機(jī)械制造基礎(chǔ) 課件 第三章

機(jī)械制造基礎(chǔ)機(jī)械工程材料選用單元一第三章

工程材料選擇及分析Loremipsumdolorsitamet,consectetueradipiscingelit.Maecenasporttitorconguemassa.本章知識(shí)思維導(dǎo)圖第一節(jié)

機(jī)械零件失效分析01失效概述機(jī)械零件完全破壞，不能工作機(jī)械零件雖然能工作，但達(dá)不到設(shè)計(jì)的規(guī)定功能。機(jī)械零件損壞嚴(yán)重，但繼續(xù)工作時(shí)，不能保證安全性和可靠性。010203機(jī)械零件失效的具體表現(xiàn)機(jī)械零件失效的具體表現(xiàn)02失效的形式失效的形式斷裂失效過量變形失效表面損傷失效03失效因素分析1.失效因素形式

2.失效分析方法

以機(jī)械零件的性能指標(biāo)為主線，進(jìn)行詳細(xì)分析。以斷口特征為主線，進(jìn)行詳細(xì)分析。第二節(jié)

金屬材料的選用原則與選用程序01金屬材料選用的一般原則金屬材料的使用性能金屬材料的工藝性能金屬材料的經(jīng)濟(jì)性010203力學(xué)性能02金屬材料選用的一般程序1)對(duì)機(jī)械零件的工作特性和使用條件進(jìn)行周密分析，找出零件失效(或損壞)的方式，從而合理地確定金屬材料的主要力學(xué)性能指標(biāo)。

2)根據(jù)機(jī)械零件的工作條件和使用環(huán)境，對(duì)機(jī)械零件的設(shè)計(jì)和制造提出相應(yīng)的技術(shù)要求，對(duì)加工工藝性和加工成本等也提出相應(yīng)的基本要求。

3)根據(jù)所提出的技術(shù)條件、加工工藝性和加工成本等方面的指標(biāo)，借助于各種材料手冊(cè)，對(duì)金屬材料進(jìn)行預(yù)選。

4)對(duì)預(yù)選金屬材料進(jìn)行核算，以確定其是否滿足使用性能、加工工藝性和加工成本等方面的要求。

5)對(duì)金屬材料進(jìn)行第二次選擇，確定最佳選材方案。

6)通過試驗(yàn)、試生產(chǎn)和檢驗(yàn)，最終確定合理的選材結(jié)果。02金屬材料選用的一般程序物理性能使用環(huán)境無特殊要求情況經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)量制造工藝力學(xué)性能要求的性能、使用環(huán)境價(jià)格、交貨日期在必要情況下特殊環(huán)境導(dǎo)熱、導(dǎo)電質(zhì)量輕銅、鋁及其合金鋁合金，鋅、鎂、鈦合金耐高溫低溫強(qiáng)度耐腐蝕耐熱鋼、鈦合金奧氏體不銹鋼、銅合金、鋁合金不銹鋼、銅合金、鈦合金強(qiáng)度、韌性高硬度、耐磨性彈性冷變形塑性低硬度、易切削調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、低合金鋼工具鋼、軸承鋼、耐磨鋼彈簧鋼低碳鋼、低合金鋼易切削鋼批量大單件生產(chǎn)特大曲面形狀復(fù)雜兼有強(qiáng)度要求鑄鐵、低碳鋼、低合金鋼鑄鐵、鋼板(或棒料)鑄鐵、鑄鋼鑄鋼材料比價(jià)材料供應(yīng)利用現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備利用庫存材料鑄鐵、熱軋鋼材立足國內(nèi)資源采用代用材料合理進(jìn)行工藝組合盡量減少相同性能的牌號(hào)一般結(jié)構(gòu)件用熱處理可獲得高強(qiáng)度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度軋材非合金鋼特殊需要適用材料第三節(jié)

機(jī)械工程材料的合理使用小截面機(jī)械零件，無須用低合金鋼或合金鋼進(jìn)行制造。承受純彎曲或純扭轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，其表面應(yīng)力最大，心部最小,選用非合金鋼進(jìn)行制造也可滿足使用要求。非合金鋼、低合金鋼和合金鋼的合理使用非鐵金屬材料的合理使用鑄鐵與鋼的合理使用非金屬材料的合理使用金屬材料在特殊環(huán)境和特殊性能要求下的選擇0201030405第四節(jié)

