第十四章 毛坯选择

型材根据精度分为普通精度的热轧料和高精 度的冷拉料两种，普通机械零件毛坯多采用热轧 型材。型材精度高，性能较高，成本较低，便于 自动化加工。 2. 铸件毛坯 特点：对材料适应性广（铸铁、钢、有色金 属等），铸件价格低廉，可制不同复杂程度的各 类大小铸件，适合各种批量生产。合金组织粗大， 内有缺陷；力学性能不高，尤其抗冲击性能较低； 工序较多，废品率较高；精度低、加工余量大。 应用：在各行各业都应用广泛。如，活塞环、 气缸套、气缸体、机床床身、机架、机座、泵等。
14.2 毛坯的选择原则
一、满足使用要求（使用性原则） 使用性原则要求具体体现在零件的工作条件、 受力情况及形状、尺寸、精度等，只有满足使用 要求的毛坯，才有实际价值。保证使用功能要求 是选择毛坯的首要原则。如最常用的齿轮零件， 由于工作条件、使用要求不同，其毛坯的类别、 选材和制造方法不一样。
1. 农业机械和建筑机械用齿轮：低速运转， 受力不大，啮合及振动要求低，常选用灰铸铁或 合金铸铁等铸造，简单加工或不加工后即可使用。 2. 机床用齿轮：要求传动平稳、振动小，受 力稳定，在静态下换速，且要求润滑良好，常选 用中碳钢或低合金钢锻造和机加工，并经热处理 （整体正火或调质、齿面高频淬火）后才使用。 3. 汽车用齿轮：要求具有较高的耐磨性和抗 冲击性能，且动态下变速，常选用有良好淬透性 的低碳合金钢如20CrMnTi等材料，经锻造、机加 工、渗碳、淬火、回火等处理后使用。
第十四章 毛坯选择
重点：典型零件毛坯的选择。 难点：各种毛坯的成形特点和性能特点。
14.1 毛坯的Baidu Nhomakorabea类
焊接件、型材、粉末冶金件及各种非金属件等。 不同种类的毛坯在满足零件使用性能要求方面各
机械零件毛坯可以分为铸件、锻件、冲压件、
有特点，现将各种毛坯的成形特点及其适用范围
分述如下：
1. 型材件毛坯 机械制造中常用的型材有圆钢、方钢、扁钢、 钢管及钢板等，切割下料后可直接作为毛坯进行 机械加工。
垂直浇注时在上部法 兰处安置冒口，下部法兰 安置冷铁，使之定向凝固。 该方案提高了内孔的质量， 但工艺比较复杂，也不能 全部通过水压试验。
3. 模锻
选用40钢模锻成形， 锻件在模膛内有立放和卧 放两种。 锻件立放时能锻出孔 (有连皮), 但不能锻出法兰， 外圆的切削加工工作量大。 锻件卧放时, 能锻出法 兰，但不能锻出孔，内孔 的切削加工工作量大。 模锻件的内在质量好， 全部能通过水压试验。
二、满足经济性要求（经济性原则） 在保证使用要求的前提下，尽量减少消耗、 降低毛坯成本，满足市场竞争的要求。 降低毛坯成本的途径有：根据零件的生产批 量及使用要求，选择合适的毛坯制造工艺，降低 废品率，提高生产率，节约工时与材料。 生产批量和生产周期对选择毛坯的种类有很 大影响。一般单件、小批量生产，且生产周期短 时，应选用常用材料、通用设备和工具、低精度 和低生产率的毛坯生产方法。
金齿轮、胶木和工程塑料齿轮也多用于受力不大的传动
机构中。
三、箱体类零件 包括各种机械的机身、底座、支架、减速 器壳体、机床主轴箱、内燃机汽缸体、汽缸盖、 电机壳体、阀体、泵体等。一般来说，这类零 件的尺寸较大、结构复杂、薄壁多孔、设有加 强筋及凸台等结构，重量由几千克到数十吨。 要求具有一定的强度、刚度、抗振性及良好的 切削加工性。
绝大多数冲压件是通过常温下对具有良好塑 性的金属薄板进行变形或分离工序制成的。板料 冲压件的主要特点是具有足够强度和刚度、有很 高的尺寸精度、表面质量好、少无切削加工性及 互换性好，因此，应用十分广泛。但其模具生产 成本高，故冲压件只适于大批量生产条件。 冲压件所用的材料有碳钢、合金结构钢及塑 性较高的有色金属。常见的冲压件有汽车覆盖件、 轮翼、油箱、电器柜、弹壳、链条、滚珠轴承的 隔离圈、消音器壳、风扇叶片、自行车链盘、电 机的硅钢片、收割机的滚筒壳、播种机的圆盘等。
