第十一章典型零件的选材及工艺
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
第十一章 机械零件选材及加工路线分析
合金钢
械
）
铸铁
工
迎
机
（
料
机
程
工
）
械
程
热处理工艺
×
料
（
√
机
切削加工
马
√
高速钢× 易切削钢√
迎
机
械
材
械 工
机
（
马 迎
）
工
程
焊接
低碳钢√ 高碳钢×
材
×
√ ×
材
××
料
（
马
锻造
低碳钢√ 高碳钢×
高碳高合金钢 ×
程
械
械 工
××
马
迎
）
材 料
械 工 程
机
迎
马
械
（
料
材
程
工
迎
程
械
（
料
机
材
程
工
）
械
迎
机
马
程
材
料
（
械 工
机
机
预防和控制热处理变形的方法和措施
变形主要是由于热处理产生内应力（热应力 和组织应力）引起的。
迎 工 械 机 械 工 ） 程 材 料 马 （ 迎 ）
（ 马 迎
）
料
材
机
（
械
迎
机
马
程
材
料
（
械 工
机
（
马 迎
）
机
械
工
组织应力：由于组织转变而产生体积变化不 同所引起的内应力。
材 程 工 ） 程 材 料
料
机
（
马
料
机械零件选材原则及工艺设计
机械零件选材原则及工艺设计机械零件的选材原则及工艺设计在机械设计中，选择合适的材料和有效的工艺是非常重要的，因为这直接影响了零件的质量、性能和使用寿命。
下面是一些机械零件选材原则及工艺设计的重要考虑因素。
1. 材料的机械性能：机械零件必须具有足够的强度、硬度和耐磨性，以承受预期的工作载荷和环境条件。
因此，在选择材料时，应该考虑其拉伸强度、屈服强度、断裂韧性和硬度等机械性能指标。
2. 材料的耐腐蚀性：机械零件往往要在各种恶劣的环境条件下工作，如高温、湿度或腐蚀性介质。
因此，应选择具有良好耐腐蚀性能的材料，以保证零件的长期稳定性和可靠性。
3. 材料的热处理性：有些机械零件需要进行热处理，以改善其机械性能和硬度。
因此，在选材时，应选择适合热处理的材料，以便在工艺设计中能够获取所需的材料性能。
4. 材料的可加工性：机械零件的制造通常需要各种加工操作，如切削、铣削、焊接等。
因此，材料的可加工性也是选材的重要因素，应选择易于加工的材料，以保证制造成本和质量。
5. 材料的经济性：在选材时，还必须考虑材料的成本因素。
有时候，高性能材料可能很昂贵，但在某些应用中，可以使用性能适当的低成本材料来替代。
工艺设计也是机械零件设计中重要的一环。
下面是一些常见的工艺设计考虑因素：1. 制造工艺的可行性：在工艺设计中，应考虑零件的复杂度和制造难度。
有时候，可能需要进行多道复杂的加工操作，而在其他情况下，使用简单的加工过程就可以完成。
因此，在工艺设计中应选择最合适和最经济的制造工艺。
2. 精度要求：机械零件的精度直接影响其质量和功能。
因此，在工艺设计中，应根据零件的功能需求和装配要求，确定适当的制造精度和加工工艺。
3. 工艺的可重复性和稳定性：工艺的可重复性和稳定性对零件的质量和一致性至关重要。
因此，在工艺设计中，应选择稳定可靠的加工工艺和设备，以确保批量生产的一致性和质量可控。
总之，在机械设计中，选材和工艺设计是同等重要的。
2013典型零件的选材及工艺路线_729401408
机床变速箱齿轮
汽车齿轮：合金渗碳钢
变速箱和差速器。受力较大，受冲击频繁， 其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击 韧性等，均要求比机床齿轮高。
一般用合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi制造。 工艺路线为： 下料-锻造-正火-切削加工渗碳-淬火及低温回火喷丸-磨削加工。
低、中碳钢或合金调质钢： 经锻造或轧制，兼顾 强度和韧性，同时考虑疲劳抗力；
碳钢：35、40、45、50钢，一般轴类零件； 合金调质钢：如40Cr、40MnB、40CrNiMo、
