内容二　典型零件的选材及工艺 一、轴类零件 轴是机器中的重要零件之一，用来支承旋转的机械零件，如齿轮、带轮等。轴与轴上的零件组合成传动部件并传递运动和动力。根据承受载荷的不同，轴可分为转轴、传动轴和心轴三种类型，如机床的主轴与丝杠、发动机曲轴、汽车后桥半轴、汽轮机转子轴及仪器仪表的轴等。 1.轴的工作条件、失效形式及性能要求 (1) 轴类零件的工作条件 1) 轴在工作时主要受交变应力和扭转应力的复合作用。 2) 轴与轴上零件有相对运动，相互间存在摩擦和磨损。 3) 轴在高速运转过程中会产生振动，使轴承受冲击载荷。 4) 多数轴会承受一定的过载载荷。

内容二　典型零件的选材及工艺 (2) 轴类零件的失效方式 1) 长期交变载荷作用下的疲劳断裂(包括扭转疲劳和弯曲疲劳断裂)。 2) 偶然过载或冲击载荷作用引起的过量变形、断裂。 3) 与其他零件相对运动时产生的表面过度磨损，轴颈被埋嵌在轴承中的硬粒子磨损等。 (3) 轴类零件的性能要求 1) 综合力学性能好，即足够的强度、塑性和一定的韧性，以防过载断裂、冲击断裂。 2) 高的疲劳强度，对应力集中敏感性低，以防疲劳断裂。 3) 足够的淬透性，热处理后表面要有高的硬度和耐磨性，以防磨损失效。 4) 良好的切削加工性能，价格便宜。

内容二　典型零件的选材及工艺 2.常用轴类零件的材料及热处理 轴类零件（尤其是重要的轴）几乎都选用金属材料，其中钢铁材料最为常见。根据轴的种类、工作条件、精度要求及轴的类型等不同，可选择的轴类材料主要有以下几种： (1) 锻钢 锻造成形的优质中碳钢或中碳合金调质钢是轴类材料的主体，如35钢、40钢、45钢、50钢(其中以45钢最为常见)等，经正火或调质+局部表面淬火热处理改善性能。 (2) 铸钢 对于形状极为复杂或尺寸较大的轴，可采用铸钢制造，如ZG230-450。 (3) 铸铁 近几十年来，球墨铸铁(如QT700-2)和高强度灰铸铁(如HT300、KTZ 550-06等)被越来越多地用于代替钢作为轴(尤其是曲轴)的材料。

图13-1 C6132型卧式车床的主轴简图(其他参数略) 内容二　典型零件的选材及工艺 3.典型轴的选材及工艺分析 (1)机床主轴　图13-1所示为C6132型卧式车床的主轴简图。 1) 机床主轴的工作条件。 2)机床主轴的材料及热处理。 3)机床主轴的加工路线。 图13-1　C6132型卧式车床的主轴简图(其他参数略)

内容二　典型零件的选材及工艺 (2) 内燃机曲轴　曲轴是另外一种类型的轴类零件，是内燃机中形状复杂而又重要的零件之一，其作用是输出内燃机功率，并驱动内燃机内的其他运动机构。 1)曲轴的工作条件。 2)曲轴的材料及热处理。 3)曲轴的加工路线。 ① 铸造曲轴的典型加工路线：铸造→高温正火→高温回火→切削加工→轴颈气体渗碳。 ② 锻钢曲轴的典型加工路线：下料→模锻→调质→切削加工→轴颈表面淬火。 图13-2　175A型农用柴油机曲轴简图

内容二　典型零件的选材及工艺 二、齿轮类零件 齿轮是应用极广的重要机械零件，其主要作用是传递转矩（力或能），改变运动速度或方向。不同种类的齿轮，其工作条件、失效形式和性能要求有所差异，但也具有共同特点。 1.齿轮的工作条件、失效形式及性能要求 (1) 齿轮的工作条件 1) 由于传递转矩，齿轮类似一根受力的悬臂梁，齿根处要承受很大的交变弯曲应力。 2) 换挡、起动或啮合不均时，齿部要承受一定的冲击载荷。 3) 齿轮通过齿面的接触传递动力，啮合齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及强烈摩擦。

内容二　典型零件的选材及工艺 (2) 齿轮的主要失效形式 按照工作条件的不同，齿轮的失效形式主要有以下几种： 1) 疲劳断裂。 2) 齿面损伤。 3)齿面剥落。 4)过载断裂。 (3) 齿轮的性能要求 1) 高的弯曲疲劳强度，特别是齿根处要有足够的强度。 2) 高的接触疲劳强度和耐磨性，以提高齿面硬度和耐磨性。 3) 较高的强度和冲击韧度，防止齿轮的过载断裂。 4)较好的热处理工艺性能，如热处理变形小等。

