐腐蚀性能有要求的机械零件，如阀门、管道和食品加工设备等。
3.3 铝合金铝合金具有较低的密度和良好的导热性能，适用于制造轻型零件和具有散热需求的零件，如汽车零件、航空部件和电子设备外壳等。
3.4 铜合金铜合金具有良好的导电性和导热性能，适用于制造电子设备连接器和散热器等。
3.5 高温合金高温合金具有优异的耐高温和耐腐蚀性能，适用于制造具有高温工作环境的零件，如航空发动机零件和炼油设备零件等。
3.6 塑料某些机械零件可以使用塑料毛坯进行制造，特别是对于需要较低重量和较低噪音的零件。
机械零件的常用材料及其选择
表9-2 价格便宜且供应充分 常用材料的相对价格
材料
种类规格
相对价格
热轧圆刚
铸件
景德镇陶瓷学院专用
碳素结构钢Q235 （φ 33~42） 优质碳素钢 （φ 29~50） 合金结构钢（φ 29~50） 滚动轴承钢（φ 29~50） 合金工具钢（φ 29~50） 4Cr9Si2耐热钢（φ 29~50）
灰铸铁铸件 碳素钢铸件
优先数----表中任意一个数值。 大于10的优先数，可将表数值分别乘以10、100、1000 。
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
7 机械零件的工艺性及标准化
一、工艺性
零件设 计要求
使用要求----具备所要求的工作能力； 制造要求----制造工艺可行，成本低；
EF G
H JS
零线
轴公差
h KM
P
D
R S
间隙配合 过渡配合
过盈配合
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
基孔制常用与优先配合的选用
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
基轴制常用与优先配合的选用
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
二、 表面粗糙度
定义：零件表面的微观几何形状误差称为表面粗糙度 特征：加工后零件表面留下的微细而凹凸不平的刀痕。
下偏差 ：最小极限尺寸与基本尺寸之差；符号：EI,ei
尺寸公差：最大极限尺寸与最小极限尺寸之差；即
允许的尺寸变动量。
公差=Lmax- Lmax =ES-EI =es-ei
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
零线：代表基本尺寸所在位置的一条直线；
公差带：由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域；
机械加工毛坯选用准则
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重规矩，严要求，少危险。2020年12 月20日 星期日1 2时49 分36秒0 0:49:36 20 December 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。上 午12时4 9分36 秒上午1 2时49 分00:49:3620.1 2.20
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每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.12. 2020.1 2.2000:4900:49 :3700:4 9:37De c-20
焊接要求原材料强度好、塑性好 和液态稳定性好。
焊接件的尺寸、形状一般不受限制， 结构轻便，材料利用率高，生产周期短， 主要用于制造各种金属结构件，也用于 制造零件的毛坯及修复废旧零件等。
二、毛坯选择应考虑的因素
毛坯的选择包括毛坯的材料、种类和成 形方法，具体选择时应考虑以下因素：
(1)生产批量 (2)零件对材料组织和性能以及材料的工艺 性能的要求
第一节机械零件毛坯选择的原则第二节常用机械零件的毛坯种类和选择一毛坯的种类二毛坯选择应考虑的因素三典型机械零件与结构件毛坯的选择第一节机械零件毛坯选择的原则环保性原则上述四项原则是相互联系的考虑时应在保证第一项原则的前提下力求做到质量好成本低制造周期短和环保的原则
第五章 毛坯选用
第一节 机械零件毛坯选择的原则 第二节 常用机械零件的毛坯种类和选择
(2) 型材件
型材件大都是由冶金后轧制成形的。
型材的形状和尺寸品种多样，常 见的形状有圆形、方形、六角形等及 特殊形状的断面。
(3) 锻件
锻件是金属在固态下塑性流动成 形的，锻件形状较铸件简单。
多用于承受重载、动载及复杂载 荷的重要件。它生产成本高，材料利 用率低。
