工程材料及成形工藝 課件 第9章 機(jī)械零件材料及工藝選擇

工程材料及成形工藝第1章金屬結(jié)構(gòu)及性能第2章金屬結(jié)晶及相圖第3章金屬熱處理及工藝第4章鋼鐵材料及性能第5章非鐵金屬與非金屬材料第6章金屬鑄造成形第7章金屬鍛壓成形第8章金屬焊接成形第9章機(jī)械零件材料及工藝選擇第9章機(jī)械零件材料及工藝選擇9.1.1零件毛坯種類及分析9.1.1.1常用毛坯種類及特點(diǎn)9.1零件種類及材料選擇9.1零件種類及材料選擇9.1.1.2零件毛坯成形分析（1）成形原理及特點(diǎn)分析“流動(dòng)成形”是各種毛坯成形的基本原理，“液態(tài)流動(dòng)成形”是鑄造、熔焊和釬焊毛坯的成形原理。9.1零件種類及材料選擇（2）成形質(zhì)量及效益分析從表9-1中可知，毛坯類型不同，所表現(xiàn)出的各種特征及質(zhì)量也不同，并且每種類型的毛坯隨成形方法和材料不同也有很大差異。（3）成形材料工藝性分析毛坯材料在滿足使用性能要求前提下，應(yīng)考慮采用某種工藝方法的可行性和經(jīng)濟(jì)性，例如，鑄造液態(tài)金屬的流動(dòng)性及收縮性與澆不足、冷隔、縮孔、縮松、變形及裂紋等鑄件缺陷密切相關(guān)。（4）結(jié)構(gòu)形狀工藝性分析結(jié)構(gòu)形狀工藝性是指毛壞的結(jié)構(gòu)形狀在滿足使用性能要求前提下，應(yīng)考慮采用某種工藝方法的可行性和經(jīng)濟(jì)性，見表9-3。9.1零件種類及材料選擇9.1.2零件選材原則及依據(jù)9.1.2.1零件毛坯選材原則（1）適用性原則適用性原則即首先滿足零件的使用性要求，既要保證零件的形狀尺寸、加工精度、表面粗糙度等外部質(zhì)量，又要保證零件的化學(xué)成分、金屬組織、力學(xué)性能及物理化學(xué)性能等內(nèi)部質(zhì)量，同時(shí)還要保證其適宜的可成形性。（2）經(jīng)濟(jì)性原則經(jīng)濟(jì)性原則即指所選零件制造成本（即材料費(fèi)、耗能費(fèi)、工資費(fèi)）最低、加工費(fèi)用合理、附加費(fèi)用較低等，但市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力最強(qiáng)且價(jià)格較好。9.1零件種類及材料選擇（3）適應(yīng)性原則適應(yīng)性原則即應(yīng)適應(yīng)于實(shí)際生產(chǎn)條件，根據(jù)使用要求和制造成本所確定的生產(chǎn)方案是否能實(shí)現(xiàn)，還必須考慮企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)條件，只有實(shí)際生產(chǎn)條件能夠?qū)崿F(xiàn)的生產(chǎn)方案才是合理方案。9.1.2.2零件毛坯選材依據(jù)（1）零件的使用條件根據(jù)零件的類別、用途和工作條件及其形狀、尺寸和設(shè)計(jì)技術(shù)要求，即可基本確定選用何種材料和何種類型的毛坯。9.1零件種類及材料選擇（2）零件的生產(chǎn)批量生產(chǎn)批量對(duì)于選擇毛坯的制造方法影響很大。（3）零件的生產(chǎn)條件制定生產(chǎn)方案必須與具體的生產(chǎn)條件相結(jié)合，才能兼顧適用性和經(jīng)濟(jì)性原則，才能保證生產(chǎn)方案切實(shí)可行。