工业与材料成型教案之机械零件毛坯的选择
毛坯的选择
➢毛坯的选择原则 ➢零件的结构分析及毛坯选择 ➢毛坯选择实例
引言
在机械零件的制造中，绝大多数零件是由原材料通 过铸造、锻造、冲压或焊接等成形方法先制成毛坯， 再经过切削加工制成的。切削加工只是为了提高毛坯 件的精度和表面质量，它基本上不改变毛坯件的物理、 化学和力学性能，而毛坯的成形方法选择正确与否， 对零件的制造质量、使用性能和生产成本等都有很大 的影响。因此，正确地选择毛坯的种类及成形方法是 机械设计与制造中的重要任务。
锻件主要应用于受力情况复杂、重载、力学性能要求较高的零件及工具模具 的毛坯制造，如常见的锻件有齿轮、连杆、传动轴、主轴、曲轴、吊钩、拨叉、 配气阀、气门阀、摇臂、冲模、刀杆、刀体等。
一、毛坯的种类及成形方法的比较
3.冲压件
绝大多数冲压件是通过常温下对具有良好塑性的金属薄板进行变形或分离 工序制成的。板料冲压件的主要特点是具有足够强度和刚度、有很高的尺寸 精度、表面质量好、少无切削加工性及互换性好，因此，应用十分广泛。但 其模具生产成本高，故冲压件只适于大批量生产条件。
一、毛坯的种类及成形方法的比较
1.铸件
铸造生产方法较多，根据零件的产量、尺寸及精度要求，可以采用不同的铸 造方法。手工砂型铸造一般用于单件小批量生产，尺寸精度和表面质量较差； 机器造型的铸件毛坯生产率较高，适于成批大量生产；熔模铸造适用于生产形 状复杂的小型精密铸钢件；金属型铸造、压力铸造和离心铸造等特种铸造方法 生产的毛坯精度、表面质量、力学性能及生产率都较高，但对零件的形状特征 和尺寸大小有一定的适应性要求。
冲压件所用的材料有碳钢、合金结构钢及塑性较高的有色金属。常见的冲 压件有汽车覆盖件、轮翼、油箱、电器柜、弹壳、链条、滚珠轴承的隔离圈、 消音器壳、风扇叶片、自行车链盘、电机的硅钢片、收割机的滚筒壳、播种 机的圆盘等。
零件毛坯的选择
常用成形方法的比较
铸造
锻造
冷冲压 焊接
液态下成形
复杂
流动性好，收 缩率低
铸铁、铸钢、 铝合金等
塑性变形
塑性变形
永久性连接
简单
轻巧、复杂
轻巧
塑性好，变形抗 塑性好，变形抗 强度高，塑性
力小
力小
好
中碳钢及合金结 低碳钢、有色金 低碳钢、低合
构钢等
属薄板
金钢等
型材件
轧材切削 简单 同锻件
碳钢、合金钢、 非铁合金等
较低
较高
较低
中
——
应用举例
机架、床身等 轴、齿轮等 油箱、外壳等 车身、船体等 丝杠、螺栓等
《第38讲
零件毛坯的选择》
四、常用机械零件毛坯分类及制造方法
1、齿轮、盘套类零件 2、轴杆类零件 3、机架、箱体类零件
《第38讲
1、齿轮、盘套类零件
零件毛坯的选择》
《第38讲
零件毛坯的选择》
齿轮、盘套类零件选材及应用
《第1《2工章程 材 料工与 热程加 工材》 讲料课 的P P T选用及机械零件毛坯的选择》
第38讲 零件毛坯的选择
注：本讲部分图片或视频来自网络
内容导入
思 考：
零件毛坯对零件的最终 性能有着重要影响，如何
？ 选择毛坯成形方法
发动机齿轮
主要内容
• 一、毛坯的种类 • 二、毛坯质量对比分析 • 三、毛坯选择的原则 • 四、常用机械零件毛坯分类及制造方法
《第38讲
零件毛坯的选择》
• 毛坯生产方式的选择需要综合考虑金属 材料、加工质量、经济性等多方面因素 。
《第38讲
零件毛坯的选择》
三、毛坯选择的原则
(完整版)毛坯材料的选择及其加工余量确定
毛坯材料的选择及其加工余量确定
3.1毛坯种类的选择
零件的毛坯一般有棒料、锻件和铸件三种。
其中，锻件适用与零件强度较高,形状较简单的零件,钢质零件的锻造毛坯，其力学性能高于钢质棒料和铸钢件。
尺寸大的零件因受设备限制，故一般用自由锻；中、小型零件可选模锻；形状复杂的刚质零件不宜用自由锻；铸件则适用于形状复杂的毛坯。
根据轴类螺纹配合件的结构形状和外轮廓尺寸，结合学校的实际情况，螺纹轴类零件毛坯种类由棒料锯割。
.
