第十二章零件的选材及工艺路线
机械零件的选材
机械零件的选材在机械零件的设计与制造过程中，如何合理地选择材料是一项十分重要的工作。
机械零件的设计不单是结构设计，还应包括材料和工艺的设计，故从事机械设计与制造的工程技术人员，必须掌握各种材料的特性，会正确选择和使用，并能初步分析机器及零件使用过程中出现的各种材料问题。
1、工程材料的强化方式：固溶强化、加工硬化、细化组织强化、第二相强化、相变强化、复合强化。
2、工程材料的韧化途径：细化晶粒、调整化学成分、形变热处理、低碳马氏体强韧化。
一、选材的基本原则＊满足机件的使用性能要求＊较好的加工工艺性＊较好的经济性1、材料的使用性能应能满足使用要求使用性能与选材材料的使用性能是选材时考虑的最主要根据——首先要准确地判断零件所要求的主要使用性能。
（1）从工作条件及失效形式的分析提出使用性能要求①承受载荷的类型及大小——如承受持久作用的静载荷，对弹性或塑性变形的抗力是最主要的使用性能；承受交变载荷，则疲劳抗力是重要的使用性能。
②工作环境——温度、介质的性质等③特殊要求的性能——电、热、磁、比重、外观等失效分析为正确选材提供了重要依据，其目的是找出零件损坏的原因。
如失效分析证明零件损坏确系选材不当所致，则可通过选择合适的材料来防止失效。
（2）从使用性能要求提出机械、物理、化学等性能要求使用性能要求→可测的实验室性能指标→初选一般根据设计手册的数据选材，应注意：﹡材料的性能与加工、处理条件有密切的关系。
﹡材料的性能与加工处理时试样毛坯的尺寸有很大关系。
﹡材料的化学成分、加工处理的工艺参数、性能都有一个允许的波动范围只要零件的尺寸、处理条件与手册所给的相同，按手册性能选材是偏安全的手册一般给出：σs 、σb 、δ、ψ、ak目前工程上往往用硬度来作为零件的质量检验标准（简单、非破坏性、硬度与其他性能之间有大致固定的关系），此时还须对处理工艺（主要是热处理工艺）作出明确规定。
2、材料的工艺性应满足加工要求材料的工艺性能，即加工成零件的难易程度，自然是选材时必须考虑的重要问题。
零件选材及工艺路线
(5)选材时应考虑我国的资源和供应情况，尽量选 用我国资源丰富的合金钢系列，如锰钢、硅锰钢 等；少选或不选含镍、铬、钴等我国资源缺乏的 钢种。 (6)应根据厂家的具体情况选择工艺成熟的材料， 以降低加工费，提高成品率。同时，还应考虑所 选材料的品种尽量少而集中，以减少管理费用； 尽量选用本地区或就近可以供应的材料，以降低 运输费用。此外，所选材料还应考虑环保问题等。
§ 1 选材的原则
1.2工艺性能选材原则（陶瓷材料）
硬而脆且导热性较差。根据陶瓷制品的材料、性能 要求、形状尺寸精度及生产率不同，可选用粉浆成形、
压制成形、挤压成形、可塑成形等方法。陶瓷材料的
切削加工性能极差，除极少数陶瓷外 ( 如氮化硼陶瓷 ) ， 其它陶瓷均不可切削加工；陶瓷虽可磨削加工，但其
§ 3 典型零件选材与工艺分析
工程材料的应用概况
复合材料克服了高分子材料和陶瓷材料的不足，综
合了各种不同材料的优良性能，具有高的比强度、比刚 度、抗疲劳、减振、耐磨性能优良等特点。尤其是金属 基复合材料，从力学性能角度看，可能是最理想的机械 工程材料。但复合材料价格昂贵，除在航天航空、船舶、 武器装备等国防工业中的重要结构件上应用外，在一般 的民用工业上应用有限。但应注意的是，随着复合材料 的生产成本降低，其应用潜力巨大、前景极其广阔。
预防和控制热处理变形的方法与措施
预防和控制热处理变形的方法与措施
1.2工艺性能选材原则（高分子材料）
习题十二典型零件的选材与加工
