2021/9/231第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式零件失效的情况：零件失效的情况：完全破坏不能使用；完全破坏不能使用；虽然能工作但是不能满意地起到预定的作用；虽然能工作但是不能满意地起到预定的作用；损伤不严重但继续工作不安全。损伤不严重但继续工作不安全。导导致致零零件件失失效效的的主主要要原原因因2021/9/232第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式失效形式：失效形式：2021/9/233第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式弹性极限、曲性极限、曲强强比、比、疲疲劳强强度度弹性性丧失、失、疲疲劳断裂断裂振振动循循环、冲、冲击扭扭应力（螺力（螺旋簧）、弯旋簧）、弯应力（板簧）力（板簧）弹簧簧表面硬度及弯曲疲表面硬度及弯曲疲劳强强度、接触疲度、接触疲劳抗力、抗力、心部屈服心部屈服强强度、度、韧性性磨磨损、麻点剥、麻点剥落、落、齿折断折断强强烈摩烈摩擦、振擦、振动循循环、冲、冲击压、弯、弯应力力传动齿轮综合力学性能合力学性能疲疲劳破坏、破坏、过量量变形、形、轴颈处磨磨损、咬、咬蚀轴颈处摩擦、摩擦、振振动循循环、冲、冲击弯、扭弯、扭应力力传动轴屈服屈服强强度及抗剪度及抗剪强强度度过量量变形、形、断裂断裂静静拉、切拉、切应力力普通普通紧固固螺栓螺栓其他其他载荷性荷性质应力种力种类要求的主要力学性能要求的主要力学性能常常见失效形式失效形式工作条件工作条件零件零件（工（工具）具）表表11-1几种零件（工具）工作条件、失效形式及要求的力学性能几种零件（工具）工作条件、失效形式及要求的力学性能2021/9/234第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式抗抗压疲疲劳强强度、冲度、冲击疲疲劳抗力抗力脆断脆断循循环、冲、冲击拉、切拉、切应力力连杆杆疲疲劳强强度、硬度、度、硬度、冲冲击疲疲劳抗力、抗力、综合力学性能合力学性能磨磨损、咬、咬蚀、疲疲劳断裂、断裂、脆断脆断轴颈摩擦摩擦循循环、冲、冲击弯、扭弯、扭应力力曲曲轴接触疲接触疲劳抗力、硬抗力、硬度、耐磨性度、耐磨性磨磨损、麻点、麻点剥落、疲剥落、疲劳断裂断裂强强烈摩擦烈摩擦循循环、冲、冲击压应力力滚动轴承承高温高温强强度、度、热疲疲劳抗力、抗力、韧性与性与红硬硬性性热疲疲劳、磨磨损、脆断、脆断高温度、摩高温度、摩擦、金属液擦、金属液腐腐蚀循循环、冲、冲击复复杂应力力压铸模模硬度、足硬度、足够的的强强度、度、韧性性磨磨损、脆断、脆断强强烈摩擦烈摩擦循循环、冲、冲击复复杂应力力冷作模具冷作模具硬度、抗硬度、抗压强强度度磨磨损摩擦、油的摩擦、油的腐腐蚀循循环、冲、冲击压应力力油油泵柱塞柱塞副副续表续表11-12021/9/235第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式一、过量变形一、过量变形过量弹性变形过量弹性变形除了弹簧以外，大多数零件都必须限制，要求有足除了弹簧以外，大多数零件都必须限制，要求有足够的刚度。够的刚度。如：弹性变形大的镗床镗杠无法保证精度。如：弹性变形大的镗床镗杠无法保证精度。过量塑性变形过量塑性变形是零件失效的重要形式，轻则使机器的工作情况变是零件失效的重要形式，轻则使机器的工作情况变坏，重则使它不能继续运行，甚至破坏。坏，重则使它不能继续运行，甚至破坏。如：齿轮的塑性变形会使啮合不良，甚至卡死、断如：齿轮的塑性变形会使啮合不良，甚至卡死、断齿。齿。2021/9/236第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式二、断裂二、断裂是金属材料最严重的失效形式，特别是在是金属材料最严重的失效形式，特别是在没有明显塑性变形的情况下突然发生的脆性断没有明显塑性变形的情况下突然发生的脆性断裂，往往会造成灾难性事故。裂，往往会造成灾难性事故。防止脆断的方法：防止脆断的方法：准确分析零件所受应力及应准确分析零件所受应力及应力集中的情况，选择满足强度要求并具有一定力集中的情况，选择满足强度要求并具有一定塑性和韧性的材料。塑性和韧性的材料。