内容二　典型零件的选材及工艺 2.齿轮类零件的选材 齿轮材料一般选用低、中碳钢或合金钢，经表面强化处理后，表面强度和硬度高，心部韧性好，工艺性能好，经济上也较合理。 (1) 锻钢 锻钢是齿轮的主要材料，通常重要用途的齿轮大多采用锻钢制造。 (2) 铸钢 铸钢齿轮的力学性能比锻钢要差，故较少使用。 (3) 铸铁 灰铸铁齿轮具有优良的减摩性、减振性，工艺性能好且成本低，其主要缺点是强韧性差，故多用于制造一些低速、轻载、不受冲击的非重要齿轮，常采用的铸铁牌号有HT200、HT250、HT350等。

内容二　典型零件的选材及工艺 (4) 非铁金属 在仪器仪表及某些腐蚀性介质中工作的轻载齿轮，常采用耐蚀、耐磨的非铁金属材料制造，其中最主要的是铜合金，如黄铜(H62)、铝青铜(QAl9-4)，锡青铜(QSn6.5-0.1)、硅青铜(QSi3-1)等。 综上所述，开式传动齿轮，低速、轻载、不受冲击或冲击较小的齿轮宜选用相对廉价的材料，如铸铁、碳钢等；闭式传动齿轮，或中高速、中重载、承受一定甚至较大冲击的齿轮则宜选用相对较好的材料，如优质碳素结构钢或合金结构钢，还必须进行表面强化处理。在齿轮副选材时，为使两齿轮的寿命相近并防止咬合现象，大、小齿轮宜选用不同的材料，且两者硬度要求也应有所差异，通常小齿轮应选相对好的材料，其硬度要求也较高一些。

内容二　典型零件的选材及工艺 3.典型齿轮的选材及工艺分析 (1) 机床齿轮 1)机床齿轮的工作条件。2) 机床齿轮的材料及热处理。 3)机床齿轮的加工路线。 (2) 汽车及拖拉机齿轮 汽车及拖拉机等动力车辆的齿轮主要分装在变速器和差速器中。 1) 汽车及拖拉机齿轮的工作条件。 2) 汽车及拖拉机齿轮的选材及热处理。 3)汽车及拖拉机齿轮的加工路线。 图13-3　汽车变速齿轮

内容二　典型零件的选材及工艺 三、箱座类零件 1.箱座类零件的工作条件、失效形式及对材料的性能要求 (1)工作条件　箱座类零件是整台机器或部件装配的基础，其结构一般都比较复杂，工作条件相差很大。 (2)主要失效形式1)变形失效。2)断裂失效。3)磨损失效。 (3)性能要求 1)具有一定的硬度和抗压强度，以便有足够的支承力承托起其他结构和载荷 2)具有高的尺寸精度及形状精度，才能起到定位准确、密封可靠的作用。 3)具备较高的刚度及较好的稳定性，以便箱座类零件在长期使用过程中产生尽可能小的畸变，满足工作性能要求。 4)应具有良好的成形工艺性，即铸造工艺性能。 5)还应具有较小的热处理变形量。

内容二　典型零件的选材及工艺 2.箱座类零件的常用材料及热处理 箱座类零件具有形状复杂、体积较大、壁薄的特点，一般选用铸造毛坯。而对于单件的箱体，多采用焊接结构。 (1)铸铁　对于工作平稳和中等载荷的机座或箱体，如要求减振性好的机床床身，一般选用灰铸铁，如HT150、HT200、HT300等。 (2) 铸造铝合金　要求质量轻、散热良好的箱座，如飞机发动机气缸体等，多采用铝合金铸造。 (3) 铸钢　对于载荷较大、承受冲击的机座或箱体，如果在强度方面有特别的要求，如轧钢机机架、汽轮机机座等，可采用铸钢材料，常用牌号为ZG230-450、ZG270-500等。

内容二　典型零件的选材及工艺 (4) 焊接结构　对于单件生产的机座或箱体，为了制造简便，缩短生产周期，可采用焊接结构，如用Q235、Q345等钢制造；对于有些机器，如挖掘机底座、支架及船用柴油机底座等，为了减轻质量，也都采用焊接结构。 采用灰铸铁生产的箱体，常用去应力退火来消除其铸造内应力，以减少变形，防止开裂。有时还可采用消除铸件白口组织，改善切削加工性的退火，对于箱体中某些要求耐磨的部位，还可进行表面淬火。采用球墨铸铁生产的箱体，一般应用去应力退火来消除其较大的内应力，还可采用正火或淬火来提高其强度和耐磨性；而采用铸钢生产的箱体，需用去应力退火来消除比铸铁件更大的内应力，再通过调质来提高箱体的综合力学性能。

内容二　典型零件的选材及工艺 3.典型箱座类零件的选材 (1) 普通卧式车床床身 现以普通卧式车床床身为例，分析其选材和热处理工艺。 1) 工作条件。2)选材及热处理。 (2) 汽车发动机气缸体 汽车发动机气缸体的结构如图13-4所示。 1) 工作条件。 2)选材及热处理。 对铸铁件应进行去应力退火或时效处理；对铝合金铸件应根据成分不同，进行退火或淬火加时效处理。 图13-4　汽车发动机气缸体

