零件材料选择及毛坯成形
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。
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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零件毛坯的种类和选择PPT
机械制造技术零件毛坯的种类和选择常用毛坯的种类有铸、锻、压制、冲压、焊接、型材和板材等。
毛坯种类铸件铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。
其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。
当毛坯精度要求低、生产批量较小时，采用木模手工砂型铸造法；当毛坯精度要求高、生产批量很大时，采用金属型机器造型法。
锻件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。
自由锻毛坯精度低、加工余量大、生产率低，适用于单件小批生产以及大型零件毛坯。
模锻毛坯精度高、加工余量小、生产率高，但成本也高，适用于中小型零件毛坯的大批大量生产。
零件毛坯的种类和选择型材有热轧和冷拉两种。
热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯；冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。
焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件，它简单方便，生产周期短，但需经时效处理后才能进行机械加工。
冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。
但因冲压模具昂贵而仅用于大批大量生产。
焊接件冷冲压件毛坯种类型材零件毛坯的种类和选择毛坯选择时应考虑的因素(1)零件的材料及机械性能要求零件材料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。
⏹A、铸铁零件用铸造毛坯；⏹B、钢质零件当形状较简单且力学性能要求不高时常用棒料；⏹C、对于重要的钢质零件，为获得良好的力学性能，应选用锻件；⏹D、有色金属零件常用型材或铸造毛坯。
(2) 零件的结构形状与外形尺寸⏹A、大型且结构较简单的零件毛坯多用砂型铸造或自由锻；⏹B、结构复杂的毛坯多用铸造；⏹C、小型零件可用模锻件或压力铸造毛坯；板状钢质零件多用锻件毛坯；⏹D、轴类零件的毛坯，若台阶直径相差不大，可用棒料；⏹E、若各台阶尺寸相差较大，则宜选择锻件。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报（3）生产纲领⏹1）大批大量生产中，应采用精度和生产率都较高的毛坯制造方法：铸件采用金属模机器造型和精密铸造，锻件用模锻或精密锻造。
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
机械零件毛坯的选择
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。
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2、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
3、机架、箱体类零件
减速器装配图
减速器主要零件的材料和毛坯选择
汽车发动机零件的材料和毛坯选择
台钳装配图
台钳零件的材料和毛坯选择。
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。
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
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。
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。
材料性能及其加工第11章 毛坯选择
其他盘套类零件的毛坯选择，与齿坯选择原则、步骤基本类 似。
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知识拓展
机架类零件的毛坯。 箱体、机架、机座等均属机架类零件，是机器的基础零件。
通过它使机器中的各种零件构成整体，相互间保持正确的位 置，彼此协调运转。如图11-2所示为某箱体（气缸体）的外 形，结构复杂，常用铸造方法获得毛坯。载荷轻者用灰铸铁 制造，载荷重者则用铸钢制造。单件生产、或大型箱体的整 铸有困难时，也可用焊接结构。