断口分析：断口分析：是断裂失效分析的核心，同时又是是断裂失效分析的核心，同时又是断裂失效分析的向导，指引断裂失效分析少走断裂失效分析的向导，指引断裂失效分析少走弯路。弯路。2021/9/237例：例：右图为金属材料的室右图为金属材料的室温拉伸或冲击试样的断口温拉伸或冲击试样的断口宏观观察，可以看到其断宏观观察，可以看到其断口分为：口分为：F-纤维状区纤维状区R-放射状区放射状区S-剪切唇区剪切唇区2021/9/238第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式不同断裂的实物比较：不同断裂的实物比较：塑性断裂塑性断裂脆性断裂脆性断裂疲劳断裂疲劳断裂2021/9/239第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式不同断裂的显微特征：不同断裂的显微特征：塑塑性性断断裂裂断断口口（韧韧窝窝）疲疲劳劳断断裂裂断断口口脆脆性性断断裂裂a.解解理理花花样样b.冰冰糖糖花花样样2021/9/2310第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式实例：汽实例：汽车板簧断裂失效车板簧断裂失效板簧表面存在严重的热加工缺陷板簧表面存在严重的热加工缺陷-折叠，疲劳源折叠，疲劳源在折叠造成的表面裂纹处形成。根据板簧的安装条件在折叠造成的表面裂纹处形成。根据板簧的安装条件和工作状况分析，板簧断裂位置处于应力集中处。裂和工作状况分析，板簧断裂位置处于应力集中处。裂纹在应力作用下扩展，最后造成板簧疲劳断裂。纹在应力作用下扩展，最后造成板簧疲劳断裂。2021/9/2311第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式三、表面损伤三、表面损伤据资料介绍，据资料介绍，70%的机器是由过量磨损而失效的。的机器是由过量磨损而失效的。磨损不仅消耗材料，损坏机器，而且耗费大量能源。磨损不仅消耗材料，损坏机器，而且耗费大量能源。相互接触的一对金属表面，相对运动时金属表面相互接触的一对金属表面，相对运动时金属表面不断发生损耗或产生塑性变形，使金属表面状态和尺不断发生损耗或产生塑性变形，使金属表面状态和尺寸改变的现象称为寸改变的现象称为磨损磨损。活塞环与缸套之间的摩擦活塞环与缸套之间的摩擦2021/9/2312第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式磨损失效磨损失效粘着磨损粘着磨损两个金属表面的微凸部分两个金属表面的微凸部分在局部高压下产生局部粘结在局部高压下产生局部粘结(固相粘着固相粘着)，使材料从一个，使材料从一个表面转移到另一表面或撕下表面转移到另一表面或撕下作为磨料留在两个表面之间，作为磨料留在两个表面之间，这一现象称为粘着磨损。这一现象称为粘着磨损。粘着磨损示意图粘着磨损示意图三、表面损伤三、表面损伤2021/9/2313磨料磨损磨料磨损配合表面之间在相对运动过程中，因外来硬配合表面之间在相对运动过程中，因外来硬颗粒或表面微突体的作用造成表面损伤（被犁削颗粒或表面微突体的作用造成表面损伤（被犁削形成沟漕）的磨损称为磨粒形成沟漕）的磨损称为磨粒(料料)磨损。磨损。第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式磨粒磨损示意图磨粒磨损示意图磨损失效磨损失效2021/9/2314犁削磨损犁削磨损硬材料表面的微凸点切削较软材料的表面，硬材料表面的微凸点切削较软材料的表面，在较软材料的表面形成在较软材料的表面形成“犁沟犁沟”。犁削磨损示意图犁削磨损示意图磨损失效磨损失效第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式 2021/9/2315第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式粘着磨损磨痕粘着磨损磨痕磨粒磨损磨痕磨粒磨损磨痕犁削磨损磨痕犁削磨损磨痕不同磨损的墨痕：不同磨损的墨痕：表面疲劳磨损表面疲劳磨损两个接触面作滚动或滚动滑动复合磨擦时，在交两个接触面作滚动或滚动滑动复合磨擦时，在交变接触压应力作用下，使材料表面疲劳而产生材料损失变接触压应力作用下，使材料表面疲劳而产生材料损失的现象称为表面疲劳磨损。的现象称为表面疲劳磨损。