机械工程基础第2版-材料和毛坯的选择

机械工程基础第2版主编第十章材料和毛坯的选择第一节材料的选择第二节毛坯的选择第一节材料的选择一、选材的基本原则选择机械零件材料的基本原则是在保证零件使用性能的前提下，要求材料有较好的加工工艺性能和经济性。1.材料的使用性能2.材料的工艺性能3.材料的经济性表１０-１我国常用金属材料的相对价格第一节材料的选择表１０-２常用热处理方法的相对加工费用二、典型零件的选材1.齿轮类零件(１)齿轮的作用齿轮是各种机械、仪表中应用最广的传动零件，其作用是传递动力、改变运动速度和方向。第一节材料的选择(２)齿轮的工作条件及失效形式齿轮工作时，齿根受很大的交变弯曲应力，并有应力集中；齿面间相互有滑动、滚动并承受接触应力；起动、变速、变向或啮合不均匀时，承受冲击载荷作用。(３)对齿轮材料的主要性能要求１)具有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。２)齿面具有高的硬度和耐磨性。３)齿轮心部具有足够强度和韧性。４)良好的可加工性及热处理时变形小。(４)常用齿轮材料常用齿轮材料是优质碳素结构钢和合金结构钢。第一节材料的选择１)轻载、低速、小冲击载荷、精度低的软齿面(硬度小于等于３５０ＨＢＷ)的齿轮，如车床挂轮箱齿轮、溜板箱齿轮，常用４５、４０Ｃｒ钢制造，经正火或调质后使用。２)中载、中速、传动平稳、耐磨性较好、冲击韧度要求一般的硬齿面(硬度大于３５０ＨＢＷ)的齿轮，如车床、铣床、钻床的变速箱齿轮，通常采用４５、４０Ｃｒ、４０ＭｎＢ钢制造，经调质后高频淬火及低温回火，齿面硬度可达５０～５５ＨＲＷ。３)高速、重载、大冲击载荷、硬度要求高(大于５５ＨＲＷ)的齿轮，如汽车、拖拉机的变速箱和后桥齿轮，常用２０ＣｒＭｏ、２０ＣｒＭｎＴｉ、２０ＣｒＭｎＭｏ等制造，经渗碳、淬火及低温回火后，齿面的硬度达到５８～６３ＨＲＷ，因淬透性好，齿心部有较高的强韧性。第一节材料的选择４)载荷平稳、润滑条件好、热处理变形要求小的精密传动齿轮或磨齿有困难的内齿轮，可用３８ＣｒＭｏＡｌＡ钢制造，经调质及渗氮处理后，齿面硬度高达８５０～１２００ＨＶ(相当于７０ＨＲＷ)。2.轴类零件(１)轴的作用轴是机械设备中重要零件之一，其作用是支承传动件并传递运动和动力。(２)轴的工作条件及失效形式大多数轴承受交变扭转应力和弯曲应力作用，轴颈承受摩擦作用。(３)轴类零件的性能要求１)高的弯曲和扭转疲劳强度。２)优良的综合力学性能。第一节材料的选择３)轴颈有高的硬度和耐磨性。４)具有一定的淬透性。(４)轴类零件常用材料轴的材料主要采用优质碳素结构钢和合金结构钢。１)对于承受交变拉、压应力作用截面尺寸较大的轴，如船用推进器轴、锻锤锤杆等，由于整个截面受力均匀，应选用淬透性高的调质钢，如４０ＭｎＶＢ、３０ＣｒＭｎＳｉ、４０ＣｒＭｎＭｏ等，经调质处理后，具有优良的综合力学性能。２)主要受弯曲、扭转应力作用的轴，如机床主轴、变速箱的传动轴等。第一节材料的选择３)高速、高精度、表面要求高硬度的传动轴，如精密磨床主轴、镗床主轴等，常钢３８ＣｒＭｏＡｌＡ，经调质及渗氮处理后，表面有高的硬度、耐磨性、抗蚀性及疲劳４)中、低速的内燃机曲轴、凸轮轴，可选用球墨铸铁代替调质钢，以降低材料和制造成本。3.箱体类零件(１)箱体的作用箱体是机械设备的基础零件，其主要作用是保证箱体内各运动件具有正确的相对位置，并支承这些零件达到协调地正常运转。(２)受力情况箱体承受被其支承的零部件的重力及它们之间的作用力或冲击载荷作用。第一节材料的选择(３)性能要求箱体应具有足够的抗压强度和刚度、良好的耐磨性和减振性。(４)箱体类零件材料对于主要承受静压力，或要求减振的箱体，如机床主轴箱、进给箱等，常选用灰铸铁(如ＨＴ２００、ＨＴ２５０等)；受力不大、要求耐大气腐蚀、自重轻、导热性好的箱体，如汽车发动机缸盖，常用铸造铝合金(如ＺＡｌＳｉ９Ｍｇ等)；受力较大，要求强度高，韧性好的箱体，如变速箱，可选用铸钢(如ＺＧ２００-４００等)。第二节毛坯的选择一、毛坯的类型(1)铸件铸造生产具有较强的适应性，可以制造形状复杂的，特别是内腔复杂的毛坯；也可以制造大型的机械结构、难以切削加工的零件、特殊成分的合金毛坯等。(2)锻件锻造生产的毛坯最大的特点是锻件中晶粒细化并有方向性纤维组织，提高了力学性能。(3)焊件焊件结构轻便、节省材料，气密性和强度比铸件高，应用广泛。(4)型材用于制造机械零件的型材有圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢等。二、毛坯选择的原则第二节毛坯的选择(1)保证零件的使用要求零件使用要求包括对零件形状、尺寸、精度、表面质量和化学成分、金属组织的要求，及工作条件对零件性能的要求。(2)降低制造成本零件的制造成本包括本身的材料费、消耗的燃料和动力费、工资、设备和工艺装备的折旧费，以及其他辅助性费用。三、典型零件的毛坯选用(1)轴、杆类零件常见的轴、杆类零件有实心轴、空心轴、台阶轴、曲轴、连杆件等。(2)盘、套类零件常见的盘、套类零件有齿轮、带轮、轴承端盖、联轴器、套环等。第二节毛坯的选择(3)箱体类零件箱体一般具有形状复杂、体积较大、壁厚较小的特点，因而一般选用铸件毛坯。１.材料的选择原则1)材料的使用性能应满足使用要求。２)材料的工艺性能应满足生产工艺的要求(工艺性能原则)。３)必须考虑材料的经济性。２.毛坯的选择原则１)首先保证零件的使用要求。２)在保证零件的使用要求的前提下，降低制造成本。1.简述选材的基本原则、方法及步骤。2.选择毛坯的原则是什么?3.下列零件，采用什么方法制造毛坯比较合理：第二节毛坯的选择(１)形状复杂的要求减振的大型机座。(２)大批量生产的重载中、小型齿轮。(３)薄壁杯状的低碳钢零件。(４)形状复杂的铝合金构件。