零件的选材及工艺路线

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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。

典型零件选材及工艺分析

艺加工→渗碳、淬火及低温回火→
喷丸→磨内孔及换档槽→装配。
1.2 轴
轴是机器的重要零件之一，它的主要作用是支承回转体，并传递动力。
1.2 轴
轴的工作条件、失效形式及性能要求
（1）轴的工作条件
•承受交变转矩拉一压载荷； •轴颈、花键等部位承受较大的摩擦和磨损； •承受一定的过载或冲击载荷。
1.1 齿轮
齿轮的选材工艺分析
（2）汽车、拖拉机齿轮
下面以JN150型载重汽车（变速箱中第二轴的二、三挡齿轮为例进行分析。
1.1 齿轮
齿轮的选材工艺分析
（2）汽车、拖拉机齿轮
汽车、拖拉机齿轮生产批量大，因此选择用钢时除有较好的力学性能外，还应有较好的工艺性能。
1.1 齿轮
齿轮的选材工艺分析
轴的选材及工艺分析
具体加工工艺路线如下：
工
艺
下料→锻造→正火→粗加工→调质→ 半精车外圆，钻中心孔，精车外圆；
铣键槽→局部淬火（锥孔及外锥体） →车各空刀槽，粗磨外圆，滚铣花键 →花键高频淬火、回火→精磨（外圆、外锥体及内锥孔）
1.2 轴
（2）内燃机曲轴
曲轴是内燃机中形状复杂而又重要的零件，它在工作时，受气缸中周期性变化的气体压力，曲轴连杆机构的惯性力，扭转和弯曲应力及冲击力等。
因此要求曲轴具有高的强度，一定的冲击韧度和弯曲、扭转疲劳强度，在轴颈处要有高的硬度和耐磨性。
内燃机曲轴材料的选择主要根据内燃机的类型，功率大小，转速高低以及轴瓦材料等。
1.2 轴
轴的选材及工艺分析
选
•低速内燃机曲轴采用正火状态的碳素钢或球墨铸铁；
材
•中速内燃机曲轴采用调质状态的碳素

典型零件选用

最终组织Fra bibliotek丝锥板牙
高速切削用的刃具
(高速车刀、钻头、铣刀等 T工作< 600 ºC)
性能——高硬度、高耐磨性，高热硬性、高精度；较高的强度、韧性
选材——高速钢(W18Cr4V
工艺
、W6Mo5Cr4V2等) 、硬质合金、陶瓷
——锻造→球化退火→粗加工→淬火+回火→精加工→表面处理
4.箱体类
1.齿轮类零件
机床齿轮
工作条件:
性能指标: 选材
转速中等，载荷不大，工作平稳，无强烈冲击
心部HBS220~250，齿面硬度≥HRC52 40Cr 锻造→正火→粗加工→调质→精加工 →轮齿高频淬火及低温回火→精磨
: 45、 :
工艺路线
最终组织
:
心部：回火S
齿面：回火M
说明：冲击小的低速齿轮可采用HT250、HT350、QT500-5、QT600-2等
——锻造→球化退火→机加工→淬火—低温回火
最终组织
—— 回火M+颗粒状碳化物+A’
低速切削、形状较复杂的刃具
（丝锥、板牙、拉刀等 T工作< 300 ºC）
性能——高硬度、高耐磨性，一定的热硬性和韧性选材——9SiCr、CrWMn
工艺
——锻造→球化退火→机加工→淬火—低温回火
——回火M+颗粒状碳化物+A’
需要高的屈服强度和疲劳强度
选材——轻型汽车65Mn、60Si2Mn
中型或重型汽车50CrMn, 55SiMnVB 重型载重汽车55SiMnMoV, 55SiMnMoVNb
工艺
——下料 → 压力成型→淬火+中温回火→喷丸强化
—— 回火T
板弹簧

车床主轴的选材加工路线热处理

选择车床主轴材料,设计合理的加工路线,热处理工艺方案摘要：根据车床主轴的工作情况,对材料的选用、其加工路线及相应的热处理工艺进行了分析,并就其操作提出了自己观点。

