(机械加工)典型零件的选材及工程材料的应用课件.ppt
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- 机械加工 机械 加工 典型 零件 选材 工程 材料 应用 课件
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1、第1页,共62页。第2页,共62页。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。使用性能主要指零件在使用状态下应具有的力学性能、物理使用性能主要指零件在使用状态下应具有的力学性能、物理性能和化学性能。性能和化学性能。第3页,共62页。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其加工工艺路线大体可
2、分为可分为: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,共62页。第5页,共62页。第6页,共62页。传动轴第7页,共62页。第8页,共62页。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
3、)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,共62页。(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。它是齿轮最严主要发生在齿根。它是齿轮最严重的失效形式。重的失效形式。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,共62页。(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
4、 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,共62页。编辑本段生产过程和工艺过程生产过程是指从原材料(或半成品)制成产品的全部过程。对机器生产而言包括原材料的运输和保存,生产的准备,毛坯的制造,零件的加工和热处理,产品的装配、及调试,油漆和包装等内容。生产过程的内容十分广泛,现代企业用系统工程学的原理和方法组织生产和指导生产,将生产过程看成是一个具有输入和输出的生产系统。能使企业的管理科学化,使企业更具应变力和竞争力。在生产过程中,直接改变原材料(或毛坯)形状、尺寸和性能,使之变为成品的过程,称为工艺过程。
5、它是生产过程的主要部分。例如毛坯的铸造、锻造和焊接;改变材料性能的热处理1;零件的机械加工等,都属于工艺过程。工艺过程又是由一个或若干个顺序排列的工序组成的。工序是工艺过程的基本组成单位。所谓工序是指在一个工作地点,对一个或一组工件所连续完成的那部分工艺过程。构成一个工序的主要特点是不改变加工对象、设备和操作者,而且工序的内容是连续完成的。例如图32-1中cc1的零件,其工艺过程可以分为以下两个工序:工序1:在车床上车外圆、车端面、镗孔和内孔倒角;工序2:在钻床上钻6个小孔。在同一道工序中,工件可能要经过几次安装。工件在一次装夹中所完成的那部分工序,称为安装。在工序1中,有两次安装。第一次安装
6、:用三爪卡盘夹住 外圆,车端面C,镗内孔,内孔倒角,车外圆。第二次安装:调头用三爪盘夹住外圆,车端面A和B,内孔倒角。编辑本段生产类型生产类型通常分为三类。1单件生产 单个地生产某个零件,很少重复地生产。2成批生产 成批地制造相同的零件的生产。3大量生产 当产品的制造数量很大,大多数工作地点经常是重复进行一种零件的某一工序的生产。拟定零件的工艺过程时,由于零件的生产类型不同,所采用的加方法、机床设备、工夹量具、毛坯及对工人的技术要求等,都有很大的不同。编辑本段加工余量加工余量概述为了加工出合格的零件,必须从毛坯上切去的那层金属的厚度,称为加工余量。加工余量又可分为工序余量和总余量。某工序中需要
7、切除的那层金属厚度,称为该工序的加工余量。从毛坯到成品总共需要切除的余量,称为总余量,等于相应表面各工序余量之和。机床在工件上留加工余量的目的是为了切除上一道工序所留下来的加工误差和表面缺陷,如铸件表面冷硬层、气孔、夹砂层,锻件表面的氧化皮、脱碳层、表面裂纹,切削加工后的内应力层和表面粗糙度等。从而提高工件的精度和表面粗糙度。加工余量的大小对加工质量和生产效率均有较大影响。加工余量过大,不仅增加了机械加工的劳动量,降低了生产率,而且增加了材料、工具和电力消耗,提高了加工成本。若加工余量过小,则既不能消除上道工序的各种缺陷和误差,又不能补偿本工序加工时的装夹误差,造成废品。其选取原则是在保证质量
