第五章 毛坯選擇

毛坯選擇序言毛坯選擇——選擇毛坯的材料及毛坯的生產(chǎn)方法毛坯類型：鑄件，鍛壓件，焊接件，型材零件設(shè)計階段：1選材

根據(jù)零件的功能要求、工作條件、類似產(chǎn)品的失效形式等使用要求，選擇既能滿足使用而且價格又低的材料?！慵O(shè)計人員2根據(jù)所選材料的機(jī)械性能、工藝性能確定零件的主要尺寸和毛坯類型。3再根據(jù)所選毛坯生產(chǎn)特點，進(jìn)一步確定零件的具體結(jié)構(gòu)；繪制出零件圖。毛坯生產(chǎn)階段：

根據(jù)圖紙的技術(shù)要求、材料種類、零件大小、復(fù)雜程度及生產(chǎn)批量，確定生產(chǎn)方案及制訂加工工藝；然后編制工藝卡，由工人操作生產(chǎn)。

但是對于一些重要的毛坯生產(chǎn)方案，往往需要設(shè)計人員和工藝技術(shù)人員共同制定。經(jīng)濟(jì)性原則：

成本與質(zhì)量結(jié)合起來考慮，即在滿足技術(shù)要求的前提下，選用成本最低的毛坯?！?不同類型毛坯的特點（總結(jié)）一鑄件1

鑄造方法適應(yīng)性強(qiáng)

鑄造合金的種類多；鑄件大小不限；可生產(chǎn)形狀從簡單到復(fù)雜的各種鑄件、特別是有復(fù)雜內(nèi)腔的鑄件。2

鑄造生產(chǎn)成本較低

鑄造原材料價格低、來源廣；鑄造不需昂貴的設(shè)備；可以大量利用廢料重熔、重鑄；鑄件形狀接近零件形狀，可以節(jié)省大量金屬材料和切削工時。因此，鑄件是優(yōu)先選用的毛坯。3廢品率高

鑄造生產(chǎn)工序多，影響因素多，質(zhì)量不易控制，內(nèi)部缺陷較多；材料的利用率低。4綜合機(jī)械性能較低

如抗沖擊韌性、強(qiáng)度等，同種材料的鑄件不如鍛件。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這些缺點在逐步被克服。如精密鑄造、熔模鑄造、壓力鑄造等特種鑄造方法正逐漸被廣泛使用，大大提高了鑄件的表面質(zhì)量、機(jī)械性能等。

二鍛件1機(jī)械性能好

晶粒細(xì)化，組織致密；幾乎沒有內(nèi)部缺陷。所以，一些要求強(qiáng)度高、耐沖擊、抗疲勞的重要零件多采用鍛造毛坯。2適應(yīng)性自由鍛的特點：鍛件形狀簡單，尺寸大小基本不限；精度差，加工余量大；單件、小批量，生產(chǎn)效率低；大型鍛壓設(shè)備價格昂貴。free模鍛的特點:模鍛件的形狀可以較為復(fù)雜；尺寸較精確，表面光潔，加工余量小，節(jié)省金屬；纖維組織分布合理，鍛件強(qiáng)度高，耐用；生產(chǎn)效率高；但是，鍛模成本高，設(shè)備昂貴，只適應(yīng)于大批量生產(chǎn)；且不能生產(chǎn)大型鍛件。胎模鍛的特點:適應(yīng)性較強(qiáng)，兼有自由鍛和模鍛的優(yōu)點。適用于中小批量生產(chǎn)。die三.擠壓件冷擠壓的特點：生產(chǎn)率高；少、無切削；表面光潔；擠壓件的強(qiáng)度、硬度、耐疲勞性顯著提高；金屬在三向壓應(yīng)力下變形，有利于提高塑性,所以有些塑性較差的材料也可以擠壓。擠壓設(shè)備價格昂貴；擠壓件一般限于30Kg以下。可以生產(chǎn)薄壁、深孔等形狀復(fù)雜的零件。T加工

>T再，擠壓力較小。熱擠壓的特點：擠壓件表面較冷擠壓的粗糙。主要用于有色金屬材料的型材、管材生產(chǎn)。加熱：100~800C，以降低擠壓力。溫擠壓的特點：