关键词：车床主轴；加工路线；热处理工艺；材料一、材料的选择主轴是车床上传递动力的零件，传递着动力和各种负荷，它的合理选材直接影响整台车床的精度和使用寿命。

其主要实效形式如下：1、受横向力并传递扭矩，承受交变弯曲应力和扭应力，常常发生疲劳断裂。

2、轴颈和花键等部位发生相对运动，承受较大的摩擦，轴颈表面产生过量的磨损。

3、承受一定的过载和冲击和载荷，产生过量弯曲变形，甚至发生折断或扭断。

所以所选的材料应满足：良好的综合力学性能，即具有较高的强度刚度、足够的韧性、疲劳强度、变形小及对应力集中的敏感性低等性能以防止过载和冲击断裂，还要有良好的切削加工性，高的表面硬度和良好的耐磨性，以防止轴颈摩损。

在设计时要充分考虑：1、主轴的工作特性和技术要求。

主轴的摩檫和磨损情况;主轴的载荷大小和载荷性质。

2、主轴热处理的要求。

主轴的工作状况;主轴精密度和光洁度;主轴弯曲载荷和扭转力矩;主轴转速;主轴有无冲击载荷。

3、主轴热处理加工工艺实行的可能性以及经济性。

轴的常用材料为碳素钢和合金钢。

合金钢比碳素钢具有更高的机械性能和更好的热处理性能。

含不同合金的钢可获得各种特殊性能。

因此，对于载荷大并要求尺寸小，重量轻、耐高温或耐磨性、抗腐蚀性能要求高的轴可采用合金钢。

合金钢对应力集中的敏感性高，因此设计时应从结构上避免或减小应力集中，并降低其表面粗糙度的数值。

由于在常温下合金钢的弹性模量与一般碳素钢差不多，故选合金钢对提高轴的刚度没有实效。

而对形状复杂的轴可采用球墨铸铁。

球墨铸铁具有良好的吸振性和耐磨性，对应力集中的敏感性低，且价格低廉，加工性好。

但球墨铸铁的强度较低。

我们一般主轴承受交变弯曲应力和扭应力，在轻度或中等载荷、转速不太高，精度不很高，冲击、交变载荷不大的情况下，具有普通力学性能就能满足要求，一般采用45钢制造。

机械工程材料第6章典型零件选材

表6.1
工作条件 ①与滚动轴承配合 ②轻、中载荷，转速低 ③精度要求不高 ④稍有冲击
表6.1 机床主轴工作条件、用材及热处理
材料 45 主要热处理正火或调质硬度 220~250 HBS 使用实例一般简式机床
①与滚动轴承配合 ②轻、中载荷，转速略高 ③精度要求不太高 ①与滑动轴承配合 ②有冲击载荷 ①与滚动轴承配合 ②中等载荷，转速较高 ③精度要求较高 ④冲击与疲劳较小 ①与滑动轴承配合 ②中等载荷，转速较高 ③精度要求很高 ①与滑动轴承配合 ②中等载荷，心部强度不高，转速高 ③精度要求不高 ④有一定冲击和疲劳 ①与滑动轴承配合 ②重载荷，转速高 ③有较大冲击和疲劳载荷
2、轴类零件选材及加工工艺路线确定步骤
1）看懂零件图了解和分析零件的形状、大小与特征； 2）分析其工作条件、性能要求和热处理要求； 3）确定材料及热处理工艺根据用途，选择合适的材料和强化工艺； 4）确定零件的加工工艺路线制造轴类零件常采用锻造、切削加工、热处理（预先热处理及最终热处理）等工艺，其中切削加工和热处理工艺是制造轴类零件必不可少的。台阶尺寸变化不大的非重要轴，可选用与轴的尺寸相当的圆棒料直接切削加工而成，然后进行热处理，不必经过锻造加工。
右图为“解放”牌载重汽车变速箱变速齿轮。该齿轮将发动机动力传递到后轮，并起倒车的作用，工作时承载、磨损及冲击负荷均较大。要求齿轮表面有较高的耐磨性和疲劳强度，心部有较高的强度(σb > 1 000 MPa)及韧性(αk＞60 J／ cm2)。选材及加工工艺路线有以下两种方式。
“解放”牌载重汽车变速箱变速齿轮选材及加工工艺路线
2）汽车半轴：汽车半轴是一个传递扭矩的重要部，工作时承受冲击、弯曲疲劳和扭转应力的作用，要求材料有足够的抗弯强度、疲劳强度和较好的韧性。

