机械工程材料的合理选用及工艺路线精.ppt

机械工程材料的合理选用及工艺路线第1页，本讲稿共34页3.零件失效形式零件失效形式w w3.13.1畸变失效畸变失效畸变失效畸变失效w w畸变是指在某种程度上减弱了零件规定功能的变形。从变形的形貌上看，畸变是指在某种程度上减弱了零件规定功能的变形。从变形的形貌上看，畸变是指在某种程度上减弱了零件规定功能的变形。从变形的形貌上看，畸变是指在某种程度上减弱了零件规定功能的变形。从变形的形貌上看，畸变有两种基本类型：尺寸畸变或体积畸变畸变有两种基本类型：尺寸畸变或体积畸变畸变有两种基本类型：尺寸畸变或体积畸变畸变有两种基本类型：尺寸畸变或体积畸变(长大或缩小长大或缩小长大或缩小长大或缩小)和形状畸变和形状畸变和形状畸变和形状畸变(如弯曲或翘曲如弯曲或翘曲如弯曲或翘曲如弯曲或翘曲)。例如，受轴向载荷的连杆可产生轴向拉、压变形，轴。例如，受轴向载荷的连杆可产生轴向拉、压变形，轴。例如，受轴向载荷的连杆可产生轴向拉、压变形，轴。例如，受轴向载荷的连杆可产生轴向拉、压变形，轴的弯曲、壳体的翘曲变形等。的弯曲、壳体的翘曲变形等。的弯曲、壳体的翘曲变形等。的弯曲、壳体的翘曲变形等。w w3.23.2断裂失效断裂失效断裂失效断裂失效w w机械零件因断裂（特别是突然断裂）而机械零件因断裂（特别是突然断裂）而机械零件因断裂（特别是突然断裂）而机械零件因断裂（特别是突然断裂）而产生的失效称为断裂失效产生的失效称为断裂失效产生的失效称为断裂失效产生的失效称为断裂失效 w w3.2.13.2.1断裂失效的分类断裂失效的分类断裂失效的分类断裂失效的分类 w w断裂失效的形式有多种，常见的主要有断裂失效的形式有多种，常见的主要有断裂失效的形式有多种，常见的主要有断裂失效的形式有多种，常见的主要有塑性断裂、脆性断裂、疲劳断裂及蠕变塑性断裂、脆性断裂、疲劳断裂及蠕变塑性断裂、脆性断裂、疲劳断裂及蠕变塑性断裂、脆性断裂、疲劳断裂及蠕变失效断裂等。失效断裂等。失效断裂等。失效断裂等。客车空气压缩机皮带轮断裂过程客车空气压缩机皮带轮断裂过程第2页，本讲稿共34页w3.3磨损失效磨损失效w相互接触的一对金属表面，相互接触的一对金属表面，相对运动时金属表面不断相对运动时金属表面不断发生损耗或产生塑性变形，发生损耗或产生塑性变形，使金属表面状态和尺寸改使金属表面状态和尺寸改变的现象称为磨损变的现象称为磨损w3.4腐蚀失效腐蚀失效w w腐蚀是金属暴露于活性介质环境中而发生的一种表面损腐蚀是金属暴露于活性介质环境中而发生的一种表面损耗，它是金属与环境介质之间发生的化学和电化学作用耗，它是金属与环境介质之间发生的化学和电化学作用的结果。的结果。第3页，本讲稿共34页二、二、机械零件选材原则机械零件选材原则w1.使用性能原则使用性能原则w2.工艺性能原则工艺性能原则w3.经济性原则经济性原则w3.1材料的价格材料的价格w3.2零件的总成本零件的总成本w3.3国家的资源国家的资源第4页，本讲稿共34页三、典型工件的选材及工艺路线分析三、典型工件的选材及工艺路线分析w1齿轮选材齿轮选材w1.1齿轮的工作条件齿轮的工作条件(1)由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力；曲应力；(2)换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一换挡、启动或啮合不均时，齿部承受一定冲击载荷；定冲击载荷；(3)齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力的作用。接触压应力及摩擦力的作用。第5页，本讲稿共34页w1.2齿轮的失效形式齿轮的失效形式w(1)疲劳断裂疲劳断裂主要从根部发生；主要从根部发生；(2)齿面磨损齿面磨损由于齿面接触区摩擦，使齿厚由于齿面接触区摩擦，使齿厚变小；变小；(3)齿面接触疲劳破坏齿面接触疲劳破坏在交变接触应力作用在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹，微裂纹的发展，引起下，齿面产生微裂纹，微裂纹的发展，引起点状剥落点状剥落(或称麻点或称麻点)；(4)过载断裂过载断裂主要是冲击载荷过大造成的断主要是冲击载荷过大造成的断齿。齿。第6页，本讲稿共34页疲劳断裂第7页，本讲稿共34页齿面磨损第8页，本讲稿共34页w1.3齿轮材料的性能要求齿轮材料的性能要求(1)高的弯曲疲劳强度；高的弯曲疲劳强度；(2)高的接触疲劳强度和耐磨性；高的接触疲劳强度和耐磨性；(3)较高的强度和冲击韧性。较高的强度和冲击韧性。