第十三章材料与成形工艺的选择原则
材料及成形工艺选用培训
材料及成形工艺选用培训1. 简介材料及成形工艺选用是制造业中至关重要的一环，它直接影响产品的质量、性能和成本。
因此，对材料及成形工艺选用的培训尤为重要。
本文将就材料的选用与成形工艺的选择进行介绍和讲解，以帮助读者了解这方面的知识和技巧。
2. 材料选用材料选用是指在产品设计和制造过程中，根据产品的要求和性能需求来选择最适合的材料。
材料的选用直接影响产品的质量、性能、可靠性和使用寿命。
因此，在进行材料选用时，需要考虑以下几个方面：2.1 材料的力学性能材料的力学性能是指材料在受力时的表现。
包括强度、硬度、韧性、可塑性等指标。
在进行材料选用时，需要根据产品受力情况，选择适当的强度和韧性等性能指标。
2.2 材料的耐腐蚀性能材料的耐腐蚀性能是指材料在特定环境条件下的抗腐蚀性能。
不同的工作环境中，对材料的耐腐蚀性能要求不同。
在进行材料选用时，需要充分考虑产品所处的工作环境条件，选择具有良好耐腐蚀性能的材料。
2.3 材料的加工性能材料的加工性能是指材料在制造过程中的易加工性。
材料的加工性能包括可切削性、可焊性、可冷变形性等指标。
在进行材料选用时，需要选择易加工、具有良好加工性能的材料，以提高产品的生产效率和加工质量。
2.4 材料的经济性材料的经济性是指材料的采购成本、加工成本、使用寿命等方面的经济效益。
在进行材料选用时，需要全面考虑材料的成本效益，选择经济合理的材料，以降低产品的制造成本。
3. 成形工艺选用成形工艺选用是指根据产品的形状、尺寸和性能要求，选择合适的成形工艺。
成形工艺的选择直接关系到产品的质量和生产效率。
以下是常见的成形工艺及其适用范围：3.1 铸造工艺铸造工艺是指将熔融金属或合金浇注到金属模具中，通过冷却凝固形成产品的一种工艺。
铸造工艺适用于制造复杂形状的产品，如发动机缸体、机座等。
3.2 锻造工艺锻造工艺是指将金属加热至可塑性状态，然后通过冲击或挤压等方式使其产生塑性变形，形成所需形状的工艺。
材料成型与工艺
材料成型与工艺
材料成型与工艺是现代制造业中非常重要的一环，它涉及到材料的选择、成型
工艺、加工工艺等多个方面。
在制造业中，材料成型与工艺的选择对产品的质量、成本和效率都有着重要的影响。
因此，深入了解材料成型与工艺的相关知识，对于提高产品质量、降低成本、提高生产效率具有重要意义。
首先，材料成型与工艺的选择需要考虑材料的特性和产品的要求。
不同的产品
对材料的要求是不同的，比如机械零件对材料的强度、硬度要求较高，而外壳类产品对材料的外观要求较高。
因此，在选择材料时，需要充分考虑产品的使用环境、使用要求和成本等因素，选择合适的材料。
其次，材料成型工艺对产品的成型质量有着重要的影响。
成型工艺包括压铸、
注塑、挤压、锻造等多种方式，不同的产品需要采用不同的成型工艺。
在选择成型工艺时，需要考虑产品的形状、尺寸、材料特性等因素，以确保产品能够满足设计要求。
另外，加工工艺也是材料成型与工艺中的重要环节。
加工工艺包括机加工、焊接、表面处理等多个方面，它对产品的精度、表面质量和耐久性都有着重要的影响。
在选择加工工艺时，需要充分考虑产品的设计要求、材料特性和生产效率等因素，以确保产品能够达到预期的要求。
总的来说，材料成型与工艺对于产品的质量、成本和效率都有着重要的影响。
在现代制造业中，要想生产出高质量、高性能的产品，就需要充分了解材料成型与工艺的相关知识，合理选择材料和工艺，以确保产品能够达到设计要求。
只有这样，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地，赢得更多客户的青睐。
材料成型工艺的选择原则及案例
材料成型工艺的选择原则及案例一、设计选材的一般原则是:(1)设计选材应以满足结构设计要求、低成本为基本点;(2)应满足使用环境要求并具有良好的韧性和耐冲击、耐湿热、耐浸蚀、耐老化性;(3)应满足电磁性能、阻燃、燃烧烟雾毒性等特殊性能要求;(4)应具有良好的工艺性、机械加工性、可修补性;(5)应具有与不同材料良好的匹配性;(6)应具有良好的环境相容性;(7)优先选用已有使用经验的材料;(8)材料品种不宜多,供货渠道稳定可靠,尽可能立足国内。
在设计选材时,主要考虑的性能包括以下几个方面。
(1) 首先考虑复合材料的使用温度,根据结构最高工作温度来初步选定树脂基体类型。
环氧树脂一般工作使用温度为80~ 120°C ,双马树脂一般工作使用温度为130~ 180°C。
(2)着重考虑反映缺陷/损伤和环境影响因素的性能。
如冲后压缩强度(CAI)、开口拉伸强度、湿热环境条件下性能保持率等。
(3)着重考虑与固化工艺有关的参数。
如固化温度、时间、压力,后处理温度和时间,对辅助材料的要求等。
(4)考虑与特殊性能要求相关的性能,如满足电磁性能、阻燃等特殊要求。
(5)采用RTM和RFI工艺成形时, 要选择专用的树脂体系。
设计选材需要综合考虑选材原则和性能要求。
二、树脂的选择在复合材料中,树脂基体的作用是:(1)支撑增强材料，通过界面剪切应力形式将外载荷传递给增强材料;(2)保护增强材料,以兔受环境侵蚀;(3)复合材料的横向性能、压缩性能、剪切性能、韧性等性能主要取决于树脂基体;(4)复合材料的工作温度、耐湿/热性能、耐老化性能取决于树脂基体;(5)直接影响复合材料制件成形工艺，如黏性、铺叠性、凝胶时间、预浸料储存稳定性、固化温度、固化压力、固化时间等。
