機(jī)械工程基礎(chǔ)第2版-材料和毛坯的選擇

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機(jī)械工程基礎(chǔ)第2版,主編,第十章　材料和毛坯的選擇,第一節(jié)　材料的選擇第二節(jié)　毛坯的選擇,第一節(jié)　材料的選擇,一、選材的基本原則　　選擇機(jī)械零件材料的基本原則是在保證零件使用性能的前提下，要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟(jì)性。1.材料的使用性能2.材料的工藝性能3.材料的經(jīng)濟(jì)性,表１０-１　我國常用金屬材料的相對價格,第一節(jié)　材料的選擇,表１０-２　常用熱處理方法的相對加工費(fèi)用,二、典型零件的選材1.齒輪類零件(１)齒輪的作用　齒輪是各種機(jī)械、儀表中應(yīng)用最廣的傳動零件，其作用是傳遞動力、改變運(yùn)動速度和方向。,第一節(jié)　材料的選擇,(２)齒輪的工作條件及失效形式　齒輪工作時，齒根受很大的交變彎曲應(yīng)力，并有應(yīng)力集中；齒面間相互有滑動、滾動并承受接觸應(yīng)力；起動、變速、變向或嚙合不均勻時，承受沖擊載荷作用。(３)對齒輪材料的主要性能要求１)具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。２)齒面具有高的硬度和耐磨性。３)齒輪心部具有足夠強(qiáng)度和韌性。４)良好的可加工性及熱處理時變形小。(４)常用齒輪材料　常用齒輪材料是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。,第一節(jié)　材料的選擇,１)輕載、低速、小沖擊載荷、精度低的軟齒面(硬度小于等于３５０ＨＢＷ)的齒輪，如車床掛輪箱齒輪、溜板箱齒輪，常用４５、４０Ｃｒ鋼制造，經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)后使用。２)中載、中速、傳動平穩(wěn)、耐磨性較好、沖擊韌度要求一般的硬齒面(硬度大于３５０ＨＢＷ)的齒輪，如車床、銑床、鉆床的變速箱齒輪，通常采用４５、４０Ｃｒ、４０ＭｎＢ鋼制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)后高頻淬火及低溫回火，齒面硬度可達(dá)５０～５５ＨＲＷ。３)高速、重載、大沖擊載荷、硬度要求高(大于５５ＨＲＷ)的齒輪，如汽車、拖拉機(jī)的變速箱和后橋齒輪，常用２０ＣｒＭｏ、２０ＣｒＭｎＴｉ、２０ＣｒＭｎＭｏ等制造，經(jīng)滲碳、淬火及低溫回火后，齒面的硬度達(dá)到５８～６３ＨＲＷ，因淬透性好，齒心部有較高的強(qiáng)韌性。,第一節(jié)　材料的選擇,４)載荷平穩(wěn)、潤滑條件好、熱處理變形要求小的精密傳動齒輪或磨齒有困難的內(nèi)齒輪，可用３８ＣｒＭｏＡｌＡ鋼制造，經(jīng)調(diào)質(zhì)及滲氮處理后，齒面硬度高達(dá)８５０～１２００ＨＶ(相當(dāng)于７０ＨＲＷ)。2.軸類零件(１)軸的作用　軸是機(jī)械設(shè)備中重要零件之一，其作用是支承傳動件并傳遞運(yùn)動和動力。(２)軸的工作條件及失效形式　大多數(shù)軸承受交變扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和彎曲應(yīng)力作用，軸頸承受摩擦作用。(３)軸類零件的性能要求１)高的彎曲和扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度。２)優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。,第一節(jié)　材料的選擇,３)軸頸有高的硬度和耐磨性。４)具有一定的淬透性。(４)軸類零件常用材料　軸的材料主要采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。