第五章 毛坯选择

1、毛坯选择毛坯选择序言序言毛坯选择毛坯选择选择毛坯的选择毛坯的材料材料及毛坯的及毛坯的生产方法生产方法毛坯类型：毛坯类型：铸件，锻压件，焊接件，型材铸件，锻压件，焊接件，型材 零件设计阶段：零件设计阶段：1 选材选材 根据根据零件的功能要求、工作条件、类似产品的失零件的功能要求、工作条件、类似产品的失效形式等效形式等使用要求，使用要求，选择既能满足使用而且价格又低选择既能满足使用而且价格又低的材料。的材料。零件设计人员零件设计人员2 根据所选材料的根据所选材料的机械性能、工艺性能机械性能、工艺性能确定零件确定零件的的主要尺寸主要尺寸和和毛坯类型。毛坯类型。3 再根据所选毛坯生产特点，进一步确定零

2、件的再根据所选毛坯生产特点，进一步确定零件的具体结构；绘制出零件图。具体结构；绘制出零件图。 毛坯生产阶段：毛坯生产阶段： 根据图纸的根据图纸的技术要求、材料种类、零件大小、复杂技术要求、材料种类、零件大小、复杂程度程度及及生产批量，生产批量，确定生产方案及制订加工工艺；然确定生产方案及制订加工工艺；然后编制工艺卡，由工人操作生产。后编制工艺卡，由工人操作生产。 但是对于一些重要的毛坯生产方案，往往需要但是对于一些重要的毛坯生产方案，往往需要设设计人员计人员和和工艺技术人员工艺技术人员共同制定。共同制定。 经济性原则：经济性原则： 成本与质量结合起来考虑，即成本与质量结合起来考虑，即在满足技术

3、要求在满足技术要求的前提下，选用成本最低的毛坯的前提下，选用成本最低的毛坯。1 不同类型毛坯的特点（总结）不同类型毛坯的特点（总结）一一 铸件铸件1 铸造方法适应性强铸造方法适应性强 铸造合金的种类多；铸件大小不限；可生产形铸造合金的种类多；铸件大小不限；可生产形状从简单到复杂的各种铸件、特别是有复杂内腔的状从简单到复杂的各种铸件、特别是有复杂内腔的铸件。铸件。2 铸造生产成本较低铸造生产成本较低 铸造原材料价格低、来源广；铸造不需昂贵的铸造原材料价格低、来源广；铸造不需昂贵的设备；可以大量利用废料重熔、重铸；铸件形状接设备；可以大量利用废料重熔、重铸；铸件形状接近零件形状，可以节省大量金属材

4、料和切削工时近零件形状，可以节省大量金属材料和切削工时。 因此，因此，铸件铸件是优先选用的毛坯。是优先选用的毛坯。3 废品率高废品率高 铸造生产工序多，影响因素多，质量不易控制，铸造生产工序多，影响因素多，质量不易控制，内部缺陷较多；材料的利用率低。内部缺陷较多；材料的利用率低。4 综合机械性能较低综合机械性能较低 如抗冲击韧性、强度等，如抗冲击韧性、强度等，同种材料的铸件不如同种材料的铸件不如锻件。锻件。 随着科学技术的发展，这些缺点在逐步被克服。随着科学技术的发展，这些缺点在逐步被克服。如如精密铸造、熔模铸造、压力铸造精密铸造、熔模铸造、压力铸造等特种铸造方等特种铸造方法正逐渐被广泛使用，

5、大大提高了铸件的表面质法正逐渐被广泛使用，大大提高了铸件的表面质量、机械性能等。量、机械性能等。 二二 锻件锻件1 机械性能好机械性能好 晶粒细化，组织致密；几乎没有内部缺陷。所以，晶粒细化，组织致密；几乎没有内部缺陷。所以，一些要求强度高、耐冲击、抗疲劳的重要零件多采用一些要求强度高、耐冲击、抗疲劳的重要零件多采用锻造毛坯。锻造毛坯。 2 适应性适应性自由锻的特点：自由锻的特点：锻件形状简单，尺寸大小基本不限；锻件形状简单，尺寸大小基本不限；精度差，加工余量大；精度差，加工余量大；单件、小批量，生产效率低；单件、小批量，生产效率低；大型锻压设备价格昂贵。大型锻压设备价格昂贵。free模锻的特