机械零件选材

1、铸造性能：要求高的流动性，小的体积收缩性、疏松、缩孔偏析和吸气性倾向。共晶成分的合金铸造性能良好。
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。

(完整word版)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。

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

汽车发动机曲轴材料的选择及工艺设计

专业课程设计任务书学生姓名：班级：设计题目：汽车发动机曲轴材料的选择及工艺设计设计内容：1、根据零件工作原理，服役条件，提出机械性能规定和技术规定。

2、选材，并分析选材依据。

3、制订零件加工工艺路线，分析各热加工工序的作用。

4、制订热解决工艺卡，画出热解决工艺曲线，对各种热解决工艺进行分析，并分析所得到的组织，说明组织及性能的检测方法与使用的仪器设备。

5、分析热解决过程中也许产生的缺陷及补救措施。

6、分析零件在使用过程中也许出现的失效方式及修复措施。

目录0 前言 (1)1 汽车发动机曲轴的工作条件及性能规定 (2)1.1 汽车发动机曲轴的工作条件 (3)1.2 汽车发动机曲轴的性能规定及技术规定 (3)2 汽车发动机曲轴的材料选择及分析 (4)2.1 零件材料选择的基本原则 (4)2.2 曲轴常用材料简介 (5)2.3 汽车发动机曲轴材料的拟定 (5)3 曲轴的加工工艺路线及热解决工艺的制定 (6)3.1 35CrMo曲轴热解决规定 (6)3.2 汽车曲轴的热解决工艺的制定 (6)3.2.1 调质解决 (7)3.2.2 去应力退火 (8)3.2.3 圆角高频淬火和低温回火 (9)4 曲轴热解决过程中也许产生的缺陷及防止措施 (11)4.1 校直过程引起材料原始裂纹 (11)4.2 曲轴圆角淬火不妥引起裂纹源 (12)4.3 淬火畸变与淬火裂纹 (12)4.4 淬火导致氧化、脱碳、过热、过烧 (13)4.5 淬火硬度局限性 (13)5 曲轴在使用过程中也许产生的失效形式及分析 (13)6 课程设计的收获与体会 (14)7 参考文献 (15)8 工艺卡 (16)0前言发动机是汽车的“心脏”，而曲轴是发动机的关键零部件，是发动机中成本最高的零件。

现代化的发动机对曲轴毛坯提出了有6拐、呈120°分布、带12个整体平衡块的规定。

在机型改造的过程中，一方面碰到的问题就是曲轴强度局限性，一般是通过加粗轴颈、优选材质和表面强化等方法来增大曲轴强度，从而满足功率提高的规定。

齿轮硬度要求

二、典型零部件选材及工艺分析金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料是目前的主要工程材料。

高分子材料的强度、刚度较低、易老化，一般不能用于制作承受载荷较大的机械零件。

但其减振性好，耐磨性较好，适于制作受力小、减振、耐磨、密封零件，如轻载齿轮、轮胎等。

陶瓷材料硬而脆，一般也不能用于制作重要的受力零部件。

但其具有高熔点、高硬度、耐蚀性好、红硬性高等特点，可用于制作高温下工作的零部件、耐磨耐蚀零部件及切削刀具等。

复合材料克服了高分子材料和陶瓷材料的不足，具有高比强度、高减振性、高抗疲劳能力、高耐磨性等优异性能，是一种很有发展前途的工程材料。

与以上三类工程材料相比，金属材料具有优良的使用性能和工艺性能，储藏量大，生产成本比较低、广泛用于制作各种重要的机械零件和工程构件，是机械工业中最主要、应用最广泛的一类工程结构材料。

