第12章机械零件和工具的选材及加工工艺设计

1、第第1212章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 12.1 零件的失效形式和选材原则 12.1.1 机械零件的失效形式 零件在使用过程中，由于尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而失去原设计的效能称为失效。零件失效的具体表现为：完全破坏而不能工作；严重损伤不能安全工作；虽能工作，但已不能完成规定的功能。零件的失效，特别是那些没有明显征兆的失效，往往会带来巨大的损失，甚至导致重大事故。 一般机器零件常见的失效形式有以下三种： (1) 断裂 包括静载荷或冲击载荷下的断裂、疲劳断裂、应力腐蚀破裂等。 (2) 表面损伤 包括过量磨损、表面腐蚀、表面疲劳（点蚀或剥落

2、）等。 (3) 过量变形 包括过量的弹性变形、塑性变形和蠕变等。第第1212章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 12.1.2 选材的基本原则 1. 材料的使用性能应满足零件的使用要求 使用性能是指零件在正常使用状态下，材料应具备的性能，包括力学性能、物理性能和化学性能。使用性能是保证零件工作安全可靠、经久耐用的必要条件。 应注意以下几点：第一，材料的性能不单与化学成分有关，也与加工、处理后的状态有关。 第二，材料的性能还与试样的尺寸有关，且随试样截面尺寸的增大，其力学性能一般是降低的。 第三，材料的化学成分、加工、处理的工艺参数本身都有一定的波动范围，所

3、以其力学性能数据也有一个波动范围。第第1212章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 几种零件（工具）的工作条件、失效形式及要求的主要力学性能，见表12.1所示。零件零件（工具）（工具）工作条件工作条件常见失效形式常见失效形式要求的主要力学性能要求的主要力学性能应力种类应力种类载荷性质载荷性质其它其它紧固螺紧固螺栓栓拉、切应拉、切应力力静静过量变形、断裂过量变形、断裂强度、塑性强度、塑性传动轴传动轴弯、扭应弯、扭应力力循环、冲循环、冲击击轴颈处摩轴颈处摩擦、振动擦、振动疲劳破坏、过量变疲劳破坏、过量变形、轴颈处磨损形、轴颈处磨损综合力学性能、轴颈处硬度综合力

4、学性能、轴颈处硬度传动齿传动齿轮轮压、弯应压、弯应力力循环、冲循环、冲击击摩擦、振动摩擦、振动齿折断、疲劳断裂、齿折断、疲劳断裂、磨损、接触疲劳磨损、接触疲劳（点蚀）（点蚀）表面高硬度及疲劳强度、心表面高硬度及疲劳强度、心部较高强度、韧性部较高强度、韧性弹簧弹簧扭、弯应扭、弯应力力交变、冲交变、冲击击振动振动弹性丧失、疲劳破弹性丧失、疲劳破坏坏弹性极限、屈强比、疲劳极弹性极限、屈强比、疲劳极限限冷作模冷作模具具复杂应力复杂应力交变、冲交变、冲击击强烈摩擦强烈摩擦磨损、脆断磨损、脆断硬度、足够的强度、韧性硬度、足够的强度、韧性压铸模压铸模复杂应力复杂应力循环、冲循环、冲击击高温、摩擦、高温、摩擦

5、、金属液腐蚀金属液腐蚀热疲劳、脆断、磨热疲劳、脆断、磨损损高温强度、抗热疲劳性、足高温强度、抗热疲劳性、足够的韧性与热硬性够的韧性与热硬性滚动轴滚动轴承承压应力压应力交变、冲交变、冲击击滚动摩擦滚动摩擦疲劳断裂、磨损、疲劳断裂、磨损、接触疲劳（点蚀）接触疲劳（点蚀）接触疲劳强度、硬度、耐蚀接触疲劳强度、硬度、耐蚀性、足够的韧性性、足够的韧性第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 2. 材料的工艺性应满足加工要求 材料的工艺性是指材料适应某种加工的能力。在选材中，与使用性能比较，材料的工艺性能常处于次要地位。但在某些特殊情况下，工艺性能也会成为选材的主