20Cr、20CrMnTi等；载荷较大，外形、尺寸和 重量受限制，轴颈的耐磨性等要求高 球墨铸铁和高强度灰铸铁：曲轴。 主要受扭转、弯曲的轴，可不用淬透性高的钢种； 受轴向载荷轴，因心部受力较大，应具有较高淬 透性。
汽车板簧
缓冲和吸振,承受很大的交变应力和冲击载荷的作用， 需要高的屈服强度和疲劳强度。 轻型汽车：选用65Mn、60Si2Mn钢； 中型或重型汽车：板簧用50CrMn, 55SiMnVB钢； 重型载重汽车：大截面板簧用 55SiMnMoV,55SiMnMoVNb。
工艺路线 热轧钢带(板)冲裁下料-压力 成型-淬火-中温回火-喷丸强化
园锯片（镶齿式）
切割钢材、有色金属、石料、塑料 等材料。整体强韧性好，锯齿硬度 高，耐磨性好。
材料：， 本体 ：60、65Mn钢 锯齿：高速钢或硬质合金刀片
工艺: 钢板下料-冲孔-淬火-高温回火-
机加工-钎焊锯齿-磨齿。
小结
1.齿轮 主要要求疲劳强度，特别是弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。根据受力分析， 齿轮类零件选用低、中碳钢或其合金钢。 机床齿轮用中碳钢45或中碳合金钢40Cr； 汽车齿轮用合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi ； 重型机械齿轮用 铸钢
机械制图第11章 零件图 - 新国标
第二节
零件的视图选择
零件的视图选择原则：
主视图的选择——
（1）主视图的投影方向——形体特征原则
（2）零件的安放位置——工作位置、加工位置、习惯位置等 其它视图的选择——在完整、清晰表达零件的内外结构形状和便 于读图的前提下，尽量减少视图的数量，各视图表达的重点要明确， 简明易懂。
一、轴套类零件
（三）技术要求
1、有配合要求的表面，其表面粗糙度参数值较小。无配合 要求表面的表面粗糙度参数值较大。 2、有配合要求的轴颈尺寸公差等级较高、公差较小。无配 合要求的轴颈尺寸公差等级较低，或不需标注。 3、有配合要求的轮颈和重要的端面应有形位公差的要求。
二、盘盖类零件
盘盖类零件可包括端盖、手轮、胶带轮、盘座等。 轮一般用来传递动力和扭矩，盘主要起支承、轴向定位以及 密封等作用。
3.掌握表面粗糙度、极限与配合的代号及标注；
4.了解几何公差的代号及标注；
5.零件图尺寸标注完整、清晰、符合国家标准。
第一节
零件图的作用与内容
组成机器或部件的最基本的构件，称为零件。根据零件在机 器或部件上的作用，一般可将零件分为三种类型：
1. 标准件：紧固件(螺栓、螺母、垫圈、螺钉……）、滚动轴 承、油杯等。
图
例
（一）表达方案 （二）尺寸标注 （三）技术要求
主视图投射方向
（一）表达方案
1、轮盘类零件主要是在车床上加工，所以应按形状特征和 加工位置选择主视图，轴线横放；对有些不以车床加工为主的零 件可按形状特征和工作位置确定。 2、盘类零件一般需要两个主要视图。 3、轮盘类零件的其它结构形状，如轮辐可用移出断面或放 大断面表示。 4、根据轮盘类零件的结构特点（空心的），各个视图具有 对称平面时，可作半剖视；无对称平面时，可作全剖视。
典型零件选材及工艺分析
典型零件选材及工艺分析一，齿轮类机床、汽车、拖拉机中，速度的调节和功率的传递主要靠齿轮机床、汽车和拖拉机中是一种十分重要、使用量很大的零件。
齿轮工作时的一般受力情况如下：（1）齿部承受很大的交变弯曲应力；（2）换当、启动或啮合不均匀时承受击力；（3）齿面相互滚动、滑动、并承受接触压应力。
所以，齿轮的损坏形式主要是齿的折断和齿面的剥落及过度磨损。
据此，要求齿材料具有以下主要性能：（1）高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度；（2）齿面有高的硬度和耐磨性；（3）齿轮心部有足够高的强度和韧性。
此外，还要求有较好的热处理工艺性，如变形小，并要求变形有一定的规律等。
下面以机床和汽车、拖拉机两类齿轮为例进行分析。
（一）机床齿轮机床中的齿轮担负着传递动力、改变运动速度和运动方向的任务。
