毛坯成形方法选择01

教学课件第8章机械零件毛坯的选择

(3) 铸造非铁合金
常用的有铸造铝合金和铸造铜合金。强度一般不太高，除铝硅合金外，其余的铸造性能均较差，焊接性较差，价格较高。
一般均具有较好的耐磨性和耐蚀性，还有一定的耐热性，故常用于要求耐热、耐蚀或导热性良好的零件，如内燃机活塞、蜗轮和滑动轴承等。
2．塑性成形用金属材料
(1) 低、中碳钢和低合金结构钢
（1）适用性原则
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。
8.3.3 箱体、支架类零件
结构较为复杂，通常有不规则的外形和内腔，壁厚也不均匀
1、一般基础件
主要起支承作用，抗拉强度和塑性、韧性要求不高，但应有较好的刚度和减振性，有时还需要有较好的耐磨性。
通常采用灰铸铁（如HT150、HT200等）铸造成形
2、受力复杂件
要求有较高的综合力学性能：铸钢（ZG200—400）；铸造成形；为简化工艺：铸-焊、铸-螺纹；连接结构。
转轴、齿轮、曲轴和叉杆
冲压：制造质轻、壁薄而刚性好的零件及形状较复杂的壳

机械制造基础(02-1毛坯的成形)

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（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。
金属毛坯的成形（铸造简介－导入）
金属毛坯的成形（铸造简介）
铸造:制造铸型，熔炼金属，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件的成形方法。
铸造的特点：优点： 1.利用液态金属的流动能力成形，成形方便，使用于形状复杂，特别是复杂内腔的零件毛坯。 2.应用范围广，适应性强。 3.铸造材料来源广泛，价格低廉，各种金属材料几乎都能用铸造成形。 4.铸造设备简单，投资少，铸件形状与零件比较接近，切削工作量小,节省材料，成本低。缺点： 1.铸件组织疏松，晶粒粗大，力学性能较差。 2.铸造工序较多，铸件质量不稳定。

机械零件毛坯选择

机械零件的制造包括毛坯成形和切削加工两个时期，毛坯成形不仅对后续的切削加工产生专门大的阻碍，而且对零件乃至机械产品的质量、使用性能、生产周期和成本等都有阻碍。因此，正确选择毛坯的类型和生产方法关于机械制造具有重要意义。本章将着重介绍毛坯选择的原则及典型机械零件毛坯的选择。

5.1 毛坯选择的原则

机械零件常用的毛坯类型有铸件、锻件、轧制型材、挤压件、冲压件、焊接件、粉末冶金件和注射成型件等，每种类型的毛坯都能够有多种成形方法，在选择时我们遵循的原则是：在保证毛坯质量的前提下，力求选用高效、低成本、制造周期短的毛坯生产方法。一样毛坯选择步骤是：第一由设计人员提出毛坯材料和加工后要达到的质量要求，然后再由工艺人员依照零件图、生产批量，并综合考虑交货期限及现有可利用的设备、人员和技术水平等选定合适的毛坯生产方法。具体要考虑的因素有以下几方面：

5.1.1 满足材料的工艺性能要求

金属是制造机械零件的要紧材料，一旦材料确定后，其材料的工艺性能确实是阻碍毛坯成形的重要因素，表5.1.1给出了常用金属材料所适用的毛坯生产方法。

注：表中“⊙”表示材料适宜或能够采纳的毛坯生产方法。

5.1.2 满足零件的使用要求

零件的使用要求要紧包括零件的结构形状和尺寸要求、零件的工作条件（通常指零件的受力情形、工作环境和接触介质等）以及对零件性能的要求等。

1. 结构形状和尺寸的要求机械零件由于使用功能不同，其结构形状和尺寸往往差异较大，各种毛坯生产方法对零件结构形状和尺寸的适应能力也不相同，因此选择毛坯时，应认真分析零件的结构形状和尺寸特点，选择与之相适应的毛坯制造方法。关于结构形状复杂的中小型零件，为了使毛坯形状与零件较为接近，应先确定以铸件作为毛坯，然后再依照使用性能要求等选择砂型铸造、金属型铸造或熔模铸造。关于结构形状专门复杂且轮廓尺寸不大的零件，宜选择熔模铸造；关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；关于那些结构形状相当复杂且轮廓尺寸又较大的零件，宜选择组合毛坯。

第3讲毛坯的选择

形状、尺寸及有关性能要求。
造
一定的工作条件是指：
工
（1）零件在工作时的受力状况；
艺
（2）零件的工作介质及由此可能引起的零件内应力状况；
（3）零件的工作温度及由此可能引起的零件性能的变化。
二、毛坯选择的原则和依据
机
1、毛坯选择的原则
保证零件的使用要求
械
形状精度
制
外部质量尺寸精度表面质量
造
成分、组织内部质量力学性能
复杂
简单
简单
轻巧、复杂轻巧
简单
流动性好，塑性好，变塑性好，变塑性好，变强度高，塑同锻件收缩率低形抗力小形抗力小形抗力小性好
铸铁、铸钢、中碳钢及合碳钢及合金低碳钢、有低碳钢、低碳钢、合金铝合金等金结构钢等结构钢等色金属薄板合金钢等结构钢等
晶粒粗大、晶粒细小、晶粒细小、拉深时流线接头组织不同锻件
机
1、轴杆类零件
功用:主要起支承传动件和传递转矩的作用。
械
制
造
工
艺
三、常用机械零件毛坯分类及制造方法
机
1、轴杆类零件
械
制
造
工
艺
三、常用机械零件毛坯分类及制造方法
机
1、轴杆类零件
传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴等

