機械零件選材及加工路線

第十一章機械零件選材及加工路線分析第一節(jié)機械零件的失效形式第二節(jié)選材的基本原則第五節(jié)典型零件選材與工藝分析第四節(jié)預(yù)防和控制熱處理變形的方法及措施第三節(jié)熱處理方案的選擇及熱處理技術(shù)的標注1第一節(jié)機械零件的失效形式

零件失效的情況：①完全破壞不能使用；②雖然能工作但是不能滿意地起到預(yù)定的作用；③損傷不嚴重但繼續(xù)工作不安全。導致零件失效的主要原因2第一節(jié)機械零件的失效形式

失效形式：3第一節(jié)機械零件的失效形式

彈性極限、曲強比、疲勞強度彈性喪失、疲勞斷裂振動循環(huán)、沖擊扭應(yīng)力（螺旋簧）、彎應(yīng)力（板簧）彈簧表面硬度及彎曲疲勞強度、接觸疲勞抗力、心部屈服強度、韌性磨損、麻點剝落、齒折斷強烈摩擦、振動循環(huán)、沖擊壓、彎應(yīng)力傳動齒輪綜合力學性能疲勞破壞、過量變形、軸頸處磨損、咬蝕軸頸處摩擦、振動循環(huán)、沖擊彎、扭應(yīng)力傳動軸屈服強度及抗剪強度過量變形、斷裂靜拉、切應(yīng)力普通緊固螺栓其他載荷性質(zhì)應(yīng)力種類要求的主要力學性能常見失效形式工作條件零件（工具）表11-1幾種零件（工具）工作條件、失效形式及要求的力學性能4第一節(jié)機械零件的失效形式

抗壓疲勞強度、沖擊疲勞抗力脆斷循環(huán)、沖擊拉、切應(yīng)力連桿疲勞強度、硬度、沖擊疲勞抗力、綜合力學性能磨損、咬蝕、疲勞斷裂、脆斷軸頸摩擦循環(huán)、沖擊彎、扭應(yīng)力曲軸接觸疲勞抗力、硬度、耐磨性磨損、麻點剝落、疲勞斷裂強烈摩擦循環(huán)、沖擊壓應(yīng)力滾動軸承高溫強度、熱疲勞抗力、韌性與紅硬性熱疲勞、磨損、脆斷高溫度、摩擦、金屬液腐蝕循環(huán)、沖擊復雜應(yīng)力壓鑄模硬度、足夠的強度、韌性磨損、脆斷強烈摩擦循環(huán)、沖擊復雜應(yīng)力冷作模具硬度、抗壓強度磨損摩擦、油的腐蝕循環(huán)、沖擊壓應(yīng)力油泵柱塞副續(xù)表11-15第一節(jié)機械零件的失效形式

一、過量變形⑴過量彈性變形除了彈簧以外，大多數(shù)零件都必須限制，要求有足夠的剛度。如：彈性變形大的鏜床鏜杠無法保證精度。⑵過量塑性變形是零件失效的重要形式，輕則使機器的工作情況變壞，重則使它不能繼續(xù)運行，甚至破壞。如：齒輪的塑性變形會使嚙合不良，甚至卡死、斷齒。6第一節(jié)機械零件的失效形式二、斷裂是金屬材料最嚴重的失效形式，特別是在沒有明顯塑性變形的情況下突然發(fā)生的脆性斷裂，往往會造成災(zāi)難性事故。防止脆斷的方法：準確分析零件所受應(yīng)力及應(yīng)力集中的情況，選擇滿足強度要求并具有一定塑性和韌性的材料。斷口分析：是斷裂失效分析的核心，同時又是斷裂失效分析的向?qū)?，指引斷裂失效分析少走彎路?例：右圖為金屬材料的室溫拉伸或沖擊試樣的斷口宏觀觀察，可以看到其斷口分為：F-纖維狀區(qū)R-放射狀區(qū)S-剪切唇區(qū)8第一節(jié)機械零件的失效形式

不同斷裂的實物比較：塑性斷裂脆性斷裂疲勞斷裂9第一節(jié)機械零件的失效形式

不同斷裂的顯微特征：塑性斷裂斷口（韌窩）疲勞斷裂斷口脆性斷裂a.解理花樣b.冰糖花樣10第一節(jié)機械零件的失效形式

實例：汽車板簧斷裂失效

板簧表面存在嚴重的熱加工缺陷-折疊，疲勞源在折疊造成的表面裂紋處形成。根據(jù)板簧的安裝條件和工作狀況分析，板簧斷裂位置處于應(yīng)力集中處。裂紋在應(yīng)力作用下擴展，最后造成板簧疲勞斷裂。11第一節(jié)機械零件的失效形式

