南京航空航天大學(xué)工程材料及熱加工工藝課程設(shè)計(jì)有關(guān)事項(xiàng)演示文稿

南京航空航天大學(xué)工程材料及熱加工工藝課程設(shè)計(jì)有關(guān)事項(xiàng)演示文稿目前一頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)優(yōu)選南京航空航天大學(xué)工程材料及熱加工工藝課程設(shè)計(jì)有關(guān)事項(xiàng)ppt目前二頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)1.通過課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐，使學(xué)生進(jìn)一步加深了解和鞏固課程所學(xué)的有關(guān)知識(shí)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決實(shí)際問題的能力。2.通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生初步達(dá)到在一般機(jī)械設(shè)計(jì)中能合理選擇材料、選擇毛坯的生產(chǎn)方法，并能合理安排典型零件的熱處理工藝、零件制造工藝流程及結(jié)構(gòu)工藝性分析。目前三頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)1.2課程設(shè)計(jì)的選題、內(nèi)容及步驟1.課設(shè)題目的選定：指導(dǎo)教師與學(xué)生自選相結(jié)合供選零件設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中提供的典型零件選題要求要求有3個(gè)零件如：軸、齒類；底座、減速箱蓋；一個(gè)容器類零件。目前四頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)2.設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟1)學(xué)生根據(jù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中規(guī)定的零件或由任課教師指定的零件，任選三個(gè)零件（包括鑄件、鍛件和焊接件各一個(gè)），分析各個(gè)零件的工作條件、受力狀況、失效形式等，合理選擇各零件所用材料、選擇毛坯生產(chǎn)方法，并能合理安排零件的熱處理工藝、制造工藝流程，按設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)工藝性分析與工藝設(shè)計(jì)。2）設(shè)計(jì)中制訂的工藝方案（如選材方案、毛坯選擇方案、鑄造工藝中分型面的選擇方案等）,應(yīng)考慮2～3個(gè)方案進(jìn)行比較,充分論證,選取最佳方案,并在設(shè)計(jì)說明書中詳細(xì)敘述,不能只給出簡(jiǎn)單的結(jié)論。目前五頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)4）課程設(shè)計(jì)報(bào)告的格式：首頁為題目，依此為任務(wù)書，目錄（目錄應(yīng)標(biāo)明序號(hào)、標(biāo)題和頁次），正文、體會(huì)和建議、參考資料。3）每個(gè)學(xué)生完成一份完整的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)說明書是反映設(shè)計(jì)結(jié)果的技術(shù)文件，必須認(rèn)真寫好。要求論述清楚，文字簡(jiǎn)潔，書寫（或打印）工整，論述中應(yīng)附加必要的插圖說明。目前六頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)1.4課程設(shè)計(jì)的時(shí)間安排項(xiàng)目?jī)?nèi)容時(shí)間安排工程材料實(shí)驗(yàn)性能、組織測(cè)試；熱處理；實(shí)驗(yàn)報(bào)告1天課程設(shè)計(jì)分組、定題、了解零件、設(shè)計(jì)、編寫說明書4天目前七頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)第2章《工程材料及熱加工工藝》課程設(shè)計(jì)參考資料2.1機(jī)械零件的選材選材是機(jī)械零件設(shè)計(jì)中不可缺少的工作，材料選擇合理與否直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、壽命和生產(chǎn)成本。