3.2 毛坯的形状和尺寸的选择
选择毛坯形状和尺寸总的要求是：减少多余浪费，实现少屑或无屑加工。
因此，毛坯形状要力求接近成品形状，以减少机械加工的劳动量。
但也有以下四种情况。
（1）采用锻件，铸造毛坯时，因锻模时的欠压量与允许的错模量不等，铸造时也会因砂型误差、收缩量及坯的挠曲与扭曲变形量的不同也会造成加工余量不充分、不稳定，所以，除板金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量的不等，此外，锻造、铸造后，毛坯不论是锻件、铸件还是型材，只要准备采用数控加工，其加工表面均应有较充分的余量。
（2）尺寸小或薄的零件，为便于装夹并减少夹头，可将多个工件连在一起，由一个毛坯制出。
（3）装配后形成同一工作表面的两个相关零件，为保证加工质量并使加工方便，常把两件合为一个整体毛坯，加工到一定阶段后再切开。
（4）对于不便装夹的毛坯，可考虑在毛坯上另行增加装夹余量或者工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准。
该零件的加工要留2-4mm的毛坯余量。
由于要尽量使毛坯各个主要加工面上的加工余量均匀，根据螺纹轴类零件图样尺寸为Ф124mm×48mm，选择毛坯尺寸为Ф126mm×50mm。
第12章_机械零件毛坯的选择素材
8.2.2 常用毛坯成形方法的比较 铸造： 材料利用率较高。适于制造各种尺寸且形状较复杂尤
其是具有复杂内腔的零件
锻造： 产品力学性能好。适于制造受力较大或较复杂的零件
冲压： 材料的利用率较高，生产率高，适于制造质轻、壁薄
而刚性好的零件及形状较复杂的壳体
焊接： 材料利用率较高，可达到很高的生产率，适于形状复
（3）对所选试样进行宏观（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，以及必要的 金相剖面分析，确定失效的发源点及失效的方式。 （4）对失效样品进行性能测试、组织分析、化学分析和 无损探伤，检验材料的性能指标是否合格，组织是否正常， 成分是否符合要求，有无内部或表面缺陷等等，全面收集 各种必要的数据。 （5）断裂力学分析。在某些情况下需要进行断裂力学计 算，以便于确定失效的原因及提出改进措施。
二、工艺性能 零件选材应满足生产工艺对材料工艺性能的要求。任何零件都是由不同
的工程材料通过一定的加工工艺制造出来的。因此材料的工艺性能， 即加工成零件的难易程度，自然应是选材时必须考虑的重要问题。所 以，熟悉材料的加工工艺过程及材料的工艺性能，对于正确选材是相 当重要的。材料的工艺性能包括以下内容： （1）铸造性能 包含流动性、收缩性、疏松及偏析倾向、吸气性、熔点 高低等。 （2）压力加工性能 指材料的塑性和变形抗力等。 （3）焊接性能 包括焊接应力、变形及晶粒粗化倾向，焊缝脆性、裂纹、 气孔及其它缺陷倾向等。 （4）切削加工性能 指切削抗力、零件表面光洁度、排除切屑难易程度 及刀具磨损量等。 （5）热处理性能 指材料的热敏感性、氧化、脱碳倾向、淬透性、回火 脆性、淬火变形和开裂倾向等。
三、经济性
零件的选材应力求使零件生产的总成本最低。除了使用性能与工艺性能外， 经济性也是选材必须考虑的重要问题。选材的经济性不单是指选用的材 料本身价格应便宜，更重要的是采用所选材料来制造零件时，可使产品 的总成本降至最低，同时所选材料应符合国家的资源情况和供应情况， 等等。 （1）材料的价格 不同材料的价格差异很大，而且在不断变动，因此设计 人员应对材料的市场价格有所了解，以便于核算产品的制造成本。 （2）国家的资源状况 随着工业的发展，资源和能源的问题日益突出，选 用材料时必须对此有所考虑，特别是对于大批量生产的零件，所用的材 料应该是来源丰富并符合我国的资源状况的。例如，我国缺钼但钨却十 分丰富，所以我们选用高速钢时就要尽量多用钨高速钢，而少用钼高速 钢。另外，还要注意生产所用材料的能源消耗，尽量选用耗能低的材料。 （3）零件的总成本 由于生产经济性的要求，选用材料时零件的总成本应 降至最低。
机械零件材料及毛坯的选择与质量检验
机械零件材料及毛坯的选择与质量检验机械零件材料及毛坯的选择与质量检验文件类型：DOC/Microsoft Word 文件大小：字节更多搜索：机械零件材料及毛坯选择质量检验第十章机械零件材料及毛坯的选择与质量检验机械制造中,要获得满意的零件,就必须从结构设计,合理选材,毛坯制造及机械加工等方面综合考虑.而正确选择材料和毛坯制造方法将直接关系到产品的质量和经济效益,因此,这项工作是机械设计和制造中的重要任务之一.机械零件的使用性是多种多样的,对材料和毛坯的选择要考虑诸多因素.这里只介绍一些材料及毛坯选择的一般原则.第一节机械零件的失效在我们的现实中,机械设备可能发生多种故障.对故障研究分析,首先应根据零件的损坏形式,找出失效的主要原因,为选材和改进工艺提供必要的依据.