下面介绍几种钢制零部件的选材及热处理工艺分析。

㈠齿轮类零件的选材齿轮是机械工业中应用广泛的重要零件之一，主要用于传递动力、调节速度或方向。

1、齿轮的工作条件、主要失效形式及对性能的要求。

⑴齿轮的工作条件：①啮合齿表面承受较大的既有滚动又有滑动的强烈磨擦和接触疲劳压应力。

②传递动力时，轮齿类似于悬臂梁，轮齿根部承受较大的弯曲疲劳应力。

③换挡、启动、制动或啮合不均匀时，承受冲击载荷。

⑵齿轮的主要失效形式：①断齿：除因过载（主要是冲击载荷过大）产生断齿外，大多数情况下的断齿，是由于传递动力时，在齿根部产生的弯曲疲劳应力造成的。

②齿面磨损：由于齿面接触区的磨擦，使齿厚变小、齿隙加大。

③接触疲劳；在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹，遂渐剥落，形成麻点。

⑶对齿轮材料的性能要求：①高的弯曲疲劳强度；②高的耐磨性和接触疲劳强度；③轮齿心部要有足够的强度和韧性。

2、典型齿轮的选材⑴机床齿轮机床齿轮的选材是依其工作条件（园周速度、载荷性质与大小、精度要求等）而定的。

表13-3列出了机床齿轮的选材及热处理。

表13-3机床齿轮的选材及热处理传动齿轮工作时受力不大，工作较平稳，没有强烈冲击，对强度和韧性的要求都不太高，一般用中碳钢（例如45钢）经正火或调质后，再经高频感应加热表面淬火强化，提高耐磨性，表面硬度可达52~58HRC。

机械工程材料第七章

8. 螺栓、铆钉等冷镦零件 9. 汽车用塑料（1）汽车内饰用塑料（2）汽车用工程塑料（3）汽车外装机结构件用纤维增强塑料复合材料 10.汽车用橡胶 11.汽车用陶瓷材料
二、机床零件用材
常用的机床零部件有机座、轴承、导轨、齿轮、弹簧、紧固件、
刀具等。

1. 机身、底座用材
首选材料当为灰铸铁、孕育铸铁，球墨铸铁也可使用。HT150、 HT200，HT250，HT300，QT400-17，QT600-2等等。
（2）主要失效形式 1）疲劳断裂。主要发生在齿根。它是齿轮最严重的失效形式。 2）齿面磨损。3）齿面接触疲劳破坏。4）过载断裂。
疲劳断裂、齿面磨损、齿面接触疲劳破坏、过载断裂
（3）齿轮用材性能要求
1）高的弯曲疲劳强度
2）高的接触疲劳强度和耐磨性 3）齿轮心部要有足够的强度和韧性

2. 齿轮零件的选材 3. 典型齿轮选材举例
一、齿轮类零件的选材

1. 齿轮的工作条件、失效形式及性能要求
齿轮是机械工业中应用最广的零件之一，主要用于传递扭矩和调节速度。（1）工作时的受力情况 1）由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应力。 2）齿面相互滑动和滚动，承受较大的接触力，并发生强烈的摩擦。
3）由于换档、启动或啮合不良，齿部承受一定的冲击。

3. 活塞、活塞销和活塞环——活塞组
对活塞用材的要求是热强度高、导热性好、吸热性差、膨胀系数小、密度小，减磨性、耐磨性、耐蚀性和工艺性好等。目前很难找到完全满足要求的材料。常用的活塞材料是铝硅合金。活塞销材料一般用20钢或20Cr等低碳合金钢。活塞环材料多用以珠光体为基的灰铸铁或在其上添加Cu、Cr、 Mo的合金铸铁制造。

机械零件设计中如何对材料进行选择

在对机械零件进行设计与制造的过程中，材料是决定产品是否合格的基础，它会对机械零件的使用性能、使用寿命以及制造成本造成一定的影响。

在现今的机械制造领域，对于零件材料的选择一般都是参考相同类型零件的用料方案。

但是这种选择方法存在一定的不严谨性。

那么，机械零件设计中如何对材料进行选择呢？1、机械零件材料的选择要满足的要求（1）使用性能要求材料在使用的过程中需要满足根本要求，不同的零件，其要求使用的性能也不同，有的零件要求高强度，而有的则要求具有较高耐磨性，有的甚至没有严格的性能要求，仅要求有华丽的外观。

