典型零件的选材及加工工艺路线分析.ppt

第9章典型零件和加工路线的选择，典型零件(齿轮、轴、弹簧、叶片)材料选择的一般原则和方法，第1节材料选择的一般原则和方法，第1节。材料选择的一般原则，1。考虑材料的机械性能，从零件的工作条件中找出材料的机械性能要求。零件的工作条件分为应力状态、载荷特性、工作温度和环境介质。应力状态包括拉、压、弯、扭等。负载的性质包括静态负载、冲击、交变等。工作温度可分为低温、室温、高温和交变温度。环境介质是与零件接触的介质，如润滑剂、海水、酸、碱、盐等。有必要研究零件的失效模式，找出对零件失效起主导作用的机械性能指标。考虑到材料的技术性能，材料本身的质量将直接影响零件的质量、生产效率和成本。最突出的工艺性能是可加工性和热处理工艺性(包括淬透性、变形规律、氧化脱碳倾向等)。)。在大规模生产中，加工周期的长度和加工成本通常是关键因素。3.考虑到材料的经济性，经济性包括材料的成本、供应是否充足、加工过程是否复杂、成品率以及同一产品中使用的金属或钢模型的数量。如果普通碳钢和铸铁能够满足要求，则不选择合金钢。对于只要求高表面性能的零件，可以选择便宜的钢种，然后进行表面强化处理。此外，应使用综合效益来评估材料的经济水平。考虑到产品的“重量轻、使用寿命长”，考虑到商品的销售和用户的意愿，产品还应该具有重量轻、美观和耐用的特点。尽可能利用先进的科技成果进行结构设计的创新和特色。材料制造工艺和强化工艺都有改革和进步。考虑到实现现代生产组织的可能性，产品或零件的制造是手工的还是机械的？无论是采用单件生产还是机械化自动流程，对产品的成本和质量也起着重要的作用。在选择材料时，应考虑所选材料能满足现代生产要求的可能性。其次，详细分析了材料选择的一般方法和过程、零件的工作特性和工作条件，找出了主要的损伤形式，并提出了主要的阻力指标。根据工作条件的需要和分析，为该零件的设计和制造提出了必要的技术条件。材料的预选应基于技术要求以及对可制造性和经济性的考虑。可通过与类似机器零件的比较和对现有实践经验的判断，或通过各种材料选择手册进行选择。计算预选的方案材料，以确定它们是否能满足上述工作条件的要求。材料的二次(或最终)选择可以是几种方案。通过实验室试验、台架试验和工艺性能试验，最终确定了合理的选材方案。最后，在中小批量生产的基础上，检验材料选择的合理性。几个机械零件的主要损伤形式和主要抗力指标，-1P-压缩或对称拉伸疲劳强度；-1-光滑试样的对称变形疲劳强度；bb弯曲强度；BC-抗压强度；0.2条件屈服强度；e弹性极限；s屈服强度；B-抗拉强度，第2节典型零件的材料选择和工艺路线分析，1。齿轮1)齿轮1的工作条件、故障模式和性能要求。工况和失效模式主要起扭矩传递、速度变化或力传递方向变化的作用。工作条件：1)传递扭矩时，齿根承受较大的交变弯曲应力；2)当齿啮合时，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，以防止齿轮齿过载断裂；3)足够高的齿面接触疲劳强度、高硬度和耐磨性以防止齿面损伤；4)良好的工艺性能，如良好的可加工性、小的或规则的热处理变形、小的过热倾向、一定的淬透性等。(2)材料选择和热处理1。机床齿轮工作平稳，无强烈冲击，负载小，转速适中。齿轮中心的强度和韧性要求不高。通常，选择40或45钢。正火或调质处理后，进行高频感应加热表面淬火。齿面硬度约为52HRC，齿心硬度为220250HBS。对于一些性能要求较高的齿轮，可选用中碳低合金钢(如40Cr、40MnB、45Mn2等)。)可以使用。2.汽车和拖拉机齿轮的工作条件比机床齿轮的工作条件差。齿轮承受更大的应力。过载和起动、制动和变速经常受到影响。