《轴类零件选材》PPT课件.ppt

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1、8.1 轴类零件选材轴类零件选材 （axle）8.2 齿轮类零件材料选择齿轮类零件材料选择 (gear)8.3 弹簧类零件材料选择弹簧类零件材料选择 (spring)8.4 箱体支承类零件材料选择箱体支承类零件材料选择第第8章章 常用机器零件选材常用机器零件选材material selection of common machine partsmaterial selection of common machine parts 退出退出8.1 轴类零件选材（轴类零件选材（axle）8.1.1 8.1.1 轴的工作条件与性能要求轴的工作条件与性能要求轴的工作条件与性能要求轴的工作条件与性能要求工

2、作条件：工作条件：工作条件：工作条件：轴的功能：轴的功能：支承旋转零件、传递动力或运动。支承旋转零件、传递动力或运动。负荷特点：负荷特点：转转 轴轴弯曲与扭转的复合作用，如减速器的轴、机弯曲与扭转的复合作用，如减速器的轴、机 床主轴。床主轴。心心 轴轴只承受弯矩，如铁路车辆的轮轴。只承受弯矩，如铁路车辆的轮轴。传动轴传动轴扭转应力作用，如汽车的驱动轴。扭转应力作用，如汽车的驱动轴。轴轴 颈颈较大摩擦；此外，轴大部受交变应力及一定较大摩擦；此外，轴大部受交变应力及一定 的过载或冲击作用。的过载或冲击作用。主要失效形式：主要失效形式：疲劳断裂；轴颈或花键处过度磨损；过量变形等。疲劳断裂；轴颈或花键

3、处过度磨损；过量变形等。性能要求性能要求性能要求性能要求:良好的综合力学性能（强度和塑性、韧性良好良好的综合力学性能（强度和塑性、韧性良好 配合），以防止断裂配合），以防止断裂;高的疲劳强度高的疲劳强度;轴颈、花键等处较高硬度与耐磨性。轴颈、花键等处较高硬度与耐磨性。8.1.2 8.1.2 轴类零件选材轴类零件选材轴类零件选材轴类零件选材（进行强度、刚度计算与结构设计后，提出要求）（进行强度、刚度计算与结构设计后，提出要求）（进行强度、刚度计算与结构设计后，提出要求）（进行强度、刚度计算与结构设计后，提出要求）轻载、低速的一般轴（心轴、拉杆、螺栓等）：轻载、低速的一般轴（心轴、拉杆、螺栓等）：

4、Q235 Q275，不热处理。，不热处理。中等载荷，一般精度轴（曲轴、机床主轴等）：中等载荷，一般精度轴（曲轴、机床主轴等）：35 50钢，热处理。钢，热处理。重载、高精度或恶劣条件轴（汽车、拖拉机轴，压力机重载、高精度或恶劣条件轴（汽车、拖拉机轴，压力机曲线等），合金钢：曲线等），合金钢：40Cr、40MnB、30CrMnSi、35CrMo、40CrNiMo；20Cr、20CrMnTi（渗碳）；（渗碳）；38CrMoAl（氮化）；（氮化）；9Mn2V、GCr15等，采用相应的热处理。等，采用相应的热处理。8.1.3 8.1.3 轴类零件加工工艺路线轴类零件加工工艺路线轴类零件加工工艺路线轴类

5、零件加工工艺路线机床主轴机床主轴机床主轴机床主轴 材料：材料：45钢。钢。热处理技术条件：热处理技术条件：整体调质整体调质220 250HBS；轴颈、锥孔表面淬火轴颈、锥孔表面淬火52 58HRC。工艺路线：工艺路线：锻造锻造正火正火粗加工粗加工调质调质半精加工半精加工表面淬火及低表面淬火及低 温回火温回火磨削。磨削。常见机床主轴的工作条件、用材及热处理情况（下表）。常见机床主轴的工作条件、用材及热处理情况（下表）。图图8-1表表8-1汽车半轴汽车半轴汽车半轴汽车半轴材料：材料：40Cr(中型载重汽车；若重型则选中型载重汽车；若重型则选40CrMnMo)。热处理技术条件热处理技术条件:正正火火

6、，187241HBS；调调质质，杆杆部部3742HRC，盘盘部部外外圆圆2434HRC。工艺路线：工艺路线：锻造锻造正火正火机加工机加工调质调质盘部钻孔盘部钻孔精加工。精加工。图图8-2内燃机曲轴内燃机曲轴内燃机曲轴内燃机曲轴 选材：选材：轻、中载荷及低、中速内燃机用球铁；重载及中、高速轻、中载荷及低、中速内燃机用球铁；重载及中、高速 时用锻钢。时用锻钢。110型柴油机球墨铸铁曲轴。型柴油机球墨铸铁曲轴。材料：材料：QT600-3球铁。球铁。热处理技术条件：热处理技术条件：整体正火，整体正火，b650MPa，ak15J/cm2，240 300 HBS；轴颈表面淬火、低温回火；轴颈表面淬火、低温

