常用机械零件的毛坯成形方法选择
教学课件第8章机械零件毛坯的选择
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。
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。
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。
（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。
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
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
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
机械制造基础(02-1毛坯的成形)
金属毛坯的成形（典型模锻件）
金属毛坯的成形（锤上锻模）
金属毛坯的成形（零件的模锻过程）
金属毛坯的成形（冲压）
冲压：使板料经分离或成形而得到制件的加工方法。 特点： 1.操作简便，易于实现机械化和自动化，生产率高，成本 低。 2.冲压件精度高，表面质量好，互换性好，可直接使用。 3.冲压件质量轻，强度、刚度高，有利于减轻结构重量。 4.模具制造复杂，周期长、成本高。 5.对板材有要求，应具有良好的塑性，厚度小于8mm。
锻压加工：是利用金属的塑性变形以得到一定形状的制件 并可提高或改善制件力学性能或物理性能的加工方法，它 是锻造和冲压的总称。
金属毛坯的成形（锻造）
锻造：在加压设备及工（模）具的作用，使坯料或铸锭产 生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和 质量的锻件的加工方法。 锻造的特点： 1.锻造能提高材料的致密度，细化晶粒，改善偏析，流线 合理分布，因此锻件的力学性能较高。 2.锻造难于锻出形状复杂，尤其是复杂内腔的锻件。
锻造分类：自由锻、模锻、胎模锻。
金属毛坯的成形（自由锻）
自由锻：只用简单的通用性锻造工具，或在锻造设备的 上下砧之间直接使坯料变形而获得锻件的锻造方法。
特点： 1.可以加工各种大小的锻件，对于大型锻件，自由锻是 唯一的生产方法。 2.生产准备时间短。 3.生产率低，劳动强度大。 4.锻件形状简单，精度低，加工余量大，适用于单件小 批量生产。
金属毛坯的成形（冲模）
冲模的分类： 1.简单模 2.连续模
3.复合模
金属毛坯的成形（焊接）
焊接：通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充 材料，使焊件达到原子间结合的一种加工方法。
特点： 1.加工范围广，可加工大型构件和复杂构件，以及良好 的密封性构件。 2.经济性好。 3.加热冷却不均匀，造成焊件接头处的组织性能不均匀， 并且焊件易产生内应力和变形。
第十四章 毛坯选择
4. 焊接件毛坯
焊接是一种永久性的连接金属的方法，其
主要用途不是生产机器零件毛坯，而是制造金属
结构件，如梁、柱、桁架、容器等。 特点：焊件的形状和尺寸不受限制，材料利 用率高， 气密性好，生产周期短，焊件强度和刚 度较高；但抗震性差，易变形。 焊接方法在制造机械零件毛坯时，主要用于： 复杂的大型结构件（如电渣焊万吨水压机的主柱 和横梁）、异种材质零件（如硬质合金刀头与中 碳钢刀体的焊接）、某些特殊形状的零件或结构 件（如蜂窝状结构的零件、波纹管）。
14.3 典型零件毛坯选择
一、轴类零件 轴杆类零件是各种机械产品中用量较大的重 要结构件，常见的有光轴、阶梯轴、曲轴、凸轮 轴、齿轮轴、连杆、销轴等。轴在工作中大多承 受着交变扭转载荷、交变弯曲载荷和冲击载荷， 有的同时还承受拉—压交变载荷。
