第十二章-機(jī)械零件的選材及毛坯的選擇

第十二章機(jī)械零件的選材及毛坯的選擇

選材的動(dòng)機(jī)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的選材；為提高產(chǎn)品性能，降低生產(chǎn)成本的選材零件在使用過(guò)程中由于失效涉及重新選材等。第一節(jié)機(jī)械零件的失效一、零件的失效系統(tǒng)、裝置或零件在加工及使用過(guò)程中喪失其規(guī)定功能的現(xiàn)象。零件的失效有達(dá)到預(yù)期壽命的正常失效，也有遠(yuǎn)低于預(yù)期壽命的早期失效。

二、零件失效的形式及失效原因（一）零件失效的形式1.過(guò)量變形失效零件在使用過(guò)程中的變形量超過(guò)允許范圍而造成的失效。

2.斷裂失效零件因斷裂而無(wú)法正常工作的失效。

3.表面損傷失效零件在工作過(guò)程中，因機(jī)械或化學(xué)作用，使其表面損傷而造成的失效。

（二）零件失效的原因1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.選材不當(dāng)及材料缺陷

3.加工過(guò)程中存在的問(wèn)題

4.安裝、使用和維護(hù)不當(dāng)

第二節(jié)機(jī)械零件的選材一、零件選材的一般原則（一）使用性原則指所選用的材料在正常工作情況下能夠滿足產(chǎn)品及零件的性能要求，是保證零件的設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)、安全耐用的必要條件。選材的最主要原則。材料的使用性能包括力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能等。對(duì)結(jié)構(gòu)零件而言，其使用性能一般以力學(xué)性能要求為主，物理性能和化學(xué)性能要求為輔；對(duì)功能元件而言，其使用性能則以各種功能特性為主，力學(xué)性能、化學(xué)性能為輔。

（二）工藝性原則指所選用的材料能否適應(yīng)各種加工工藝，經(jīng)濟(jì)、高效地生產(chǎn)出滿足規(guī)定性能及結(jié)構(gòu)要求零件的能力。1.金屬材料的工藝性能

①鑄造性能

②鍛壓性能

③焊接性能

④切削加工性能

⑤熱處理性能

2.高分子材料的工藝性能

3.陶瓷材料的工藝性能

（三）經(jīng)濟(jì)性原則1.以鐵代鋼

2.選用型材

3.優(yōu)先選用碳鋼

4.降低零件的生產(chǎn)總成本

5.優(yōu)先選用常用材料

二、選材的方法及步驟（一）零件選材的具體方法1.以綜合力學(xué)性能為主的選材

2.以疲勞強(qiáng)度為主的選材

3.以磨損為主的選材

（二）零件選材的步驟1.分析零件的工作條件及失效形式，找出引起失效的主要力學(xué)性能指標(biāo)，初步確定材料的類型、范圍。2.對(duì)同類產(chǎn)品的用材情況進(jìn)行研究，進(jìn)一步縮小材料的類型、范圍。

3.通過(guò)比較選擇合適的材料。4.確定零件的熱處理要求或其他強(qiáng)化處理方法。5.審核關(guān)鍵性能指標(biāo)要滿足使用性能要求。6.審核所選材料的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。7.投產(chǎn)前進(jìn)行小批量生產(chǎn)試驗(yàn)。

三、典型零件的選材（一）齒輪類零件的選材1.齒輪的工作條件、失效形式及力學(xué)性能要求

（1）工作條件齒輪工作時(shí)齒面因產(chǎn)生相互滑動(dòng)和滾動(dòng)，要承受較大的接觸應(yīng)力，并發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦；由于要傳遞扭鉅，齒根要承受較大的彎曲應(yīng)力；在設(shè)備啟動(dòng)、變速或齒輪嚙合不均勻時(shí)，將承受沖擊載荷的作用。

（2）失效形式①輪齒斷裂②齒面磨損③麻點(diǎn)剝落

（3）主要力學(xué)性能要求

①輪齒要有足夠高的彎曲疲勞強(qiáng)度。②齒輪表面應(yīng)有足夠高的硬度、接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性。③輪齒心部應(yīng)具有足夠高的強(qiáng)度和韌性。

2.齒輪常用材料及熱處理

（1）鋼

常用的鋼有45、40Cr、40MnB等調(diào)質(zhì)鋼和20Cr、20CrMnTi、20MnVB、18Cr2N3A、18Cr2Ni4WA等合金滲碳鋼。

（2）鑄鐵

（3）有色金屬

（4）非金屬材料

3.典型齒輪的選材及加工工藝路線

（1）機(jī)床齒輪的選材

對(duì)中碳鋼或中碳合金結(jié)構(gòu)鋼制造的齒輪常采用的加工工藝路線為：下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工或精加工→齒輪表面高頻淬火+低溫回火（或滲氮）→精磨。

常選用中碳鋼或中碳合金鋼

（2）汽車、拖拉機(jī)齒輪

常選用合金滲碳鋼（如20Cr、20MnVB、20CrMnTi、20CrMnMo、12CrNi3A、18Cr2Ni4WA等）制造，經(jīng)滲碳、淬火+低溫回火處理后使用，

滲碳鋼制造的齒輪常采用的加工工藝路線為：下料→鍛造→正火→粗加工、半精加工→滲碳、淬火+低溫回火→珩齒（或磨齒）。（二）軸類零件的選材1.軸的工作條件、失效形式及性能要求

2.常用軸類零件的材料

3.機(jī)床主軸的選材實(shí)例

（三）刃具的選材1.車刀的選材

2.絲錐和板牙的選材

（四）箱座類零件的選材第三節(jié)零件毛坯的選擇一、毛坯選擇的原則（一）滿足零件的使用性能要求（二）滿足材料的工藝性能要求（三）經(jīng)濟(jì)性原則二、常用毛坯的特點(diǎn)及生產(chǎn)成本比較鑄件鍛件沖壓件焊接件對(duì)原材料工藝性的要求流動(dòng)性好，收縮率低塑性好，變形抗力小塑性好，變形抗力小強(qiáng)度高，塑性好，淬硬性低常用材料灰鑄鐵、球墨鑄鐵、低中碳鋼、鋁合金、銅合金中碳鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼低碳鋼、奧氏體不銹鋼及銅、鋁等有色金屬低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼及鋁合金等結(jié)構(gòu)特征可生產(chǎn)較復(fù)雜的鑄件，形狀一般不受限制形狀一般較鑄件簡(jiǎn)