一般机床中的齿轮精度大部分是7级精度（GB179-83规定，精度分12级，用1、2、3、……12表示，数字愈大者，精度愈低）。
只是在他度传动机构中要求较高的精度。
机床齿轮的工作条件比起矿山机械、动力机械中的齿轮来说还属于运转平稳、负荷不大、条件较好的一类。
实践证明，一般机床齿轮选用中碳钢制造，并经高频感应热处理，所得到的硬度、耐磨性、强度及韧性能满足要求，而县市频淬火具有变形小、生产率高等优点。
下面以C616机床中齿轮为例加以分析。
1、高频淬火齿轮的工工艺线2、热处理工序的作用正火处理对锻造齿轮毛坯是必需的热处理工序，它可以使同批坯料具有相同的硬度，便于切削加工，并使组织均匀，消除锻造应力。
对于一般齿轮，正火处理也可作为高频淬火前的最后热处理工序。
调质处理可以使齿轮具有较高的综合机械性能，提高齿轮心部的强度和韧性，使齿轮能承受较大的弯曲应力和冲击力。
调质后的齿轮由于组织为回火索氏体，在淬火时变形更小。
高频淬火及低温回火是赋予齿轮表面性能的关键工序，通过高频淬火提高了齿轮表面硬度和耐磨性，并使齿轮表面有压应力存在而增强了抗疲劳破坏的能力。
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
《金属材料与热处理》典型零件的选材原则及工艺路线设计
第三步:根据零件的几何形状、尺寸及工作中所承受的 载荷，计算出零件中的应力分布；
第四步:由工作应力、使用寿命或安全性与实验室性能 指标的关系，确定对实验室性能指标要求的具体数值；
第五步:利用手册根据使用性能选材。
交变应力，还可造成曲轴的扭转和弯曲振动，产生附加应力 ；应力分布不均匀；曲轴颈与轴承有滑动摩擦。
（2）性能要求 曲轴的失效形式主要是疲劳断裂和轴颈严 重磨损。因此材料要有高强度、一定的冲击韧性、足够弯曲 、扭转疲劳强度和刚度，轴颈表面有高硬度和耐磨性。
（3）曲轴材料
锻钢曲轴：优质中碳钢和中碳合金钢，如35、40、45 、35Mn2、40Cr, 35CrMo钢等；
交变， 冲击
交变， 冲击
摩擦，振 齿折断,磨损,疲劳断
动
裂,接触疲劳(麻
点)
振动
弹性失稳，疲劳破 坏
强烈摩擦 磨损，脆断
表面高强度及疲劳极 限，心部强度、 韧性
弹性极限，屈强比， 疲劳极限
硬度，足够的强度， 韧性
由于零件所要求的机械性能数据，不能简单地同手 册、书本中所给出的完全等同相待，还必须注意以下 情况：
铸造曲轴：铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸 铁等, 如ZG25、QT600-3、QT700-2 、KTZ450-5、 KTZ500-4等。
2. 175A型农用柴油机曲轴选材
175A型柴油机曲轴简图
（1）性能要求 农用柴油机曲轴功率和承受载荷不大；但
滑动轴承中工作轴颈部要有较高硬度及耐磨。要求σb≥750 MPa, 整体硬度240 HBS～260 HBS, 轴颈表面硬度≥625 HV, δ≥2%, ak≥150 kJ/m2。
第十一章-材料的选用
第一节 选材的一般原则
选材时，不仅要保证零件在工作时有良好的 功能，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的 工艺性和经济性，以便提高伸长率，降低成本。
一、材料的使用性能
在设计零件进行选材时，必须根据零件在整 机中的作用，零件的形状、大小以及工作环境， 找出零件材料应具备的主要力学性能指标。
材料的相对价格
材料
相对价格 材 料 相对价格
碳素结构钢 低合金结构钢 优质碳素结构钢 易切削钢 合金结构钢 铬镍合金结构钢 滚动轴承钢 弹簧钢
1 1.2~1.7 1.4~1.5
2 1.7~1.9
3 2.1~2.9 1.6~1.9
碳素工具钢 低合金工具钢 高合金工具钢 高速钢 铬不锈钢 铬镍不锈钢 普通黄铜 球墨铸铁
1.从工艺性出发