轴类零件的性能要求：优良的综合力学性 能，高的疲劳强度，轴颈及花键处较高的硬度。 轴类零件常采用钢或铸铁，并用锻造或铸造 毛坯，经机加工成形。 光轴毛坯一般采用热轧或冷轧圆钢。阶梯轴 采用圆钢(尺寸及受力较小时)或锻件(尺寸及受力 较大时)作毛坯。 凸轮轴及曲轴一般采用球墨铸铁作毛坯，有 时采用锻件毛坯。 在特殊情况下，采用锻-焊或铸-焊方法制造 轴类零件的毛坯。
在大批量生产条件下，应选用专用设备和工 具及高生产率的毛坯生产方法。虽使用专用设备 和工具增加了费用，但由于材料消耗与切削加工 量等大幅度降低，生产率提高，故总成本比较低。 例如，CA6140 车床中采用1 000kg 的精密铸件 可以节省机械加工工时3 500 个，具有十分显著 的经济效益。
三、考虑生产条件 根据使用要求和经济性所确定的毛坯生产方 案是否能实现，还必须考虑企业的实际生产条件。 只有实际生产条件能够实现的生产方案才是切实 可行的。 实际生产条件主要指企业的设备条件、技术 水平、厂房情况及原材料供应情况等。如这些条 件不能满足生产要求，就应考虑某些零件的毛坯 生产或毛坯生产中的部分工序与其他企业协作。
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。
材料成型技术练习题与答案
材料成型技术练习题与答案一、单选题（共30题，每题1分，共30分）1、锻造前加热时应避免金属过热和过烧，但一旦出现，A、无法消除。
B、可采取热处理予以消除。
C、过热可采取热处理消除，过烧则报废。
正确答案：C2、具有较好的脱氧、除硫、去氢和去磷作用以及机械性能较高的焊条是A、结构钢焊条B、酸性焊条C、不锈钢焊条D、碱性焊条正确答案：D3、零件工作时的正应力方向与纤维方向应该A、相交B、无关C、平行D、垂直正确答案：C4、铸件壁越厚,其强度越低,主要是由于A、易浇不足B、冷隔严重C、碳含量态低D、晶粒粗大正确答案：D5、由于母材硫、磷含量高，会使焊缝产生A、气孔B、夹杂C、变形D、裂纹正确答案：D6、齿轮工作时承受的力中不包括＿＿＿A、弯曲应力B、拉应力C、冲击力D、摩擦力正确答案：B7、曲轴毛坯锻造时的工序安排正确的是A、先拔长，后弯曲B、先镦粗，后弯曲C、先弯曲，后拔长D、先镦粗，后拔长正确答案：A8、常用机械零件的毛坯成型方法不包括＿＿＿A、冲压B、铸造C、拉拔D、锻造正确答案：C9、生产火车车轮、重型水压机横梁等重型机械最适合的材料是A、铸钢B、铸造黄铜C、铸造合金D、铸铁正确答案：A10、铸件最小壁厚要受到限制,主要是由于薄壁件中金属流动性低,容易产生A、开裂B、冷隔和浇不足C、应力和变形D、缩孔和缩松正确答案：B11、手工电弧焊焊接薄板时,为防止烧穿常采用的工艺措施之一是A、氩气保护B、CO2保护C、直流正接D、直流反接正确答案：D12、某圆形坯料直径50，经多次拉深后变为直径11的圆筒形件，若各道次拉深系数均为0.6，试确定其拉深次数A、3B、2C、4D、5正确答案：A13、航空发动机机箱的成形方法可以是＿＿＿A、铝合金铸造B、圆钢锻造C、板料冲压D、球墨铸铁铸造正确答案：A14、不属于埋弧自动焊的特点是A、生产率高B、节省材料C、适应性广D、焊接质量好正确答案：C15、焊接低碳钢或普低钢时,选用电焊条的基本原则是A、可焊性原则B、施工性原则C、等强度原则D、经济性原则正确答案：C16、氩弧焊特别适于焊接容易氧化的金属和合金,是因为A、氩气是惰性气体B、氩弧温度高C、氩弧热量集中D、氩气容易取得正确答案：A17、零件工作时的切应力方向与纤维方向应该A、垂直B、平行C、无关D、相交正确答案：A18、下列属于变形工序的是A、冲裁B、拉深C、修整D、落料正确答案：B19、自由锻件坯料质量的计算公式是A、G坯料=G锻件+G飞边B、G坯料=G锻件+C烧损C、G坯料=G锻件+G飞边+C烧损D、G坯料=G锻件+G烧损+G料头正确答案：D20、各种铸造方法中，最基本的方法是A、压力铸造B、金属型铸造C、砂型铸造D、熔模铸造正确答案：C21、影响焊接热影响区大小的主要因素是A、焊缝尺寸B