(4) 焊接件
焊接件是借助于金属原子间的扩散 和结合作用，形成永久性连接。
机械零件毛坯的选择
机械零件毛坯的选择
机械零件在机器中的作用
机械零件制造：毛坯成形，切削加工。
毛坯选择影响：制造质量，使用性能，生产周期，制造成本。
二、毛坯选择的原则和依据
1、毛坯选择的原则
保证零件的使用要求
外部质量：形状精度，尺寸精度，表面质量
内部质量：成分、组织，力学性能，物理性能、化学性能
降低制造成本
制造成本——材料费、消耗的燃料和动力费、工资、设备费用等2、毛坯选择的依据
零件的用途和工作条件
零件的结构、形状与外形尺寸
生产批量
生产条件（设备、人员、技术水平、管理水平等）
三、常用机械零件毛坯分类及制造方法
1、轴杆类零件
主要起支承传动件和传递转矩的作用。
传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴等
3、机架、箱体类零件
减速器装配图
减速器主要零件的材料和毛坯选择
汽车发动机零件的材料和毛坯选择
台钳装配图
台钳零件的材料和毛坯选择。
机械零件毛坯选择
机械零件毛坯选择
机械零件毛坯是机械制造加工领域的基础材料之一。
选择适合的毛坯对于保证零件质量、提高加工效率具有十分重要的意义。
毛坯是指在加工前需要加工成形的原始材料，例如铸造、锻造、压制等。
在选择毛坯时，需要考虑工作条件、要求、材料特性等因素。
首先，需要考虑到加工零件的形状。
选择毛坯时需要考虑到加工成品的形状和尺寸，以及所需加工的特殊形状要求。
例如，圆形、方形、长条形零件等通常选择圆钢、方钢、宽板等毛坯进行加工；而一些复杂的几何形状零件则需要选择浇铸或锻造的毛坯进行加工。
其次，需要考虑到零件的材质。
选择毛坯时需要考虑到零件的材质要求，毛坯材质应与零件材质相似，以避免在加工过程中因为材料不同导致的差异，影响零件的质量。
同样，材料的物理性质、化学性质以及热处理性能等都是需要考虑到的。
另外，还需要考虑到工艺要求。
在选择毛坯时需要考虑到工艺工作的特殊要求。
例如，冲压件、弯曲件等需要选择塑性好的材料毛坯进行加工，而一些装配件则需要选择尺寸精度较高的毛坯进行加工。
最后，还需要综合考虑零件的加工成本。
选择毛坯时要综合考虑零件的加工成本。
一些复杂的工艺加工需要选择结构简单、毛坯尺寸比较大的毛坯进行加工，减少材料的损耗。
总之，选择适合的机械零件毛坯不仅可以提高生产效率，保证零件的质量，而且可以最大限度地降低成本。
因此，在选择毛坯时，需要充分考虑零件的形状、材质、工艺要求以及加工成本等因素，并结合实际情况进行选择。
机械零件材料与毛坯选择
机械零件材料与毛坯选择
机械零件材料及毛坯选择实例分析
轴类零件的选材 1. 轴类零件工作条件及失效形式 轴类零件的失效形式有：疲劳断裂、过量变形和过度磨损等。 2. 常用轴类零件材料 （1）对轴类零件材料性能要求 根据工作条件和失效形式，轴类零件材料应具备以下性能：足 够的强度、刚度、塑性和一定的韧性；高的硬度和耐磨性；高 的疲劳强度，对应力集中敏感性小；足够的淬透性，淬火变形 小；良好的切削加工性；价格低廉。 （2）常用轴类材料及热处理 常用轴类材料主要是经锻造或轧制的低、中碳钢或中碳的合金 钢。
机械零件材料与毛坯选择
机械零件材料及毛坯选择实例分析
齿轮类零件 齿轮是机械工业中应用最广泛的重要零件之一，它主要用于传 递动力、改变运动速度和方向。齿轮工作时的受力情况是： 1）由于传递扭矩，齿根部受交变弯曲应力。 2）齿面相互接触滚动、滑动，承受大的接触应力并产生强烈 的摩擦。 3）在换挡、启动和啮合不良时，轮齿承受一定的冲击载荷。 由上述可知，齿轮的主要失效形式是疲劳断齿、疲劳点蚀以及 齿面的过量磨损。根据齿轮的受力情况和失效分析，齿轮在热 处理后应满足以下要求： 1）高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度（抗疲劳点蚀）。 2）齿面具有较高的硬度和耐磨性。 3）齿轮心部具有足够的强度和韧性（抗冲击）。
机械零件材料与毛坯选择
机械零件材料及毛坯选择实例分析
箱座类零件的选材 箱座类零件是机械中的重要零件之一，其结构一般都较复杂， 工作条件相差很大。主轴箱、变速箱、进给箱、阀体等，通常 受力不大，要求有较高的刚度和密封性；工作台和导轨等，要 求有较高的耐磨性；以承压为主的机身、底座等，要求有较好 的刚性和减振性。有些机身、支架往往同时承受拉、压和弯曲 应力，甚至还承受冲击力，故要求有较好的综合力学性能。
毛坯选用
3．箱座、支架类零件 ．箱座、
12
