典型零件的选材及工程材料的应用 精选PPT.ppt
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1、典型零件的选材及工程材料的应用 第1页,此课件共60页哦第一节第一节 选材的一般原则选材的一般原则第二节第二节第二节第二节 典型零件的选材及工艺路线设计典型零件的选材及工艺路线设计典型零件的选材及工艺路线设计典型零件的选材及工艺路线设计第三节第三节 工程材料的应用工程材料的应用第2页,此课件共60页哦第一节第一节 选材的一般原则选材的一般原则 选用材料应考虑的一般原则是:选用材料应考虑的一般原则是:l使用性原则使用性原则 是保证零件完成规定功能的必要条件。是保证零件完成规定功能的必要条件。使使用用性性能能主主要要指指零零件件在在使使用用状状态态下下应应具具有有的的力力学学性性能能、物物理性能和
2、化学性能。理性能和化学性能。第3页,此课件共60页哦l l工艺性原则工艺性原则工艺性原则工艺性原则 材料的工艺性能表示材料加工的难易程度。材料的工艺性能表示材料加工的难易程度。材料的工艺性能表示材料加工的难易程度。材料的工艺性能表示材料加工的难易程度。高分子材料的加工工艺简单高分子材料的加工工艺简单,切削性好切削性好,但导热性差但导热性差陶瓷材料的加工工艺简单陶瓷材料的加工工艺简单,主要工艺是成型主要工艺是成型.金属材料的加工工艺复杂金属材料的加工工艺复杂,变化多变化多.其加工工艺路线大体可其加工工艺路线大体可分为分为:1.1.性能要求不高的零件性能要求不高的零件2.2.性能要求较高的零件性能
3、要求较高的零件3.3.性能要求较高的精密零件性能要求较高的精密零件 第4页,此课件共60页哦l l经济性原则经济性原则 是选材的重要原则之一,一般是选材的重要原则之一,一般l l包括材料的包括材料的价格、零件的成本与国家的资价格、零件的成本与国家的资l l源源等。等。第5页,此课件共60页哦第二节第二节 典型零件的选材及工艺路线设计典型零件的选材及工艺路线设计l l齿轮类零件l l轴类零件l l弹簧类零件第6页,此课件共60页哦传动轴第7页,此课件共60页哦第8页,此课件共60页哦一、齿轮类零件的选材一、齿轮类零件的选材l1.1.齿轮的工作条件、失效形式及性能要求齿轮的工作条件、失效形式及性能
4、要求齿轮是机械工业中应用最广的零件之一,主要用于齿轮是机械工业中应用最广的零件之一,主要用于传递扭矩和调传递扭矩和调节速度。节速度。(1 1)工作时的受力情况)工作时的受力情况1 1)由于传递扭矩,齿根承受较大的交变弯曲应力。)由于传递扭矩,齿根承受较大的交变弯曲应力。2 2)齿面相互滑动和滚动,承受较大的接触力,并发生强烈的摩擦。)齿面相互滑动和滚动,承受较大的接触力,并发生强烈的摩擦。3 3)由于换档、启动或啮合不良,齿部承受一定的冲击。)由于换档、启动或啮合不良,齿部承受一定的冲击。第9页,此课件共60页哦(2 2)主要失效形式)主要失效形式1 1)疲劳断裂。)疲劳断裂。主要发生在齿根。
5、它是齿轮最严重主要发生在齿根。它是齿轮最严重的失效形式。的失效形式。2 2)齿面磨损。)齿面磨损。3 3)齿面接触疲劳破坏)齿面接触疲劳破坏 。4 4)过载断裂。)过载断裂。第10页,此课件共60页哦(3 3)齿轮用材性能要求)齿轮用材性能要求1 1)高的弯曲疲劳强度)高的弯曲疲劳强度2 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 3)齿轮心部要有足够的强度和韧性)齿轮心部要有足够的强度和韧性第11页,此课件共60页哦2.2.齿轮零件的选材齿轮零件的选材第12页,此课件共60页哦第13页,此课件共60页哦3.3.典型齿轮选材举例典型齿轮选材举例(1 1)机床齿轮)机床齿轮机机床床
