机械制造基础 课件 第三章

机械制造基础机械工程材料选用单元一第三章

工程材料选择及分析Loremipsumdolorsitamet,consectetueradipiscingelit.Maecenasporttitorconguemassa.本章知识思维导图第一节

机械零件失效分析01失效概述机械零件完全破坏，不能工作机械零件虽然能工作，但达不到设计的规定功能。机械零件损坏严重，但继续工作时，不能保证安全性和可靠性。010203机械零件失效的具体表现机械零件失效的具体表现02失效的形式失效的形式断裂失效过量变形失效表面损伤失效03失效因素分析1.失效因素形式

2.失效分析方法

以机械零件的性能指标为主线，进行详细分析。以断口特征为主线，进行详细分析。第二节

金属材料的选用原则与选用程序01金属材料选用的一般原则金属材料的使用性能金属材料的工艺性能金属材料的经济性010203力学性能02金属材料选用的一般程序1)对机械零件的工作特性和使用条件进行周密分析，找出零件失效(或损坏)的方式，从而合理地确定金属材料的主要力学性能指标。

2)根据机械零件的工作条件和使用环境，对机械零件的设计和制造提出相应的技术要求，对加工工艺性和加工成本等也提出相应的基本要求。

3)根据所提出的技术条件、加工工艺性和加工成本等方面的指标，借助于各种材料手册，对金属材料进行预选。

4)对预选金属材料进行核算，以确定其是否满足使用性能、加工工艺性和加工成本等方面的要求。

5)对金属材料进行第二次选择，确定最佳选材方案。

6)通过试验、试生产和检验，最终确定合理的选材结果。02金属材料选用的一般程序物理性能使用环境无特殊要求情况经济性生产量制造工艺力学性能要求的性能、使用环境价格、交货日期在必要情况下特殊环境导热、导电质量轻铜、铝及其合金铝合金，锌、镁、钛合金耐高温低温强度耐腐蚀耐热钢、钛合金奥氏体不锈钢、铜合金、铝合金不锈钢、铜合金、钛合金强度、韧性高硬度、耐磨性弹性冷变形塑性低硬度、易切削调质钢、渗碳钢、低合金钢工具钢、轴承钢、耐磨钢弹簧钢低碳钢、低合金钢易切削钢批量大单件生产特大曲面形状复杂兼有强度要求铸铁、低碳钢、低合金钢铸铁、钢板(或棒料)铸铁、铸钢铸钢材料比价材料供应利用现有生产设备利用库存材料铸铁、热轧钢材立足国内资源采用代用材料合理进行工艺组合尽量减少相同性能的牌号一般结构件用热处理可获得高强度、耐磨性、疲劳强度轧材非合金钢特殊需要适用材料第三节

机械工程材料的合理使用小截面机械零件，无须用低合金钢或合金钢进行制造。承受纯弯曲或纯扭转的机械零件，其表面应力最大，心部最小,选用非合金钢进行制造也可满足使用要求。非合金钢、低合金钢和合金钢的合理使用非铁金属材料的合理使用铸铁与钢的合理使用非金属材料的合理使用金属材料在特殊环境和特殊性能要求下的选择0201030405第四节

