毛坯材料的选择

⽑坯材料的选择
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。

图6-4 轴杆类零件
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。

焊结构
图6-5 汽车排⽓阀锻-
图6-6 ⽔压机⽴柱铸-焊结构
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，所⽰。

如图6-7
图6-7 盘套类零件
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。

在单件或⼩批量⽣产的条件下，直径100mm 以下的⼩齿轮也可⽤圆钢棒为⽑坯，如图6-8b所⽰。

直径⼤于400～500mm的⼤型齿轮，锻造⽐较困难，可⽤铸钢或球墨铸铁件为⽑坯，铸造齿轮⼀般以幅条结构代替模锻齿轮的幅板结构，如图6-8c所⽰。

在单件⽣产的条件下，也可采⽤焊接⽅式制造⼤型齿轮的⽑坯，如图6-8d所⽰。

在低速运转且受⼒不⼤或者在多粉尘的环境下开式运转的齿轮，也可⽤灰铸铁铸造成形。

受⼒⼩的仪器仪表齿轮在⼤量⽣产时，可采⽤板材冲压或⾮铁合⾦压⼒铸造成形，也可⽤塑料（如尼龙）注塑成形。

图6-8 不同类型的齿轮
a)锻造⽑坯 b)圆钢⽑坯 c)铸造⽑坯 d)焊接⽑坯
2. 带轮、飞轮、⼿轮和垫块等这些零件受⼒不⼤、结构复杂或以承压为主的零件，通常采⽤灰铸铁件，单件⽣产时也可采⽤低碳钢焊接件。

3. 法兰、垫圈、套环、联轴节等根据受⼒情况及形状、尺⼨等不同，此类零件可分别采⽤铸铁件、锻钢件或圆钢棒为⽑坯。

厚度较⼩、单件或⼩批量⽣产时，也可⽤钢板为坯料。

垫圈⼀般采⽤板材冲压成形。

4. 钻套、导向套、滑动轴承、液压缸、螺母等这些套类零件，在⼯作中承受径向⼒或轴向⼒和摩擦⼒，通常采⽤钢、铸铁、⾮铁合⾦材料的圆棒材、铸件或锻件制造，有的可直接采⽤⽆缝管下料。

尺⼨较⼩、⼤批量⽣产时，还可采⽤冷挤压和粉末冶⾦等⽅法制坯。

5. 模具⽑坯，⼀般采⽤合⾦钢锻造成形。

三、机架、箱座类零件
机架、箱座类零件包括各种机械的机⾝、底座、⽀架、横梁、⼯作台，以及齿轮箱、轴承座、缸体、阀体、泵体、导轨等，如图6|<< << < >>
-9所⽰。

其特点是结构通常⽐较复杂，有不规则的外形和内腔。

重量从
⼏千克⾄数⼗吨，⼯作条件也相差很⼤。

其中，如机⾝、底座等⼀般的基础零件，主要起⽀承和连接机械各部件的作⽤，⽽⾮运动的零件，以承受压⼒和静弯曲应⼒为主，为保证⼯作的稳定性，要求有较好的刚度和减振性；但有些机械的机⾝、⽀架还往往同时承受压、拉和弯曲应⼒的联合作⽤，或者还有冲击载荷；⼯作台和导轨等零件，则要求有较好的耐磨性；箱体零件⼀般受⼒不⼤，但要求有良好的刚度和密封性。

图6-9 机架箱座类零件
鉴于这类零件的结构特点和使⽤要求，通常都以铸件为⽑坯，且以铸造性良好，价格便宜，并有良好耐压、减磨和减振性能的灰铸铁为主；少数受⼒复杂或受较⼤冲击载荷的机架类零件，如轧钢机、⼤型锻压机等重型机械的机架，可选⽤铸钢件⽑坯，不易整体成形的特⼤型机架可采⽤连接成形结构；在单件⽣产或⼯期要求急迫的情况下，也可采⽤型钢—焊接结构。