一,失效的基本概念零件在工作过程中最终都要发生失效.所谓失效是指:(1)零件完全破坏,不能继续工作;(2)严重损伤,继续工作很不安全;(3)虽能安全工作,但已不能满意地起到预定的作用.只要发生上述三种情况中的任何一种,都认为零件已经失效.失效分析的目的就是要找出零件损伤的原因,并提出相应的改进措施.现代工业中零件的工作条件日益苛刻,零件的损坏往往会带来严重的后果,因此对零件的可靠性提出了越来越高的要求.另外,从经济性考虑,也要求不断提高零件的寿命.这些都使得失效分析变得越来越重要.失效分析的结果对于零件的设计,选材,加工以至使用,都有很大的指导意义.二,零件失效的主要形式零件在工作时的受力情况一般比较复杂,往往承受多种应力的复合作用,因而造成零件的不同失效形式.零件的失效形式有超量变形,断裂和表面损伤三大类型.如图10-1所示.必须指出,实际零件在工作中往往不只是一种失效方式起作用.例如,一个齿轮,齿面之间的摩擦导致表面磨损失效,而齿根可能产生疲劳断裂失效,两种方式同时起作用.但一般来说,造成一个零件失效时总是一种方式起主导作用,很少有两种方式同时都使零件失效.失效分析的目的实际上就是要找出主要的失效形式.另外,各类基本失效方式可以互相组合,形成更复杂的复合失效方式,如腐蚀疲劳,蠕变疲劳,腐蚀磨损等等.但它们在特点上都各自接近于其中某一种方式,而另一种方式是辅助的,因此在分析时往往被归入主导方式一类中,例如腐蚀疲劳,疲劳特征是主导因素,腐蚀是起辅助作用的,因此被归入疲劳一类进行分析.三,零件失效的原因零件的失效可以由多种原因引起,大体上可分为设计,材料,加工和安装使用四个方面,图10-2是导致零件失效的主要原因的示意图.(1)结构设计不合理设计上导致零件失效的最常见原因是结构或形状不合理,即在零件的高应力处存在明显的应力集中源,如各种尖角,缺口,过小的过渡圆角,等等.另一种原因是对零件的工作条件估计错误,如对工作中可能的过载估计不足,因而设计的零件的承载能力不够.发生这类失效的原因在于设计,但可通过选材来避免,特别是当零件的结构与几何尺寸基本固定而难以作较大的改动时,就是如此来处理问题的.现在很少发生由于计算错误造成的设计事故.(2)材料选取不当选材不当是材料方面导致失效的主要原因.问题出在材料上,但责任在设计者身上.最常见的情况是,设计者仅根据材料的常规性能指标作出决定,而这些指标根本不能反映材料对所发生的那种类型失效的抗力.另一种情况是,尽管预先对零件的失效形式有较准确的估计,并提出了相应的性能指标作为选材的依据,但由于考虑到其它因素(如经济性,加工性能等),使得所选材料的性能数据不合要求,因而导致了失效.材料本身的缺陷也是导致零件失效的一个重要原因,常见的缺陷是夹杂物过多,过大,杂质元素太多,或者有夹层,折叠等宏观缺陷.因此,对原材料加强检验是非常重要的步骤.(3)加工工艺问题零件加工成型过程中,由于加工工艺不良,也会造成各种缺陷.例如锻造不良可造成带状组织,过热或过烧现象等;冷加工不良时光洁度太低,产生过深的刀痕,磨削裂纹等;热处理不良能造成过热,脱碳,淬火裂纹,回火不足等;这些都可导致零件的失效.加工不良造成的缺陷,尤其是热处理时产生的缺陷,与零件的设计有很大的关系.零件的外形和结构设计不合理,会大大增加热处理缺陷发生的可能性.若零件热处理后残留有较大的内应力,甚至有难以检查出来的裂纹时,使用中必定会造成严重的损坏.(4)安装不当零件安装时配合过紧,过松,对中不准,固定不紧等均可造成失效或事故.在制造厂里管理比较严格的情况下,使用不当常可成为零件损坏的主要原因.对机器的维护保养不好,没有遵守操作规程及工作时有较大幅度的过载等也可以造成零件的失效.(5)使用维护不正确超载荷运动,润滑条件不良,零件磨损增加等均可造成零件早期失效.四,失效分析的一般方法正确的失效分析,是找出零件失效原因,解决零件失效问题的基础环节.机械零件的失效分析是一项综合性的技术工作,大致有如下程序.(1)尽量仔细地收集失效零件的残骸,并拍照记录实况,确定重点分析的对象,样品应取自失效的发源部位,或能反映失效的性质或特点的地方.(2)详细记录并整理失效零件的有关资料,如设计情况(图纸),实际加工情况及尺寸,使用情况等.根据这些资料全面地从设计,加工,使用各方面进行具体的分析.(3)对所选试样进行宏观(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,以及必要的金相剖面分析,确定失效的发源点及失效的方式.(4)对失效样品进行性能测试,组织分析,化学分析和无损探伤,检验材料的性能指标是否合格,组织是否正常,成分是否符合要求,有无内部或表面缺陷等等,全面收集各种必要的数据.(5)断裂力学分析.在某些情况下需要进行断裂力学计算,以便于确定失效的原因及提出改进措施.(6)综合各方面分析资料作出判断,确定失效的具体原因,提出改进措施,写出报告. 在失效分析中,有两项最重要的工作.