機(jī)械零件選材的一般原則是：1.所選材料應(yīng)具有滿意的使用性能，除特殊要求某些物理性能、化學(xué)性能之外，一般主要要求的是力學(xué)性能，即材料抵抗外加載荷而不致失效的抗力---失效抗力。2.材料應(yīng)具有良好的或可行的加工性能。3.材料的價(jià)格或成本應(yīng)盡可能低廉。目前八頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)一、機(jī)械零件選材應(yīng)滿足使用性能要求什么是使用性能—指零件在工作時(shí)應(yīng)具備的力學(xué)、物理和化學(xué)性能。1.機(jī)械零件選材的基本分析方法（1）分析零件的工作條件，確定使用性能。工作條件主要是指：零件的受力情況，包括受力形式，如載荷形式（拉、壓、彎曲等），載荷性質(zhì)（如靜載、動(dòng)載、交變載荷）及承受摩擦的狀況；環(huán)境狀況，如工作溫度、介質(zhì)等；特殊要求如導(dǎo)熱性、導(dǎo)磁性等。目前九頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)（2）進(jìn)行失效分析，確定使用性能。舉例：長(zhǎng)期以來人們認(rèn)為，汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的主要使用性能是高的沖擊抗力和耐磨性，應(yīng)選用45鋼。通過失效分析發(fā)現(xiàn)，曲軸的失效形式主要為疲勞斷裂，其主要使用性能為疲勞抗力。因此，以疲勞強(qiáng)度為主要使用性能指標(biāo)設(shè)計(jì)、制造的曲軸，不僅質(zhì)量和壽命顯著提高，而且可以選用價(jià)格低的球墨鑄鐵制造。目前十頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)（3）從零件使用性能要求提出對(duì)材料的性能的要求。明確了零件的使用性能后，把使用性能的要求，通過分析、計(jì)算量化成具體數(shù)值，再按這些數(shù)值從手冊(cè)的材料性能數(shù)據(jù)大致應(yīng)用范圍選材。常見的力學(xué)性能指標(biāo)有HRC或HBS，σs,σb；非常規(guī)力學(xué)性能指標(biāo)如KIC及腐蝕介質(zhì)中的力學(xué)性能；對(duì)特殊性能要求的零件，如電性能、磁性能、熱性能等。目前十一頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)（1）分析零件的工作條件與環(huán)境，確定零件的技術(shù)要求。（2）通過分析實(shí)驗(yàn)，結(jié)合同類零件失效分析結(jié)果提出失效抗力指標(biāo)，并以此作為選材的基本依據(jù)。（3）根據(jù)力學(xué)計(jì)算，確定零件的主要力學(xué)指標(biāo)。（4）決定熱處理及其他表面強(qiáng)化方法。（5）試驗(yàn)、投產(chǎn)。對(duì)關(guān)鍵零件批量生產(chǎn)前要進(jìn)行試驗(yàn)、初步確定材料選擇，熱處理方法是否合理，熱加工性能好壞。滿意后可批量生產(chǎn)。2.機(jī)械零件按使用要求選材的基本步驟目前十二頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)3.機(jī)械零件選材應(yīng)注意的幾個(gè)問題（1）尺寸效應(yīng)。尺寸效應(yīng)是指鋼材截面大小不同，即使熱處理狀態(tài)相同，其力學(xué)性能也有差別效應(yīng)。隨著材料截面尺寸增大，鋼材的力學(xué)性能下降。尺寸效應(yīng)不僅與冶金質(zhì)量有關(guān)，而且還與淬透性有關(guān)。（2）力學(xué)性能與加工狀態(tài)、處理?xiàng)l件有關(guān)。不同的加工狀態(tài)（如鑄造、鍛造、不同熱處理，有否壓力加工）其力學(xué)性能差別。（3）材料的力學(xué)性能對(duì)同一牌號(hào)的材料來說，由于其成分是在一定范圍內(nèi)變化，因此其力學(xué)性能也是有一定的波動(dòng)范圍。目前十三頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)二、機(jī)械零件選材應(yīng)滿足加工工藝性要求

