材料与成形工艺的选择

1、第第1313章章 材料与成形工艺的选择材料与成形工艺的选择材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择毛坯成形方法选择的合理与否毛坯成形方法选择的合理与否直接影响到零件的质量、使用性能、直接影响到零件的质量、使用性能、成本和生产率；成本和生产率；零件的材料选定以后，其毛坯零件的材料选定以后，其毛坯成形方法也大致确定了。成形方法也大致确定了。材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择本章内容本章内容13.1 13.1 材料与成形工艺选择原则材料与成形工艺选择原则13.2 13.2 常用毛坯的选择常用毛坯的选择13.3 13.3 常用零件的材料和成形方法常用零件的材料和成形方法材料与成形工艺的材料与成形

2、工艺的选择选择13.1 13.1 材料与成形工艺选择原则材料与成形工艺选择原则前提：材料既满足零件的使用要求，又使零件在前提：材料既满足零件的使用要求，又使零件在制造过程中具有良好的工艺性和经济性，制造过程中具有良好的工艺性和经济性，以利于降低成本和提高生产率。以利于降低成本和提高生产率。材料与成形工艺的选择是一个全面分析，材料与成形工艺的选择是一个全面分析，认真比较，各方面知识综合应用的过程。认真比较，各方面知识综合应用的过程。材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择四项基本原则四项基本原则 使用性能满足原则使用性能满足原则 工艺性能良好原则工艺性能良好原则 经济性合理原则经济性合理原则 环

3、保性原则环保性原则全面满足零件的使用全面满足零件的使用要求和相关的特殊要要求和相关的特殊要求，以零件材料的求，以零件材料的力力学性能学性能为主。为主。使零件的结构、材料使零件的结构、材料与所选择的毛坯成形与所选择的毛坯成形方法相适应，也即具方法相适应，也即具有有良好的工艺性良好的工艺性。尽量降低尽量降低材料成本材料成本及零件及零件的的制造成本制造成本，以提高经济，以提高经济效益和产品的市场竞争力。效益和产品的市场竞争力。无毒无害无毒无害材料替代有毒有材料替代有毒有害材料；尽可能害材料；尽可能循环、重循环、重复利用复利用材料；减少材料成材料；减少材料成形过程中及废物对环境的形过程中及废物对环境的

4、污染污染。兼顾现有生产条件原则：兼顾现有生产条件原则：保证方便、快捷地制出高质量产品保证方便、快捷地制出高质量产品材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择13.2 13.2 常用毛坯的选择常用毛坯的选择原则：原则：结合考虑零件的结构，利于简化工艺和满足毛坯结合考虑零件的结构，利于简化工艺和满足毛坯的质量要求。的质量要求。一、一、 常用毛坯材料的比较常用毛坯材料的比较二、二、 常用毛坯成形方法的比较常用毛坯成形方法的比较材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择一、一、 常用毛坯材料的比较常用毛坯材料的比较1 1铸造合金铸造合金 1）灰铸铁：）灰铸铁：铸造性能好，但焊接性差，力学性能较差；铸造性能

5、好，但焊接性差，力学性能较差；常用于制造受力较小的零件，尤其是承压件，如机座、常用于制造受力较小的零件，尤其是承压件，如机座、箱体和机床床身等。箱体和机床床身等。 2 2）球墨铸铁：）球墨铸铁：力学性能较好，铸造性能略低，焊接性力学性能较好，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，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。如内燃机曲轴、连杆、齿轮和轧钢机轧辊等。 (1) (1) 铸铁：铸铁：应用最多。有良好的耐磨性、减振性且价格较低。应用最多。有良好的耐磨性、减振性且价格较低。材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择3）

6、可锻铸铁：）可锻铸铁：力学性能较好，铸造性能及焊接性差，生产周力学性能较好，铸造性能及焊接性差，生产周期长；适于制造受力较大或较复杂以及期长；适于制造受力较大或较复杂以及承受冲击承受冲击的的薄壁小薄壁小件件，如壳体、齿轮、摇臂和小轴等，如壳体、齿轮、摇臂和小轴等 (2) (2) 铸钢：铸钢：综合力学性能远优于铸铁，低碳铸钢还具有良好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、机架等件，如齿轮、机架等 (3) (3) 铸造非铁合金：铸造非铁合金：常用的有常用的有铸造铝合金铸造铝合金和和铸造铜