一是收集失效零件的有关资料,这是判断失效原因的重要依据,必要时作断裂力学分析.二是根据宏观及微观的断口分析,确定失效发源地的性质及失效方式.这项工作最重要,因为它除了告诉我们失效的精确地点和应该在该处测定哪些数据外,同时还对可能的失效原因能作出重要指示.例如,沿晶断裂应该是材料本身,加工或介质作用的问题,与设计关系不大.第二节机械零件材料选择的一般原则机械零件的选材是一项十分重要的工作.选材是否恰当,特别是一台机器中关键零件的选材是否恰当,将直接影响到产品的使用性能,使用寿命及制造成本.选材不当,严重的可能导致零件的完全失效.判断零件选材是否合理的基本标志是:能否满足必需的使用性能;能否具有良好的工艺性能;能否实现最低成本.选材的任务就是求得三者之间的统一.因此选材时一般应遵循以下三个原则:一,使用性能零件选材应满足零件工作条件对材料使用性能的要求.材料在使用过程中的表现,即使用性能,是选材时考虑的最主要根据.不同零件所要求的使用性能是很不一样的,有的零件主要要求高强度,有的则要求高的耐磨性,而另外一些甚至无严格的性能要求,仅仅要求有美丽的外观.因此,在选材时,首要的任务就是准确地判断零件所要求的主要使用性能.对所选材料使用性能的要求,是在对零件的工作条件及零件的失效分析的基础上提出的.零件的工作条件是复杂的,要从受力状态,载荷性质,工作温度,环境介质等几个方面全面分析.受力状态有拉,压,弯,扭等;载荷性质有静载,冲击载荷,交变载荷等;工作温度可分为低温,室温,高温,交变温度;环境介质为与零件接触的介质,如润滑剂,海水,酸,碱,盐等.为了更准地了解零件的使用性能,还必须分析零件的失效方式,从而找出对零件失效起主要作用的性能指标.见表10-1所示.有时,通过改进强化方式或方法,可以将廉价材料制成性能更好的零件.所以选材时,要把材料成分和强化手段紧密结合起来综合考虑.另外,当材料进行预选后,还应当进行实验室试验,台架试验,装机试验,小批生产等,进一步验证材料机械性能选择的可靠性.二,工艺性能零件选材应满足生产工艺对材料工艺性能的要求.任何零件都是由不同的工程材料通过一定的加工工艺制造出来的.因此材料的工艺性能,即加工成零件的难易程度,自然应是选材时必须考虑的重要问题.所以,熟悉材料的加工工艺过程及材料的工艺性能,对于正确选材是相当重要的.材料的工艺性能包括以下内容:(1)铸造性能包含流动性,收缩性,疏松及偏析倾向,吸气性,熔点高低等.(2)压力加工性能指材料的塑性和变形抗力等.(3)焊接性能包括焊接应力,变形及晶粒粗化倾向,焊缝脆性,裂纹,气孔及其它缺陷倾向等.(4)切削加工性能指切削抗力,零件表面光洁度,排除切屑难易程度及刀具磨损量等.(5)热处理性能指材料的热敏感性,氧化,脱碳倾向,淬透性,回火脆性,淬火变形和开裂倾向等.与使用性能的要求相比,工艺性能处于次要地位;但在某些情况下,工艺性能也可成为主要考虑的因素.当工艺性能和机械性能相矛盾时,有时正是工艺性能的考虑使得某些机械性能显然合格的材料不得不加舍弃,此点对于大批量生产的零件特别重要.因为在大量生产时,工艺周期的长短和加工费用的高低,常常是生产的关键.例如,为了提高生产效率,而采用自动机床实行大量生产时,零件的切削性能可成为选材时考虑的主要问题.此时,应选用易切削钢之类的材料,尽管它的某些性能并不是最好的.三,经济性零件的选材应力求使零件生产的总成本最低.除了使用性能与工艺性能外,经济性也是选材必须考虑的重要问题.选材的经济性不单是指选用的材料本身价格应便宜,更重要的是采用所选材料来制造零件时,可使产品的总成本降至最低,同时所选材料应符合国家的资源情况和供应情况,等等.(1)材料的价格不同材料的价格差异很大,而且在不断变动,因此设计人员应对材料的市场价格有所了解,以便于核算产品的制造成本.(2)国家的资源状况随着工业的发展,资源和能源的问题日益突出,选用材料时必须对此有所考虑,特别是对于大批量生产的零件,所用的材料应该是来源丰富并符合我国的资源状况的.例如,我国缺钼但钨却十分丰富,所以我们选用高速钢时就要尽量多用钨高速钢,而少用钼高速钢.另外,还要注意生产所用材料的能源消耗,尽量选用耗能低的材料.(3)零件的总成本由于生产经济性的要求,选用材料时零件的总成本应降至最低. 综上所述,零件选材的基本步聚如下:1,对产品功能要求特性,包括可能互相矛盾的要求,确定相对优先次序.2,决定产品每个构件所要求的性能,对各种候选材料在性能上进行比较.3,对外形,材料和加工方法进行综合考虑.四,典型零件的选材及工艺路线1,机床主轴图10-3是C620车床主轴的结构简图.机床主轴是典型的受扭转—弯曲复合作用的轴件,它受的应力不大(中等载荷),承受的冲击载荷也不大,如果使用滑动轴承,轴颈处要求耐磨.因此大多采用45钢制造,并进行调质处理,轴颈处由表面淬火来强化.载荷较大时则用40Cr等低合金结构钢来制造.对C620车床主轴的选材结果如下:材料:45钢.