常用工程材料的选用课件

常用工程材料的选用零件失效方式断裂过量变形表面损伤过量塑性变形脆性断裂疲劳断裂低应力断裂蠕变断裂应力腐蚀断裂过量弹性变形韧性断裂磨损腐蚀接触疲劳设计不合理选材不合理加工工艺不当安装使用不正确失效分析方法1）收集证据2）断口分析，判断失效方式失效零件的残骸失效零件的资料3）测定数据，包括成分、组织和性能的分析与测试4）确定失效原因§2选材的基本原则选材原则1——材料的使用性能1、根据零件工作条件，确定其使用性能要求受力状态——拉、压、弯、扭载荷性质——静载、冲击载荷、交变载荷工作温度——低温、室温、高温、交变温度环境介质——加润滑剂、接触酸、碱、盐、海水、粉尘等其他性能——导热、导电、磁性、膨胀、辐射、比重等2、根据零件使用性能要求，确定零件使用性能指标选材原则2——材料的工艺性高分子材料成型工艺简单，切削加工性好导热性差陶瓷材料只能用SiC，金刚石砂轮磨削可加工性差金属材料加工方法多样铸、锻、焊、切削、热处理铸件——共晶合金锻件、冲压件——固溶体合金焊接结构——低碳钢、低碳合金钢高强度、大截面、形状复杂——合金钢切削加工——材料硬度，热处理改善组织及性能选材原则3——材料的经济性总成本=材料本身价格+加工费+其他（运费、安装费等）降低成本，就近取材；考虑材料生产、供应情况；选材少而集中，便于采购和管理从实际出发，全面考虑机械性能、工艺性能、生产成本。§3典型零件的选材与工艺过程一、轴类的选材与工艺1）承受一定的交变载荷或拉压载荷2）较高的耐磨性3）承受一定的冲击载荷1.特点2.对材料的要求1）高的强韧性2）高的疲劳抗力3）良好的耐磨性3.轴的分类1）受力不大，主要考虑刚度和耐磨性2）主要受弯曲、扭转的轴3）同时承受弯曲（或扭转）及拉压载荷的轴碳钢或球墨铸铁中碳钢38CrMoAlA中碳钢——45，40Cr,40MnB高淬透性钢二、齿轮的选材与工艺1）齿根承受较大的交变弯曲应力2）齿的表面承受较大的接触应力3）承受冲击载荷1.特点2.对材料的要求1）高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度2）高的硬度和耐磨性3）强度和韧性2.对材料的要求1）高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度2）齿面高的硬度和耐磨性3）齿心具有足够强度和韧性调质处理表面淬火表面强化三、箱体类的选材与工艺1.特点结构复杂2.对材料的要求1）受力较大，高强度高韧性的箱体零件铸钢2）受力不大，受静载的箱体零件灰铸铁3）受力不大，要求自重轻，导热良好的箱体零件铸造铝合金4）受力不大，要求自重轻的箱体零件工程塑料高速电主轴在卧式镗铣床上的应用越来越多，除了主轴速度和精度大幅提高外，还简化了主轴箱内部结构，缩短了制造周期，尤其是能进行高速切削，电主轴转速最高可大10000r/min以上。不足之处在于功率受到限制，其制造成本较高，尤其是不能进行深孔加工。而镗杆伸缩式结构其速度有限，精度虽不如电主轴结构，但可进行深孔加工，且功率大，可进行满负荷加工，效率高，是电主轴无法比拟的。因此，两种结构并存，工艺性能各异，却给用户提供了更多的选择。现在，又开发了一种可更换式主轴系统，具有一机两用的功效，用户根据不同的加工对象选择使用，即电主轴和镗杆可相互更换使用。这种结构兼顾了两种结构的不足，还大大降低了成本。是当今卧式镗铣床的一大创举。电主轴的优点在于高速切削和快速进给，大大提高了机床的精度和效率。卧式镗铣床运行速度越来越高，快速移动速度达到25～30m/min，镗杆最高转速6000r/min。而卧式加工中心的速度更高，快速移动高达50m/min，加速度5m/s2，位置精度0.008～0.01mm，重复定位精度0.004～0.005mm。落地式铣镗床铣刀由于落地式铣镗床以加工大型零件为主，铣削工艺范围广，尤其是大功率、强力切削是落地铣镗床的一大加工优势，这也是落地铣镗床的传统工艺概念。而当代落地铣镗床的技术发展，正在改变传统的工艺概念与加工方法，高速加工的工艺概念正在替代传统的重切削概念，以高速、高精、高效带来加工工艺方法的改变，从而也促进了落地式铣镗床结构性改变和技术水平的提高。当今，落地式铣镗床发展的最大特点是向高速铣削发展，均为滑枕式(无镗轴)结构，并配备各种不同工艺性能的铣头附件。该结构的优点是滑枕的截面大，刚性好，行程长，移动速度快，便于安装各种功能附件，主要是高速镗、铣头、两坐标双摆角铣头等，将落地铣镗床的工艺性能及加工范围达到极致，大大提高了加工速度与效率。传统的铣削是通过镗杆进行加工，而现代铣削加工，多由各种功能附件通过滑枕完成，已有替代传统加工的趋势，其优点不仅是铣削的速度、效率高，更主要是可进行多面体和曲面的加工，这是传统加工方法无法完成的。因此，现在，很多厂家都竞相开发生产滑枕式(无镗轴)高速加工中心，在于它的经济性，技术优势很明显，还能大大提高机床的工艺水平和工艺范围。同时，又提高了加工精度和加工效率。当然，需要各种不同型式的高精密铣头附件作技术保障，对其要求也很高。高速铣削给落地式铣镗床带来了结构上的变化，主轴箱居中的结构较为普遍，其刚性高，适合高速运行。滑枕驱动结构采用线性导轨，直线电机驱动，这种结构是高速切削所必需的，国外厂家在落地式铣镗床上都已采用，国内同类产品还不多见，仅在中小规格机床上采用线性导轨。高速加工还对环