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。

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1 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。

2 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。

3 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ZG 。 (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 等)被越来越多地用于代替钢作为轴(尤其是曲轴)的材料。

4 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)

5 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

6 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。

7 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。

8 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。

9 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(QSn )、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。

10 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

11 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。

12 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ZG 、ZG 等。

13 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。

14 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

15 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

16 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。

17 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

18 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。

19 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。

20 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。

21 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。