热处理:整体调质,轴颈及锥孔表面淬火.性能要求:整体硬度NB220～HB240;轴颈及锥孔处硬度HRC52.工艺路线:锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火及低温回火→磨削.该轴工作应力很低,冲击载荷不大,45钢处理后屈服极限可达400MPa以上,完全可满足要求.现在有部分机床主轴已经可以用球墨铸铁制造.2,汽车齿轮汽车齿轮的工作条件远比机床齿轮恶劣,特别是主传动系统中的齿轮,它们受力较大,超载与受冲击频繁,因此对材料的要求更高.由于弯曲与接触应力都很大,用高频淬火强化表面不能保证要求,所以汽车的重要齿轮都用渗碳,淬火进行强化处理.因此这类齿轮一般都用合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi等制造,特别是后者在我国汽车齿轮生产中应用最广.为了进一步提高齿轮的耐用性,除了渗碳,淬火外,还可以采用喷丸处理等表面强化处理工艺.喷丸处理后,齿面硬度可提高HRC1～3单位,耐用性可提高7～11倍.例:北京牌吉普车后桥圆锥主动齿轮.(图10-4)材料:20CrMnTi钢.热处理:渗碳,淬火,低温回火,渗碳层深1.2mm～1.6mm.性能要求:齿面硬度HRC58～HRC62,心部硬度HRC33～HRC48.工艺路线:下料→锻造→正火→切削加工→渗碳,淬火,低温回火→磨加工.第三节零件毛坯选择的一般原则毛坯种类的选择不仅影响毛坯的制造工艺及费用,而且也与零件的机械加工工艺和加工质量密切相关.为此需要毛坯制造和机械加工两方面的工艺人员密切配合,合理地确定毛坯的种类,结构形状,并绘出毛坯图.一,常见的毛坯种类常见的毛坯种类有以下几种:(一)铸件对形状较复杂的毛坯,一般可用铸造方法制造.目前大多数铸件采用砂型铸造,对尺寸精度要求较高的小型铸件,可采用特种铸造,如永久型铸造,精密铸造,压力铸造,熔模铸造成和离心铸造等.(二)锻件锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织.因此锻件的力学性能较好,常用于受力复杂的重要钢质零件.其中自由锻件的精度和生产率较低,主要用于小批生产和大型锻件的制造.模型锻造件的尺寸精度和生产率较高,主要用于产量较大的中小型锻件.(三)型材型材主要有板材,棒材,线材等.常用截面形状有圆形,方形,六角形和特殊截面形状.就其制造方法,又可分为热轧和冷拉两大类.热轧型材尺寸较大,精度较低,用于一般的机械零件.冷拉型材尺寸较小,精度较高,主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件.(四)焊接件焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制.其优点是制造简单,生产周期短,节省材料,减轻重量.但其抗振性较差,变形大,需经时效处理后才能进行机械加工.(五)其它毛坯其它毛坯包括冲压件,粉末冶金件,冷挤件,塑料压制件等.二,毛坯选择的一般原则毛坯类型选择同毛坯材料是密切相关的,所以选择毛坯的原则也是在满足使用要求的前提下,努力降低生产成本和提高生产效率.1,满足零件的使用要求机械装置中各零件的功能不同,其使用要求也会有很大的差异.零件的使用要求包括零件形状,尺寸,加工精度和表面粗糙度等的外部质量要求,以及具体工作条件下对零件成分,组织,性能的内部质量要求.2,降低生产成本一个零件的制造成本包括本身的材料费,消耗的燃料和动力费,工资,设备和设备的折旧费,以及其它辅助费用分摊到该零件的份额.进行毛坯选择时,可在保证零件使用性能的条件下,把可供选择的方案从经济上进行分析比较,从中选择出成本最低的最佳方案.3,结合具体生产条件选定毛坯制造方法时,首先应分析本企业的设备条件和技术水平,实施切实可行的生产方案.第四节毛坯质量检验毛坯件中缺陷的存在,也是造成零件早期失效的原因.一,毛坯的质量检验毛坯的质量检验可分为破坏性检验和非破坏性检验两类.破坏性检验包括力学性能测试,化学成分分析和金相检验.破坏性检验必须从被检件上切取试样,或破坏整体被检件进行试验,它主要用于新材料,新工艺,新产品试制和模拟试验.通常可利用特制样件进行破坏性试验,这样可不破坏被检件.非破坏性检验,它包括外观检验,各种无损控伤和致密性试验.该检验直接对被检件检验而不破坏其结构整体,检验合格后直接成为成品或转换到下一工序.下面介绍几种常用的检验方法.1,外观检验毛坯件的外观以肉眼观察为主,或都辅以简单的工具(低倍放大镜,直尺等).许多毛坯件缺陷都可通过外观检验,但重要零件仅用外观检验是不够的,还必须进行内在质量的检验.2,无损探伤检验它包括超声波检验,射线检验和磁粉检验.3,致密性检验用于检验不受压力或受压很低的容器,管道等.它包括气密性试验和水压试验.4,化学成分分析用以鉴定材料的成分是否符合规范,并估价材料的优劣.