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第一节 确定毛坯类型及成形方法的 原则
2）力学性能的要求 对于力学性能要求较高，特别是工作时要承受冲击和交变载
荷的零件，为了提高抗冲击和抗疲劳破坏的能力，一般应选 择锻造毛坯，如机床、汽车的传动轴和齿轮等。对于由于其 他方面原因需采用铸件，但又要求零件的金相组织致密、承 载能力较强的零件，应选择相应的满足要求的铸造方法，如 压力铸造、金属型铸造和离心铸造等。
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第二节 典型零件的毛坯选择
（3）重型机械上的大型齿轮，由于锻造比较困难，可以用中 碳铸钢（如ZG270-500）、球墨铸铁，经砂型铸造制坯。 处于粉尘环境工作的矿山机械中的大型齿轮，更多的采用铸 铁制坯。
在铸锻能力受限或单件生产时，也可以将齿轮的各部分分别 铸造或锻造，再用焊接将其连成整体，有时对过大的齿形圈 则分段加工后镶成。
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第二节 典型零件的毛坯选择
有些大型的轴杆类零件的毛坯，如我国自行设计制造的 12000t水压机，其空心立柱长18m、直径1m，壁厚 0.3m，就是用铸钢件，分六段焊接而成的。
毛坯成型方法选择
毛坯成型的重要性
毛坯成型是制造工业中的重要环节，其质量和精度对最终产品的性能和品质具有 决定性影响。
毛坯成型方法的合理选择和应用，能够提高生产效率、降低生产成本、提升产品 质量和竞争力。
毛坯成型方法的分类
根据成型工艺原理，毛坯成型方法可分为铸造、锻 造、粉末冶金、焊接等。
03
常见毛坯成型方法介绍
铸造法
总结词
通过将液态金属倒入模具中，冷却凝 固后获得毛坯的方法。
详细描述
铸造法是一种常见的毛坯成型方法， 适用于生产各种形状复杂的金属零件。 该方法具有成本低、适应性强的优点， 但毛坯精度较低，需要进行后续加工。
锻压法
总结词
通过施加外力使金属坯料变形，以获 得所需形状和尺寸的毛坯的方法。
航空发动机涡轮盘的毛坯成型方法应选择精密铸造或锻造 。
要点二
详细描述
精密铸造能够通过精确控制工艺参数，实现毛坯的高精度 和表面光洁度，满足航空发动机涡轮盘的高性能要求。锻 造则能够通过塑性变形提高材料的内部组织质量和机械性 能，同样适用于航空发动机涡轮盘的毛坯成型。综合考虑 ，可以根据实际需求和生产条件选择合适的毛坯成型方法 。
详细描述
切削加工法是一种常见的毛坯成型方法，适 用于各种材料和形状的零件。该方法具有加 工精度高、可加工复杂形状等优点，但生产 成本较高，且对环境有一定影响。
04
毛坯成型方法选择的原则与
步骤
选择原则
适用性原则
选用的毛坯成型方法应能满足零件的使用性能、加工要求和生产规模 等要求。
经济性原则
在满足适用性的前提下，应优先选择成本较低、生产效率高的毛坯成 型方法。
机械零件毛坯的选择
机械零件毛坯的选择机械零件的制造包含毛坯成形与切削加工两个阶段，毛坯成形不仅对后续的切削加工产生很大的影响，而且对零件乃至机械产品的质量、使用性能、生产周期与成本等都有影响。
因此，正确选择毛坯的类型与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、粉末冶金件与注射成型件等，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。
通常毛坯选择步骤是：首先由设计人员提出毛坯材料与加工后要达到的质量要求，然后再由工艺人员根据零件图、生产批量，并综合考虑交货期限及现有可利用的设备、人员与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下列几方面：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，其材料的工艺性能就是影响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“⊙”表示材料适宜或者能够使用的毛坯生产方法。
5.1.2 满足零件的使用要求零件的使用要求要紧包含零件的结构形状与尺寸要求、零件的工作条件（通常指零件的受力情况、工作环境与接触介质等）与对零件性能的要求等。
1. 结构形状与尺寸的要求机械零件由于使用功能不一致，其结构形状与尺寸往往差异较大，各类毛坯生产方法对零件结构形状与尺寸的习惯能力也不相同，因此选择毛坯时，应认真分析零件的结构形状与尺寸特点，选择与之相习惯的毛坯制造方法。