6、传传动动齿齿轮轮工工作作时时受受力力不不大大,转转速速中中等等,工工作作较较平平稳稳,无无强强烈冲击,强度和韧性要求均不高,烈冲击,强度和韧性要求均不高,一一般般用用中中碳碳钢钢(如如4545钢钢)制制造造,经经调调质质后后心心部部有有足足够够的的强强韧韧性性,能能承承受受较较大大的的弯弯曲曲应应力力和和冲冲击击载载荷荷。表表面面采采用用高高频频淬淬火火强化,硬度可达强化,硬度可达52HRC52HRC左右,提高了耐磨性。左右,提高了耐磨性。下料下料锻造锻造正火正火粗加工粗加工调质调质精加工精加工高频淬火、低温高频淬火、低温回火回火精磨精磨 第14页,此课件共60页哦20CrMnTi20CrMn
7、Ti钢钢具具有有较较高高的的力力学学性性能能,在在渗渗碳碳、淬淬火火、低低温温回回火火后,表面硬度的达后,表面硬度的达585862HRC62HRC,心部硬度,心部硬度303045HRC45HRC。下料下料锻锻造造正火正火切削加工切削加工渗碳、淬火及低温回火渗碳、淬火及低温回火喷喷丸丸磨削加工磨削加工(2 2)汽车齿轮)汽车齿轮工工作作条条件件较较机机床床齿齿轮轮差差,尤尤其其是是主主传传动动系系统统中中的的,受受力力较较大大,受冲受冲击较频击较频繁繁,对对材料性能要求材料性能要求较较高高.第15页,此课件共60页哦二、轴类零件的选材二、轴类零件的选材l1.1.轴的工作条件、失效形式及性能要求轴
8、的工作条件、失效形式及性能要求(1 1)一般轴的工作条件)一般轴的工作条件1 1)传递一定的扭矩,承受一定的交变弯矩和拉、压载荷。)传递一定的扭矩,承受一定的交变弯矩和拉、压载荷。2 2)轴颈承受较大的摩擦)轴颈承受较大的摩擦3 3)承受一定的冲击载荷)承受一定的冲击载荷第16页,此课件共60页哦(2 2)主要失效形式)主要失效形式1 1)疲劳断裂疲劳断裂 长期受扭转和弯曲交变载荷作用长期受扭转和弯曲交变载荷作用2 2)断裂失效断裂失效 大载荷或冲击载荷作用大载荷或冲击载荷作用3 3)磨损失效磨损失效 轴颈或花键处过度磨损轴颈或花键处过度磨损(3 3)对轴用材料性能要求)对轴用材料性能要求1
9、1)良好的综合力学性能)良好的综合力学性能2 2)高的疲劳强度)高的疲劳强度3 3)良好的耐磨性)良好的耐磨性第17页,此课件共60页哦l2.2.轴类零件的选材轴类零件的选材(1)(1)不传递动力只承受弯矩起支撑作用的轴不传递动力只承受弯矩起支撑作用的轴 主要考虑刚度和耐磨性主要考虑刚度和耐磨性,用碳钢或球墨铸铁用碳钢或球墨铸铁(2)(2)主要受弯曲,扭转的轴主要受弯曲,扭转的轴如变速箱传动轴、发动机主轴等。选用中碳钢如变速箱传动轴、发动机主轴等。选用中碳钢4545或或40Cr40Cr 40MnB40MnB40MnB40MnB等;若要等;若要等;若要等;若要求高精度、高的尺寸稳定性及耐磨性的轴
10、,求高精度、高的尺寸稳定性及耐磨性的轴,求高精度、高的尺寸稳定性及耐磨性的轴,求高精度、高的尺寸稳定性及耐磨性的轴,如磨床主轴,则常如磨床主轴,则常如磨床主轴,则常如磨床主轴,则常选用选用选用选用38CrMoAl38CrMoAl38CrMoAl38CrMoAl钢,钢,钢,钢,进行调质及氮化处理。进行调质及氮化处理。进行调质及氮化处理。进行调质及氮化处理。(3)(3)同时承受弯曲(或扭转)及拉,压载荷的轴同时承受弯曲(或扭转)及拉,压载荷的轴 选用淬透性较高的钢种选用淬透性较高的钢种第18页,此课件共60页哦l3.3.典型轴选材举例典型轴选材举例(1 1)机床主轴选材)机床主轴选材以以C620C