其它特點與冷擠壓類似，但其精度和表面質(zhì)量不如冷擠壓。可生產(chǎn)外形復(fù)雜的沖壓件；表面質(zhì)量高，尺寸精度高，不必再機(jī)械加工；生產(chǎn)率高；成品合格率、材料利用率高，成本較低。機(jī)械性能較高；沖壓生產(chǎn)的優(yōu)點：四.沖壓件

主要用于小于6mm塑性良好的金屬板料、條料的生產(chǎn)。沖壓模具費用昂貴，只適應(yīng)于大批量生產(chǎn)。五.焊接件焊接件強(qiáng)度、剛度較高；重量輕，材料利用率高；工序簡單，工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)周期短；設(shè)備價格低;

采用鑄－焊、鍛－焊、沖－焊聯(lián)合工藝可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)點。以小拼大，節(jié)省材料，如重型機(jī)械、大型金屬結(jié)構(gòu)件；容易產(chǎn)生應(yīng)力和變形，重要焊接件必須進(jìn)行無損探傷。水輪機(jī)空心軸的三種毛坯生產(chǎn)方案(a)(b)(c)

如：下圖為一大型水輪機(jī)空心軸，工件凈重47.3t，它的毛坯生產(chǎn)有三種方案：1整軸用鍛件毛坯(a)

先鑄出200t重的鋼錠，在萬噸水壓機(jī)上自由鍛，兩端法蘭盤鍛不出，只有全部用敷料，加工余量很大。

毛坯重達(dá)110t(實心),材料利用率只有23.7%;切削加工需1400臺時。2兩端法蘭盤用鑄鋼件，軸筒用自由鍛件(b)本方案耗鋼132t，焊成毛坯重量66t;材料利用率35.8%;切削加工需1200臺時。3兩端法蘭盤用鑄鋼件，軸筒用厚鋼板彎成兩個半圓，再焊成筒體，最后與法蘭盤焊成毛坯(c)三種方案的直接成本之比為：a:b:c=2.2:1.4:1

本方案用鋼102t,

焊成的毛坯重量53t；材料利用率46.4%；切削加工只需1000臺時。

形狀簡單的小件在大批量生產(chǎn)時，直接應(yīng)用型材加工，有時更為經(jīng)濟(jì)。

六.型材§2影響毛坯選擇的因素1零件的工作條件及使用性能要求，基本決定了毛坯的類型

零件的使用性能包括機(jī)械性能(抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、塑性等)和特殊物化性能(耐蝕性能、抗氧化性能等)。如：螺栓、螺母、釘、銷、套類小零件。

列車轉(zhuǎn)向架毛坯，以前經(jīng)常采用鑄鋼結(jié)構(gòu)，則車速較小，振動較大?，F(xiàn)在采用焊接結(jié)構(gòu)，則適應(yīng)高速(300km/h)重載運行。優(yōu)點：

鑄鋼毛坯件綜合機(jī)械性能較好，整體性強(qiáng)，適合于制造形狀復(fù)雜、強(qiáng)度和抗沖擊性能，減振性能要求較高的零件，生產(chǎn)的周期短，一次成型。缺點：1）整體重量大；鑄造消耗能量大，對環(huán)境的污染較大；鑄鋼結(jié)構(gòu)列車轉(zhuǎn)向架的優(yōu)缺點3）該轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其生產(chǎn)工藝過程必須嚴(yán)格制定和控制，否則容易產(chǎn)生澆不足、縮孔、縮松及熱裂紋等鑄造缺陷；4）鑄造設(shè)備一次投入大，維護(hù)費用高。

正是由于該種轉(zhuǎn)向架的特點，使其難以使用于高速重栽的條件，其列車的運行速度一般低于120km/h。2）鑄鋼件內(nèi)部晶粒組織較為粗大，組織不均勻，并且常存在殘余內(nèi)應(yīng)力，致使鑄件的強(qiáng)度，特別是塑性和韌性不高。因此，工件整體需要進(jìn)行退火或正火處理。

焊接結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架優(yōu)點：1）整體性強(qiáng)，空氣動力學(xué)性能優(yōu)越；2）采用有效的防變形減應(yīng)力措施和正確的生產(chǎn)工藝，可以保證結(jié)構(gòu)的質(zhì)量可靠，綜合機(jī)械性能優(yōu)越；3）整體重量輕，節(jié)省原材料和能源，設(shè)備投入少；缺點：