习题十一典型零件的选材料与加工1、什么是失效? 零件有哪几种不同程度的失效?2、零件的三种基本的失效方式是什么? 各表现出什么特点?3、什么是过量弹性变形失效? 什么是过量塑性变形失效? 怎么预防?4、零件在高温下的失效与疲劳载荷及室温静载作用下的失效有什么异同?5、选择下列具体的失效形式所属的失效类型：弹性失稳属于的失效，热疲劳属于的失效，接触疲劳属于的失效，应力腐蚀属于的失效，蠕变属于的失效。
(变形类型，断裂类型，表面损伤类型)6、简述引起零件失效的原因。
7、“某工厂某年发生一汽轮机叶片飞出的严重事故。
该汽轮机由多段转子组成。
检查发现，飞出叶片转子的槽发生了明显的变形，而未飞出叶片的转子的槽没有变形。
因此可以断定，失效转子的钢材用错了。
”，这一说法正确吗? 为什么?8、某化肥厂由国外进口30万t氨合成塔，在吊装时吊耳与塔体连接的12个螺栓全部突然断裂。
经化验，螺栓材料为与热轧20钢相近的碳钢，强度不高。
引起这一事故的原因可能是中的不当，失效形式属于。
(设汁，加工，选材，安装使用；塑性断裂，脆性断裂，疲劳断裂，蠕变断裂)9、下图为W18Cr4V钢制的螺母冲头，使用中从A处断裂。
经检查不存在材料和热处理方面的问题，请分析引起失效的原因，应作什么改进?10、一轴尺寸为30mm×200mm，要求摩擦部分表面硬度为50～55HRC。
现用30钢制作，采用高频感应加热表面淬火(水冷)和低温回火处理。
但在使用过程中发现摩擦部分严重磨损，试分析失效原因并提出解决问题的方法。
11、某工厂用T10钢制造钻头，给一批铸件打10mm的深孔，但打几个孔后钻头即很快磨损。
据检验，钻头的材质、热处理、金相组织和硬度都合格。
问失效原因和解决问题的方案。
12、进行失效分析时常用的试验方法有哪些? 其主要目的是什么?13、设计人员在选材时应考虑什么原则? 如何才能做到合理选材?14、写出下列符号所代表的力学性能指标的名称：σb σsδψαK HB KICσ1E 。
第十二章 机械装配工艺
1. 制定装配工艺规程应遵循的原则
（1）保证并力求提高产品装配质量，以延长产品的使用寿命。 （2）合理安排装配工序，尽量减少钳工装配的工作量，提高装配效率，以缩短装 配周期。 （3）尽可能减少车间的生产面积，以提高单位面积的生产效率。
§12-4 装配工艺规程的制定
机械制造工艺与设备
第12章 机械装配工艺
§12-1 装配工艺概述
一、装配
机械产品一般由许多零件和部件组成，根据规定的技术 要求，将若干零件“拼装”成部件或将若干零件和部件“拼 装”成产品的过程称为装配。前者称为部件装配，简称部装； 后者称为总装配，简称总装。
一般情况下，装配单元可分为零件、合件、组件、部件 和产品五级，由于结构和功能不同，并非所有产品都有所有 装配单元。
§12-1 装配工艺概述
4. 平衡 平衡是一个消除不平衡的过程，有静平衡和动平衡两种方
法。盘类零件一般采用静平衡法，轴类零件一般采用动平衡法。
5. 验收试验 机械产品装配完成后，应根据有关技术标准和规定，对产
品进行较全面的检验和试验工作，合格后方准出厂。
三、装配精度
1. 装配精度概述 机器或部件装配后实际几何参数与理想几何参数的符合程
§12-2 装配尺寸链计算
2. 建立装配尺寸链时的注意事项 （1）按一定层次分别建立产品与部件的装配尺寸链。 （2）在保证装配精度的前提下，装配尺寸链组成环可适当简化。 （3）装配尺寸链的组成应遵循最短路线（环数最少）原则。 （4）当同一装配结构在不同位置方向有装配精度要求时，应按 不同方向分别建立装配尺寸链。
（3）准备所需装配工具：压力机、套筒、铜棒、锤子等。
（4）清洗零件、整形和补充加工
§12-1 装配工艺概述
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典型零件的选材与工艺路线分析..
