材料成型工艺的选择
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材料成形技术基础
1
第5篇 材料成型工艺的选择及检验
17 机械零件材料和毛坯的选择 18 毛坯的质量检验
2
机械零件在机器中的作用
3
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
4
机械零件毛坯的选择
摩托车发动机
5
机械零件毛坯的选择
结构特征 可复杂
简单
轻巧，可以 结构轻便 比较复杂
常用材料
灰铸铁、球墨 中碳钢和合 低碳钢和有 低碳钢和低
铸铁、中碳 金结构钢 色金属薄 合金结构
铸钢、有色
板
钢
金属
9
比较内容
铸造
锻造
冲压
焊接
组织特点
晶粒粗大、疏 松、杂质排列 无方向性
晶粒细小、 致密、杂 质呈纤维 方向排列
多数工序
在加工后 组织基本 不变
学性能； • 承受重载或冲击载荷以及要求提高轴径耐磨性的情况
下，采用合金结构钢（如40Cr、20CrMnTi）； • 凸轮轴、曲轴等可以选用球墨铸铁（如QT450-10、
QT500-5等），降低制造成本。 （2）成型方法： • 受力和传动零件，除光轴（棒料机械加工）外，几乎
都是锻件毛坯，选用锻造成型。 • 曲轴尺寸较大时，球墨铸铁铸造成型。
23
轴类零件举例
24
车床主轴的制造工艺路线
原材料
锻造
正火
粗加工
调质
低温回火 大端局部高频淬火
精加工
精磨加工
25
锻－焊的方法制造轴杆类零件毛坯
将合金耐热钢 的阀帽与普通碳 素钢的阀杆焊在 一起。
26
铸－焊结合的方法制造轴杆类零件毛坯
采用ZG270-500分六段铸造，粗加工后采用 电渣焊拼焊成整体毛坯。
15
铸件
锻件
灰铸铁材料和 手工砂型铸造 的方法
焊接结构件
碳素结构钢型 材和自由锻造 的方法
低碳钢材料和 手工电弧焊法
16
在大批量生产时，应选用专用工艺设备和 工具以保证毛坯成型的高精度和高生产率。
铸件 锻件 焊接结构件 薄壁件
模锻造型
易焊材料和自动焊
机器造型或金 属型铸造
冲压方法、压铸方法
17
4.生产条件
焊接区为铸造 组织，熔合 区及过热区 有粗大晶粒
机械性能 应用范围
铸铁件力学性能 比同成分的钢 差，但减振及耐 件的力学性能 磨性能好；铸钢 好 件力学性能较好
强度、硬度提 接头的力学性
高，结构刚度 能可达到或接
好
近母材金属
铸铁件用于受力 不大或承压为主 的零件，铸钢件 用于承受重载而 形状复杂的大、 中型零件
• 根据零件的使用要求和制造成本分析所选 定的毛坯制造方法，在特定的企业部门是 否切实可行，也是毛坯选择应考虑的一个 基本原则。
18
毛坯类型的选择原则和依据 • 1.零件使用性能－足够 • 2.材料的工艺性能－良好 • 3.经济性－合理 • 4.生产条件－综合考虑
19
17.3 常用零件毛坯成型方法的选用
用于承受重载、用于以薄板成 动载及复杂载 型的各种零件 荷的重要零件
主要用于制造 各种结构件， 部分用于制造 零件毛坯及修 复废旧零件
101Leabharlann .2毛坯类型的选择原则和依据• 毛坯的选择包括毛坯的材料、类型以 及具体的制造方法
• 1.零件使用性能及质量的要求 • 2.材料的工艺性能 • 3.选材的经济性 • 4.生产条件
1、常用机械零件分类 按形状和用途的不同可分为 （1）轴杆类零件 （2）饼块及盘套类零件 （3）机架、箱体类零件
20
轴杆类零件
• 轴杆类零件的结构特点：其轴向尺寸远大于 径向尺寸，常见的轴杆类零件有实心轴、空 心轴和偏心轴以及各种管件、杆件等
21
22
轴杆类零件的成型方法的选用
（1）材料的选择： • 碳钢（45#钢），经调质处理——具有良好的综合力
11
• 1.零件使用性能要求
零件的使用性能主要指零件在使用状态下 材料应具有的力学性能、物理性能或化学性能。
12
（1）机床齿轮
中碳钢
锻造
整体正火或调质处理
（2）汽车齿轮
低碳钢
锻造
齿面高频淬火
齿面渗碳淬火
正火
（3）低速机械齿轮
灰铸铁
铸造
13
2.材料的工艺性能
• 材料的工艺性能是指所选用的材料能否保 证顺利的加工制成零件。
5. 焊接件(wUel型电dm钢路e盖nt板)板 法兰 手排棒机水材外箱壳
6. 联合毛坯(combined roughcast)
8
二 常用零件毛坯制造方法的比较
比较内容
铸造
锻造
冲压
焊接
成型特点 液态成型
固态下塑性成型
永久连接