此外，还要求有较好的热处理工艺性能，如此外，还要求有较好的热处理工艺性能，如热处理变形小等。热处理变形小等。第9页，本讲稿共34页w1.4齿轮类零件的选材齿轮类零件的选材齿轮材料要求的性能主要是疲劳强度，尤其是弯曲齿轮材料要求的性能主要是疲劳强度，尤其是弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。表面硬度越高，疲劳强度疲劳强度和接触疲劳强度。表面硬度越高，疲劳强度也越高。齿心应有足够的冲击韧性，目的是防止轮齿也越高。齿心应有足够的冲击韧性，目的是防止轮齿受冲击过载断裂。受冲击过载断裂。w w从以上两方面考虑，选用从以上两方面考虑，选用从以上两方面考虑，选用从以上两方面考虑，选用低、中碳钢或其合金钢低、中碳钢或其合金钢低、中碳钢或其合金钢低、中碳钢或其合金钢。它们。它们。它们。它们经表面强化处理后，表面有高的强度和硬度，心部有好的经表面强化处理后，表面有高的强度和硬度，心部有好的经表面强化处理后，表面有高的强度和硬度，心部有好的经表面强化处理后，表面有高的强度和硬度，心部有好的韧性，能满足使用要求。此外，这类钢的工艺性能好，经韧性，能满足使用要求。此外，这类钢的工艺性能好，经韧性，能满足使用要求。此外，这类钢的工艺性能好，经韧性，能满足使用要求。此外，这类钢的工艺性能好，经济上也较合理，所以是比较理想的材料济上也较合理，所以是比较理想的材料济上也较合理，所以是比较理想的材料济上也较合理，所以是比较理想的材料 第10页，本讲稿共34页1.51.5典型齿轮选材举例典型齿轮选材举例典型齿轮选材举例典型齿轮选材举例w w1.5.11.5.1机床齿轮机床齿轮机床齿轮机床齿轮 机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的任务。工作条件较好，转速中等，载荷不大，工向的任务。工作条件较好，转速中等，载荷不大，工作平稳无强烈冲击。因此，作平稳无强烈冲击。因此，一般可选中碳钢一般可选中碳钢一般可选中碳钢一般可选中碳钢(45(45钢钢钢钢)制造制造制造制造，为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢(40Cr钢钢)。工艺路线为：工艺路线为：下料下料-锻造锻造-正火正火-粗加工粗加工-调质调质-精精加工加工-轮齿高频淬火及低温回火轮齿高频淬火及低温回火-精磨。精磨。冲击载荷小的低速齿轮也可采用冲击载荷小的低速齿轮也可采用冲击载荷小的低速齿轮也可采用冲击载荷小的低速齿轮也可采用HT250HT250、HT350HT350、QT500-5QT500-5、QT600-2QT600-2等铸铁制造。机床齿轮除选用金属齿轮等铸铁制造。机床齿轮除选用金属齿轮等铸铁制造。机床齿轮除选用金属齿轮等铸铁制造。机床齿轮除选用金属齿轮外外外外,有的还可改用塑料齿轮，如用聚甲醛齿轮、单体浇铸尼有的还可改用塑料齿轮，如用聚甲醛齿轮、单体浇铸尼有的还可改用塑料齿轮，如用聚甲醛齿轮、单体浇铸尼有的还可改用塑料齿轮，如用聚甲醛齿轮、单体浇铸尼龙齿轮龙齿轮龙齿轮龙齿轮,工作时传动平稳工作时传动平稳工作时传动平稳工作时传动平稳,噪声减少噪声减少噪声减少噪声减少,长期使用磨损很小。长期使用磨损很小。长期使用磨损很小。长期使用磨损很小。第11页，本讲稿共34页w1.5.2汽车齿轮汽车齿轮汽车齿轮主要分装在变速箱和差速器中。汽汽车齿轮主要分装在变速箱和差速器中。汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等，均要疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等，均要求比机床齿轮高。一般用求比机床齿轮高。一般用合金渗碳合金渗碳钢钢20Cr或或20CrMnTi制造。制造。渗碳齿轮的工艺路线为：渗碳齿轮的工艺路线为：下料下料-锻造锻造-正火正火-切削加工切削加工-渗碳、淬火渗碳、淬火及低温回火及低温回火-喷丸喷丸-磨削加工。磨削加工。第12页，本讲稿共34页2轴类零件选材轴类零件选材w w2.1轴类零件的工作条件轴类零件的工作条件(1)工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用；工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用；(2)轴与轴上零件有相对运动轴与轴上零件有相对运动,相互间存在摩擦和磨相互间存在摩擦和磨损；损；(3)轴在高速运转过程中会产生振动轴在高速运转过程中会产生振动,使轴承受冲击使轴承受冲击载荷；载荷；(4)多数轴会承受一定的过载载荷。