采用手工造型；大批量生产采用金属型机器造型；小型
铝合金壳体件最好采用压力铸造；对单件小批量生产的 形状简单的零件，为了缩短生产周期，可采用Q235－A 钢板焊接；对薄壁壳罩类零件，在大批量生产时则常采 用板料冲压件。
14.4 毛坯选择实例
一、螺旋起重器 螺旋起重器是生产与生活中常用的简易起重 设备，它具有结构简单、使用方便、故障率低和 便于携带等优点，其结构如图所示。当推动手柄 水平转动时，手柄带动螺杆转动。螺杆转动是向 上旋进时，通过与螺杆相连的螺母把向下的作用 力传递给支座。由于支座的支撑作用，使螺母的 位置不动，则螺杆通过螺纹旋进而向上运动，并 推动托杯向上升，达到顶起重物的目的。
箱体类零件的毛坯在一般受力情况下多采用HT200 和HT250 铸铁件；一些负荷较大的部件可采用KT330－ 08、QT420－10、QT700—2 或ZG270—500 等铸件； 对小型汽油机缸体、化油器壳体、调速器壳体、手电钻 外壳、仪表外壳等则可采用ZL101等铸造铝合金毛坯。 毛坯的成形方法主要是铸造。单件小批量生产时，
在大批量生产条件下，应选用专用设备和工 具及高生产率的毛坯生产方法。虽使用专用设备 和工具增加了费用，但由于材料消耗与切削加工 量等大幅度降低，生产率提高，故总成本比较低。 例如，CA6140 车床中采用1 000kg 的精密铸件 可以节省机械加工工时3 500 个，具有十分显著 的经济效益。
三、考虑生产条件 根据使用要求和经济性所确定的毛坯生产方 案是否能实现，还必须考虑企业的实际生产条件。 只有实际生产条件能够实现的生产方案才是切实 可行的。 实际生产条件主要指企业的设备条件、技术 水平、厂房情况及原材料供应情况等。如这些条 件不能满足生产要求，就应考虑某些零件的毛坯 生产或毛坯生产中的部分工序与其他企业协作。
作业：P184 2、5、6
螺旋起重器 主要零件的材料 和毛坯选择方 案列于下表。 为便于举例，设 定螺旋起重器的 生产批量为小批 量生产。 1—托杯 4— 手柄 7—螺母 8—螺杆 9—支座
螺旋起重器（起重量4吨）主要零件的材料和毛坯选择 序 号 1 4 7 零件 名称 托杯 手柄 螺母 结构特征和受力情况 毛坯及制造方 法 毛坯材料 HT200 Q235—A ZCuSn10 Pb1
在选择齿轮毛坯制造方法时，则要根据齿 轮的结构形状、尺寸、生产批量及生产条件来 选择经济性好的生产方法。 1. 机床齿轮 工作特点：润滑良好，承受中等载荷，受力 稳定，工作环境好。 选用材料：中碳钢（40钢、45钢、40Cr等）。 毛坯：锻件，单件小批量生产的齿轮和较大 型齿轮选自由锻件；批量较大的齿轮选模锻。 热处理：整体调质（或正火），齿面高频淬 火。
14.3 典型零件毛坯选择
一、轴类零件 轴杆类零件是各种机械产品中用量较大的重 要结构件，常见的有光轴、阶梯轴、曲轴、凸轮 轴、齿轮轴、连杆、销轴等。轴在工作中大多承 受着交变扭转载荷、交变弯曲载荷和冲击载荷， 有的同时还承受拉—压交变载荷。
轴类零件的性能要求：优良的综合力学性 能，高的疲劳强度，轴颈及花键处较高的硬度。 轴类零件常采用钢或铸铁，并用锻造或铸造 毛坯，经机加工成形。 光轴毛坯一般采用热轧或冷轧圆钢。阶梯轴 采用圆钢(尺寸及受力较小时)或锻件(尺寸及受力 较大时)作毛坯。 凸轮轴及曲轴一般采用球墨铸铁作毛坯，有 时采用锻件毛坯。 在特殊情况下，采用锻-焊或铸-焊方法制造 轴类零件的毛坯。
