第十二章-機械零件的選材及毛坯的選擇

第十二章機械零件的選材及毛坯的選擇

選材的動機新產(chǎn)品設(shè)計時的選材；為提高產(chǎn)品性能，降低生產(chǎn)成本的選材零件在使用過程中由于失效涉及重新選材等。第一節(jié)機械零件的失效一、零件的失效系統(tǒng)、裝置或零件在加工及使用過程中喪失其規(guī)定功能的現(xiàn)象。零件的失效有達到預(yù)期壽命的正常失效，也有遠低于預(yù)期壽命的早期失效。

二、零件失效的形式及失效原因（一）零件失效的形式1.過量變形失效零件在使用過程中的變形量超過允許范圍而造成的失效。

2.斷裂失效零件因斷裂而無法正常工作的失效。

3.表面損傷失效零件在工作過程中，因機械或化學(xué)作用，使其表面損傷而造成的失效。

（二）零件失效的原因1.結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.選材不當(dāng)及材料缺陷

3.加工過程中存在的問題

4.安裝、使用和維護不當(dāng)

第二節(jié)機械零件的選材一、零件選材的一般原則（一）使用性原則指所選用的材料在正常工作情況下能夠滿足產(chǎn)品及零件的性能要求，是保證零件的設(shè)計功能實現(xiàn)、安全耐用的必要條件。選材的最主要原則。材料的使用性能包括力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能等。對結(jié)構(gòu)零件而言，其使用性能一般以力學(xué)性能要求為主，物理性能和化學(xué)性能要求為輔；對功能元件而言，其使用性能則以各種功能特性為主，力學(xué)性能、化學(xué)性能為輔。

（二）工藝性原則指所選用的材料能否適應(yīng)各種加工工藝，經(jīng)濟、高效地生產(chǎn)出滿足規(guī)定性能及結(jié)構(gòu)要求零件的能力。1.金屬材料的工藝性能

①鑄造性能

②鍛壓性能

③焊接性能

④切削加工性能

⑤熱處理性能

2.高分子材料的工藝性能

3.陶瓷材料的工藝性能

（三）經(jīng)濟性原則1.以鐵代鋼

2.選用型材

3.優(yōu)先選用碳鋼

4.降低零件的生產(chǎn)總成本

5.優(yōu)先選用常用材料

二、選材的方法及步驟（一）零件選材的具體方法1.以綜合力學(xué)性能為主的選材

2.以疲勞強度為主的選材

3.以磨損為主的選材

（二）零件選材的步驟1.分析零件的工作條件及失效形式，找出引起失效的主要力學(xué)性能指標(biāo)，初步確定材料的類型、范圍。2.對同類產(chǎn)品的用材情況進行研究，進一步縮小材料的類型、范圍。

3.通過比較選擇合適的材料。4.確定零件的熱處理要求或其他強化處理方法。5.審核關(guān)鍵性能指標(biāo)要滿足使用性能要求。6.審核所選材料的綜合經(jīng)濟指標(biāo)。7.投產(chǎn)前進行小批量生產(chǎn)試驗。

三、典型零件的選材（一）齒輪類零件的選材1.齒輪的工作條件、失效形式及力學(xué)性能要求

（1）工作條件齒輪工作時齒面因產(chǎn)生相互滑動和滾動，要承受較大的接觸應(yīng)力，并發(fā)生強烈的摩擦；由于要傳遞扭鉅，齒根要承受較大的彎曲應(yīng)力；在設(shè)備啟動、變速或齒輪嚙合不均勻時，將承受沖擊載荷的作用。

（2）失效形式①輪齒斷裂②齒面磨損③麻點剝落

（3）主要力學(xué)性能要求

①輪齒要有足夠高的彎曲疲勞強度。②齒輪表面應(yīng)有足夠高的硬度、接觸疲勞強度和耐磨性。③輪齒心部應(yīng)具有足夠高的強度和韌性。

2.齒輪常用材料及熱處理

（1）鋼

常用的鋼有45、40Cr、40MnB等調(diào)質(zhì)鋼和20Cr、20CrMnTi、20MnVB、18Cr2N3A、18Cr2Ni4WA等合金滲碳鋼。

（2）鑄鐵

（3）有色金屬

（4）非金屬材料

3.典型齒輪的選材及加工工藝路線

（1）機床齒輪的選材

對中碳鋼或中碳合金結(jié)構(gòu)鋼制造的齒輪常采用的加工工藝路線為：下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工或精加工→齒輪表面高頻淬火+低溫回火（或滲氮）→精磨。

常選用中碳鋼或中碳合金鋼

（2）汽車、拖拉機齒輪

常選用合金滲碳鋼（如20Cr、20MnVB、20CrMnTi、20CrMnMo、12CrNi3A、18Cr2Ni4WA等）制造，經(jīng)滲碳、淬火+低溫回火處理后使用，

滲碳鋼制造的齒輪常采用的加工工藝路線為：下料→鍛造→正火→粗加工、半精加工→滲碳、淬火+低溫回火→珩齒（或磨齒）。（二）軸類零件的選材1.軸的工作條件、失效形式及性能要求

2.常用軸類零件的材料

3.機床主軸的選材實例

（三）刃具的選材1.車刀的選材

2.絲錐和板牙的選材

（四）箱座類零件的選材第三節(jié)零件毛坯的選擇一、毛坯選擇的原則（一）滿足零件的使用性能要求（二）滿足材料的工藝性能要求（三）經(jīng)濟性原則二、常用毛坯的特點及生產(chǎn)成本比較鑄件鍛件沖壓件焊接件對原材料工藝性的要求流動性好，收縮率低塑性好，變形抗力小塑性好，變形抗力小強度高，塑性好，淬硬性低常用材料灰鑄鐵、球墨鑄鐵、低中碳鋼、鋁合金、銅合金中碳鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼低碳鋼、奧氏體不銹鋼及銅、鋁等有色金屬低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼及鋁合金等結(jié)構(gòu)特征可生產(chǎn)較復(fù)雜的鑄件，形狀一般不受限制形狀一般較鑄件簡