常用方法是光谱分析.5,力学性能的测试力学性能对毛坯件检查最常用的是硬度试验,因它能敏感反映出材料成分,组织,性能的关系,并可间接反映其它力学性能指标;零件经硬度试验后不受损伤.6,金相组织试验通过对毛坯组织检验,可判定构件所用材料和处理工艺是否符合要求.金相分析是组织分析中应用最广泛的实验观察技术,它能够提供有关金属材料的显微组织,晶粒度,非金属夹杂物等信息,主要用于对原材料进厂检验和监测各种热处理质量缺陷.二,毛坯加工中常见缺陷及检验1,铸件中常见缺陷铸件中常见缺陷有缩孔,疏松,气孔,偏析等.2,锻件中常见缺陷锻件中常见缺陷有折叠,锻造裂纹,过热和过烧及冷成形中常出现的微细裂纹等.3,焊接件常见缺陷焊接件常见缺陷有气孔,未焊透,热裂纹和冷裂纹等.。
毛坯成型方法选择
7.2 常用毛坯成形方法的比较
6
(1) 铸造 铸造是液态金属充填型腔后凝固成形的成形方法，要求熔融金属流动性好、收缩性好，铸造材料利用率高，适用于制造各种尺寸和批量且形状复杂尤其具有复杂内腔的零件，如支座、壳体、箱体、机床床身等。手工砂型铸造是单件、小批生产铸件的常用方法；大批大量生产常采用机器造型；特种铸造常用于生产特殊要求或有色金属铸件。 (2)锻造 锻造是固态金属在压力下塑性变形的成形方法，要求金属的塑性较好、变形抗力小。锻造方法适用于制造受力较大、组织致密、质量均匀的锻件，如转轴、齿轮、曲轴和叉杆等。自由锻锻造工装简单、准备周期短，但产品形状简单，是单件生产和大型锻件的唯一锻造方法；胎模锻是在自由锻设备上采用胎模进行锻造的方法，可锻造较为复杂、中小批量的中小型锻件；模锻的锻件可较复杂，材料利用率和生产率远高于自由锻，但只能锻造批量较大的中小型锻件。
3. 生产条件兼顾原那么
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零件的工作条件不同，选择的毛坯类型也不同。如机床主轴和手柄都是轴类零件，但主轴是机床的关键零件，尺寸形状和加工精度要求很高，受力复杂且在长期使用过程中只允许发生很微小的变形，因此要选用具有良好综合力学性能的45钢或40Cr，经锻造制坯及严格切削加工和热处理制成；而机床手柄那么采用低碳钢圆棒料或普通灰铸铁件为毛坯，经简单的切削加工即可完成，不需要热处理。再如内燃机曲轴在工作过程中承受很大的拉伸、弯曲和扭转应力，具有良好的综合力学性能，故高速大功率内燃机曲轴一般采用强度和韧性较好的合金结构钢锻造成形，功率较小时可采用球墨铸铁铸造成形或用中碳钢锻造成形。对于受力不大且为圆形曲面的直轴，可采用圆钢下料直接切削加工成形。
第7章 零件的毛坯选择
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材料的成形过程是机械制造的重要工艺过程。机器制造中，大局部零件是先通过铸造成形、锻压成形、焊接成形或非金属材料成形方法制得毛坯，再经过切削加工制成的。毛坯的选择对机械制造质量、本钱、使用性能和产品形象有重要的影响，是机械设计和制造中的关键环节之一。 通常，零件的材料一旦确定，其毛坯成形方法也大致确定了。例如，零件采用ZL202、HT200、QT600-2等，显然其毛坯应选用铸造成形；齿轮零件采用45钢、LD7等常采用锻压成形；零件采用Q235、08钢等板、带材，那么一般选用切割、冲压或焊接成形；零件采用塑料，那么选用适宜的塑料成形方法；反之，在选择毛坯成形方法时，除了考虑零件结构工艺性之外，还要考虑材料的工艺性能能否符合要求。
第101-2章机械零件毛坯的选择与质量检验.
金属工Байду номын сангаас学
一、使用性能
零件选材应满足零件工作条件对材料使用性能的要求。材料在使用过程中的表现，即使 用性能，是选材时考虑的最主要根据。不同零件所要求的使用性能是很不一样的，有 的零件主要要求高强度，有的则要求高的耐磨性，而另外一些甚至无严格的性能要求， 仅仅要求有美丽的外观。因此，在选材时，首要的任务就是准确地判断零件所要求的 主要使用性能。
金属工艺学
三、经济性
零件的选材应力求使零件生产的总成本最低。除了使用性能与工艺性能外， 经济性也是选材必须考虑的重要问题。选材的经济性不单是指选用的材 料本身价格应便宜，更重要的是采用所选材料来制造零件时，可使产品 的总成本降至最低，同时所选材料应符合国家的资源情况和供应情况， 等等。 （1）材料的价格 不同材料的价格差异很大，而且在不断变动，因此设计 人员应对材料的市场价格有所了解，以便于核算产品的制造成本。 （2）国家的资源状况 随着工业的发展，资源和能源的问题日益突出，选 用材料时必须对此有所考虑，特别是对于大批量生产的零件，所用的材 料应该是来源丰富并符合我国的资源状况的。例如，我国缺钼但钨却十 分丰富，所以我们选用高速钢时就要尽量多用钨高速钢，而少用钼高速 钢。另外，还要注意生产所用材料的能源消耗，尽量选用耗能低的材料。 （3）零件的总成本 由于生产经济性的要求，选用材料时零件的总成本应 降至最低。