在选择树脂时,应根据树脂基体的上述作用综合考虑其性能。
三、纤维的选择增强纤维是复合材料中主要的组分材料,结构承载所需力学能力基本上由增强纤维提供。
选择增强纤维时主要考虑的是纤维的拉伸模量、拉伸强度和密度，因而结构设计所要求的比强度和比刚度大小就基本上决定了所选择的纤维种类。
CHAP13(材料与成型工艺选择)
§3 典型件材料与成型工艺选择
几种典型的机械零件
轴类零件 盘套类零件 机架、箱座类零件 机架、
一台机器或一个部件， 一台机器或一个部件，是许多零 件的有序组合，设计时， 件的有序组合，设计时，应当按零件 逐个确定选择材料及其成形方法。 逐个确定选择材料及其成形方法。
金属材料的三类工艺路线
一般零件 毛坯→正火/退火→切削加工→ 毛坯→正火/退火→切削加工→零件 中等零件 毛坯→正火/退火→粗加工→最终热处理→ 毛坯→正火/退火→粗加工→最终热处理→精 加工→ 加工→零件 精密零件 毛坯→正火/退火→粗加工→最终热处理→ 毛坯→正火/退火→粗加工→最终热处理→半 精加工→稳定化处理/氮化→精加工→ 精加工→稳定化处理/氮化→精加工→稳定 化处理→ 化处理→零件
工作条件
齿轮选材要点： 齿轮选材要点： （1）高的齿面硬度； ）高的齿面硬度； （2）足够的用低、 一般选用低、中碳钢或 其合金钢； 其合金钢；通过表面强 化处理提高齿面硬度。 化处理提高齿面硬度。
齿轮的选材 工艺路线
下料→锻造→正火→粗加工→调质→ 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工 齿面高频淬火及回火→ →齿面高频淬火及回火→精磨
工艺路线
主轴
曲轴
凸轮轴
连杆
齿轮主要用于传递扭矩和调速： 齿轮主要用于传递扭矩和调速： （1）齿根承受很大的交变弯曲应力； ）齿根承受很大的交变弯曲应力； （2）齿部承受一定的冲击载荷； ）齿部承受一定的冲击载荷；
材料焊接成型方法的选择原则与依据
材料焊接成型方法的选择原则与依据摘要：工程材料除切削加工以外有各种成型方法包括金属液态成型、金属塑性成形、材料连接成型、粉末冶金成型以及塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料成型及复合材料成型等。
材料成型技术主要讲述金属材料成型和非金属材料成型，现对其进行详细论述。
金属液态成型又称为铸造是将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其冷却凝固后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件即铸件的方法，它是成形毛坯或机器零件的重要方法之一。
金属塑性成形昰利用金属材料所具有的塑性变形规律，在外力作用下通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸、精度和力学性能的零件或毛坯的加工方法。
关键词：材料成型金属非金属一、材料成型方法概述金属液态成形金属材料在液态下成形，具有很多优点：1最适合铸造形状复杂、特别是复杂内腔的铸件。
2适应性广，工艺灵活性大。
3成本较低。
但液态成形也有很多不足，如铸态组织疏松、晶粒粗大，铸件内部常有缩孔、缩松、气孔等缺陷产生，导致铸件力学性能特别是冲击性能低于塑形成行件。
铸件涉及的工序很多，不易精确控制，铸件质量不稳定。
由于目前仍以砂型铸造为主自动化程度还不够高，工作环境较差，大多数铸件只是毛坯件，需经过切削加工才能成为零件。
砂型铸造是将熔融金属浇入砂质铸型中，待凝固冷却后，将铸型破坏，取出铸件的铸造方法，是应用最为广泛的传统铸造方法，它适用于各种形状、大小及各种常用合金铸件的生产。
砂型铸造的工艺过程称为造型。
造型是砂型铸造最基本的工序，通常分为手工造型和机器造型两大类。
手工造型时，填砂、紧实和起模都用手工和手动完成。
其优点是操作灵活、适应性强、工艺装备简单、生产准备时间短。
但生产效率低、劳动强度大、铸件质量不易保证。
故手工造型只适用于单件、小批量生产。
机器造型生产率很高，是手工造型的数十倍，制造出的铸件尺寸精度高、表面粗糙度小、加工余量小，同时工人劳动条件大为改善。
但机器造型需要造型机、模板以及特质砂箱等专用机器设备，一次性投资大，生产准备时间长，故适用于成批大量生产，且以中、小型铸件为主。
产品设计选材及成形原则有哪些
产品设计选材及成形原则有哪些产品设计选材和成形原则，这话题其实挺有意思的。
你想啊，设计就像做菜，材料选得好，味道才鲜美。
先说说选材吧，简直是关键中的关键。
就像咱们做饺子，皮薄馅儿鲜，才好吃。
要是选了劣质的材料，产品再好看也没用。
常见的材料有塑料、金属、木材，还有那种看上去高大上的复合材料。
塑料轻便，颜色多，适合小玩意儿；金属则耐磨，适合长时间使用的东西，像那种坚固的工具。
木材呢，给人一种温暖的感觉，特别适合家居产品。
最后复合材料，那可是现代科技的结晶，强度高，轻便，真是不得了。
每种材料都有自己的特点，选的时候得根据产品的使用场景来定，不能只看外表。
再说成形原则，这就有点像拼图了。
拼图要拼得合适，产品也得成形得当。
常见的成形方式有注塑、冲压、挤出等等。
注塑就像是给小玩具打模子，能一次性搞定复杂的形状。
冲压则适合大批量生产，速度快，效率高。
挤出嘛，就像玩儿泥巴，能把材料拉成各种形状，真是有趣。
不过啊，这些方法可不能随便用，要考虑到材料的特性，成形时的温度、压力，还有冷却时间。