因此，在选择材料的时候，首先应该了解的就是准确判断零件的基本要求。

（2）工艺性能要求材料的工艺性可以对材料本身的各种加工工艺要求进行反映。

要求材料在加工制造时可以制造出成品来，并且能便于制造，并保证质量。

（3）经济性能要求零件材料的选择需要以最小的耗费取得最大的经济效益。

在满足使用性能的前提下，选择材料还需要降低零件总成本。

材料价格：材料的价格需要占到总成本较大比重，一般在30%—70%之间。

提高材料利用率：可以用精铸、模锻、冷拉毛坯，可有效减少切削面加工材料浪费。

零件维修费：零件加工和维修的费用要尽量低。

2、机械零件材料的选择方法（1）选对材料对于产品本身的寿命周期会有一定的影响，材料的选用会对产品寿命周期成本有很大额影响。

在工程实践中，保证产品的合理功能前提下，虽然选用价格便宜的材料，可以降低寿命周期成本。

但是如果选择了成本高性能好的材料，因为产品的自重比较轻、使用寿命长、维护费用低、能源浪费少等优势。

从产品的寿命周期成本来看，经济性更好。

（2）制造方法的选择，也是材料选择中不得不考虑的一个因素。

需要将结构设计、材料选择以及可用加工方法看做一个整体，在选材的时候不仅要考虑零件的单项加工工序成本，还需要综合对加工路线所涉及的全部加工工序进行全面考虑。

机械制造基础-第9章-典型零件选

第9章典型零件选材
第1节零件的失效
一、零件的失效与失效分析
零件在工作过程中最终都要发生失效。
所谓失效是指:
（1）零件完全破坏，不能继续工作；
（2）严重损伤，继续工作很不安全；
（3）虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。只要发生上述三种情况中的任何一种，都认为零件已经失效。
失效分析的目的就是要找出零件损伤的原因，并提出相应的改进措施。
❖ 例: 北京牌吉普车后桥圆锥主动齿轮。
❖ 材料: 20CrMnTi钢。热处理: 渗碳、淬火、低温回火，渗碳层深 1.2mm～1.6mm。性能要求: 齿面硬度HRC58～HRC62，心部硬度 HRC33～HRC48。工艺路线: 下料→锻造→正火→切削加工→渗碳、淬火、低温回火→磨加工。
6. 机床导轨的选材
❖ 2）对同类产品进行调研, 分析选材的合理性。
❖ 3）找出关键的性能要求, 确定零件应具有的力学性能判据或理化性能指标。
❖ 4）选择合适的材料, 确定热处理方法或其他强化方法。
❖ 5）通过试验, 检验所选材料及热处理方法能否达到各项性能要求。
第3节典型零件选材实例分析
1.齿轮类零件
1）齿轮的作用传递扭矩、调节速度、改变运动方向。 2）工作条件（1）齿根受很大交变弯曲应力作用、齿面受较大接触应力并有强烈的摩擦和磨损。（2）承受一定的冲击载荷。 3）失效形式轮齿折断、齿面磨损、齿面剥落、齿面点蚀、过载断裂等。 4）力学性能要求（1）高的弯曲疲劳强度（2）齿面应具有高的接触疲劳强度、高的硬度和耐磨性（3）齿轮心部应具有良好的综合力学性能或较好的强韧性
（3）重载主轴工作载荷大, 磨损及冲击都较严重, 例如工作载荷大的组合机床主轴。一般用 20CrMnTi钢制造, 经渗碳、淬火处理。

典型零件加工工艺分析

典型零件加工工艺分析机电一体化一班田泽摘要：机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产。

机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验工程及检验方法、切削用量、时间定额等。

因此加工工艺在零件的加工过程中尤其重要的，它是提高零件加工效率的重要环节。

关键词：加工工艺刀具加工质量加工效率正文：一：零件构造分析零件的分析在零件的加工中由为重要，它的分析影响到零件的装夹。

不要小看装夹这一环节。

往往装夹错误会使零件的加工流程无法继续完成下去、从而是零件无法完成。

1零件的根本类型〔1〕零件的组成有多种多样，比方正反两面件配合件，零件表主面侧面都要加工的等等一些零件。

首先我们要根据零件的特点来分析该零件的加工路线。

2零件的加工面〔2〕零件的加工面的选取是很重要的，往往加工面的选取错误使零件在下一步的无法装夹，从而使零件加工无法继续下去。

二：简单的介绍加工零件的相关流程1〕零件加工的选材毛坯资料包括各种毛坯制造方法的技术经济特征；各种型材的品种和规格，毛坯图等；在无毛坯图的情况下，需实际了解毛坯的形状、尺寸及机械性能等。