2021/9/2316第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式腐蚀失效腐蚀失效腐蚀是金属暴露于活性介质环境中发生的一种表腐蚀是金属暴露于活性介质环境中发生的一种表面损耗，它是金属与环境介质之间发生的化学和电化面损耗，它是金属与环境介质之间发生的化学和电化学作用的结果。学作用的结果。均匀腐蚀均匀腐蚀均匀腐蚀是在整个金属的表面均匀地发生。均匀腐蚀是在整个金属的表面均匀地发生。腐蚀均匀性的前提：被腐蚀的金属表面具有均匀腐蚀均匀性的前提：被腐蚀的金属表面具有均匀的化学成分和显微组织，腐蚀环境包围金属表面是均的化学成分和显微组织，腐蚀环境包围金属表面是均匀而且不受限制。匀而且不受限制。均匀腐蚀可在大气、液体以及土壤里产生。如质均匀腐蚀可在大气、液体以及土壤里产生。如质量保证的钢材在大气中所产生的锈蚀。量保证的钢材在大气中所产生的锈蚀。2021/9/2317第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式点腐蚀点腐蚀腐蚀集中于局部，呈尖腐蚀集中于局部，呈尖锐小孔，进而向深度扩成孔锐小孔，进而向深度扩成孔穴甚至穿透穴甚至穿透(孔蚀孔蚀)。金属表面受破坏处和未金属表面受破坏处和未受破坏处形成受破坏处形成“局部电池局部电池”，其中受破坏处是阳极，未，其中受破坏处是阳极，未受破坏处是阴极，腐蚀电流受破坏处是阴极，腐蚀电流由阳极流向周围的阴极，阳由阳极流向周围的阴极，阳极处很快被腐蚀成小孔。极处很快被腐蚀成小孔。点腐蚀示意图点腐蚀示意图2021/9/2318第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式晶间腐蚀晶间腐蚀腐蚀发生于晶粒边界或其近旁，其主要原因是腐蚀发生于晶粒边界或其近旁，其主要原因是晶界处化学成分不均匀。晶界处化学成分不均匀。晶间腐蚀示意图晶间腐蚀示意图2021/9/2319第一节第一节机械零件的失效形式机械零件的失效形式实例：汽车储气罐放水阀弹簧腐蚀失效实例：汽车储气罐放水阀弹簧腐蚀失效弹簧材料为碳素弹簧钢，长弹簧材料为碳素弹簧钢，长期在含有氧、硫的水油混和物中期在含有氧、硫的水油混和物中浸泡，受到严重腐蚀，表面腐蚀浸泡，受到严重腐蚀，表面腐蚀产物从材料表面剥落，减少了弹产物从材料表面剥落，减少了弹簧丝的截面，同时弹簧因腐蚀而簧丝的截面，同时弹簧因腐蚀而变脆。在阀芯受到向上的作用力变脆。在阀芯受到向上的作用力F时，弹簧破断。当作用力去除时，弹簧破断。当作用力去除后，阀芯在重力和气罐内气压的后，阀芯在重力和气罐内气压的作用下，阀芯与阀座间尚能起到作用下，阀芯与阀座间尚能起到一定的密封作用。但如果车辆受一定的密封作用。但如果车辆受到强烈震动，阀芯会跳离阀座，到强烈震动，阀芯会跳离阀座，破断的弹簧丝会卡入阀芯、阀座破断的弹簧丝会卡入阀芯、阀座的密封面处，使气体泄漏，造成的密封面处，使气体泄漏，造成气压降低，刹车失灵。气压降低，刹车失灵。2021/9/2320第二节第二节选材的基本原则选材的基本原则1.1.根根据据零零件件工工作作条条件件、失失效效形形式式提提出出合合理理的的抗抗力力指指标标。2.2.在满足机械性能前提下，尽量照顾在满足机械性能前提下，尽量照顾工艺性工艺性（铸、锻、（铸、锻、焊、切削加工、热处理），特别在批量生产时。焊、切削加工、热处理），特别在批量生产时。b b，HBHB，-1-1，a ak k, ,s s/b b,K,K1c1c等等过量量变形形断裂断裂表面状表面状态、尺寸改、尺寸改变应力状力状态：拉、：拉、压、弯、扭、弯、扭载荷性荷性质：静、冲：静、冲击、交、交变工作温度：常、高、低温工作温度：常、高、低温工作介工作介质：空气、液、腐：空气、液、腐蚀抗力指抗力指标失效形式失效形式工作条件工作条件2021/9/2321第二节第二节选材的基本原则选材的基本原则3.充分考虑充分考虑经济性经济性：（1）尽量用本地可购材料；材料品种、规格尽量集中。）尽量用本地可购材料；材料品种、规格尽量集中。（2）考虑初始成本与附加成本（售后服务）的关系）考虑初始成本与附加成本（售后服务）的关系1）初始成本）初始成本，质量，质量，附加成本，附加成本；2）初始成本）初始成本，质量，质量，附加成本，附加成本。