第五章 毛坯选择

§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。
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)。
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。
铸钢结构列车转向架的优缺点
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： free
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。
模锻的特点: die
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。
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： ——零件设计人员
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。
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。
如：整铸件改为铸－焊结构，铸件改为锻件或焊 接件。
6. 当毛坯用几种方法制造均可时，选用最经济的方 案
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。
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。
能全部通过水压试验；不需 特殊设备；最节省材料；工艺 准备时间最短。但此规格的无 缝钢管不易获得。
结论
焊接件
结合生产批量与现实条件，以选择胎模锻件最 为合理。如果能够有此规格（或接近）的无缝钢管， 也可以选择焊接件。
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。
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。 可以生产薄壁、深孔等形状复杂的零件。 挤压设备价格昂贵；挤压件一般限于30Kg以下。
本方案用钢102 t , 焊成的毛坯重量53 t；材料 利用率46.4%； 切削加工只需1000台时。 三种方案的直接成本之比为： a : b : c = 2.2 : 1.4 : 1
六.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。
如：螺栓、螺母、钉、销、套类小零件。
§2 影响毛坯选择的因素
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。
90º
R26±0.5
R150±0.5
151
40±2
R22+1
R22+1
20±1.5
(2) 全部模锻： 成本高，成型困难。
冲压生产的优点：
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； 机械性能较高； 生产率高； 成品合格率、材料利用率高，成本较低。
五. 焊接件
以小拼大，节省材料，如重型机械、大型金属结 构件； 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; 容易产生应力和变形，重要焊接件必须进行无损 探伤。
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。
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 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。
温挤压的特点：
加热：100 ~ 800 C ，以降低挤压力。 其它特点与冷挤压类似，但其精度和表面质量不
如冷挤压。
热挤压的特点：
❖T加工 > T再，挤压力较小。 ❖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。
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。
§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
2. 锻造毛坯举例 轴、齿轮类零件：因承受载荷大，受力复杂，应
选择锻造毛坯。
300多吨重的大型锻件——汽轮发电机主轴
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；
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。 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；
（1）砂型铸件
水压试验合格率低，内孔 质量差，冒口浪费钢水多。
（2）平锻件 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。
砂型铸造件 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。
采用铸－焊、锻－焊、冲－焊联合工艺可以充分发 挥各自的优点。
如：下图为
(a)
一大型水轮机
空心轴，工件
净重47.3 t ，
(b)
它的毛坯生产
有三种方案：
(c)
水轮机空心轴的三种毛坯生产方案
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。
(3) 自由锻与模锻联合应用： 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 容器、框架类零件应采用焊接件。
综合例题：
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。
毛坯生产方案如下：
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
在空气锤上镦粗、冲 孔、在心轴上拔长，然后在 胎模内带心轴锻出法兰。
胎模锻件
胎模锻件能全部通过水压试验。设备、模具的费 用较低；加工余量最小。生产率不如锤上模锻高。表 面质量不如锤上模锻。
（5）焊接件
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。
焊接结构转向架
焊接结构列车转向架的优缺点
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；
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)