6、要依据。 3. 选材时，还应充分考虑经济性 选材时应注意降低零件的总成本。零件的总成本包括材料本身的价格、加工工资、管理费及其它附加费用（如零件的维修费等）。据资料统计，在一般的工业部门中，材料的价格要占产品价格的3070。因此，在保证使用性能的前提下，应尽可能选用价廉、货源充足、加工方便、总成本低的材料。 第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 12.2 零件毛坯的选材及热处理的技术条件和工序位置 12.2.1 零件毛坯的选择原则 除了少数要求不高的零件外，机械上的大多数零件都要通过铸造、锻压或焊接等加工方法先制成毛坯，然后再经切削加工制成成品。因

7、此，零件毛坯选择是否合理，不仅影响每个零件乃至整部机械的制造质量和使用性能，而且对零件的制造工艺过程、生产周期和成本也有很大的影响。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 1. 保证零件的使用要求 毛坯的使用要求，是指将毛坯最终制成机械零件的使用要求。零件的使用要求包括对零件形状和尺寸的要求，以及工作条件对零件性能的要求。工作条件通常指零件的受力情况、工作温度和接触介质等。 2. 降低制造成本，满足经济性 零件的制造成本包括其本身的材料费以及所消耗的燃料费、动力费用、人工费、各项折旧费和其它辅助费用等分摊到该零件上的份额。在选择毛坯的类别和具体的制造

8、方法时，通常是在保证零件使用要求的前提下，选择成本低廉的方案。 第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 3. 考虑实际生产条件 根据使用性要求和制造成本分析所选定的毛坯制造方法是否能实现，还必须考虑企业的实际生产条件。只有实际生产条件能够实现的生产方案才是合理的。因此，在考虑实际生产条件时，应首先分析本厂的设备条件和技术水平能否满足毛坯制造方案的要求。 上述三条原则是相互联系的，考虑时应在保证使用要求的前提下，力求做到质量好、成本低和制造周期短。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 12.2.2 热处理的

9、技术条件和工序位置 热处理是机械制造过程中的重要工序。对于改善金属材料的切削加工性能，保证零件的质量，满足使用性能要求，具有重要的意义。 1. 零件热处理的技术条件及标注 需要热处理的零件，设计者应根据零件的性能要求，在图样上标明零件所用材料的牌号，并应注明热处理的技术条件，以供热处理生产和检验时使用。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 2. 热处理的工序位置 热处理可分为预先热处理和最终热处理两大类。（1） 预先热处理的工序位置 预先热处理包括退火、正火、调质等。其工序位置一般均紧接毛坯生产之后，切削加工之前；或粗加工之后，精加工之前。 退火、

10、正火的工序位置 通常退火、正火都安排在毛坯生产之后、切削加工之前，以消除毛坯的内应力，均匀组织，改善切削加工性，并为最终热处理作组织准备。对于精密零件，为了消除切削加工的残余应力，在切削加工工序之间还应安排去应力退火。 第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 调质处理的工序位置 调质工序一般安排在粗加工之后，精加工或半精加工之前。目的是为了获得良好的综合力学性能，或为以后的表面淬火或易变形的精密零件的整体淬火作好组织准备。调质一般不安排在粗加工之前，是为了避免调质层在粗加工时大部分被切削掉，失去调质的作用，这对淬透性差的碳钢零件尤为重要。调质零件的加

11、工路线一般为： 下料锻造正火（退火）切削粗加工调质切削精加工。 在实际生产中，灰铸铁件、铸钢件和某些轧钢件、锻钢件经退火、正火或调质后，往往不再进行其它热处理，这时上述热处理也就是最终热处理。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 （2）最终热处理的工序位置 最终热处理包括各种淬火、回火及表面热处理等。 淬火、回火的工序位置 整体淬火、回火与表面淬火工序位置安排基本相同。 整体淬火零件的加工路线一般为：下料锻造退火（正火）粗切削加工、半精切削加工淬火、回火（低、中温）磨削。 感应加热表面淬火零件的加工路线一般为：下料锻造退火（正火）粗切削加工调质半精

12、切削加工感应加热表面淬火、低温回火磨削。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 渗碳的工序位置 渗碳分整体渗碳和局部渗碳两种。当零件局部不允许渗碳处理时，应在图样上予以注明。该部位可镀铜以防渗碳，或采取多留余量的方法，待零件渗碳后淬火前再切削掉该处渗碳层。 整体渗碳件的加工路线一般为：下料锻造正火粗、半精切削加工渗碳、淬火、低温回火精切削加工（磨削）。 局部渗碳件的加工路线一般为：下料锻造正火粗、半精切削加工非渗碳部位镀铜（留防渗余量）渗碳（去除非渗碳部位余量）淬火、低温回火精加工（磨削）。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工