多数轴会承受一定的过载载荷。w w2.22.2轴类零件的失效方式轴类零件的失效方式轴类零件的失效方式轴类零件的失效方式(1)长期交变载荷下的疲劳断裂（包括扭转疲劳和弯长期交变载荷下的疲劳断裂（包括扭转疲劳和弯曲疲劳断裂）曲疲劳断裂）(2)(2)大载荷或冲击载荷作用引起的过量变形、断裂；大载荷或冲击载荷作用引起的过量变形、断裂；大载荷或冲击载荷作用引起的过量变形、断裂；大载荷或冲击载荷作用引起的过量变形、断裂；(3)与其它零件相对运动时产生的表面过度磨损与其它零件相对运动时产生的表面过度磨损第13页，本讲稿共34页w w2.32.3轴类零件的性能要求轴类零件的性能要求轴类零件的性能要求轴类零件的性能要求(1)(1)良好的综合机械性能，足够强度、塑性和一定韧性良好的综合机械性能，足够强度、塑性和一定韧性良好的综合机械性能，足够强度、塑性和一定韧性良好的综合机械性能，足够强度、塑性和一定韧性,以防过载断以防过载断以防过载断以防过载断裂、冲击断裂；裂、冲击断裂；裂、冲击断裂；裂、冲击断裂；(2)(2)高疲劳强度高疲劳强度高疲劳强度高疲劳强度,对应力集中敏感性低对应力集中敏感性低对应力集中敏感性低对应力集中敏感性低,以防疲劳断裂；以防疲劳断裂；以防疲劳断裂；以防疲劳断裂；(3)(3)足够淬透性足够淬透性足够淬透性足够淬透性,热处理后表面要有高硬度、高耐磨性热处理后表面要有高硬度、高耐磨性热处理后表面要有高硬度、高耐磨性热处理后表面要有高硬度、高耐磨性,以防磨损失效；以防磨损失效；以防磨损失效；以防磨损失效；(4)(4)良好切削加工性能良好切削加工性能良好切削加工性能良好切削加工性能,价格便宜。价格便宜。价格便宜。价格便宜。直升飞机螺旋桨驱动齿轮轴扭断第14页，本讲稿共34页w w2.42.4轴类零件材料及选材方法轴类零件材料及选材方法轴类零件材料及选材方法轴类零件材料及选材方法2.4.12.4.1材料材料材料材料w w经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造（兼顾强度和韧性，经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造（兼顾强度和韧性，经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造（兼顾强度和韧性，经锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造（兼顾强度和韧性，同时考虑疲劳抗力）；一般轴类零件使用碳钢（便宜，有一定综同时考虑疲劳抗力）；一般轴类零件使用碳钢（便宜，有一定综同时考虑疲劳抗力）；一般轴类零件使用碳钢（便宜，有一定综同时考虑疲劳抗力）；一般轴类零件使用碳钢（便宜，有一定综合机械性能、对应力集中敏感性较小），如合机械性能、对应力集中敏感性较小），如合机械性能、对应力集中敏感性较小），如合机械性能、对应力集中敏感性较小），如3535、4040、4545、5050钢，钢，钢，钢，经正火、调质或表面淬火热处理改善性能；载荷较大并要限制轴经正火、调质或表面淬火热处理改善性能；载荷较大并要限制轴经正火、调质或表面淬火热处理改善性能；载荷较大并要限制轴经正火、调质或表面淬火热处理改善性能；载荷较大并要限制轴的外形、尺寸和重量，或轴颈的耐磨性等要求高时采用合金钢，的外形、尺寸和重量，或轴颈的耐磨性等要求高时采用合金钢，的外形、尺寸和重量，或轴颈的耐磨性等要求高时采用合金钢，的外形、尺寸和重量，或轴颈的耐磨性等要求高时采用合金钢，如如如如40Cr40Cr、40MnB40MnB、40CrNiMo40CrNiMo、20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi等；也可以采等；也可以采等；也可以采等；也可以采用球墨铸铁和高强度灰铸铁作曲轴的材料用球墨铸铁和高强度灰铸铁作曲轴的材料用球墨铸铁和高强度灰铸铁作曲轴的材料用球墨铸铁和高强度灰铸铁作曲轴的材料 第15页，本讲稿共34页w w2.52.5典型轴的选材典型轴的选材典型轴的选材典型轴的选材w w2.5.12.5.1机床主轴选材机床主轴选材机床主轴选材机床主轴选材 以以以以C620C620车床主轴为例进行选材。车床主轴为例进行选材。车床主轴为例进行选材。车床主轴为例进行选材。