7、回火(55HRC，珠光体数，珠光体数量量70%)。工艺路线：工艺路线：铸铸造造成成形形正正火火+高高温温回回火火切切削削加加工工轴轴颈颈表表面面淬淬火、回火火、回火磨削。磨削。锻造合金曲轴锻造合金曲轴 材料：材料：50CrMoA（机车内燃机曲轴）。（机车内燃机曲轴）。热处理技术条件：热处理技术条件：整整 体体 调调 质质，b950MPa、s750MPa、12%、45%、ak56J/cm2及及3035HRC；轴轴颈颈表表面面淬淬火火回回火，火，6065HRC、硬化层深、硬化层深3 8mm。工艺路线工艺路线:锻锻造造退退火火粗粗加加工工调调质质半半精精加加工工表表面面淬淬火火、回火回火磨削。磨削。

8、8.2 齿轮类零件材料选择齿轮类零件材料选择(gear)8.2.1 8.2.1 齿轮的工作条件与性能要求齿轮的工作条件与性能要求齿轮的工作条件与性能要求齿轮的工作条件与性能要求工作条件工作条件工作条件工作条件:齿轮功能：齿轮功能：传递动力、改变运动速度和运动方向。传递动力、改变运动速度和运动方向。负负荷荷特特点点：齿齿轮轮交交变变弯弯曲曲应应力力，一一定定冲冲击击载载荷荷，齿齿面面很很大接触应力及强烈摩擦。大接触应力及强烈摩擦。失效形式：失效形式：断齿、齿面剥落及过度磨损。断齿、齿面剥落及过度磨损。性能要求性能要求性能要求性能要求:高接触疲劳强度、高表面硬度和耐磨性。高接触疲劳强度、高表面硬度

9、和耐磨性。高抗弯强度、适当心部强度和韧性。高抗弯强度、适当心部强度和韧性。良好切削加工性和热处理工艺性。良好切削加工性和热处理工艺性。8.2.2 8.2.2 齿轮选材齿轮选材齿轮选材齿轮选材选材原则：选材原则：传传动动方方式式（开开式式或或闭闭式式）、载载荷荷性性质质和和大大小小（齿齿面面接接触触应应力力和和冲冲击击负负荷荷等等），传传动动速速度度、精精度度及及齿齿面面硬化要求及齿轮副材料和硬度匹配等。硬化要求及齿轮副材料和硬度匹配等。钢制齿轮钢制齿轮钢制齿轮钢制齿轮:轻载、低中速，冲击力小，精度低齿轮：轻载、低中速，冲击力小，精度低齿轮：碳碳钢钢（Q255、Q275、45、50Mn等等），正

10、正火火或或调调质质成成软软面齿轮。如减速箱齿轮等。面齿轮。如减速箱齿轮等。中载、中速、中等冲击、运动平稳齿轮：中载、中速、中等冲击、运动平稳齿轮：中中碳碳（合合金金）钢钢（45、40Cr、42SiMn、55Tid等等）。感感应淬火回火硬齿面（应淬火回火硬齿面（50 55HRC）。如机床齿轮。）。如机床齿轮。重载、中高速、大冲击载荷齿轮：重载、中高速、大冲击载荷齿轮：低低碳碳（合合金金）钢钢（20Cr、20MnB、20CrMnTi）渗渗碳碳（碳碳氮氮共共渗渗）及及淬淬火火低低温温回回火火，齿齿面面5863HRC。如如汽车、拖拉机变速齿轮和后桥齿轮。汽车、拖拉机变速齿轮和后桥齿轮。精密传动齿轮或硬

11、面内齿轮，要求热处理变形小：精密传动齿轮或硬面内齿轮，要求热处理变形小：38CrMoAl、35CrMo等等。调调质质及及气气体体氮氮化化。如如非非重重载载、工作平稳的精密齿轮。工作平稳的精密齿轮。铸钢齿轮：铸钢齿轮：铸钢齿轮：铸钢齿轮：大大尺尺寸寸(400mm)、形形状状复复杂杂、受受冲冲击击的的齿齿轮轮，退退火火或或正火状态使用正火状态使用(耐磨性要求高者采用表面淬火耐磨性要求高者采用表面淬火)。铸铁齿轮：铸铁齿轮：铸铁齿轮：铸铁齿轮：灰铸铁，用于轻载、低速、不受冲击的齿轮。灰铸铁，用于轻载、低速、不受冲击的齿轮。有色金属齿轮：有色金属齿轮：有色金属齿轮：有色金属齿轮：铜铜合合金金、铝铝合合