11、620车床主轴车床主轴为例进行选材。为例进行选材。第19页,此课件共60页哦该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用,该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用,但载荷和转速不但载荷和转速不高,冲击载荷也不大,高,冲击载荷也不大,所以具有一般综合力学性能所以具有一般综合力学性能即可满足要求即可满足要求。但大端的轴颈、椎孔与卡盘、顶尖之间有摩擦,这些部但大端的轴颈、椎孔与卡盘、顶尖之间有摩擦,这些部位要求有较高的硬度和耐磨性。位要求有较高的硬度和耐磨性。根据以上分析,车床主轴可选用根据以上分析,车床主轴可选用45钢钢。热处理为调质。热处理为调质处理;轴颈和椎孔进行表面淬火。处理;轴颈和椎孔进行表面淬火。第20
12、页,此课件共60页哦工艺路线为:工艺路线为:锻造锻造-正火正火-粗加工粗加工-调质调质-精加工精加工-表面淬表面淬火及低温回火火及低温回火-磨削加工磨削加工若这类机床主轴的载荷较大,可用40Cr钢制造。当承受较大的冲击载荷和疲劳载荷时,则可采用合金渗碳钢制造,如20Cr或20CrMnTi等。第21页,此课件共60页哦(2 2)内燃机曲轴选材)内燃机曲轴选材l内燃机曲轴选材原则主要根据内燃机的类型、功率大小、转内燃机曲轴选材原则主要根据内燃机的类型、功率大小、转 速高低和相应轴承材料等项条件而定,同时也需考虑加工条速高低和相应轴承材料等项条件而定,同时也需考虑加工条 件、生产批量和热处理工艺及制
13、造成本。件、生产批量和热处理工艺及制造成本。第22页,此课件共60页哦按制造工艺把曲轴分为按制造工艺把曲轴分为锻钢曲轴锻钢曲轴和和铸造曲轴铸造曲轴两种。两种。锻锻钢曲轴钢曲轴主要由优质碳钢和中碳合金钢制造,如主要由优质碳钢和中碳合金钢制造,如3535、4040、35Mn235Mn2、40Cr40Cr、35CrMo35CrMo钢等。钢等。铸造曲轴铸造曲轴主要由铸钢、主要由铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁以及合金铸铁等制造,球墨铸铁、珠光体可锻铸铁以及合金铸铁等制造,如如ZG230ZG230450450、QT700QT7002 2、KTZ450KTZ4505 5、KTZ500KTZ5004 4等。等
14、。第23页,此课件共60页哦 图是175A型农用柴油机曲轴简图。性能要求b750Mpa,整体 硬 度 在240 260HBS,轴 颈 表 面 硬 度 625HV,2%,ak150kJ/m2。由由于于在在滚滚动动轴轴承承中中工工作作,要要求求轴轴颈颈部部有有较较高高的的硬硬度和耐磨性。度和耐磨性。曲轴材料可选用QT7002,其工艺路线如下:铸造铸造高温正火高温正火高温回火高温回火切削加工切削加工轮颈气体渗氮轮颈气体渗氮 第24页,此课件共60页哦l l三、弹簧类零件的选材三、弹簧类零件的选材三、弹簧类零件的选材三、弹簧类零件的选材l1.1.弹簧的工作条件、失效形式及性能要求弹簧的工作条件、失效形
15、式及性能要求(1 1)工作条件)工作条件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)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。或扭转应力。2 2)缓冲、减震或复原用的弹簧,承受交变应力和冲击载荷的作用)缓冲、减震或复原用的弹簧,承受交变应力和冲击载荷的作用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第25页,此课件共60页哦(2 2)主要失效形式)主要失效形式1 1)塑性变形)塑性变形2 2)疲劳断裂)疲劳断裂3 3)快速脆性断裂)快速脆性断裂4 4)在腐蚀介质中使用的弹簧易产生应力腐蚀断裂失效;)在腐蚀介质中使用的弹
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