材料的工藝性是指材料適應(yīng)某種加工工藝的能力。所選材料一般應(yīng)先制成與成品形狀相近似的各種毛坯（例如鑄件、鍛件、焊接件），再經(jīng)切削加工和熱處理，最終形成零件，因此，材料應(yīng)滿足這些不同工藝的要求。材料的工藝性通常指以下幾個(gè)方面：1.鑄造性能：包括流動(dòng)性、收縮性、偏析和吸氣性等。由于接近共晶成分的合金鑄造性能良好，因此鑄造合金的成分一般選在共晶成分附近。目前十四頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)2.壓力加工性能：包括冷壓力加工（冷沖壓、冷軋、冷擠壓）和熱壓力加工（如鍛造、熱軋、熱擠壓等）時(shí)材料的塑性和變形抗力。有可熱加工的溫度范圍、抗氧化性和加熱、冷卻要求。變形鋁合金、銅合金、低碳鋼的壓力加工性能好、而高碳鋼就差。3.焊接性能：焊縫處形成冷裂或熱裂及形成氣孔的傾向，低碳鋼的焊接性能好，高碳鋼及鑄鐵的焊接性能差。。目前十五頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)4.切削加工性能：指材料的切削加工性、磨削加工性等，一般用切削抗力、零件的表面粗糙度值的大小、刀具磨損和切削排除的難易程度來衡量其好壞。5.熱處理工藝性：包括淬透性、淬硬性、回火穩(wěn)定性、氧化脫碳傾向、變形開裂傾向等。目前十六頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)材料