航空发动机中的箱体零件，为减轻重量，通常采⽤铝合⾦铸件。

5.3 ⽑坯的选择
⽑坯的确定，不仅影响⽑坯制造的经济性，⽽且影响机械加⼯的经济性。

所以在确定⽑坯时，既要考虑热加⼯⽅⾯的因素，也要兼顾冷加⼯⽅⾯的要求，以便从确定⽑坯这⼀环节中，降低零件的制造成本。

5.3.1机械加⼯中常⽤⽑坯的种类
⽑坯的种类很多，同⼀种⽑坯⼜有多种制造⽅法，机械制造中常⽤的⽑坯有以下⼏种：
(1)铸件
形状复杂的零件⽑坯，宜采⽤铸造⽅法制造。

⽬前铸件⼤多⽤砂型铸造，它⼜分为⽊模⼿⼯造型和⾦属模机器造型。

⽊模⼿⼯造型铸件精度低，加⼯表⾯余量⼤，⽣产率低，适⽤于单件⼩批⽣产或⼤型零件的铸造。

⾦属模机器造型⽣产率⾼，铸件精度⾼，但设备费⽤⾼，铸件的重量也受到限制，适⽤于⼤批量⽣产的中⼩铸件。

其次，少量质量要求较⾼的⼩型铸件可采⽤特种铸造（如压⼒铸造、离⼼制造和熔模铸造等）。

(2)锻件
机械强度要求⾼的钢制件，⼀般要⽤锻件⽑坯。

锻件有⾃由锻造锻件和模锻件两种。

⾃由锻造锻件可⽤⼿⼯锻打（⼩型⽑坯）、机械锤锻（中型⽑坯）或压⼒机压锻（⼤型⽑坯）等⽅法获得。

这种锻件的精度低，⽣产率不⾼，加⼯余量较⼤，⽽且零件的结构必须简单；适⽤于单件和⼩批⽣产，以及制造⼤型锻件。

模锻件的精度和表⾯质量都⽐⾃由锻件好，⽽且锻件的形状也可较为复杂，因⽽能减少机械加⼯余量。

模锻的⽣产率⽐⾃由锻⾼得多，但需要特殊的设备和锻模，故适⽤于批量较⼤的中⼩型锻件。

(3)型材
型材按截⾯形状可分为：圆钢、⽅钢、六⾓钢、扁钢、⾓钢、槽钢及其它特殊截⾯的型材。

型材有热轧和冷拉两类。

热轧的型材精度低，但价格便宜，⽤于⼀般零件的⽑坯；冷拉的型材尺⼨较⼩、精度⾼，易于实现⾃动送料，但价格较⾼，多⽤于批量较⼤的⽣产，适⽤于⾃动机床加⼯。

(4)焊接件
焊接件是⽤焊接⽅法⽽获得的结合件，焊接件的优点是制造简单、周期短、节省材料，缺点是抗振性差，变形⼤，需经时效处理后才能进⾏机械加⼯。

除此之外，还有冲压件、冷挤压件、粉末冶⾦等其它⽑坯。

⽑坯种类的选择不仅影响⽑坯的制造技术及费⽤，⽽且也与零件的机械加⼯技术和加⼯质量密切相关。

为此需要⽑坯制造和机械加⼯两⽅⾯的技术⼈员密切配合，合理地确定
⽑坯的种类、结构形状，并绘出⽑坯图。

⼀、常见的⽑坯种类
（⼀）铸件
对形状较复杂的⽑坯，⼀般可⽤铸造技术制造。

⽬前⼤多数铸件采⽤砂型铸造，对尺⼨精度要求较⾼的⼩型铸件，可采⽤特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压⼒铸造、熔
模铸造成和离⼼铸造等。