6、点模锻的特点: :模锻件的形状可以较为复杂；模锻件的形状可以较为复杂；尺寸较精确，表面光洁，加工余量小，节省金属；尺寸较精确，表面光洁，加工余量小，节省金属；纤维组织分布合理，锻件强度高，耐用；纤维组织分布合理，锻件强度高，耐用；生产效率高；生产效率高；但是，锻模成本高，设备昂贵，只适应于大批量但是，锻模成本高，设备昂贵，只适应于大批量生产；且不能生产大型锻件。生产；且不能生产大型锻件。胎模锻的特点胎模锻的特点: :适应性较强，兼有自由锻和模锻的优点适应性较强，兼有自由锻和模锻的优点。适用。适用于中小批量生产。于中小批量生产。die三三. 挤压件挤压件冷挤压的特点：冷挤压的特点：生产率高；少、

7、无切削；表面光洁；生产率高；少、无切削；表面光洁；挤压件的强度、硬度、耐疲劳性显著提高；挤压件的强度、硬度、耐疲劳性显著提高；金属在三向压应力下变形，有利于提高塑性金属在三向压应力下变形，有利于提高塑性, ,所以有所以有些塑性较差的材料也可以挤压。些塑性较差的材料也可以挤压。挤压设备价格昂贵；挤压件一般限于挤压设备价格昂贵；挤压件一般限于30Kg以下。以下。 可以生产薄壁、深孔等形状复杂的零件。可以生产薄壁、深孔等形状复杂的零件。T加工加工 T再再，挤压力较小。，挤压力较小。热挤压的特点：热挤压的特点：挤压件表面较冷挤压的粗糙。挤压件表面较冷挤压的粗糙。主要用于有色金属材料的型材、管材生产。主

8、要用于有色金属材料的型材、管材生产。加热：加热：100 800 C ，以降低挤压力。，以降低挤压力。温挤压的特点：温挤压的特点： 其它特点与冷挤压类似，但其精度和表面质量不其它特点与冷挤压类似，但其精度和表面质量不如冷挤压。如冷挤压。 可生产外形复杂的冲压件；可生产外形复杂的冲压件；表面质量高，尺寸精度高，不必再机械加工表面质量高，尺寸精度高，不必再机械加工；生产率高；生产率高；成品合格率、材料利用率高，成本较低。成品合格率、材料利用率高，成本较低。机械性能较高；机械性能较高；冲压生产的优点：冲压生产的优点：四四. 冲压件冲压件 主要用于小于主要用于小于6mm塑性良好的金属板料、条料的塑性良好

9、的金属板料、条料的生产。冲压模具生产。冲压模具费用昂贵，只适应于大批量生产。费用昂贵，只适应于大批量生产。五五. 焊接件焊接件焊接件强度、刚度较高；焊接件强度、刚度较高；重量轻，材料利用率高；重量轻，材料利用率高；工序简单，工艺准备、生产周期短；工序简单，工艺准备、生产周期短；设备价格低设备价格低; ; 采用采用铸焊、锻焊、冲焊铸焊、锻焊、冲焊联合工艺可以充分联合工艺可以充分发挥各自的优点。发挥各自的优点。以小拼大，节省材料，如重型机械、大型金属结以小拼大，节省材料，如重型机械、大型金属结构件；构件；容易产生应力和变形，重要焊接件必须进行无损容易产生应力和变形，重要焊接件必须进行无损探伤。探伤

10、。水轮机空心轴的三种毛坯生产方案水轮机空心轴的三种毛坯生产方案(a)(b)(c) 如：下图为如：下图为一大型水轮机一大型水轮机空心轴，工件空心轴，工件净重净重47.3 t ，它的毛坯生产它的毛坯生产有有三种方案：三种方案：1 整轴用锻件毛坯整轴用锻件毛坯(a) 先铸出先铸出200t重的钢锭，在万吨水压机上自由锻，重的钢锭，在万吨水压机上自由锻，两端法兰盘锻不出，只有全部用敷料，加工余量很两端法兰盘锻不出，只有全部用敷料，加工余量很大。大。 毛坯重达毛坯重达110t( (实心实心),),材料利用率只有材料利用率只有23.7%; ;切削切削加工需加工需1400台时。台时。2 两端法兰盘用铸钢件，轴

11、筒用自由锻件两端法兰盘用铸钢件，轴筒用自由锻件(b)本方案耗钢本方案耗钢132t ，焊成毛坯重量焊成毛坯重量66t ;材料利用率材料利用率35.8%;切削加工需切削加工需1200台时。台时。3 两端法兰盘用铸钢件，轴筒用厚钢板弯成两个半两端法兰盘用铸钢件，轴筒用厚钢板弯成两个半圆，再焊成筒体，最后与法兰盘焊成毛坯圆，再焊成筒体，最后与法兰盘焊成毛坯(c)三种方案的直接成本之比为：三种方案的直接成本之比为：a : b : c = 2.2 : 1.4 : 1 本方案用钢本方案用钢102 t , 焊成的毛坯重量焊成的毛坯重量53 t；材料材料利用率利用率46.4%；切削加工只需切削加工只需1000台

