機(jī)械制造基礎(chǔ)第九章機(jī)械零件材料及毛坯的選擇

機(jī)械制造基礎(chǔ)

第九章機(jī)械零件材料及毛坯的選擇

主講：仝勖峰西安電子科技大學(xué)本章內(nèi)容失效的概念及失效的主要形式；零件失效原因及其分析方法；零件材料的選擇原則和毛坯的選擇方法。一、機(jī)械零件的失效失效是指零件在使用過(guò)程中，由于尺寸、形狀或材料的組織與性能發(fā)生變化而失去原設(shè)計(jì)的效能。零件沒(méi)有達(dá)到使用壽命就失去功能稱(chēng)為早期失效，比較危險(xiǎn)。達(dá)到使用壽命的失效稱(chēng)為正常失效，比較安全。要防止失效，必須了解失效的機(jī)制和原因。1、零件失效的主要形式機(jī)械零件常見(jiàn)的失效形式主要有：（1）

斷裂：斷裂又可分為過(guò)載斷裂(韌性材料和脆性材料不同)、疲勞斷裂和蠕變斷裂（2）

變形過(guò)大：過(guò)大的塑性變形影響機(jī)械的工作性能（3）振動(dòng)過(guò)大：振幅過(guò)大影響機(jī)械的工作性能甚至發(fā)生共振（4）表面失效：指磨損、接觸疲勞、腐蝕、膠合等2、零件失效的原因機(jī)械零件失效的原因主要有：（1）

設(shè)計(jì)不合理（2）

選材不合理（3）加工工藝不當(dāng)（4）安裝使用不正確3、典型的失效分析齒輪傳動(dòng)的失效形式輪齒的失效形式多種多樣，較為常見(jiàn)的有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、磨損、膠合和塑性變形等等1）輪齒折斷：通常有疲勞折斷和過(guò)載折斷兩種。2）齒面點(diǎn)蝕：是指齒面材料在變化著的接觸應(yīng)力作用下，由于疲勞而產(chǎn)生的麻點(diǎn)狀損傷現(xiàn)象。3、典型的失效分析3）齒面磨損：是齒輪在嚙合傳動(dòng)過(guò)程中，輪齒接觸表面上的材料摩擦損耗的現(xiàn)象。4）齒面膠合：是相嚙合齒面的金屬在一定壓力下直接接觸發(fā)生粘著，同時(shí)隨著齒面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使金屬?gòu)凝X面上撕落而引起的一種嚴(yán)重粘著磨損現(xiàn)象。5）塑性變形：是由于在過(guò)大的應(yīng)力作用下，輪齒材料因屈服產(chǎn)生塑性流動(dòng)而在齒面或齒體形成的變形。