就像做饭，火候掌握不好，结果可就惨了。
在选材和成形的过程中，环保也不能忽视。
现在大家都提倡绿色设计，毕竟保护环境是每个人的责任。
选用可回收材料，或者那些对环境友好的材料，能为地球贡献一份力量。
成形过程中的废料回收、再利用也是设计师们要考虑的，能把资源用到极致，真是一举多得。
设计的时候多想想，能否做到“节约”与“环保”，这可是长远发展的方向。
再说安全性，产品设计可不能忽视这一点。
选材时要确保材料不会对人身体产生危害。
比如，儿童玩具的材料就得格外注意，不能含有有害物质。
成形的时候也要确保没有锋利的边缘，避免伤到小朋友。
咱们的目标是让产品既好用又安全，让消费者用得放心，买得开心。
设计还得考虑到用户体验。
选材时，要考虑到手感、视觉和听觉。
比如，手机壳用的材料，既要耐磨又要手感好，大家都喜欢摸起来顺滑的东西。
还有颜色搭配，设计师的审美可真不能掉链子，得让消费者一眼就爱上。
工程材料复习
复习思考题第一章：1.试述铸造成型的实质及其优点。
2.合金的流动性决定于哪些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？3.何谓合金的收缩？影响合金收缩的因素有哪些？4.冒口补缩的原理是什么？冷铁是否可以补缩？其作用与冒口有何不同？某厂铸造一批哑铃，常出现如图1－22所示的明缩孔，你有什么措施可以防止，并使铸件的清理工作量最小？5.何谓同时凝固原则和定向凝固原则？试对图1－23所示阶梯形试块铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。
第二章：1、影响铸件中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否相同？2、什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？3、可锻铸铁是如何获得的？为什么它只宜制作薄壁小铸件？4、球墨铸铁是如何获得的？为什么球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料？球墨铸铁可否全部代替可锻铸铁？5、识别下列牌号的材料名称，并说明其各组成部分的含义：ZL107，ZCuSn3Zn11pb4，ZCuA19Mn2，ZCuZn38.第三章：1、壳型铸造与普通砂型铸造有何区别？它适合于什么零件的生产？2、金属型铸造有何优越性及局限性？3、试述熔模铸造的主要工序，在不同批量下，其压型的制造方法有何不同？4、试确定图3－29所示零件在单件、小批生产条件下的造型方法。
5、试比较气化模铸造与熔模铸造的异同点及应用范围。
6、低压铸造的工作原理与压力铸造有何不同？为何铝合金常采用低压铸造？第四章：1、试确定图4－25所示铸件的浇注位置及分型面。
2、何谓铸件的浇注位置？它是否就是指铸件上的内浇道位置？3、试述分型面与分模面的概念。
分模两箱造型时，其分型面是否就是其分模面？4、浇注系统一般由哪几个基本组元组成？各组元的作用是什么？5、冒口的作用是什么？冒口尺寸是怎样确定的？6、何谓封闭式、开放式、底注式及阶梯式浇注系统？他们各有什么优点？第五章：1、试述结构斜度与起模斜度的异同点。
2、在方便铸造和易于获得合格铸件的条件下，图5－22所示铸件结构有何值得改进之处？怎样改进？3、铸造一个直径为1500mm的铸铁顶盖，有如图5－23所示的两个设计方案，试问哪个便于铸造，并简述理由。
材料成形工艺结束篇 常用材料成形工艺分析与方案选择
假如你拿到了一份 像样的产品订单。 如图所示，这是一 种小型汽油发动机结构 及工作原理图。 现在要尽快组织生 产。 材料成形工艺和技 术上要如何考虑呢？
ห้องสมุดไป่ตู้
化油器 缸盖
汽油杯 摇臂 气门 活塞环 活塞 连杆 凸轮轴 曲轴
火花塞 气缸 离合器罩 缸体
请大家来讨论 这些零件的材料 及成形工艺！
油底壳
谢谢大家！ 祝同学们： 身心健康！ 美满幸福！ 万事如意！
黄铜铸件
有色金属及其合金产品
铝合金波纹管
黄 铜 制 品
轴瓦
内燃机轴瓦
大型水力发电设备中的抗磨环
水轮机空心轴毛坯 生产方案对比 质量：4.73 t 方案 a） 200 t钢锭 自由锻造 方案 b ）铸-锻-焊 方案 c ）铸-板弯-焊 直接成本比： a ：b ：c =2.2 ：1.4 ：1
三、典型产品材料成形方法与工艺的选择
一、选择材料成形方法与工艺的原则
总的原则是什么呢？ 前面已经介绍了各种材料成形方法与工艺。 那么，选择材料成形方法与工艺的总的原则应 该是什么呢？ 请大家来归纳。 总的说来，应该是： 一是适用性原则。满足性能、结构、形状、 尺寸等质量上的要求； 一是经济性原则。生产效率高；生产成本低。
二、确立材料成形方法与工艺的工作思路
选定产品材料，确定成形方法与工艺类型，与甲 方商谈性能和产品质量要求，签订技术协议。 根据生产批量、生产条件确定生产类型，组织产 品工艺、工装设计，做好生产准备和生产组织。 充分考虑利用新材料、新工艺和新技术的可能性。
铸造成形
核燃料贮存运输容器
塑性成形
金属焊接
青铜制品
船用青铜软 管快速接头 阀(锡青铜阀 体、阀盖)
工程材料与成形技术基础13第十三章材料与成形工艺的选择原则
1．基本步骤
（1件最关键性能要求，同时考虑其它性能要求。
（2）对同类零件的用材情况和失效形式进行调查
研究，这样可从其使用性能、原材料状况和加工工艺