该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，冲击载该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，冲击载该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，冲击载该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。但大端的轴颈、荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。但大端的轴颈、荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。但大端的轴颈、荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。但大端的轴颈、锥孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。锥孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。锥孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。锥孔与卡盘、顶尖之间有摩擦，这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。主轴用主轴用主轴用主轴用4545钢制造钢制造钢制造钢制造 w w2.4.22.4.2选择原则选择原则选择原则选择原则w w根据载荷大小、类型等决定。主要受扭转、弯曲的轴，可不用淬根据载荷大小、类型等决定。主要受扭转、弯曲的轴，可不用淬根据载荷大小、类型等决定。主要受扭转、弯曲的轴，可不用淬根据载荷大小、类型等决定。主要受扭转、弯曲的轴，可不用淬透性高的钢种；受轴向载荷轴，因心部受力较大，应具有较高淬透透性高的钢种；受轴向载荷轴，因心部受力较大，应具有较高淬透透性高的钢种；受轴向载荷轴，因心部受力较大，应具有较高淬透透性高的钢种；受轴向载荷轴，因心部受力较大，应具有较高淬透性性性性 第16页，本讲稿共34页C620C620车床主轴简图车床主轴简图车床主轴简图车床主轴简图 w载荷较大的主轴用载荷较大的主轴用40Cr钢制造。钢制造。w承受较大冲击载荷和疲劳载荷的主轴用合金承受较大冲击载荷和疲劳载荷的主轴用合金渗碳钢（渗碳钢（20Cr或或20CrMnTi）制造。）制造。第17页，本讲稿共34页w w2.5.22.5.2内燃机曲轴选材内燃机曲轴选材内燃机曲轴选材内燃机曲轴选材 w w11）曲轴的工作条件、性能要求、材料）曲轴的工作条件、性能要求、材料）曲轴的工作条件、性能要求、材料）曲轴的工作条件、性能要求、材料（1 1）工作条件）工作条件）工作条件）工作条件 曲轴受弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力，曲轴受弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力，曲轴受弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力，曲轴受弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力，还可造成曲轴的扭转和弯曲振动，产生附加应力；应力分布不均匀；还可造成曲轴的扭转和弯曲振动，产生附加应力；应力分布不均匀；还可造成曲轴的扭转和弯曲振动，产生附加应力；应力分布不均匀；还可造成曲轴的扭转和弯曲振动，产生附加应力；应力分布不均匀；曲轴颈与轴承有滑动摩擦。曲轴颈与轴承有滑动摩擦。曲轴颈与轴承有滑动摩擦。曲轴颈与轴承有滑动摩擦。（2 2）性能要求）性能要求）性能要求）性能要求 曲轴的失效形式主要是疲劳断裂和轴颈严重磨损。曲轴的失效形式主要是疲劳断裂和轴颈严重磨损。曲轴的失效形式主要是疲劳断裂和轴颈严重磨损。曲轴的失效形式主要是疲劳断裂和轴颈严重磨损。因此材料要有高强度、一定的冲击韧性、足够弯曲、扭转疲劳强度和因此材料要有高强度、一定的冲击韧性、足够弯曲、扭转疲劳强度和因此材料要有高强度、一定的冲击韧性、足够弯曲、扭转疲劳强度和因此材料要有高强度、一定的冲击韧性、足够弯曲、扭转疲劳强度和刚度，轴颈表面有高硬度和耐磨性。刚度，轴颈表面有高硬度和耐磨性。刚度，轴颈表面有高硬度和耐磨性。刚度，轴颈表面有高硬度和耐磨性。