工艺性能 流动性好，收 塑性好，变形抗力小 的要求 缩率低
强度好，塑 性好，液 态下化学 稳定性好
可以圆钢为毛坯； • 大型齿轮（直径400mm以上）锻造困难，可用铸钢或
球墨铸铁件为毛坯
29
30
• （2）带轮、飞轮、手轮和垫片等受力不大或承压 的零件，可HT150或HT200等灰铸铁件，单件生产 时也可采用低碳钢焊接件。
27
饼块及盘套类零件
• 饼块及盘套类零件 的结构特点：轴向 （纵向）尺寸一般 小于径向尺寸，或 者两个方向上的尺 寸相差不大，如各 类齿轮、带轮、飞 轮、模具、套环、 轴承环等。
图17-4 饼块及盘套类零件
28
饼块及盘套类零件选择成型方法的特点
（1）齿轮 a、材料的选择 • 中碳结构钢（如40#、45#钢）制造，正火或调质 • 20Cr、18CrMnTi等合金渗碳钢，渗碳或氰化、氮化 b、成型方法的选择 • 中小型齿轮－锻件毛坯，大批量－热轧质量最好； • 单件或小批量生产条件下，直径小于100mm的齿轮也
• 金属材料的工艺性能：
• 铸造性能
淬透性、淬火变形、
• 锻造性能 • 焊接性能 • 热处理工艺性能 • 切削加工性能
开裂倾向、过热敏
流感动性性、、耐收回缩火、性偏等析 塑焊和性接吸和接气变头等形产抗生力工艺缺
陷及焊接接头的使
用性能 14
3.选材的经济性
• 满足使用性能和工艺性能的前提下，选用的 材料应尽可能是零件的生产和使用成本最低， 经济效益最高。 一般单件小批量生产时，通常选用 廉价材料、通用设备和工具、低生 产率的毛坯成型方法。▲
机器人汽车焊接生产线
6
机械零件毛坯的选择
减速器模型
7
机械零件毛坯的选择
17 机械零件材料和毛坯的选择
17.1 零件毛坯类型及其制造方法比较
一 零件毛坯类型( types of roughcasts) 1. 型材（bar section) 2. 铸件 (casting) 3. 锻件 (forging) 4. 冲压件(stamping)
1
第5篇 材料成型工艺的选择及检验
17 机械零件材料和毛坯的选择 18 毛坯的质量检验
2
机械零件在机器中的作用
3
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
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机械零件毛坯的选择
摩托车发动机
5
机械零件毛坯的选择
结构特征 可复杂
简单
轻巧，可以 结构轻便 比较复杂
常用材料
灰铸铁、球墨 中碳钢和合 低碳钢和有 低碳钢和低
铸铁、中碳 金结构钢 色金属薄 合金结构
铸钢、有色
板
钢
金属
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比较内容
铸造
锻造
冲压
焊接
组织特点
晶粒粗大、疏 松、杂质排列 无方向性
晶粒细小、 致密、杂 质呈纤维 方向排列
多数工序
在加工后 组织基本 不变
学性能； • 承受重载或冲击载荷以及要求提高轴径耐磨性的情况
下，采用合金结构钢（如40Cr、20CrMnTi）； • 凸轮轴、曲轴等可以选用球墨铸铁（如QT450-10、
QT500-5等），降低制造成本。 （2）成型方法： • 受力和传动零件，除光轴（棒料机械加工）外，几乎
都是锻件毛坯，选用锻造成型。 • 曲轴尺寸较大时，球墨铸铁铸造成型。
23
轴类零件举例
24
车床主轴的制造工艺路线
原材料
锻造
正火
粗加工
调质
低温回火 大端局部高频淬火
精加工
精磨加工
25
锻－焊的方法制造轴杆类零件毛坯
将合金耐热钢 的阀帽与普通碳 素钢的阀杆焊在 一起。
26
铸－焊结合的方法制造轴杆类零件毛坯
采用ZG270-500分六段铸造，粗加工后采用 电渣焊拼焊成整体毛坯。
15
铸件
锻件
灰铸铁材料和 手工砂型铸造 的方法
焊接结构件
碳素结构钢型 材和自由锻造 的方法
低碳钢材料和 手工电弧焊法
16
在大批量生产时，应选用专用工艺设备和 工具以保证毛坯成型的高精度和高生产率。
铸件 锻件 焊接结构件 薄壁件
模锻造型
易焊材料和自动焊
机器造型或金 属型铸造
冲压方法、压铸方法
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4.生产条件
焊接区为铸造 组织，熔合 区及过热区 有粗大晶粒
机械性能 应用范围
铸铁件力学性能 比同成分的钢 差，但减振及耐 件的力学性能 磨性能好；铸钢 好 件力学性能较好