典型零件選材實(shí)例01臺(tái)鉆部分零件選材分析序號(hào)名稱材料選材分析1底座HT200用于支撐臺(tái)鉆其他部分，需要底座具有一定的強(qiáng)度；工作時(shí)夾具及工件裝夾在底座上做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，需要底座具有一定的硬度；工作時(shí)承受工作載荷，需要一定的吸振性能；同時(shí)底座具有凹槽和內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，形狀較復(fù)雜，采用鑄造方法易成型，綜上所述，底座材料宜選用鑄鐵2箱體HT200臺(tái)鉆的主要零件之一，切削組件、傳動(dòng)組件、升降組件等均安裝在其中，具有多孔、內(nèi)腔等結(jié)構(gòu)，形狀復(fù)雜，并且工作時(shí)承受多種載荷，需要具有一定的強(qiáng)度、耐磨性、減摩性、減振性等，綜上所述，箱體材料宜選用鑄鐵3主軸45臺(tái)鉆的關(guān)鍵零件之一，通過它實(shí)現(xiàn)臺(tái)鉆鉆削等切削運(yùn)動(dòng)，工作中徑向須傳遞轉(zhuǎn)矩，軸向承受切削阻力，因此主軸必須滿足回轉(zhuǎn)精度、剛度、熱變形、抗振性、使用壽命等多方面工作要求?；谇笆龇治?，主軸的力學(xué)性能要求較高，零件材料可選45鋼，為進(jìn)一步提高其力學(xué)性能，毛坯可采用鍛件4圓盤總成芯與圓片需焊接為圓盤總成，故選用低碳鋼，易于焊接5芯Q2356圓片Q2357彈簧盒Q235彈簧盒需進(jìn)行沖壓拉伸，故選用低碳鋼，因其塑性較好8螺母尼龍采用尼龍材料主要基于其密封防塵效果較好表3-1臺(tái)鉆現(xiàn)用材料選用分析01臺(tái)鉆部分零件選材分析序號(hào)名稱現(xiàn)用材料更換材料更換分析1手柄HT150Q235現(xiàn)用材料為鑄鐵，零件毛坯成型須采用鑄造工藝，而鑄造生產(chǎn)對(duì)環(huán)境有害，影響較大。通過更改該零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選用Q235材料，用焊接工藝制作，可滿足同樣使用要求2防護(hù)罩HT150Q235現(xiàn)用材料為鑄鐵，零件毛坯成型須采用鑄造工藝，而鑄造生產(chǎn)對(duì)環(huán)境有害，影響較大。通過更改該零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選用Q235材料，采用沖壓成型，同樣滿足使用要求3主軸帶輪HT200PE現(xiàn)用材料為鑄鐵，零件毛坯成型須采用鑄造工藝，而鑄造生產(chǎn)對(duì)環(huán)境有害，影響較大。可選用酚醛塑料(PE)等非金屬材料，經(jīng)濟(jì)性較好，也易于成型，同樣滿足使用要求4電動(dòng)機(jī)帶輪HT200PE表3-2臺(tái)鉆更換材料選用分析02典型零件選材(一)軸類零件的選材1.軸類零件的工作特點(diǎn)1)軸類零件都要傳遞一定的轉(zhuǎn)矩，并承受一定程度的沖擊載荷，還承受一定的彎曲應(yīng)力或拉壓應(yīng)力。

2)軸類零件都需要用軸承支承，在軸的軸頸處應(yīng)具有較高的耐磨性。

3)用于制造軸類零件的材料一般要求具有多項(xiàng)性能指標(biāo)：應(yīng)具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，以防軸發(fā)生變形和斷裂；應(yīng)具有高的疲勞強(qiáng)度，以防軸過早發(fā)生疲勞斷裂；應(yīng)具有良好的耐磨性，提高其使用壽命。

02典型零件選材(一)軸類零件的選材2.軸類零件的制造材料1)承受循環(huán)應(yīng)力和動(dòng)載荷的軸類零件，如船用推進(jìn)器軸、鍛錘錘桿等，應(yīng)選用如30CrMnSi、40MnVB、40CrMn、40CrNiMo鋼等，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。

2)主要承受彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的軸類零件，如變速器傳動(dòng)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、機(jī)床主軸等，這類軸在整個(gè)橫截面上所受的應(yīng)力分布不均勻，表面應(yīng)力較大，心部應(yīng)力較小，這類軸可選用合金調(diào)質(zhì)鋼，如汽車、車床、銑床、磨床的主軸等常采用40Cr、45Mn2、40MnB鋼等制造。

02典型零件選材(一)軸類零件的選材2.軸類零件的制造材料3)高精度、高速傳動(dòng)的軸類零件，如高精度磨床的主軸、鏜床的主軸與鏜桿、多軸自動(dòng)車床的中心軸等常選用滲氮鋼38CrMoAlA等，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)及滲氮處理。4)對(duì)于中、低速內(nèi)燃機(jī)曲軸，以及連桿、凸輪軸，選用球墨鑄鐵制造，不僅滿足了力學(xué)性能要求，而且制造工藝簡單，成本低。

02典型零件選材(二)齒輪類零件的選材

1.齒輪類零件的工作特點(diǎn)

2.齒輪類零件的制造材料(1)采用調(diào)質(zhì)鋼制造齒輪調(diào)質(zhì)鋼主要用于制造兩種齒輪，一種是對(duì)耐磨性要求較高，而沖擊韌性要求一般的硬齒面(＞40HRC)齒輪，如車床、鉆床、銑床等機(jī)床的變速箱齒輪，通常采用45、40Cr、42SiMn鋼等制造，齒輪經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后進(jìn)行表面高頻感應(yīng)淬火和低溫回火；另一種是對(duì)齒面硬度要求不高的軟齒面(≤350HBW)齒輪，這類齒輪一般在低速、低載荷下工作，如車床滑板上的齒輪、車床交換齒輪等，通常采用45、40Cr、42SiMn、35SiMn鋼等制造，齒輪經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火處理后使用。