如果设计是铸件，最好选择共晶合金；如果设 计的是锻件、冲压件，最好选择在加工时呈固溶体 的合金；如果设计是焊接结构，则不应选用铸铁， 最适宜的材料是低碳钢或低碳合金钢；而铜合金和 铝合金的焊接性能都不够好。
2.在机器制造中，绝大部分的机械零件都要经 过切削加工，因此材料的切削加工性能的好坏 对提高产品生产率，降低成本都具有重要意义。 为了便于切削，一般希望材料的硬度在 170~230HBS之间。
粗磨 滚铣花键 花键淬火 精磨
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。
零件选材与加工工艺分析
零件选材与加工工艺分析1. 引言零件选材与加工工艺分析是制造业中非常重要的环节之一。
正确的选材和合适的加工工艺对于零件的质量、性能和成本都有着巨大的影响。
本文将从选材和加工工艺两个方面进行分析，探讨零件选材与加工工艺分析的相关内容。
2. 零件选材分析2.1 材料选择的基本原则在开展零件选材分析之前，我们首先需要了解一些基本的原则。
材料选择的基本原则包括以下几点：•使用环境需求：根据零件所处的使用环境，选择耐磨、耐腐蚀、耐高温等特性的材料。
•力学性能：根据零件所承受的力学载荷，选择具有足够强度和韧性的材料。
•制造工艺性能：考虑材料的加工性能，选择易于加工、成型和加工损失较少的材料。
•成本因素：考虑材料的原材料成本、加工成本等，选择经济合理的材料。
2.2 常见材料分类与特点根据不同的应用需求，零件材料可以分为金属材料、塑料材料和复合材料等。
下面将就这几种常见的材料进行简要介绍：•金属材料：金属材料具有良好的导电、导热和机械性能，常见的金属材料有钢、铝、铜等。
钢具有高强度和良好的可塑性，广泛应用于机械零件制造。
铝具有轻质、导热性好的特点，常用于航空航天领域。
铜具有优良的导电性能，常用于电子领域的零件制造。
•塑料材料：塑料材料具有良好的绝缘性能、耐腐蚀性和成型性，常见的塑料材料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。
聚乙烯具有良好的耐磨性和韧性，常用于容器、管道等零件的制造。
聚丙烯具有较高的耐腐蚀性和尺寸稳定性，常用于化学管道等零件的制造。
聚氯乙烯具有良好的绝缘性能，常用于电线电缆等零件的制造。
•复合材料：复合材料由两种或两种以上的基体材料组合而成，具有优异的力学性能和特殊性能。
常见的复合材料有碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。
碳纤维复合材料具有高强度和轻质的特点，常用于航空航天领域的零件制造。
玻璃纤维复合材料具有良好的耐磨性和韧性，常用于汽车零件制造。
2.3 选材案例分析下面以汽车发动机活塞为例，进行选材案例分析。
选用工程材料的一般原则
机电工程 赵华洋
14
第十一章 材料的选用
§1 选材的原则
二、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。
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机电工程 赵华洋
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第十一章 材料的选用
§1 选材的原则
二、工艺性能选材原则（金属材料）
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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机电工程 赵华洋
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第十一章 材料的选用
§3 典型零件选材与工艺分析
二、齿轮类零件选材（性能要求）
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；
