机械零件选材及其工艺方法的选择

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1、机械零件选材及其工艺方法的选择学习目标明确零件成型工艺选择的一般原则；熟悉零件热处理的技术条件；熟悉典型零件的选材，会对其进行工艺分析。重点与难点重点：零件成型工艺选择的一般原则；零件热处理的技术条件。难点：轴杆类零件、齿轮类零件和箱体类零件的选材及工艺分析。零件成型工艺选择的一般原则本节要点：零件成型工艺的选择原则。除了少数性能要求不高的零件以外，大多数机械零件都要通过铸造、锻压或焊接等成型工艺制成毛坯，然后再经切削加工制成成品。因此，零件成型工艺的选择是否合理，不仅影响每个零件甚至整部机械的制造质量和使用性能，对零件的工艺制造过程，生产周期和成本也有很大的影响。表4-5列出了

2、常用毛坯成型的生产方法及相关内容的比较，可供参考。选择毛坯成型工艺时必须考虑以下原则：1.保证零件的使用要求成型后的毛坯制成零件后，应满足其使用要求。零件的使用要求包括对零件形状和尺寸的要求，以及工作条件对零件性能的要求。例如机床的主轴，是机床上的关键零件，尺寸、形状和加工精度要求很高，受力复杂，在长期使用过程中只允许发生极微小的变形，因此应选用45钢或40Cr等具有良好综合力学性能的材料，经锻造制坯及严格的切削加工和热处理制成。2.降低制造成本，满足经济性要求一个零件的制造成本包括其本身的材料费以及所消耗的燃料费、动力费用、人工费、各项折旧费。单件、小批生产时，对于铸件应优先选

3、用灰铸铁和手工砂型铸造方法；对于锻件应优先选用碳素结构钢和自由锻方法；在生产急需时，应优先选用低碳钢和手工电弧焊方法制造焊接结构毛坯。在大批量生产中，对于铸件应采用机器造型的铸造方法，锻件应优先选用模型锻造方法，焊接件应优先选用低合金高强度结构钢材料和自动、半自动的埋弧焊、气体保护焊等方法制造毛坯。3.考虑实际生产条件根据使用性能要求和制造成本分析所选定的毛坯成型方法是否能实现，还必须考虑企业的实际生产条件。上述三条原则是相互联系的，考虑时应在保证使用要求的前提下，力求做到质量好、成本低和制造周期短。表4-6常用毛坯成型的方法及其相关内容比较零件热处理的技术条件本节要点：热处理工

4、艺分类热处理是机械制造过程中的重要工序。热处理技术条件的内容包括：零件的最终热处理方法，热处理后应达到的力学性能指标（仅需标注出硬度值）等。但对于某些力学性能要求较高的重要零件，如曲轴、连杆、齿轮等，还应标出强度、塑性等指标，有的还应提出对金相显微组织的要求。对于渗碳件还应标注出渗碳、淬火、回火后的硬度（表面和心部）、渗碳的部位（全部或局部）、渗碳层深度等。对于表面淬火零件，在图样上应标出淬硬层的硬度、深度和淬硬部位，有的还应提出对显微组织及限制变形的要求（如孔的变形量）。表4-7热处理工艺分类及代号典型零件的选材及工艺分析本节要点：轴类零件、齿轮类零件和箱体零件的选材、热处理及

5、工序安排。轴杆类零件轴杆类零件是回转体零件，其长度远大于直径，常见的有光轴、阶梯轴、凸轮轴和曲轴等；按承载特点可分为转轴、心轴和传动轴。它是机械设备中重要的受力零件。工作条件轴杆类零件在机器中起支承回转零件并传递运动和扭矩的作用。转轴在工作时承受弯曲和扭转应力的复合作用；心轴只承受弯曲应力；传动轴主要承受扭转切应力。除固定心轴外，所有作回转运动的轴所受应力都是对称循环变化的，即在交变应力状态下工作。轴在花键、轴颈等部位和与其配合的零件（如轮上有花键孔或滑动轴承）之间有摩擦磨损，此外，轴还会受到一定程度的过载和冲击。主要失效形式由于受力复杂，轴的尺寸、结构和载荷差别很大。主要存在有

6、以下几种：（1）断裂，大多是疲劳断裂；（2）轴的相对运动表面的过度磨损；（3）发生过量扭转或弯曲变形（包括弹性的和塑性变形）；（4）有时还可能发生腐蚀失效。使用性能要求为满足工作条件的要求，具有足够抵抗失效的能力，轴杆类零件的材料应具备如下性能要求：（1）具有高的强度，足够的刚度及良好的韧性，以防止断裂及过量变形；（2）具有较高的疲劳强度，防止疲劳断裂；（3）在相对运动的摩擦部位，如轴颈、花键等处，应具有较高的硬度和耐磨性。选材及热处理轴的材料主要使用碳素结构钢和合金结构钢，一般是以锻件或轧制型材为毛坯。（1）轻载、低速、不重要的轴，可选用Q235、Q255、Q275等碳素结构钢

7、，这类钢通常不进行热处理；（2）受中等载荷而且精度要求一般的轴类零件，常用优质碳素结构钢，常选45钢。为改善其力学性能，一般要进行正火或调质处理。要求轴颈等处耐磨时，还可进行表面淬火和低温回火。（3）受较大载荷或要求精度高的轴以及处于强烈摩擦或高、低温等恶劣条件下工作的轴，应选用合金钢，常用20Cr、40MnB、40Cr等。根据合金钢的种类及轴的性能，应采用调质、表面淬火、渗碳、碳氮共渗、淬火、低温回火等热处理，以充分发挥合金钢的潜力。近年来，球墨铸铁和高强度铸铁已越来越多地作为