典型零件的选材及加工工艺路线分析概要

几种机械零件主要损坏形式和主要抗力指标
零件名称
重要螺栓
σ -1P，HB
拉应力或交变应力冲击 拉断（过量塑性变 σ 载荷 形）；疲劳断裂
重要传动齿轮 交变弯曲应力；交变接 齿的折断；过渡磨 σ -1，σ bb，HRC， 触应力；冲击载荷；齿 损；疲劳麻点 接触疲劳强度 表面摩擦与磨损
曲轴、轴类 滚动轴承 弹簧 交变弯曲应力；扭转应 疲劳破坏造成断裂；σ 力；冲击负荷；磨损 过渡磨损
0.2，σ -1，HRC
点或线接触下的交变应 过渡磨损破坏；疲 σ e，σ 力磨损 劳破坏造成的断裂 HRC 交变应力冲击、振动
bc，σ -1，
弹力丧失；疲劳破 σ e,σ s/σ b,σ 坏引起断裂


主要起传递扭矩、变速或改变传力方向的作用。工作条件：1)传 递扭矩时齿根部承受较大的交变弯曲应力；2)齿啮合时齿面承受 较大接触应力并受强烈摩擦和磨损；3)换档、启动、制动或啮合 不均匀时承受一定冲击力。 失效方式：齿的折断(包括疲劳断裂和冲击过载断裂)和齿面损伤 (包括接触疲劳麻点剥落和过度磨损)。
二、轴 一）轴的工作条件、失效方式及性能要求 1、工作条件和失效方式




主要起支承传动零件并传递扭矩的作用。 工作条件：1)承受交变扭转载荷、交变弯曲载荷或拉-压载荷；2) 局部(轴颈、花键等处)承受摩擦和磨损；3)特殊条件下受温度或 介质作用。 失效方式主要是疲劳断裂和轴颈处磨损，有时也发生冲击过载断 裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。


2、汽车、拖拉机齿轮
工作条件比机床齿轮恶劣，受力较大，超载与启动、制动和变速 时受冲击频繁，对耐磨性、弯曲疲劳强度、接触疲劳强度、心部 强度和韧性等性能要求较高，选用合金渗碳钢(20CrMnTi、 20CrMnMo、20MnVB)较为适宜。经正火处理后再进行渗碳、 淬火+低温回火，表面硬度达58~62HRC，心部硬度为 35~45HRC 。
第九章 典型零件选材及加工 工艺路线
选材的一般原则与方法 典型零件(齿轮类、轴类、弹簧类、叶片类）的选 材

第一节 选材的一般原则与方法
一、选材的一般原则
1．对材料力学性能的考虑
从零件工作条件中找出对材料力学性能的要求。 将零件的工作条件分为受力状态、载荷性质、工作温度、环境 介质等几个方面。 受力状态有拉、压、弯、扭等；载荷性质有静载、冲击、交变 等； 工作温度可分为低温、室温、高温、交变温度； 环境介质为与零件接触的介质，如润滑剂、海水、酸、碱、盐 等。 必须研究零件的失效方式，找出对零件失效起主导作用的力学 性能指标。


2、性能要求
1)高弯曲疲劳强度，防止轮齿疲劳断裂；2)足够高的齿心强度和 韧性，防止轮齿过载断裂；3)足够高的齿面接触疲劳强度和高硬 度及耐磨性，防止齿面损伤；4)较好工艺性能，如切削加工性好， 热处理变形小或变形有一定规律，过热倾向小，有一定淬透性等。
二）选材及热处理 1、机床齿轮


工作平稳无强烈冲击，负荷不大，转速中等，对齿轮心部强度和 韧性要求不高，一般选用40或45钢，经正火或调质处理后再进 行高频感应加热表面淬火，齿面硬度达52HRC左右，齿心硬度 为220~250HBS。对于一部分性能要求较高的齿轮，可用中碳 低合金钢(如40Cr、40MnB、45Mn2等)。
二、选材的一般方法与过程
1.
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对零件的工作特性和使用条件进行周密的分析，找出主要损坏 形式，从而恰当地提出主要抗力指标。 根据工作条件需要和分析，对该零件的设计制造提出必要的技 术条件。 材料的预选择 根据所提出的技术条件要求和工艺性、经济性方面的考虑，对 材料进行预选择。 可以通过与相类似机器零件的比较和已有的实践经验的判断， 或者通过各种材料选用手册来进行选择。 对预选方案材料进行计算，以确定是否能满足上述工作条件要 求。 材料的二次(或最终)选择，可以是若干种方案。 通过实验室试验、台架试验和工艺性能试验最终确定合理选材 方案。 最后在中、小批量生产基础上，检验选材的合理性。
-1p
σ-1P—抗压或对称拉伸疲劳强度；σ-1—光滑试样对称歪曲疲劳强度；σbb—抗弯强度； σbc—抗压强度；σ0.2—条件屈服强度；σe—弹性极限；σs—屈服强度；σb—抗拉强度
第二节 典型零件选材及工艺路线分析
一、齿轮 一）齿轮的工作条件、失效方式及性能要求 1、工作条件和失效方式



2、性能要求
1）高疲劳强度，防止轴疲劳断裂；2）优良综合力学性能，即较 高的屈服强度和抗拉强度、较高的韧性，防止塑性变形及过载或 冲击载荷作用下的折断和扭转；3）局部承受摩擦的部位具有高 硬度和耐磨性，防止磨损失效；4）在特殊条件下工作的轴的材 料应具有特殊性能，如蠕变抗力、耐腐蚀性等。
2．对材料工艺性能的考虑
材料本身工艺性能的好坏将直接影确零件的质量、生产效率和成 本。 工艺性能中最突出的是可切削性和热处理工艺性(包括淬透性、 变形规律、氧化脱碳倾向等)。 在大量生产时，工艺周期的长短和加工费用的高低，常常是生产 的关键。
3．对材料经济性的考虑
经济性涉及到材料成本的高低，供应是否充分，加工工艺过程是 否复杂、成品率的高低以及同一产品中使用金属或钢材型号的多 少等。 选用一般碳钢和铸铁能满足要求的，就不选用合金钢。 对只要求表面性能高的零件，可选用廉价钢种，然后进行表面强 化处理。 另外，应当以综合效益来评价材料的经济性高低。
4．对产品“轻型化、高寿命”的考虑
从商品的销售和用户的愿望考虑，产品还应当具有重量轻、美 观、经久耐用等特点。 尽量采用先进科学技术成果，做到在结构设计方面有创新，有 特色。 在材料制造工艺和强化工艺上有改革、有先进性。
5．对实现现代生产组织可能性的考虑
一个产品或一个零件的制造，是采用手工操作还是机器操作； 是采用单件生产还是采用机械化自动流水作业，对产品的成本 和质量也起着重要作用。 在选材时，应考虑到所选材料能满足实现现代化生产的可能性。