12、金金，用用于于有有腐腐蚀蚀介介质质的的轻轻载载齿齿轮轮，如如仪仪表表齿轮等，另特殊用途，如为减摩，用锡青铜作蜗轮。齿轮等，另特殊用途，如为减摩，用锡青铜作蜗轮。工程塑料齿轮：工程塑料齿轮：工程塑料齿轮：工程塑料齿轮：尼尼龙龙等等。轻轻、摩摩擦擦系系数数小小、减减振振减减噪噪。用用于于轻轻载载、无无润润滑的小型齿轮（仪表、小型机械）。滑的小型齿轮（仪表、小型机械）。8.2.3 8.2.3 齿轮加工工艺路线及选材实例齿轮加工工艺路线及选材实例齿轮加工工艺路线及选材实例齿轮加工工艺路线及选材实例机床齿轮机床齿轮机床齿轮机床齿轮负荷特点：负荷特点：运转平稳、负荷不大，条件较好。运转平稳、负荷不大，条件

13、较好。材料：材料：45钢。钢。热处理技术条件：热处理技术条件：正正火火(160217HBS)；表表面面高高频频淬淬火火、回回火火(5055HRC)。工艺路线：工艺路线：锻锻造造正正火火粗粗加加工工调调质质半半精精加加工工高高频频淬淬火火、回回火火精磨。精磨。汽车、拖拉机齿轮汽车、拖拉机齿轮汽车、拖拉机齿轮汽车、拖拉机齿轮 负荷特点：负荷特点：承载、磨损及冲击负荷较大，工作条件比较繁重。承载、磨损及冲击负荷较大，工作条件比较繁重。材料：材料：20CrMnTi。热处理技术条件：热处理技术条件：渗碳层深渗碳层深0.81.3mm，表层，表层Wc为为0.8%1.05%，齿面，齿面 5862HRC。心部。

14、心部3345HRC。工艺路线：工艺路线：锻造锻造正火正火粗加工、半精加工粗加工、半精加工渗碳淬火、低温回渗碳淬火、低温回 火火。图图8-38.3 弹簧类零件材料选择（弹簧类零件材料选择（spring)8.3.1 8.3.1 不同类型弹簧的工作条件与性能要求不同类型弹簧的工作条件与性能要求不同类型弹簧的工作条件与性能要求不同类型弹簧的工作条件与性能要求功能与工作条件功能与工作条件功能与工作条件功能与工作条件 功功 能：能：减振减振(汽车板簧汽车板簧)、储备机械能、储备机械能(仪表发仪表发 条条)、控制运动、控制运动(气门、离合器等气门、离合器等)。负负 荷荷 特特 点：点：交变应力。交变应力。主

15、要失效形式：主要失效形式：疲劳断裂、永久变形。疲劳断裂、永久变形。性能要求（同弹簧钢）性能要求（同弹簧钢）性能要求（同弹簧钢）性能要求（同弹簧钢）高高s、高、高e、高、高s/b；高疲劳强度；高疲劳强度；一定塑性、韧性。一定塑性、韧性。8.3.2 8.3.2 弹簧材料选择弹簧材料选择弹簧材料选择弹簧材料选择工程上用于制造弹簧的材料主要是碳钢和合金钢，以及工程上用于制造弹簧的材料主要是碳钢和合金钢，以及 有色金属。如铍青铜（仪表等场合）。有色金属。如铍青铜（仪表等场合）。碳素弹簧钢：碳素弹簧钢：65、67、75、85。用用于于小小截截面面(12mm)、不不太太重重要要的小型弹簧。的小型弹簧。锰弹簧

16、钢：锰弹簧钢：65Mn，截面尺寸，截面尺寸15mm的小型弹簧。的小型弹簧。硅锰弹簧钢：硅锰弹簧钢：60Si2Mn等等，25 30mm淬淬透透，板板簧簧、螺螺旋旋弹弹簧簧及及250以下耐热弹簧。以下耐热弹簧。铬矾弹簧钢：铬矾弹簧钢：50CrVA等等，50mm淬淬透透，应应力力较较大大的的弹弹簧簧（工工作作温温度度 300）。）。硅铬弹簧钢：硅铬弹簧钢：60Si2CrA、60Si2CrVA，高高应应力力、受受冲冲击击弹弹簧簧（300 350）。）。钨铬钒弹簧钢：钨铬钒弹簧钢：30W4Cr2VA，高强度耐热弹簧（，高强度耐热弹簧（500）。）。8.3.3 8.3.3 弹簧加工工艺路线弹簧加工工艺路线