鑄造性能

流動(dòng)性收縮性偏析熔點(diǎn)對(duì)壁厚冷卻敏感性其他

灰鑄鐵

很好小小較低較大、壁厚處強(qiáng)度低鑄鋼

差大大高小、壁厚增加強(qiáng)度無明顯降低鑄造鋁合金

好小較大比鑄鐵低大、強(qiáng)度隨壁厚增加而降低目前十七頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)三、機(jī)械零件選材應(yīng)兼顧經(jīng)濟(jì)性1.材料價(jià)格：一般材料成本約占零件成本的30～70%。2.材料的加工費(fèi)用：一般加工費(fèi)約占零件成本的30%左右，生產(chǎn)批量越小，所占比例越高目前十八頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)四、選材實(shí)例1.零件名稱：某汽車變速齒輪2.齒輪簡(jiǎn)圖略（尺寸）3.技術(shù)要求與生產(chǎn)性質(zhì)（1）技術(shù)要求：齒表面要求有較高的硬度（58～64HRC）、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，而心部則要求較高的強(qiáng)度與韌性。心部強(qiáng)度σb>1000MPa

ak>60J/cm2（2）生產(chǎn)性質(zhì)：大批量生產(chǎn)。目前十九頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)4.選材分析該齒輪的作用是將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率傳遞到后輪倒車作用。工作條件比較惡劣，受力大常超載和受沖擊力作用。因此，要求較高的心部強(qiáng)度和沖擊韌性，對(duì)于齒輪來說還受摩擦力和交變載荷作用。因此，要求齒表面有較高的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。根據(jù)上述要求選材方案如下：方案一：選擇調(diào)質(zhì)鋼。這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后有較好綜合性能，但對(duì)該齒輪來說其心部塑性，韌性較低，而且再經(jīng)過表面淬火后，其表面的耐磨性不理想，因此該方案難以滿足技術(shù)要求。目前二十頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)選15、20Cr等滲碳鋼，經(jīng)滲碳、淬火、低溫回火后，表面硬度、耐磨性可以滿足要求，但該齒輪的的厚度較大，這兩種材料的淬透性小，從而使齒輪心部達(dá)不到要求。因此，必須選擇淬透性較大的合金滲碳鋼。可選擇20CrMnTi鋼,該滲碳鋼的淬透性較大,臨界淬透直徑達(dá)30-40mm,經(jīng)滲碳、淬火、低溫回火后，表面硬度、耐磨性可以滿足要求,心部也滿足要求。因此,選擇20CrMnTi鋼制造齒輪。方案二：在滲碳鋼中選擇目前二十一頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)2.2機(jī)械零件毛坯的選擇概述毛坯的選擇是機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中的一項(xiàng)重要任務(wù)。毛坯與零件的制造除直接用型材加工外,主要由鑄造、鍛壓及焊接三種制造工藝方法制成。毛坯分為：鑄件、鍛件、焊件和型材件。1。影響毛坯選擇的因素毛坯選用液態(tài)成形的鑄件或塑性變形的鍛件、薄板沖壓件或焊接連接的沖壓—焊結(jié)構(gòu)、軋制—焊結(jié)構(gòu)、鑄--焊的焊件。應(yīng)取決于以下六個(gè)方面：目前二十二頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)（1）零件選用的材質(zhì)，基本決定了毛坯的種類。零件的材質(zhì)是根據(jù)設(shè)計(jì)要求的使用性能、金屬材料的工藝性能及其經(jīng)濟(jì)性能的綜合考慮選定的。（2）零件的結(jié)構(gòu)形狀，決定了毛坯的制造方法。例如薄壁復(fù)雜件只能用鑄造（最好為壓力鑄造），大截面簡(jiǎn)單件不宜用鑄造，適用于自由鍛。特大的薄壁結(jié)構(gòu)宜用焊接結(jié)構(gòu)。（3）零件的生產(chǎn)類型，對(duì)毛坯的選擇也起決定作用。（4）零件不加工表面的精度與粗糙度不僅決定于毛坯類型，而且可進(jìn)一步選用精密鑄造或精密鍛造等少余量或無余量的精密零件或毛坯。目前二十三頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)（5）工廠現(xiàn)有設(shè)備、技術(shù)力量及生產(chǎn)能力，可改變?cè)ǖ拿鬟x定方案。例如大型件原可采用整體鑄件，但受設(shè)備、廠房限制只能采用以小拼大的鑄-焊結(jié)構(gòu)；復(fù)雜程度高的鑄件由于技術(shù)力量與生產(chǎn)能力的影響，只能化難為易采用鑄—焊結(jié)構(gòu)。有些情況甚至將鑄件改為鍛件。（6）當(dāng)毛坯幾種制造方法均可制造時(shí)，應(yīng)選用最佳經(jīng)濟(jì)方案。目前二十四頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)2.檢驗(yàn)毛坯選擇是否合理的標(biāo)準(zhǔn)（1）使用性：滿足零件使用要求。（2）工藝性：加工方便，易獲優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。（3）經(jīng)濟(jì)性：成本最低，消耗最少。目前二十五頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)一、鑄造毛坯1.鑄造毛坯的選用條件（1）必須能制出與零件形狀相近的，并保證尺寸正確、輪廊清晰。（2）必須具備熔煉設(shè)備，能熔煉出質(zhì)量與溫度合適的金屬。（3）熔煉金屬應(yīng)平穩(wěn)地進(jìn)入型腔，不與鑄型發(fā)生反應(yīng)；氣體、夾渣易于排除，鑄型充滿不產(chǎn)生冷隔及澆不足現(xiàn)象。（4）設(shè)計(jì)的鑄件在冷卻凝固時(shí)，不產(chǎn)生鑄造應(yīng)力、裂紋及變形?？s孔可以切除獲完整的毛坯。目前二十六頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)（5）必須方便地從鑄型中取出鑄件。（6）必須能清除鑄件內(nèi)外型砂及芯砂、澆冒系統(tǒng)及附在鑄件上的一切多余部分。目前二十七頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)2.鑄造毛坯舉例