、焊接方法C、接头形式D、焊接规范正确答案：D22、由于母材淬硬倾向大，会使焊缝产生A、夹杂B、气孔C、冷裂纹D、未焊透正确答案：C23、对于由几个零件组合成的复杂部件，可以一次铸出的铸造方法是A、压力铸造B、熔模铸造C、离心铸造D、挤压铸造正确答案：B24、表现为铸件的外形尺寸减小的是A、固态收缩B、合并收缩C、液态收缩D、凝固收缩正确答案：A25、焊接热影响区中，对焊接接头性能不利的区域是A、部分相变区B、正火区C、焊缝金属D、熔合区正确答案：D26、下列哪一项不是热裂纹的特征A、缝隙较宽B、形状曲折C、尺寸较短D、金属光泽正确答案：D27、CO2气体保护焊适于哪类材料的焊接A、高合金钢B、非铁合金C、高碳钢D、低合金结构钢正确答案：D28、下列零件不属于轴类零件的是＿＿＿A、丝杠B、螺栓C、拔叉D、垫圈正确答案：D29、铸件定向凝固的主要目的是A、防止夹砂B、消除缩孔C、减少应力D、消除缩松正确答案：B30、电渣焊主要用于A、平焊位置B、中,薄板焊件C、立焊位置D、铝及其合金焊件正确答案：C二、判断题（共70题，每题1分，共70分）1、铸件内常见缺陷有缩孔、缩松、气孔等。
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
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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。
在单件或小批量生产的条件下，直径100mm以下的小齿轮也可用圆钢棒为毛坯，如图6-8b所示。
直径大于400～500mm的大型齿轮，锻造比较困难，可用铸钢或球墨铸铁件为毛坯，铸造齿轮一般以幅条结构代替模锻齿轮的幅板结构，如图6-8c所示。
在单件生产的条件下，也可采用焊接方式制造大型齿轮的毛坯，如图6-8d所示。
在低速运转且受力不大或者在多粉尘的环境下开式运转的齿轮，也可用灰铸铁铸造成形。
受力小的仪器仪表齿轮在大量生产时，可采用板材冲压或非铁合金压力铸造成形，也可用塑料（如尼龙）注塑成形。
2. 带轮、飞轮、手轮和垫块等这些零件受力不大、结构复杂或以承压为主的零件，通常采用灰铸铁件，单件生产时也可采用低碳钢焊接件。
3. 法兰、垫圈、套环、联轴节等根据受力情况及形状、尺寸等不同，此类零件可分别采用铸铁件、锻钢件或圆钢棒为毛坯。
厚度较小、单件或小批量生产时，也可用钢板为坯料。
垫圈一般采用板材冲压成形。
4. 钻套、导向套、滑动轴承、液压缸、螺母等这些套类零件，在工作中承受径向力或轴向力和摩擦力，通常采用钢、铸铁、非铁合金材料的圆棒材、铸件或锻件制造，有的可直接采用无缝管下料。
尺寸较小、大批量生产时，还可采用冷挤压和粉末冶金等方法制坯。
5. 模具毛坯，一般采用合金钢锻造成形。
三、机架、箱座类零件
机架、箱座类零件包括各种机械的机身、底座、支架、横梁、工作台，以及齿轮箱、轴承座、缸体、阀体、泵体、导轨等，如图6-9所示。
其特点是结构通常比较复杂，有不规则的外形和内腔。
重量从几千克至数十吨，工作条件也相差很大。
其中，如机身、底座等一般的基
础零件，主要起支承和连接机械各部件的作用，而非运动的零件，以承受压力和静弯曲应力为主，为保证工作的稳定性，要求有较好的刚度和减振性；但有些机械的机身、支架还往往同时承受压、拉和弯曲应力的联合作用，或者还有冲击载荷；工作台和导轨等零件，则要求有较好的耐磨性；箱体零件一般受力不大，但要求有良好的刚度和密封性。
鉴于这类零件的结构特点和使用要求，通常都以铸件为毛坯，且以铸造性良好，价格便宜，并有良好耐压、减磨和减振性能的灰铸铁为主；少数受力复杂或受较大冲击载荷的机架类零件，如轧钢机、大型锻压机等重型机械的机架，可选用铸钢件毛坯，不易整体成形的特大型机架可采用连接成形结构；在单件生产或工期要求急迫的情况下，也可采用型钢—焊接结构。
航空发动机中的箱体零件，为减轻重量，通常采用铝合金铸件。