三、表面損傷據(jù)資料介紹，70%的機器是由過量磨損而失效的。磨損不僅消耗材料，損壞機器，而且耗費大量能源。相互接觸的一對金屬表面，相對運動時金屬表面不斷發(fā)生損耗或產(chǎn)生塑性變形，使金屬表面狀態(tài)和尺寸改變的現(xiàn)象稱為磨損?；钊h(huán)與缸套之間的摩擦12第一節(jié)機械零件的失效形式

⑴磨損失效粘著磨損

兩個金屬表面的微凸部分在局部高壓下產(chǎn)生局部粘結(jié)(固相粘著)，使材料從一個表面轉(zhuǎn)移到另一表面或撕下作為磨料留在兩個表面之間，這一現(xiàn)象稱為粘著磨損。粘著磨損示意圖三、表面損傷13磨料磨損

配合表面之間在相對運動過程中，因外來硬顆?；虮砻嫖⑼惑w的作用造成表面損傷（被犁削形成溝漕）的磨損稱為磨粒(料)磨損。第一節(jié)機械零件的失效形式

磨粒磨損示意圖⑴磨損失效14犁削磨損

硬材料表面的微凸點切削較軟材料的表面，在較軟材料的表面形成“犁溝”。犁削磨損示意圖⑴磨損失效第一節(jié)機械零件的失效形式

15第一節(jié)機械零件的失效形式

粘著磨損磨痕磨粒磨損磨痕犁削磨損磨痕不同磨損的墨痕：表面疲勞磨損

兩個接觸面作滾動或滾動滑動復合磨擦時，在交變接觸壓應(yīng)力作用下，使材料表面疲勞而產(chǎn)生材料損失的現(xiàn)象稱為表面疲勞磨損。16第一節(jié)機械零件的失效形式

⑵腐蝕失效腐蝕是金屬暴露于活性介質(zhì)環(huán)境中發(fā)生的一種表面損耗，它是金屬與環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生的化學和電化學作用的結(jié)果。均勻腐蝕

均勻腐蝕是在整個金屬的表面均勻地發(fā)生。

腐蝕均勻性的前提：被腐蝕的金屬表面具有均勻的化學成分和顯微組織，腐蝕環(huán)境包圍金屬表面是均勻而且不受限制。

均勻腐蝕可在大氣、液體以及土壤里產(chǎn)生。如質(zhì)量保證的鋼材在大氣中所產(chǎn)生的銹蝕。17第一節(jié)機械零件的失效形式

點腐蝕

腐蝕集中于局部，呈尖銳小孔，進而向深度擴成孔穴甚至穿透(孔蝕)。金屬表面受破壞處和未受破壞處形成“局部電池”，其中受破壞處是陽極，未受破壞處是陰極，腐蝕電流由陽極流向周圍的陰極，陽極處很快被腐蝕成小孔。點腐蝕示意圖18第一節(jié)機械零件的失效形式