7、合金铸造铜合金 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，较差，焊接性较差，价格较高价格较高。 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，热性，故常用于要求耐热、耐蚀或导热性良好的零件，如如内燃机活塞内燃机活塞、蜗轮蜗轮和和滑动轴承滑动轴承等。等。 材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择2 2塑性成形用金属材料塑性成形用金属材料 (1) 低、中碳钢和低合金结构钢：低、中碳钢和低合金结构钢： 低碳钢和强度级别较低的低合金结构钢塑性成形

8、低碳钢和强度级别较低的低合金结构钢塑性成形性较好，且有良好的焊接性，但强度较低。中碳钢和性较好，且有良好的焊接性，但强度较低。中碳钢和强度级别较高的地合金结构钢综合力学性能好，热成强度级别较高的地合金结构钢综合力学性能好，热成形时塑性成形性好，但焊接性较差。形时塑性成形性好，但焊接性较差。 低碳钢低碳钢适于制造适于制造型材型材、板材板材及一般机械零件。及一般机械零件。 中碳钢中碳钢适于制造重要一些的机械零件如适于制造重要一些的机械零件如曲轴曲轴、齿齿轮轮和和转轴转轴等。等。(2) 高碳钢和合金钢：高碳钢和合金钢： 强度高，塑性差，热成形时变形抗力也较大，锻造温强度高，塑性差，热成形时变形抗力也

9、较大，锻造温度范围窄，焊接性也差。度范围窄，焊接性也差。 高碳钢和合金钢常用于制造高碳钢和合金钢常用于制造模具模具、量具量具、刃具刃具、弹簧弹簧、重要的机器零件和重要的机器零件和耐磨、耐蚀件耐磨、耐蚀件等等 材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择二、二、 常用毛坯成形方法的比较常用毛坯成形方法的比较铸造：铸造： 材料利用率较高。适于制造各种尺寸且材料利用率较高。适于制造各种尺寸且形状较复杂形状较复杂尤尤 其是具有其是具有复杂内复杂内腔的零件。腔的零件。锻造：锻造： 产品力学性能好。产品力学性能好。适于制造适于制造受力较大受力较大或或较复杂较复杂的零件。的零件。冲压：冲压： 材料的利用率较高，

10、生产率高，适于制造材料的利用率较高，生产率高，适于制造质轻质轻、壁薄壁薄 而刚性好的零件及而刚性好的零件及形状较复杂形状较复杂的壳体。的壳体。焊接：焊接： 材料利用率较高，可达到很高的生产率，适于形状复材料利用率较高，可达到很高的生产率，适于形状复 杂件或杂件或大型构件大型构件的的连接成形连接成形，也可用于异种材料的连，也可用于异种材料的连 接和零件的接和零件的修补修补。 材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择13.3 13.3 常用零件的材料和成形方法常用零件的材料和成形方法 零件毛坯的种类（外形、功能）：零件毛坯的种类（外形、功能）： 一、一、 轴杆类零件轴杆类零件 二、二、 盘套类零件

11、盘套类零件 三、三、 箱体、支架类零件箱体、支架类零件材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择轴杆类零件轴杆类零件材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择盘盘套套类类零零件件材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择箱体、支架类零件箱体、支架类零件材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择一、轴杆类零件一、轴杆类零件轻载轻载时时：用中碳钢（如：用中碳钢（如35、40、45等）等）重载时：重载时：用中碳合金钢（如用中碳合金钢（如40Cr等）并经调质处理。等）并经调质处理。受较大冲击且受摩擦时：受较大冲击且受摩擦时：用渗氮钢（用渗氮钢（38CrMoA1等）等） 制造并经渗氮处理。或用渗碳钢（如制造并经

12、渗氮处理。或用渗碳钢（如20CrMnTi 、 20Cr 等）制造并经渗碳、淬火处理。等）制造并经渗碳、淬火处理。曲轴铸造时：曲轴铸造时：可采用铸钢（如可采用铸钢（如ZG270500等）或球墨铸铁等）或球墨铸铁 （如（如QT45010等）等）材料材料成形方法成形方法 光轴和直径差较小的阶梯轴：光轴和直径差较小的阶梯轴：直接以直接以圆钢作为毛坯；圆钢作为毛坯； 重要件须锻造制坯。重要件须锻造制坯。 直径差较大的阶梯轴：直径差较大的阶梯轴：一般采用锻造制坯一般采用锻造制坯异形截面轴和曲轴异形截面轴和曲轴：采用锻造或铸造制坯：采用锻造或铸造制坯 材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择二、盘套类零件二