机床床身、底座等基础零件主要承受压力， 机床床身、底座等基础零件主要承受压力， 并要求有良好的减震性、刚度；其台面、 并要求有良好的减震性、刚度；其台面、 导 轨等有相对滑动部分、要求有一定的耐磨性； 轨等有相对滑动部分、要求有一定的耐磨性； 阀体等壳体类零件则要求有良好的密封性。 阀体等壳体类零件则要求有良好的密封性。
1
实际生产中，毛坯选择的原则: 实际生产中，毛坯选择的原则:
1. 适用性原则 在任何情况下，选择毛坯时都应首 在任何情况下， 先保证零件的使用要求。 先保证零件的使用要求。 2. 经济性原则 3. 可行性原则 4. 环保性原则
2
二、 常用机械零件的毛坯种类和选择
2.1 毛坯的种类
常用毛坯种类有： 常用毛坯种类有： 铸件、型材件、锻件、焊接件、 铸件、型材件、锻件、焊接件、 冲压件、粉末冶金件等。 冲压件、粉末冶金件等。
常用零件按其形状可分为： 常用零件按其形状可分为：
轴杆类 盘类 箱体支架类
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1. 轴杆类零件
6
轴杆类零件承受弯、扭、拉、压多种 轴杆类零件承受弯、 应力，并多为循环应力， 应力，并多为循环应力，有时还承受冲击 应力，在轴颈处和滑动表面承受摩擦。 应力，在轴颈处和滑动表面承受摩擦。
要求具有良好的综合力学性能，交变 要求具有良好的综合力学性能， 载荷大时还应具有高的抗疲劳性能， 载荷大时还应具有高的抗疲劳性能，局部 要求有高的硬度和耐磨性能。 要求有高的硬度和耐磨性能。
一般箱座、支架类零件多采用铸铁件； 一般箱座、支架类零件多采用铸铁件； 受力较大、受力复杂的零件毛坯， 受力较大、受力复杂的零件毛坯，可采用铸钢 件； 要求质轻的、受力一般的零件毛坯， 要求质轻的、受力一般的零件毛坯，可采用铝 合金铸件； 合金铸件； 在单件生产或工期短时，可采用钢材焊接而成。 在单件生产或工期短时，可采用钢材焊接而成。
单元11 机械零件材料及毛坯的选择
一、轴类零件的选材及热处理
2. 轴类零件的选材 轴的材料及热处理工艺的选择应根据其工作条件、失效形式及技
术要求来确定。 轴类零件的材料一般选用中碳钢或中碳合金钢，常用的钢种是
45 钢、40Cr、40MnB、30CrMnSi、35CrMo、40CrNiMo。为了改善 材料力学性能，应进行正火或调质处理。中碳 钢以 45 号钢用得最 为广泛。合金钢具有较高的机械性能，但价格较贵，多用于有特殊 要求的轴。
（1）主轴尺寸较大，承载较大时，采用合金调质钢。 （2）主轴承受重载荷、高转速，冲击与变动载荷很大时，选用 合金渗碳钢。 （3）主轴在高温、高速和重载条件下工作，采用合金结构钢。
一、轴类零件的选材及热处理
3. 机床主轴的选材及热处理工艺分析 机床主轴是最常见的轴类零件，下面就以机床主轴为例，就其选材和热处理工艺进行分析。 C616 型卧式车床变速箱的主轴如图 11-2 所示。该主轴承受交变弯曲应力与扭转应 力，但载荷不大，转速较低，受冲 击较小，故材料具有一般综合力学性能即可满足要求。 主轴大端的内锥孔和外锥体，经常与卡盘、顶尖有相对摩擦， 花键部位与齿轮有相对滑 动，因此这些部位硬度及耐磨性有较高要求。该主轴在滚动轴承中运转，为保证主轴运转 精度及使用寿命，轴颈处应采用硬度为 220～250HBS 的材料。
1.机械零件的失效分析
零件的工作条件主要包括： （1）受力情况：力的大小、种类、分布、残余应力及应力 集中情况等。 （2）载荷性质：静载荷、冲击载荷、循环载荷等。 （3）温度：低温、常温、高温、变温等。 （4）环境介质：干爽、潮湿、腐蚀性介质等。 （5）摩擦润滑：干摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦、有无润滑 剂等。 （6）有无振动。
1.机械零件的失效分析
（2）确定失效的发源点及失效的方式，通过宏观（用肉眼或 立体显微镜）及微观（用高 倍的光学或电子显微镜）断口分析 或必要的金相剖面分析以确定。 （3）对失效样品进行性能测试、组织分析、化学分析和无损 探伤。 （4）通过断力学分析确定失效的原因及提出改进措施。 （5）综合各方面分析资料做出判断，确定失效的具体原因， 提出改进措施，写出报告。 而零件的失效形式主要与其特有的 工作条件是分不开的。
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回火马氏体(低碳)+铁素体+细珠光体。
三) 选材: 20 CrMnTi 钢。 四) 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
第四节毛坯制造方法选择的原则
