1、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 2019年9月6日零件材料与毛坯的选择零件材料与毛坯的选择本章主要内容本章主要内容 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第一节 材料与毛坯的选择原则材料与毛坯的选择原则第二节第二节 材料与毛坯选择的方法和步骤材料与毛坯选择的方法和步骤第三节第三节 典型零件的工艺路线分析典型零件的工艺路线分析第一节材料与毛坯的选择原则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
2、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：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：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：工艺性能主要有以下
3、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二节材料与毛坯选择的方法和步骤第
4、一步：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：第二步：根据关键性能，选择材料第三步：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：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：材料与毛坯选择的方法与步骤如下：一、失效分析一、失效分析什么叫失效？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？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？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失效类型表格二、确定关键使用性
5、能要求、选定材料二、确定关键使用性能要求、选定材料基本方法：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以要求较高综合力学性能为主的零件材料材料选择：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
6、形式主要为“变形失效”和“断裂失效”）分析如下：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、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：分析如下：主要使用性能考虑疲劳强度，疲劳强度（0.40.6）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材料选择：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
7、丸或滚压强化3、以要求磨损为主的零件、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：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，使耐磨性更好材料材料选择：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、凸轮、齿轮等零件，要求“里韧外硬里韧外硬”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、粉末冶金件等表表13-3 常用毛
8、坯的特点与应用（续表）常用毛坯的特点与应用（续表）毛坯选择应考虑的因素毛坯选择应考虑的因素（）零件的形状与尺寸（）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（）生产批量 单件（每年10件年）小批（10200件年）大批（5005000件年）大量（5000件年）（）生产条件与新技术的应用（）生产条件与新技术的应用四、零件材料与毛坯选择举例四、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
9、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：材料：调质钢（40Cr）工艺路线：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、齿轮类零件一、齿轮类零件1、案例二：汽车、拖拉机齿轮材料：材料：合金渗碳钢（20CrMnTi）工艺路线：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、轴类零件二、轴类零件1、案例一：某机床主轴材料：材料：优质碳素结构钢（45）工艺路线：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：材料：灰铸铁件（HT200）工艺路线：工艺路线：铸造 去应力退火 划线 切削加工。END 谢谢！