晶間腐蝕

腐蝕發(fā)生于晶粒邊界或其近旁，其主要原因是晶界處化學成分不均勻。

晶間腐蝕示意圖19第一節(jié)機械零件的失效形式

實例：汽車儲氣罐放水閥彈簧腐蝕失效

彈簧材料為碳素彈簧鋼，長期在含有氧、硫的水油混和物中浸泡，受到嚴重腐蝕，表面腐蝕產(chǎn)物從材料表面剝落，減少了彈簧絲的截面，同時彈簧因腐蝕而變脆。在閥芯受到向上的作用力F時，彈簧破斷。當作用力去除后，閥芯在重力和氣罐內(nèi)氣壓的作用下，閥芯與閥座間尚能起到一定的密封作用。但如果車輛受到強烈震動，閥芯會跳離閥座，破斷的彈簧絲會卡入閥芯、閥座的密封面處，使氣體泄漏，造成氣壓降低，剎車失靈。20第二節(jié)倒選材可的基本掀原則1.根據(jù)零件工作條件、失效形式提出合理的抗力指標。2.在滿足機械性能前提下，盡量照顧工藝性（鑄、鍛、焊、切削加工、熱處理），特別在批量生產(chǎn)時。σb，HB，σ-1，ψδ，ak,σs/σb,K1c等過量變形斷裂表面狀態(tài)、尺寸改變應(yīng)力狀態(tài)：拉、壓、彎、扭載荷性質(zhì)：靜、沖擊、交變工作溫度：常、高、低溫工作介質(zhì)：空氣、液、腐蝕抗力指標失效形式工作條件21第二節(jié)獲選材的慈基本原則3.充分孟考慮經(jīng)濟性：（1）盡胞量用本地禁可購材料瘋；材料品遵種、規(guī)格疊盡量集中蒸。（2）考浮慮初始成拿本與附加聞成本（售渾后服務(wù)）疏的關(guān)系1）初始眉成本↑，況質(zhì)量↑，撒附加成本扭↓；2）初清始成本溉↓，質(zhì)驅(qū)量↓，衡附加成厭本↑。22第三節(jié)援熱嘗處理方蜜案的選邁擇選擇熱沾處理方緞案遵循梅的原則輸：1、要求競綜合力學崗性能好的許零件：調(diào)質(zhì)2、要冠求彈性診好的零挺件較大彈燭性變形沉量：淬火＋中膛溫回火（大截字面）（彈簧紋鋼）去應(yīng)力途退火（小截閃面）大彈性變劍形量：去應(yīng)力膊退火或淬火＋抽時效處愧理銅基合卡金）3、要因求耐磨歲的零件梅：淬火＋歪低溫回兔火4、要求驢特殊物理途性能的零增件：根據(jù)要求狡進行處理23第三節(jié)證熱辜處理方派案的選繡擇W18Cr4V鋼的熱處理工藝過程示意圖24第三節(jié)場熱處理技夸術(shù)條件標醒注C620車床主軸及熱處理技術(shù)條件1.一毅般標硬近度：無損、渠可直接保在零件鋼測試（注意育與所選睜材料及慚組織一殲致）波動范圍束：HRC賠5個單血位；HB糾30～偏40個單棵位2.表面偶熱處理：范圍、德深度、倉表面與衛(wèi)心部硬激度及組織要求等朗。25第四節(jié)猛預(yù)防潮和控制撫熱處理憲變形的燒方法和年措施變形主要瞇是由于熱薦處理產(chǎn)生蛾內(nèi)應(yīng)力（熱應(yīng)力和組織應(yīng)力）引起的純。熱應(yīng)力赤：由于駝溫度差連而產(chǎn)生迫體積收米縮（膨淡脹）量章不同所榴引起的長內(nèi)應(yīng)力唇。組織應(yīng)力弟：由于組南織轉(zhuǎn)變而蜻產(chǎn)生體積耗變化不同漿所引起的鐵內(nèi)應(yīng)力。26第四節(jié)臭預(yù)防和控淹制熱處理搭變形的方丸法和措施結(jié)構(gòu)設(shè)激計要充脊分考慮久熱處理崇變形（遠甚至開籃裂），窮避免應(yīng)陷力集中1.避藏免尖角、顯棱角、厚比薄懸殊等拉不合理結(jié)槍構(gòu)；盡量采用斬封閉、對鍵稱，組合軍等結(jié)構(gòu)。2.慰掌握變井形規(guī)律紋，調(diào)整扶加工尺還寸或預(yù)善留加工余量。3.合標理安排加綿工工藝路她線。加工余蹄量：加珍工過程棚中在工及件表面譜所切去塌的金屬稈層厚度便。27第五節(jié)羞典型擠零件選映材及加蓄工工藝競路線分庭析機械零件傭選材的一騰般步驟:28工藝過程漢的基本知懸識第五節(jié)諒典型斥零件選闊材及加舞工工藝過路線分孫析一、毛管坯的選照擇要考堅慮如下伐因素1、零件地材料的工撒藝特征某些箱體水需鑄造，獨軸、齒輪滾等多半要條鍛造2、零銹件的結(jié)廣構(gòu)形狀尋和外形嫌尺寸軸可選用雹圓棒料機架、妖大齒輪愉可考慮夠鑄鋼3、生產(chǎn)蹲綱領(lǐng)的大座小例如：行模鍛和補自由鍛第對零件塌數(shù)量要自求不同4、現(xiàn)有遵生產(chǎn)條件29第五節(jié)勁典型零件既選材及加悟工工藝路支線分析工藝過丈程的基依本知識二、外圓面加工（a）外圓面技術(shù)要求1、本身精度尺寸、形狀2、位置精度3、表面質(zhì)量（b）外圓面加工方案分析1、粗車2、粗車—半精車3、粗車—半精車—磨粗車—半精車—粗磨式半精磨4、粗車—半精車—粗磨—精磨5、粗車—半精車—粗磨—精磨—研磨6、粗車—精車—精細車(有色金屬)30第五節(jié)荒典型歷零件選幫材及加異工工藝秀路線分域析工藝過冬程的基仙本知識三、孔的加工（a）孔的技術(shù)要求1、本身精度尺寸、形狀2、位置精度3、表面質(zhì)量粗糙度、物理力學性能（b）孔加工方案分析1、鉆—粗拉—精拉2、鉆—擴—較3、鉆或粗鏜—半精鏜—精鏜—金剛鏜（有色金屬）31第五節(jié)河典型零件楊選材及加鋒工工藝路寺線分析一、齒取輪類1.齒脆輪的工作摘條件和對旬性能的要堤求⑴齒輪幸的工作條秘件①由于傳遞歇扭矩，齒議根承受很蠻大的交變營彎曲應(yīng)力誰；②換擋、槽啟動或咳嚙合不盤均時，孔齒部承獅受一定雪沖擊載蠻荷；③齒面著相互滾動順或滑動接偷觸，承受揭很大的接三觸壓應(yīng)力榜及摩擦力的作貧用。⑵齒輪稀的失效形禾式①疲找勞斷裂逗主嘆要從根材部發(fā)生銅；②齒專面磨損呀由登于齒面抱接觸區(qū)呀摩擦，巖使齒厚英變?。虎埤X級面接觸匆疲勞破永壞悅在交變驗接觸應(yīng)宵力作用頌下，齒菜面產(chǎn)生微裂紋罩，微裂紋危的發(fā)展，都引起點狀攝剝落(或謀稱麻點)鵝；④過載肌斷裂容主要是沖值擊載荷過諒大造成的舌斷齒。32第五節(jié)形典型燃零件選晌材及加氏工工藝譜路線分枝析一、齒輪龍類失效形式33第五節(jié)崗典型零件構(gòu)選材及加看工工藝路他線分析一、齒輪爹類⑶齒輪雀材料的性閣能要求①高的右彎曲疲勞冬強度；②高娘的接觸盛疲勞強扔度和耐壟磨性；喚③較瘦高的強昏度和沖轎擊韌性束。

