第十三章零件毛坯成形方法和选择原则解读
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。
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。
零件的毛坯选择和成形方法比较
工艺性原则
机械制造技术
第7章 机械制造工艺过程
7.1 零件的毛坯选择和成形方法比较
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的焊缝；不能采用电阻焊方法焊接铜合金构件； 不能采用电渣焊焊接薄壁构件等等。选择毛坯成 形方法的同时，要兼顾后续机加工的可加工性。 如切削加工余量较大的毛坯就不宜采用普通压力
铸造成形，不然会暴露铸件表皮下的孔洞；对于 需要切削加工的毛坯尽量避免采用高牌号珠光体 球墨铸铁和簿壁灰口铸铁，否则难以切削加工。 一些结构复杂，难以采用单种成形方法成形的毛
坯，既要考虑各种成形方案结合的可能性，也需 考虑这些结合是否会影响机械加工的可加工性。
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第7章 机械制造工艺过程
7.1 零件的毛坯选择和成形方法比较
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2)适应性原则 在毛坯成形方案的选择中，还要考虑适应性 原则。既根据零件的结构形状、外形尺寸和工作 条件要求，选择适应的毛坯方案。 例如，对于阶梯轴类零件，当各台阶直径相 差不大时，可用棒料；若相差较大，则宜采用锻 造毛坯。 形状复杂和薄壁的毛坯，一般不应采用金属 型铸造；尺寸较大的毛坯，通常不采用模锻、压 力铸造和熔模铸造，多数采用自由锻、砂型铸造 和焊接等方法制坯。
4) 经济性原则（续）
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第7章 机械制造工艺过程
7.1 零件的毛坯选择和成形方法比较
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因此，生产纲领大时，应采用精度高、生产率 高的毛坯制造方法，这时虽然一次投资较大， 但增大的毛坯制造费用可由减少的材料消耗及 机械加工费用得到补偿。一般的规律是，单件 小批量零件，可采用手工砂型铸造、自由锻造、 手工电弧焊、板金钳工等成形方法生产；批量 大的零件，可采用机器造型、模锻、埋弧自动 焊或其他自动焊接方法和板料冲压等成形方法 制造毛坯。
毛坯选择是考虑的因素
确定毛坯时应考虑的因素：1）零件的材料及其力学性能。
当零件的材料选定以后，毛坯的类型就大体确定了。
例如，材料为铸铁的零件，自然应选择铸造毛坯；而对于重要的钢质零件，力学性能要求高时，可选择锻造毛坯。
2）零件的结构和尺寸。
形状复杂的毛坯常采用铸件，但对于形状复杂的薄壁件，一般不能采用砂型铸造；对于一般用途的阶梯轴，如果各段直径相差不大、力学性能要求不高时，可选择棒料做毛坯，倘若各段直径相差较大，为了节省材料，应选择锻件。
3）生产纲领的大小。
对于大批大量生产，应选择高精度的毛坯制造方法，以减少机械加工，节省材料。
4）现有生产条件。
选择毛坯类型时，要结合本企业的具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等。
5）充分考虑利用新技术、新工艺和新材料的可能性为了节约材料和能源，减少机械加工余量，提高经济效益，只要有可能，就必须尽量采用精密铸造、精密锻造、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等新工艺、新技术和新材料。
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。
自由锻造锻件是在锻锤或压力机上用手工操作而成形的锻件。
它的精度低，加工余量大，生产率也低，适用于单件小批生产及大型锻件。
模锻件是在锻锤或压力机上，通过专用锻模锻制成形的锻件。
它的精度和表面粗糙度均比自由锻造的好，可以使毛坯形状更接近工件形状，加工余量小。
同时，由于模锻件的材料纤维组织分布好，锻制件的机械强度高。
模锻的生产效率高，但需要专用的模具，且锻锤的吨位也要比自由锻造的大。
主要适用于批量较大的中小型零件。
综上所述:选择45钢,毛坯件为锻件,毛坯长度为: Φ50X314。
机械加工毛坯选用准则
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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。
第十一章毛坯成型方法选择