13、工艺设计及加工工艺设计 12.3 零件加工工艺基础知识 12.3.1 生产过程和工艺过程 1. 生产过程 任何一种产品的生产，都必须经过一定的生产过程。生产过程指原材料转变为成品的全过程。就机械制造而言，它包括：生产前的技术准备、原材料和半成品的运输和保管、毛坯的确定和制造、零件的机械加工和热处理、产品装配、整机的检验和试运行、油漆和包装等。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 2. 工艺过程 工艺过程是指按一定的次序改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和力学性能使其成为成品的过程。 (1) 工序 一个或一组工人，在一个工作地点（在一台设备上）对同一

14、个（或同时对几个）工件所连续完成的工艺过程。 (2) 安装 工件经一次装夹所完成的那部分工序。 (3) 工位 一次装夹后，工件与夹具（或设备）的可动部分相对刀具（或设备）的固定部分所占据的每个位置。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计工艺过程实例如图12.2和表12.3。图图12.2 阶梯轴阶梯轴工序工序号号工序名称工序名称工作地点工作地点1车端面、钻中心孔车端面、钻中心孔车床车床2车外圆车外圆车床车床3铣键槽铣键槽立式铣床立式铣床4磨外圆磨外圆磨床磨床5去毛刺去毛刺钳工台钳工台表表12.3 阶梯轴加工工艺过程阶梯轴加工工艺过程第第12章章 机械零

15、件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计(4) 进给 在一个工步内，若被加工表面需切去的金属层很厚，需要分几次切削，则每进行一次切削就是一次进给。(5) 工步 工序中零件的加工表面和加工刀具在不变的条件下所连续完成的工艺过程。为简化工艺文件，对于那些连续进行的若干个相同的工步通常都当作一个工步，生产中把用几把刀具同时加工几个表面称做复合工步，如图12.3所示。图图12.3 复合工步复合工步 第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计12.3.2 生产纲领与生产类型生产纲领与生产类型 产品（或零件）的生产纲领：是指企业在计划期内生产的

16、产品产量和进度计划。计划期一般为一年。零件的生产纲领可按下式计算：N=Qn（1ab）式中N 零件的生产纲领 Q产品的生产纲领；n每台产品中该零件的数量a备品的百分率；b废品的百分率。生产类型是指工厂或车间生产专业化程度的分类。分为三种；单件生产，成批生产和大量生产。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计1. 单件生产单件生产 单件生产特点是生产产品品种繁多，每种产品仅制造一个或少数几个，很少再重复生产。重型机械、新产品试制。2. 成批生产成批生产 成批生产基本特点是生产的产品品种较多，每种产品均有一定数量，各种产品是分期分批地轮番进行生产，机床制造、

17、机车制造和电机制造。3. 大量生产大量生产 大量生产的基本特点是产品产量大，品种少，大多数工作地长期重复进行某一零件某一工序的加工。例如，汽车制造。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计12.3.3 机械加工工艺规程机械加工工艺规程把工艺过程中指导各类生产的工艺要点制成文件称为工艺规程，它是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法的工艺文件。1. 工艺规程的内容工艺规程的内容工件加工工艺路线及所经过的车间和工段；各工序的具体加工内容；工件的检验项目及方法；切削用量；工时定额和工人技术等级；所采用的机床和工艺装备。2. 工艺规程的作用工艺规程的作用工艺规

18、程是指导生产的主要技术文件；是生产组织和管理的基本依据；是新建和扩建工厂和车间的基本资料。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材 及加工工艺设计及加工工艺设计 3. 制定工艺规程的原则制定工艺规程的原则制定工艺规程的原则是：在一定的生产条件下，以最少的劳动消耗和最低的费用，按计划规定的速度，正确的加工出符合图纸和技术要求的零件。这一基本要求体现在技术上先进、工艺上合理，并且有良好的劳动条件。编制工艺规程时应注意合理解决质量、生产率和经济性之间的矛盾。 4. 原始资料原始资料 原始资料包括：零件图，生产纲领和其他工艺文件，如：毛坯资料、机床和工艺装备资料、各种标准等。第第12章章