8、的前提下,使余量尽可能小。一般说来,越是精加工,工序余量越小。机械加工余量标准1主题内容与适用范围 本标准规定了磨削加工的加工余量。本标准适用于磨削各类材料时的加工余量。机械零件是由若干个表面组成的,研究零件表面的相对关系,必须确定一个基准,基准是零件上用来确定其它点、线、面的位置所依据的点、线、面。根据基准的不同功能,基准可分为设计基准和工艺基准两类。1设计基准在零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准,称为设计基准。如图32-2所cc2示的轴套零件,各外圆和内孔的设计基准是零件的轴心线,端面A是端面B、C的设计基准,内孔的轴线是外圆径向跳动的基准。2工艺基准零件在加工和装配过程中所使用的基
9、准,称为工艺基准。工艺基准按用途不同又分为装配基准、测量基准及定位基准。(1)装配基准 装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准,称为装配基准。(2)测量基准 用以检验已加工表面的尺寸及位置的基准,称为测量基准。如图32-2中的零件,内孔轴线是检验外圆径向跳动的测量基准;表面A是检验长度L尺寸l和的测量基准。(3)定位基准 加工时工件定位所用的基准,称为定位基准。作为定位基准的表面(或线、点),在第一道工序中只能选择未加工的毛坯表面,这种定位表面称粗基准.在以后的各个工序中就可采用已加工表面作为定位基准,这种定位表面称精基准。编辑本段拟定工艺路线的一般原则机械加工工艺规程的制定,大体可分为
10、两个步骤。首先是拟定零件加工的工艺路线,然后再确定每一道工序的工序尺寸、所用设备和工艺装备以及切削规范、工时定额等。这两个步骤是互相联系的,应进行综合分析。工艺路线的拟定是制定工艺过程的总体布局,主要任务是选择各个表面的加工方法,确定各个表面的加工顺序,以及整个工艺过程中工序数目的多少等。拟定工艺路线的一般原则1、先加工基准面零件在加工过程中,作为定位基准的表面应首先加工出来,以便尽快为后续工序的加工提供精基准。称为“基准先行”。2、划分加工阶段加工质量要求高的表面,都划分加工阶段,一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。主要是为了保证加工质量;有利于合理使用设备;便于安排热处理工序;以及
11、便于时发现毛坯缺陷等。3、先面后孔1对于箱体、支架和连杆等零件应先加工平面后加工孔。这样就可以以平面定位加工孔,保证平面和孔的位置精度,而且对平面上的孔的加工带来方便。4、光整加工 光整加工后的工件独特作用也证实了二者的有机结合,具有肯定的临床疗效。编辑本段东西方医学交融(df高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)不管是中医学还是西医学,从二者现有的思维方式的发展趋势来看,均是走向现代系统论思维,中医药学理论与现代科学体系(45传染病q566丙肝964jo乙肝28jgsx甲肝gh)之间具有系统同型性,属于本质相同而描述表达方式不同的两种科学形式。可望在现代系统论思维上实现交融或统一,成为
12、中西医在新的发展水平上实现交融或统一的支撑点,希冀籍此能给(df高血压958心脏病983u6糖尿病87fr)中医学以至生命科学带来良好的发展机遇,进而对医学理论带来新的革命。编辑本段现代中医史(df4肺炎88gdg青霉素d25f肝炎df6)轴心时代中、西医学的峰巅之作。雅斯贝而斯曾说:“如果历史有一个轴心,那么我们就必须将这轴心作为一系列对全部人类都有意义的事件,发生于公元前800至200年间的这种精神历程似乎构成了这样一个轴心。本文档下载后可以修改编辑,欢迎下载收藏。第12页,共62页。2.2.齿轮零件的选材齿轮零件的选材第13页,共62页。第14页,共62页。3.3.典型齿轮选材举例典型齿
13、轮选材举例(1 1)机床齿轮)机床齿轮机床传动齿轮工作时受力不大,转速中等,工作较平稳,无强机床传动齿轮工作时受力不大,转速中等,工作较平稳,无强烈冲击,强度和韧性要求均不高,烈冲击,强度和韧性要求均不高,一般用中碳钢一般用中碳钢(如(如4545钢)钢)制造,经调质后心部有足够的强韧制造,经调质后心部有足够的强韧性,能承受较大的性,能承受较大的弯曲应力和冲击载荷弯曲应力和冲击载荷。表面采用高频淬。表面采用高频淬火强化,硬度可达火强化,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
14、磨精磨 第15页,共62页。20CrMnTi20CrMnTi钢钢具有具有较较高的力学性能,在渗碳、淬火、低温高的力学性能,在渗碳、淬火、低温回火后,表面硬度的达回火后,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)汽车齿轮工作条件工作条件较较机床机床齿轮齿轮差差,尤其是主尤其是主传动传动系系统统中的中的,受力受力较较大大,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16页,共62页。l1.1.轴的工作条件
15、、失效形式及性能要求轴的工作条件、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17页,共62页。(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