13、、盘套类零件齿轮齿轮：轮齿须有较高的强度和韧性，齿面须有较高的硬度和轮齿须有较高的强度和韧性，齿面须有较高的硬度和耐磨性。耐磨性。 低速低速、轻载轻载齿轮用齿轮用45、50Mn2、40Cr钢，可用圆钢下料，钢，可用圆钢下料，亦可采用自由锻、模锻等方法成形；要求不高时也可采用灰亦可采用自由锻、模锻等方法成形；要求不高时也可采用灰铸铁、球墨铸铁等材料铸造成形。铸铁、球墨铸铁等材料铸造成形。 高速高速、重载重载齿轮常用齿轮常用20CrMnTi、20CrMo钢制造且齿部钢制造且齿部经渗碳、淬火处理，也可采用经渗碳、淬火处理，也可采用38CrMoAl等渗氮钢制造且齿等渗氮钢制造且齿部经渗氮处理；直径部经

14、渗氮处理；直径500mm以上的大型齿轮，常采用自由锻、以上的大型齿轮，常采用自由锻、铸造和焊接等成形方法。铸造和焊接等成形方法。 带轮、飞轮等：带轮、飞轮等：一般可采用一般可采用灰铸铁灰铸铁、球墨铸铁球墨铸铁等材料铸等材料铸 造成形，或采用造成形，或采用Q215Q215、Q235Q235等低碳钢型材等低碳钢型材焊接焊接成形。成形。 材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择三、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。结构较为复杂，通常有不规则的外形和内腔，壁厚也不均匀。 一般基础件：一般基础件： 主要起主要起支承支承作用，抗拉强度和塑性、韧性要求不高，作用，抗拉强度

15、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。通常采用性。通常采用灰铸铁灰铸铁（如（如HT150、HT200等）铸造成形等）铸造成形 受力复杂件：受力复杂件： 要求有要求有较高较高的综合的综合力学性能力学性能，常选用，常选用铸钢铸钢（如（如ZG200400等）铸造成形，为简化工艺，常采用等）铸造成形，为简化工艺，常采用铸铸- -焊焊、铸铸- -螺螺纹纹连接结构。单件、小批生产时，也可采用型钢连接结构。单件、小批生产时，也可采用型钢焊接焊接结构，结构，以降低制造成本。以降低制造成本。 v航空发动机的航空发动机的缸体缸体、

16、缸盖缸盖和和曲轴箱曲轴箱等等, ,常采用常采用铝合金铝合金（如（如ZL105、ZL105A等）铸造成形等）铸造成形 材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择四、四、 机械零件毛坯选择的示例机械零件毛坯选择的示例材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择箱体和箱盖：箱体和箱盖：采用采用灰铸铁灰铸铁铸造成形，也可采用碳素铸造成形，也可采用碳素 结构钢型材和板料焊接成形结构钢型材和板料焊接成形齿轮和轴：齿轮和轴：可选用可选用中碳钢中碳钢（如（如45钢），单件小批生产时可采钢），单件小批生产时可采用自由锻、胎模锻等成形，大批生产时可采用模锻成形用自由锻、胎模锻等成形，大批生产时可采用模锻成形 滚动轴承：

17、滚动轴承：是重要的支承件，要求有较高的强度、硬度和耐是重要的支承件，要求有较高的强度、硬度和耐磨性。内、外磨性。内、外套圈套圈采用采用轴承钢轴承钢，如，如GCr15钢），经辗环轧制钢），经辗环轧制制成。制成。滚珠滚珠也采用也采用轴承钢轴承钢，经螺旋斜轧制成。，经螺旋斜轧制成。保持架保持架采用采用低低碳钢碳钢（如（如08钢）薄板经冲压成钢）薄板经冲压成形。形。螺栓和螺母：螺栓和螺母：螺栓与螺母通常采用螺栓与螺母通常采用碳素结构钢碳素结构钢（如（如Q235）经）经镦锻或挤压成形，螺纹常采用搓丝或攻丝成形。镦锻或挤压成形，螺纹常采用搓丝或攻丝成形。材料与成形工艺的材料与成形工艺的选择选择题型题型 一、填空题（一、填空