• 毛坯的选择包括选择毛坯材料、类别和具体的制造方法. 毛坯材料(即 零件材料) 和毛坯类型的选择是密切相关的. 因为不同的材料具有完 全不同的工艺性能. 通常选择毛坯时必须考虑以下原则.
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第二节 零件毛坯的选择
• １. 保证零件的使用要求 • 毛坯的使用要求. 是指将毛坯最终制成机械零件的使用要求. 零件的使
• 在对零件的工作条件、失效形式进行全面分析. 并根据零件的几何形 状和尺寸、工作中所受的载荷及使用寿命. 通过力学计算确定出零件 应具有的主要力学性能指标及其数值后即可利用手册选材. 但是还应 注意以下几点: 第一. 材料的性能不单与化学成分有关. 也与加工、处 理后的状态有关.
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• 上述三条原则是相互联系的. 考虑时应在保证使用要求的前提下. 力求 做到质量好、成本低和制造周期短.
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第三节 零件热处理的技术条件和工序 位置
• 热处理是机械制造过程中的重要工序. 正确分析和理解热处理的技术 条件. 合理安排零件加工工艺路线中的热处理工序. 对于改善金属材料 的切削加工性能. 保证零件的质量. 满足使用性能要求. 具有重要的意 义.
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第三节 零件热处理的技术条件和工序 位置
• １.退火、正火的工序位置 • 通常退火、正火都安排在毛坯生产之后、切削加工之前. 以消除毛坯
的内应力. 均匀组织. 改善切削加工性. 并为最终热处理做组织准备. 对于精密零件. 为了消除切削加工的残余应力. 在切削加工工序之间还 应安排去应力退火. • ２.调质处理的工序位置 • 调质工序一般安排在粗加工之后. 精加工或半精加工之前. 目的是获得 良好的综合力学性能. 或为以后的表面淬火或易变形的精密零件的整 体淬火做好组织准备. 调质一般不安排在粗加工之前. 是为了避免调质 层在粗加工时大部分被切削掉. 失去调质的作用.
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第一节 零件的失效形式和选材原则
• 如果是焊接成形. 最适宜的材料是低碳钢或低碳合金钢. 为了便于切 削加工. 一般希望钢铁材料的硬度控制在１７０ ~２３０ＨＢＳ (这可 通过热处理来调整其组织和性能).
• 不同金属材料的热处理性能是不同的. 碳钢的淬透性差. 强度不是很高. 加热时易过热而使晶粒长大. 淬火时也易变形和开裂. 因此. 制造高强 度、大截面、形状比较复杂的零件. 一般应选用合金钢
能发生变化而失去原设计的效能. 零件失效的具体表现为: 完全破坏 而不能工作. 严重损伤不能安全工作. 虽能工作. 但已不能完成规定的 功能. 零件的失效. 特别是那些没有明显征兆的失效. 往往会带来巨大 的损失. 甚至导致重大事故.一般机器零件常见的失效形式有以下三种: • １. 断裂 • 包括静载荷或冲击载荷下的断裂、疲劳断裂、应力腐蚀破裂等. 断裂 是材料最严重的失效形式. 特别是在没有明显塑性变形的情况下突然 发生的脆性断裂. 往往会造成灾难性事故.
• 由上述可知. 即使同一类零件. 由于使用要求不同. 从选择材料到选择 毛坯类别和加工方法. 可以完全不同. 因此. 在确定毛坯类别时. 必须 首先考虑工作条件对其提出的使用性能要求.
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第二节 零件毛坯的选择
• ２. 降低制造成本. 满足经济性 • 一个零件的制造成本包括其本身的材料费以及所消耗的燃料费、动力
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第一节 零件的失效形式和选材原则
• 引起零件失效的原因很多. 涉及零件的结构设计、材料的选择与使用、 加工制造、装配及维护保养等方面. 而合理选用材料就是从材料应用 上去防止或延缓失效的发生.
• 二、选材的基本原则 • (一) 材料的使用性能应满足零件的使用要求 • 使用性能是指零件在正常使用状态下. 材料应具备的性能. 包括力学性
第一节 零件的失效形式和选材原则
• 金属材料尤为明显. 所以要弄清手册中的数据是在什么加工、处理条 件下得到的. 第二. 材料的性能还与试样的尺寸有关. 且随试样截面尺 寸的增大. 其力学性能一般是降低的. 因此. 必须考虑零件尺寸与手册 中试样尺寸的差别. 并进行适当的修正. 第三. 材料的化学成分、加工、 处理的工艺参数本身都有一定的波动范围. 所以其力学性能数据也有 一个波动范围. 一般手册中的性能数据. 大多是波动范围的下限值. 即 在尺寸和处理条件相同时. 手册中的数据是偏安全的.
• 因此. 在保证使用性能的前提下. 应尽可能选用价廉、货源充足、加 工方便、总成本低的材料. 以取得最大的经济效益. 提高产品在市场上 的竞争力.
• 低合金钢的强度比碳钢高. 工艺性能接近碳钢. 因此. 选用低合金钢往 往经济效益比较显著. 在选用材料时. 还应立足于我国的资源. 并考虑 我国的生产和供应情况. 例如能用硅锰钢的. 就尽量不要用铬镍钢. 此 外. 对同一企业来说. 所选用的材料种类、规格应尽量少而集中. 以便 于采购和管理. 减少不必要的附加费用.
• (三) 选材时. 还应充分考虑经济性 • 选材时应注意降低零件的总成本. 零件的总成本包括材料本身的价格、
加工费、管理费及其他附加费用(如零件的维修费等). 据资料统计. 在 一般的工业部门中. 材料的价格要占产品价格的３０％ ~ ７０％ .
