第五章 毛坯选择

毛坯选择序言毛坯选择——选择毛坯的材料及毛坯的生产方法毛坯类型：铸件，锻压件，焊接件，型材零件设计阶段：1选材

根据零件的功能要求、工作条件、类似产品的失效形式等使用要求，选择既能满足使用而且价格又低的材料。——零件设计人员2根据所选材料的机械性能、工艺性能确定零件的主要尺寸和毛坯类型。3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。毛坯生产阶段：

根据图纸的技术要求、材料种类、零件大小、复杂程度及生产批量，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。

但是对于一些重要的毛坯生产方案，往往需要设计人员和工艺技术人员共同制定。经济性原则：

成本与质量结合起来考虑，即在满足技术要求的前提下，选用成本最低的毛坯。§1不同类型毛坯的特点（总结）一铸件1

铸造方法适应性强

铸造合金的种类多；铸件大小不限；可生产形状从简单到复杂的各种铸件、特别是有复杂内腔的铸件。2

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料和切削工时。因此，铸件是优先选用的毛坯。3废品率高

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。4综合机械性能较低

如抗冲击韧性、强度等，同种材料的铸件不如锻件。

随着科学技术的发展，这些缺点在逐步被克服。如精密铸造、熔模铸造、压力铸造等特种铸造方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。

二锻件1机械性能好

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锻造毛坯。2适应性自由锻的特点：锻件形状简单，尺寸大小基本不限；精度差，加工余量大；单件、小批量，生产效率低；大型锻压设备价格昂贵。free模锻的特点: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；纤维组织分布合理，锻件强度高，耐用；生产效率高；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。胎模锻的特点:适应性较强，兼有自由锻和模锻的优点。适用于中小批量生产。die三.挤压件冷挤压的特点：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；金属在三向压应力下变形，有利于提高塑性,所以有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30Kg以下。可以生产薄壁、深孔等形状复杂的零件。T加工

>T再，挤压力较小。热挤压的特点：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。加热：100~800C，以降低挤压力。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如冷挤压。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；生产率高；成品合格率、材料利用率高，成本较低。机械性能较高；冲压生产的优点：四.冲压件

主要用于小于6mm塑性良好的金属板料、条料的生产。冲压模具费用昂贵，只适应于大批量生产。五.焊接件焊接件强度、刚度较高；重量轻，材料利用率高；工序简单，工艺准备、生产周期短；设备价格低;

采用铸－焊、锻－焊、冲－焊联合工艺可以充分发挥各自的优点。以小拼大，节省材料，如重型机械、大型金属结构件；容易产生应力和变形，重要焊接件必须进行无损探伤。水轮机空心轴的三种毛坯生产方案(a)(b)(c)

如：下图为一大型水轮机空心轴，工件净重47.3t，它的毛坯生产有三种方案：1整轴用锻件毛坯(a)

先铸出200t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，加工余量很大。

毛坯重达110t(实心),材料利用率只有23.7%;切削加工需1400台时。2两端法兰盘用铸钢件，轴筒用自由锻件(b)本方案耗钢132t，焊成毛坯重量66t;材料利用率35.8%;切削加工需1200台时。3两端法兰盘用铸钢件，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(c)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102t,

焊成的毛坯重量53t；材料利用率46.4%；切削加工只需1000台时。

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。

六.型材§2影响毛坯选择的因素1零件的工作条件及使用性能要求，基本决定了毛坯的类型

零件的使用性能包括机械性能(抗拉强度、屈服强度、塑性等)和特殊物化性能(耐蚀性能、抗氧化性能等)。如：螺栓、螺母、钉、销、套类小零件。

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。现在采用焊接结构，则适应高速(300km/h)重载运行。优点：

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，减振性能要求较高的零件，生产的周期短，一次成型。缺点：1）整体重量大；铸造消耗能量大，对环境的污染较大；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；4）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理。

焊接结构转向架优点：1）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，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；缺点：

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。焊接结构列车转向架的优缺点2

零件的形状，决定了毛坯的制造方法薄壁复杂件，只能用铸造生产；大截面简单件，适合于锻造；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。

仪表和钟表上的微、小型齿轮可采用冷冲压法制造；有些传动力小的齿轮可采用铸铁件；中、小型齿轮一般采用锻造毛坯件，而大、重型齿轮的齿圈一般采用铸钢毛坯，齿圈和腹板的连接一般采用焊接工艺，从而形成铸-焊毛坯件。3

零件的生产批量，也是一个重要因素

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，采用焊接结构最合适。如减速箱等。目的都是为了降低成本。4.

零件表面质量的要求

要求高时，应选用相应的加工方法：如：精密铸造，精密模锻等。

5.

工厂现有设备、技术力量及生产能力，可改变原毛坯生产方案6.

当毛坯用几种方法制造均可时，选用最经济的方案如：整铸件改为铸－焊结构，铸件改为锻件或焊接件。

一般，工业生产中选用“以铁代钢”、“以铸代锻”及“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(1)使用性：首先必须满足零件使用要求。(2)

工艺性：加工方便，易获优质产品。(3)经济性：成本最低，消耗最少。§3毛坯选择举例1.铸造毛坯举例

箱体、壳体、机座类零件：形状复杂，特别是有复杂的内腔，一般是承受压应力，宜采用铸造毛坯。形状复杂的锌合金压铸件压铸铝合金机体

车床床身铸件

轴、齿轮类零件：因承受载荷大，受力复杂，应选择锻造毛坯。2.锻造毛坯举例300多吨重的大型锻件——汽轮发电机主轴锻造齿轮轴机床轴锻造齿圈毛坯锻造齿轮毛坯

例如：飞机摇臂，采用材质LD7锻铝，形状复杂，具有腹板和深筋结构。可有三个锻造方案。(1)全部自由锻成本低，但腹板、深筋无法锻出。20±1.540±290ºR22+1R22+1R26±0.5R150±0.5151(2)全部模锻：(3)自由锻与模锻联合应用：成本高，成型困难。

先自由锻制坯，再预锻基本成型，最后终锻成产品，获得成功。降低了成本，提高了质量。3.焊接件毛坯综合例题：容器、框架类零件应采用焊接件。

承压油缸，材料为45钢，工作压力为15个大气压，要求水压实验压力为30个大气压(3Mpa),批量200件。（1）砂型铸件毛坯生产方案如下：

水压试验合格率低，内孔质量差，冒口浪费钢水多。（2）平锻件砂型铸造件

可通过水压试验。但是平锻机及模具昂贵，工艺准备时间长。批量太小时，成本太高。平锻件（3）模锻件

立放锻不出法兰，必须用敷料，因此，外圆面加工余量大；平放锻不出内孔，也必须用敷料，内孔的加工余量也大。模锻件

模锻件可通过水压试验。模锻的生产率最高；但设备、模具昂贵；材料利用率不高。（4）胎模锻件

胎模锻件能全部通