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机电工程 赵华洋
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第十一章 材料的选用
§3 典型零件选材与工艺分析
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：
典型零件的选材及工程材料的应用-金属工艺学
（2）主要失效形式
1）塑性变形 2）疲劳断裂 3）快速脆性断裂 在腐蚀介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效； 4）在腐蚀介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效；高温下使 用的弹簧易出现蠕变和应力松弛，产生永久变形。 用的弹簧易出现蠕变和应力松弛，产生永久变形。
（3）对弹簧用材性能要求
1）高的弹性极限和屈强比（σs/σb） 高的弹性极限和屈强比（ 2）高的疲劳强度 3）好的材质和表面质量 4）某些弹簧需要良好的耐蚀性和耐热性
三、弹簧类零件的选材
弹簧的工作条件、 1. 弹簧的工作条件、失效形式及性能要求 （1）工作条件
1）弹簧在外力作用下，压缩、拉伸、扭转时材料将承受弯曲应力 弹簧在外力作用下，压缩、拉伸、 或扭转应力。 或扭转应力。 缓冲、减震或复原用的弹簧， 2）缓冲、减震或复原用的弹簧，承受交变应力和冲击载荷的作用 3）某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用
（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
二、轴类零件的选材
1. 轴的工作条件、失效形式及性能要求 轴的工作条件、 （1）一般轴的工作条件
1）传递一定的扭矩，承受一定的交变弯矩和拉、压载荷。 传递一定的扭矩，承受一定的交变弯矩和拉、压载荷。 2）轴颈承受较大的摩擦 3）承受一定的冲击载荷 1）疲劳断裂 2）断裂失效 3）磨损失效
锻造---- 正火----粗加工----调质----精加工-------粗加工----调质----精加工----表面淬火及低 锻造---- 正火----粗加工----调质----精加工----表面淬火及低 温回火-------磨削加工 温回火----磨削加工
（2）内燃机曲轴选材
典型零件的加工工艺与设计[共5篇]
![典型零件的加工工艺与设计[共5篇]](https://img.taocdn.com/s3/m/c3f65edd846a561252d380eb6294dd88d1d23d57.png)
典型零件的加工工艺与设计[共5篇]第一篇：典型零件的加工工艺与设计一、重点1．轴类零件的选材原则及选材方法；2．加工工艺路线的制定和分析。
二、难点1．材料选择和工艺制定的综合与优化；三、分组每5人为一组；四、实验目的1．通过对典型轴类零件的测绘、设计，提高创新与设计能力及实际动手能力；2．通过对典型轴类零件的加工工艺路线的分析，提高学生对所学知识的综合运用能力。
五、实验设备和仪器1．阶梯轴。
2．量具：游标卡尺，外径千分尺。
3．绘图仪器。
六、实验内容及要求1．根据提供的阶梯轴类零件技术要求及毛坯尺寸，设计一轴类零件并绘制出零件草图且说明其用途和零件结构工艺性。
2．根据画出的零件图设计零件的加工工艺路线，并进行分析。
七、实验原理正确选材是机械设计的一项重要任务，它必须使选用的材料保证零件在使用过程中具有良好的工作能力，保证零件便于加工制造，同时保证零件的总成本尽可能低。
优异的使用性能、良好的加工工艺性和便宜的价格是机械零件选材的最基本原则。
机械设计不仅包括零件结构的设计，同时也包括所用材料和工艺的设计。
（一）材料的选择原则选材的基本原则是所选材料的使用性能应能满足零部件使用要求，经久耐用，易于加工，成本低，即从材料的使用性能、工艺性能和经济性三个方面进行考虑。