19、 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计5. 制定工艺规程的步骤制定工艺规程的步骤(1) 分析研究产品的装配图和零件图；(2) 确定毛坯；(3) 拟定工艺路线；(4) 确定各工序的尺寸、公差、设备、刀、夹、量具和辅助工具；(5) 确定切削用量和时间定额；(6) 确定各主要工序的的技术要求及检验方法；(7) 填写工艺文件。6. 制定机械加工工艺规程实例制定机械加工工艺规程实例现以中批生产的车床开合螺母外壳下半部为例，进行工艺文件的填写，见表12.4、表12.5所示。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计12.3.4 工件的

20、定位工件的定位 机械加工时，为使工件的被加工表面获得规定的尺寸和位置要求，确定工件在机床上或夹具中占有正确的位置过程，称为定位。1. 基准及其分类基准及其分类用来确定生产对象（工件）上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。基准分为两大类：设计基准和工艺基准。（1）设计基准设计基准 在设计图样上所采用的基准为设计基准。如图12.4所示的轴套零件，外圆和内孔的设计基准是它们的轴心线；端面A是端面B、C的设计基准；内孔D的轴心线是25h6外圆径向圆跳动的设计基准。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计图图12.4 轴套轴套对于某一个位置要求（

21、包括两个表面之间的尺寸或者位置精度）而言，在没有特殊指明的情况下，它所指向的两个表面之间常常是互为设计基准的。如图12.4中，对于尺寸40mm来说，A面是C面的设计基准，也可以认为C面是A面的设计基准。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计（2）工艺基准工艺基准 在工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准、按其用途不同又分为定位基准、测量基准、装配基准和工定位基准、测量基准、装配基准和工序基准。序基准。 定位基准定位基准：在加工中用作定位的基准，称为定位基准。 测量基准测量基准：测量工件时所采用的基准，称为测量基准。 装配基准装配基准：装配时用来确定零件

22、或部件在产品中的相对位置所采用的基准；称为装配基准。 工序基准工序基准：在工序图上，用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准称为工序基准。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计2. 工件的定位方法工件的定位方法 根据定位特点不同，工件在机床上的定位一般有三种方法：直接找正法、划线找正法和夹具安装法。 (1) 直接找正法：工件定位时，用量具或量仪直接找正工件上某一表面，使工件处于正确的位置，称为直接找正装夹。在这种装夹方式中，被找正的表面就是工件的定位基准。如图12.5所示的套筒零件，图图12.5 直接找正装夹直接找正装夹 第第12章章

23、机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计(2) 划线找正法划线找正法：这种装夹方式是先按加工表面的要求在工件上划线，加工时在机床上按线找正以获得工件的正确位置。图12.6所示为在牛头刨床上按划线找正装夹。图图12.6 划线找正装夹划线找正装夹 第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计(3) 在夹具上定位在夹具上定位：机床夹具是指在机械加工工艺过程中用以装夹工件的机床附加装置。常用的有通用夹具和专用夹具两种、车床的三爪自定心卡盘和铣床用平口台虎钳便是最常用的通用夹具。图12.7所示的钻模是专用夹具的一个例子。图图12.7 用夹

24、具装夹工件用夹具装夹工件1-夹具体；2-定位销；3-钻套；4-工件第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 3. 工件定位的基本原理工件定位的基本原理 (1) 六点定则 任何一个工件，如果对其不加任何限制，那么，它的位置都是不确定的。这种位置的不确定性，放在空间直角系中来描述，如图12.8所示，具有六个自由度。x图图12.8 工件的六个自由度工件的六个自由度 图图12.9 定位支承点分布定位支承点分布第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 在分析工件定位时，通常是用一个支承点限制工件的一个自由度，用合理分布的

25、六个支承点限制工件的六个自由度，使工件的位置完全确定的原则就是“六点定则”。 需要注意的是，底面上布置的三个支承点不能在一条直线上，且三个支承点所形成的三角形的面积越大越好。侧面上两支承点所形成的连线不能垂直于三点所形成的平面，且两点的连线越长越好。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计使图12.10a)所示轴类零件在坐标系中取得完全确定的位置，把支承钉按图12.10b)所示分布.图图12.10 轴类零件六点定位轴类零件六点定位第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 使图12-11a）所示盘类零件在坐标系中