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
材料加工和成型工艺(考试大纲)
课程名称：材料加工和成型工艺课程代码：00699第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点《材料加工及成型工艺》是一门研究制造机器零件选材及毛坯成形方法的综合性技术学科。
它是高等学校机械类专业一门重要的技术基础课。
二、课程目标与基本要求本课程的目标是：通过本课程的学习，使学生获得常用工程材料及成形工艺方法的基础知识，培养学生综合运用材料及成形工艺知识进行选择材料与改性方法、选择毛坯生产方法以及工艺路线分析的初步能力，并为学习其他有关课程和从事工业工程生产第一线技术工作奠定必要的基础。
本课程基本要求如下：1、理解必需的材料科学及有关成形技术的理论基础；建立对材料成分、结构组织、加工使用、性能行为之间关系及规律的认识。
2、熟识各类常用结构工程材料的成分、结构、性能、应用特点及牌号的表示方法；识记各类结构工程材料的强化、改性及表面技术的知识。
3、熟识常用成形工艺方法的工艺特点及应用范围；基本掌握机械设计中对零件结构工艺性的要求。
4、掌握选择零件材料及成形工艺的基本原则和方法步骤，初步具备合理选择材料、成形工艺（毛坯类型）及强化（或改性、表面技术应用等）方法并正确安排工艺路线（工序位置）的能力。
三、本课程与本专业其他课程的关系学习本课程前，考生应具有机械制图、力学等基础知识，课前或课中应进行金工实习或金工参观实践，以便考生更好地掌握本课程的基础知识。
第二部分考核内容与考核目标第一章材料的力学行为和性能一、学习目的与要求通过本章的学习，理解结构工程材料在载荷作用下的力学行为，识记在不同的服役条件下的失效形式；熟识各种力学性能指标的含义及其测试方法。
二、考核知识点与考核目标（一）重点识记：弹性变形、塑性变形、应力、应变、冲击韧性与疲劳强度的概念，。
理解：抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率概念。
应用：各种硬度的测试方法及其应用范围、断后伸长率及断面收缩率的计算。
（二）次重点识记：材料的高温力学性能、材料的低温力学性能的概念。
机械零件选材
2、压力加工性能：包括冷、热压力加工， 要求高的塑性和低的变形抗力及可热加工的 温度范围、抗氧化性和加热、冷却要求等。 变形铝合金、铜合金、低碳钢的压力加工性 能好，高碳钢较差，铸铁则不能锻造。 3、焊接性能：焊缝处形成冷裂或热裂及形 成气孔的倾向。 钢含碳量愈高，焊接性愈差，故可以 把钢中含碳量的多少作为判断钢材焊接性的 主要依据。低碳钢的焊接性能好，高碳钢及 铸铁的焊接性能差。
该工艺路线中正火的作用是细化均匀 组织，消除锻造应力，改善切削加工性； 渗碳的作用是提高齿轮表面含碳量 （0.8%～1.05%）；淬火的作用是获得一 定深度的淬硬层（0.8～1.3mm），提高齿 面耐磨性和接触疲劳强度；低温回火的作 用是消除淬火应力，防止磨削裂纹，提高 冲击抗力。
2、轴类零件
用途：支承传动零件并传递运动和动力。 工作条件：承受交变弯曲应力和扭转应力，有时也
受冲击载荷作用，轴颈和锥孔表面受摩擦。 材料：载荷和转速不高时选45钢；承受较 大载荷的车床主轴选40Cr；等。 工艺路线： 备料 锻造 正火 机械粗加工 调质 机械精加工 轴颈部位表面淬 火+低温回火 磨削
正火：消除锻造应力，调整硬度便于
选材：低速内燃机曲轴用正火态的45钢或
球墨铸铁；中速曲轴用调质态的45钢或中 碳合金钢（40Cr）或球墨铸铁；高速曲轴 用高强度合金钢（35CrMo、42CrMo） 工艺路线： 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工 →轴颈表面淬火+低温回火→精磨 球墨铸铁制造曲轴工艺路线： 熔炼→铸造→高温正火→高温回火→机械加 工→轴颈气体渗氮
切削加工，改善锻造组织，为调质做 准备。 调质：获得高的综合力学性能，提高 疲劳强度和抗冲击能力。 轴颈部位表面淬火+低温回火：使轴颈 部位获得高硬度和高耐磨性。
典型零件的选材及加工工艺路线分析讲解材料
轻量化
减轻材料重量，提高产品机动性，降低能源 消耗和排放。
环保化
发展可再生、可回收、可降解的材料，减少 对环境的污染。
智能化
研究具有自适应、自修复、自感应等功能的 智能材料。
新材料的研究与开发
碳纤维复合材料
具有高强度、轻质、耐高温等优点，广 泛应用于航空航天、汽车等领域。
高分子合成材料
具有优良的化学稳定性、绝缘性、耐 磨性等，在建筑、电子、化工等领域
03
材料的应用与发展趋势
材料的应用领域
01
航空航天
用于制造飞机、火箭等高强度、轻 质材料。