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第一节 零件的失效形式和选材原则
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第一节 零件的失效形式和选材原则
• 总之. 作为工程技术人员. 在选用材料时. 必须了解我国的资源和生产 情况. 从实际情况出发. 全面考虑材料的使用性能、工艺性能和经济性 等方面的因素. 以保证产品性能优良、成本低廉、经济效益最佳.
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第二节 零件毛坯的选择
• 除了少数要求不高的零件外. 机械上的大多数零件都要通过铸造、锻 压或焊接等加工方法先制成毛坯. 然后再经切削加工制成成品. 因此. 零件毛坯选择是否合理. 不仅影响每个零件乃至整部机械的制造质量 和使用性能. 而且对零件的制造工艺过程、生产周期和成本也有很大 的影响.
• 一、零件热处理的技术条件及标注 • 需要热处理的零件. 设计者应根据零件的性能要求. 在图样上标明零件
所用材料的牌号. 并应注明热处理的技术条件. 以供热处理生产和检验 时使用.热处理技术条件的内容包括: 零件最终的热处理方法、热处理 后应达到的力学性能指标等. 零件经热处理后应达到的力学性能指标.
第一节 零件的失效形式和选材原则
• 然后根据主要的使用性能指标来选择较为合适的材料. 有时还需要进 行一定的模拟试验来最后确定零件的材料. 对于一般的机械零件. 则主 要以其力学性能作为选材依据.对于用非金属材料制成的零件(或构件). 还应注意工作环境对其性能的影响. 因为非金属材料对温度、光、水、 油等的敏感程度比金属材料大得多.
用要求包括对零件形状和尺寸的要求. 以及工作条件对零件性能的要 求. 工作条件通常指零件的受力情况、工作温度和接触介质等. 所以对 零件的使用要求也就是对其外部和内部质量的要求. 例如机床的主轴 和手柄. 虽同属轴类零件. 但其承载及工作情况不同. 主轴是机床的关 键零件. 尺寸、形状和加工精度要求很高. 受力复杂. 在长期使用过程 中只允许发生极微小的变形. 因此选用４５ 钢或４０Ｃｒ 等具有良好 综合力学性能的材料. 经锻造制坯及严格的切削加工和热处理制成. 而 机床手柄. 尺寸、形状等要求不很高. 受力也不大. 故选用低碳钢棒料 或普通灰铸铁毛坯. 经简单的切削加工即可制成.
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第二节 零件毛坯的选择
• 不需要热处理. 再如. 燃气轮机上的叶片和电风扇叶片. 虽然同是具有 空间几何曲面形状的叶片. 但前者要求采用优质合金钢. 经过精密锻造 和严格的切削加工及热处理. 并且需经过严格的检验. 其制造尺寸的微 小偏差. 将会影响工作效率. 其内部的某些缺陷则可能造成严重的后果. 而一般电风扇叶片. 采用低碳钢薄板冲压成形或采用工程塑料成形就 基本完成了.
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第一节 零件的失效形式和选材原则
• (二) 材料的工艺性应满足加工要求 • 材料的工艺性是指材料适应某种加工的能力. 在选材中. 与使用性能比
较. 材料的工艺性能常处于次要地位. 但在某些特殊情况下. 工艺性能 也会成为选材的主要依据. 高分子材料的成形工艺比较简单. 切削加工 性比较好. 但其导热性差. 在切削过程中不易散热. 易使工件温度急剧 升高而使其变焦(热固性塑料) 或变软(热塑性塑料). 陶瓷材料成形后硬 度极高. 除了可以用碳化硅、金刚石砂轮磨削外. 几乎不能进行其他加 工. 金属材料如果用铸造成形. 最好选择共晶成分或接近共晶成分的合 金. 如果用锻造成形. 最好选用组织呈固溶体的合金.
第十二章 零件选材及加工工艺分析
• 第一节 零件的失效形式和选材原则 • 第二节 零件毛坯的选择 • 第三节 零件热处理的技术条件和工序位置 • 第四节 典型零件材料和毛坯的选择及加工工
艺分析
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第一节 零件的失效形式和选材原则
• 一、机械零件的失效形式 • 所谓失效. 是指零件在使用过程中. 由于尺寸、形状或材料的组织与性
费用、人工费、各项折旧费和其他辅助费用等分摊到该零件上的份额. 在选择毛坯的类别和具体的制造方法时. 通常是在保证零件使用要求 的前提下. 把几个可供选择的方案从经济上进行分析、比较. 从中选择 成本低廉的方案. • ３.考虑实际生产条件 • 根据使用要求和制造成本分析所选定的毛坯制造方法是否能实现. 还 必须考虑企业的实际生产条件. 只有实际生产条件能够实现的件时. 应 首先分析本厂的设备条件和技术水平能否满足毛坯制造方案的要求.
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第三节 零件热处理的技术条件和工序 位置
• 一般仅需标注出硬度值. 但对于某些力学性能要求较高的重要零件. 例如动力机械上的关键零件(如曲轴、连杆、齿轮等). 还应标出强度、 塑性、韧性指标. 有的还应提出对金相显微组织的要求. 对于渗碳件则 还应标注出渗碳淬火、回火后的硬度(表面和心部)、渗碳的部位(全部 或局部)、渗碳层深度等. 对于表面淬火零件. 在图样上应标出淬硬层 的硬度、深度与淬硬部位. 有的还应提出对显微组织及限制变形的要 求(如轴淬火后弯曲度、孔的变形量等).