等方面分析其选材是否合理，以便作为选材时的参考。
（3）通过分析计算，确定零件应具有的主要力学
性能判据，在特定条件下考虑物理、化学性能判据。
工程非金属材料的成形工艺根据实际的生产条件等因 素考虑其成形加工的可行性。
陶瓷材料经烧结成形后具有极高的硬度，只能用碳化 硅或金刚石砂轮磨削加工，一般不能进行其它加工。 高分子材料可切削加工，但导热性较差，影响切削热 的散出，工件在切削时易急剧升温，严重时可使材料 软化或变焦。
根据加工特点和生产批量考虑工艺性能。 力学性能不高但结构较复杂箱体，一般用铸造的方法
第一节 材料与成形工艺的选择原则
满足使用性能要求，兼顾工艺性、经济性和环 保性。
一、使用性能足够的原则
指所选用的材料制造出的零件必须满足其 使用性能要求，在规定的使用期内正常工作。 使用性能零件设计功能的必要条件，选材最主 要因素。首要的任务要准确判断零件所要求的 主要使用性能有哪些。
（4）切削加工性能 用切削抗力大小、加工零件的 表面粗糙度、加工时切屑排除难易程度和刀具磨损的 快慢程度来衡量。铝、镁合金和易切削钢切削加工性 良好，碳钢和铸铁的切削加工性能一般，奥氏体不锈 钢、钛合金等材料较难切削。采用适当的热处理可调 整某些材料的硬度，以改善其切削加工性能。
（5）热处理工艺性能 主要包括淬透性、淬硬性、 变形开裂倾向、过热倾向、氧化脱碳倾向、回火脆性 倾向和耐回火性等，它们将影响零件的热处理质量和 使用性能。例如，形状复杂且要求整体硬度高的零件， 就应该选用淬透性及淬硬性好、变形开裂倾向小的材 料来制造。
材料与成形工艺的选择课件
04
材料与成形工艺的环境影响
材料生产的环境影响
资源消耗
材料生产过程中需要消耗大量的能源和原材料，如矿石、能源和水 等，同时会产生大量的废渣和废弃物。
环境污染
材料生产过程中会产生大量的废气、废水和固体废弃物，这些废弃 物常常含有有害物质，对环境和人体健康造成危害。
能耗与碳排放
材料生产过程中需要大量的能源，同时会产生大量的碳排放，对气 候变化产生负面影响。
锻造成形
适用于形状复杂、强度要求高的金属制品，如发动机零件 、液压元件等。优点是材料利用率高、强度高，但生产周 期长，不适合大规模生产。
注塑成形
适用于形状复杂、小批量的塑料制品，如电子产品外壳、 玩具等。优点是生产效率高、成本低，但模具成本高，不 适合大型制品。
挤出成形
适用于连续的、形状单一的塑料制品，如塑料管、塑料板 等。优点是生产效率高、成本低，但制品精度低，不适合 高精度制品。
案例三
总结词
该案例介绍了某一种产品中材料与成形工艺的应用与优化，并分析了其对产品性能和生产效率的影响 。
详细描述
该案例首先介绍了这种产品对材料和成形工艺的需求和要求。接着，通过具体的产品实例，阐述了这 种材料和成形工艺在产品中的应用情况及对产品性能和生产效率的影响。最后，对这种材料和成形工 艺的未来优化方向进行了探讨和分析。
挤出成形是一种塑料加工工 艺，适用于生产连续的、形 状单一的塑料制品。它的优 点是生产效率高、成本低， 但制品精度低，不适合高精 度制品。
成形工艺的适用范围与优缺点
压铸成形
适用于形状复杂、薄壁、体积较大的金属制品，如汽车零 部件、家电外壳等。优点是生产效率高、成本低，但模具 成本高，不适合小批量生产。
制造工艺中的材料选择与设计原则
制造工艺中的材料选择与设计原则在制造工艺中，材料的选择和设计原则扮演着至关重要的角色。
不同的材料在不同的工艺过程中具有不同的性质和特点，因此正确选择材料并遵循设计原则是确保产品质量和性能的关键。
本文将讨论在制造工艺中，材料选择和设计原则的重要性以及工程师应该考虑的关键因素。
一、材料选择的重要性材料选择是制造工艺中最基础的决策之一。
不同的材料拥有不同的物理特性，如强度、刚度、导热性和耐腐蚀性等，这些特性将直接影响产品的功能和性能。
正确选择材料可以提高产品的耐久性、可靠性和性能。
材料选择也与成本密切相关。
不同的材料价格和加工成本差异很大，因此工程师需要根据预算和项目需求来选择最优的材料。
选择低成本的材料可能会降低产品的质量和市场竞争力，而选择昂贵的材料可能会导致制造成本过高。
二、材料选择的关键因素1. 功能和性能要求：首先，工程师需要确定产品的功能和性能要求。
例如，如果产品需要具有高强度和耐磨损性，选用具有优异强度和硬度的材料可能是一个明智的选择。
因此，在明确产品的要求之前，很难确定最适合的材料。
2. 环境因素：材料的选择还应考虑使用环境因素。
产品将暴露在哪种温度、湿度和化学物质等环境中，这些将直接影响材料的性能。
举个例子，如果产品将在高温环境下使用，工程师可能需要选择能够耐受高温的材料，并防止材料膨胀或变形。
3. 可加工性：材料的可加工性是选择的另一个重要考量因素。
材料是否容易加工成所需形状和尺寸，以及是否容易与其他部件进行连接，这些都直接影响到制造过程的效率和成本。
4. 可靠性和耐久性：工程师还需要评估材料的可靠性和耐久性。
材料选择应该具有足够的强度和耐久性，能够在设计寿命内保持其性能，并能承受外部环境和应力的影响。
此外，工程师还需要考虑材料的腐蚀性和氧化性。
三、设计原则1. 材料的合理搭配：在制造工艺中，往往需要使用多种材料进行组合。
合理搭配不同材料的特性和优势，可以在满足产品功能和性能的同时，最大程度地优化制造成本。
第十三章零件毛坯成形方法和选择原则