輪齒疲勞折斷輪齒的塑性變形齒面膠合齒面點(diǎn)蝕

齒面磨損二、零件材料選擇的原則要做到合理選材，必須全面分析及綜合考慮。一般遵循三個(gè)原則：使用性能；工藝性能；經(jīng)濟(jì)性能。1、使用性能使用性能中，最重要的是力學(xué)性能。必須要考慮：受力狀況：載荷類(lèi)型、大小、特點(diǎn)。環(huán)境狀況：溫度、腐蝕、摩擦。特殊要求：導(dǎo)電、電磁、熱膨脹、密度。2、工工藝性性能同使用用性能能相比比，工工藝性性能處處于次次要地地位。。但某某些情情況下下，工工藝性性能也也是選選材的的主要要依據(jù)據(jù)。工藝性性能的的好壞壞，取取決于于加工工的難難易程程度、、生產(chǎn)產(chǎn)效率率、生生產(chǎn)成成本。。3、經(jīng)經(jīng)濟(jì)性性能質(zhì)優(yōu)價(jià)價(jià)廉、、壽命命高是是保證證產(chǎn)品品具備備競(jìng)爭(zhēng)爭(zhēng)力的的重要要條件件。必必須正正確處處理技技術(shù)與與經(jīng)濟(jì)濟(jì)的關(guān)關(guān)系。。所謂經(jīng)經(jīng)濟(jì)性性選材材，不不僅指指選擇擇最便便宜的的材料料，或或是生生產(chǎn)成成本最最低的的材料料，而而是運(yùn)運(yùn)用價(jià)價(jià)值分分析的的方法法，綜綜合考考慮材材料對(duì)對(duì)產(chǎn)品品的功功能與與成本本的影影響，，達(dá)到到最佳佳的技技術(shù)經(jīng)經(jīng)濟(jì)效效益。。另外，，選材材時(shí)，，不能能片面面強(qiáng)調(diào)調(diào)材料料費(fèi)用用和制制造成成本。。首先先還是是要保保證使使用要要求。。三、零零件毛毛坯選選擇原原則零件制制造過(guò)過(guò)程分分為毛毛坯成成型和和切削削加工工兩個(gè)個(gè)階段段。毛毛坯成成型不不僅對(duì)對(duì)后續(xù)續(xù)加工工產(chǎn)生生很大大的影影響，，而且且對(duì)零零件乃乃至整整個(gè)產(chǎn)產(chǎn)品的的質(zhì)量量、使使用性性能、、生產(chǎn)產(chǎn)周期期和成成本都都有影影響。。因此此，正正確選選擇毛毛坯類(lèi)類(lèi)型和和成型型方法法具有有重要要意義義。1、毛毛坯的的種類(lèi)類(lèi)機(jī)械零零件的的毛坯坯一般般包括括：鑄鑄件、、鍛件件、軋軋制型型材、、擠壓壓件、、沖壓壓件、、焊接接件、、粉末末冶金金和注注射成成型件件等。。各種種毛坯坯具有有不同同的特特點(diǎn)。。（詳詳見(jiàn)課課本表表9.1））2、毛坯的的成本1）鑄件的的成本（1）鑄件件設(shè)計(jì)：包包括材料的的選擇和結(jié)結(jié)構(gòu)尺寸的的確定?；一诣T鐵成本本最低，銅銅合金價(jià)格格高。結(jié)構(gòu)構(gòu)尺寸的影影響是通過(guò)過(guò)鑄件的工工藝體現(xiàn)的的，尺寸合合理，鑄造造缺陷少，，成本降低低。（2））生產(chǎn)產(chǎn)方式式：根根據(jù)不不同的的批量量選擇擇合適適的鑄鑄造方方式。。2、毛毛坯的的成本本1）鑄鑄件的的成本本（3））鑄造造工藝藝：工工藝不不同，，工時(shí)時(shí)和模模具費(fèi)費(fèi)用不不同。。（4））生產(chǎn)產(chǎn)管理理：實(shí)實(shí)行科科學(xué)的的管理理方法法，才才能明明顯降降低廢廢品率率和生生產(chǎn)過(guò)過(guò)程中中原材材料的的浪費(fèi)費(fèi)。2、毛毛坯的的成本本2）鍛鍛件的的成本本（1））原材材料消消耗：：原材材料消消耗在在鍛造造中成成本占占用最最大，，從鍛鍛件下下料到到加工工成型型有一一系列列材料料損失失。如如：下下料損損失、、燒損損、廢廢料及及廢品品。（2））工模模具費(fèi)費(fèi)消耗耗：模模鍛中中，模模具費(fèi)費(fèi)用在在鍛件件費(fèi)用用成本本中僅僅僅次次于材材料消消耗。。約占占成本本的三三分之之一。。合理理設(shè)計(jì)計(jì)模具具、使使用模模具、、延長(zhǎng)長(zhǎng)使用用壽命命，可可明顯顯降低低成本本。