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，然后再根据使用性能要求等选择砂型铸造、金属型铸造或者熔模铸造。
关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；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。
第十八章零件毛坯的选择
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、热应力过大，因在晶界处存在的较多低熔点杂质，加热时易过烧，以及碳化物偏析等因素，应用受到限制。
非铁金属及合金导热性好，但锻造温度范围很狭窄，并且韧性较差，锻造时易产生折叠和裂纹。
用作制造冲压件的材料主要是塑性较好薄板件。
如低碳钢、压力加工铝合金、压力加工黄铜、青铜等材料。
锻件所用的原材料，除大型锻件直接用钢锭外，其余均用型材作锻件的原材料。
项目二零件的工艺分析-毛坯的选择资料
重点
毛坯的选择原则
毛坯的选择主要是确定毛坯的种类、制造方法和制造精度等级。
毛坯的形状、尺寸越接近成品，切削余量就越小;但从加工成本 考虑，切削余量越小，制造毛坯和余量加工的成本相对而言就越 高。所以选择毛坯时应从制造毛坯和机械加工两方面来考虑。
2.1毛坯的选择
1.铸件毛坯 形状复杂，强度要求不高。例 如，铸铁，铸钢，有色金属等。
砂型铸造的铸件
砂型铸造是应用最广的铸造方法，约占总产量的80%以上。
整模造型
整体模，平面分型面，型腔在一个砂箱内；造 型简单，铸件精度表面质量较好。
分模造型
模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下 两个砂箱，造型简便。
手工造型
挖砂造型
模样为整体，但分型面不是平面，造型时手工 挖去阻碍取模的型砂，生产率低，技术水平高。
2.锻件毛坯 强度要求很高的毛坯。主要材 料为碳钢和合金钢。例如，自由锻，胎膜 锻，模锻等。
3.轧材毛坯 冷拉和热轧材料。可以得到各 种异型截面的棒料。
4.挤压件毛坯 用于塑性较好的有色金属和钢 材。采用的方法是冷挤或热挤。
5.冲压毛坯和非金属毛坯
一、毛坯的种类
1、铸件
铸件是指将熔融的金属浇入铸型，凝固后所得到的金属毛 坯。适用于形状较复杂的零件毛坯。铸件的材料可以是铸 铁、铸钢、铸造铜合金和铸造铝合金。
工序余量
本道工序基本尺寸
上道工序基本尺寸
T1—上道工序尺寸公差 T2—本道工序尺寸公差
(2)加工总余量(毛坯余量) 是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差
n
总余量 A0－A=Z0=Z1+Z2+Z3+---+Zn= Zi
i 1
总余量不包括最后一道工序的公差 余量公差T0= Zmax- Zmin
机械零件材料及毛坯的选择
〖任务描述〗机械零件材料及毛坯的选择车床主轴是指机床上带开工件或刀具旋转的轴，它是打算机床的加工质量和切削效率的重要部件。
下面以图 6-1 所示的C616 型车床主轴为例来分析其选材及热处理方法。
明确任务，在任务的驱动下学习。
图 6-1 C616 型车床主轴〖任务分析〗该车床主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，载荷不大，转速中等，冲击载荷也不大，所以具有一般综合力学性能即可满足要求。
但大的内锥孔、外锥体与卡盘、顶尖之间有摩擦，花键处与齿轮有相对滑动。
为防止划伤和磨损，这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。
轴颈与滚动轴承协作硬度要求不高。
C616 型车床主轴选用 45 钢。
热处理技术条件为整体硬度 220～250 HBW；内锥孔和外锥体 45～50 HRC；花键局部 48～53 HRC。
其加工工艺路线为锻造—正火—粗加工—调质—半精加工—淬火、低温回火—粗磨(外圆、锥孔、外锥体)—铣花键—花键淬火、回火—精磨。
〖相关学问〗学习情境一零部件的失效一、零部件失效的概念及形式一般机器零件常见的失效形式有过量变形、断裂和外表损伤三种。
1.过量变形把握零部件失效（1）过量弹性变形。
机械零件在使用过程中只要受力必定会发生弹性变形，但是弹性变的概念。
形量过大会使零件失效。
引起弹性变形失效的缘由主要是零部件的刚度缺乏。
要预防过量弹性变形，则应选用弹性模量大的材料。
（2）过量塑性变形。
零部件承受的静载荷超过材料的屈服强度时，将产生塑性变形。
过量塑性变形是机械零件失效的重要形式，轻则使机器工作状况变坏，重则使机器无法连续运行，甚至破坏。
（3）蠕变。
在恒定载荷和高温下，蠕变一般是不行避开的，通常是以金属在肯定温度和应力下经过肯定时间所引起的变形量来衡量。