2. 汽车齿轮 工作特点：润滑良好，承受重载荷，工作环境差。 选用材料：低碳合金钢（ 20CrMnTi 等）。 毛坯：锻件。 热处理：渗碳、淬火、低温回火。 3. 低速机械齿轮 工作特点：开式传动，低速轻载，润滑差，粉尘多。 选用材料：灰铸铁（HT200、HT250、KTZ450—5、 QT500—5、QT600—2等）。 毛坯：铸件。 对有特殊耐磨耐蚀性要求的齿轮、蜗轮应采用 ZQSnl0—1、ZQA19—4 铸造青铜制造。此外，粉末冶
4. 胎膜锻 选用40钢坯料加热镦粗、冲孔、带心轴拔 长，然后在胎模内带心轴锻出法兰。其锻件如图 所示。胎模锻件毛坯能全部通过水压试验。 与模锻相比，胎模锻 既能锻出孔，又能锻出法 兰，但生产率较低。
5. 焊接 选用40钢无缝钢管， 在其两端按承压液压缸 尺寸焊接上40钢法兰， 如右图所示。 焊接结构件毛坯能 全部通过水压试验，最 省材料，工艺准备简单， 但难以获得合适的无缝钢管。 综上所述，采用胎膜锻件毛坯是最理想的方 案。但如有合适的无缝钢管，则采用焊接结构毛 坯更理想。
支承重物，承受压应力， 铸件（砂型铸 结构形状较复杂 造） 结构形状简单，承受弯曲 轧材圆钢 应力，受力不大 与螺杆构成运动副，受力 铸件（砂型或 与螺杆类似，选材应考虑 金属型铸造） 减少摩擦和对螺杆的磨损
8
螺杆
结构形状较简单，沿轴线 锻件（自由锻） 45钢 承受压应力，螺纹承受弯 曲应力及摩擦力 支座具有锥度及内腔，结 铸件（砂型铸 构形状较复杂 造） HT200
二、齿轮类零件 齿轮是用来传递功率和调节速度的重要传动 零件(盘类零件的代表)，从钟表齿轮到直径2m 大 的矿山设备齿轮，所选用的毛坯种类是多种多 样的。 齿轮的工作条件较为复杂，啮合面承受接 触压应力与强烈摩擦，齿根部承受弯曲应力， 换挡、起动时承受冲击及短时间超载。因此， 齿面要求具有高硬度和高耐磨性，齿根和轮齿 心部要求高的强度、韧性和耐疲劳性，这是选 择齿轮材料的主要依据。
4. 焊接件毛坯
焊接是一种永久性的连接金属的方法，其
主要用途不是生产机器零件毛坯，而是制造金属
结构件，如梁、柱、桁架、容器等。 特点：焊件的形状和尺寸不受限制，材料利 用率高， 气密性好，生产周期短，焊件强度和刚 度较高；但抗震性差，易变形。 焊接方法在制造机械零件毛坯时，主要用于： 复杂的大型结构件（如电渣焊万吨水压机的主柱 和横梁）、异种材质零件（如硬质合金刀头与中 碳钢刀体的焊接）、某些特殊形状的零件或结构 件（如蜂窝状结构的零件、波纹管）。
9
支座
二、同一零件毛坯选择的比较 下图为承压液压缸，要求选用40钢制造，一 共200件。液压缸的工作压力为1.5MPa，要求水 压试验压力为3MPa；两端法兰接合面及内孔要 求切削加工，加工表面不允许有缺陷，其余外圆 等不加工。现就承压液压缸毛坯的选择进行分析：
1. 圆钢 直接选用φ150mm圆钢(40钢 )，经切削加 工成形，能全部通过水压试验。但材料利用率 低，切削加工工作量大，生产成本高。 2. 砂型铸造 用ZG270-500铸钢 砂型铸造, 可水平浇注或 垂直浇注。 水平浇注时在法兰顶 部安置冒口。该工艺简便、 节省材料、切削加工工作 量小，但内孔质量较差， 水压试验的合格率低。
3. 锻件和冲压件毛坯 特点：锻件组织致密，晶粒细小，力学性能 优于相同成分的铸件，但其形状复杂程度受到很 大限制。力学性能要求高的零件其毛坯多为锻件。 锻件主要应用于受力情况复杂、重载、力学 性能要求较高的零件及工具、模具的毛坯制造， 如常见的锻件有齿轮、连杆、传动轴、主轴、曲 轴、吊钩、拨叉、配气阀、气门阀、摇臂、冲模、 刀杆、刀体等。 适于锻造的材料：碳钢、合金钢、非铁合金。