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），降低成坯成形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.毛坯的特点 2.毛坯成形方法的选择原则。
3.常用毛坯成形方法
重点：毛坯成形方法选择原则和需要考虑因素。 难点：毛坯成形方法的选用。
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4.1
毛坯的特点
１、按用途分类 （１）结构毛坯件：包括机械毛坯件及 工程结构毛坯件； （２）工具毛坯件； （３）其它毛坯件：日常制品、艺术制 品等。 ２、按加工方法分类 分为铸件、锻件、冲压件、焊接件等。 3、其形状分类 轴（杆）类、机架箱体类、盘套类。 2015/11/17
第 四 章 第四节 零件毛坯成形方法和 选择原则
毛坯--通常是形状和尺寸与成品相接近、 且通常比成品大出加工量的待加工件。
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常见毛坯类型（铸锻焊型材）
铸件毛坯
锻件毛坯
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产品制造工艺流程
原 材 料
毛坯
零件
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学习目的和内容
学习目的和要求:
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台阶齿轮轴类零件
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3.对轴类零件的要求
１、整体综合力学性能好； ２、有高的抗疲劳强度； ３、局部要求高硬度、高耐磨性； ４、刀具类轴杆件，要求高硬度、高耐磨性和一定的 韧性及足够的强度。
工程材料及成形技术基础 机械零件材料及成形工艺的选用
焊接性 切削性
热处理性
3）经济性合理的原则
4）结构、材料、成形工艺相适应的原则
10.2 具体成形方法及改性工艺的选用
特点 对材料 性能要求 常用材料 铸件 流动性好 收缩率低 灰铁、球铁、 中碳钢 灰铁性能差 球铁铸钢好 锻件 塑性好 变形抗力小 中碳钢及 合金结构钢 比相同成分 的铸钢件好 冲压件 同锻件 焊接件 强度高 塑性好 低碳钢 低合金钢 接头的性能 可达到或接 近母材
4. 弹簧垫圈：其作用是防止螺栓松动，要求良好的弹性和
较高的屈服强度。由65Mn或60SiMn冲压而成，为标准件。
5. 调整环：其作用是调整轴和齿轮轴的轴向位置。 单件小批量生产采用Q235圆钢下料车削而成。 大批量生产采用优质碳素结构钢（08钢）冲压件。 6.端盖：用于防止轴承窜动， 单件、小批生产时，采用手工造型铸铁HT150或采用Q235圆钢 下料车削而成。 大批量生产时，采用机器造型铸铁件。 7.齿轮轴+轴+齿轮：均为重要的传动零件，轴杆部分受弯矩和扭矩 的联合作用，要求具有较好的综合力学性能；轮齿部分受较大 的接触应力和弯曲应力，应具有良好的耐磨性和较高的强度。 单件生产时，采用45钢自由锻件或胎模锻件毛坯 大批量生产时，采用相应钢的模锻件毛坯。
低碳钢及有 色金属薄板 强硬度提高 结构刚度好
力学性能
材料利用率
生产周期 生产成本
高
长 较低
低 自由锻短 模锻长
较高
较高
长 批量越大 成本越低
较高
较短 较高
大型水轮机空心轴，工件净重4.73t，
可有以下三种成形工艺：
（1）整轴在水压机上自由锻造， 两端法兰锻不出，采用余块，加
工余量大，材料利用率只有22.6%，
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。
除了少数效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裂成毛坯，然后再经切削加工裂成成品。
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裂造质量和使用效能，对零件的工艺裂造过程，生产遇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裂成零件后，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效能的要求。
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，受力褪杂，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效能的材料，经锻造裂坯及严格的切削加工和热处理裂成。
2.降低裂造成本，满足经济性要求一个零件的裂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，对于铸件应探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效能要求和裂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络的，考虑时应在保证使用要求的前提下，力求做到***、成本低和裂造遇期短。
材料成形方法选择
第六章材料成形方法选择问题：1、任何材料都必须成形，制成制品后才具有使用价值。