各种铸造技术及技术特点见表3-9 。

（⼆）锻件
锻件⽑坯由于经锻造后可得到连续和均匀的⾦属纤维组织。

因此锻件的⼒学性能较好，常⽤于受⼒复杂的重要钢质零件。

其中⾃由锻件的精度和⽣产率较低，主要⽤于⼩批⽣产
和⼤型锻件的制造。

模型锻造件的尺⼨精度和⽣产率较⾼，主要⽤于产量较⼤的中⼩型锻件。

其锻造技术及技术特点见表3-9。

（三）型材
型材主要有板材、棒材、线材等。

常⽤截⾯形状有圆形、⽅形、六⾓形和特殊截⾯形状。

就其制造技术，⼜可分为热轧和冷拉两⼤类。

热轧型材尺⼨较⼤，精度较低，⽤于⼀
般的机械零件。

冷拉型材尺⼨较⼩，精度较⾼，主要⽤于⽑坯精度要求较⾼的中⼩型零件。

（四）焊接件
焊接件主要⽤于单件⼩批⽣产和⼤型零件及样机试制。

其优点是制造简单、⽣产周期短、节省材料、减轻重量。

但其抗振性较差，变形⼤，需经时效处理后才能进⾏机械加⼯。

（五）其它⽑坯
其它⽑坯包括冲压件，粉末冶⾦件，冷挤件，塑料压制件等。

⼆、⽑坯的选择技术
（⼀）零件的⽣产纲领
⼤量⽣产的零件应选择精度和⽣产率⾼的⽑坯制造技术，⽤于⽑坯制造的昂贵费⽤可由材料消耗的减少和机械加⼯费⽤的降低来补偿。

如铸件采⽤⾦属模机器造型或精密铸造；锻件采⽤模锻、精锻；选⽤冷拉和冷轧型材。

单件⼩批⽣产时应选择精度和⽣产率较低的
⽑坯制造技术。

（⼆）零件材料的技术性
例如材料为铸铁或青铜等的零件应选择铸造⽑坯；钢质零件当形状不复杂，⼒学性能要求⼜不太⾼时，可选⽤型材；重要的钢质零件，为保证其⼒学性能，应选择锻造件⽑坯。

（三）零件的结构形状和尺⼨
形状复杂的⽑坯，⼀般采⽤铸造技术制造，薄壁零件不宜⽤砂型铸造。

⼀般⽤途的阶梯轴，如各段直径相差不⼤，可选⽤圆棒料；如各段直径相差较⼤，为减少材料消耗和机
械加⼯的劳动量，则宜采⽤锻造⽑坯，尺⼨⼤的零件⼀般选择⾃由锻造，中⼩型零件可考
虑选择模锻件。

（四）现有的⽣产条件
选择⽑坯时，还要考虑本⼚的⽑坯制造⽔平、设备条件以及外协的可能性和经济性等。

三、⽑坯的形状及尺⼨
⽑坯的形状和尺⼨主要由零件组成表⾯的形状、结构、尺⼨及加⼯余量等因素确定的，并尽量与零件相接近，以达到减少机械加⼯的劳动量，⼒求达到少或⽆切削加⼯。

但是，
由于现有⽑坯制造技术及成本的限制，以及产品零件的加⼯精度和表⾯质量要求愈来愈来
要求。

⽑坯尺⼨与零件图样上的尺⼨之差称为⽑坯余量。

铸件公称尺⼨所允许的最⼤尺⼨和最⼩尺⼨之差称为铸件尺⼨公差。

⽑坯余量与⽑坯的尺⼨、部位及形状有关。

如铸造⽑坯的加⼯余量，是由铸件最⼤尺⼨、公称尺⼨（两相对加⼯表⾯的最⼤距离或基准⾯到加⼯⾯的距离）、⽑坯浇注时的位置（顶⾯、底⾯、侧⾯）、铸孔的尺⼨等因素确定的。