07_1零件的毛坯选择和成形方法比较

7.1 零件的毛坯选择和成形方法比较
第 23 页 18
塑料成形可在较低的温度(一般在400℃以下)
采用注射、挤出、模压、浇注、烧结、真空成形、
吹塑等方法制成制品。由于塑料的原料来源丰富
易得，制取方便，成形加工简单，可以少无切削加工，成本低廉，性能优良，所以塑料在国民经济中得到广泛的应用。动画3为挤出成形示意图，动画4为滚塑成形示意图。
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。
2)适应性原则（续）
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
第 6 9页
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。
第 26 页 19
陶瓷成形通常采用注浆成形法、可塑成形法、模压成形法等。陶瓷的密度低，比重只有钢的 1/3 ，弹性模量高、缺口敏感性小，耐高温，膨胀系数低，硬度高，摩擦系数较低，热稳定性和化学稳定性好、电性能好，属耐高温耐腐蚀绝缘材料。陶瓷成形的特点是在制备过程中需经过高

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。

毛坯成型方法选择

可行性原则
选用的毛坯成型方法应具备技术上的可行性，即工艺技术成熟、生产设备齐全、操作稳定可靠。
环保性原则
在满足适用性、经济性和可行性的前提下，应尽量选择环保型的毛坯成型方法，以减少对环境的负面影响。
选择步骤
确定毛坯材料和规格
根据零件图纸和性能要求，确定毛坯的材料种类、规格和数量。
评估现有毛坯成型方法
02 03
材料利用率
不同的毛坯成型方法对材料的利用率不同，从而影响生产成本。提高材料利用率可降低生产成本，例如采用精密铸造或锻造技术可减少材料浪费。
产品质量与性能
毛坯成型方法的选择直接影响产品质量与性能。高品质的毛坯可提高产品性能和可靠性，从而提升经济效益。因此，在选择毛坯成型方法时，需综合考虑产品质量与性能要求。
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THANKS
02
根据成型工艺特点和应用领域，毛坯成型方法可分为普通毛坯成型和精密毛坯成型。
03
根据原材料的种类和性质，毛坯成型方法可分为金属毛坯成型、非金属毛坯成型等。
02
毛坯成型方法选择的影响因
素
零件材料的影响
金属材料
金属材料如钢、铝、铜等，其可塑性、变形抗力等物理特性对毛坯成型方法的选择具有重要影响。例如，钢铁材料通常采用锻造或铸造方法，而铝及铝合金则更适合采用压铸或挤压成型。
毛坯成型方法选择

