典型零件的选材及加工工艺路线分析讲解材料.ppt

第九章 典型零件选材及加工工艺路线 选材的一般原则与方法 典型零件(齿轮类、轴类、弹簧类、叶片类）的选材 第一节 选材的一般原则与方法 一、选材的一般原则 1．对材料力学性能的考虑 从零件工作条件中找出对材料力学性能的要求。 将零件的工作条件分为受力状态、载荷性质、工作温度、环境介质等几个方面。 受力状态有拉、压、弯、扭等；载荷性质有静载、冲击、交变等； 工作温度可分为低温、室温、高温、交变温度； 环境介质为与零件接触的介质，如润滑剂、海水、酸、碱、盐等。 必须研究零件的失效方式，找出对零件失效起主导作用的力学性能指标。 2．对材料工艺性能的考虑 材料本身工艺性能的好坏将直接影确零件的质量、生产效率和成本。 工艺性能中最突出的是可切削性和热处理工艺性(包括淬透性、变形规律、氧化脱碳倾向等)。 在大量生产时，工艺周期的长短和加工费用的高低，常常是生产的关键。 3．对材料经济性的考虑 经济性涉及到材料成本的高低，供应是否充分，加工工艺过程是否复杂、成品率的高低以及同一产品中使用金属或钢材型号的多少等。 选用一般碳钢和铸铁能满足要求的，就不选用合金钢。 对只要求表面性能高的零件，可选用廉价钢种，然后进行表面强化处理。 另外，应当以综合效益来评价材料的经济性高低。 4．对产品“轻型化、高寿命”的考虑 从商品的销售和用户的愿望考虑，产品还应当具有重量轻、美观、经久耐用等特点。 尽量采用先进科学技术成果，做到在结构设计方面有创新，有特色。 在材料制造工艺和强化工艺上有改革、有先进性。 5．对实现现代生产组织可能性的考虑 一个产品或一个零件的制造，是采用手工操作还是机器操作；是采用单件生产还是采用机械化自动流水作业，对产品的成本和质量也起着重要作用。 在选材时，应考虑到所选材料能满足实现现代化生产的可能性。 二、选材的一般方法与过程 对零件的工作特性和使用条件进行周密的分析，找出主要损坏形式，从而恰当地提出主要抗力指标。 根据工作条件需要和分析，对该零件的设计制造提出必要的技术条件。 材料的预选择 根据所提出的技术条件要求和工艺性、经济性方面的考虑，对材料进行预选择。 可以通过与相类似机器零件的比较和已有的实践经验的判断，或者通过各种材料选用手册来进行选择。 对预选方案材料进行计算，以确定是否能满足上述工作条件要求。 材料的二次(或最终)选择，可以是若干种方案。 通过实验室试验、台架试验和工艺性能试验最终确定合理选材方案。 最后在中、小批量生产基础上，检验选材的合理性。 几种机械零件主要损坏形式和主要抗力指标 零件名称 工作条件 主要损坏形式 主要抗力指标 重要螺栓 拉应力或交变应力冲击载荷 拉断（过量塑性变形）；疲劳断裂 σ0.2，σ-1P，HB 重要传动齿轮 交变弯曲应力；交变接触应力；冲击载荷；齿表面摩擦与磨损 齿的折断；过渡磨损；疲劳麻点 σ-1，σbb，HRC，接触疲劳强度 曲轴、轴类 交变弯曲应力；扭转应力；冲击负荷；磨损 疲劳破坏造成断裂；过渡磨损 σ0.2，σ-1，HRC 滚动轴承 点或线接触下的交变应力磨损 过渡磨损破坏；疲劳破坏造成的断裂 σe，σbc，σ-1，HRC 弹簧 交变应力冲击、振动 弹力丧失；疲劳破坏引起断裂 σe,σs/σb,σ-1p σ-1P—抗压或对称拉伸疲劳强度；σ-1—光滑试样对称歪曲疲劳强度；σbb—抗弯强度；σbc—抗压强度；σ0.2—条件屈服强度；σe—弹性极限；σs—屈服强度；σb—抗拉强度 第二节 典型零件选材及工艺路线分析 一、齿轮 一）齿轮的工作条件、失效方式及性能要求 1、工作条件和失效方式 主要起传递扭矩、变速或改变传力方向的作用。工作条件：1)传递扭矩时齿根部承受较大的交变弯曲应力；2)齿啮合时齿面承受较大接触应力并受强烈摩擦和磨损；3)换档、启动、制动或啮合不均匀时承受一定冲击力。 失效方式：齿的折断(包括疲劳断裂和冲击过载断裂)和齿面损伤(包括接触疲劳麻点剥落和过度磨损)。 2、性能要求 1)高弯曲疲劳强度，防止轮齿疲劳断裂；2)足够高的齿心强度和韧性，防止轮齿过载断裂；3)足够高的齿面接触疲劳强度和高硬度及耐磨性，防止齿面损伤；4)较好工艺性能，如切削加工性好，热处理变形小或变形有一定规律，过热倾向小，有一定淬透性等。 二）选材及热处理 1、机床齿轮 工作平稳无强烈冲击，负荷不大，转速中等，对齿轮心部强度和韧性要求不高，一般选用40或45钢，经正火或调质处理后再进行高频感应加热表面淬火，齿面硬度达52HRC左右，齿心硬度为220~250HBS。对于一部分性能要求较高的齿轮，可用中碳低合金钢(如40Cr、40MnB、45Mn2等)。 2、汽车、拖拉机齿轮 工作条件比机床齿轮恶劣，受力较大，超载与启动、制动和变速时受冲击频繁，对耐磨性、弯曲疲劳强度、接触疲劳强度、心部