2、设计人员应该考虑的问题：① 功能、条件、外观、表面等； ② 用什么材料； ③ 如何成形3、应用举例① 火车轮：冲击震动、圆形、液态成形（ZG）、塑性成形（45钢）、切削加工② 模锻件：③ 哑铃的设计④ 机加工的要求零件设计时，应根据零件的工作条件、所需功能、使用要求及其经济指标（经济性、生产条件、生产批量等）等方面进行零件结构设计（确定形状、尺寸、精度、表面粗糙度等）、材料选用（选定材料、强化改性方法等）、工艺设计（选择成形方法、确定工艺路线等）等。
第一节材料成形方法选择的原则与依据一、材料成形方法的选择原则正确选择材料成形方法具有重大的技术经济意义，选择时必须合理考虑以下原则：（一）适用性原则适用性原则是指要满足零件的使用要求及对成形加工工艺性的适应。
1．满足使用要求零件的使用要求包括对零件形状、尺寸、精度、表面质量和材料成分、组织的要求，以及工作条件对零件材料性能的要求。
不同零件，功能不同，其使用要求也不同，即使是同一类零件，其选用的材料与成形方法也会有很大差异。
例如，机床的主轴和手柄，同属杆类零件，但其使用要求不同，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，在长期使用中不允许发生过量变形，应选用45钢或40Cr钢等具有良好综合力学性能的材料，经锻造成形及严格切削加工和热处理制成；而机床手柄则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制成。
又如燃气轮机叶片与风扇叶片，虽然同样具有空间几何曲面形状，但前者应采用优质合金钢经精密锻造成形，而后者则可采用低碳钢薄板冲压成形。
另外，在根据使用要求选择成形方法时，还必须注意各种成形方法能够经济获得的制品尺寸形状精度、结构形状复杂程度、尺寸重量大小等。
2．适应成形加工工艺性成形加工工艺性的好坏对零件加工的难易程度、生产效率、生产成本等起着十分重要的作用。
材料与成形工艺的选择教材
材料与成形工艺的选择
13.3 常用零件的材料和成形方法 零件毛坯的种类（外形、功能）：
一、 轴杆类零件 二、 盘套类零件 三、 箱体、支架类零件
材料与成形工艺的选择
轴杆类零件
材料与成形工艺的选择
盘 套 类 零 件
材料与成形工艺的选择
箱体、支架类零件
材料与成形工艺的选择
一、轴杆类零件
轻载时：用中碳钢（如35、40、45等） 重载时：用中碳合金钢（如40Cr等）并经调质处理。 材 受较大冲击且受摩擦时：用渗氮钢（38CrMoA1等） 制造并经渗氮处理。或用渗碳钢（如20CrMnTi 、 料 20Cr 等）制造并经渗碳、淬火处理。 曲轴铸造时：可采用铸钢（如ZG270－500等）或球墨铸铁 （如QT450－10等）
(2) 铸钢：综合力学性能远优于铸铁，低碳铸钢还具有良好
的焊接性；适于制造承受重载荷、复杂载荷或冲击的零 件，如齿轮、机架等
(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。
全面满足零件的使用 要求和相关的特殊要 使零件的结构、材料 求，以零件材料的力 与所选择的毛坯成形 学性能为主。 方法相适应，也即具 尽量降低材料成本及零件 有良好的工艺性。 的制造成本，以提高经济 效益和产品的市场竞争力。 无毒无害材料替代有毒有
害材料；尽可能循环、重 复利用材料；减少材料成 形过程中及废物对环境的 兼顾现有生产条件原则：保证方便、快捷地制出高质量产品 污染。
2）球墨铸铁：力学性能较好，铸造性能略低，焊接性 差；适于制造受力较大或较复杂以及承受冲击的零件， 如内燃机曲轴、连杆、齿轮和轧钢机轧辊等。
第十三章零件毛坯成形方法和选择原则解读
包括所消耗的材料的费用、燃料和动力费、工 资、设备与工艺装备的折旧费和修理费、废品 损失费及其他辅助费用。
经济、高效、环保、节能。
在满足零件使用要求和工艺要求的前提下，选 择总成本较低的方案。
零件批量大时采用高生产率的生产方法；批 量小时，采用自由锻造、砂型铸造。
（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
毛坯材料的工艺性能： （１）铸造性能 铸造时的流动性及收
缩率，偏析、缩孔、气孔等缺陷的倾向； （２）锻压性能 锻压时的塑性、变形
抗力，可加工温度范围、抗氧化性，热 脆、冷裂倾向等。
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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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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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台阶齿轮轴类零件
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3.对轴类零件的要求
１、整体综合力学性能好； ２、有高的抗疲劳强度； ３、局部要求高硬度、高耐磨性； ４、刀具类轴杆件，要求高硬度、高耐磨性和一定的
的辐射下毛坯件内的缺陷处射线强度大，胶 片感光强，在缺陷处显示处黑色条纹和斑点。