26、取得完全确定的位置，把支承钉按图12-11b）所示分布.图图12.11 盘类零件六点定位盘类零件六点定位第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计(2) 限制工件自由度与加工要求的关系限制工件自由度与加工要求的关系 当被加工面只有一个方向的位置要求，需限制三个自由度、有两个方向位置要求，需限制五个自由度、有三个方向位置要求时，需限制六个自由度。另外，为确保被加工要素对基准要素的距离尺寸要求，所限制的自由度与工件定位基准的形状有关，而位置公差要求所需限制的自由度却与被加工要素及基准要素的形状均有关系。其具体确定方法是：独立拟出确保各单项距离尺寸或位置公差要

27、求而应限制的自由度后，再按综合叠加但不重复的方法便可得到确保多项精度要求应限制的自由度。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计12.4 典型零件材料和毛坯的选择及加工工艺分析典型零件材料和毛坯的选择及加工工艺分析 机械零件按形状和用途分为轴类、套类、轮盘类、箱座类轴类、套类、轮盘类、箱座类零件四大类。12.4.1 轴类零件轴类零件 轴类是回转体零件，其长度远大于直径，常见的有光滑轴、阶梯轴、凸轮轴和曲轴等。轴类零件主要用来支承传动零件（如齿轮、带轮）和传递转矩，它是各种机械设备中重要的受力零件。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及

28、加工工艺设计及加工工艺设计分析图12.13所示的C616车床主轴。图图12.13 C616车床主轴简图车床主轴简图第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计1. 车床主轴的工作条件和性能要求车床主轴的工作条件和性能要求（1）承受交变的弯曲应力与扭切应力，有时受到冲击载荷作用。（2）主轴大端内锥孔和锥度外圆经常与卡盘、顶尖和刀具锥体有摩擦。（3）花键部分与齿轮经常有磕碰或相对滑动。由于该主轴是在滚动轴承中运动，承受中等载荷，转速中等，有装配精度要求，且受一定冲击力。由此确定其性能要求如下： 主轴应具有良好的综合力学性能； 内锥孔和外锥圆表面、花键部分应有较

29、高的硬度和耐磨性。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计2. 材料选择材料选择轴类零件的材料一般选碳素钢、合金钢或铸铁。根据上述主轴的工作条件和性能要求，确定主轴材料选择45钢。3. 毛坯选择毛坯选择该轴为阶梯轴，最大直径（100mm）与最小直径（43mm）相差较大，选圆钢毛坯不经济，故应选锻造毛坯为宜。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计12.4.2 轮盘类零件轮盘类零件 轮盘类零件的轴向尺寸一般小于径向尺寸，或两个方向尺寸相差不大，属于这一类的零件有齿轮、带轮、飞轮、锻造模具、法兰盘和联轴器等。1.

30、齿轮的工作条件和性能要求(1) 工作条件 由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应力。 齿的表面承受较大的接触应力，在工作中相互滚动和滑动。 由于换档、启动或啮合不良，轮齿会受到冲击。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计(2) 性能要求性能要求根据齿轮工作条件，要求齿轮材料应具备以下性能 齿面有高的硬度和耐磨性。 齿面具有高的接触疲劳强度和齿根具有高的弯曲疲劳强度。 轮齿心部要有足够的强度和韧度。 2. 齿轮材料和毛坯的选择齿轮材料和毛坯的选择 由以上分析可知，齿轮一般应选用具有良好力学性能的中碳结构钢和中碳合金结构钢；承受较大冲击载荷的齿轮，可选用

31、合金渗碳钢；一些低速或中速低应力、低冲击载荷条件下工作的齿轮，可选用铸钢、灰铸铁或球墨铸铁；一些受力不大或在无润滑条件下工作的齿轮，可选用塑料（如尼龙、聚碳酸脂等）。 第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计3. 典型齿轮材料和毛坯选择及加工工艺路线典型齿轮材料和毛坯选择及加工工艺路线举例(1) 机床齿轮C6132车床的变速箱齿轮，如图12.14所示。该齿轮工作时受力不大，转速中等，工作较平稳且无强烈冲击，工作条件较好。性能要求：对齿面和心部的强度、韧性要求均不太高；齿轮心部硬度220250HBS，齿面硬度4550HRC。第第12章章 机械零件和工具的

