机械零件材料及成型方法选用(1)

• （1）汽车半轴的工作条件和性能要求
• 图9-2-4所示为跃进-130型载重汽车(载重量为2500kg)的半轴简图。半 轴在工作时承受冲击、反复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。
• 热处理技术条件：
• 硬 度：杆部37～44 HRC；
• 盘部外圆：24～Байду номын сангаас4 HRC。
周期性变化着的气体压力、曲柄连杆机构的惯性力、扭转和弯曲应力 以及冲击力等的作用。在高速内燃机中曲轴还受到扭转振动的影响， 会造成很大的应力。 • 因此，对曲轴的性能要求为：高强度，一定的冲击韧性和弯曲、扭 转疲劳强度，轴颈处要求有高的硬度和耐磨性。 • （2）内燃机曲轴用料的选择 • 一般以静力强度和冲击韧性作为曲轴的设计指标，并考虑疲劳强度。 • 内燃机曲轴材料的选择主要决定于内燃机的使用情况、功率大小、转 速高低以及轴瓦材料等因素。一般选材规律如下： • 低速内燃机曲轴采用正火状态的碳素钢或球墨铸铁； • 中速内燃机曲轴采用调质状态的碳素钢或合金钢如45、40Cr、 45Mn2、50Mn2等，或球墨铸铁； • 高速内燃机曲轴采用高强度的合金钢如35CrMo、42CrMo、 18Cr2Ni4WA等。
• 2.零件失效分析方法 • ①应尽可能仔细地收集失效零件的残体，拍照留
据，确定重点分析的对象和部位。并在零件失效 的发源部位切取样品。 • ②应详细整理失效零件的有关资料，如设计资料、 加工工艺文件及使用记录等。 • ③将所选样品进行宏观及微观的断口分析，以及 必要的金相剖面分析，确定失效的发源地及失效 的方式。 • ④测定样品的必要数据，包括设计所依据的性能 指标及与失效有关的性能数据，材料的组织及化 学成分是否符合要求，分析在失效零件上收集到 的腐蚀产物的成分、磨屑的成分等。必要时还要 进行无损探伤、断裂力学分析等，考查有无裂纹 或其他缺陷。
9.1.2材料的选用
• 1. 使用性能与选材 • 2.工艺性能与选材 • 3.经济性与选材
一些零件的工作条件、主要损坏形 式及主要机械性能指标
9.1.3选材的一般程序
• 1.分析零件工作条件 • 2.材料预选择 • 3.材料终选择 • 4.验证选材的可靠性
9.2典型零件的选材及改性方法示例
机械零件材料及成型方法选用
• 9.1选材的一般原则 • 9.2典型零件的选材及改性方法示例 • 9.3毛坯成型方法选用原则 • 9.4典型机械零件毛坯成型方法选用示例(轴
杆类、盘套类、箱体类)
9.1选材的一般原则
• 9.1.1 零件失效的类型、原因及分析方法 • 9.1.2材料的选用 • 9.1.3选材的一般程序
9.1.1 零件失效的类型、原因及分 析方法
• 1. 零件失效的类型、原因 • 各种机械零件都具有一定的功能，当它不能按要
求的效率完成预定的功能时，则称该零件已失效。 零件失效具体表现为：零件完全破坏，不能继续 工作；严重损伤不能再安全工作；虽仍能安全工 作，但不能完成规定的功能。 • 根据零件损坏的特点、所受载荷的类型及外在条 件，零件的失效可归纳为下列三种类型：①变形 失效；②断裂失效；③表面损伤失效。 • 引起失效的具体原因大体可以分为①设计；②材 料；③加工；④安装使用
• 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，承受较大的接触应力，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。 • 根据齿轮的工作特点，其主要失效形式有以下几种： • ①轮齿折断 有两类断裂形式，一类为疲劳断裂：主要发生在齿根，常常一齿
断裂引起数齿、甚至更多的齿断裂；另一类是过载断裂：主要是冲击载荷过 大造成的断齿； • ②齿面磨损 由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小，齿隙增大； • ③齿面的剥落 在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹并逐渐发展，引起点 状剥落。 • 据此，要求齿轮用材应具有如下性能： • ①高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度； • ②高的硬度和耐磨性； • ③轮齿心部要有足够的强度和韧性；
• 9.2.1.齿轮类零件的选材及改性方法 • 9.2.2轴类零件的选材及改性方法
9.2.1.齿轮类零件的选材及改性方法
• 1.齿轮的工作条件及性能要求 • 2.齿轮零件的选材 • 3.典型齿轮选材举例
1.齿轮的工作条件及性能要求
• 齿轮是机械工业、汽车、拖拉机中应用最广的零件之一，主要用于功率的传 递和速度的调节，其工作时的受力状况如下：
• 材料选用及热处理改性
• 根据技术条件要求，可选用40Cr钢。热处理为：正火，消除锻造应力， 改善切削加工性；调质，使半轴具有高的综合机械性能。其制造工艺 路线如下：
•
下料→锻造→正火→切削加工→调质→钻孔→磨削
汽车半轴
3. 内燃机曲轴
• （1）工作条件及性能要求 • 曲轴是内燃机形状复杂而又重要的零件之一。它在工作时受到内燃机
• 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。
• 若这类机床主轴承受载荷较大时，可用40Cr钢制 造。当承受较大的冲击载荷和疲劳载荷时，则可 采用合金渗碳钢制造，其热处理工艺也发生相应 的变化。
C6140车床主轴图
2. 汽车半轴
• 汽车半轴是驱动车轮转动的直接驱动件。半轴材料与其工作条件有关， 中型载重汽车目前选用40Cr钢，而重型载重汽车则选用性能更高的 40CrMnMo钢。
2.齿轮零件的选材
3.典型齿轮选材举例
C6132车床传动齿轮
JN—150汽车变速齿轮
9.2.2轴类零件的选材及改性方法
• 1.机床主轴 • 2. 汽车半轴 • 3. 内燃机曲轴
1.机床主轴
• 在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。 • ②轴承类型。 • ③主轴的形状及其可能引起的热处理缺陷。 • 机床主轴的工作条件和性能要求 • C6140车床主轴的工作条件： • 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花键部分经常有磕碰或相对滑动。 • 热处理技术条件： • 整体调质硬度达200～230HBS；内锥孔和外圆锥面处硬度为45～
50 HRC；花键部分的硬度为48～53 HRC。
• （2）主轴用钢及热处理改性
• C6140车床属于中速、中负荷、在滚动轴承中工 作的机床，因此选用45钢。整体调质以获得高的 综合机械性能和疲劳强度；内锥孔和外圆锥面处 采用盐浴局部淬火和回火，以便耐磨和保证装配 精度；花键部分高频淬火、低温回火，以确保强 度硬度要求。机床主轴工艺路线如下：