第11章机械零件毛坯的选择

较高（机器造型）
金属型铸造 良好 良好 中等 较大 较小 较高 较低 中等
压力铸造 不好 好 高 最小 最小 较低 较高 高
离心铸造 不好 良好 中等 大（内孔） 较大 较低 中等 高
熔模铸造 良好 良好 较高 较小 较小 较差 较高 中等
低、中
3）铸造工艺
砂型铸造中，其造型工艺过程不同，则铸件生产过程中 的材料消耗、工时和工模具费用的耗费都不同。
1）原材料消耗
在锻件成本中占的比例最大，而锻件从下料到加工成零件 中间有一系列的材料损失，如下料损失、烧损、废料（冲 孔芯料和飞边等）和废品损失。
某厂95系列柴油机连杆和连杆盖的材料消耗表
分类 连杆
下料质量kg 2.55
锻件质量kg 1.70
零件质量kg 1.15
零件材料利用率 1.15/1.70=67.6%
二、毛坯选择的原则
1、满足材料的工艺性能要求
零件材料的选择与毛坯的选择关系密切，零件材料的工艺性能直接 影响着毛坯生产方法的选择。按加工工艺方法的不同，金属材料可 分为铸造合金和压力加工合金两大类。
2、满足零件的使用要求
机械产品都是由若干零件组成的，保证零件的使用要求是 保证产品使用要求的基础。因此，毛坯选择首先必须保证 满足零件的使用性能要求。 零件的使用要求主要包括：
在满足零件使用要求的前提下：
•减少材料厚度或采用价格较低的材料； •改进毛坯形状，合理排样； •减小搭边，采用少废料或无废料排样； •采用对称压制，多件同时成形后再切开； •组合排样利用废料； •无底拉深件可先用带料或条料焊接后再成形等。
5）冲压过程自动化
对于大批量生产，自动化生产对降低成本和保证安全都是 十分必要的。
•对于单件小批量生产，自由锻是优先选用的锻造方法； •对于成批生产但批量不大时，应优先选择胎模锻，可以获得比
较好的经济效益；
•对于大批量生产，则应采用高生产率、高精度的锤上模锻或其
它模锻，以便提高生产率，降低材料的消耗，由于生产量大而分 摊到单个锻件上的成本增加并不多，从而使锻件成本下降。
4）生产管理
碳钢
低锰钢
含铬钢
铝硅 合金 6.0
黄铜
锡青铜
0.6
1.0
1.2
1.4
5.0
8.0
• 铸件的结构形状和尺寸对成本的影响主要是通过铸件的结构工艺性来 起作用的。如果铸件的结构工艺性良好，可防止铸件缺陷的产生，使 废品率下降，并能使铸造工艺过程简化，从而提高生产率，使铸件的 生产成本降低。
2）铸造方法的选择
铸造方法不同，则铸造工艺、所需设备投资、生产率、铸件质量、 合金的利用率及后续的切削加工费用均不同。
各铸造方法的经济性比较见表所示：
比较项目
小批量生产的适应性 大批量生产的适应性 模型、铸型生产成本 铸件的加工余量 切削加工费用 金属利用率 设备费用 生产率（适当机械化 后）
砂型铸造 好 良好 低 大 中等 较低
3、满足降低生产成本的要求
要降低毛坯的生产成本，在选择毛坯时，必须认真分析零 件的使用要求及所用材料的价格、结构工艺性、生产批量 的大小等各方面情况。首先，应根据零件的选材和使用要 求确定毛坯的类别，再根据零件的结构形状、尺寸大小和 毛坯生产的结构工艺性及生产批量大小确定具体的制造方 法，必要时还可按有关程序对原设计提出修改意见，以利 于降低毛坯生产成本。
2）合理制订生产工艺
合理的冲压工艺能降低模具费，节约加工工时，降低材料 消耗等，使冲压件单件成本降低。 • 工艺的合理化即是将工序适当地集中，以减少模具数，提 高生产率，降低生产成本。 • 工序的集中与分散是一个比较复杂的问题，它取决于零件 的生产批量、结构形状、质量要求及工艺特点等。
3）多个工件同时成形
2）工模具费消耗
在模锻中，模具费用在锻件成本中所占的比例仅次于原材 料消耗，约占总成本的1/3。合理地设计、制造和使用模 具，减少模具的成本，延长模具的使用寿命，可明显降低 锻件生产成本。
3）锻造方法和生产率
锻造方法不同，其生产率、材料利用率和需要的设备投资 规模就不同。因此，锻造方法主要通过锻件生产的工时消 耗、投资规模及材料的利用率来影响锻件的生产成本。
2、毛坯生产成本的比较
（1）铸件的生产成本
影响铸件生产成本的主要因素有铸件设计、铸造方法、铸 造工艺和铸造生产管理等方面。
1）铸件设计
• 铸件设计主要包括材料的选择和结构尺寸的确定。铸件 材料对铸件成本影响较大。
各类铸造材料的相对价格见表所示：
材料 类型 相对 价格
灰铸铁
球墨 铸铁 0.8

可锻 铸铁 1.0
4、符合生产条件
为兼顾零件的使用要求和生产成本两方面的原则，在选择 毛坯时还必须与本企业的具体生产条件相结合。当对外订 货的价格低于本企业生产成本，且又能满足交货期要求时， 应当向外订货，以降低成本。
二、典型零件的选材及工艺路线
1、轴杆类零件的毛坯选择
轴杆类零件是机械产品中支承 传动件、承受载荷、传递扭矩 和动力的常见典型零件，其结 构特征是轴向（纵向）尺寸远 大于径向（横向）尺寸，包括 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，如图所示。