建筑领域
用于制造桥梁、高层建筑等高强度、 高耐久性材料。
03
02
汽车工业
用于制造发动机、变速器等耐磨、 耐高温材料。
电子产品
用于制造集成电路、晶体管等精密、 小型化材料。
04
材料的发展趋势
高性能化
提高材料的强度、硬度、耐高温等性能，以 满足更高要求的工业应用。
可加工性原则
材料应具有良好的可加工性， 以便于零件的制造和加工。
可维修性原则
材料应易于维修和更换，以提 高零件的使用寿命和降低维修 成本。
常用材料介绍
钢铁
钢铁是机械制造业中应用最广泛的材料之一，具 有高强度、良好的韧性和耐磨性。
铜及铜合金
铜及铜合金具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀 性和加工性能，广泛应用于电气、电子、化工等 领域。
实例二：齿轮类零件的选材与加工工艺
灰铸铁
用于制造一般用途的齿轮，如减速器齿轮等。
球墨铸铁
用于制造高强度、高耐磨性的齿轮，如汽车变速毛坯准备
根据零件材料和尺寸要求，准备毛坯。
粗加工
车工工艺与技能训练 第十一、十二章
第十一章提高劳动生产力的途径第十二章典型零件的车削工艺分析一、名词解释：1、基本时间：2、时间定额：3、工艺规程：4、基准：5、精基准：6、粗基准：二、填空题：1、缩短基本时间的方法有、、。
2、时间定额是用时间、时间、时间组成的。
3、提高劳动生产率，必须缩短时间、时间、时间以及时间。
4、对所有表面都要加工的零件，应该根据余量表面找正。
5、调质的目的是。
6、为使工件获得较好的等方面的综合机械性能，对材料要进行热处理。
7、退火、正火工序一般安排在之前进行，调质工序一般安排在之后、之前进行。
8、工艺路线划分阶段的主要目的是、、、。
9、预备热处理有、、。
10、工艺基准又分为基准、基准、基准等几种。
11、基准可分为基准和基准。
12、选择精基准时应尽量使和重合。
13、调质处理一般安排在加工之后、加工之前。
三、判断题：1、采用多刃切削是缩短辅助时间、提高劳动生产率的有效途径。
（）2、要缩短基本时间、提高劳动生产率，只要设法提高切削用量，就可以达到目的。
（）3、增大进给量可以减少走刀次数，从而缩短基本时间。
（）4、去碳层一定要在淬火前进行。
（）5、粗基准因牢固可靠，故可多次使用。
（）6、零件上凡已加工过的表面就是精基准。
（）7、退火和正火工序一般安排在粗加工之后进行。
（）8、精基准应选不加工表面。
（）9、调质处理一般安排在粗加工之后、半精加工之前进行。
（）四、选择题：1、旋风切削螺纹适用于生产。
A、单件B、大量C、成批2、调质适用于处理材料。
A、低碳钢B、中碳钢C、高碳钢3、在粗加工之后、半精加工之前进行的热处理工序是。
A、淬火B、调质C、正火D、退火4、为了使工件材料获得较好的强度，塑性和韧性等方面的综合性质，对材料要进行处理。
A、淬火B、正火C、调质D、退火五、简答题：1、缩短基本时间的方法有那些？2、缩短辅助时间的方法有那些？3、简述精基准的选择原则？4、什么叫精基准？5、粗基准的选择原则？7、工艺路线划分阶段的主要目的是什么？7、粗基准应根据哪些原则来选择？。
轴类零件选材及工艺分析
轴类零件选材及工艺分析在机床、汽车、拖拉机等制造工业中，轴类零件是另一类用量很大，且占有相当重要地位的结构件。
轴类零件的主要作用是支承传动零件并传递动和动力，它们在工作时受多种应力的作用，因此从选材角度看，材料应有较高的综合机械性能.局部承受摩擦的部位如车床主轴的花键、曲轴轴颈等处，要求有一定的硬度，以提高其抗磨损能力。
要求以综合机械性能为主的一类结构零件的选材，还需根据其应力状态和负荷种类考虑材料的淬透性和抗疲劳性能。
实践证明，受交变应力的轴类零件、连杆螺栓等结构件，其损环形式不少是由于疲劳裂纹引起的。
下面以车床主轴、汽车半轴、内燃机曲轴、镗杆、大型人字齿轮轴等典型零件为例进行分析。
（一）机床主轴在选选用机床主轴的材料和热处理工艺时，必须考虑以下几点：<1> 受力的大小。
不同类型的机床，工作条件有很大差别，如高速机床和精密机床主轴的工作条件与重型机床主轴的工作条件相比，无论在弯曲或扭转疲劳特性方面差别都很大。
<2> 轴承类型。
如在滑动轴承上工作时，轴颈需要有高的耐磨性。
<3> 主轴的形状及其可能引起的热处理缺陷。
结构形状复杂的主轴在热处理时易变形甚至于开裂，因此在选材上应给予重视。
主轴是机床中主要进零件之一，其质量好坏直接影响机床的精度和寿命。
因此必须根据主轴的工作条件和性能要求，选择用钢和制定合理的冷热加工工艺。
1、机床主轴的工作条件和性能要求C616-416车床主轴如图1-2所示。
该主轴的工作条件如下：①承受交变的弯曲应力与扭转应力，有时受到冲击载荷的作用；②主轴大端内锥孔和锥度外圆，经常与卡盘、顶针有相对摩擦；③花健部分经常有磕或相对滑动。