对于单件⼩批⽣产，铸件上直径⼩30mm 和铸钢件上直径⼩于60mm 的孔可以不铸出。

⽽
对于锻件，若⽤⾃由锻，当孔径⼩于30mm 或长径⽐⼤于 3 的孔可以不锻出。

对于锻件应考虑锻造圆⾓和模锻斜度。

带孔的模锻件不能直接锻出通孔，应留冲孔连⽪等。

⽑坯的形状和尺⼨的确定，除了将⽑坯余量附在零件相应的加⼯表⾯上之外，有时还要考虑到⽑坯的制造、机械加⼯及热处理等技术因素的影响。

在这种情况下，⽑坯的形状可能与⼯件的形状有所不同。

例如，为了加⼯时安装⽅便，有的铸件⽑坯需要铸出必要的技术凸台。

技术凸台在零件加⼯后⼀般应切去。

⼜如车床开合螺母外壳，它由两个零件合成⼀个铸件，待加⼯到⼀定阶段后再切开，以保证加⼯质量和加⼯⽅便。

第五章机械零件⽑坯的选择
机械零件的制造包括⽑坯成形和切削加⼯两个阶段。

正确选择⽑坯的类型和成形⽅法对于机械制造具有重要意义：⽑坯成形对后续切削加⼯、对零件乃⾄产品的质量、使⽤性能、⽣产周期和成本等都有影响。

⼀常见零件⽑坯类型
机械零件的常⽤⽑坯包括铸件、锻件、轧制型材、挤压件、冲压件、焊接件、粉末冶⾦件和注射成型件。

1铸件
形状较复杂的零件⽑坯，宜采⽤铸造⽅法制造。

⽬前⽣产中的铸件⼤多数是砂型铸造，少数尺⼨较⼩的优质铸件可采⽤特种铸造，如⾦属性铸造、熔模铸造和压⼒铸造等。

2 锻件
锻件适⽤于强度要求较⾼，形状⽐较简单的零件⽑坯，
锻造⽅法有⾃由锻和模锻。

⾃由锻的加⼯余量⼤，锻件精度低，⽣产率不⾼，适⽤于单件⼩批量⽣产以及⼤型零件⽑坯制造。

模锻加⼯余量⼩，锻件精度⾼，⽣产率⾼，适⽤于中⼩型零件⽑坯的⼤批量⽣产。

3型材
型材有热轧和冷拉两种。

热轧型材的精度较低，适⽤于⼀般零件的⽑坯。

冷拉型材的精度较⾼，适⽤于对⽑坯精度要求较⾼的中⼩型零件的⽑坯制造，可⽤于⾃动机床加⼯。

4 焊接件
焊接件是根据需要⽤焊接的⽅法将同类材料或不同的材料焊接在⼀起⽽成的⽑坯件。

焊接件制造简单，⽣产周期短，但变形较⼤，需经时效处理后才能进⾏机械加⼯。

焊接⽅法适⽤于⼤型⽑坯、结构复杂的⽑坯制造。

5冷冲压件
适⽤于形状复杂的板料零件。

⼆⽑坯选择的原则
选择⽑坯的基本任务是选定⽑坯的制造⽅法及其制造精度。

⽑坯的选择不仅影响⽑坯的制造⼯艺和费⽤，⽽且对零件的加⼯质量、加⼯⽅法、⽣产率及⽣产成本都有很⼤的影响。

因此，选择⽑坯要从⽑坯的制造和机械加⼯两⽅⾯综合考虑，以求得最佳的技术经济效果。

在选择⽑坯时应考虑下列因素：
1 零件材料及⼒学性能要求
例如材料为铸铁的零件，应选择铸造⽑坯。

对于重要的钢制零件，为获得良好的⼒学性能，应选⽤锻件⽑坯；形状较简单及⼒学性能不太⾼时，可⽤型材⽑坯；有⾊⾦属零件常⽤型材或铸造⽑坯。

2零件的结构形状与⼤⼩
轴类零件⽑坯，如直径和台阶相差不⼤，可⽤棒料；如各台阶尺⼨相差较⼤，则宜选⽤锻件。

⼤型零件⽑坯多⽤砂型铸造或⾃由锻；中⼩型零件可⽤模锻件或特种铸造件。

3⽣产类型
⼤批⼤量⽣产时，应选⽤⽑坯精度和⽣产率均较⾼的⽑坯制造⽅法，和精密如模锻、⾦属型机器造型铸造和精密铸造。

单件⼩批⽣产时，可采⽤⽊模⼿⼯造型铸造或⾃由锻造。

4 现有⽣产条件
选择⽑坯时，必须考虑现有⽣产条件，如现有⽑坯制造的⽔平和设备情况，外协的可能性及经济性等。

5 充分利⽤新⼯艺、新材料
为节约材料和能源，提⾼机械加⼯⽣产率，应充分考虑应⽤新⼯艺、新技术和新材料。

如精铸、精锻、冷轧、冷挤压和粉末冶⾦等在机械中的应⽤⽇益⼴泛，这些⽅法可以⼤⼤减少机械加⼯量，节约材料，⼤⼤提⾼了经济效益。

三典型零件⽑坯的选择
根据⽑坯的选择原则，下⾯分别介绍轴杆类、盘套类和机架箱体类等典型零件的⽑坯的选择⽅法。

1 轴杆类零件的⽑坯选择
作⽤：轴杆类零件是机械产品中⽀撑传动件、承受载荷、传递扭矩和动⼒的常见典型零件。

结构特征：轴向（纵向）尺⼨远⼤于径向(横向)尺⼨。

轴杆类零件指各种传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏⼼轴、凸轮轴、齿轮轴、连杆、摇臂、螺栓、销⼦等。