▪ 毛坯制造方法选择的指导思想； ▪ 毛坯制造方法选择的适用性原则； ▪ 毛坯制造方法选择的经济性原则； ▪ 毛坯制造方法选择的可行性原则。
2.材料的工艺性能:对零件加工生产有 直接的影响,甚至是决定性的。
3.材料的经济性:主要是性价比。
第二节选材的基本过程与失效分析
➢选择材料的基本过程 ➢零件的失效分析
材料的相对价格
材料
相对价格 材 料 相对价格
碳素结构钢 低合金结构钢 优质碳素结构
钢 易切削钢 合金结构钢 铬镍合金结构
钢 滚动轴承钢 弹簧钢
不均匀
较好或不 均匀
选择合适焊条、焊丝及 热处理等
钎焊 接头具有和金铸态 不均匀 组织
增加搭接面积，提高承 载能力
毛坯内在成型工艺的比较
成型方法 铸造 锻造
熔焊
焊接
压焊 钎焊
工艺设计的基本问题
依据
确定浇铸位置，选择分型面
保证质量
确定锻造基本工序，确定分模面 简化工艺
确定接头、坡口形式，选择焊条、 焊丝或焊剂等
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。
三) 选材: 45钢。 四) 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
二.YJ – 130汽车半轴
三) 选材:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。 四) 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
三.C616机床齿轮
一) 工作条件: 1.工作负荷不太大。 2.中速运转(6～10m/s)。
二) 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。
1.定义: 零件不能正常和安全的工作, 即零件失效。
2.原因
结构或形状设计不合理。 材料的选择不合理。 加工工艺不合理。 安装与使用不合理。
3.形式
过量弹性变形 过量变形失效
过量塑性变
韧形性断裂
脆性断裂
断裂失效
低应力断裂 疲劳断
蠕裂变断裂
应力腐蚀断裂
磨损 表面损伤失效 接触疲劳
腐蚀
第三节 典型零件的选材及工艺分析
《工程材料与热加工基础》
第十二章零件毛坯的选择与材料的选用
机械工程系 金工教研室
第十二章零件毛坯的选择与材料的选用
▪ 材料选用的一般原则 ▪ 选材的基本过程与失效分析 ▪ 典型零件的选材 ▪ 零件毛坯的选择
第一节 材料选用的一般原则
1.材料的力学性能: 根据零件的工作条 件、损坏(或失效)形式 , 选择满足力 学性能的材料。
三) 选材: 40、45钢。 四) 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 高频淬火 及低温回火 精磨
四.JN – 150型载重汽车变速箱齿轮
一) 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。
二) 技术要求: 1.齿面硬度HRC58～62, 金相组织为回
确定接头形式
确定接头形式，选择钎剂等
毛坯的选择应用举例
本章小结
一) 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。
二) 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。
▪ 机床主轴 ▪ 汽车半轴 ▪ 机床齿轮 ▪ 汽车齿轮
一.C616 – 416车床主轴
一) 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。
二) 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,
1 1.2~1.7 1.4~1.5
2 1.7~1.9
3 2.1~2.9 1.6~ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.9
碳素工具钢 低合金工具钢 高合金工具钢 高速钢 铬不锈钢 铬镍不锈钢 普通黄铜 球墨铸铁
1.4~1.5 2.4~3.7 5.4~7.2 13.5~15
8 20 13 2.4~2.9
一.选择材料的基本过程
二.零件的失效分析
毛坯制造方法的分析与比较
▪ 常用材料铸造毛坯的优缺点及应用； ▪ 锻造毛坯的优缺点及应用； ▪ 冲压件的优缺点及应用；
毛坯内在质量的比较
成型方法 铸造 锻造
组织特征
性能特点 改善方法
铸态组织，晶粒粗 大
再结晶组织，有锻 造流线
较差 较好
增加过冷度，变质处理 等
熔焊
压焊 焊接
接头组织复杂
接头具有再结晶或 加工硬化组织