2021/9/2322第三节第三节热处理方案的选择热处理方案的选择选择热处理方案遵循的原则：选择热处理方案遵循的原则：1、要求综合力学性能好的零件：、要求综合力学性能好的零件：调质调质2、要求弹性好的零件、要求弹性好的零件较大弹性变形量：较大弹性变形量：淬火中温回火淬火中温回火（大截面）（大截面）（弹簧钢）（弹簧钢）去应力退火去应力退火（小截面）（小截面）大弹性变形量：大弹性变形量：去应力退火去应力退火或或淬火时效处理淬火时效处理铜基合金）铜基合金）3、要求耐磨的零件：、要求耐磨的零件：淬火低温回火淬火低温回火4、要求特殊物理性能的零件：、要求特殊物理性能的零件：根据要求进行处理根据要求进行处理2021/9/2323第三节第三节热处理方案的选择热处理方案的选择W18Cr4V钢的热处理工艺过程示意图钢的热处理工艺过程示意图2021/9/2324第三节第三节 热处理技术条件标注热处理技术条件标注C620车床主轴及热处理技术条件车床主轴及热处理技术条件1.一般标硬度：一般标硬度：无损、可直接在零件测试无损、可直接在零件测试（注意与所选材料及组织一致）（注意与所选材料及组织一致）波动范围：波动范围：HRC5个单位；个单位；HB3040个单位个单位2.表面热处理：表面热处理：范围、深度、表面与心部硬度及组范围、深度、表面与心部硬度及组织要求等。织要求等。2021/9/2325第四节第四节 预防和控制热处理变形的方法和措施预防和控制热处理变形的方法和措施变形主要是由于热处理产生内应力（变形主要是由于热处理产生内应力（热应力热应力和和组组织应力织应力）引起的。）引起的。热应力：由于温度差而产生体积收缩（膨胀）量热应力：由于温度差而产生体积收缩（膨胀）量不同所引起的内应力。不同所引起的内应力。组织应力：由于组织转变而产生体积变化不同所组织应力：由于组织转变而产生体积变化不同所引起的内应力。引起的内应力。2021/9/2326第四节第四节 预防和控制热处理变形的方法和措施预防和控制热处理变形的方法和措施结结构构设设计计要要充充分分考考虑虑热热处处理理变变形形（甚甚至至开开裂裂），避避免免应力集中应力集中1.避免尖角、棱角、厚薄悬殊等不合理结构；避免尖角、棱角、厚薄悬殊等不合理结构；尽量采用封闭、对称，组合等结构。尽量采用封闭、对称，组合等结构。2.掌握变形规律，调整加工尺寸或预留掌握变形规律，调整加工尺寸或预留加工余量加工余量。3.合理安排加工工艺路线。合理安排加工工艺路线。加工余量：加工过程中在工件表面所切去的金加工余量：加工过程中在工件表面所切去的金属层厚度。属层厚度。2021/9/2327第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析机械零件选材机械零件选材的一般步骤的一般步骤:2021/9/2328工艺过程的基本知识工艺过程的基本知识第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析一、毛坯的选择要考虑如下因素一、毛坯的选择要考虑如下因素 1、零件材料的工艺特征、零件材料的工艺特征 某些箱体需铸造，轴、齿轮等多半要锻造某些箱体需铸造，轴、齿轮等多半要锻造 2、零件的结构形状和外形尺寸、零件的结构形状和外形尺寸 轴可选用圆棒料轴可选用圆棒料 机架、大齿轮可考虑铸钢机架、大齿轮可考虑铸钢 3、生产纲领的大小、生产纲领的大小 例如：模锻和自由锻对零件数量要求不同例如：模锻和自由锻对零件数量要求不同 4、现有生产条件、现有生产条件2021/9/2329第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析工艺过程的基本知识工艺过程的基本知识二、外圆面加工二、外圆面加工（a）外圆面技术要求）外圆面技术要求 1、本身精度、本身精度 尺寸、形状尺寸、形状 2、位置精度、位置精度 3、表面质量、表面质量（b）外圆面加工方案分析）外圆面加工方案分析 1、粗车、粗车 2、粗车、粗车半精车半精车 3、粗车、粗车半精车半精车磨磨 粗车粗车半精车半精车粗磨式半精磨粗磨式半精磨 4、粗车、粗车半精车半精车粗磨粗磨精磨精磨 5、粗车、粗车半精车半精车粗磨粗磨精磨精磨研磨研磨 6、粗车、粗车精车精车精细车精细车(有色金属有色金属)2021/9/2330第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析工艺过程的基本知识工艺过程的基本知识三、孔的加工三、孔的加工（a）孔的技术要求）孔的技术要求 1、本身精度、本身精度 尺寸、形状尺寸、形状 2、位置精度、位置精度 3、表面质量、表面质量 粗糙度、物理力学性能粗糙度、物理力学性能（b）孔加工方案分析）孔加工方案分析 1、钻、钻粗拉粗拉精拉精拉 2、钻、钻扩扩较较 3、钻或粗镗、钻或粗镗半精镗半精镗精镗精镗金刚镗（有色金属）金刚镗（有色金属）2021/9/2331第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析一、齿轮类一、齿轮类1. 