生产批量较大时，采用多件同时冲压，可减少模具费、材 料费和加工费。
例如，采用两个工件 左右对称成形，如图 所示，不仅可以降低 成本，还可使变形均 匀，并改善模具的受 力状况，延长模具的 使用寿命。
两个工件同时成形示意图
4）提高材料利用率、降低材料费用
冲压件生产中，工件原材料费占成本的60%左右，所以提 高材料的利用率，是降低冲压件生产成本的重要措施之一， 尤其对于原材料价格较高的工件更是如此。
（1）生产批量较小时的毛坯选择
生产批量较小时，毛坯生产的生产率不是主要问题，材料 利用率的矛盾也不太突出，这时应主要考虑的总是是减少 设备、模具等方面的投资，即使用价格比校便宜的设备和 模具，以降低生产成本。如使用型材、砂型铸造件、自由 锻件、胎模锻件、焊接结构件等作为毛坯。
（2）生产批量较大时的毛坯选择
生产批量较大时，提高生产率和材料的利用率，降低废品 率，对降低毛坯的单件生产成本将具有明显的经济意义。 因此，应采用比较先进的毛坯制造方法来生产毛坯。尽管 此时的设备造价昂贵、投资费用高，但分摊到单个毛坯上 的成本是较低的，并由于工时消耗、材料消耗及后续加工 费用的减少和毛坯废品率的降低，从而有效地降低毛坯生 产成本。
• 零件的工作条件（通常指零件的受力情况、工作环境和接 触介质等）
• 零件结构形状和尺寸的要求
• 零件性能的要求。
（1）结构形状和尺寸的要求
机械零件由于使用功能的不同,其结构形状和尺寸往往差 异较大,各种毛坯制造方法对零件结构形状和尺寸的适应 能力也不相同。所以，选择毛坯时，应认真分析零件的结 构形状和尺寸特点，选择与之相适应的毛坯制造方法。 对于结构形状复杂的中小型零件,应选择铸件毛坯。可选 择砂型铸造、金属型铸造或熔模铸造等； 对于结构形状很复杂且轮廓尺寸不大的零件，宜选择熔模 铸造。 对于结构形状较为复杂，且抗冲击能力、抗疲劳强度要求 较高的中小型零件，宜选择模锻件毛坯； 对于那些结构形状相当复杂且轮廓尺寸又较大的大型零件， 宜选择组合毛坯。
（1）轴杆类零件的毛坯
轴类零件最常用的毛坯是型材和锻件，对于某些大型的、 结构形状复杂的轴也可用铸件或焊接结构件。
• 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）力学性能的要求
• 对于力学性能要求较高，特别是工作时要承受冲击和交变 载荷的零件，为了提高抗冲击和抗疲劳破坏的能力，一般 应选择锻造毛坯，如机床、汽车的传动轴和齿轮等； • 对于由于其它方面原因需采用铸件，但又要求零件的金相 组织致密、承载能力较强的零件，应选择相应的能满足要 求的铸造方法，如压力铸造、金属型铸造和离心铸造等。
4）生产管理
科学的生产管理能明显降低废品率和生产过程中原材料的 浪费；精简管理人员，减少非生产性成本，都可使毛坯的 生产成本下降。
（2）锻件的生产成本
影响锻件成本的主要因素有原材料消耗、工模具费消耗、 锻造方法、生产率及生产管理等方面。 例如，某专业锻造厂生产95系列柴油机连杆及连杆盖锻 件的单件成本统计中，锻件生产成本的组成为：材料费 43.8%、模具费31.2%、燃料动力费9.1%、生产管理费用 14.1%、工时消耗费用1.7%。
实行科学的生产管理，生产过程中的浪费和废品必然较少， 非生产性成本较低，其生产成本也较低。
（3）冲压件的生产成本
冲压件的生产成本主要包括： • 材料消耗费（原材料费、外购件费用） • 加工费（工人工资、设备折旧、生产管理等费用） • 模具费 因为冲压件的生产离不开模具，不管生产批量的大小如何， 冲压件的生产总成本中，模具费相差不是很大。所以，单 个冲压件的生产成本受生产批量的影响极大。
机 械 制 造 基 础
第十一章 机械零件毛坯的选择
一、常见零件毛坯的分类与比较
1、常见零件毛坯的分类与比较
机械零件的制造包括毛坯成形和切削加工两个阶段，毛坯 成形不仅对后续的切削加工将产生很大的影响，而且对零 件乃至机械产品的质量、使用性能、生产周期和成本等都 有影响。因此，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。
总材料利用率% 1.15/2.55=45.1
连杆盖
合计
0.94
3.49
0.65
2.35
0.48
1.63
0.48/0.65=73.8%
1.63/2.35=69.4%
0.48/0.94=51.1
1.63/3.49=47.0
• 由上表可知提高材料利用率，降低原材料消耗，对锻件生 产成本的降低其影响是很明显的。 • 材料利用率的提高，可以通过降低锻造过程中的下料损失、 废料损失、烧损和废品损失来获得。 • 材料利用率的提高，还可以通过减少锻造余块、加工余量 来获得，这样既可降低材料消耗，又可以减少大量的切削 加工费用。所以，精密锻造是降低锻件生产成本的主要途 径之一。