12、时。台时。 形状简单的小件在大批量生产时，直接应用型材形状简单的小件在大批量生产时，直接应用型材加工，有时更为经济。加工，有时更为经济。 六六. .型材型材2 影响毛坯选择的因素影响毛坯选择的因素1 零件的零件的工作条件工作条件及及使用性能使用性能要求，基本决定了要求，基本决定了毛坯毛坯的类型的类型 零件的使用性能包括零件的使用性能包括机械性能机械性能( (抗拉强度、屈服抗拉强度、屈服强度、塑性等强度、塑性等) )和和特殊物化性能特殊物化性能( (耐蚀性能、抗氧化耐蚀性能、抗氧化性能等性能等) )。如：螺栓、螺母、钉、销、套类小零件。如：螺栓、螺母、钉、销、套类小零件。 列车转向架毛坯，以前经

13、常采用铸钢结构，则车列车转向架毛坯，以前经常采用铸钢结构，则车速较小，振动较大。速较小，振动较大。现在采用焊接结构，则适应高速现在采用焊接结构，则适应高速(300km/h)(300km/h)重载运重载运行。行。优点：优点： 铸钢毛坯件综合机械性能较好，整体性强，适铸钢毛坯件综合机械性能较好，整体性强，适合于制造形状复杂、强度和抗冲击性能，减振性能要合于制造形状复杂、强度和抗冲击性能，减振性能要求较高的零件，生产的周期短，一次成型求较高的零件，生产的周期短，一次成型。缺点：缺点：1）整体重量大；铸造消耗能量大，对环境的污染）整体重量大；铸造消耗能量大，对环境的污染较大；较大；铸钢结构列车转向架的

14、优缺点铸钢结构列车转向架的优缺点3）该转向架结构复杂，其生产工艺过程必须严格制）该转向架结构复杂，其生产工艺过程必须严格制定和控制，否则容易产生浇不足、缩孔、缩松及热定和控制，否则容易产生浇不足、缩孔、缩松及热裂纹等铸造缺陷；裂纹等铸造缺陷；4）铸造设备一次投入大，维护费用高。）铸造设备一次投入大，维护费用高。 正是由于该种转向架的特点，使其难以使用于高正是由于该种转向架的特点，使其难以使用于高速重栽的条件，其列车的运行速度一般低于速重栽的条件，其列车的运行速度一般低于120km/h。2）铸钢件内部晶粒组织较为粗大，组织不均匀，并）铸钢件内部晶粒组织较为粗大，组织不均匀，并且常存在残余内应力，

15、致使铸件的强度，特别是塑性且常存在残余内应力，致使铸件的强度，特别是塑性和韧性不高。因此，工件整体需要进行退火或正火处和韧性不高。因此，工件整体需要进行退火或正火处理。理。 焊接结构转向架焊接结构转向架优点：优点：1）整体性强，空气动力学性能优越；）整体性强，空气动力学性能优越；2）采用有效的防变形减应力措施和正确的生产工艺，）采用有效的防变形减应力措施和正确的生产工艺，可以保证结构的质量可靠，综合机械性能优越；可以保证结构的质量可靠，综合机械性能优越；3）整体重量轻，节省原材料和能源，设备投入少；）整体重量轻，节省原材料和能源，设备投入少；缺点：缺点： 可能存在残余应力和变形，因此，整体构件

16、需要可能存在残余应力和变形，因此，整体构件需要进行去应力退火。进行去应力退火。焊接结构列车转向架的优缺点焊接结构列车转向架的优缺点2 零件的零件的形状，形状，决定了毛坯的决定了毛坯的制造方法制造方法薄壁复杂件，只能用铸造生产；薄壁复杂件，只能用铸造生产；大截面简单件，适合于锻造；大截面简单件，适合于锻造；特大的薄壁件，宜采用焊接。特大的薄壁件，宜采用焊接。如：大、中、小齿轮的生产采用不同的方法。如：大、中、小齿轮的生产采用不同的方法。 仪表和钟表上的仪表和钟表上的微、小型齿轮微、小型齿轮可采用可采用冷冲压法冷冲压法制造；有些制造；有些传动力小的齿轮传动力小的齿轮可采用可采用铸铁件铸铁件；中、小

