9.典型工件的选材及工艺路线设计.ppt

* * * * * * 9.1 齿轮选材 　9.2 轴类零件选材 　　9.3 弹簧选材 　　　9.4 刃具选材 　　　　 第9章 典型工件的选材及工艺路线设计 内容提要： 本章介绍工业上应用最广泛的四大类典型工件(齿轮、轴类零件、弹簧和刃具)的工作条件、失效形式、性能要求及选材分析，举例说明典型工件的工艺路线。 学习目标： 本章是工程材料课程的一个重点章。要求掌握齿轮 （机床和汽车齿轮）、轴类零件、刃具的工作条件、失效形式、性能要求及选材，进行工艺路线分析。熟悉弹簧（如汽车板簧、气门弹簧）的工作条件、失效形式、性能要求、选材，工艺路线分析。 学习建议： 1. 结合实际，学习本章内容。如观察机床（车床或刨床)、汽车的结构，分析各重要部件和零件的工作条件、失效形式、性能要求，练习选材。 2. 学习本章要求掌握零件选材的方法和步骤，即首先分析零件的工作条件和失效形式，提出对该零件合理的性能要求，并根据所掌握的材料知识，选择适宜的材料以满足零件的使用要求。 齿轮类零件 主要用于传递动力和 传递运动。 9.1? 齿轮选材 9.1.1 齿轮的工作条件 (1) 由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力； (2) 换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷； (3) 齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力的作用。 9.1.2 齿轮的失效形式 (1) 疲劳断裂? 主要从根部发生； (2) 齿面磨损? 由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小； (3) 齿面接触疲劳破坏? 在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落(或称麻点)； (4) 过载断裂? 主要是冲击载荷过大造成的断齿。 9.1.3 齿轮材料的性能要求 高的弯曲疲劳强度； 高的接触疲劳强度和耐磨性； 较高的强度和冲击韧性。此外，还要求有较好的热处理工艺性能，如热处理变形小等。 9.1.4?齿轮类零件的选材 　齿轮材料要求的性能主要是疲劳强度，尤其是弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。表面硬度越高，疲劳强度也越高。齿心应有足够的冲击韧性，目的是防止轮齿受冲击过载断裂。选用低、中碳钢或其合金钢。经表面强化处理后，表面有高的强度和硬度，心部有好的韧性，能满足使用要求。这类钢的工艺性能好。经济上也较合理，所以是比较理想的材料。 1.机床齿轮的选材 （1）中碳钢或中碳合金钢 最常用的有45钢和40Cr钢。45钢用于中小载荷齿轮，如床头箱齿轮、溜板箱齿轮等，经过高频淬火和回火后，硬度可选52～58HRC。 40Cr钢用于中等载荷齿轮，如铣床工作台变速箱齿轮，经高频淬火和回火后，硬度可达52～58HRC。 （2）渗碳钢 常用的有20Cr、20Mn2B和20CrMnTi等。 20Cr、20Mn2B用于中等载荷、有冲击的齿轮，如六角车床变速箱齿轮。 20CrMnTi用于重载荷和有较大冲击的齿轮。如C620机床给进箱摆移齿轮，经渗碳淬火后，硬度可达56～62HRC。 2.汽车、拖拉机齿轮的选材 汽车齿轮的工作条件比机床齿轮的工作条件恶劣，受力较大，超载与启动、制动和变速时受冲击频繁，对耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等性能的要求均较高，用中碳钢和中碳合金钢经高频表面淬火已经不能保证其使用性能。选用合金渗碳钢20CrMnTi 、20CrMnMo 、 20MnVB较为合适。这类钢经正火、渗碳淬火后表面硬度可达58～62HRC，心部硬度可达30～45HRC。 9.1.5?典型齿轮选材举例 一、机床齿轮 机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的任务。工作条件较好，转速中等，载荷不大，工作平稳无强烈冲击。一般可选中碳钢(45钢)制造，为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢(40Cr钢)。 工艺路线为：下料--锻造--正火--粗加工--调质--精加工--高频淬火及低温回火--精磨。 冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250、HT350、QT500-5、 QT600-2等铸铁制造。机床齿轮除选用金属齿轮外, 有的还可改用塑料齿轮，如用聚甲醛齿轮、单体浇铸尼龙齿轮, 工作时传动平稳, 噪声减少,长期使用磨损很小。 见P330表9-2齿轮用材及热处理 二、汽车齿轮 汽车齿轮主要装在变速箱和差速器中。汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等，均要求比机床齿轮高。一般用合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi制造。 渗碳齿轮的工艺路线为： 下料--锻造--正火--切削加工--渗碳、淬火及低温回火--喷丸--磨削加工。 1. 正火-------消除锻造应力，均匀和细化组织，降低硬度，便于切削加工。 2.局部镀铜------对于轮盘、轮廓孔和工艺孔等进行局部镀铜、防渗处理。 3. 渗碳、淬火+低温回火