2、超声波检测 超声波具有被固体传输和被内表面存在
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第十三章材料与成形工艺的选则●一个机械零件要实现其应有的功能，主要由两方面的因素决定：一是零件结构（形状、尺寸、精度、表面质量等），二是零件材料。
零件设计不仅是结构设计，也包括材料选用。
●选材对零件质量和工作寿命至关重要，影响零件生产成本和产品经济效益，复杂有难度工作，必须全面综合考虑。
第一节材料与成形工艺的选择原则●满足使用性能要求，兼顾工艺性、经济性和环保性。
●一、使用性能足够的原则●指所选用的材料制造出的零件必须满足其使用性能要求，在规定的使用期内正常工作。
使用性能零件设计功能的必要条件，选材最主要因素。
首要的任务要准确判断零件所要求的主要使用性能有哪些。
●选用材料使用性能要求，是在分析零件工作条件和失效形式的基础上提出的。
●零件的工作条件包括：●（1）受力状况，主要有受力大小，受力形式（拉伸、压缩、弯曲、扭转以及摩擦力等），载荷类型（静载、动载、交变载荷等）及其分布特点等；●（2）环境状况，包括工作温度和介质情况（如高温、常温、低温、有无腐蚀等）；●（3）特殊要求，例如要求导电性、导热性、磁性、密度、外观等。
●当材料的使用性能不能满足零件工作条件的要求时，零件就以某种形式失去其应有的效能（即失效，如磨损失效）。
●机械零件所要求的使用性能主要是材料的力学性能。
●针对零件的具体工作条件和主要失效形式考虑对零件尺寸和重量的要求或限制及零件的重要程度（重要件有较高的安全系数），确定零件材料应具有的主要力学性能和分析计算将其转化为相应的力学性能指标，适当考虑物理、化学性能判据，作为选材基本依据。
●常用力学性能判据：一类直接用于设计计算如σs、σb、σ-1、E、KIC等；一类不直接用于计算，根据经验而间接确定零件性能，如δ、ψ、ak等。
●后一类性能判据往往是作为保证安全的性能判据，其作用是增加零件的抗过载能力和使用安全性。
●硬度判据（如HBS、HRC、HV等）不能直接用于计算，但它在确定的条件与其它性能判据（如强度、塑性、韧性、耐磨性等）密切相关，且试验方法简便、迅速、不破坏零件，习惯在零件的技术要求中以标注硬度值来综合反映对其力学性能的要求，同时应注明材料的处理状态。
●注意解决好材料的强度和塑性、韧性合理配合。
●二、工艺性能良好原则●机械零件经过一定的工艺方法加工制造出来的，所选材料必须具备对于所采用的加工工艺的适应性，这就是选材中的工艺性原则。
●材料工艺性能，影响零件加工难易程度、生产效率、加工成本和加工质量等，还可成为决定材料取舍的主要因素。
●（1）铸造性能以流动性、收缩性和偏析倾向等判据综合评定。
流动性好，收缩性和偏析倾向小，铸造性能好。
共晶成分或在共晶点附近成分合金铸造性能最好。
●（2）锻压性能以金属的塑性和变形抗力来综合衡量。
塑性越好，变形抗力小，锻压性能好。
热锻时，考虑锻造温度范围宽窄和抗氧化性好坏等，低碳钢、铜合金、铝合金锻造性好。
●（4）切削加工性能用切削抗力大小、加工零件的表面粗糙度、加工时切屑排除难易程度和刀具磨损的快慢程度来衡量。
铝、镁合金和易切削钢切削加工性良好，碳钢和铸铁的切削加工性能一般，奥氏体不锈钢、钛合金等材料较难切削。
采用适当的热处理可调整某些材料的硬度，以改善其切削加工性能。
●（5）热处理工艺性能主要包括淬透性、淬硬性、变形开裂倾向、过热倾向、氧化脱碳倾向、回火脆性倾向和耐回火性等，它们将影响零件的热处理质量和使用性能。
例如，形状复杂且要求整体硬度高的零件，就应该选用淬透性及淬硬性好、变形开裂倾向小的材料来制造。
●工程非金属材料的成形工艺根据实际的生产条件等因素考虑其成形加工的可行性。
●陶瓷材料经烧结成形后具有极高的硬度，只能用碳化硅或金刚石砂轮磨削加工，一般不能进行其它加工。
高分子材料可切削加工，但导热性较差，影响切削热的散出，工件在切削时易急剧升温，严重时可使材料软化或变焦。
●根据加工特点和生产批量考虑工艺性能。
●力学性能不高但结构较复杂箱体，一般用铸造的方法生产毛坯，主要考虑铸造性能和切削加工性能。
大批生产冷镦螺钉、螺帽，应具有良好的锻压性能。
对要求高强度高精度的模具，选材时要着重考虑的工艺性能是材料的切削加工性和热处理工艺性能。
●三、经济性合理的原则●大多数产品（民用）零件设计把经济成本放重要地位。
用便宜材料，总成本降至最低，经济效益好，产品最具竞争力，是设计者要做到的，即遵循经济性原则。
●总成本一般由材料、加工制造以及维修保养成本（或售后服务成本）等构成，前两部分主要，对于选材的经济性也可以从这两方面加以考虑。
●（1）合理降低材料的成本在满足零件使用性能和使用寿命期限的前提下，应优先选择价格尽量低廉且供应充分的材料。
●（2）节约加工制造的成本选择工艺性能好的材料，方便加工过程，降低制造成本。
对形状复杂、加工费用高零件意义更大。
●选择与加工成本低的工艺方法适应材料，总成本降低。
●选材应注意立足本国资源，货源稳定。
还应减少材料品种及规格，以求简化采购和管理等工作。
●四、选材的环保性●无毒无害代有毒有害，循环、重复、废物利用，资源得到最大限度的利用，减少废物对环境的污染。
第二节选材的基本步骤和方法●一、材料与成形工艺选择的基本步骤●1．基本步骤●（1）分析零件工作条件和失效形式，按分析结果提出零件最关键性能要求，同时考虑其它性能要求。
