典型结构选材与结构分析.ppt

* 10.3 典型结构件选材及工艺分析 一、齿轮类零件 齿轮是机械制造中最常见的传动件之一。 1．齿轮的工作条件、失效形式及性能要求 齿轮的工作条件是： ① 传递扭矩时，齿根部承受较大的交变弯曲应力； ② 换档、启动或啮合不均匀时承受冲击力； ③ 齿啮合时齿面承受滚动、滑动造成的强烈摩擦和交变 接触应力。 ④ 齿轮的主要失效形式有：齿根疲劳断裂、齿面局部剥 落和过度磨损。 一般要求齿轮材料应具有以下性能： ① 高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度； ② 高的齿面硬度和耐磨性； ③ 良好的心部强度和韧性； ④ 较好的工艺性能。 2．齿轮的选材及工艺分析 1）机床齿轮 机床齿轮转速中等，载荷不大，工作平稳无强烈 冲击。一般选用中碳钢。 如C616车床齿轮，可选用45号钢。其工艺路线如下： 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→高频淬火及回火→精磨 分析： ① 正火处理可使组织均匀化，消除锻造应力，调整硬度，  改善切削加工性能。 ② 调质处理可使齿轮具有较高的综合力学性能。 ③ 高频感应加热淬火可提高齿轮表面硬度和耐磨性。 ④ 回火可采用低温回火或自行回火，以消除淬火应力。 2）汽车、拖拉机齿轮 汽车、拖拉机的工作条件比机床齿轮较恶劣，受力较大，超载荷和受冲击频繁。一般选用渗碳钢（20CrMnTi、20CrMnMo等）制造。 如JN—150型载重汽车变速箱中的某一齿轮，可选用20CrMnTi。 齿轮的工艺路线如下： 下料→锻造→正火→机械加工→渗碳、淬火及低温回火→喷丸→磨内孔及换档槽→装配 分析： ① 20CrMnTi钢的热处理工艺性较好，有较好的淬透性，渗碳 淬火后变形小。 ② 为改善20CrMnTi的切削加工性能，锻造后一般要正火。 ③ 渗碳的作用是提高齿面碳的质量分数（0.8%～1.05%），淬 火后则可获得0.8mm～1.3mm的淬硬层。 ④ 喷丸处理是一种进一步强化材料的手段，以提高疲劳强度。 二、轴类零件 1．轴的工作条件、失效形式及性能要求 轴的工作条件是： ① 承受交变扭矩及拉—压载荷； ② 轴颈、花键等部位承受较大的摩擦和磨损； ③ 承受一定的过载和冲击载荷。 轴的失效形式有：断裂、局部过度磨损。 对轴的性能要求有： ① 足够的强度、刚度和一定的韧性； ② 高的疲劳强度； ③ 良好的切削加工性； ④ 良好的耐磨性。 2．轴的选材及工艺分析 1） 机床主轴 如C616车床主轴，工作时承受扭转和弯曲应力，载荷不大，转速中等。可选用45号钢。 具体加工工艺路线： 下料→锻造→正火→粗加工→调质→半精车外圆、钻中心孔、铣键槽→局部淬火（锥孔及外锥体）→车各空刀槽、粗磨外圆、滚铣花键→花键高频淬火、回火→精磨（外圆、外锥体及内锥孔） 分析： ① 正火处理可消除应力，改善锻造组织。 ② 调质处理（整体调质）硬度为200HBS～230HBS，为回 火马氏体组织。目的是使主轴得到高的综合机械性能。 为了更好地发挥调质的效果，故安排在粗加工之后。 ③ 因内锥孔和外圆锥面常与卡盘、顶尖相对摩擦，内锥孔 和外圆锥面经盐浴局部淬火和回火后硬度达到45HRC～ 52HRC。 ④ 花键部位采用高频感应加热淬火和回火，以保证其耐磨 和精度。 2）内燃机曲轴 内燃机曲轴工作时承受扭转和弯曲及冲击力。要求曲轴具有高的强度，一定的冲击韧性和弯曲、扭转疲劳强度，在轴颈处要有高的硬度和耐磨性。 中小功率内燃机曲轴最常用的材料是45钢和球墨铸铁。高速大功率内燃机曲轴一般采用合金钢，如35CrMo、42CrMo等。 用45钢制造曲轴的工艺路线： 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→轴颈表面淬火、低温回火→精磨 用QT700-2制造曲轴的工艺路线： 熔炼→铸造→高温正火（950℃）→高温回火（560℃）→机械加工→轴颈气体渗氮（渗氮温度570℃）。 *