17、弹簧加工工艺路线弹簧加工工艺路线冷卷弹簧的加工工艺路线冷卷弹簧的加工工艺路线冷卷弹簧的加工工艺路线冷卷弹簧的加工工艺路线 原料（钢丝、带等，原料（钢丝、带等，0.10.112mm12mm）卷簧卷簧热处理热处理端端 面加工。面加工。原料状态与热处理原料状态与热处理 硬化状态的弹簧：硬化状态的弹簧：只进行去应力回火只进行去应力回火(碳钢碳钢250250，合金钢，合金钢350350450)450)。退火状态的弹簧：退火状态的弹簧：需进行淬火、回火，需进行淬火、回火，414147HRC47HRC。回火屈氏体。回火屈氏体。热成型弹簧的加工工艺路线热成型弹簧的加工工艺路线热成型弹簧的加工工艺路线热成型弹簧

18、的加工工艺路线 下料下料加热成型加热成型热处理（淬火、回火）热处理（淬火、回火）喷丸喷丸端端 面加工。面加工。8.4 箱体支承类零件材料选择箱体支承类零件材料选择8.4.1 8.4.1 箱体支承类零件功能与性能要求箱体支承类零件功能与性能要求箱体支承类零件功能与性能要求箱体支承类零件功能与性能要求功能：功能：功能：功能：支承机器重量、安装固定零件，压应力及弯曲应力、一支承机器重量、安装固定零件，压应力及弯曲应力、一定动载及紧固力。定动载及紧固力。性能要求：性能要求：性能要求：性能要求：足够强度、刚度，良好减震性及尺寸稳定性，良好加工足够强度、刚度，良好减震性及尺寸稳定性，良好加工性及铸造工艺性

19、。性及铸造工艺性。8.4.2 8.4.2 箱体支承类零件用材及加工工艺路线箱体支承类零件用材及加工工艺路线箱体支承类零件用材及加工工艺路线箱体支承类零件用材及加工工艺路线选材选材选材选材铸铸 铁：铁：最常用，灰口铸铁或球墨铸铁，各种机床最常用，灰口铸铁或球墨铸铁，各种机床 的箱体、支承件。的箱体、支承件。铸铸 钢：钢：ZG35Mn、ZG40Mn，载荷较大、承受冲，载荷较大、承受冲 击的箱体。如工程机械。击的箱体。如工程机械。有色金属铸造：有色金属铸造：重量轻、重量轻、散热良好箱体，喷油泵壳体、飞散热良好箱体，喷油泵壳体、飞 机发动机箱体。机发动机箱体。型型 材材 焊焊 接：接：Q235、10、

20、16Mn，大体积、简单形状、，大体积、简单形状、小批量箱体。小批量箱体。加工工艺路线加工工艺路线加工工艺路线加工工艺路线 铸造（或焊接）成形铸造（或焊接）成形人工时效（或去应力退火）人工时效（或去应力退火）切切 削加工。削加工。作业：作业：作业：作业：1 1，2 2，3 3，4 4，6 6。表表8-2本本 章章 结结 束束 返返 回回图图8-1 CM6140车床主轴车床主轴返回返回返回返回表表8-1 机床主轴工作条件、用材及热处理机床主轴工作条件、用材及热处理返回返回返回返回图图8-2 汽车半轴汽车半轴返回返回返回返回图8-3 解放牌汽车变速齿轮简图返回返回返回返回代表性零件代表性零件材料的种类及牌号材料的种类及牌号使用性能要求使用性能要求处理及其他处理及其他机床床身、轴承座、齿轮箱、缸盖、变速器壳、离合器壳灰口铸铁HT200刚度、强度、尺寸稳定性时效机床座、工作台灰口铸铁HT150刚度、强度、尺寸稳定性时效齿轮箱、联轴器、阀壳灰口铸铁HT250刚度、强度、尺寸稳定性去应力退火差速器壳、减速器壳、后桥壳球墨铸铁QT400-15刚度、强度、韧度、耐蚀退火承力支架、箱体底座铸钢ZG270-500刚度、强度、耐冲击正火支架、挡板、盖、罩、壳钢板Q235、08、20、16Mn刚度、强度不热处理车辆驾驶室车箱钢板08刚度冲压成形表8-2 部分箱体支承类零件用材情况返回返回返回返回