此紫外，還腥要求有騙較好的螞熱處理創(chuàng)工藝性胸能，如列熱處理炸變形小首等。⑷齒泛輪類零驗件的選躺材齒輪材料煎要求的性笨能主要是鴉疲勞強度哪，尤其是舉彎曲疲勞敲強度和接舅觸疲勞強島度。表面織硬度越高閉，疲勞強塊度也越高身。齒心應(yīng)疊有足夠的某沖擊韌性切，目的是陪防止輪齒音受沖擊過老載斷裂。從以上兩仆方面考慮捧，選用低繡、中碳鋼末或其合金宗鋼。它們訂經(jīng)表面強軟化處理后衡，表面有意高的強度乖和硬度，導心部有好比的韌性，捏能滿足使丑用要求。愧此外，這撒類鋼的工值藝性能好皺，經(jīng)濟上贊也較合理陡，所以是械比較理想兩的材料。34第五節(jié)右典型峽零件選廚材及加矩工工藝核路線分陪析一、齒輪雄類2.汽開車、拖拉掩機齒輪汽車后橋齒輪北京吉普后橋圓錐主動齒輪35第五節(jié)攤典型零件冶選材及加武工工藝路寧線分析一、齒贈輪類2.汽即車、拖拉豈機齒輪⑴筆材料：20C聲rMn牙Ti⑵工藝四路線：鍛摸→正火→機加工→滲碳、預(yù)僅冷淬火+搶低溫回火→噴丸(壓應(yīng)力、羽σ-1↑)→磨⑶各丈步熱處鉗理組織墳及作用科：1）正火現(xiàn)：S+α(跪少量)①消榆除鍛造霧缺陷（肚晶粒粗裳大、應(yīng)泄力）；②調(diào)棒整硬度鎮(zhèn)、利于聲切削加尖工。2）滲倒碳、預(yù)余冷淬火陵+低溫蓋回火：表：M回+K+蹈A’嫌(少量呈)；心：M低碳達到“濁表硬心拒韌”，袋滿足使雞用要求片。36機床變速箱齒輪一、齒輪價類第五節(jié)泄典型零件收選材及加究工工藝路龍線分析3.掙機床齒凳輪37一、齒輪燒類3.機朱床齒輪⑴材料蹦：45（郊或40曲Cr）⑵工藝醋路線：鍛共→正火→粗機丸加工→調(diào)質(zhì)→精機加俱工→高頻感應(yīng)鞋加熱淬火罷+低溫回碑火→磨⑶各部電熱處理組確織及作用花：1）正撿火：S春+α(脫少量)①消鞏除鍛造奮缺陷（撤晶粒粗故大、應(yīng)懶力）；②調(diào)尿整硬度勝、利于總切削加墨工。2)調(diào)庸質(zhì)：S回，滿足穩(wěn)整體機登械性能蘭要求：撇綜合機饒械性能葵↑3）高彩頻感應(yīng)椅加熱淬顯火+低待溫回火廁：表：M回+A’配(少量)鑄；心：S回達到“表幣硬心韌”嫩，滿足使涌用要求。第五節(jié)加典型零件圾選材及加倦工工藝路默線分析38第五節(jié)職典型零件盟選材及加離工工藝路泰線分析二、軸你類1.循軸的工紅作條件經(jīng)和性能液要求⑴軸牙的工作潛條件①工作時瘡主要受耕交變彎尸曲和扭蠶轉(zhuǎn)應(yīng)力紅的復合兄作用；②軸與軸志上零件瓶有相對檔運動,棗相互叉間存在島摩擦和鳴磨損；③軸在里高速運轉(zhuǎn)休過程中會群產(chǎn)生振動巧,使軸律承受沖擊召載荷；④多避數(shù)軸會蒸承受一擊定的過遍載載荷姐。39第五節(jié)澆典型問零件選避材及加祥工工藝添路線分緞析⑶軸的謝使用性能乒要求①高撕的強度屢、足夠走的硬度木和良好硬的韌性慎；②高的厚疲勞極限導；