●（2）对同类零件的用材情况和失效形式进行调查研究，这样可从其使用性能、原材料状况和加工工艺等方面分析其选材是否合理，以便作为选材时的参考。
●（3）通过分析计算，确定零件应具有的主要力学性能判据，在特定条件下考虑物理、化学性能判据。
●（4）在以上工作基础上，进行材料预选。
不局限于选择一种材料，可提出多种用材方案，以便比较。
●（5）对预选的材料，在经过工艺性和经济性分析之后，进行综合评价。
综合评价应采用定量与定性相结合的方法。
由此可确定零件所用材料的牌号，并同时决定零件的热处理方法（或其它强化处理方法）。
●（6）重要的零件投产前进行有关试验（实验室试验、台架和工艺试验等），初步检验所选材料和热处理方法是否满足所设计的性能判据要求及零件加工过程有无困难。
试验结果基本满意后可正式投产。
●2．基本方式●实际工作中，往往根据具体情况，侧重于其中某个或某些步骤，因而形成了以下几种选材方式。
●（１）经验法●套用法：根据以往选材成功经验，或有关设计手册推荐用材（总结成功经验而得出）为依据选材。
在国内外已有同类产品的情况下，通过技术引进或进行材料成分与性能测试，套用同类零件所用的材料。
●（２）类比法●参考其它种类产品功能或使用条件类似实用良好用材，合理分析对比选择与之相同或相近材料。
●（３）替代法●生产或更新零件时，参照原材料性能判据，另选一种材料。
替代材料品质和性能不低于原用的材料。
●（４）试差法●新设计关键零件，按上述选材步骤全过程进行。
试验结果未达设计性能要求，找出差距，分析原因，改进所选材料牌号或热处理方法后试验，直至结果满足要求，据此结果确定所选材料及其热处理方法。
●所选材料是否满足零件的使用和加工要求，有待于在实践中作出检验。
工作不仅贯穿于产品的开发、设计、制造等各个阶段，还要在使用过程中及时发现问题（如通过零件的失效分析），加以改进。
●二、机械零件的失效及失效分析●了解零件的失效形式是正确选材的基本前提之一。
做到这一点，一个方法是通过理论分析对零件的失效形式加以预测，另一个方法就是进行零件的失效分析。
失效分析不仅对零件的选材，而且对零件的设计、加工、使用以及保证零件的使用安全性都有非常重要的意义。
●1. 零件的失效：●机械零件在使用过程中由于某种原因而不能完成其按原设计应有的效能，这一现象称为失效。
●（1）零件完全破坏而不能继续工作。
如齿轮轮齿折断、螺栓断裂等。
●（2）零件严重损伤而不能继续安全使用。
压力容器危险裂纹、三爪卡盘磨损而变形。
●（3）零件损伤虽安全工作，但不能完成规定功能。
机床主轴变形、弹簧失去弹性、模具磨损。
●失效有早期失效、超期服役失效。
●2．失效的形式●（1）过量变形的失效：过量弹性变形；过量塑性变形；蠕变变形●（2）断裂失效：韧性断裂；低应力脆性断裂；疲劳断裂；蠕变断裂●（3）表面损伤失效：表面磨损；表面腐蚀；表面疲劳●一零件有几种失效形式，一般以一种失效形式起主导作用，很少同时以两种或两种以上形式存在。
拉伸试样的颈缩现象●3. 失效的基本因素●影响失效的基本因素都可归结为设计制造过程因素（原始因素）和运转维修过程因素（工况使用因素）两大方面。
●（1）设计因素●如设计有误，则机械设备或零件将不能使用或过早失效。
●（2）制造（工艺）因素●工艺制造条件往往是达不到设计要求而导致零件失效的一个重要因素。
（锻造、焊接、热处理、机械加工中的缺陷等）●（3）装配调试因素●在安装过程中未达到所要求的质量指标。
（啮合传动件间隙不合适、润滑与密封装置不良等）●在初步安装调试后，未按规定进行逐级加载跑合。
●（4）材质因素●选材不当，材料性能不能满足工作条件的要求。
●材质内部缺陷、毛坯加工（铸锻焊）工艺或冷热加工（特别是热处理）工艺过程产生的缺陷也是导致失效的重要因素。
●（5）运转维修因素●运转工况参数、定期维修、润滑条件、润滑装置等情况是否正常。
●最后，在影响失效的基本因素中，特别要强调人的因素，即注意人的素质条件的影响。
●4．失效分析●材料选用不当或材料质量不良、零件的设计、加工、安装与使用等都可造成零件失效。
往往不是单一原因造成，可能是多种因素结果。
所以，失效分析是一项涉及面很广的复杂的技术工作，需要采用科学、细致的方法，全面地系统地检验和研究失效零件的情况，分析判断，去伪存真，最后得到结果。
●零件失效分析的过程大致如下：●（1）零件使用现场调查了解零件的工作环境和失效经过，记录零件的使用寿命和损坏情况，观察相关零件的受损情况，收集并保存失效零件残体供分析用。
●（2）零件用材和制造工艺调查复查零件材料的化学成分和原材料质量，详细了解零件的毛坯制造、机械加工、热处理等工艺和操作过程。
●（3）失效零件本身的检测分析●对失效零件进行损伤处的外观分析（了解零件的损伤种类，寻找损伤的起源，观察损伤部位的表面粗造度和几何形状等），并取样断口分析、金相分析、力学性能测试等，还要分析在失效零件上收集到的腐蚀产物的成分、磨屑成分等，必要时还要无损探伤、断裂力学分析等。
●综合上述各方面的调查和分析结果，判断影响零件失效的各种因素，排除不可能或非重要的因素，最终确定零件失效的真正原因，特别是起决定作用的主要原因。
●失效分析的结果，为正确选料，合理制定零件制造工艺、结构设计，及新材料研制和新工艺开发等提供指导意义的数据，并可预测零件在一定使用条件下的寿命，是一门有实用价值的技术。
●三、材料与成形工艺选择的具体方法和依据●１．依据零件的结构特征选择●机械零件常分为：轴类、盘套类、支架箱体类、模具类等。