可能存在殘余應(yīng)力和變形，因此，整體構(gòu)件需要進(jìn)行去應(yīng)力退火。焊接結(jié)構(gòu)列車轉(zhuǎn)向架的優(yōu)缺點2

零件的形狀，決定了毛坯的制造方法薄壁復(fù)雜件，只能用鑄造生產(chǎn)；大截面簡單件，適合于鍛造；特大的薄壁件，宜采用焊接。如：大、中、小齒輪的生產(chǎn)采用不同的方法。

儀表和鐘表上的微、小型齒輪可采用冷沖壓法制造；有些傳動力小的齒輪可采用鑄鐵件；中、小型齒輪一般采用鍛造毛坯件，而大、重型齒輪的齒圈一般采用鑄鋼毛坯，齒圈和腹板的連接一般采用焊接工藝，從而形成鑄-焊毛坯件。3

零件的生產(chǎn)批量，也是一個重要因素

大批量生產(chǎn)時，要選用生產(chǎn)率高的方法；單件生產(chǎn)時，要節(jié)省模具費用，采用焊接結(jié)構(gòu)最合適。如減速箱等。目的都是為了降低成本。4.

零件表面質(zhì)量的要求

要求高時，應(yīng)選用相應(yīng)的加工方法：如：精密鑄造，精密模鍛等。

5.

工廠現(xiàn)有設(shè)備、技術(shù)力量及生產(chǎn)能力，可改變原毛坯生產(chǎn)方案6.

當(dāng)毛坯用幾種方法制造均可時，選用最經(jīng)濟(jì)的方案如：整鑄件改為鑄－焊結(jié)構(gòu)，鑄件改為鍛件或焊接件。

一般，工業(yè)生產(chǎn)中選用“以鐵代鋼”、“以鑄代鍛”及“少切削余量、無余量的精密件”。

檢驗毛坯選擇是否合理的依據(jù)(1)使用性：首先必須滿足零件使用要求。(2)

工藝性：加工方便，易獲優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。(3)經(jīng)濟(jì)性：成本最低，消耗最少?！?毛坯選擇舉例1.鑄造毛坯舉例

箱體、殼體、機(jī)座類零件：形狀復(fù)雜，特別是有復(fù)雜的內(nèi)腔，一般是承受壓應(yīng)力，宜采用鑄造毛坯。形狀復(fù)雜的鋅合金壓鑄件壓鑄鋁合金機(jī)體

車床床身鑄件

軸、齒輪類零件：因承受載荷大，受力復(fù)雜，應(yīng)選擇鍛造毛坯。2.鍛造毛坯舉例300多噸重的大型鍛件——汽輪發(fā)電機(jī)主軸鍛造齒輪軸機(jī)床軸鍛造齒圈毛坯鍛造齒輪毛坯

例如：飛機(jī)搖臂，采用材質(zhì)LD7鍛鋁，形狀復(fù)雜，具有腹板和深筋結(jié)構(gòu)?？捎腥齻€鍛造方案。(1)全部自由鍛成本低，但腹板、深筋無法鍛出。20±1.540±290oR22+1R22+1R26±0.5R150±0.5151(2)全部模鍛：(3)自由鍛與模鍛聯(lián)合應(yīng)用：成本高，成型困難。

先自由鍛制坯，再預(yù)鍛基本成型，最后終鍛成產(chǎn)品，獲得成功。降低了成本，提高了質(zhì)量。3.焊接件毛坯綜合例題：容器、框架類零件應(yīng)采用焊接件。

承壓油缸，材料為45鋼，工作壓力為15個大氣壓，要求水壓實驗壓力為30個大氣壓(3Mpa),批量200件。（1）砂型鑄件毛坯生產(chǎn)方案如下：

水壓試驗合格率低，內(nèi)孔質(zhì)量差，冒口浪費鋼水多。（2）平鍛件砂型鑄造件

可通過水壓試驗。但是平鍛機(jī)及模具昂貴，工藝準(zhǔn)備時間長。批量太小時，成本太高。平鍛件（3）模鍛件

立放鍛不出法蘭，必須用敷料，因此，外圓面加工余量大；平放鍛不出內(nèi)孔，也必須用敷料，內(nèi)孔的加工余量也大。模鍛件

模鍛件可通過水壓試驗。模鍛的生產(chǎn)率最高；但設(shè)備、模具昂貴；材料利用率不高。（4）胎模鍛件

胎模鍛件能全部通