（3 3）曲轴材料）曲轴材料）曲轴材料）曲轴材料 锻钢曲轴：优质中碳钢和中碳合金钢，如锻钢曲轴：优质中碳钢和中碳合金钢，如锻钢曲轴：优质中碳钢和中碳合金钢，如锻钢曲轴：优质中碳钢和中碳合金钢，如3535、4040、4545、35Mn235Mn2、40Cr,35CrMo40Cr,35CrMo钢等；钢等；钢等；钢等；铸造曲轴：铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸铁等铸造曲轴：铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸铁等铸造曲轴：铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸铁等铸造曲轴：铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸铁等,如如如如ZG25ZG25、QT600-3QT600-3、QT700-2QT700-2、KTZ450-5KTZ450-5、KTZ500-4KTZ500-4等。等。等。等。第18页，本讲稿共34页w w2 2）175A175A型农用柴油机曲轴选材型农用柴油机曲轴选材型农用柴油机曲轴选材型农用柴油机曲轴选材w w（1 1）性能要求）性能要求）性能要求）性能要求 农用柴油机曲轴功率和承受载荷不大；但滑动轴承中工农用柴油机曲轴功率和承受载荷不大；但滑动轴承中工农用柴油机曲轴功率和承受载荷不大；但滑动轴承中工农用柴油机曲轴功率和承受载荷不大；但滑动轴承中工作轴颈部要有较高硬度及耐磨。要求作轴颈部要有较高硬度及耐磨。要求作轴颈部要有较高硬度及耐磨。要求作轴颈部要有较高硬度及耐磨。要求 b b 750MPa,750MPa,整体硬度整体硬度整体硬度整体硬度240240HBSHBS260HBS,260HBS,轴颈表面硬度轴颈表面硬度轴颈表面硬度轴颈表面硬度 625HV,625HV,2%,2%,a ak k 150kJ/m2150kJ/m2w w（2 2）曲轴材料）曲轴材料）曲轴材料）曲轴材料QT700-2QT700-2w w（3 3）工艺路线）工艺路线）工艺路线）工艺路线 铸造高温正火高温回火切削加工轴颈气体渗铸造高温正火高温回火切削加工轴颈气体渗铸造高温正火高温回火切削加工轴颈气体渗铸造高温正火高温回火切削加工轴颈气体渗氮。氮。氮。氮。汽车发动机曲轴也可用汽车发动机曲轴也可用汽车发动机曲轴也可用汽车发动机曲轴也可用4545、40Cr40Cr钢制造，经过模锻、调质、切钢制造，经过模锻、调质、切钢制造，经过模锻、调质、切钢制造，经过模锻、调质、切削加工后削加工后削加工后削加工后,在轴颈部位进行表面淬火。在轴颈部位进行表面淬火。在轴颈部位进行表面淬火。在轴颈部位进行表面淬火。第19页，本讲稿共34页175A型柴油机曲轴简图第20页，本讲稿共34页3弹簧选材弹簧选材w w弹簧是一种重要的机械零件。它的基本作用是利用材料的弹性和弹簧本弹簧是一种重要的机械零件。它的基本作用是利用材料的弹性和弹簧本弹簧是一种重要的机械零件。它的基本作用是利用材料的弹性和弹簧本弹簧是一种重要的机械零件。它的基本作用是利用材料的弹性和弹簧本身的结构特点，在载荷作用产生下变形时，把机械功或动能转变为形变身的结构特点，在载荷作用产生下变形时，把机械功或动能转变为形变身的结构特点，在载荷作用产生下变形时，把机械功或动能转变为形变身的结构特点，在载荷作用产生下变形时，把机械功或动能转变为形变能；在恢复变形时，把形变能转变为动能或机械功。能；在恢复变形时，把形变能转变为动能或机械功。能；在恢复变形时，把形变能转变为动能或机械功。能；在恢复变形时，把形变能转变为动能或机械功。w w弹簧按形状分主要有螺旋弹簧弹簧按形状分主要有螺旋弹簧弹簧按形状分主要有螺旋弹簧弹簧按形状分主要有螺旋弹簧(压缩、拉伸、扭转弹簧压缩、拉伸、扭转弹簧压缩、拉伸、扭转弹簧压缩、拉伸、扭转弹簧)、板弹、板弹、板弹、板弹簧、片弹簧和蜗卷弹簧几种。簧、片弹簧和蜗卷弹簧几种。簧、片弹簧和蜗卷弹簧几种。簧、片弹簧和蜗卷弹簧几种。第21页，本讲稿共34页(a)压缩螺旋弹簧(b)拉伸螺旋弹簧(c)扭转螺旋弹簧(d)板弹簧(e)片弹簧第22页，本讲稿共34页w w弹簧有下列用途：弹簧有下列用途：弹簧有下列用途：弹簧有下列用途：w w(1)(1)缓冲或减振缓冲或减振缓冲或减振缓冲或减振 如汽车、拖拉机、火车中使用的悬挂弹簧。如汽车、拖拉机、火车中使用的悬挂弹簧。如汽车、拖拉机、火车中使用的悬挂弹簧。如汽车、拖拉机、火车中使用的悬挂弹簧。w w(2)(2)定位定位定位定位 如机床及其夹具中利用弹簧将定位销如机床及其夹具中利用弹簧将定位销如机床及其夹具中利用弹簧将定位销如机床及其夹具中利用弹簧将定位销(或滚珠或滚珠或滚珠或滚珠)压在定位孔压在定位孔压在定位孔压在定位孔(或槽或槽或槽或槽)中。