⽑坯选择：
轴类零件最常⽤的⽑坯是型材和锻件。

①对于光滑的或有阶梯但直径相差不⼤的⼀般轴，常⽤型材（即热轧或冷拉圆钢）
作为⽑坯。

②对于直径相差较⼤的阶梯轴或要承受冲击载荷和脚边应⼒的重要轴，均采⽤锻件
作为⽑坯。

⽣产批量较⼩时，采⽤⾃由锻件。

⽣产批量较⼤时，采⽤模锻件。

③对于结构形状复杂的⼤型轴类零件，其⽑坯采⽤砂型铸造件、焊接结构件或铸-焊
结构⽑坯。

2盘套类零件的⽑坯选择
结构特征：盘套类零件时指直径尺⼨较⼤⽽长度尺⼨相对较长的回转体零件（⼀般长度与直径之⽐⼩于1）。

盘套类零件指各种齿轮、带轮、飞轮、联轴节、套环、轴承环、端盖及螺母、垫圈等。

⽑坯选择：
（1（圆柱齿轮的⽑坯选择
钢制齿轮的⽑坯选择取决于齿轮的选材、结构形状、尺⼨⼤⼩、使⽤条件及⽣产批量等因素。

①尺⼨较⼩且性能要求不⾼，可直接采⽤热轧棒料。

②直径较⼤且性能要求⾼，⼀般都采⽤锻造⽑坯。

⽣产批量较⼩或尺⼨较⼤的齿轮，采⽤⾃由锻造。

⽣产批量较⼤的中⼩尺⼨的齿轮，采⽤模锻造。

③对于直径⽐较⼤，结构⽐较复杂的不便于锻造的齿轮，采⽤铸钢或焊接组合⽑坯。

（2（带轮的⽑坯选择
作⽤：带轮是通过中间挠性件（各种带）开传递运动和动⼒的，⼀般载荷⽐较平稳。

⽑坯选择：
①中⼩带轮其⽑坯⼀般采⽤砂型铸造。

⽣产批量较⼩时⽤⼿⼯造型。

⽣产批量较⼤时，采⽤机器造型。

②结构尺⼨较⼤的带轮，为减轻重量可采⽤钢板焊接⽑坯。

(3)链轮的⽑坯选择
作⽤：链轮是通过链条作为中间挠性件类传递动⼒和运动的，其⼯作过程中的载荷有⼀定的冲击，且链齿的磨损较快。

⽑坯选择：
链轮的材料⼤多采⽤钢材，最常⽤的⽑坯为锻件。

①单件⼩批⽣产时，采⽤⾃由锻造。

②⽣产批量较⼤时使⽤模锻。

③新产品试制或修配件，亦可使⽤型材。

④对于齿数⼤于50的从动链轮也可采⽤强度⾼于HT150的铸铁，其⽑坯可采⽤砂型
铸造，造型⽅法视⽣产批量决定。

3箱体机架类零件的⽑坯选择
作⽤：箱体机架类零件是机器的基础件，其加⼯质量将对机器的精度、性能和使⽤寿命产⽣直接影响。

箱体机架类零件指机⾝、齿轮箱、阀体、泵体、轴承座等。

结构特点：箱体类零件的结构形状⼀般⽐较复杂，且内部呈腔型，为满⾜减震和耐磨等⽅⾯的要求，其材料⼀般都采⽤铸铁。

最常见的⽑坯
⽑坯选择：
①为达到结构形状⽅⾯的要求，最常见的⽑坯是砂型铸造的铸件。

③在单件⼩批⽣产时、新产品试制或结构尺⼨很⼤时，也可采⽤钢板焊接。