零件材料选择及毛坯成形
习题十三 零件材料与毛坯选择
习题十三一、填空题1．硬质合金刀片是采用（）方法生产的。
(a)粉末冶金（b）自由锻（c）铸造（d）钎焊2．电饭锅的内胆是用（）生产的。
(a)铸造（b）模锻（c）板料冲压3．柴油机机体用（）材料。
(a)45 （b）20 （c）HT200 （d）ZAlCu5Mn4.气门弹簧应选用（）。
(a)20 （b）45 （c）65Mn （d）Q2355.汽车制造中一般用（）生产齿轮坯。
(a)自由锻（b）铸造（c）模锻（d）胎模锻二、判断题1．失效是指零件在使用过程中发生破断的现象。
2．由于一般非金属材料的成形工艺简单、成本低，所以应尽可能采用非金属代替金属件。
3．制作机械零件应采用结构钢，而不能采用工具钢。
4．加工直径为10mm孔用的麻花钻，应采用T10钢制作。
5．毛坯成形方法的确定主要考虑使用性、工艺性等，而与生产批量无关。
6．零件的经济性主要决定与原材料的价格有关。
7．零件选材和毛坯成形方法往往是唯一的、不可替代的。
三、简述零件材料与毛坯选择的原则。
四、下列零部件宜选用何种材料和毛坯生产方法？齿轮减速箱机床主轴承轿车车身钢窗石油储罐机床齿轮发动机活塞五、说出教材中20CrMnTi汽车齿轮加工路线，38CrMoAlA磨床主轴工艺路线中各热处理工艺的作用。
六、有一φ20mm的杆类零件，受中等载荷作用，要求零件沿截面的性能均匀一致，请解答下列问题：（1）选择合适的材料。
（可供选择的材料有345 20CrMnTi 45 40Cr 38CrMoAlA T12）（2）编制简明工艺路线。
（3）说明工艺中各热处理工艺的作用。
七、图13-9图为汽车发动机传动系统示意图，要求：（1）选择各零部件的材料及毛坯成形方法。
（2）提出连杆的性能要求，确定最后热处理工艺。
（3）拟定连杆的加工工艺路线。
1-变速箱 2-变速齿轮 3-离合器 4-曲轴 5-连杆 6-活塞 7-缸体 8-汽缸盖 9-离合器踏板 10-变速手柄11-万向节 12-传动轴 13-后桥齿轮 14-半轴图13- 汽车发动机传动系统示意图。
第十三章零件毛坯成形方法和选择原则
塑性好，变形抗力小 中碳钢， 低碳钢和 合金结构 非铁合金 钢 薄板 自由锻件 简单，模 可较复杂 锻件可较 复杂
强度好，塑性好 切削加 液态下化学稳定性 工性好 碳钢， 低碳钢和低合金 合金钢 结构钢 非铁合金 简单， 一般为 圆形或 平面
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适宜的 形状
形状不受限
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4.1、不同毛坯的应用特征
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4.2.2、满足材料的工艺性能要求
工艺性能要求： （1）可行性：毛坯的加工方法能把毛坯 制造出来； （2）简便性：毛坯的加工方法能容易把 毛坯制造出来（成形难易程度）； （3）可靠性：生产的毛坯能保证质量 （尺寸精度、表面质量）。
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4.2.2、满足材料的工艺性能要求
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4.3.1、轴杆件分析与毛坯选择
２、按受力分类 （１）转轴：受 弯矩、扭矩； （２）心轴：受 弯矩； （３）传动轴： 受扭矩。
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4.3.1、轴杆件分析与毛坯选择
（二）工作条件 １、分别承受弯、扭、拉、压等多种 应力，并多为循环应力，有时有冲击 应力。 ２、局部颈部、滑动表面承受摩擦， 会产生各种断裂、磨损及塑性变形失 效。
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4.2.3、毛坯成形要适应经济性
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4.2.4、符合生产条件
量体裁衣 选用毛坯生产方法时，必须分析本单 位的设备条件和技术水平、工人的技术 能力等。 充分考虑外协的可能性（专业化生产 企业协同生产），降低成本、减少投入、 保证质量。
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零件毛坯的种类和选择PPT
机械制造技术零件毛坯的种类和选择常用毛坯的种类有铸、锻、压制、冲压、焊接、型材和板材等。
毛坯种类铸件铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。
其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。
当毛坯精度要求低、生产批量较小时，采用木模手工砂型铸造法；当毛坯精度要求高、生产批量很大时，采用金属型机器造型法。
锻件锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。
其锻造方法有自由锻和模锻两种。
自由锻毛坯精度低、加工余量大、生产率低，适用于单件小批生产以及大型零件毛坯。
模锻毛坯精度高、加工余量小、生产率高，但成本也高，适用于中小型零件毛坯的大批大量生产。
零件毛坯的种类和选择型材有热轧和冷拉两种。
热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯；冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。
焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件，它简单方便，生产周期短，但需经时效处理后才能进行机械加工。
冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。
但因冲压模具昂贵而仅用于大批大量生产。
焊接件冷冲压件毛坯种类型材零件毛坯的种类和选择毛坯选择时应考虑的因素(1)零件的材料及机械性能要求零件材料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。
⏹A、铸铁零件用铸造毛坯；⏹B、钢质零件当形状较简单且力学性能要求不高时常用棒料；⏹C、对于重要的钢质零件，为获得良好的力学性能，应选用锻件；⏹D、有色金属零件常用型材或铸造毛坯。
(2) 零件的结构形状与外形尺寸⏹A、大型且结构较简单的零件毛坯多用砂型铸造或自由锻；⏹B、结构复杂的毛坯多用铸造；⏹C、小型零件可用模锻件或压力铸造毛坯；板状钢质零件多用锻件毛坯；⏹D、轴类零件的毛坯，若台阶直径相差不大，可用棒料；⏹E、若各台阶尺寸相差较大，则宜选择锻件。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报（3）生产纲领⏹1）大批大量生产中，应采用精度和生产率都较高的毛坯制造方法：铸件采用金属模机器造型和精密铸造，锻件用模锻或精密锻造。
零件材料选择及毛坯成形
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
★仪表齿轮：板材冲压、非铁合金压力铸造。 ★大齿轮（d>500）：铸钢，铸造
2 带轮、飞轮、手轮等：受力不大，结构复杂
一般为灰铸铁铸造，单件生产时，也可采
用低碳钢焊接件。
3 模具毛坯：合金钢锻造
例子：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） 选材: 45钢或40Cr。
（三） 加工工艺路线:
下料 锻造 正火 粗加工 调质
半精加工 铣键槽 粗磨
钻中心孔
精车加工
局部淬火(锥孔及外锥体) 花键淬火 精磨
滚铣花键
例2：YJ – 130汽车半轴
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。
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
二.选择材料的基本过程
三.零件的失效分析 1.定义: 零件不能正常和安全的工作, 即零件失效。
结构或形状设计不合理。
材料的选择不合理。 2.原因
加工工艺不合理。
安装与使用不合理。
过量变形失效
Hale Waihona Puke 过量弹性变形过量塑性变形 韧性断裂 脆性断裂 低应力断裂 疲劳断 裂 蠕变断裂 应力腐蚀断裂
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。
毛坯选择
3 导杆
圆钢车制
45，表面淬火+低温回火
35-40 HRc
4 活动钳口 铸铁件（手工造型） 铸铁件（机器造型） HT200，去应力退火
5 螺钉
标准件
Q235A
6 钢珠
圆钢车制
Q235A
7 手柄
圆钢车制
Q235A
8 手轮
铸铁件（手工造型） 铸铁件（机器造型） HT150
9 螺杆
圆钢车制
45，表面淬火+低温回火
机械零件毛坯的选择
减 速 器 装 配 图
机械零件毛坯的选择
减速器主要零件的材料和毛坯选择
序 名称 号
1 窥视孔盖 2 箱盖 6 箱体 3,4 螺栓,螺母 5 弹簧垫圈 7 调整环 8 端盖 9 齿轮轴 12 轴 13 齿轮 10 挡油盘 11 滚动轴承
毛坯类型和制造方法
材料及热处理
单件、小批
大批
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
成分、组织 内部质量 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 问题：采用手工造型的铸件和自由锻锻件毛坯可降低成本
机械零件毛坯的选择
二、毛坯选择的原则和依据
2、毛坯选择的依据
机械零件 毛坯的选择
机械零件在机器中的作用
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
机械零件毛坯的选择
摩托车发动机
机械零件毛坯的选择
机器人汽车焊接生产线
机械零件毛坯的选择
常用机械零件的毛坯成形方法选择
第二节常用机械零件的毛坯成形方法选择常用机械零件的毛坯成形方法有：铸造、锻造、焊接、冲压、直接取自型材等，各零件的形状特征和用途不同，其毛坯成形方法也不同，下面分述轴杆类、盘套类、机架箱座类零件的毛坯成形方法选择。
一、轴杆类零件轴、杆类零件的结构特点是其轴向（纵向）尺寸远大于径向（横向）尺寸，如各种传动轴、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、摇臂以及螺栓、销子等，如图6-4所示。
在各种机械中，轴杆类零件一般都是重要的受力和传动零件。
轴杆类零件材料大都为钢。
其中，除光滑轴、直径变化较小的轴、力学性能要求不高的轴，其毛坯一般采用轧制圆钢制造外，几乎都采用锻钢件为毛坯。
阶梯轴的各直径相差越大，采用锻件越有利。
对某些具有异形断面或弯曲轴线的轴，如凸轮轴、曲轴等，在满足使用要求的前提下，可采用球墨铸铁的铸造毛坯，以降低制造成本。
在有些情况下，还可以采用锻-焊或铸-焊结合的方法来制造轴、杆类零件的毛坯。
图6-5所示的汽车排气阀，将锻造的耐热合金钢阀帽与轧制的碳素结构钢阀杆焊成一体，节约了合金钢材料。