中。中。中。w w(3)(3)复原复原复原复原 外力去除后自动恢复到原来位置，如汽车发动机中的气外力去除后自动恢复到原来位置，如汽车发动机中的气外力去除后自动恢复到原来位置，如汽车发动机中的气外力去除后自动恢复到原来位置，如汽车发动机中的气门弹簧。门弹簧。门弹簧。门弹簧。w w(4)(4)储存和释放能量储存和释放能量储存和释放能量储存和释放能量 如钟表、玩具中的发条。如钟表、玩具中的发条。如钟表、玩具中的发条。如钟表、玩具中的发条。w w(5)(5)测力测力测力测力 如弹簧称、测力计中使用的弹簧。如弹簧称、测力计中使用的弹簧。如弹簧称、测力计中使用的弹簧。如弹簧称、测力计中使用的弹簧。第23页，本讲稿共34页w w3.13.1弹簧的工作条件弹簧的工作条件弹簧的工作条件弹簧的工作条件w w(1)(1)弹簧在外力作用下压缩、拉伸、扭转时，材料将承受弯曲应力或弹簧在外力作用下压缩、拉伸、扭转时，材料将承受弯曲应力或弹簧在外力作用下压缩、拉伸、扭转时，材料将承受弯曲应力或弹簧在外力作用下压缩、拉伸、扭转时，材料将承受弯曲应力或扭转应力。扭转应力。扭转应力。扭转应力。w w(2)(2)缓冲、减振或复原用的弹簧承受交变应力和冲击载荷的作用。缓冲、减振或复原用的弹簧承受交变应力和冲击载荷的作用。缓冲、减振或复原用的弹簧承受交变应力和冲击载荷的作用。缓冲、减振或复原用的弹簧承受交变应力和冲击载荷的作用。w w(3)(3)某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用。某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用。某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用。某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用。第24页，本讲稿共34页w w3.43.4弹簧的选材弹簧的选材弹簧的选材弹簧的选材w w3.4.13.4.1弹簧钢弹簧钢弹簧钢弹簧钢 w w根据生产特点的不同，分为两大类：根据生产特点的不同，分为两大类：根据生产特点的不同，分为两大类：根据生产特点的不同，分为两大类：w w（1 1）热轧弹簧用材）热轧弹簧用材）热轧弹簧用材）热轧弹簧用材 通过热轧方法加工成园钢、方钢、盘条、扁通过热轧方法加工成园钢、方钢、盘条、扁通过热轧方法加工成园钢、方钢、盘条、扁通过热轧方法加工成园钢、方钢、盘条、扁钢，制造尺寸较大，承载较重的螺旋弹簧或板簧。弹簧热成型后要钢，制造尺寸较大，承载较重的螺旋弹簧或板簧。弹簧热成型后要钢，制造尺寸较大，承载较重的螺旋弹簧或板簧。弹簧热成型后要钢，制造尺寸较大，承载较重的螺旋弹簧或板簧。弹簧热成型后要进行淬火及回火处理。进行淬火及回火处理。进行淬火及回火处理。进行淬火及回火处理。w w（2 2）冷轧）冷轧）冷轧）冷轧(拔拔拔拔)弹簧用材弹簧用材弹簧用材弹簧用材 以盘条、钢丝或薄钢带以盘条、钢丝或薄钢带以盘条、钢丝或薄钢带以盘条、钢丝或薄钢带(片片片片)供应，用来制作供应，用来制作供应，用来制作供应，用来制作小型冷成型螺旋弹簧、片簧、蜗卷弹簧等。小型冷成型螺旋弹簧、片簧、蜗卷弹簧等。小型冷成型螺旋弹簧、片簧、蜗卷弹簧等。小型冷成型螺旋弹簧、片簧、蜗卷弹簧等。第25页，本讲稿共34页w w3.4.23.4.2不锈钢不锈钢不锈钢不锈钢w w0Cr18Ni90Cr18Ni9、1Cr18Ni91Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti通过冷轧通过冷轧通过冷轧通过冷轧(拔拔拔拔)加工成带或加工成带或加工成带或加工成带或丝材丝材丝材丝材,制造在腐蚀性介质中使用的弹簧。制造在腐蚀性介质中使用的弹簧。制造在腐蚀性介质中使用的弹簧。制造在腐蚀性介质中使用的弹簧。w w3.4.33.4.3黄铜、锡青铜、铝青铜、铍青铜黄铜、锡青铜、铝青铜、铍青铜黄铜、锡青铜、铝青铜、铍青铜黄铜、锡青铜、铝青铜、铍青铜 w w具有良好的导电性、非磁性、耐蚀性、耐低温性及弹性，用于具有良好的导电性、非磁性、耐蚀性、耐低温性及弹性，用于具有良好的导电性、非磁性、耐蚀性、耐低温性及弹性，用于具有良好的导电性、非磁性、耐蚀性、耐低温性及弹性，用于制造电器、仪表弹簧及在腐蚀性介质中工作的弹性元件。制造电器、仪表弹簧及在腐蚀性介质中工作的弹性元件。制造电器、仪表弹簧及在腐蚀性介质中工作的弹性元件。制造电器、仪表弹簧及在腐蚀性介质中工作的弹性元件。