1、使用性能原则使用性能是保证零部件完成指定功能的必要条件。
使用性能是指零部件在工作过程中应具备的力学性能、物理性能和化学性能，它是选材的最主要依据。
对于机械零件，最重要的使用性能是力学性能，对零部件力学性能的要求，一般是在分析零部件的工作条件（温度、受力状态、环境介质等）和失效形式的基础上提出来的。
根据使用性能选材的步骤如下：① 分析零部件的工作条件，确定使用性能② 分析零部件的失效原因，确定主要使用性能③ 将对零部件的使用性能要求转化为对材料性能指标的要求④ 材料的预选2、工艺性能原则材料的工艺性能表示材料加工的难易程度。
任何零部件都要通过一定的加工工艺才能制造出来。
典型零件的选材及工艺分析
牌号 温度/℃ 持久强度/MPa
表10-2 几种耐热钢的持久强度值
过去的主轴几乎都是用钢制造的，现在轻载和中 载主轴已经可用球墨铸铁制造。
2 机床齿轮类零件的选材
机床齿轮按工作条件的不同，可分为以下三类。 （1）轻载齿轮。转动速度一般都不高，大多用45钢制造，经正火或调质处理。 （2）中载齿轮。一般用45钢制造，正火或调质后，再进行高频表面淬火强化，以提高齿 轮的承载能力及耐磨性。对大尺寸齿轮，则需用40Cr等合金调质钢制造。一般机床主传动系 统及进给系统中的齿轮，大部分属于这一类。 （3）重载齿轮。对于某些工作载荷较大，特别是运转速度高又承受较大冲击载荷的齿轮 大多用20Cr，20CrMnTi等渗碳钢制造。经渗碳、淬火处理后使用。例如，变速箱中一些重要 传动齿轮等的选材。
通过对这些断裂的转子轴进行失效分析发现，这些转子轴都是采用标准的转子 钢制造的，其常规的机械性能均符合设计要求，但所有转子在工作很短时间后即发 生断裂。而根据计算，断裂时的应力并不大，都远低于材料的屈服强度，安全系数 也相当大。显然，这种断裂从常规的设计观点看是难以解释的。从断口分析发现， 断裂是由一些缺陷（如白点、焊接裂纹等）引起的，缺陷尺寸超过了根据断裂韧性 计算出来的临界裂纹尺寸。因此，从断裂力学的观点很容易解释这种断裂发生的原 因。所以必须采用缺陷很少的优质转子钢制造转子轴。
3 机床导轨
机床导轨精度对整个机床的精度有很大的影响，必须防止其变形和磨损，所以机床导轨通常都是选 用灰口铸铁制造，如HT200和HT350等。灰口铸铁在润滑条件下耐磨性较好，但抗磨粒磨损能力较差。 为了提高耐磨性，可以对导轨表面进行淬火处理。
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低倍分析是指用肉眼或低倍放大镜来观察分析金属及其合金的 组织状态。
2.显微分析
显微分析是用较大放大倍率的光学金相显微镜或电子显微镜来 观察和研究金属及其合金的组织结构。
①光学显微镜
②电子显微分析
三、无损探伤 1.磁力探伤
磁力探伤机 1一磁场2一铁粉
磁力探伤的原理
2.射线探伤
X射线探伤示意图
γ射线透射示意图
②同时承受弯曲、扭转及拉、压应力的轴：应选用淬透性较高的材料，如
30CrMnSi钢、40CrNiMo 钢等 。 ③刚性作为主要要求的轴：选用优质碳素结构钢，如20钢、35钢、45 钢等。
④承受较大冲击载荷，又要求较高耐磨性的形状复杂的轴：可选低 碳合金钢18Cr2NiWA钢、20Cr钢、20CrMnTi钢等。
3.工艺不合理 4.安装及使用不正确
a)设计不合理；b)设计合理
改变零件设计防止裂纹 a)锐角转接截面突变 b)圆角过渡
防止淬火变形、开裂的措施
三、选材的基本原则 ㈠满足使用性能
几种零件（工具）工作条件、失效形式及要求的力学性能
㈡材料的工艺性能良好
1．铸造性
2．可锻性
3．焊接性
4．切削加工性 ㈢充分考虑经济性
知识进行分析。
第一节 零件的失效形式及选材的基本原则
机械零件丧失正常的工作能力称为失效
一、零件的失效形式
1.断裂失效 2.过量变形
延性断裂 脆性断裂
3.表面损伤
疲劳断裂
蠕变断裂
过量蠕变变形
过量弹性变形
过量塑性变形
磨损失效 接触疲劳失效 腐蚀失效