第十八章零件毛坯的选择

第一节毛坯的种类

用于零件成形的金属材料，一般先要制成与成品零件的形状、尺寸相

近的毛坯件，通过切削加工完成最终的成形，把这个毛坯件称为零件的毛坯。

不同的加工方法，选用具有适宜的结构工艺性的材料。不同的用途，需要一定

的毛坯形状和毛坯的质量等要求。因此，常用机器零件的毛坯，可以根据材制

造方法、形状特征及用途等进行分类。

按制造方法不同，常用的毛坯有铸件、锻造和冲压件、型材件和焊接

件四种。按形状特征和用途不同，常可分为轴类零件、套类零件、轮盘类零件、箱座类零件四类。

一、按制造方法分类

1、铸件毛坯铸铁、非铁金属以及碳的质量分数为0.45～0.5 ％的钢，由于具有良好的铸造工艺性能，均可用铸造方法获得铸件毛坯。铸造生产，一

次成型，工艺灵活性大，不受零件尺寸形状和重量的限制，应用十分广泛。铸

铁件主要用于受力不大或以承压为主的零件，以及要求减振、耐磨零件等。如

机床床身、立柱，大型水压机机身、底座等零件，采用铸铁件毛坯主要是因为

其具有良好的承压能力和减振性，而煤粉锅炉的粉煤制造设备——球式磨煤机

中所用的铸铁球，则是利用了铸铁件具有良好的耐磨性。非铁金属铸件应用，

如照相机壳体、发动机壳体、阀体等，受力不大但形状相对复杂。铸钢件则是

应用在工作环境恶劣、承受载荷类型复杂的场合，如在选矿机上应用的铸钢链条。

2、锻造和冲压件毛坯适宜于锻造方法加工的材料包括非合金钢、合金钢和非铁金属合金。非合金钢因为化学成分与组织结构都比较简单，塑性好、

变形抗力小、锻造温度范围较宽，被广泛应用。而合金钢因导热性差、热应力

毛坯成形工艺选择

大型轧钢机机架载荷
退火或正火
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
版辊磨床床身
形状简单，可承受较
大应力
Q235
e.g. 指导 P153
第四章毛坯成形方法选择示例 P206
承压油缸的形状及尺寸如图所示，材料为45钢，年产量200件。技术要求工作压力15MPa，进行水压试验的压力3MPa。图纸规定内孔及两端法兰接合面要加工，不允许有任何缺陷，其余外圆部分不加工。
轻巧、复杂塑性好，变形抗
力小
低碳钢、有色金属薄板
拉深时，流线有变化
好高长较低
油箱
焊接永久性连接
轻巧强度高，塑性
好
低碳钢、低合金钢等
接头组织不均匀
降低较高较短中
车身，船体
轧材同锻件
简单
同锻件
碳钢、合金结构钢等
同锻件
较好较低短 —— 丝杠、螺栓
第二章毛坯成形方法选择的原则
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. 塑性成形（锻压）
（1）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。

毛坯材料的选择

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。

图6-4 轴杆类零件

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。

焊结构

图6-5 汽车排气阀锻-

图6-6 水压机立柱铸-焊结构

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，所示。

机械制造零件的毛坯选择和成形方法详解

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1. 毛坯选择的原则
毛坯选择的原则，应在满足使用要求的前提下，尽可能地降低生产成本，使产品在市场上具有竞争能力。
1) 工艺性原则零件的使用要求决定了毛坯形状特点，各种不同的使用要求和形状特点，形成了相应的毛坯成形工艺要求。零件的使用要求具体体现在对其形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等外部质量和对其化学成分、金属组织、力学性能、物理性能和化学性能等内部质量的要求上。
1313
7.1.2 常用毛坯成形方法的比较常用的毛坯成形方法有铸造、锻造、粉末冶
金、冲压、焊接、非金属材料成形和快速成形等。 1. 铸造（视频1）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、小批量生产铸件的常用方法。大批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。
工艺性原则
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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。

第七张第三节毛坯成形方法选择举例

第三节毛坯成形方法选择举例

一、承压油缸

承压油缸的形状及尺寸如图6-10所示，材料为45钢，年产量200件。技术要求工作压力15MPa，进行水压试验的压力3MPa。图纸规定内孔及两端法兰接合面要加工，不允许有任何缺陷，其余外圆部分不加工。现提出如表6-3所示的六类成形方案进行分析比较。

表6-3 承压油缸成形方案分析比较

二、开关阀

图6-11所示开关阀安装在管路系统中，用以控制管路的“通”或“不通”。当推杆1受外力作用向左移动时，钢珠4压缩弹簧5，阀门被打开。卸除外力，钢珠在弹簧作用下，将阀门关闭。开关阀外形尺寸为116mm×58 mm×84 mm，其零件的毛坯成形方法分析如下：

1. 推杆（零件1）承受轴向压应力、摩擦力，要求耐磨性好，其形状简单，属于杆类零件，采用中碳钢（45钢）圆钢棒直接截取即可。

2. 塞子（零件2）起顶杆的定位和导向作用，受力小，内孔要求具有一定的耐磨性，属于套类件，采用中碳钢（35钢）圆钢棒直接截取。

3. 阀体（零件3）是开关阀的重要基础零件，起支承、定位作用，承受压应力，要求良好的刚度、减振性和密封性，其结构复杂，形状不规则，属于箱体类零件，宜采用灰铸铁（HT250）铸造成形。

4. 钢珠（零件4）承受压应力和冲击力，要求较高的强度、耐磨性和一定的韧度，采用滚动轴承钢（GCr15钢）螺旋斜轧成形，以标准件供应。

5. 压簧（零件5）起缓冲、吸振、储存能量的作用，承受循环载荷，要求具有较高疲劳强度，不能产生塑性变形，根据其尺寸（1 mm×12 mm×26 mm），采用碳素弹簧钢（65Mn钢）冷拉钢丝制造。

毛坯制造方法的选择

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。
立放
卧放
四、典型坯件成形设计
2.同一零件毛坯选择比较
－胎模锻：选用40钢经镦粗、冲孔、带芯棒拔长等自由锻工序完成初步成形，然后在胎模内带芯棒锻出法兰最终成形。与模锻相比，外形和内孔均锻出，但生产率低，劳动强度大。锻件质量好，全部通过水压试验。
胎模锻毛坯
四、典型坯件成形设计
2.同一零件毛坯选择比较
三、常用零件的成形方法
常用零件的成形方法可根据零件形状进行分类选择。
1.轴杆类零件
各种实心轴、空心轴、曲轴、杆件等。用来传递运动和动力。对于光轴、直径变化小和性能要求不高的轴，用圆钢作毛坯加工而成；对于锻造轴，受力小时用中碳钢制造；承载较大时采用中碳合金钢调质制造；受较大冲击且承受摩擦时采用氮化钢或渗碳钢制造；某些异形截面或弯曲轴线的轴，如凸轮轴、曲轴用铸钢；或球墨铸铁；对于特殊性能或大型构件，可采用锻焊或铸焊相结合的方式制造。如汽车排气阀用锻造的耐热钢和轧制的碳素钢焊成；如水压机立柱毛坯用铸焊结构。