無人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)用軸流轉(zhuǎn)子。毛坯原用材料為1Cr13馬氏體不銹鋼鍛件，現(xiàn)改為ZGCr18NiCu3沉淀硬化不銹鋼精密鑄造件。零件的毛坯選擇時(shí)，考慮以下3種方案：（1）選鐓粗成圓盤類自由鍛件，進(jìn)行切削加工。優(yōu)點(diǎn)：毛坯制造方便，1Cr13鑄造性能尚可。缺點(diǎn)：毛坯加工量極大，金屬消耗多。毛坯加工后，葉片處鍛造纖維組織被切斷，使葉片受力部位處于不良狀態(tài)，且葉片具有方向性。目前二十八頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：材質(zhì)機(jī)械性能好，纖維組織基本不切斷。缺點(diǎn)：a.軸流轉(zhuǎn)子形狀復(fù)雜，不能容易從鍛模中取出。葉片間整模塊無法起模。b.采用分塊的鍛造模具，成本太高，精密程度達(dá)不到，仍需加工，留加工余量。精密鍛造模具成本更大，且需用精度高，壓力大的專用鍛壓設(shè)備。c.飛機(jī)結(jié)構(gòu)件批量不大。每一件攤派的模具成本費(fèi)用不小。（2）選接近零件形狀的模鍛件目前二十九頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)缺點(diǎn)：制造蠟?zāi)５膲盒徒Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，采用組合蠟?zāi)r(shí)制成十七個(gè)單葉片焊在渦輪盤上精度不夠，焊接后蠟?zāi)Ｗ冃巍?yōu)點(diǎn)：a.形狀復(fù)雜、要求精度極高的葉輪類不銹鋼件非常適用熔模精鑄，而不能考慮壓鑄。尤其是批量不大、高熔點(diǎn)的黑色金屬。制造壓鑄模具成本太高，壽命低。b.比模鍛的模具制造費(fèi)低很多，壓蠟型用模具可采用鋁、低熔點(diǎn)易熔合金，起型方便。（3）改用鍛造合金采用熔模精鑄件目前三十頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)c.采用高達(dá)900℃左右的鑄型澆注，提高了金屬的流動(dòng)性，能鑄出葉尖上僅1mm厚的形狀，鑄件尺寸精確、表面粗糙度低、輪廊清晰。d.解決了鍛件切削時(shí)切斷纖維組織的弊病，葉片性能無方向性。e.鍛件改鑄件，鍛造合金改為鑄造合金。目前三十一頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)二、鍛造毛坯1.鍛造毛坯的選用條件凡受重載、交變載荷、高速旋轉(zhuǎn)的重要零件，不適宜采用鑄造毛坯，因?yàn)殍T造毛坯缺陷較多，質(zhì)量也不易控制。多采用鍛件。航空鍛造零件根據(jù)工作重要性分以下四類：1)特別重要的高載荷零件。如渦輪軸、槳軸等，對(duì)鍛造質(zhì)量要求極為嚴(yán)格。2)較為重要的中載零件。渦輪盤、葉片等，需做低倍、高倍顯微組織觀察，做硬度檢查。3)低載零件,抽樣機(jī)械性能與金相。4)普通零件,僅檢查硬度。目前三十二頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)鍛造毛坯舉例

飛機(jī)搖臂,為飛機(jī)上的中載受力件，材質(zhì)LD7鍛鋁，形狀復(fù)雜，鍛造有3種方案:(1)全部用自由鍛毛坯件，成本低，較經(jīng)濟(jì)，但腹板與深筋無法鍛成。(2)全部用模鍛毛坯件，必須設(shè)計(jì)多型槽的模鍛，但成本高，鋁合金LD7的變形流動(dòng)性差，不適宜進(jìn)行拔長(zhǎng)、滾擠。（3）自由鍛制坯-----然后摩擦壓力機(jī)預(yù)鍛（腹板與深筋），使形狀、尺寸與終鍛基本相同--------摩擦壓力機(jī)最終成型。目前三十三頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)三、焊接毛坯1.焊接毛坯選用注意事項(xiàng)及舉例

例現(xiàn)需大量生產(chǎn)一種乙炔氣瓶，該氣瓶的壁厚為4.5mm。設(shè)計(jì)壓力為6MPa，結(jié)構(gòu)如右圖所示。要求：選擇合理的氣瓶材料；確定焊縫位置；設(shè)計(jì)接頭型式；選擇焊接方法和焊接材料；擬定主要工藝過程。目前三十四頁\總數(shù)四十頁\編于十二點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：(1)選擇氣瓶材料：瓶頸和易熔塞座選20鋼，