总之，该主轴是在滚动轴承中动转，承受中等负荷，转速中等，有装配精度要求，且受到一定的冲击力作用。
由此确定热处理技术条件如下：①整体调质后硬度应为HB200~230，金相组织为回火索氏体；②内锥孔和外圆锥面处硬度为HRC45~50，表面3~5㎜内金相组织为回火屈氏体和少量回火马氏体；③花键部分的硬度为HRC48~53，金相组同上。
机械工程材料与热加工工艺试题与答案
一、名词解释：１、固溶强化：固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。
２、加工硬化：金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。
２、合金强化：在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。
５、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。
二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，其加工路线为：下料锻造正火机加工调质机加工（精）轴颈表面淬火低温回火磨加工指出：1、主轴应用的材料：45钢2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。
去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S回四、选择填空（20分）１．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（d）（a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大（b）均强烈促进奥氏体晶粒长大（c）无影响（d）上述说法都不全面２．适合制造渗碳零件的钢有（c）。
（a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12（c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi３．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）（a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理4．制造手用锯条应当选用（a ）（a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火5．高速钢的红硬性取决于（b ）（a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）（a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ）（a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火8. 二次硬化属于（d）（a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b）（a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性（b）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀（c）降低硬度，便于切削加工１０.推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ）（a）20Cr渗碳淬火后低温回火（b）ZGMn13—3经水韧处理（c）W18Cr4V淬火后低温回火五、填空题(20分)1、马氏体是碳在a-相中的过饱和固溶体，其形态主要有板条马氏体、片状马氏体。
机械制图(工程图学)第十二章 装配图
装配图上编写序号的一些规定如下： （1）装配图中相同的各组成部分只应有一个序 号，一般只标注一次，必要时多处出现的相 同组成部分允许重复标注。 （2）序号编写的方法有以下三种，但同一装配 图上编注序号的形式应一致。 在指引线的水平线（细实线）上或圆（细实 线）内注写序号，序号字高比该装配图中所 注尺寸数字高度大一号（图12-6（a））。 在指引线的水平线（细实线）上或圆（细实 线）内注写序号，序号字高比该装配图中所 注尺寸数字高度大两号（图12-6（b））。
接触 面处 的结 构
两个零件在同一方向只 能有一对接触面，以便于 装配又降低加工精度 不同方向接触面的交界 处，不应做成尖角或相同 的圆角，否则不能很好地 接触 为使轴肩与另一零件接触 良好，应制处退刀槽或倒 角