二、零件失效的原因 1.零件设计不合理 2.选材不合理
铸造曲轴：主要采用铸钢、球墨铸铁、合金铸铁等制造，球墨铸铁 是铸造曲轴最常用的材料。一般汽车发动机曲轴所选用的球墨铸铁强度 应不低于600MPa，农用柴油发动机曲轴的球墨铸铁强度则不低于 800MPa。
三、弹簧选材
弹簧的基本作用是在载荷 作用下产生变形，把机械能或 动能转变为形变能；在恢复变 形时，把形变能转变为机械能 或动能。
机 架 、 箱 体 类 零 件
第三节 金属材料的质量检验
一、成分分析 1.火花鉴别 ①碳素钢的火花
20
45
钢
钢
火
火
花
花
17
T
钢
10
火
钢
花
火
花
②合金钢火花
40Cr钢火花
40Si2Mn钢火花
CrWMn钢火花
W18Cr4V钢火花
2.化学分析
滴定法 比色法
光学显微镜
现场化学试验 3.光谱分析 二、组织分析 1.低倍分析
弹簧钢的特点及用途
四、刃具选材
1.工作情况 4.刀具的选材
2.主要失效形式 5.应用举例
3.性能要求
①板锉
热轧钢板（带）下料→锻（扎）柄部→正火→球化退火→机加工→ 淬火、低温回火
锉刀
②齿轮滚刀 热轧棒材下料→锻造→球化退火→粗加工→淬火、回火→精加 工→表面处理
齿轮滚刀
五、机架、箱体类零件选材
3.超声波探伤
l一探头；2一缺陷；3一发射脉冲； 4一缺陷反射波；5一底面反射波
4.渗透探伤
荧光探伤法示意图
5.液晶探伤Βιβλιοθήκη l一紫外线光源；2一滤光片； 3一紫外线；4一被检验零件；
5一缺陷
储存和释放能量
缓冲或减振 主要用途 定位
测力 复原
1.工作情况
2.主要失效形式
3.性能要求
4.弹簧的选材
5.应用举例
①火车螺旋弹簧
热轧钢棒下料→两头制扁→热卷成形→淬火→中温回火→喷丸强化→端 面磨平
②气门弹簧 冷卷成形→淬火→中温回火→喷丸强化→两端磨平
③自行车手闸弹簧
将冷拔钢丝直接冷卷、弯钩成形即可 ④汽车板簧 热轧钢带（板）冲裁下料→压力成型→淬火→中温回火→喷丸强化
材料价格 国家资源状况 零件的总成本
㈣考虑零件外形和尺寸特点
㈤考虑生产批量
第二节 典型零件的选材与工艺分析
一、齿轮选材 齿轮是机械工业中应用最广泛的重要零件之一，它主要用于传递动 力和运动，改变速度和方向。
1.工作情况 2.主要失效形式 3.性能要求
4.齿轮类零件的选材
宜选用低、中碳钢或低、中碳合金钢。
5.应用举例 ①机床主轴
备料一锻造一正火一机械粗加工一调质一机械半精加工一局部 淬火(轴颈、锥体)+回火一粗磨一花键高频淬火+回火一精磨
C620车床主轴简图
常用机床主轴的工作条件、选材及热出理
②航空发动机涡轮轴 备料一模锻一正火+高温回火一机械粗加工一调质一机械精加工一 磁力探伤一检验一发蓝
③曲轴 锻造曲轴：备料→模锻→正火+高温回火→机械粗加工→调质→机械 精加工→中频感应加热淬火
第十章 典型零件的选材及工艺路 线设计
第一节 零件的失效形式及选材的基本原则 第二节 典型零件的选材与工艺分析 第三节 金属材料的质量检验
学习要求
1.了解选材的一般原则和程序； 2.掌握各类材料的分类性、能和检验方法； 3.熟悉典型零件（齿轮、轴、工具、箱体、弹簧等）
在选材、热处理及加工工艺等方面的特点； 4.学会观察和分析生活中遇到的机械零件，并用所学
5.应用举例
①机床齿轮
备料一锻造一正火一机械粗加工一调质一机械半精加工一高频淬火 +回火一磨削
②汽车、拖拉机、摩托车齿轮
备料一锻造一正火一机械粗加工一渗碳+淬火+低温回火一喷丸一 磨削加工
③航空发动机齿轮 备料一模锻一正火+高温回火一机械加工一渗碳一高温回火一机械 加工一淬火+低温回火一机械精加工一检验
机床齿轮的用材及热处理
汽车、拖拉机齿轮的常用钢种及热处理方法
续表
二、轴类零件
轴是机械中非常重要的零件之一，主要用于支承传动零件（如齿 轮、凸轮等），起传递运动和动力的作用。 1.工作情况 2.主要失效形式 3.性能要求 4.轴类零件的选材 ①主要承受弯曲、扭转的轴：不需要选用淬透性很高的材料， 如45 、 40Cr 等。