１)對于承受交變拉、壓應(yīng)力作用截面尺寸較大的軸，如船用推進(jìn)器軸、鍛錘錘桿等，由于整個截面受力均勻，應(yīng)選用淬透性高的調(diào)質(zhì)鋼，如４０ＭｎＶＢ、３０ＣｒＭｎＳｉ、４０ＣｒＭｎＭｏ等，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。２)主要受彎曲、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力作用的軸，如機(jī)床主軸、變速箱的傳動軸等。,第一節(jié)　材料的選擇,３)高速、高精度、表面要求高硬度的傳動軸，如精密磨床主軸、鏜床主軸等，常鋼３８ＣｒＭｏＡｌＡ，經(jīng)調(diào)質(zhì)及滲氮處理后，表面有高的硬度、耐磨性、抗蝕性及疲勞４)中、低速的內(nèi)燃機(jī)曲軸、凸輪軸，可選用球墨鑄鐵代替調(diào)質(zhì)鋼，以降低材料和制造成本。3.箱體類零件(１)箱體的作用　箱體是機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)零件，其主要作用是保證箱體內(nèi)各運(yùn)動件具有正確的相對位置，并支承這些零件達(dá)到協(xié)調(diào)地正常運(yùn)轉(zhuǎn)。(２)受力情況　箱體承受被其支承的零部件的重力及它們之間的作用力或沖擊載荷作用。,第一節(jié)　材料的選擇,(３)性能要求　箱體應(yīng)具有足夠的抗壓強(qiáng)度和剛度、良好的耐磨性和減振性。(４)箱體類零件材料　對于主要承受靜壓力，或要求減振的箱體，如機(jī)床主軸箱、進(jìn)給箱等，常選用灰鑄鐵(如ＨＴ２００、ＨＴ２５０等)；受力不大、要求耐大氣腐蝕、自重輕、導(dǎo)熱性好的箱體，如汽車發(fā)動機(jī)缸蓋，常用鑄造鋁合金(如ＺＡｌＳｉ９Ｍｇ等)；受力較大，要求強(qiáng)度高，韌性好的箱體，如變速箱，可選用鑄鋼(如ＺＧ２００-４００等)。,第二節(jié)　毛坯的選擇,一、毛坯的類型(1)鑄件　鑄造生產(chǎn)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可以制造形狀復(fù)雜的，特別是內(nèi)腔復(fù)雜的毛坯；也可以制造大型的機(jī)械結(jié)構(gòu)、難以切削加工的零件、特殊成分的合金毛坯等。(2)鍛件　鍛造生產(chǎn)的毛坯最大的特點(diǎn)是鍛件中晶粒細(xì)化并有方向性纖維組織，提高了力學(xué)性能。(3)焊件　焊件結(jié)構(gòu)輕便、節(jié)省材料，氣密性和強(qiáng)度比鑄件高，應(yīng)用廣泛。(4)型材　用于制造機(jī)械零件的型材有圓鋼、方鋼、六角鋼、扁鋼、角鋼、槽鋼等。二、毛坯選擇的原則,第二節(jié)　毛坯的選擇,(1)保證零件的使用要求　零件使用要求包括對零件形狀、尺寸、精度、表面質(zhì)量和化學(xué)成分、金屬組織的要求，及工作條件對零件性能的要求。(2)降低制造成本　零件的制造成本包括本身的材料費(fèi)、消耗的燃料和動力費(fèi)、工資、設(shè)備和工藝裝備的折舊費(fèi)，以及其他輔助性費(fèi)用。三、典型零件的毛坯選用(1)軸、桿類零件　常見的軸、桿類零件有實(shí)心軸、空心軸、臺階軸、曲軸、連桿件等。(2)盤、套類零件　常見的盤、套類零件有齒輪、帶輪、軸承端蓋、聯(lián)軸器、套環(huán)等。,第二節(jié)　毛坯的選擇,(3)箱體類零件　箱體一般具有形狀復(fù)雜、體積較大、壁厚較小的特點(diǎn)，因而一般選用鑄件毛坯。１.材料的選擇原則1)材料的使用性能應(yīng)滿足使用要求。２)材料的工藝性能應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求(工藝性能原則)。３)必須考慮材料的經(jīng)濟(jì)性。２.毛坯的選擇原則１)首先保證零件的使用要求。２)在保證零件的使用要求的前提下，降低制造成本。1.簡述選材的基本原則、方法及步驟。2.選擇毛坯的原則是什么?3.下列零件，采用什么方法制造毛坯比較合理：,第二節(jié)　毛坯的選擇,(１)形狀復(fù)雜的要求減振的大型機(jī)座。(２)大批量生產(chǎn)的重載中、小型齒輪。(３)薄壁杯狀的低碳鋼零件。(４)形狀復(fù)雜的鋁合金構(gòu)件。,