南京师范大学xws
21
圆锥 面配 合处 的结 构
圆锥面接触应有足够的长度， 同时不能再有其他端面接触， 以保证配合的可靠性。如尾 架顶针与套筒的配合，当顶 针底部与套筒同时接触时， 就不能保证锥面接触良好 为把齿轮并紧在轴肩上，在 轴肩根部必须有沉割槽，此 外齿轮孔的 长度应比轴上 装齿轮的轴伸稍长一些，才 能保证并紧。为防松可采用 双螺母等措施
南京师范大学xws 8
12.2.2 部件的特殊表达方法 1) 沿零件的结合面剖切和拆卸画法 2) 展开画法 3) 假想画法 4) 简化画法
图12-4 简化画法
南京师范大学xws 9
A
A-A展展
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
4
A
主 轴
8°46'5"
8° 46'5"
A
箱
A A
1
图12-3 三星齿轮传动机构的展开画法
机械零件选材及加工路线课件 (一)
机械零件选材及加工路线课件 (一)机械零件是机械制造中不可或缺的组成部分，选材与加工路线在机械零件的制造过程中也至关重要。
本文将就机械零件选材与加工路线这一主题进行探讨。
一、机械零件的选材机械零件在选材时需要考虑的因素较多，例如：1.力学性能：机械零件需要承受各种力、扭矩等，因此要选用具有良好的抗拉、抗压、抗弯、抗疲劳等力学性能的材料。
2.物理性能：机械零件在使用过程中需要承受各种温度、湿度等因素的影响，因此需要选择具有良好的耐热、耐腐蚀、抗磨损等物理性能的材料。
3.加工性：机械零件要通过加工过程进行制造，因此也需要考虑材料的加工性能，包括铸造性、挤压性、锻造性、切削性等。
4.成本：选材时还需考虑成本问题，综合考虑材料的价格、加工难度等因素，选择性价比较高的材料。
二、机械零件的加工路线机械零件的加工路线分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。
1.粗加工：包括铸造、锻造、冲压、热处理等工艺，主要是将材料加工成初步形状，以便进行下一步的加工。
2.半精加工：包括车、铣、钻、刨、磨等加工工艺，主要是对粗加工后的材料进行进一步的加工，以便得到精度较高的零部件。
3.精加工：包括精密车削、高精度磨削、电火花加工、线切割等工艺，主要是将半精加工后的零部件进行精细加工，以满足特殊的使用要求。
总之，在选择机械零件的加工路线时，需考虑零件的精度、质量要求和生产效率等因素，选择适合的加工工艺和加工设备。
三、结语机械零件选材及加工路线是机械制造中至关重要的组成部分，选材与加工路线直接影响到零件的质量、性能和生产成本。
因此，需要综合考虑材料的各项性能，选择合适的加工路线和工艺，确保精度和质量，提高生产效率，使得机械零件能够更好地满足使用要求。
零件选材及工艺路线PPT文档98页
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
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—② 工作环境 如温度(常温、高温、低温或变温)介质(有 无腐蚀介质、润滑剂)；
—③ 其他要求 如导热性、密度与磁性等．在全面分析工 作条件的基础上确定零件的使用性能，如交变 载荷下要 求疲劳性能、冲击载荷下工作要求韧性、 酸碱等腐蚀介 质中工作则要求耐蚀性等。
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二、根据材料的工艺性能选材(陶瓷材料)
硬而脆且导热性较差。根据陶瓷制品的材料、性 能要求、形状尺寸精度及生产率不同，可选用粉 浆成形、压制成形、挤压成形、可塑成形等方 法．陶瓷材料的切削加工性能极差，除极少数陶 瓷外(如氮化硼陶瓷)，其它陶瓷均不可切削加工 陶瓷虽可磨削加工，但其磨削性能也不佳，且必 须选用超硬材料砂轮(如金刚石砂轮)。陶瓷也可 进行热处理，但因导热性与耐热冲击性差，故加 热与冷却时应小心，否则极易产生裂纹。
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陶瓷材料 硬而脆、加工性能差，也不能用
作重要的受力零件；目前主要应用领域是 建筑陶瓷和功能材料。但陶瓷材料具有高 热硬性及化学稳定性．可用作耐热、耐磨、 耐蚀的零件，如燃烧器喷嘴、刀具与模具、 石油化工容器等。由于陶瓷功能材料具有 极其广阔的应用前景，在高新技术产品中 占据重要地位．故有人认为2l世纪是“第二 个石器时代”。陶瓷作为结构材料，目前 尚处开发应用阶段。
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第十二章 零件的选材及工艺路线