16、材料性能要求1 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18页,共62页。l2.2.轴类零件的选材轴类零件的选材l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(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
17、选用淬透性较高的钢种第19页,共62页。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C620C620车床主轴车床主轴为例进行选材。为例进行选材。第20页,共62页。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,这些部位但大端的轴颈、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。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
18、分析,车床主轴可选用45钢钢。热处理为调质处。热处理为调质处理;轴颈和椎孔进行表面淬火。理;轴颈和椎孔进行表面淬火。第21页,共62页。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-表面淬火表面淬火及低温回火及低温回火-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22页,共62页。(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
19、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造成本。件、生产批量和热处理工艺及制造成本。第23页,共62页。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、球主要由铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁以及合金铸铁等制造,如墨铸铁、珠光体可锻铸铁以及合金铸铁等制造,如ZG230ZG230450
20、450、QT700QT7002 2、KTZ450KTZ4505 5、KTZ500KTZ5004 4等。等。第24页,共62页。图是175A型农用柴油机曲轴简图。性能要求b750Mpa,整体硬度在240260HBS,轴颈表面硬度625HV,2%,ak150kJ/m2。由于在滚动轴承中工作,要求轴颈部有较高的硬度和由于在滚动轴承中工作,要求轴颈部有较高的硬度和耐磨性。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25页,共62页。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、失效形式及性能要求(
21、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26页,共62页。(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簧易产生应力腐蚀断裂失
22、效;高温下使用的弹簧易出现蠕变和应力松弛,产生永久;高温下使用的弹簧易出现蠕变和应力松弛,产生永久变形。变形。第27页,共62页。(3 3)对弹簧用材性能要求)对弹簧用材性能要求1 1)高的弹性极限和屈强比()高的弹性极限和屈强比(s/b)2 2)高的疲劳强度)高的疲劳强度3 3)好的材质和表面质量)好的材质和表面质量4 4)某些弹簧需要良好的耐蚀性和耐热性)某些弹簧需要良好的耐蚀性和耐热性第28页,共62页。l2.2.弹簧零件的选材弹簧零件的选材弹簧种类很多,载荷大小相差悬殊,使用条弹簧种类很多,载荷大小相差悬殊,使用条件和环境个不相同。件和环境个不相同。在实际生产中多选用弹性极限高的金属材
23、料在实际生产中多选用弹性极限高的金属材料来制造。来制造。l3.3.典型弹簧选材举例典型弹簧选材举例(1 1)汽车板簧)汽车板簧(2 2)火车螺旋弹簧)火车螺旋弹簧第29页,共62页。(1 1)汽车板簧)汽车板簧l汽车板簧用于减震和缓冲,承受很大的交变应力和冲击载荷,汽车板簧用于减震和缓冲,承受很大的交变应力和冲击载荷,需要高的屈服强度和疲劳强度。中重型汽车板簧用需要高的屈服强度和疲劳强度。中重型汽车板簧用50CrMn,55SiMnV钢;重型大截面板簧用钢;重型大截面板簧用55SiMnMoV、55SiMnVNb。其工艺路线为:其工艺路线为:热轧钢带(板)冲载下料热轧钢带(板)冲载下料-压力成型压
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