9.1零件種類及材料選擇9.1.3各類零件的坯料選擇9.1.3.1軸桿類零件坯料選擇9.1零件種類及材料選擇9.1.3.2輪盤類零件坯料選擇9.1零件種類及材料選擇9.1.3.3機(jī)體類零件坯料選擇9.1零件種類及材料選擇9.2.1帶輪材料及工藝9.2.1.1小帶輪的材料及工藝（1）圓鋼棒料輪坯對(duì)于直徑小于100mm的小帶輪，可采用45鋼圓鋼棒料直接車削成形。（2）灰鑄鐵鑄造輪坯如圖9-7b所示，帶輪的中心孔和兩端面環(huán)形凹腔，均可采用型芯鑄出，而V帶槽則不鑄出，以留待車床加工。（3）尼龍塑料澆鑄輪坯目前許多小型輕載的V帶輪多采用工程塑料（MC尼龍）澆鑄而成（見圖9-7c），當(dāng)其批量足夠大、且塑料模具制造成本分?jǐn)偟矫總€(gè)零件上的數(shù)額不大時(shí)，完全可以采用這種材料作毛坯。9.2典型零件材料及工藝選擇9.2.1.2中大型帶輪坯材料及工藝（1）灰鑄鐵鑄造輪坯減輕帶輪質(zhì)量并避免壁厚產(chǎn)生鑄造缺陷，對(duì)于外徑不大于300mm的帶輪，可設(shè)計(jì)成腹板式帶輪（見圖9-8a）。（2）低碳鋼焊接輪坯中型或大型帶輪在單件小批量生產(chǎn)情況下，還可采用焊接結(jié)構(gòu)的帶輪（見圖9-8c），焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同于鑄件，應(yīng)考慮到焊接結(jié)構(gòu)預(yù)成形及焊接工藝特點(diǎn)，如輪輻截面不應(yīng)設(shè)計(jì)為難成形的橢圓形，而應(yīng)設(shè)計(jì)成圓形、環(huán)形或其他型材的截面形狀，輪緣內(nèi)壁和輪轂外壁不應(yīng)設(shè)有結(jié)構(gòu)斜度等。9.2典型零件材料及工藝選擇9.2.2圓柱齒輪材料及工藝9.2.2.1小齒輪坯材料及工藝（1）圓鋼棒料齒輪坯對(duì)于直徑小于100mm的小齒輪毛坯，可選用30、45圓鋼棒料直接在銑床或車床上制出。（2）圓鋼鍛造齒輪坯對(duì)于小齒輪的毛坯，也可采用切割下料的45、40Cr圓鋼棒料，在空氣錘上直接鐓粗而鍛造出毛坯，然后再用沖子沖制出軸孔，并在車床和銑床上依次加工出端面、輪轂和輪齒。（3）非鐵材料擠壓齒輪坯對(duì)于很小的齒輪毛坯，根據(jù)其用途及使用性要求，也可采用純銅T1、T2等棒料、純鋁1070A、1060棒料或塑料，在壓力機(jī)上直接擠壓成形為毛坯。9.2.2.2小型齒輪坯材料及工藝9.2.2.3中大型齒輪坯材料及工藝9.2典型零件材料及工藝選擇（1）中型圓柱齒輪鍛造輪坯這類齒輪頂圓直徑dc≤500mm且為形狀簡(jiǎn)單的中型齒輪，適合在空氣錘上鍛造成形毛坯，通常采用圓盤式腹板結(jié)構(gòu)（見圖9-9b），并選用半成品鋼坯料ZG230450、ZG270—500、ZG35CrMnSi等中碳鑄鋼或合金鑄鋼通過(guò)自由鍛或模鍛成形，再依次進(jìn)行各種機(jī)械加工。（2）大型圓柱齒輪鑄造輪坯這類齒輪齒頂圓直徑為400~1000mm且形狀復(fù)雜，這類大型齒輪坯再用鍛造方法制造比較困難，而多采用鑄造方法（見圖9-10），常用材料為鑄鋼或耐磨合金鑄鐵，一般ZG270—500、ZG35CrMnSi或在普通灰鑄鐵基礎(chǔ)上加入Cu、Mo、V、N、Ti、B等合金元素，以進(jìn)一步提高耐磨性。