17、型中、小型齿轮齿轮一般采用一般采用锻造毛坯件锻造毛坯件，而，而大、重型齿轮的齿圈大、重型齿轮的齿圈一一般采用般采用铸钢毛坯铸钢毛坯，齿圈和腹板的连接齿圈和腹板的连接一般采用一般采用焊接工焊接工艺艺，从而形成，从而形成铸铸- -焊毛坯件焊毛坯件。3 零件的生产零件的生产批量，批量，也是一个也是一个重要因素重要因素 大批量生产时，要选用生产率高的方法；大批量生产时，要选用生产率高的方法；单件生产时，要节省模具费用，采用焊接结构最合单件生产时，要节省模具费用，采用焊接结构最合适。如减速箱等。适。如减速箱等。目的都是为了降低成本。目的都是为了降低成本。4. 零件零件表面质量表面质量的要求的要求 要求高

18、时，应选用相应的加工方法：要求高时，应选用相应的加工方法：如：如：精密铸造，精密模锻精密铸造，精密模锻等。等。 5. 工厂工厂现有设备、技术力量现有设备、技术力量及及生产能力，生产能力，可改变原可改变原毛坯生产方案毛坯生产方案6. 当毛坯用几种方法制造均可时，当毛坯用几种方法制造均可时，选用选用最经济最经济的方的方案案如：整铸件改为如：整铸件改为铸焊铸焊结构，铸件改为结构，铸件改为锻件或焊锻件或焊接件。接件。 一般，工业生产中选用一般，工业生产中选用“以铁代钢以铁代钢”、“以铸以铸代锻代锻”及及“少切削余量、无余量的精密件少切削余量、无余量的精密件”。 检验毛坯选择是否合理的依据检验毛坯选择是

19、否合理的依据(1) 使用性使用性：首先必须满足零件使用要求。首先必须满足零件使用要求。(2) 工艺性工艺性：加工方便，易获优质产品。加工方便，易获优质产品。(3) 经济性经济性：成本最低，消耗最少。成本最低，消耗最少。3 毛坯选择举例毛坯选择举例1. 1. 铸造毛坯举例铸造毛坯举例 箱体、壳体、机箱体、壳体、机座类零件：座类零件：形状复杂，形状复杂，特别是有复杂的内腔，特别是有复杂的内腔，一般是承受压应力，一般是承受压应力，宜采用宜采用铸造毛坯。铸造毛坯。形状复杂的锌合金压铸件形状复杂的锌合金压铸件压铸铝合压铸铝合金机体金机体 车床床身铸件车床床身铸件 轴、齿轮类零件轴、齿轮类零件：因承受载荷

20、大，受力复杂，应因承受载荷大，受力复杂，应选择锻造毛坯。选择锻造毛坯。2. 2. 锻造毛坯举例锻造毛坯举例 300多吨重的大型锻件多吨重的大型锻件汽轮发电机主轴汽轮发电机主轴锻造齿轮轴锻造齿轮轴机床轴机床轴锻造齿圈毛坯锻造齿圈毛坯锻造齿轮毛坯锻造齿轮毛坯 例如：飞机摇臂，采用材质例如：飞机摇臂，采用材质LD7LD7锻铝，形状复杂，锻铝，形状复杂，具有腹板和深筋结构。可有具有腹板和深筋结构。可有三个锻造方案。三个锻造方案。(1) 全部自由锻全部自由锻成本低，但腹板、深筋无法锻出。成本低，但腹板、深筋无法锻出。201.540290R22+1R22+1R260.5R1500.5151(2) 全部模锻

21、：全部模锻：(3) 自由锻与模锻联合应用：自由锻与模锻联合应用：成本高，成型困难。成本高，成型困难。 先自由锻制坯，再预锻基本成型，最后终锻成产先自由锻制坯，再预锻基本成型，最后终锻成产品，获得成功。品，获得成功。 降低了成本，提高了质量。降低了成本，提高了质量。3. 3. 焊接件毛坯焊接件毛坯综合例题：综合例题：容器、框架容器、框架类零件应采用焊接件。类零件应采用焊接件。 承压油缸，材料为承压油缸，材料为45钢，工作压力为钢，工作压力为15个大气压，个大气压，要求水压实验压力为要求水压实验压力为30个大气压个大气压(3Mpa), 批量批量200件。件。（1）砂型铸件）砂型铸件毛坯生产方案如下：毛坯生产方案如下： 水压试验合格率低，内孔水压试验合格率低，内孔质量差，冒口浪费钢水多