第11章 毛坯成形
轴杆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。
第11章 毛坯成形
第11章 毛坯成形
第11章 毛坯成形
2. 选择合适的材料 毛坯材料是其成本的组成部分。改变材料， 毛坯生产工艺也要改变，同时成本也变化。 如图5-3的套筒扳手，原选材为 45钢，经车削、钻孔、插齿，最 后经调质处理制成。插齿需设退 刀槽，调质处理时存在变形和脱 碳等缺陷。故成本较高。 若改用塑性良好的20钢，经预冲 后一次挤压成形，再经淬火处理 制造。改用材料和改进工艺后， 不需机加工，淬火处理又能满足 使用性能要求，合格率和生产率 大大提高，成本也大幅度降低。
第11章 毛坯成形
第11章 毛坯成形
11.1.2 常用零件的毛坯选择
常用机械零件按其结构用途和形状杆类零件
轴杆类零件由回旋体构成，其长度大于直 径，常用的有光轴、阶梯轴、凸轮轴及曲轴等。 主要用以支承传动零件(如齿轮、带轮等)和传递 动力，是机械中重要的受力零件。
第11章 毛坯成形
主 要 内 容
一、毛坯成形方法的选择原则 选择毛坯成形方法基本原则是使用性、经 济性和可行性。 二、常用机械零件毛坯的类型 应掌握各种毛坯生产的特点及应用，能对 典型零件合理地进行毛坯成形方法选择。
第11章 毛坯成形 四. 机架箱体类零件
机架箱体类零件一般有 不规则的外形和内 腔，其结构特点是薄壁、中空、形状复杂。其 作用是支撑轴、轴承、齿轮、拨叉等零件，组 成主轴、中间轴和操纵机构等。受力情况以承 压为主，要求有较好的刚度和减振性，但有些 机械的床身和支架同时受压、拉和弯曲应力的 联合作用，或还有冲击载荷。
机械零件选材及其工艺方法的选择
机械零件选材及其工艺方法的选择学习目标明确零件成型工艺选择的一般原则；熟悉零件热处理的技术条件；熟悉典型零件的选材，会对其进行工艺分析。
重点与难点重点：零件成型工艺选择的一般原则；零件热处理的技术条件。
难点：轴杆类零件、齿轮类零件和箱体类零件的选材及工艺分析。
零件成型工艺选择的一般原则本节要点：零件成型工艺的选择原则。
除了少数性能要求不高的零件以外，大多数机械零件都要通过铸造、锻压或焊接等成型工艺制成毛坯，然后再经切削加工制成成品。
因此，零件成型工艺的选择是否合理，不仅影响每个零件甚至整部机械的制造质量和使用性能，对零件的工艺制造过程，生产周期和成本也有很大的影响。
表4-5列出了常用毛坯成型的生产方法及相关内容的比较，可供参考。
选择毛坯成型工艺时必须考虑以下原则：1.保证零件的使用要求成型后的毛坯制成零件后，应满足其使用要求。
零件的使用要求包括对零件形状和尺寸的要求，以及工作条件对零件性能的要求。
例如机床的主轴，是机床上的关键零件，尺寸、形状和加工精度要求很高，受力复杂，在长期使用过程中只允许发生极微小的变形，因此应选用45钢或40Cr等具有良好综合力学性能的材料，经锻造制坯及严格的切削加工和热处理制成。
2.降低制造成本，满足经济性要求一个零件的制造成本包括其本身的材料费以及所消耗的燃料费、动力费用、人工费、各项折旧费。
单件、小批生产时，对于铸件应优先选用灰铸铁和手工砂型铸造方法；对于锻件应优先选用碳素结构钢和自由锻方法；在生产急需时，应优先选用低碳钢和手工电弧焊方法制造焊接结构毛坯。
在大批量生产中，对于铸件应采用机器造型的铸造方法，锻件应优先选用模型锻造方法，焊接件应优先选用低合金高强度结构钢材料和自动、半自动的埋弧焊、气体保护焊等方法制造毛坯。
3.考虑实际生产条件根据使用性能要求和制造成本分析所选定的毛坯成型方法是否能实现，还必须考虑企业的实际生产条件。
上述三条原则是相互联系的，考虑时应在保证使用要求的前提下，力求做到质量好、成本低和制造周期短。
9-成形方法选择
3. 机架、箱体类零件 机架、箱体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、缸体、泵体、轴承座等。
机架、箱体类零件
机身、底座、支架、横梁零件： 特点：结构复杂，有不规则的外形与内腔； 作用：起支承和连接各部分机械零件的作用； 工作时受力：压力、冲击力； 要求：很好的稳定性、刚性和减振性。 工作台、导轨零件要求有较好的耐磨性。 齿轮箱、缸体、泵体则要求有良好的刚度和密封性。 机架、箱体类零件最常用的材料为铸铁，采用铸造成形毛坯。 对于受力较大的机身可以采用铸钢或钢板焊接成形。 对于受力不大的缸体、泵体也可以采用铝合金铸造成形。
在经济性原则下，应把满足使用要求与降低成本统 一起来。 对成形工艺提出的要求既不能过高又不能太低。
3. 可行性原则 根据适用性和经济性原则确定的成形工艺方案还必须 考虑该方案的可行性。