不同的选材会影响到零件的使用，不同的选材会让零件的使用寿命和其的生产本钱变的大大的不同，所以零件的选材尤其重要。

我可以更具零件的使用用途来决定零件的选材2)拟订工艺路线。

3) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。

4) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。

5) 确定工时定额。

6) 加工零件。

7) 检验零件的尺寸。

8) 填写工序卡片。

三：举例说明例如零件高职组数控铣件一高职组数控铣件二技术要求: 1材料：铝 2未注尺寸公差为IT13 3加工完毕后去毛刺〔1〕：零件的选材零件选用铝件。

轴类零件的选材及热处理工艺

为：（１）传递扭矩，受交变扭转载荷，往往还受交变弯曲应力；（２）轴颈承受较大的摩擦；（３）大多承受一定的过载或冲击载荷。
２轴的失效形式
Ｈ１５５Ｂ外圆磨床砂轮架主轴，材料为３８ＣｒＭｏＡ１。调质要求硬度２５０ — ２８０ＨＢ。渗氮层表面硬度 ≥９００ＨＶ，渗氮层深度０．４ —
如，Ｃ６２０、ＣＷ６１１００等的主轴用材，一般选用碳素钢（如４５钢）；
例如Ｙ７１６３齿轮磨床主轴选用渗碳钢：２０ＣｒＭｎＴｉ。正火：
９５０ — ９７０ ℃，空冷。渗碳、淬火：９１０ — ９４０％渗碳，３２０ — ３４０％油淬，１６０ — ２００ ℃ 回火。表面硬度：＞５Ｉ９ＨＲＣ。
须进行４００％保温６ｈ的消除脆性处理。５．２渗碳钢所生产的轴
一
求：（１）高的疲劳强度，防止疲劳断裂；（２）良好的综合力学性能，
为减少应力集中效应和缺１：３敏感性．以防止冲击或过载断裂，需
要轴的强度和塑性、韧性有良好配合；（３）良好的耐磨性，以防止
而同时承受轴向和弯扭交变载荷，精度要求较高，又承受一定冲
击的较重要的轴．例如，Ｃ６１３２车床主轴、Ｍ７４７５Ｂ磨床砂轮主轴
Ｍ１３５０万能外圆磨床头架主轴，材料为２０Ｃｒ，要求渗碳深

第十一章机械制造中零件材料的选择

机架和箱体及支承类零件的选材
• 包括：
– 减（变）速器箱体 – 轴承座、支座 – 机床床身、床头箱、溜板箱、进给箱 – 气缸体
• 功用：
– 支承并固定机器 – 装配基准 – 承受压力及振动
机架和箱体及支承类零件的选材
• 结构特点：
– 形状复杂 – 一般体积较大、重量较大
• 性能：
– 具有足够的抗压强度和刚度 – 具有足够的尺寸稳定性 – 良好的加工工艺性：
选材的具体步骤与方法
• • • • 以综合力学性能为主进行选材以疲劳强度为主进行选材以磨损为主进行选材其他性能：
– 物理性能：导电性、电磁性能、光、热 – 化学性能：化学介质/耐腐蚀性能
第三节典型零件的选材实例分析
齿轮类零件的选材
• 工作条件：
– 齿根承受大的弯曲应力； – 齿面啮合部位既有滚动摩擦又有滑动摩擦，并且承受很大的接触应力； – 轮齿工作中还将承受一定的冲击载荷； – 汽车、工程机械等机器中的齿轮工作中偶有短时过载。
齿轮类零件的常见失效模式
• 断齿：多由疲劳（低应力高周疲劳/高应力低周疲劳）、静载过载、冲击引起 • 齿面剥落
– 麻点剥落（点蚀） – 浅层剥落 – 深层剥落
• 齿面磨损
– 摩擦磨损 – 磨料磨损
圆锥齿轮
齿轮类零件的性能要求
• 齿面应有高接触疲劳强度和高的表面硬度和耐磨性——防止齿面损伤； • 齿根应有高的齿根弯曲强度和齿根弯曲疲劳强度——防止齿根折断； • 心部应有适当的强度和韧性——防止冲击和偶然过载引起断裂； • 齿轮副齿面硬度应有差异，即大齿轮齿面硬度＜小齿轮齿面硬度； • 应有好的机加性能——可获得好的表面粗糙度。
• 材料的焊接工艺性：

项目八任务3 典型零件的选用.