2、毛毛坯的的成本本2）鍛鍛件的的成本本（3））鍛造造方法法和生生產(chǎn)率率：鍛鍛造方方法不不同，，工時(shí)時(shí)和生生產(chǎn)率率差別別很大大，設(shè)設(shè)備差差別也也很大大。因因此，，需要要根據(jù)據(jù)不同同的批批量確確定合合適的的方法法。（4））生產(chǎn)產(chǎn)管理理：實(shí)實(shí)行科科學(xué)管管理，，減少少浪費(fèi)費(fèi)。2、毛坯坯的成本本3）沖壓壓件的成成本沖壓件的的成本主主要包括括材料消消耗、加加工費(fèi)、、模具費(fèi)費(fèi)等。提高模具具使用率率，提高高一次成成型率，，實(shí)現(xiàn)自自動(dòng)化。。3、毛坯坯的選擇擇1）滿(mǎn)足足工藝要要求不同的材材料，決決定了毛毛坯的成成型方式式。3、毛坯的的選擇2）滿(mǎn)足零零件的使用用要求（1）結(jié)構(gòu)構(gòu)形狀和尺尺寸要求對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)復(fù)雜的零件件，選擇鑄鑄件毛坯；；對(duì)于結(jié)構(gòu)構(gòu)形狀較復(fù)復(fù)雜，且抗抗沖擊能力力、抗疲勞勞強(qiáng)度要求求高的中小小型零件，，宜采用模模鍛件。對(duì)對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)復(fù)雜且輪廓廓大的零件件，宜選擇擇組合毛坯坯。3、毛坯的的選擇2）滿(mǎn)足零零件的使用用要求（2）力學(xué)學(xué)性能要求求對(duì)于承受沖沖擊和交變變載荷的零零件，一般般選擇鍛造造毛坯，如如機(jī)床、汽汽車(chē)的傳動(dòng)動(dòng)軸和齒輪輪等；對(duì)于于由于其它它方面原因因，必須采采用鑄件，，但要求零零件金相致致密、承載載能力高的的零件，應(yīng)應(yīng)選擇合適適的鑄造方方法，如壓壓力鑄造、、金屬型鑄鑄造、離心心鑄造等方方式。3、毛毛坯的的選擇擇2））滿(mǎn)滿(mǎn)足足零零件件的的使使用用要要求求（3））表表面面質(zhì)質(zhì)量量要要求求為了了降降低低生生產(chǎn)產(chǎn)成成本本，，機(jī)機(jī)械械產(chǎn)產(chǎn)品品一一些些非非配配合合表表面面有有盡盡量量不不加加工工的的趨趨勢(shì)勢(shì)，，即即實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)少少、、無(wú)無(wú)切切削削加加工工。。為為保保證證這這些些表表面面的的質(zhì)質(zhì)量量，，對(duì)對(duì)于于較較小小尺尺寸寸的的非非鐵鐵金金屬屬件件，，宜宜選選擇擇金金屬屬型型鑄鑄造造、、壓壓力力鑄鑄造造或或精精密密模模鍛鍛。。對(duì)對(duì)于于尺尺寸寸較較小小的的鋼鋼鐵鐵件件，，宜宜選選擇擇熔熔模模鑄鑄造造或或精精密密模模鍛鍛。。3、、毛毛坯坯的的選選擇擇2））滿(mǎn)滿(mǎn)足足零零件件的的使使用用要要求求（4））其其它它方方面面要要求求對(duì)于于某某些些具具有有特特殊殊要要求求的的零零件件，，必必須須結(jié)結(jié)合合毛毛坯坯材材料料和和生生產(chǎn)產(chǎn)方方法法來(lái)來(lái)滿(mǎn)滿(mǎn)足足這這些些要要求求。。例例如如：：有有耐耐壓壓要要求求的的零零件件，，要要求求金金相相致致密密，，不不能能有有氣氣孔孔、、砂砂眼眼等等缺缺陷陷，，宜宜采采用用離離心心鑄鑄造造（（氣氣缸缸套套：：鑄鑄鐵鐵））或或型型材材（（液液壓壓缸缸：：鋼鋼））。。對(duì)對(duì)于于在在自自動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)床床上上加加工工的的零零件件，，要要求求毛毛坯坯精精度度高高，，宜宜采采用用冷冷拉拉型型材材。。