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主要内容
1、常用的力学性能指标在选材中的意义 2、断裂韧度在选材中的意义 3、零件实物性能试验的重要性 4、材料强度、塑性与韧性的合理配合 5、选材方法 6、典型零件选材及工艺路线
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材料设计应从零件的实际工作情况出 发，使材料的强度、塑性与韧性的合 理配合
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第五节选材方法
一．根据材料的使用性能选材 二．根据材料的工艺性能选材 三．根据材料的经济性选材 四．实例分析
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(1)锻钢齿轮的主要材料。锻造可改善钢的组织并 形成有益的加工流线，力学性能优良。重要用途 的齿轮大多采用锻钢制造。
主要包括；②中碳钢表面淬火齿轮的工作速度、 载荷及受冲击的程度应低于低碳钢渗碳淬火齿轮。 其中Q275只宜制作低速、轻载、无冲击的非重要 齿轮，一般在正火状态直接使用；40、45钢可用 作低中速、轻中载、小冲击的齿轮，依据具体工 作条件不同，可在正火、调质、表面淬火状态下 使用；40Cr、40MnB合金钢的综合力学性能优于 40、45碳钢，可用做相对重要的齿轮，多在表面 淬火状态使用，少数情况也可在调质状态使用。
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2．压力加工性能 包括变形抗力，变形温度范围， 产生缺陷的可能性及加热、冷却要求等。一般来 说，铸铁不可压力加工，而钢可以压力加工但工 艺性能有较大差异，随着钢中碳及合金元素的含 量增高，其压力加工性能变差：故高碳钢或高碳 高合金钢一般只进行热压力加工，且热加工性能 也较差，如高铬钢、高速钢等：高温合金因合金 含量更高，故热压力加工性能更差。变形铝合金 和大多数铜合金，像低碳钢一样具有较好的压力 加工性能。
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性能要求
1． 工怍条件
①传递扭矩，齿根部承受较大的交变弯曲 应力；
②齿面啮合并发生相对滑动与滚动，承受 较大的交变接触应力及强烈的摩擦：
⑧启动、换档或啮合不良，齿轮承受一定 的冲击力：
④有时有其它特殊条件要求，如耐高，低 温要求，耐蚀要求，抗磁性要求等。
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一、使用性能选材原则
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二、工艺性能选材原则
材料的工艺性能可定义为材料经济地适应各种加 工工艺而获得规定的使用性能和外形的能力，因 此工艺性能影响了零件的内在性能、外部质量以 及生产成本和生产效率等。
材料选择与工艺方法的确定应同步进行，工艺性 能也是选材时应考虑的因素。
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第三节零件实物性能试验的重要性
零件结构设计和加工工艺对于其他性能有 重大的影响，通常零件的性能(强度、塑性 韧性等)总是低于实验室试样的性能，因此 对重要的零件必须进行实物性能试验，如 台架试验或装机试验。
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第四节 材料强度、塑性与韧性的合理配合
高分子材料的加工工艺主要为成型加工， 且工艺性能良好，所用工具为成型模(其中 主要为塑料模)，具体的成型方法很多，如 注射成型、吹塑成型、挤压成型等也易于 进行切削加工，但因其导热性能较差，在 切削过程中应注意工件温度急剧升高而导 致的软化(热塑性塑料)和烧焦(热固性塑料) 现象。少数情况下，高分子材料还可进行 焊接与热处理，其工艺简单易行。
掌握各类工程材料的特性、正确选用 材料及相宜的加工方法(路线)是对机械设 计与制造工程人员(广义地应是对所有的 从事产品设计与制造的技术人员)的基本 要求。
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一、根据使用性能选材原则
分析零件的工作条件，确定其使用性能： —① 受力情况 如载荷性质(静载、动载。交变载荷)、形