三) 选材: 20 CrMnTi 钢。四) 加工工艺路线: 下料渗碳磨齿锻造淬火正火机械加工喷丸
低温回火
三) 选材: 40、45钢。四) 加工工艺路线: 下料锻造正火粗加工调质
半精加工及低温回火
精车加工精磨
高频淬火
四.JN – 150型载重汽车变速箱齿轮
一) 工作条件: 1.工作负荷大。 2.高速运转 ( 10～15m/s以上 )。 3.受冲击频繁,磨损较严重。
二) 技术要求: 1.齿面硬度HRC58～62, 金相组织为回火马氏体+合金碳化物+残余奥氏体。 2.齿心部硬度HRC35～45, 金相组织为回火马氏体(低碳)+铁素体+细珠光体。
三) 选材: 45钢。
四) 加工工艺路线:
下料锻造正火粗加工调质
半精加工铣键槽粗磨
钻中心孔
精车加工
局部淬火(锥孔及外锥体) 花键淬火精磨
滚铣花键
二.YJ – 130汽车半轴一) 工作条件: 1.该轴在上坡或启动时,承受较大扭矩。 2.承受一定的冲击力和具有较高的抗弯能力。 3.承受反复弯曲疲劳应力。二) 技术要求: 1.杆部硬度HRC37～44;盘部外圆硬度HRC 24～34 ;金相组织为回火索氏体和回火屈氏体。 2.弯曲度:杆中部<1.8mm;盘部跳动<2.0mm。
三) 选材:40Cr、42CrMo、40CrMnMo。四) 加工工艺路线: 下料锻造正火粗加工调质
半精加工
磨花键
精车加工
盘部钻孔
三.C616机床齿轮
一) 工作条件: 1.工作负荷不太大。 2.中速运转(6～10m/s)。
二) 技术要求: 1.齿面硬度HRC45～50,金相组织为回火索氏体。 2.齿心部硬度HRC22～25,金相组织为回火马氏体。

轴类齿轮零件选材

刚度、强度、尺寸稳定性去应力退火刚度、强度、韧度、耐蚀退火
承力支架、箱体底座铸钢ZG270-500
支架、挡板、盖、罩、钢板Q235、08、20、
壳
16Mn
车辆驾驶室车箱
钢板08
刚度、强度、耐冲击刚度、强度刚度
正火不热处理冲压成形
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•材料： 20CrMnTi。
•热处理技术条件：渗碳层深0.8～1.3mm，表层Wc为0.8%～1.05%，齿面 58～62HRC。心部33～45HRC。
•工艺路线：锻造→正火→粗加工、半精加工→渗碳淬火、低温回火。
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解放牌汽车变速齿轮简图
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部分箱体支承类零件用材情况
代表性零件
机床床身、轴承座、齿轮箱、缸盖、变速
器壳、离合器壳
材料的种类及牌号灰口铸铁HT200
使用性能要求
处理及其他
刚度、强度、尺寸稳定性时效
机床座、工作台
灰口铸铁HT150 刚度、强度、尺寸稳定性
时效
齿轮箱、联轴器、阀壳
灰口铸铁HT250
差速器壳、减速器壳、后桥壳
球墨铸铁QT400-15
运转平稳、负荷不大，条件较好。 • 材料：
45钢。 •热处理技术条件：正火(160～217HBS)；表面高频淬火、回火(50～55HRC)。 •工艺路线：锻造→正火→粗加工→调质→半精加工→高频淬火、回火→精磨。
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⑵汽车、拖拉机齿轮
图6-9
•负荷特点：承载、磨损及冲击负荷较大，工作条件比较繁重。
CM6140车床主轴