金属工艺学
（3）加工工艺问题 零件加工成型过程中，由于加工工艺不良，也会造成各种缺陷。例如锻造不良可 造成带状组织、过热或过烧现象等；冷加工不良时光洁度太低，产生过深的 刀痕、磨削裂纹等；热处理不良能造成过热、脱碳、淬火裂纹、回火不足等； 这些都可导致零件的失效。 加工不良造成的缺陷，尤其是热处理时产生的缺陷，与零件的设计有很大的关系。 零件的外形和结构设计不合理，会大大增加热处理缺陷发生的可能性。 若零件热处理后残留有较大的内应力，甚至有难以检查出来的裂纹时，使用中必 定会造成严重的损坏。 （4）安装不当 零件安装时配合过紧、过松、对中不准、固定不紧等均可造成失效或事故。在制 造厂里管理比较严格的情况下，使用不当常可成为零件损坏的主要原因。对 机器的维护保养不好，没有遵守操作规程及工作时有较大幅度的过载等也可 以造成零件的失效。 （5）使用维护不正确 超载荷运动，润滑条件不良，零件磨损增加等均可造成零件早期失效。
毛坯制造方法的选择
基体和增 强材料一 同成形
较复 杂
尺寸控 材料利 生产 主要应用
制
用率 率
粉料、 高 模具、 烧结
原料、 较高 模具
高 较高
轴承、齿轮及特殊性能材料制 品
刀具、容器、高温轴承、活塞 环等耐高温、耐腐蚀、高硬度、 绝缘性好的制品
如管道、容器、壳罩及一般结 构零件等耐磨、耐腐蚀等要求 的制品
原料、 模具、 工艺方 法
较高
低较高
高比强度、比模量、化学稳定 性和电性能好，如船、艇、车 身、管道、阀门、储罐、高压 气瓶等
二、毛坯的选用原则
选择毛坯类型及成形方法，应在满足使用要求和可 成形性的前提下，生产成本最低。
1.工艺性原则
零件的使用要求具体体现在对其形状、尺寸、精度、 粗糙度等外部质量和对其成分、组织、性能等内部质量的 要求上。对于不同零件的使用要求，考虑零件材料的工艺 特性来确定采用何种毛坯成形方法。如不能用锻压或焊接 的方法来制造灰铸铁零件；不能用铸造方法来生产流动性 差的薄壁毛坯；不能用锤上模锻的方法来锻造铜合金等。
100mm以下可用圆钢自由锻造毛坯；直径500mm以上的大型齿轮可用铸钢
或球铁作毛坯；在单件时，可用焊接方式制作大型齿轮；低速或粉尘下开式
运转的齿轮可用灰铸铁作毛坯；仪表齿轮可用冲压件 。
三、常用零件的成形方法
2.盘套和饼块类零件
－带轮、飞轮、手轮、垫块
这类零件受力不大或仅承受压力，批量大、尺寸不大时可用粉末 冶金方法制造，小批量时可采用灰铸件、球铁等材料铸造成形；单件 时可采用Q215或Q235等低碳钢型材焊接成形。
三、常用零件的成形方法
2.机架、箱体类零件
特点是形状不规则、结构复杂，工作条件也差别较大。
第七章机械零件的毛坯及材料的选用
第七章机械零件的毛坯及材料的选用第7章机械零件的毛坯及材料的选用7.1.1零件毛坯选择的基本原则7.2 零件材料的选用7.1 零件毛坯的选择常用毛坯生产方法的比较7.1.2零件的失效分析7.2.1选材的原则、方法和步骤7.2.2典型零件的选材7.2.37.1.3典型零件的毛坯选择127.1.1第7章机械零件毛坯及材料的选用 7.1 零件毛坯的选择零件毛坯选择的基本原则7.1零件毛坯的选择1. 使用性能原则2. 工艺性能原则1. 使用性能原则（1）结构形状和尺寸的要求对于结构形状复杂的中小型零件，应选择铸件毛坯对于结构形状很复杂且轮廓尺寸不大的零件，宜选择熔模铸造对于结构形状较为复杂，且抗冲击能力、抗疲劳强度要求较高的中小型零件，宜选择模锻件毛坯对于结构形状相当复杂且轮廓尺寸又较大的大型零件，宜选择组合毛坯3第7章机械零件毛坯及材料的选用 7.1.1零件毛坯选择的基本原则1. 使用性能原则（1）结构形状和尺寸的要求（2）力学性能的要求在工作中承受冲击和交变载荷的零件，一般应选择锻造毛坯对于必须采用铸件，而又要求金相组织致密、承载能力较强的零件，应选择压力铸造、金属型铸造和离心铸造等（3）表面质量的要求对于表面外观质量要求较高、尺寸较小的非铁金属件，宜选择金属型铸造、压力铸造或精密模锻对于尺寸较小的钢铁件，则宜选择熔模铸造或精密模锻（4）其它方面的要求对于具有特殊要求的零件，必须结合毛坯材料和生产方法来满足其要求4第7章机械零件毛坯及材料的选用 7.1.1零件毛坯选择的基本原则1. 使用性能原则材料的工艺性能是指毛坯满足各种加工工艺要求的能力，毛坯的工艺性能与其材料和结构特征有关对于铸件，在金属材料中，铸造铝合金和铜合金的铸造性能优于铸钢。
而灰铸铁铸造性能最好。
对于锻件，低碳钢的锻造性能最好，中碳钢次之，高碳钢较差；低合金钢的锻造性能接近于中碳钢，高合金钢较差；铝合金锻造性能不是很好，而铜合金的锻造性能很好。
机械制造过程—毛坯、定位基准的选择
(2)为保证加工表面与不加工表面之间的位置精度, 应以不加工表面作为粗基准。 (此原则简称：相 互位置原则)
