零件选材及工艺路线

(2)尽量选用型材代替锻件、加工件，以降低制造费 用。 (3)优先选用碳钢和低合金高强度钢。其价格低，且 加工性能优于合金钢，因而加工制造成本较低。 (4)重要、精密、复杂的零件和使用周期长的工模具， 选材时不仅要考虑材料的价格，还应考虑其质量和使 用寿命。




(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）
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。
加工性最重要。一般来说材料的硬度越高、加工硬化能力越 在钢铁材料中，易切削钢、灰铸铁和硬度处于180～230HBS范 围的钢具有较好的切削加工性能；而奥氏体不锈钢、高碳高 铝、镁合金及部分铜合金具有优良的切削加工性能。
强、切屑不易断排、刀具越易磨损，其切削加工性能就越差。
合金钢(高铬钢、高速钢、高锰耐磨钢)的切削加工性能较差。
失效分析的目的就是要分析零件的失效原因并提
出相应的防止和改进措施，其结论对零件的设计、选 材、加工与使用都有重大的指导意义。
失效形式
三类：过量变形、断裂、表面损伤
对结构材料的失效而言，其中断裂失效（尤其是 脆性断裂）因其危险性而易受重视、且研究最多 疲劳断裂最普遍，是断裂失效的主要方式。
失效原因
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。
§ 1 选材的原则
1.3经济性能选材原则
质优、价廉、寿命高，是保证产品具有竞争力的 重要条件；在选择材料和制定相应的加工工艺时，应考
虑选材的经济性原则。
所谓经济性选材原则，不仅是指选择价格最便宜的 材料、或是生产成本最低的产品，而是指运用价值分析

2. 工艺性能良好的原则

在大批量生产时，有时工艺性能还会成为选材的 决定因素 。 3. 经济性合理的原则 零件的总成本包括材料的价格、零件的重量、加 工费、试验研究费、管理费等制造成本，以及因 零件失效而必须更换或维修的费用等附加成本。


以下几条原则在选材时应加以注意：

(1)充分考虑以铁代钢。铸铁价格较低廉，加工方便， 以铸代锻还可节省部分设备投资和加工费用。铸铁具 有许多优良的性能，尤其球墨铸铁的许多性能接近、 达到或超过了钢的水平。
§ 3 典型零件选材与工艺分析
工程材料的应用概况
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21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。
四个主要方面：设计、材料、加工与使用
1.1根据材料使用性能选材原则
（三）提出对材料的（力学、理化）性能的要求 常规的力学性能（强度、硬度、塑性、韧性等） 化学稳定性（抗氧化性和耐腐蚀性） 导电性、导热性 绝缘性等。
1.2根据材料工艺性能选材原则

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、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。 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。
的方法，综合考虑材料对产品的功能与成本的影响，以 达到最佳的技术经济效益。
§ 1 选材的原则
1.3经济性能选材原则
价值工程原理：价值=功能/成本
§ 3 典型零件选材与工艺分析
工程材料的应用概况
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。
1.2工艺性能选材原则（金属材料）
1.2工艺性能选材原则（金属材料）
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。
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
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。
在经济性、加工性相近或相同时，应选用使用性 能最优的材料。


在加工工艺性能等问题上出现某些突出的制约性 因素时，所选材料的使用性能也可以不是最优的， 此时需找到使用性能与制约因素之间恰当的平衡 点。

4. 确定热处理方法或其它强化方法。 5. 对所选定的材料进行产品试制及实验分析， 以考查其能否满足使用性能要求。重要的产品 应在真实工况下进行台架试验。当试验结果基 本满意后，可小批投产。
1.选材方法
材料的选用就是在种类繁多的材料中，找出既能 满足工程使用的要求，又能降低产品总成本获得 最大经济利益，同时还能符合使用环境条件、资 源供应情况和环保要求的材料。 1.1 根据使用性能选材 使用性能主要指零件在使用状态下材料应具有的 力学性能、物理性能和化学性能等。

使用性能是选材最主要的依据。
零件选材及工艺路线
主要内容：
1. 选材方法 2.典型零件选材及工艺路线

概

述
材料的选择与应用是机械设计与制造工作中重要的基 础环节，自始至终地影响整个设计过程。

选材的核心问题是在技术和经济合理的前提下，保证
材料的使用性能与零件（产品）的设计功能相适应。

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
2.典型零件选材及工艺路线
2.1

齿轮
齿轮主要用于传递扭矩和调节速度
1.1根据材料使用性能选材原则
（一）分析零件的工作条件，确定使用性能

（1）零件的受力情况
如载荷性质（静载、动载、交变载荷）、形式（拉压、弯曲、扭 转、剪切）、分布（均匀分布、集中分布）与大小，应力状态；

（2）零件的工作环境
如温度（常温、高温、低温或变温），介质（有无腐蚀介质、润 滑剂）；

（3）零件的特殊性能要求
如导热性、密度与磁性等。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要求耐蚀性等。
1.1根据材料使用性能选材原则
1.1根据材料使用性能选材原则
（二）进行失效分析，确定零件的主要使用性能 在使用过程中，因零件的外部形状尺寸和内部组织结 构发生变化而失去原有的设计功能，使其低效工作或 无法工作或提前退役的现象即称为失效。


工作的环境包括工作温度、腐蚀介质情况以及磨 损条件等。
特殊性能要求主要是对导电性、导热性、磁性、 热膨胀、比重、外观等的要求。


工作条件和失效形式分析→确定零件的主要使用 性能要求→通过分析、计算转化成可测量的实验 室性能指标和具体数值→再按这些性能指标数据 查找手册进行选材。
注意：手册中材料的性能数据是在一定试样尺寸、 一定成分范围和一定加工、处理条件下得到的， 选材时必须注意这些因素对材料性能的影响，对 大量生产的重要零件，可用零件实物进行强度和 寿命的模拟试验，为选材提供可靠的数据。