工程材料课程设计

《工程材料应用》课程设计说明书专业学生姓名班级学号指导教师完成日期目录第一章任务书---------------------------------------------------------------------------2 第二章铸造件设计--------------------------------------------------------------------- 第三章锻造件设计--------------------------------------------------------------------- 第四章焊接件设计-------------------------------------------------------------------- 第五章总结------------------------------------------------------------------------------ 第六章心得体会------------------------------------------------------------------------ 参考文献------------------------------------------------------------------------格式方面：1、大标题采用二号黑体加粗；2、小标题采用四号黑体字，顶格；3、正文部分采用小四宋体，多倍行距1.25，首行缩进2字符；4、页面采用A4纵向，上页边距采用上、下各2.5，左3，右2.6；5、封面采用机械学院发布的统一格式。

第一章任务书第一节课程设计的目的和任务工程材料应用课程设计是在学完了材料结构及热处理、工程材料及选用、材料成型技术，以及相关实验结束后进行的一个实践教学环节，它一方面要求学生通过课程设计的实践，使学生进一步加深了解和巩固课堂所学的有关知识，提高学生综合运用所学知识的能力；另一方面通过课程设计使学生初步达到在一般机械设计中，能合理选择材料，选择毛坯制造方法，并能合理地安排热处理工艺及零件制造工艺流程。

本课程设计的目的如下：1、了解典型零件材料的选用原则2、掌握典型零件的热处理工艺和加工工艺路线3、掌握铸锻焊的基本工艺第二节课程设计的要求与内容本课程设计包括典型零件的材料选择，热处理工艺路线的安排，零件毛坯生产方法的选择（主要包括铸造（液态成型）、压力加工（塑性成形）和焊接（连接成型）三种成型方法）。

具体内容为：1）根据图纸熟悉产品的结构、各零件的作用和工作条件。

2）依据零件的受力情况（或给定的条件），环境即失效形式进行零件的选材设计（即选择合适的材料成分，组织及热处理状态）。

3）根据零件的使用条件、制造精度、形状尺寸、材料及生产性质等条件，对指定的零件毛坯进行毛坯部分种类的选择（即选择锻压铸造、或焊接的方法），并进行结构工艺分析、完成工艺设计的部分内容（铸件的铸造方法、浇注位置、分型面的选择、并在零件图上示意标出冒口位置；锻件结构工艺、选择的锻造方法；零件的焊接方法、结构工艺、合理布置焊缝等）。

4）对轴类零件（或齿轮）应设计制造工艺流程，正确选择热处理工艺，工艺流程的合理安排，并作详细的说明。

第三节课程设计的方法及步骤一、设计步骤1）对零件制造的方案的总体设计和论证选定。

2）毛坯的生产工艺方法的选择与分析。

3）机械加工方案的分析。

4）工艺过程和工艺流程过程。

二、编制课程设计说明书第四节课程设计成绩的评定学生在完成全部设计任务后，方案和说明书经指导教师审查签字后，在规定日期进行答辩。

根据设计的方案和说明书质量，答辩时回答问题的情况，以及平时的工作态度，独立工作能力等几方面表现，来综合评定学生成绩。

设计成绩分为优、良好、中、及格、不及格五级。

不及格者将另行安排时间补做。

第二章铸造件设计一、零件名称：阀盖二、零件的简图：三、技术要求和生产性质：技术要求铸件不能有气泡、裂纹等缺陷，未注明圆角为R2生产性质中批量生产四、零件的材料选择分析：阀盖的工作条件阀杆的用途一是给阀杆定位，保证阀杆正常传动开关。