典型零件选材实例01台钻部分零件选材分析序号名称材料选材分析1底座HT200用于支撑台钻其他部分，需要底座具有一定的强度；工作时夹具及工件装夹在底座上做进给运动，需要底座具有一定的硬度；工作时承受工作载荷，需要一定的吸振性能；同时底座具有凹槽和内腔结构，形状较复杂，采用铸造方法易成型，综上所述，底座材料宜选用铸铁2箱体HT200台钻的主要零件之一，切削组件、传动组件、升降组件等均安装在其中，具有多孔、内腔等结构，形状复杂，并且工作时承受多种载荷，需要具有一定的强度、耐磨性、减摩性、减振性等，综上所述，箱体材料宜选用铸铁3主轴45台钻的关键零件之一，通过它实现台钻钻削等切削运动，工作中径向须传递转矩，轴向承受切削阻力，因此主轴必须满足回转精度、刚度、热变形、抗振性、使用寿命等多方面工作要求。基于前述分析，主轴的力学性能要求较高，零件材料可选45钢，为进一步提高其力学性能，毛坯可采用锻件4圆盘总成芯与圆片需焊接为圆盘总成，故选用低碳钢，易于焊接5芯Q2356圆片Q2357弹簧盒Q235弹簧盒需进行冲压拉伸，故选用低碳钢，因其塑性较好8螺母尼龙采用尼龙材料主要基于其密封防尘效果较好表3-1台钻现用材料选用分析01台钻部分零件选材分析序号名称现用材料更换材料更换分析1手柄HT150Q235现用材料为铸铁，零件毛坯成型须采用铸造工艺，而铸造生产对环境有害，影响较大。通过更改该零件结构设计，选用Q235材料，用焊接工艺制作，可满足同样使用要求2防护罩HT150Q235现用材料为铸铁，零件毛坯成型须采用铸造工艺，而铸造生产对环境有害，影响较大。通过更改该零件结构设计，选用Q235材料，采用冲压成型，同样满足使用要求3主轴带轮HT200PE现用材料为铸铁，零件毛坯成型须采用铸造工艺，而铸造生产对环境有害，影响较大。可选用酚醛塑料(PE)等非金属材料，经济性较好，也易于成型，同样满足使用要求4电动机带轮HT200PE表3-2台钻更换材料选用分析02典型零件选材(一)轴类零件的选材1.轴类零件的工作特点1)轴类零件都要传递一定的转矩，并承受一定程度的冲击载荷，还承受一定的弯曲应力或拉压应力。

2)轴类零件都需要用轴承支承，在轴的轴颈处应具有较高的耐磨性。

3)用于制造轴类零件的材料一般要求具有多项性能指标：应具有优良的综合力学性能，以防轴发生变形和断裂；应具有高的疲劳强度，以防轴过早发生疲劳断裂；应具有良好的耐磨性，提高其使用寿命。

02典型零件选材(一)轴类零件的选材2.轴类零件的制造材料1)承受循环应力和动载荷的轴类零件，如船用推进器轴、锻锤锤杆等，应选用如30CrMnSi、40MnVB、40CrMn、40CrNiMo钢等，并进行调质处理。

2)主要承受弯曲应力和扭转应力的轴类零件，如变速器传动轴、发动机曲轴、机床主轴等，这类轴在整个横截面上所受的应力分布不均匀，表面应力较大，心部应力较小，这类轴可选用合金调质钢，如汽车、车床、铣床、磨床的主轴等常采用40Cr、45Mn2、40MnB钢等制造。

02典型零件选材(一)轴类零件的选材2.轴类零件的制造材料3)高精度、高速传动的轴类零件，如高精度磨床的主轴、镗床的主轴与镗杆、多轴自动车床的中心轴等常选用渗氮钢38CrMoAlA等，并进行调质及渗氮处理。4)对于中、低速内燃机曲轴，以及连杆、凸轮轴，选用球墨铸铁制造，不仅满足了力学性能要求，而且制造工艺简单，成本低。

02典型零件选材(二)齿轮类零件的选材

1.齿轮类零件的工作特点

2.齿轮类零件的制造材料(1)采用调质钢制造齿轮调质钢主要用于制造两种齿轮，一种是对耐磨性要求较高，而冲击韧性要求一般的硬齿面(＞40HRC)齿轮，如车床、钻床、铣床等机床的变速箱齿轮，通常采用45、40Cr、42SiMn钢等制造，齿轮经调质处理后进行表面高频感应淬火和低温回火；另一种是对齿面硬度要求不高的软齿面(≤350HBW)齿轮，这类齿轮一般在低速、低载荷下工作，如车床滑板上的齿轮、车床交换齿轮等，通常采用45、40Cr、42SiMn、35SiMn钢等制造，齿轮经调质或正火处理后使用。