第26页，本讲稿共34页w w3.53.5典型弹簧选材典型弹簧选材典型弹簧选材典型弹簧选材 w w3.5.13.5.1汽车板簧汽车板簧汽车板簧汽车板簧 w w(1)(1)用途及性能要求用途及性能要求用途及性能要求用途及性能要求 用于缓冲和吸振，承受很大的交变应力和冲击载用于缓冲和吸振，承受很大的交变应力和冲击载用于缓冲和吸振，承受很大的交变应力和冲击载用于缓冲和吸振，承受很大的交变应力和冲击载荷的作用，需要高的屈服强度和疲劳强度。荷的作用，需要高的屈服强度和疲劳强度。荷的作用，需要高的屈服强度和疲劳强度。荷的作用，需要高的屈服强度和疲劳强度。w w(2)(2)材料材料材料材料 w w轻型汽车选用轻型汽车选用轻型汽车选用轻型汽车选用65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn钢制造；钢制造；钢制造；钢制造；中型或重型汽车中型或重型汽车中型或重型汽车中型或重型汽车,板簧用板簧用板簧用板簧用50CrMn,50CrMn,55SiMnVB55SiMnVB钢；型载重汽车大截面板钢；型载重汽车大截面板钢；型载重汽车大截面板钢；型载重汽车大截面板簧用簧用簧用簧用55SiMnMoV,SiMnMoVNb55SiMnMoV,SiMnMoVNb钢制钢制钢制钢制造。造。造。造。(3)(3)工艺路线工艺路线工艺路线工艺路线热轧钢带热轧钢带热轧钢带热轧钢带(板板板板)冲裁下料冲裁下料冲裁下料冲裁下料压力成型压力成型压力成型压力成型淬火淬火淬火淬火中温回火中温回火中温回火中温回火喷丸强化喷丸强化喷丸强化喷丸强化汽车板簧第27页，本讲稿共34页w w3.5.23.5.2火车螺旋弹簧火车螺旋弹簧火车螺旋弹簧火车螺旋弹簧 w w(1)(1)用途及性能要求用途及性能要求用途及性能要求用途及性能要求 机车和车箱的缓冲和吸振机车和车箱的缓冲和吸振机车和车箱的缓冲和吸振机车和车箱的缓冲和吸振,其使用其使用其使用其使用条件和性能要求与汽车板簧相近。条件和性能要求与汽车板簧相近。条件和性能要求与汽车板簧相近。条件和性能要求与汽车板簧相近。w w(2)(2)材料材料材料材料50CrMn50CrMn、55SiMnMoV55SiMnMoVw w(3)(3)工艺路线工艺路线工艺路线工艺路线w w热轧钢棒下料热轧钢棒下料热轧钢棒下料热轧钢棒下料两头制扁两头制扁两头制扁两头制扁热卷成形热卷成形热卷成形热卷成形淬火淬火淬火淬火中温回中温回中温回中温回火火火火喷丸强化喷丸强化喷丸强化喷丸强化端面磨平。端面磨平。端面磨平。端面磨平。w w淬火与回火工艺同汽车板簧。淬火与回火工艺同汽车板簧。淬火与回火工艺同汽车板簧。淬火与回火工艺同汽车板簧。火车螺旋弹簧第28页，本讲稿共34页w w3.5.43.5.4自行车手闸弹簧自行车手闸弹簧自行车手闸弹簧自行车手闸弹簧w w自行车手闸弹簧是一种扭转弹簧，其用途是使手闸复位。该弹簧承受自行车手闸弹簧是一种扭转弹簧，其用途是使手闸复位。该弹簧承受自行车手闸弹簧是一种扭转弹簧，其用途是使手闸复位。该弹簧承受自行车手闸弹簧是一种扭转弹簧，其用途是使手闸复位。该弹簧承受载荷小，不受冲击和振动作用，精度要求不高。因此手闸弹簧可用碳素载荷小，不受冲击和振动作用，精度要求不高。因此手闸弹簧可用碳素载荷小，不受冲击和振动作用，精度要求不高。因此手闸弹簧可用碳素载荷小，不受冲击和振动作用，精度要求不高。因此手闸弹簧可用碳素弹簧钢弹簧钢弹簧钢弹簧钢6060或或或或6565钢制造。经过冷拔加工获得的钢丝直接冷卷、弯钩成形钢制造。经过冷拔加工获得的钢丝直接冷卷、弯钩成形钢制造。经过冷拔加工获得的钢丝直接冷卷、弯钩成形钢制造。经过冷拔加工获得的钢丝直接冷卷、弯钩成形即可。卷后可低温即可。卷后可低温即可。卷后可低温即可。卷后可低温(200C(200C220C)220C)加热消除内应力，一般也可不进行加热消除内应力，一般也可不进行加热消除内应力，一般也可不进行加热消除内应力，一般也可不进行热处理热处理热处理热处理 第29页，本讲稿共34页4刃具选材刃具选材w w切削加工使用的车刀、铣刀、钻头、锯条、丝锥、板牙等工切削加工使用的车刀、铣刀、钻头、锯条、丝锥、板牙等工切削加工使用的车刀、铣刀、钻头、锯条、丝锥、板牙等工切削加工使用的车刀、铣刀、钻头、锯条、丝锥、板牙等工具统称为刃具具统称为刃具具统称为刃具具统称为刃具w w4.1刃具的工作条件刃具的工作条件w w(1)刃具切削材料时，受到被切削材料的强烈挤压，刃刃具切削材料时，受到被切削材料的强烈挤压，刃部受到很大的弯曲应力。某些刃具部受到很大的弯曲应力。某些刃具(如钻头、铰刀如钻头、铰刀)还会还会受到较大的扭转应力作用。受到较大的扭转应力作用。