(3)在工件上有多个表面需要加工,为保证各表面 均具有足够的加工余量,应选择加工余量最小的那 个表面作为粗基准。
(4) 粗基准在同一尺寸方向只能使用一次(此原则 简称：一次使用原则)
(5) 作为定位粗基准的表面上不应有、飞边、分型 面、浇冒口等缺陷，应定位准确、夹紧可靠,
加工余量小。 3 ) 精密模锻 锻件的尺寸精度高，可直接进行精加工。
毛坯的选择
3.型材 如钢板，管材，圆钢等，便于实
现自动上料。
毛坯的选择
二、 选择毛坯应考虑的因素 1. 毛坯材料的工艺特性。 即毛坯材料的可铸性或可锻性。 2.零件的结构类型及尺寸大小 1） 光轴,台肩之间相差不大的阶梯轴,应选择型材。 台肩之间相差较大及异型轴,如曲轴,十字轴等则应选
并使夹具的结构简单。
(此原则简称：光滑平整原则)
（1）定位基准: 在工件的加工过程中，用作定位的基准， 称为定位基准。工件与工作台的装夹面 相贴合的面即为定位基准。 （2）工序基准 用以确定本工序加工表面加工 以后的尺寸、 形状和位置所使 用的基准，称为工序基准。
如右工序图所示:F平面 是孔Ⅰ,Ⅱ的工序基准； （3）测量基准
用以检验已加工表面 的尺寸及各 表面之间位置精度的基准，称为测量 基准。齿轮内孔轴线是检验各项尺寸 形位精度的基准.即为测量基准。
（4）互为基准原则
为保证某重要表面加工余量小且均匀并与其它表面之间 的位置精度,应采用互为基准反复加工的原则进行加工。
如精密齿轮的加工淬火后需磨齿面, 为保证齿面与内孔之间的位置精度 及从齿面上去除一层小且均匀的加 工余量,须先依齿面为基准磨内孔,然 后再依磨过的内孔为基准磨齿面,这 样互为基准反复加工,既去除一层小 且均匀的加工余量,又保证了齿面与 内孔之间的位置精度。
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工程材料与材料成型基础（二）教案
第四章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。
举例：摩托车发动机,机器人汽车焊接生产线
一、零件毛坯的类型
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
问题：采用手工造型的铸件和自由锻锻件毛坯可降低成本
3、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
2、盘套类零件
3、机架、箱体类零件特点：结构复杂，重量从几千克到数十吨，工作条件相差很大。
铝合金铸件航空发动机箱体
摩托车发动机箱体
仪表罩壳
受力不大，自重轻，导热性
好
ZL105
ZL108
焊接件(单件,小批量)
版辊磨床床身形状简单，可承受较大应力Q235
减速器装配图
减速器主要零件的材料和毛坯选择
序号名称毛坯类型和制造方法材料及热处理
单件、小批大批
1窥视孔盖钢板或铸铁件冲压件或铸铁件Q235A,HT150,08钢
2箱盖铸铁件（手工造型）
焊接件（手工电弧焊）铸铁件（机器造型）HT200,退火消除应力
Q235A
6箱体
3,4螺栓,螺母标准件（镦、挤件）Q235A
5弹簧垫圈标准件（冲压件）65Mn,淬火+中温回火7调整环圆钢车制冲压件Q235A, 08钢
8端盖铸铁件,圆钢车制铸铁件（机器造型）HT150, Q235A
9齿轮轴锻件(自由锻,胎膜锻)
圆钢车制模锻件45,调质处理
12轴
13齿轮
10挡油盘圆钢车制冲压件Q235A, 08钢
11滚动轴承标准件, 内外环用扩孔锻造，滚珠用螺旋斜轧，保持器
为冲压件GCr15(内外环，滚珠)淬火+低温回火,08钢
汽车发动机零件的材料和毛坯选择
典型零件毛坯类型和制造方法材料及热处理
缸体、缸盖、飞轮铸铁件（机器造型）HT200，去应力退火
缸套、排气门座合金铸铁件（机器造型）孕育处理时加入少量合金元素
曲轴铸铁件（机器造型）QT600-2，轴颈表面淬火
锻件（模锻）45、40Cr，调质，轴颈表面淬火活塞销锻件（模锻）20、20Cr，渗碳，淬火+低温回火连杆、连杆螺栓锻件（模锻）45、40Cr，调质，轴颈表面淬火轴承标准件GCr15，淬火+低温回火
轴瓦铸造滑动轴承合金，ZSnSb11Cu6
排气门锻件（模锻）耐热钢，4Cr3Si2
气门弹簧钢丝绕制65Mn、50CtV A，淬火+低温回火火花塞铝合金铸件（压力铸造）ZL110 、ZL108，淬火及时效处理支架、盖、罩、档板、油底壳等钢板冲压成形Q235、Q345、08、20
台钳装配图
台钳零件的材料和毛坯选择
序号名称毛坯类型和制造方法材料及热处理单件、小批大批
1固定钳身铸铁件（手工造型）铸铁件（机器造型）HT200，去应力退火
2丝杠圆钢车制45，淬火+中温回火
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，35-40 HRc 10固定盘圆钢车制45表面淬火+低温回火，35-40 HRc。