因为确定的机械零件成形工艺必须由具体的企业来完 成，而具有的企业有自己的生产条件，能否实现成 形工艺方案，制造出合格的零件，要对企业的具体 条件进行综合考虑，以保证成形工艺方案能顺利实 施。
2. 盘类零件 盘类零件轴向(纵向)尺寸一般小于其径向(横向)尺寸， 如齿轮、皮带轮、法兰盘、联轴器，轴承以及螺母、 垫圈等。
盘类零件
①齿轮毛坯多采用钢材锻造生产，一些较小的齿轮也可采用 圆钢为毛坯。 大型齿轮，其整体锻造困难，可以采用镶拼的方法组合。 对于要求不高的大齿轮也可以采用球墨铸铁整体铸造毛坯。 较小的齿轮，如仪器仪表内的小齿轮，可以采用冲压、挤压 成形，也可以用注射成型的塑料齿轮代替金属齿轮。 ②皮带轮、飞轮、手轮等盘类零件，工作时受力较小，强度要 求不高，通常采用灰铸铁材料铸造毛坯。 ③法兰盘、联轴器、套环、轴承等盘类零件，可以采用的毛坯 材料有铸铁、碳钢、合金钢、有色金属、粉末冶金及塑料， 其成形方法应根据具体情况确定。
机制第十三章概要
第十三章典型零件的加工§13－1 轴类零件的加工§13－2 套类零件的加工§13－3 直齿圆柱齿轮类零件的加工§13－4 箱体类零件的加工一、概述二、轴类零件的主要技术要求三、轴类零件机械加工的主要工艺问题四、轴类零件加工实例——车床主轴加工
§13－1 轴类零件的加工一、概述1．轴类零件的功用和种类（1）轴类零件的功用支承传动零件（如齿轮、带轮、凸轮等）传递转矩、承受载荷并保证装在轴上的零件（或刀具）具有一定的回转精度。（2）轴的分类结构形状分：光轴、台阶轴、空心轴、异形轴长度与直径比（长径比）分：刚性轴（L/d≤12）、挠性轴（L/d＞12）所受载荷不同分：心轴、传动轴、转轴（3）轴类零件的加工表面内、外圆柱面内、外圆锥面台阶平面和端平面螺纹、花键、键槽和沟槽2．轴类零件的材料和毛坯（1）材料碳素结构钢合金结构钢
（2）毛坯圆棒料锻件铸钢件二、轴类零件的主要技术要求1．轴颈轴颈——轴上与其他零件相配合的外圆表面。配合轴颈——与轴上传动零件相配合的轴颈。支承轴颈——与轴承相配合的轴颈。2．尺寸与形状精度根据轴的使用要求不同，轴颈的尺寸精度通常为IT9～IT6，高精度的轴颈尺寸精度为IT5
轴颈的形状精度（圆度、圆柱度）误差，应限制在轴颈的直径公差范围内
支承轴颈的尺寸精度、形状精度应高于配合轴颈的尺寸精度、形状精度3．位置精度最主要的相互位置精度是指配合轴颈轴线相对支承轴颈轴线的同轴度或配合轴颈相对支承轴颈轴线的圆跳动，以及轴肩端面对轴线的垂直度
形状精度和相互位置精度应高于尺寸精度普通精度的轴，同轴度误差为φ0.03～φ0.01mm，高精度轴的同轴度误差为φ0.005～φ0.001mm4．表面粗糙度支承轴颈的表面粗糙度值应小于配合轴颈的表面粗糙度值
配合轴颈的表面粗糙度Ra值一般为1.6～0.4μm支承轴颈的表面粗糙度Ra值一般为0.4～0.1μm三、轴类零件机械加工的主要工艺问题1．定位基准中心孔外圆表面和内孔表面2．加工顺序的安排粗、精加工分开进行粗加工外圆表面时，应先加工直径大的外圆，后加工直径小的外圆
毛坯成形方法选择
一、选择原则
1、保证技术的先进性和可靠性 2、经济上合理
（1）尽量方法简单，这样投入费用少； （2）尽量加工效率高、这样加工成本就低； （3）选择少污染或者无污染的材料。
毛坯成形方法选择
二、考虑因素
（一）产品材料的性能
1. 材料的力学性能 2. 材料的工艺性能 3. 材料的特殊性能
（二）产品的生产类型
（二）再确定具体工艺方法
毛坯成形方法选择
四、举例
1、小批量生产、铸造的轴承端盖 2、大批量生产受力大的较小尺寸的双边齿轮 3、小批量生产，焊接温度高、焊缝形状复杂的件 4、各种批量生产较大批量的轴、销 5、铸造的下水管 6、大批量生产、较小尺寸铝合金的仪表壳体 7、批量生产、航空发动机涡轮叶片
毛坯成形方法选择
（三）产品的形状复杂程度及尺寸精度要求
1. 产品的形状及复杂程度 2. 产品的尺寸精度要求
（四）现有生产条件 （五）充分考虑利用新工艺、新技术和新 材料的可能性。
毛坯成形方法选择
三、选择步骤 （一）先确定毛坯类型 1.毛坯类型
型材；铸件；锻件；焊件
2.选择顺序
（1）优先选择型材; （2）优先选择整体成形，如形状尺寸受影响，应选择连 接成形； （3）如选择整体成形，再看材料的种类以及材料的工艺 性能方法的选择原则和所要考虑的因素。 2.初步掌握常用典型零件的毛坯选择。 教学内容： 1.毛坯成形方法的选择原则。 2.毛坯成形方法选择所要考虑的因素。 3.毛坯成形方法选择的基本程序和方法。 重点：毛坯成形方法的选择原则和需要考虑的因素。 难点：毛坯成形方法的选用。
毛坯成形方法选择
焊件四举例1小批量生产铸造的轴承端盖2大批量生产受力大的较小尺寸的双边齿轮3小批量生产焊接温度高焊缝形状复杂的件4各种批量生产较大批量的轴销5铸造的下水管6大批量生产较小尺寸铝合金的仪表壳体7批量生产航空发动机涡轮叶片