二是密封作用，具有一定的强度，防止内部的流体流出。

失效分析变形失效：当承受的应力超过一定限度时，阀盖口产生过量的变形，导致失效。

断裂失效：控制阀杆的作用力很大，在大载荷或冲击载荷作用下，发生断裂或者扭断。

疲劳断裂：由于长期受控制杆及其他零件工作时产生的交变应力，造成阀盖的疲劳断裂。

选材方案选材分析：阀盖属于箱体类支承零件，是机器中的基础零件。

控制杆和齿轮等零件安装在箱体中固定位置并与其它零件协调运动，机器上的各个零部件的重量都由箱体和阀盖类两件件承担。

此外，阀盖的一端可以是封闭的，用于变速箱主轴侧面，阻止外界灰尘进入箱体内，也可用于固定轴承，起到轴向定位的作用，方案一：选用铸铁。

铸铁的铸造性好，价格低廉，消振性能好。

所以形体复杂、工作平稳、中等载荷的箱体类支承件一般都采用灰口铸铁或球墨铸铁制作。

其中，灰铸铁的的力学性能较差，抗拉强度较低，塑性几乎为零。

但抗拉强度与钢相近，并且有良好的铸造性能，如：流动性好，收缩小等。

球墨铸铁的力学性能优于灰铸铁，具有较高的抗拉强度和弯曲疲劳极限，也具有良好的塑性和韧性及耐磨性。

但关键一点是，球墨铸铁的消振能力比灰铸铁低很多，而且查表得，灰铁相比球铁便宜。

所以，综合看来，选用灰口铸铁，其性价比优于球墨铸铁。

方案二：选用合金。

铸造铝合金铸造性能优良，有足够的强度。

但是，铝合金密度小、减震性能差，不宜用作基础零件，且价格较高，不满足经济性原则。

方案三：选用铸钢。

铸钢是一种重要的铸造合金，有较高的强度和良好的塑性，通过热处理可获得较高的硬度和能承受较大的载荷和冲击。

但阀盖结构并不复杂，一般通过铸造成型，而铸钢的铸造性能较差，易出现浇注不足、缩孔等铸造缺陷，这将大大影响成型后零件的性能。

总结：对比以上三个方案，综合考虑工作条件，经济性原则等，选择方案一。

选用灰口铸铁HT200。

因为阀盖为一般支承件，对材料的力学性能主要是承压，仅要求抗拉强度不低于150MPa，而HT200的抗拉强度完全可以满足其强度要求。

HT200铸铁有较好的铸造性能和较低的缺口敏感性，强度较高，耐热耐磨性好，减震性良好，经过人工时效可以承受较大的载荷。

而且，经过孕育处理后，石墨得到细化，可以改善灰口铸铁的强度和其他性能。

五、毛坯选择分析：该零件材料为铸钢，零件结构比较简单，生产类型为中批生产，为使零件有较好的力学性能，保证零件工作可靠，故采用铸造成形。

这从提高生产效率保证加工精度上考虑也是应该的。

零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件形状尽量接近，内孔不铸出。

毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。

铸造可分为砂型铸造、熔模铸造、金属性铸造、压力铸造和离心铸造等。

方案一：砂型铸造，是传统的铸造方法，内部组织疏松，易产生缩孔、缩松、气孔、沙眼等缺陷，但其工艺简单，有很大的灵活性，适用于各种形状、大小、批量及各种常用合金铸件的生产，特别适合于内腔复杂的铸件。

砂型铸造成本低廉，因为该支座对零件表面没有质量要求，所以没有必要花大投资去选择能使表面质量好的熔模铸造、压力铸造等。

并且该支座生产性质为中批生产，砂型铸造足以满足所有要求，同时极大节约成本。

方案二：压力铸造，压铸件尺寸精度高，表面质量好，可以压铸必薄、形状复杂的以及具有很小孔和螺纹的铸件，强度和表面硬度高，可实现半自动化及自动化生产。

但由于充型速度快，气体难以排出，易产生气孔，金属凝固快，易产生缩孔和缩松。

另外，设备投资大，铸型制造周期长，造价高，不宜中、小批量生产，根据支座的技术要求，用此法经济上过于浪费，故不合适。

方案三：熔模铸造，铸件精度高、表面质量好，可制造形状复杂的铸件，铸造合金种类不受限制，生产批量也基本不受限制，既可大批量生产也可单件、小批量生产。

但是，熔模铸造存在工序繁杂、生产周期长、生产成本高等缺点，且铸件不易太大、太长，一般限于25kg以下，而支座重量显然较大，所以不合适。

总结：综上所述，所铸毛坯形状简单，对表面质量没有特殊要求，中批生产，应选择砂型铸造。

六、工艺选择：一、浇铸位置的选择：(1)铸件的重要加工面应朝下或位于侧面。

(2)铸件的大平面应朝下。

(3)面积较大的薄壁部分应置于铸型下部或是其处于垂直或倾斜位置，可以有效防止铸件产生浇铸不足或冷隔等缺陷。

(4)对于容易产生缩孔的铸件，应将厚大部分放在分型面附近的上部或侧面，以便在铸件厚壁处直接安装冒口，使之实现自上而下的定向凝固。

二、铸型分型面的选择：(1)应尽可能使铸件的全部或大部分置于同一砂型中，以保证铸件的精度。

(2)应时铸件的加工面和加工基准面处于同一砂型中。

(3)应尽量减少分型面的数量，尽可能选平直的分型面，最好只有一个分型面。

(4)应尽量减少型芯和活块的数量，以简化制模、造型、合型等工序。

(5)应尽量使行腔及主要型芯位于下型，以便于造型、下芯、合型和检验壁厚。

七、铸造工艺图：由下图分析可得：分型面选在最大截面处，易于拔模，上砂箱高度较低零件下部截面较大，放在砂型上部，并在上部设置冒口，用来补缩。

分析：分型面选在最大截面处，易于拔模，上砂箱高度较低，零件下部截面较大，放在砂型上部，并在上部设置冒口，用来补缩。

八、工艺流程：铸造→失效→切削加工→局部淬火→回火→去应力退火第三章锻造件设计一、零件名称：汽车变速箱齿轮二、零件的简图：三、技术要求和生产性质：技术要求齿表面要求有较高的硬度（58～64HRC）、耐磨性和疲劳强度，而心部则要求较高的强度与韧性。

心部强度σb >1000MPa ak >60J/cm2生产性质大批量生产四、零件的材料选择分析：变速齿轮的工作条件该齿轮的作用是将汽车发动机功率传递到后轮倒车作用。

工作条件比较恶劣，受力大、常超载和受冲击力作用。

失效分析 1.当齿轮所受到的弯力较大时，可能发生齿根折断。

2.齿轮的心部韧性过低时，在冲击作用下会发生断裂。

3.齿轮在强摩擦下可能发生磨损和点蚀现象。

4.齿轮在交变应力的作用下，长时间工作可能发生疲劳断裂。

选材方案选材分析：该变速齿轮由于工作条件比较恶劣，受力大常超载和受冲击力作用。

因此，要求较高的心部强度和冲击韧性，对于齿轮来说还受摩擦力和交变载荷作用。

因此，要求齿表面有较高的硬度、耐磨性和疲劳强度。

根据上述要求，选材方案如下：方案一：选择调质钢。

这类钢经调质后有较好综合性能，但对该齿轮来说其心部塑性，韧性较低，而且再经过表面淬火后，其表面的耐磨性不理想，因此该方案难以满足技术要求。

方案二：在渗碳钢中选择。

选15、20Cr等渗碳钢，经渗碳、淬火、低温回火后，表面硬度、耐磨性可以满足要求，但该齿轮的的厚度较大，这两种材料的淬透性小，从而使齿轮心部达不到要求。