32、选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 适用材料适用材料：根据齿轮的工作条件和性能要求，查表12.6可知，该齿轮材料选45钢或40Cr、40MnB为宜。 毛坯制造方法：该齿轮形状简单，厚度差别不大，可选圆钢作毛坯，但齿轮的性能稍差，故应选锻造毛坯为宜。在单件小批生产时，可采用自由锻生产；在成批大量生产时，宜采用胎模锻等方法生产。 工艺路线：齿轮毛坯采用锻件时，其加工工艺路线一般为：下料锻造正火粗加工调质精加工齿部表面淬火十低温回火精磨。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计(2) 汽车变速箱齿轮汽车变速箱齿轮 某载货汽车变速箱一速齿轮，

33、如图12.15所示。 性能要求：齿轮表面有较高耐磨性和疲劳强度，心部较高的强度与韧度，要求根部b1000MPa，k60Jcm2，齿面硬度 5864HRC，心部硬度3045HRC之间。适用材料确定该齿轮材料为20CrMnTi或20MnVB。图图12.15 某载货汽车变速箱一速齿轮简图某载货汽车变速箱一速齿轮简图第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材 及加工工艺设计及加工工艺设计 毛坯生产方法毛坯生产方法：该齿轮形状比机床齿轮复杂，性能要求也高，故不宜采用圆钢毛坯，应采用模锻制造毛坯，以使材料纤维合理分布，提高力学性能。单件小批生产时，也可用自由锻生产毛坯。 工艺路线及分析工艺路线

34、及分析：根据所选材料，制定该齿轮的加工工艺路线为：下料锻造正火粗、半精切削加工（内孔及端面留余量）渗碳（内孔防渗）、淬火、低温回火喷丸拉花键孔磨端面磨齿最终检验。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计该工艺路线中热处理工序的作用是工艺路线中热处理工序的作用是： 正火正火。主要是为了消除毛坯的锻造应力，获得良好的切削加工性能；均匀组织，细化晶粒，为以后的热处理作组织上的准备。 渗碳渗碳 提高齿轮表面的碳含量，保证淬火后得到高硬度和良好耐磨性的高碳马氏体。 淬火淬火。其目的是为了使齿轮表面具有高硬度，同时使心部获得足够的强度和韧性。由于20CrMnTi是

35、细晶粒合金渗碳钢，故可在渗碳后经预冷直接淬火，也可采用等温淬火以减小齿轮的变形。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计12.4.3 箱座类零件箱座类零件 这类零件一般结构复杂，有不规则的外形和内腔，且壁厚不均。这类零件包括各种机械设备的机身、底座、支架、横梁、工作台，以及齿轮箱、轴承座、阀体、泵体等。重量从几千克至数十吨，工作条件也相差很大。 中等尺寸的减速器箱体，如图12.16所示。由图可以看出，其上有三对精度较高的轴承孔，形状复杂。该箱体要求有较好的刚度、减振性和密封性，轴承孔承受载荷较大，故该箱体材料选用HT250，采用砂型铸造，铸造后应进行去

36、应力退火。单件生产也可用焊接件。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计图图12.16 双级圆柱齿轮减速器箱体结构简图双级圆柱齿轮减速器箱体结构简图1-盖；2-对合面；3-定位销孔；4-底座；5-出油孔；6-油面指示器孔该箱体的工艺路线为工艺路线为：铸造毛坯去应力退火划线切削加工。其中去应力退火是为了消除铸造内应力，稳定尺寸，减少箱体在加工和使用过程中的变形。 第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计12.5 典型表面的加工分析典型表面的加工分析12.5.1 外圆表面的加工1. 外圆表面的技术要求外圆表面的技术

37、要求主要有：（1）外圆表面本身的尺寸精度；（2）外圆表面的形状精度（圆度、圆柱度等）；（3）外圆表面与其他表面的位置精度（与内圆表面之间的同轴度、与端面之间的垂直度等）；（4) 表面完整性（表面粗糙度、表面残余应力、表面硬度、金相组织等）。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计2. 外圆表面加工方案的选择外圆表面加工方案的选择 外圆表面的加工方法主要有：车削、磨削、精密磨削、研磨和超级光磨。表表12.7 外圆表面加工方案外圆表面加工方案第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计12.5.2 孔的加工孔的加工1.