3、、毛毛坯坯的的選選擇擇3））滿(mǎn)滿(mǎn)足足降降低低生生產(chǎn)產(chǎn)成成本本的的要要求求（1））生生產(chǎn)產(chǎn)批批量量小小時(shí)時(shí)的的毛毛坯坯選選擇擇主要要考考慮慮模模具具費(fèi)費(fèi)用用、、設(shè)設(shè)備備費(fèi)費(fèi)用用。。多多采采用用砂砂型型鑄鑄造造、、自自由由鍛鍛、、胎胎模模鍛鍛、、焊焊接接結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件件。。（2））大大批批量量時(shí)時(shí)的的毛毛坯坯選選擇擇主要要考考慮慮材材料料的的利利用用率率，，降降低低廢廢品品率率。。3、、毛毛坯坯的的選選擇擇4））符符合合生生產(chǎn)產(chǎn)條條件件（1））在在符符合合條條件件的的情情況況下下，，盡盡量量采采用用比比較較先先進(jìn)進(jìn)的的毛毛坯坯生生產(chǎn)產(chǎn)技技術(shù)術(shù)。。（2））如果果買(mǎi)的的比造造的便便宜，，在滿(mǎn)滿(mǎn)足交交貨期期的條條件下下，盡盡量去去買(mǎi)。。四、毛毛坯的的質(zhì)量量檢驗(yàn)驗(yàn)1、外外觀檢檢驗(yàn)以肉眼眼觀察察為主主，或或輔助助以工工具，，檢查查毛坯坯外觀觀。四、毛毛坯的的質(zhì)量量檢驗(yàn)驗(yàn)2、無(wú)無(wú)損探探傷檢檢驗(yàn)主要用用于內(nèi)內(nèi)在檢檢驗(yàn)。。（1））超聲聲波檢檢驗(yàn)：：利用用高頻頻聲波波射入入毛坯坯，檢檢測(cè)內(nèi)內(nèi)部或或表面面缺陷陷的方方式。。（2））射線線檢測(cè)測(cè)：利利用電電磁波波如X射線線，穿穿透一一定厚厚度的的金屬屬，檢檢測(cè)內(nèi)內(nèi)部縮縮孔、、氣孔孔、夾夾雜、、裂紋紋與未未焊透透等缺缺陷。。（3））磁粉粉檢驗(yàn)驗(yàn)：適適于鐵鐵磁性性材料料表層層或近近表面面缺陷陷的檢檢測(cè)。。零件件磁化化后，，缺陷陷部位位產(chǎn)生生露磁磁磁場(chǎng)場(chǎng)，從從而顯顯示缺缺陷。。四、毛坯的的質(zhì)量檢驗(yàn)驗(yàn)3、致密性性檢驗(yàn)主要用于檢檢測(cè)不受壓壓力或受壓壓很低的容容器，管道道等。（1）氣密密性實(shí)驗(yàn)：：向容器內(nèi)內(nèi)通入遠(yuǎn)低低于其工作作壓力的壓壓縮空氣，，檢驗(yàn)容器器或通道的的滲漏情況況（2）水壓壓實(shí)驗(yàn)：用用于檢驗(yàn)壓壓力容器，，管道和儲(chǔ)儲(chǔ)罐等結(jié)構(gòu)構(gòu)的穿透性性缺陷。四、毛坯的的質(zhì)量檢驗(yàn)驗(yàn)4、化學(xué)成成分分析鑒定材料成成分是否符符合規(guī)定，，并評(píng)價(jià)材材質(zhì)的優(yōu)劣劣。常用方方法：光譜譜分析。四、毛坯的的質(zhì)量檢驗(yàn)驗(yàn)5、力學(xué)性性能測(cè)試最常見(jiàn)是硬硬度測(cè)試，，它能反映映材料成分分、組織、、性能的關(guān)關(guān)系，并能能間接反映映其它力學(xué)學(xué)性能。且且零件檢測(cè)測(cè)后不受損損傷。其它力學(xué)實(shí)實(shí)驗(yàn)都在專(zhuān)專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)進(jìn)行，主要要用于原材材料進(jìn)廠檢檢驗(yàn)、新材材料和新工工藝研制、、失效分析析等。四、毛坯的的質(zhì)量檢驗(yàn)驗(yàn)6、金相組組織實(shí)驗(yàn)對(duì)毛坯進(jìn)行行組織檢驗(yàn)驗(yàn)，判斷新新材料、新新工藝的合合理性。五、毛坯中中常見(jiàn)的缺缺陷1、鑄件常常見(jiàn)缺陷（1）縮孔孔：熱加工工會(huì)產(chǎn)生裂裂紋，可用用射線探傷傷檢驗(yàn)或切切片檢驗(yàn)；；（2）縮松松：可用射射線探傷檢檢驗(yàn)；（3）氣孔孔：可用射射線探傷檢檢驗(yàn)或切片片檢驗(yàn)；（4）偏析析：可用金金相法或化化學(xué)分析檢檢驗(yàn)。五、毛坯中中常見(jiàn)的缺缺