材料与毛坯选择原则 步骤 典型零件工艺分析 无锡职业技术学院 2014年9月6日 零件材料与毛坯的选择 本章主要内容 本章围绕 机器生产过程 的课程主线 综合运用前面章节的知识 介绍零件材料和毛坯选择的基本原则和方法 分析典型零件工艺路线 并以此理清思路 进一步强化本课程的基本思想 实现教学目标 第一节材料与毛坯的选择原则第二节材料与毛坯选择的方法和步骤第三节典型零件的工艺路线分析 第一节材料与毛坯的选择原则 正确选择材料和毛坯成形方法的意义 发挥工程材料的潜能 节约材料 避免产品早期失效对保证产品质量 降低成本 提高经济效益起着重要作用 选择原则 使用性能 工艺性能经济性能 一 使用性能原则 保证零件能安全 有效地正常工作 并满足使用寿命要求包括 力学性能 化学性能 物理性能等 首先是确定最主要性能要求 然后兼顾其他性能要求 确定依据 主要依据服役条件对零件提出的性能的要求 综合考虑外界环境 受力情况指载荷类型 大小和特点 外界环境主要考虑环境温度 介质等因素 二 工艺性原则 保证材料能否顺利地加工制成零件 并使加工成本降低 生产率提高 环境可持续发展等 工艺性能主要有以下几个方面 1 对于铸件 主要考虑铸造性能 包括流动性 收缩率 吸气性和氧化 2 对于锻件 主要考虑可锻性 包括塑性 变形抗力等 3 对于焊件 主要考虑焊接性 包括工艺焊接性和接头的使用安全可靠 4 热处理性能 包括淬透性 淬硬性 过热敏感性 变形和开裂倾向 回火稳定性等 5 切削加工性能 包括切削抗力 刀具磨损 断屑能力 加工后表面质量 三 经济性原则 在满足零件使用性能和工艺性要求的前提下 使原材料与工艺成本最低 经济效益最好 应考虑下面几点 1 原材料的价格 2 加工费 管理费 国情与资源状况 常用材料的相对价格 第二节材料与毛坯选择的方法和步骤 第一步 根据零件工作条件进行失效分析 确定关键性能第二步 根据关键性能 选择材料第三步 根据材料种类与零件特点 确定毛坯成形方法第四步 审核安全性 可靠性 经济性 材料与毛坯选择的方法与步骤如下 一 失效分析 什么叫失效 指丧失或达不到原有设计功能的现象什么情况视为失效 零件完全破坏 不能继续工作 零件虽能工作 但已不能保证安全 零件虽能继续安全使用 但已不能保证机器的精度或起预定的作用失效有几种类型 断裂失效过量变形失效表面损伤失效 失效类型表格 二 确定关键使用性能要求 选定材料 基本方法 依据零件最主要的性能要求 通过失效分析提出 兼顾其他性能要求 并根据零件的形状 尺寸和批量等因素 综合考虑加工工艺性和经济性 以下几种典型零件的选材 以要求较高综合力学性能为主的零件以要求较高疲劳强度为主的零件以要求磨损为主的零件 以要求较高综合力学性能为主的零件 材料选择 中碳成分的非合金钢和合金钢 锻件或型材为毛坯 热处理考虑用调质 根据需要变可进行表面淬火等表面处理高性能球墨铸铁 铸造毛坯 成本较低低碳马氏体钢锻件 如连杆 螺栓 锻锤杆和锻模等 失效形式主要为 变形失效 和 断裂失效 分析如下 受力较复杂 主要使用性能要求 有良好的综合力学性能需调质热处理 获得综合力不性能 要考虑淬透性等 2 以要求较高疲劳强度为主的零件 传动轴 齿轮 弹簧等零件在交变应力作用下工作 失效形式主要为疲劳破坏 分析如下 主要使用性能考虑疲劳强度 疲劳强度 0 4 0 6 R 需要调质热处理 获得高的疲劳强度 考虑淬透性通过表面处理可获得表面预压应力 提高疲劳性能 需表面淬火或渗碳等 材料选择 选用淬透性较好的调质钢 并进行调质处理 选用渗碳钢进行渗碳淬火处理选用渗氮钢进行渗氮处理对零件表面进行喷丸或滚压强化 3 以要求磨损为主的零件 刀具 量具 冷冲模 顶尖和钻套等 失效形式主要是磨损 分析如下 主要使用性能为硬度和耐磨性需要淬火获得高硬度 应考虑淬透性组织中应有耐磨粒状碳化物 使耐磨性更好 材料选择 高碳钢和高碳合金钢 进行淬火 低温回火处理 4 凸轮 齿轮等零件 要求 里韧外硬 可考虑选用中碳钢进行表面淬火 低碳钢进行渗碳淬火 渗氮钢进行渗氮 三 确定毛坯成形方法 确定毛坯成形工艺与材料的种类与零件的特征有密切相关常用毛坯种类有铸件 锻件 焊接件 冲压件 型材 粉末冶金件等 表13 3常用毛坯的特点与应用 续表 毛坯选择应考虑的因素 零件的形状与尺寸轴杆类零件盘套和饼块类零件机架和箱体类零件 生产批量单件 每年 10件 年 小批 10 200件 年 大批 500 5000件 年 大量 5000件 年 生产条件与新技术的应用 四 零件材料与毛坯选择举例 例一 下图为车床尾架结构 试确定主要零件的材料与毛坯生产方法 车床尾架主要零件的工作条件 性能要求 材料及毛坯生产方法 课堂讨论题1 下图为汽车发动机活塞连杆装置 试确定主要零件的材料与毛坯生产方法 课堂讨论题2 下图为机床减速箱装置 试确定主要零件的材料与毛坯生产方法 第三节典型零件的工艺路线分析 一 齿轮类零件二 轴类零件三 箱体类零件 一 齿轮类零件 1 案例一 机床齿轮 卧式车床主轴箱三联齿轮 材料 调质钢 40Cr 工艺路线 下料 锻造 正火 粗加工 调质 精加工 齿面高频淬火 低温回火 精磨 一 齿轮类零件 1 案例二 汽车 拖拉机齿轮 材料 合金渗碳钢 20CrMnTi 工艺路线 下料 模锻 正火 粗加工 半精加工 内孔和端面留磨量 渗碳 孔防渗 淬火 低温回火 喷丸 校正花键孔 珩 磨 齿 二 轴类零件 1 案例一 某机床主轴 材料 优质碳素结构钢 45 工艺路线 下料 锻造 正火 粗加工 调质 半精加工 局部淬火 锥体 颈部 低温回火 粗磨 铣花键 花键高频淬火 低温回火 精磨 三 箱体类零件 1 案例一 机床齿轮 卧式车床主轴箱三联齿轮 材料 灰铸铁件 HT200 工艺路线 铸造 去应力退火 划线 切削加工 END谢谢