1. 齿轮的工作条件和对性能的要求齿轮的工作条件和对性能的要求 齿轮的工作条件齿轮的工作条件 由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力；由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力； 换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷；换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷； 齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩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。擦力的作用。 齿轮的失效形式齿轮的失效形式 疲劳断裂疲劳断裂 主要从根部发生；主要从根部发生； 齿面磨损齿面磨损 由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小；由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小； 齿面接触疲劳破坏齿面接触疲劳破坏 在交变接触应力作用下，齿面产在交变接触应力作用下，齿面产 生微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落生微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落( (或称麻点或称麻点) )； 过载断裂过载断裂 主要是冲击载荷过大造成的断齿。主要是冲击载荷过大造成的断齿。2021/9/2332第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析一、齿轮类一、齿轮类失失效效形形式式2021/9/2333第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析一、齿轮类一、齿轮类 齿轮材料的性能要求齿轮材料的性能要求 高的弯曲疲劳强度；高的弯曲疲劳强度； 高的接触疲劳强度和耐磨性；高的接触疲劳强度和耐磨性； 较高的强度和冲击韧性。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。此外，还要求有较好的热处理工艺性能，如热处理变形小等。 齿轮类零件的选材齿轮类零件的选材 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。心应有足够的冲击韧性，目的是防止轮齿受冲击过载断裂。 从以上两方面考虑，选用低、中碳钢或其合金钢。它从以上两方面考虑，选用低、中碳钢或其合金钢。它们经表面强化处理后，表面有高的强度和硬度，心部有好的们经表面强化处理后，表面有高的强度和硬度，心部有好的韧性，能满足使用要求。此外，这类钢的工艺性能好，经济韧性，能满足使用要求。此外，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。上也较合理，所以是比较理想的材料。2021/9/2334第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析一、齿轮类一、齿轮类2. 2. 汽车、拖拉机齿轮汽车、拖拉机齿轮汽车后桥齿轮汽车后桥齿轮北京吉普北京吉普后桥圆锥主动齿轮后桥圆锥主动齿轮2021/9/2335第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析一、齿轮类一、齿轮类2.