机械制造基础 课件 第十二章 零件材料与加工工艺的选择

1第12章零件材料与加工工艺的选择[本章内容]14.1零件的失效分析14.2选材的原则及方法14.3零件毛坯的选择14.4零件热处理的技术条件和工序位置14.5典型零件材料和毛坯的选择及加工工艺分析[重点掌握]材料及成形工艺的选择214.1零件的失效分析1）变形失效变形失效是指零件的变形量超过了允许的范围。弹性变形失效、塑性变形失效2）断裂失效断裂失效是指零件完全断裂而无法工作的失效。脆性断裂、塑性断裂1.零件的失效形式

33）表面损伤失效表面损伤失效是指零件在工作中，因机械和化学作用，使其表面损伤而造成的失效。磨损失效、腐蚀失效、表面疲劳失效一个零件的失效可能有几种形式，也可以是相互组合而成的联合失效形式，但只有一种起决定性作用。44）破坏正常工作条件引起的失效有些零件只有在一定的工作条件下才能正常工作，否则就会引起失效，如带传动因过载发生打滑等。51）设计不合理对零件的工作条件估计错误，安全系数过小、计算错误等，零件的结构形状、尺寸等设计不合理。2）选材不合理选择材料错误，容易造成所选材料的性能不能满足使用要求；所选材料质量不合格等原因引起零件的失效。

2.零件失效的原因6采用的工艺方法、工艺参数、技术措施不正确，可能产生铸造缺陷、锻造缺陷、焊接缺陷、切削加工缺陷和热处理缺陷。3）加工工艺不当机械在装配、安装过程中不按技术要求，使用过程中不按规程操作、保养、维修，超载使用等。4）安装使用不正确5）正常工作条件的破坏73.失效分析的一般过程对零件的设计、选材、工艺、安装、使用、维护等各方面进行系统分析。收集失效零件的残骸，全面调查了解失效的部位、特点、环境和时间,然后根据零件损坏的特征进行综合分析814.2选材的原则、方法和步骤

(1)使用性能包括力学性能、物理性能和化学性能，对于一般的机械零件主要是力学性能。1)基本原则

分析零件的工作条件、常见的失效形式，并通过力学计算确定零件应具有的主要力学性能，作为选材的依据。1.选材的基本原则8(1)综合考虑材料强度、塑性、韧性的合理配合。(2)合理地选定硬度值。(3)选用材料的力学性能判据数值时应注意的几个问题。2)应注意的问题9(2)工艺性

工艺性能是指零件在各种加工过程中所表现出来的性能。决定了所选材料能否顺利加工制造成所需的零件。1）铸造性能2）锻压性能3）焊接性能4）切削加工性5）热处理工艺性(3)经济性

经济性是指所选材料加工成零件后的成本高低。主要包括：材料费用、加工费用、管理费用、运输费、安装费、维修保养费用等(4)适应环境保护和节能原则10(1)按力学性能选材的基本方法1）以综合力学性能为主时的选材主要失效形式是过量变形，一般可选用中碳钢或中碳合金钢，采用调质处理或正火处理。

2）以疲劳强度为主时的选材主要失效形式是疲劳破坏，对承载较大的零件选用淬透性要求较高的材料。调质钢进行表面淬火、渗碳钢进行渗碳淬火、氮化钢进行氮化以及喷丸、滚压等处理。3）以磨损为主时的选材2.选材的方法和步骤11(2)选材的基本步骤P249

1）分析零件的工作条件、失效形式，确定零件的性能。2）对同类产品进行调研，分析选材的合理性。3）找出关键的性能要求，确定零件应具有的力学性能判据或理化性能指标。4）选择合适的材料，确定热处理方法或其他强化方法。5）通过试验，检验所选材料及热处理方法能否达到各项性能要求。14.3零件毛坯的选择P2501.零件毛坯的种类2.零件毛坯选择的依据P2511）依据材料种类和性能来选择2）依据零件的形状与尺寸来选择3）依据生产纲领来选择4）依据现有的生产条件来选择5）优先利用新工艺、新材料、新技术14.4零件热处理的技术条件和工序位置P2521414.5典型零件材料和毛坯的选择及加工工艺分析P2571）齿轮的作用传递扭矩、调节速度、改变运动方向。2）工作条件（1）齿根受很大交变弯曲应力作用、齿面受较大接触应力并有强烈的摩擦和磨损。（2）承受一定的冲击载荷。3）失效形式轮齿折断、齿面磨损、齿面剥落、齿面点蚀、过载断裂等。1、齿轮类零件4）力学性能要求（1）高的弯曲疲劳强度（2）齿面应具有高的接触疲劳强度、高的硬度和耐磨性（3）齿轮心部应具有良好的综合力学性能或较好的强韧性155）齿轮类零件选材P257161）轴类零件的作用支承传动零件、传递运动和动力。2）工作条件（1）承受较大的交变弯曲应力、扭转应力（2）轴颈和花键部位承受较大的摩擦（3）一定的冲击载荷3）失效形式疲劳断裂、过量的弯曲变形和扭转变形、过量磨损。2.轴类零件4）力学性能要求（1）良好的综合力学性能（2）轴颈等部位应具有高的硬度和良好的耐磨性（3）高的疲劳强度175）轴类零件选材P260181）丝锥和板牙的作用加工内螺纹，板牙的作用是加工外螺纹。2）工作条件柄部和心部承受较大的扭转应力，齿刃部承受较大的摩擦和磨损，高速切削时齿刃部还要承受较高的工作温度。3）失效形式磨损和扭断。4）力学性能要求齿刃部应具有高硬度（59～64HRC）和高耐磨性，一定的热硬性（视切削速度而定）；柄部和心部应具有足够的强度和韧性，硬度为35～45HRC。3.丝锥和板牙19（1）手用丝锥和板牙热硬