2.断裂1）韧性断裂韧性断裂时，零件承受的载荷大于零件材料的屈服强度，断裂前零件有明显的塑性变形，尺寸发生明显的变化。
一般断面缩小，且断口呈纤维状。
零件的韧性断裂往往是由于受到很大的载荷或过载引起的。
毛坯制造方法的选择
二、毛坯的选用原则
3.经济性原则
在满足使用要求的前提下，成本最低。选择毛坯的种类和成形 方法时，应使毛坯的尺寸、形状尽量与成品零件相近，从而减少加 工余量，提高材料利用率，但是毛坯越精确，制造就越困难，费用 就越高。因此在单件小批量生产时，可采用手工砂型铸造、自由锻 造、手工电弧焊、钣金钳工等成形方法；在批量生产时，可采用机 器造型、模锻、埋弧自动焊或其他自动焊、板料冲压、粉末冶金等 全自动模压成形方法。 除此以外，毛坯的成形方案要根据现有生产条件来选择。还应 考虑环保、节能问题。
一、常用毛坯成形方法
常用材料成形方法比较
成形 方法
铸造
成形 原理
液态金 属填充 型腔
对材料的 工艺要求
流动性好
结构特 点
较复杂
尺寸控 制
模样放 大收缩 余量
材料利 用率
较高
生产 率
低高
主要应用
如箱体、壳体、床身、支座等复 杂制件。
锻 自 固态金 压 由 属塑性 锻 变形
模 锻
变形抗力 小，塑性 好
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。
三、常用零件的成形方法
机械制造零件的毛坯选择和成形方法详解
插齿
1112
5) 可持续性发展原则
环境恶化和能源枯竭已是21世纪人类必须解
决的重大问题，在发展工业生产的同时，必须考
虑环保和节能问题，不能干圈一块厂房，毁一片
山林的蠢事。工艺流程设计应以可持续发展为原
则，自觉维护生态环境。应做到以下几点：
(1)尽量减少能源消耗，在制定工艺流程中
应考虑选择能耗小的成形方案，并尽量选用低能
59
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。
911
4) 经济性原则 经济性原则就是使零件的制造材料费、能
耗费、工时费用等成本最低。应在满足零件使 用要求的前提下，把几套预选方案作经济性比 较，从中选出整体生产成本低廉的方案。一般， 选择毛坯的种类和制造方法时，应使毛坯尺寸、 形状尽量与成品零件相近，从而减少加工余量， 提高材料的利用率，减少机械加工工作量。但 是毛坯越精确，制造就越困难，费用也越高。
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2.锻造 锻造是固态金属在压力下塑性变形的成形方 法(见视频2)，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，可锻造中小批量较复杂的中小型锻件。 模锻，材料利用率和生产率远高于自由锻， 适合锻造批量较大、较复杂的中小型锻件。
工程材料第12章 材料及毛坯选择
第12章 零件材料与毛坯的选择
12.1 机械零件的失效
12.2 零件的选材原则与步骤 12.3 典型零件的选材 12.4 零件毛坯的选择 知识窗——材料与热加工的发展
学习指导
自测习题
第12章 零件材料与毛坯的选择
12.1 机械零件的失效
1. 失效
一般机械零件或构件的失效包括以下几种情况：
虑零件的工作环境。环境因素会与零件的力学状态综合作用，
提出更为复杂的性能要求。最后还应充分考虑材料的某些特殊 要求。
第12章 零件材料与毛坯的选择 (1) 受力状况：分析零件的受力类型(如静载、动载、冲击 或循环载荷等)，零件所受载荷大小以及分布特点(如均布载荷或集中载
温，判断错误，主观臆断、责任心不强，不进行定期维护、检
修，管理混乱等引起的失效。
第12章 零件材料与毛坯的选择 3. 零件的工作条件和失效分析 1) 分析零件的工作条件 首先应判断零件在工作中所受载荷的性质和大小，计算载 荷引起的应力分布。载荷的性质是决定材料使用性能的主要依 据之一，计算应力是确定材料使用性能的数量依据。其次，考
按失效的性质可将失效分为变形失效、断裂失效、磨损失
效和腐蚀失效。零件或构件的失效可以是单一过程现象，也可 以是组合过程现象。图12-1列举了热锻模和冷镦模常出现的失 效形式及部位。
第12章 零件材料与毛坯的选择
图12-1 模具失效形式及部位
第12章 零件材料与毛坯的选择 (1) 变形失效：包括弹性变形失效、塑性变形失效、蠕变 变形失效等。 (2) 断裂失效：包括韧性断裂失效、脆性断裂失效、疲劳 断裂失效、蠕变断裂失效等。 (3) 磨损失效：包括粘着磨损失效、磨料磨损失效、接触 疲劳磨损、冲击磨损失效、微动磨损失效、气蚀失效等。 (4) 腐蚀失效：包括均匀腐蚀和局部腐蚀失效(点蚀、晶间
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