汽车、拖拉机齿轮汽车、拖拉机齿轮材料：材料：20CrMnTi工工艺艺路路线线：锻锻正正火火机机加加工工渗渗碳碳、预预冷冷淬淬火火+低温回火低温回火喷丸喷丸(压应力、压应力、-1)磨磨各步热处理组织及作用：各步热处理组织及作用：1）正火：）正火：S+(少量少量)消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）；消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）；调整硬度、利于切削加工。调整硬度、利于切削加工。2）渗碳、预冷淬火）渗碳、预冷淬火+低温回火：低温回火：表：表：M回回+K+A(少量少量)；心：心：M低碳低碳达到达到“表硬心韧表硬心韧”，满足使用要求。，满足使用要求。2021/9/2336机床变速箱齿轮机床变速箱齿轮一、齿轮类一、齿轮类 第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析3. 3. 机床齿轮机床齿轮2021/9/2337一、齿轮类一、齿轮类 3.机床齿轮机床齿轮材料：材料：45（或（或40Cr）工工艺艺路路线线：锻锻正正火火粗粗机机加加工工调调质质精精机机加加工工高高频频感感应加热淬火应加热淬火+低温回火低温回火磨磨各部热处理组织及作用：各部热处理组织及作用：1）正火：）正火：S+(少量少量)消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）；消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）；调整硬度、利于切削加工。调整硬度、利于切削加工。2)调质：调质：S回回，满足整体机械性能要求：综合机械性能，满足整体机械性能要求：综合机械性能3）高频感应加热淬火）高频感应加热淬火+低温回火：低温回火：表：表：M回回+A(少量少量)；心：心：S回回达到达到“表硬心韧表硬心韧”，满足使用要求。，满足使用要求。第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析2021/9/2338第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析二、轴类二、轴类1. 1. 轴的工作条件和性能要求轴的工作条件和性能要求轴的工作条件轴的工作条件工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用；工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用；轴与轴上零件有相对运动轴与轴上零件有相对运动,相互间存在摩擦和磨相互间存在摩擦和磨损；损；轴在高速运转过程中会产生振动轴在高速运转过程中会产生振动,使轴承受冲击使轴承受冲击载荷；载荷；多数轴会承受一定的过载载荷。多数轴会承受一定的过载载荷。2021/9/2339第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析 轴的使用性能要求轴的使用性能要求 高的强度、足够的硬度和良好的韧性；高的强度、足够的硬度和良好的韧性； 高的疲劳极限；高的疲劳极限； 在相对运动的摩擦部位，如轴颈、花键等处，应在相对运动的摩擦部位，如轴颈、花键等处，应具有高的硬度和耐磨性。具有高的硬度和耐磨性。 轴的失效形式轴的失效形式长期交变载荷下的疲劳断裂（包括扭转疲劳和弯曲长期交变载荷下的疲劳断裂（包括扭转疲劳和弯曲疲劳断裂）；疲劳断裂）；大载荷或冲击载荷作用引起的过量变形、断裂；大载荷或冲击载荷作用引起的过量变形、断裂；与其它零件相对运动时产生的表面过度磨损。与其它零件相对运动时产生的表面过度磨损。2021/9/2340第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析二、轴类二、轴类失效形式：失效形式：转轴弯曲疲劳断口形貌转轴弯曲疲劳断口形貌直升飞机螺旋桨驱动齿轮轴扭断直升飞机螺旋桨驱动齿轮轴扭断 轴颈被埋嵌在轴承中的硬粒子磨损轴颈被埋嵌在轴承中的硬粒子磨损2021/9/2341制造轴类零件的材料主要是制造轴类零件的材料主要是碳素结构和合金结构碳素结构和合金结构钢钢，一般是以锻件或轧制型材为毛胚。