图6-6所示的我国60年代初期制造的12000t水压机立柱，长18m，净重80t，采用ZG270-500，分成6段铸造，粗加工后采用电渣焊焊成整体毛坯。
二、盘套类零件盘套类零件中，除套类零件的轴向尺寸有部分大于径向尺寸外，其余零件的轴向尺寸一般小于径向尺寸、或两个方向尺寸相差不大。
属于这一类的零件有齿轮、带轮、飞轮、模具、法兰盘、联轴节、套环、轴承环以及螺母、垫圈等，如图6-7所示。
这类零件在机械中的使用要求和工作条件有很大差异，因此所用材料和毛坯各不相同。
1.齿轮这是各类机械中的重要传动零件，运转时齿面承受接触应力和摩擦力，齿根要承受弯曲应力，有时还要承受冲击力。
故要求齿轮具有良好的综合力学性能，一般选用锻钢毛坯，如图6-8a所示。
大批量生产时还可采用热轧齿轮或精密模锻齿轮，以提高力学性能。
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方法的选择
15.1 零件材料和成形方法选择的原则 一、零件选材原则
1 材料的使用性能应满足使用要求 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。
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 经济性原则 主要是性价比
材料的相对价格
断裂失效
韧性断裂 脆性断裂 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
四、毛坯成型方法选择原则
成型方法
毛坯内在质量的比较
组织特征
性能特点 改善方法
铸造 锻造
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
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
1 1.2~1.7 1.4~1.5
2 1.7~1.9
3 2.1~2.9 1.6~1.9
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
二) 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
三、机架、箱体类零件
各类机械的机身、底座、支架、工作台及齿轮
箱、减速箱等：受力不大，铁，如发动机缸体、机床床身
材 受力较大或较复杂：铸钢（如水压机横梁、轧 料 钢机机架等）
（二）经济性原则 在满足使用要求的前提下，尽量降低零件的制
造成本，以提高经济效益。
（三）可行性原则 考虑现有生产条件 制定生产方案必须与有关企业部门的具体 生产条件相结合，才是合理和切实可行的。
15.2 常用机械零件的材料和毛坯成形方法选择 一、轴杆类零件
★轴类零件按照承载情况不同可分为心轴、转 轴、传动轴三类，如传动轴、机床主轴等。
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
（一）适用性原则
指满足零件的使用要求及对成型加工工艺的适应。
包括两个方面：
1 满足使用要求
如机床主轴：关键零件，受力复杂 45钢或40Cr锻造成形
2 适应成形加工工艺性 如机床床身，起支撑作用，形状复杂：灰铸铁铸 造；重要的受力复杂的钢质零件：锻造；
（二） 选材: 45钢或40Cr。
（三） 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
例2：YJ – 130汽车半轴
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。
一般是重要的受力和传动零件，要求有较 高的综合力学性能。
1 材料：45钢、40Cr等中碳钢或中碳合金钢
2 成形方法：一般为锻造
3 热处理：正火+调质 ★车床主轴： 45钢或40Cr锻造成形
★ 某些异型断面的轴，如曲轴承载较小时，可采 用球墨铸铁铸造。
锻—焊组合
例1：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。
★仪表齿轮：板材冲压、非铁合金压力铸造。 ★大齿轮（d>500）：铸钢，铸造 2 带轮、飞轮、手轮等：受力不大，结构复杂
一般为灰铸铁铸造，单件生产时，也可采
用低碳钢焊接件。
3 模具毛坯：合金钢锻造
例子：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) 选材:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。
三) 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
二、盘套类零件
如齿轮、带轮、 飞轮、模具等
1 齿轮：重要传动零件，受力复杂，心部要求
具有良好的综合性能，齿面耐磨。
★机床齿轮：受力复杂，载荷大，选用中碳 合金钢或合金渗碳钢——锻造。 ★低速机械齿轮：受力不大，可采用灰铸铁铸 造。（汽车发动机齿轮）
自重轻、导热性好：铝合金 ，如摩托车 发动机箱体
很复杂时可采用铸—焊结构
练习：为下列零件选择材料和成型方法 锅炉筒体： 15钢板 ， 弯曲卷板→埋弧焊
汽车发动机缸体：灰铸铁 铸造 汽车发动机活塞：铝合金 金属型铸造 汽车发动机曲轴 ：球铁铸造或调质钢锻造
1.4~1.5 2.4~3.7 5.4~7.2 13.5~15
8 20 13 2.4~2.9
二.选择材料的基本过程
三.零件的失效分析 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
过量变形失效 过量弹性变形 过量塑性变形