38、 孔的技术要求（1）孔的尺寸精度和形状精度（圆度、圆柱度）；（2）孔的位置精度（如孔与孔，孔与外圆的同轴度，孔的轴线与平面或端面之间的平行度或垂直度）；（3）孔的表面完整性（如孔的表面粗糙度、表面残余应力、表面加工硬化等）。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 孔的主要加工方法有孔的主要加工方法有：钻、扩、铰、镗、拉、磨、电解加工、电火花加工、激光加工等。孔的各种加工方法所能达到的精度、表面粗糙度和加工顺序如图12.18所示。对于工件材料硬度大于32 HRC的孔，一般采用特种加工，然后根据需要进行光整加工。对于平底盲孔一般采用钻-镗加工方案。第第1

39、2章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计粗镗 IT9 IT8，Ra=6.33.2精铰IT7，Ra=1.60.8半精镗IT8，Ra=3.21.6粗铰IT8，Ra=3.21.6粗磨IT8，Ra=1.60.8半精磨 IT8 IT7，Ra=0.80.4精镗 IT8 IT7，Ra=1.60.8拉 IT8 IT7，Ra=0.80.4精磨 IT7 IT6，Ra=0.20.1精拉 IT6，Ra=0.20.1研磨 IT6 IT3，Ra=0.10.006精细镗 IT7 IT6，Ra=0.40.1手铰 IT7 IT6，Ra=0.40.2珩磨 IT6 IT4，Ra=0.10.05钻

40、IT10以下，Ra=5012.5扩 IT10 IT9，Ra=6.33.2图图12.18 孔加工顺序（单位：孔加工顺序（单位：m）第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计12.5.3 平面的加工方案选择平面的加工方案选择 平面是盘形、板形、箱体及支架零件的主要表面，是其他表面的基准面。（1）技术要求有技术要求有：平面本身尺寸精度和形状精度；平面的位置精度（如平面与平面、外圆轴线、内孔轴线的平行度或垂直度）；平面的表面完整性，如表面粗糙度、表面残余应力、表面加工硬化等。（2）加工方案选择加工方案选择 平面的加工方法有：铣削、刨削、磨削、车削、拉削等。平面的

41、各种加工方法所能达到的精度、表面粗糙度和加工顺序如图12.19所示。加工方案见表12.9。如果需要光整加工，可采用表中序号为3的加工方案，然后进行光整加工，如研磨、超级光磨或超精密磨削。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计图图 12.19 平面加工顺序（单位：平面加工顺序（单位：m）第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计12.6 机械零件的结构工艺性机械零件的结构工艺性12.6.1 零件结构工艺性的概念 零件结构工艺性是指制造和装配时的可行性和经济性。要使零件在切削加工过程中具有良好的工艺性，应考虑以下几

42、个方面的问题。(1) 满足使用要求。(2) 统筹兼顾、全面考虑产品的制造包括毛坯生产、切削加工、热处理和装配等工艺过程。(3) 零件结构工艺性的优劣随生产条件的不同而异：在进行零件的结构设计时，必须考虑现有设备条件、生产类型和技术水平等生产条件。第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计 例如，图12.20(a)所示的铣床工作台的T形槽，在单件、小批量生产时，其结构工艺性良好，但在大批、大量生产时，则不便在龙门刨床上一次同时加工若干个工件，若将结构改为如图12.20(b)所示，则可多件同时加工，提高了生产效率。图图12.20 铣床工作台的结构工艺性铣床工作台的结构工艺性第第12章章 机械零件和工具的选材机械零件和工具的选材及加工工艺设计及加工工艺设计12.6.2 切削加工对零件结构工艺性的要求切削加工对零件结构工艺性的要求(1) 加工表面的几何形状应尽量简单，尽可能布置在同一平面上或同轴线上；(2) 不需要加工的毛面不要设计成加工面，要求不高的面不要设计成高精度、低粗糙度的表面；(3) 有相互位置精度要求的各个表面，最好能在一次安装中加工；(4) 应使定位准确，夹紧可靠，便于加工，易于测量；(5) 尽量使用标准刀具和通用量具，减少专用刀具和专用量具的设计和制造；(6) 结构应与采用高效机床和先进