③在相顆對運動的葛摩擦部位店，如軸頸憐、花鍵等聰處，應(yīng)具有高弦的硬度鼻和耐磨起性。⑵軸朝的失效醬形式①長期鼓交變載軋荷下的煎疲勞斷社裂（包衫括扭轉(zhuǎn)偽疲勞和脫彎曲疲烈勞斷裂傳）；②大載荷舌或沖擊載產(chǎn)荷作用引芽起的過量浴變形、斷速裂；③與其殿它零件濤相對運疲動時產(chǎn)巧生的表鏈面過度顛磨損。40第五節(jié)熱典型勸零件選兔材及加閘工工藝乎路線分拉析二、軸罰類失效形式：轉(zhuǎn)軸彎曲疲勞斷口形貌直升飛機螺旋槳驅(qū)動齒輪軸扭斷軸頸被埋嵌在軸承中的硬粒子磨損41制造軸類疤零件的材友料主要是碳素結(jié)候構(gòu)和合臭金結(jié)構(gòu)圖鋼，一般蘆是以鍛襯件或軋翁制型材汁為毛胚蝦。根據(jù)承載其能力的大月小選用材怒料，然后把根據(jù)選材傍的不同選垂擇相應(yīng)的收熱處理工狼藝。軸的選材第五節(jié)膚典型零件網(wǎng)選材及加量工工藝路畫線分析423.軸純類零件懇加工工壤藝路線免及其分盈析第五節(jié)錄典型綱零件選遼材及加哀工工藝概路線分更析⑴車床提主軸C620車床主軸簡圖433.軸類甩零件加工炊工藝路線巨及其分析第五節(jié)棒典型零件暢選材及加恭工工藝路亡線分析⑴車桿床主軸1)材制料：45（叔或40工Cr）2)工殲藝路線：稈鍛→正火→粗機加納工→調(diào)質(zhì)→精機加伏工→軸匙頸：高頻淬火符+低溫回婆火→磨3)各濾部熱處理療組織及作關(guān)用：a）正火兄：S+α憶(少量)①消除破鍛造缺陷爸（晶粒粗榮大、應(yīng)力嚴）；②調(diào)整掙硬度、利靈于切削加悠工。b）調(diào)米質(zhì)：S回，滿足整魯體機械性題能要求：逐綜合機械彈性能↑c）軸頸疑：高頻淬仍火+低溫毯回火：表：M回+A’萍(少擠量)；心：S回達到“迎表硬心皆韌”，永滿足使任用要求鍛。44⑵鏜桿汽（磨床主隆軸）1)痰材料：38C驕rMo術(shù)AlA2)鋒工藝路竭線：鍛國→退火→粗車→調(diào)質(zhì)→精車→去應(yīng)力退落火→粗磨→氮化→精磨底→時效→研磨3)緒各步熱悉處理組盒織及作需用：a）退火心：P+α庸(少量)①消除消鍛造缺陷竊（晶粒粗愛大、應(yīng)力弊）；②調(diào)整士硬度、利孩于切削加匹工。b）調(diào)質(zhì)窯：S回，滿足啟整體機鴉械性能窄要求：碧綜合機歌械性能憑↑。c）去此應(yīng)力退萄火:撇消除機盤加工應(yīng)倘力；d）氮化貌：表：合金氮化