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方法的选择
15.1 零件材料和成形方法选择的原则 一、零件选材原则
1 材料的使用性能应满足使用要求 根据零件的工作条件、损坏(或失效)形式 , 选
择满足力学性能的材料。
2 材料的工艺性能
对零件加工生产有直接的影响,甚至是决定性的。
3 经济性原则 主要是性价比
材料的相对价格
断裂失效
韧性断裂 脆性断裂 低应力断裂
疲劳断 蠕裂 变断裂 应力腐蚀断裂
磨损 表面损伤失效 接触疲劳
腐蚀
四、毛坯成型方法选择原则
成型方法
毛坯内在质量的比较
组织特征
性能特点 改善方法
铸造 锻造
铸态组织，晶粒粗 大
再结晶组织，有锻 造流线
较差 较好
增加过冷度，变质处理 等
熔焊
压焊 焊接
接头组织复杂
接头具有再结晶或 加工硬化组织
材料
相对价格 材 料 相对价格
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
1 1.2~1.7 1.4~1.5
2 1.7~1.9
3 2.1~2.9 1.6~1.9
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) 选材: 20 CrMnTi 钢。
四) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火 机械加工 渗碳 淬火 低温回火 喷丸 磨齿
三、机架、箱体类零件
各类机械的机身、底座、支架、工作台及齿轮
箱、减速箱等：受力不大，铁，如发动机缸体、机床床身
材 受力较大或较复杂：铸钢（如水压机横梁、轧 料 钢机机架等）
（二）经济性原则 在满足使用要求的前提下，尽量降低零件的制
造成本，以提高经济效益。
（三）可行性原则 考虑现有生产条件 制定生产方案必须与有关企业部门的具体 生产条件相结合，才是合理和切实可行的。
15.2 常用机械零件的材料和毛坯成形方法选择 一、轴杆类零件
★轴类零件按照承载情况不同可分为心轴、转 轴、传动轴三类，如传动轴、机床主轴等。
不均匀
较好或不 均匀
选择合适焊条、焊丝及 热处理等
钎焊 接头具有和金铸态 不均匀 组织
增加搭接面积，提高承 载能力
（一）适用性原则
指满足零件的使用要求及对成型加工工艺的适应。
包括两个方面：
1 满足使用要求
如机床主轴：关键零件，受力复杂 45钢或40Cr锻造成形
2 适应成形加工工艺性 如机床床身，起支撑作用，形状复杂：灰铸铁铸 造；重要的受力复杂的钢质零件：锻造；
（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 钻中心孔 精车加工 铣键槽 局部淬火(锥孔及外锥体)
粗磨 滚铣花键 花键淬火 精磨
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。
一般是重要的受力和传动零件，要求有较 高的综合力学性能。
1 材料：45钢、40Cr等中碳钢或中碳合金钢
2 成形方法：一般为锻造
3 热处理：正火+调质 ★车床主轴： 45钢或40Cr锻造成形
★ 某些异型断面的轴，如曲轴承载较小时，可采 用球墨铸铁铸造。
锻—焊组合
例1：C616 – 416车床主轴
（一）工作条件: 1.该轴在滚动轴承中运转。 2.承受中等负荷,承受一定的冲击力。 3.转速中等。
★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:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。
三) 加工工艺路线: 下料 锻造 正火 粗加工 调质
半精加工 精车加工 盘部钻孔 磨花键
二、盘套类零件
如齿轮、带轮、 飞轮、模具等
1 齿轮：重要传动零件，受力复杂，心部要求
具有良好的综合性能，齿面耐磨。
★机床齿轮：受力复杂，载荷大，选用中碳 合金钢或合金渗碳钢——锻造。 ★低速机械齿轮：受力不大，可采用灰铸铁铸 造。（汽车发动机齿轮）
自重轻、导热性好：铝合金 ，如摩托车 发动机箱体
很复杂时可采用铸—焊结构
练习：为下列零件选择材料和成型方法 锅炉筒体： 15钢板 ， 弯曲卷板→埋弧焊
汽车发动机缸体：灰铸铁 铸造 汽车发动机活塞：铝合金 金属型铸造 汽车发动机曲轴 ：球铁铸造或调质钢锻造
1.4~1.5 2.4~3.7 5.4~7.2 13.5~15
8 20 13 2.4~2.9
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。
2.原因
结构或形状设计不合理。 材料的选择不合理。 加工工艺不合理。 安装与使用不合理。
3.形式
过量变形失效 过量弹性变形 过量塑性变形