强度、硬度提 接头的力学性
高，结构刚度 能可达到或接
好
近母材金属
铸铁件用于受力 不大或承压为主 的零件，铸钢件 用于承受重载而 形状复杂的大、 中型零件
• 根据零件的使用要求和制造成本分析所选 定的毛坯制造方法，在特定的企业部门是 否切实可行，也是毛坯选择应考虑的一个 基本原则。
18
毛坯类型的选择原则和依据 • 1.零件使用性能－足够 • 2.材料的工艺性能－良好 • 3.经济性－合理 • 4.生产条件－综合考虑
19
17.3 常用零件毛坯成型方法的选用
用于承受重载、用于以薄板成 动载及复杂载 型的各种零件 荷的重要零件
主要用于制造 各种结构件， 部分用于制造 零件毛坯及修 复废旧零件
101Leabharlann .2毛坯类型的选择原则和依据• 毛坯的选择包括毛坯的材料、类型以 及具体的制造方法
• 1.零件使用性能及质量的要求 • 2.材料的工艺性能 • 3.选材的经济性 • 4.生产条件
1、常用机械零件分类 按形状和用途的不同可分为 （1）轴杆类零件 （2）饼块及盘套类零件 （3）机架、箱体类零件
20
轴杆类零件
• 轴杆类零件的结构特点：其轴向尺寸远大于 径向尺寸，常见的轴杆类零件有实心轴、空 心轴和偏心轴以及各种管件、杆件等
21
22
轴杆类零件的成型方法的选用
（1）材料的选择： • 碳钢（45#钢），经调质处理——具有良好的综合力
11
• 1.零件使用性能要求
零件的使用性能主要指零件在使用状态下 材料应具有的力学性能、物理性能或化学性能。
12
（1）机床齿轮
中碳钢
锻造
整体正火或调质处理
（2）汽车齿轮
低碳钢
锻造
齿面高频淬火
齿面渗碳淬火
正火
（3）低速机械齿轮
灰铸铁
铸造
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2.材料的工艺性能
• 材料的工艺性能是指所选用的材料能否保 证顺利的加工制成零件。
5. 焊接件(wUel型电dm钢路e盖nt板)板 法兰 手排棒机水材外箱壳
6. 联合毛坯(combined roughcast)
8
二 常用零件毛坯制造方法的比较
比较内容
铸造
锻造
冲压
焊接
成型特点 液态成型
固态下塑性成型
永久连接
工艺性能 流动性好，收 塑性好，变形抗力小 的要求 缩率低
强度好，塑 性好，液 态下化学 稳定性好
可以圆钢为毛坯； • 大型齿轮（直径400mm以上）锻造困难，可用铸钢或
球墨铸铁件为毛坯
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30
• （2）带轮、飞轮、手轮和垫片等受力不大或承压 的零件，可HT150或HT200等灰铸铁件，单件生产 时也可采用低碳钢焊接件。
27
饼块及盘套类零件
• 饼块及盘套类零件 的结构特点：轴向 （纵向）尺寸一般 小于径向尺寸，或 者两个方向上的尺 寸相差不大，如各 类齿轮、带轮、飞 轮、模具、套环、 轴承环等。
图17-4 饼块及盘套类零件
28
饼块及盘套类零件选择成型方法的特点
（1）齿轮 a、材料的选择 • 中碳结构钢（如40#、45#钢）制造，正火或调质 • 20Cr、18CrMnTi等合金渗碳钢，渗碳或氰化、氮化 b、成型方法的选择 • 中小型齿轮－锻件毛坯，大批量－热轧质量最好； • 单件或小批量生产条件下，直径小于100mm的齿轮也
• 金属材料的工艺性能：
• 铸造性能
淬透性、淬火变形、
• 锻造性能 • 焊接性能 • 热处理工艺性能 • 切削加工性能
开裂倾向、过热敏
流感动性性、、耐收回缩火、性偏等析 塑焊和性接吸和接气变头等形产抗生力工艺缺
陷及焊接接头的使
用性能 14
3.选材的经济性
• 满足使用性能和工艺性能的前提下，选用的 材料应尽可能是零件的生产和使用成本最低， 经济效益最高。 一般单件小批量生产时，通常选用 廉价材料、通用设备和工具、低生 产率的毛坯成型方法。▲
机器人汽车焊接生产线
6
机械零件毛坯的选择
减速器模型
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机械零件毛坯的选择
17 机械零件材料和毛坯的选择
17.1 零件毛坯类型及其制造方法比较
一 零件毛坯类型( types of roughcasts) 1. 型材（bar section) 2. 铸件 (casting) 3. 锻件 (forging) 4. 冲压件(stamping)