图13-5 常见的弹簧 a)螺旋弹簧 b)蜗卷弹簧 c)碟形弹簧 d)板弹簧 内容二　典型零件的选材及工艺 四、弹簧 弹簧是一种重要的机械零件，它的基本作用是利用材料的弹性和弹簧本身的结构特点，在载荷作用下产生变形时，把机械功或动能转变为形变能；在恢复变形时，把形变能转变为动能或机械功。弹簧的种类有很多，可按形状分为螺旋弹簧（压缩、拉伸及扭转弹簧）、蜗卷弹簧、碟形弹簧、板弹簧等，如图13⁃5所示。 图13-5　常见的弹簧 a)螺旋弹簧　b)蜗卷弹簧　c)碟形弹簧　d)板弹簧

内容二　典型零件的选材及工艺 1.弹簧的工作条件、失效形式及对材料的性能要求 (1) 弹簧的工作条件 1)弹簧在外力作用下压缩、拉伸、扭转时，材料将承受弯曲应力或扭转应力。 2)缓冲、减振或复原用的弹簧承受交变应力和冲击载荷的作用。 3)某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用。 (2) 弹簧的失效形式 1)塑性变形。2)疲劳断裂。3)快速脆性断裂。4) 腐蚀断裂失效。5)高温失效。 (3) 弹簧的性能要求 1)高的弹性极限和高的屈强比。2)高的疲劳强度。3)足够的塑性、韧性。4)好的材质和表面质量。 5)某些弹簧需要材料具有良好的耐蚀性和耐热性，以保证在腐蚀性介质和高温条件下的使用性能。 6)特殊条件下工作的弹簧还应具有某些特殊性能，如耐热性、耐蚀性等。

内容二　典型零件的选材及工艺 2.弹簧的选材及热处理 弹簧的种类有很多，承受的载荷大小相差悬殊，使用条件和环境各不相同。制造弹簧的材料也有很多，金属材料、非金属材料（如塑料、橡胶）都可用来制造弹簧。 3.典型弹簧零件的选材 (1)汽车板簧　汽车板簧的结构如图13-6所示。 1)工作条件及失效形式。2)选材及热处理。 3)加工路线。 图13-6　汽车板簧的结构

内容二　典型零件的选材及工艺 (2)气门弹簧　内燃机气门弹簧是一种压缩螺旋弹簧，其用途是在凸轮、摇臂或挺杆的联合作用下，使气门打开和关闭，承受的应力不是很大，可采用淬透性比较好、晶粒细小、有一定耐热性的50CrVA制造，其加工路线如下：冷拔→退火→校直冷卷成形→淬火加中温回火→喷丸强化→两端磨平。 将冷拔退火后的盘条校直后用自动卷簧机卷制成螺旋状，切断后两端并紧，经850~860℃加热后油淬，再经520℃回火，组织为回火托氏体，喷丸后两端磨平。这种弹簧的弹性好，屈服强度和疲劳强度高，且具有一定的耐热性。

内容二　典型零件的选材及工艺 五、常用刀具 切削加工使用的车刀、铣刀、钻头、锯条、丝锥、板牙等工具统称为刀具。 1.刀具的工作条件、失效形式及对材料的性能要求 (1) 刀具的工作条件 1)刀具在切削材料时，受到被切削材料挤压，刃部受到很大的弯曲应力。 2)刀具刃部与被切削材料产生强烈摩擦时，其刃部温度可升到500～600℃。 3)机用刀具往往承受较大的冲击与振动。 (2) 刀具的失效形式 1)磨损 2)断裂。3)刃部软化。 (3) 刀具材料的性能要求　根据刀具的工作条件和主要失效形式，要求刀具材料具备以下主要性能： 1)高硬度。2)高耐磨性。3)高的热硬性。4)良好的强韧性。5)高的淬透性。

内容二　典型零件的选材及工艺 刀具材料除了应具有以上优良性能外，一般还应具有良好的工艺性和经济性。 2.刀具的选材及热处理 制造刀具的材料包括碳素工具钢、低合金工具钢、高速钢、硬质合金和陶瓷等，根据刀具的使用条件和性能要求不同进行选用。 1) 碳素工具钢刀具。 2)低合金工具钢刀具。 3)高速钢刀具。 4)硬质合金刀具。 5)陶瓷刀具。

内容二　典型零件的选材及工艺 3.典型刀具选材举例 丝锥和板牙是分别用来加工内、外螺纹的切削刀具，要求具有高的硬度（59～64HRC）和耐磨性，为了防止它们在使用过程中的扭断（折断）或崩刃，还必须具有足够的强度和韧性。丝锥和板牙的失效形式主要是磨损和扭断。