主要包括：①低碳钢及低碳合金钢 20，20Cr、 20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等，可通过退火或正火 来改善切削加工性能，通过渗碳后淬火+低温回火 来保证齿轮的使用性能。具有表面高硬度(56~62 HRC)和高耐磨性、高的弯曲疲劳极限和接触疲劳 极限，心部具有足够高的强韧性；故适合于制造 高速、大冲击的中载和重载齿轮。
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2．主要失效形式
①断裂——包括交变弯曲应力引起的轮齿 疲劳断裂和冲 击过载导致的崩齿与开裂；
②齿面损伤——包括交变接触应力引起的 表面接触疲劳(麻点剥落)和强烈摩擦导致的 齿面过度磨损；
③其它特殊失效，如腐蚀介质引起的齿面 腐蚀现象．
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第六节典型零件选材及工艺路线
一． 齿轮 二． 轴 三．汽轮机叶片
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一、齿轮类零件选材
应用极广的重要机械零件，其主要作用有 传递扭矩(力或能)，改变运动速度或方向。
不同的齿 轮，其工作条 件、失效形式 和性能要求各 有不同。
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5. 热处理工艺性能 必须首先区分是否可 进行热处理强化如纯铝、纯铜、部分铜合 金、单相奥氏体不锈钢一般不可热处理强 化；对可热处理强化的材料而言，热处理 工艺性能相当的重要。
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二、根据材料的工艺性能选材(高分子材料)
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3．焊接性能 钢铁材料的焊接性随其碳和 合金元素含量的提高而变差，因此钢比铸 铁易于焊接，且低碳钢焊接性能最好、中 碳钢次之，高碳钢最差。铝合金、铜合金 的焊接性能一般不好，应采用一些高级的 焊接方法(如氩弧焊)或特殊措施进行焊接。
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理想情况下，所选材料应具有良好的工艺性能， 即技术难度小、工艺简单、能量消耗低、材料利 用率高，保证甚至提高产品的质量。
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二、根据材料的工艺性能选材(金属材料)
1．铸造性能 凡相图上液—固相线间距越 小、越接近共晶成分的合金均具有较好的 铸造性能。因此铸铁、铸造铝合金、铸造 铜合金的铸造性能优良；在应用最广泛的 钢铁材料中，铸铁的，铸造性能优于铸钢， 在钢的范围，中、低碳钢的铸造性能又优 于高碳钢，故高碳钥较少用做铸件。
1）收集证据
失效零件的残骸 失效零件的资料
2）断口分析，判断失效方式
3）测定数据，包括成分、组织和性能的 分析与测试
4）确定失效原因
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第二节断裂韧度在选材中的意义
根据断裂韧度 选材，则既可保证发挥材料 强度的最大潜力，有可以避免发生低应力 脆断。
对于含裂纹的构建，当低应力脆断为主要 危险时，其承载能力已不是屈服强度所控 制，而是取决于材料的断裂韧度，必须应 用断裂力学方法进行选材，才能确保安全。
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韧性断裂 脆性断裂
断裂
疲劳断裂 低应力断裂
蠕变断裂 应力腐蚀断裂
零
件
过量弹性变形
失 效
过量变形
过量塑性变形
方
式
磨损
设计不合理
表面损伤 腐蚀
选材不合理 加工工艺不当
接触疲劳 安装使用不正确
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失效分析方法----依据力学性能指标
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金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料 是目前最主要的四大类工程材料．
高分子材料的强度与刚度低、尺寸稳定性较差 且易老化，在工程上一般不用于受力较大的、重 要的结构零件但由于其原料丰富、生产能耗较低 (为钢的1／10、铝的1／20)，密度低、弹性较好 且减振、耐磨，故适合于制造受力不大的普通结 构件及减振、耐磨或密封零件，如轻载传动齿轮、 轴承、紧固件、密封件和轮胎等．