齿轮对耐磨性、弯曲疲劳强度、接触疲劳强度、芯部强度和韧性有较高的要求。合金渗碳钢(20CrMnTi、20CrMnMo和20MnVB)更合适。正火后进行渗碳、淬火和低温回火，表面硬度达到58-62 HRC，芯部硬度达到35-45 RC。(2)轴1)轴1的工作条件、故障模式和性能要求。工作条件和故障模式主要支持传动部件和传递扭矩。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)局部零件(轴颈、花键等。)承受摩擦和磨损；3)在特殊条件下，会受到温度或介质的影响。失效模式主要是轴颈疲劳断裂和磨损，有时会发生冲击过载断裂，有时会发生塑性变形或腐蚀失效。2、性能要求1)高疲劳强度，防止轴疲劳断裂；2)优异的综合力学性能，即较高的屈服强度和抗拉强度，高韧性，防止过载或冲击载荷下的塑性变形、断裂和扭转；3)局部承受摩擦的零件具有高硬度和耐磨性，以防止磨损失效；4)特殊条件下工作的轴的材料应具有特殊性能，如抗蠕变性、耐腐蚀性等。(2)轴1的材料选择。机床主轴承受中等扭弯复合载荷、中等转速和一定的冲击载荷。大多数是由45钢制成的。淬火和回火后，轴颈和锥孔进行表面淬火。当负载较大时，选择40Cr钢进行制造。一些机床主轴，如万能铣床主轴，也可以用球墨铸铁代替45钢。对于要求高精度、高尺寸稳定性和耐磨性的主轴，如镗床主轴，它们通常由38CrMoAlA钢制成，并在淬火和回火后进行渗碳。2.内燃机的主轴受气缸内周期性变化的气体压力、曲柄连杆机构的惯性力、扭转和弯曲应力、扭转振动和冲击力的影响。通常，低速内燃机的曲柄由正火45钢或球墨铸铁制成。中速内燃机曲轴由调质45钢或球墨铸铁、调质中碳低合金钢40Cr、45Mn2、50Mn2等制成。高速内燃机曲轴由高强度合金钢35CrMo、42CrMo、18CrNi4WA等制成。3、汽轮机主轴尺寸大，工作负荷大，受弯矩、扭矩、离心力和温度共同作用，工作条件差。失效模式主要是蠕变变形、低应力脆性断裂和内部缺陷引起的应力腐蚀断裂。除了高强度和足够的塑性和韧性外，锻件还要求没有大的夹杂物、白点和焊接裂纹。在500以上工作的主轴也需要高温强度。对于在450以下工作的主轴，如果汽轮机功率小(12000千瓦)且主轴尺寸大，可选用35铬钼钢来提高淬透性。对于在500以上工作的主轴，使用合金结构钢。一般来说，(3)涡轮叶片(1)工作条件、故障模式和性能要求(1)工作条件和故障模式叶片是涡轮的“心脏”,直接将蒸汽或气体的热能转化为机械能。工作条件：1)在蒸汽和气体弯矩的作用下；2)中高压过热蒸汽冲刷或湿蒸汽电化学腐蚀或高温气体氧化腐蚀；3)被湿蒸汽中的水滴或气体中的杂质磨损；4)由于外部干扰力的频率等于叶片的自然振动频率而产生的共振力。失效模式：蠕变变形、断裂(包括振动疲劳、应力腐蚀、蠕变疲劳和热疲劳)和表面损伤(包括氧化、电化学腐蚀和磨损)。2、性能要求1)高室温强度、塑性和韧性以及高温强度；2)良好的化学稳定性；3)导热性好，热膨胀系数小，抗热疲劳断裂；4)良好的耐磨性、冲击耐磨性和机械耐磨性；5)良好的减振和抗共振疲劳断裂；6)由于叶片数量多，成形工艺复杂，要求材料具有良好的冷热加工性能。(2)材料选择和热处理中低压汽轮机叶片工作温度不高(500)，失效形式主要为共振疲劳断裂和应力腐蚀断裂。应选择具有良好减振性能的1Cr13和2Cr13马氏体不锈钢。对于高压汽轮机，叶片的工作温度在500以上，抗蠕变性成为决定因素。应选择奥氏体耐热钢1Cr18Ni9Ti。对于燃气轮机叶片，失效模式是蠕变变形、蠕变断裂和蠕变疲劳或由于较高的工作温度引起的热疲劳断裂，这要求材料具有较高的热强度。当工作温度低于650时，奥氏体耐热钢1Cr17Ni13W和1Cr14Ni18W2