第十二章-机械零件的选材及毛坯的选择.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,化学工业出版社,第 十二 章,机械零件的选材及毛坯的选择,选材的动机,新产品设计时的选材；,为提高产品性能，降低生产成本的选材,零件在使用过程中由于失效涉及重新选材等。,第一节 机械零件的失效,一、零件的失效,系统、装置或零件在加工及使用过程中丧失其规定功能的现象。,零件的失效有达到预期寿命的正常失效，也有远低于预期寿命的早期失效。,二、零件失效的形式及失效原因,（一）零件失效的形式,1.过量变形失效 零件在使用过程中的变形量超过允许范围而造成的失效。,2.断裂失效 零件因断裂而无法正常工作的失效。,3.表面损伤失效零件在工作过程中，因机械或化学作用，使其表面损伤而造成的失效。,（二）零件失效的原因,1.结构设计,2.选材不当及材料缺陷,3.加工过程中存在的问题,4.安装、使用和维护不当,第二节 机械零件的选材,一、零件选材的一般原则,（一）使用性原则,指所选用的材料在正常工作情况下能够满足产品及零件的性能要求，是保证零件的设计功能实现、安全耐用的必要条件。,选材的最主要原则。,材料的使用性能包括力学性能、物理和化学性能等。,对结构零件而言，其使用性能一般以力学性能要求为主，物理性能和化学性能要求为辅；,对功能元件而言，其使用性能则以各种功能特性为主，力学性能、化学性能为辅。,（二）工艺性原则,指所选用的材料能否适应各种加工工艺，经济、高效地生产出满足规定性能及结构要求零件的能力。,1.金属材料的工艺性能,铸造性能,锻压性能,焊接性能,切削加工性能,热处理性能,2.高分子材料的工艺性能,3.陶瓷材料的工艺性能,（三）经济性原则,1.以铁代钢,2.选用型材,3.优先选用碳钢,4.降低零件的生产总成本,5.优先选用常用材料,二、选材的方法及步骤,（一）零件选材的具体方法,1.以综合力学性能为主的选材,2.以疲劳强度为主的选材,3.以磨损为主的选材,（二）零件选材的步骤,1.分析零件的工作条件及失效形式，找出引起失效的主要力学性能指标，初步确定材料的类型、范围。,2.对同类产品的用材情况进行研究，进一步缩小材料的类型、范围。,3.通过比较选择合适的材料。,4.确定零件的热处理要求或其他强化处理方法。,5.审核关键性能指标要满足使用性能要求。,6.审核所选材料的综合经济指标。,7.投产前进行小批量生产试验。,三、典型零件的选材,（一）齿轮类零件的选材,1.齿轮的工作条件、失效形式及力学性能要求,（1）工作条件 齿轮工作时齿面因产生相互滑动和滚动，要承受较大的接触应力，并发生强烈的摩擦；由于要传递扭钜，齿根要承受较大的弯曲应力；在设备启动、变速或齿轮啮合不均匀时，将承受冲击载荷的作用。,（2）失效形式,轮齿断裂,齿面磨损,麻点剥落,（3）主要力学性能要求,轮齿要有足够高的弯曲疲劳强度。,齿轮表面应有足够高的硬度、接触疲劳强度和耐磨性。,轮齿心部应具有足够高的强度和韧性。,2.齿轮常用材料及热处理,（1）钢,常用的钢有45、40Cr、40MnB等调质钢和20Cr、20CrMnTi、20MnVB、18Cr2N3A、18Cr2Ni4WA等合金渗碳钢。,（2）铸铁,（3）有色金属,（4）非金属材料,3.典型齿轮的选材及加工工艺路线,（1）机床齿轮的选材,对中碳钢或中碳合金结构钢制造的齿轮常采用的加工工艺路线为：,下料锻造正火粗加工调质半精加工或精加工齿轮表面高频淬火+低温回火（或渗氮）精磨。,常选用中碳钢或中碳合金钢,（2）汽车、拖拉机齿轮,常选用合金渗碳钢（如20Cr、20MnVB、20CrMnTi、20CrMnMo、12CrNi3A、18Cr2Ni4WA等）制造，经渗碳、淬火+低温回火处理后使用，,渗碳钢制造的齿轮常采用的加工工艺路线为：,下料锻造正火粗加工、半精加工渗碳、淬火+低温回火珩齿（或磨齿）。,（二）轴类零件的选材,1.轴的工作条件、失效形式及性能要求,2.常用轴类零件的材料,3.机床主轴的选材实例,（三）刃具的选材,1.车刀的选材,2.丝锥和板牙的选材,（四）箱座类零件的选材,第三节 零件毛坯的选择,一、毛坯选择的原则,（一）满足零件的使用性能要求,（二）满足材料的工艺性能要求,（三）经济性原则,二、常用毛坯的特点及生产成本比较,铸 件,锻 件,冲压件,焊接件,对原材料工艺性的要求,流动性好，收缩率低,塑性好，变形抗力小,塑性好，变形抗力小,强度高，塑性好，淬硬性低,常用材料,灰铸铁、球墨铸铁、低中碳钢、铝合金、铜合金,中碳钢及合金结构钢,低碳钢、奥氏体不锈钢及铜、铝等有色金属,低碳钢、低合金钢、不锈钢及铝合金等,结构特征,可生产较复杂的铸件，形状一般不受限制,形状一般较铸件简单,结构轻巧，形状可以较复杂,尺寸、形状一股不受限制，结构较轻,生产成本,较低,较高,批量越大，成本越低,较高,三、常用机械零件毛坯的选择,（一）轴杆类零件毛坯的选择,（二）盘套类零件毛坯的选择,（三）支架箱体类零件的毛坯选择,