9.2典型零件材料及工藝選擇9.2典型零件材料及工藝選擇9.2典型零件材料及工藝選擇（3）大型圓柱齒輪焊接輪坯對(duì)于單件或小批量生產(chǎn)的大齒輪，為縮短生產(chǎn)周期和減輕齒輪質(zhì)量，有時(shí)也采用焊接齒輪結(jié)構(gòu)，但其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同于鑄造齒輪，而基本同于前面講的焊接V帶輪的結(jié)構(gòu)要求，焊成后再機(jī)械加工輪齒和軸孔等，如圖9-11所示。9.2典型零件材料及工藝選擇9.3.1熱處理工序確定9.3零件熱處理工藝擬定（1）預(yù)備熱處理工序擬定預(yù)備熱處理包括退火、正火、調(diào)質(zhì)等，其工藝位置一般安排在鑄件、鍛壓件和焊接結(jié)構(gòu)件等毛坯生產(chǎn)之后、半精加工之前。（2）最終熱處理工藝擬定最終熱處理包括淬火、回火及擴(kuò)滲處理等。（3）滲碳或滲氮工藝擬定滲碳或滲氮是最常用的化學(xué)熱處理方法，見表9-5。9.3零件熱處理工藝擬定9.3.2改性工藝路線確定9.3.2.1零件的工藝路線（1）齒輪的工藝路線如圖9-12a所示，45鋼齒輪靠近齒根部位有6個(gè)??35mm孔。9.3零件熱處理工藝擬定（2）鎖緊螺母的工藝路線圖9-12b所示為鎖緊螺母，原設(shè)計(jì)選用45鋼，按技術(shù)要求4個(gè)槽口部分硬度35~40HRC。（3）鑲條的工藝路線如圖9-13所示，鑲條按設(shè)計(jì)要求選用20Cr鋼，滲碳層深度1.3~1.7mm，淬火和回火后硬度56~62HRC。9.3零件熱處理工藝擬定9.3.2.2零件的穿插工序（1）精密類零件某些精密機(jī)械零件在切削加工或磨削加工過(guò)程中，由于機(jī)械力造成的內(nèi)應(yīng)力而引起變形時(shí)，在工藝路線中可穿插消應(yīng)力處理或時(shí)效處理工藝，使其處于穩(wěn)定狀態(tài)以減小變形。（2）細(xì)長(zhǎng)軸類復(fù)雜零件常見的細(xì)長(zhǎng)軸類和形狀復(fù)雜的零件，在機(jī)械粗加工成形后，為消除切削加工所引起的內(nèi)應(yīng)力，必須安排一道去應(yīng)力退火處理工序，以便在后續(xù)淬火時(shí)避免變形和開裂。（3）精磨類零件生產(chǎn)中需要精磨的零件，如精密主軸、精密絲桿、量具等，在熱處理粗磨后，一般需安排時(shí)效處理，以消除磨削應(yīng)力并穩(wěn)定尺寸，防止隨后發(fā)生變形。9.3零件熱處理工藝擬定9.3零件熱處理工藝擬定9.4.1螺旋起重器零件材料及工藝9.4常用機(jī)器零件材料及工藝選擇9.4.2汽油發(fā)動(dòng)機(jī)零件材料及工藝9.4.2.1組成結(jié)構(gòu)及工作原理9.4.2.2基礎(chǔ)及傳動(dòng)零件毛坯選擇9.4.2.3動(dòng)力零件毛坯選擇9.4.2.4輔助零件毛坯選擇9.4常用機(jī)器零件材料及工藝選擇9.4.3承壓液壓缸缸體材料及工藝9.4常用機(jī)器零件材料及工藝選擇9.4.3.1鋼材或鑄鋼材料制坯（1）圓鋼制坯選擇直接選用??150mm的40鋼圓鋼料坯，經(jīng)切削加工成形，可全部通過(guò)水壓試驗(yàn)，但材料利用率低，切削加工工作量大，生產(chǎn)成本高。（2）鑄鋼制坯選擇選用ZG270—500鑄鋼材料砂型鑄造成形，可以水平澆注或垂直澆注，如圖9-15b所示，水平澆注時(shí)在法蘭頂部安置冒口。9.4.3.2鋼坯或鋼材模鍛制坯（1）模鍛件毛坯選擇選用40鋼坯模鍛成形時(shí)，將料壞加熱至始鍛