w w(2)(2)刃具刃部与被切削材料强烈摩擦，刃具刃部与被切削材料强烈摩擦，刃具刃部与被切削材料强烈摩擦，刃具刃部与被切削材料强烈摩擦，刃部温度可升到刃部温度可升到刃部温度可升到刃部温度可升到500500CC600C600C。w w(3)机用刃具往往承受较大的冲击与震动。机用刃具往往承受较大的冲击与震动。第30页，本讲稿共34页w w4.24.2刃具的失效形式刃具的失效形式刃具的失效形式刃具的失效形式w w(1)(1)磨损磨损磨损磨损 由于摩擦，刃具刃部易磨损，这不但增加了切削抗力，降低由于摩擦，刃具刃部易磨损，这不但增加了切削抗力，降低由于摩擦，刃具刃部易磨损，这不但增加了切削抗力，降低由于摩擦，刃具刃部易磨损，这不但增加了切削抗力，降低切削零件表面质量，也由于刃部形状变化，使被加工零件的形状和尺寸切削零件表面质量，也由于刃部形状变化，使被加工零件的形状和尺寸切削零件表面质量，也由于刃部形状变化，使被加工零件的形状和尺寸切削零件表面质量，也由于刃部形状变化，使被加工零件的形状和尺寸精度降低。精度降低。精度降低。精度降低。w w(2)(2)断裂断裂断裂断裂 刃具在冲击力及震动的作用下折断或崩刃。刃具在冲击力及震动的作用下折断或崩刃。刃具在冲击力及震动的作用下折断或崩刃。刃具在冲击力及震动的作用下折断或崩刃。w w(3)(3)刃部软化刃部软化刃部软化刃部软化 由于刃部温度升高，若刃具材料的红硬性低或高由于刃部温度升高，若刃具材料的红硬性低或高由于刃部温度升高，若刃具材料的红硬性低或高由于刃部温度升高，若刃具材料的红硬性低或高温性能不足，使刃部硬度显著下降，丧失切削加工能力。温性能不足，使刃部硬度显著下降，丧失切削加工能力。温性能不足，使刃部硬度显著下降，丧失切削加工能力。温性能不足，使刃部硬度显著下降，丧失切削加工能力。第31页，本讲稿共34页w w4.34.3刃具材料的性能要求刃具材料的性能要求刃具材料的性能要求刃具材料的性能要求w w(1)(1)高硬度，高耐磨性。硬度一般要大于高硬度，高耐磨性。硬度一般要大于高硬度，高耐磨性。硬度一般要大于高硬度，高耐磨性。硬度一般要大于62HRC62HRC；w w(2)(2)高的红硬性；高的红硬性；高的红硬性；高的红硬性；w w(3)(3)强韧性好；强韧性好；强韧性好；强韧性好；w w(4)(4)高的淬透性。可采用较低的冷速淬火，以防止刃具变形高的淬透性。可采用较低的冷速淬火，以防止刃具变形高的淬透性。可采用较低的冷速淬火，以防止刃具变形高的淬透性。可采用较低的冷速淬火，以防止刃具变形和开裂和开裂和开裂和开裂第32页，本讲稿共34页w4.4刃具选材举例刃具选材举例w4.4.1板锉1 1）性能要求、材料及工艺）性能要求、材料及工艺）性能要求、材料及工艺）性能要求、材料及工艺(1)(1)用途及性能要求用途及性能要求用途及性能要求用途及性能要求 板锉是钳工常用的工具板锉是钳工常用的工具板锉是钳工常用的工具板锉是钳工常用的工具,用于锉削其他金属。用于锉削其他金属。用于锉削其他金属。用于锉削其他金属。其表面刃部要求有高的硬度其表面刃部要求有高的硬度其表面刃部要求有高的硬度其表面刃部要求有高的硬度(64HRC(64HRC67HRC),67HRC),柄部要求硬度柄部要求硬度柄部要求硬度柄部要求硬度3535HRCHRC。(2)(2)材料材料材料材料T12T12钢钢钢钢(3)(3)制造工艺制造工艺制造工艺制造工艺热轧钢板热轧钢板热轧钢板热轧钢板(带带带带)下料下料下料下料锻锻锻锻(轧轧轧轧)柄部柄部柄部柄部球化退火球化退火球化退火球化退火机加工机加工机加工机加工淬火淬火淬火淬火低温回火低温回火低温回火低温回火 第33页，本讲稿共34页4.4.2齿轮滚刀1 1）性能要求、材料及工艺）性能要求、材料及工艺）性能要求、材料及工艺）性能要求、材料及工艺(1)(1)用途用途用途用途 生产齿轮的常用刃具生产齿轮的常用刃具生产齿轮的常用刃具生产齿轮的常用刃具,用于加工外啮合的直用于加工外啮合的直用于加工外啮合的直用于加工外啮合的直齿和斜齿渐开线园柱齿轮。其形状复杂齿和斜齿渐开线园柱齿轮。其形状复杂齿和斜齿渐开线园柱齿轮。其形状复杂齿和斜齿渐开线园柱齿轮。其形状复杂,精度要求高。精度要求高。精度要求高。精度要求高。(2)(2)材料材料材料材料 高速钢高速钢高速钢高速钢(W18Cr4V)(W18Cr4V)(3)(3)工艺路线工艺路线工艺路线工艺路线热轧棒材下料热轧棒材下料热轧棒材下料热轧棒材下料锻造锻造锻造锻造退火退火退火退火机加工机加工机加工机加工淬火淬火淬火淬火回回回回火火火火精加工精加工精加工精加工表面处理表面处理表面处理表面处理第34页，本讲稿共34页