，一般是以锻件或轧制型材为毛胚。根据承载能力的大小选用材料，然后根据选材的根据承载能力的大小选用材料，然后根据选材的不同选择相应的热处理工艺。不同选择相应的热处理工艺。轴的选材轴的选材第五节第五节典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析2021/9/23423.轴类零件加工工艺路线及其分析轴类零件加工工艺路线及其分析第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析车床主轴车床主轴C620车床主轴简图车床主轴简图2021/9/23433.轴类零件加工工艺路线及其分析轴类零件加工工艺路线及其分析第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析车床主轴车床主轴1)材料：材料：45（或（或40Cr）2)工工艺艺路路线线：锻锻正正火火粗粗机机加加工工调调质质精精机机加加工工轴轴颈颈：高频淬火高频淬火+低温回火低温回火磨磨3)各部热处理组织及作用：各部热处理组织及作用：a）正火：）正火：S+(少量少量)消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）；消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）；调整硬度、利于切削加工。调整硬度、利于切削加工。b）调质：）调质：S回回，满足整体机械性能要求：综合机械性能，满足整体机械性能要求：综合机械性能c）轴颈：高频淬火）轴颈：高频淬火+低温回火：低温回火：表：表：M回回+A(少量少量)；心：心：S回回达到达到“表硬心韧表硬心韧”，满足使用要求。，满足使用要求。2021/9/2344镗杆（磨床主轴）镗杆（磨床主轴）1)材料：材料：38CrMoAlA2)工艺路线：锻工艺路线：锻退火退火粗车粗车调质调质精车精车去应力退火去应力退火粗磨粗磨氮化氮化精磨精磨时效时效研磨研磨3)各步热处理组织及作用：各步热处理组织及作用：a）退火：）退火：P+(少量少量)消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）；消除锻造缺陷（晶粒粗大、应力）；调整硬度、利于切削加工。调整硬度、利于切削加工。b）调质：）调质：S回回，满足整体机械性能要求：综合机械性能，满足整体机械性能要求：综合机械性能。c）去应力退火）去应力退火:消除机加工应力；消除机加工应力；d）氮化：）氮化：表：表：合金氮化物；合金氮化物；心：心：S回回达到达到“表硬（表硬（Hv800）心韧）心韧”，满足使用要求。，满足使用要求。e)时效时效:消除磨削应力，稳定组织及尺寸，满足精度要求；消除磨削应力，稳定组织及尺寸，满足精度要求；第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析2021/9/2345第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析二、轴类二、轴类 内燃机曲轴内燃机曲轴175A型柴油机曲轴简图型柴油机曲轴简图2021/9/2346材料：材料：QT600-2工艺路线：铸工艺路线：铸正火正火去应力退火去应力退火机加工机加工轴颈：轴颈：高频淬火高频淬火+低温回火低温回火磨磨各部热处理组织及作用：各部热处理组织及作用：1）正火：）正火：P细细+G球球消除铸造缺陷和应力；消除铸造缺陷和应力；获获P细细+G球，满足整体性能。球，满足整体性能。2）去应力退火：消除正火应力。）去应力退火：消除正火应力。3）轴颈：高频淬火）轴颈：高频淬火+低温回火：低温回火：表：表：M回回+G球；球；心：心：P细细+G球球达到达到“表硬心韧表硬心韧”，满足使用要求。，满足使用要求。第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析二、轴类二、轴类 内燃机曲轴内燃机曲轴2021/9/2347第五节第五节 典型零件选材及加工工艺路线分析典型零件选材及加工工艺路线分析刃具选材刃具选材三、三、其他：其他：W18Cr4V车刀、车刀、Cr12MoV冷冷(热热)作模具、作模具、 5CrNiMo热锻模、机床床身、手术刀等。热锻模、机床床身、手术刀等。2021/9/2348