零件毛坯
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- 零件毛坯材料應(yīng)用技術(shù)課程教案
科目 金屬材料應(yīng)用技術(shù) 授課教師 高琪妹
課型 專業(yè)基礎(chǔ)綜合型 學(xué)校 遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院
課題 第十一章 典型工件的選材及實(shí)際用材
第一節(jié) 選材的一般原則
第二節(jié) 典型工件的選材及熱處理工藝路線設(shè)計(jì)
教學(xué)目標(biāo) 1、了解選材的一般原則
2、初步了解典型工件的選材及熱處理工藝路線設(shè)計(jì)
3、培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力
教學(xué)重點(diǎn) 選材及熱處理工藝路線設(shè)計(jì) 教學(xué)難點(diǎn) 選材及熱處理工藝路線設(shè)計(jì)
教學(xué)方法 采用啟發(fā)式、共同分析、討論、總結(jié)式
教學(xué)工具 計(jì)算機(jī)、投影儀、課件
教學(xué)內(nèi)容及步驟 教學(xué)方法的應(yīng)用 能力培養(yǎng)
一、組織教學(xué)
二、導(dǎo)入新課
三、講授新課
第十一章 典型工件的選材及實(shí)際用材
第一節(jié)選材的一般原則
一般原則是：①使用性能原則
②工藝性能原則
③經(jīng)濟(jì)性原則
使用性能是保證零件完成規(guī)定功能的必要條件。在大多數(shù)情況下，這是選材首先要考慮的問題。使用性能主要指零件在使用狀態(tài)下應(yīng)具有的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。力學(xué)性能要求，一般是在分析零件工作條件和失效形式的基礎(chǔ)上提出的。
材料的工藝性能表示材料加工的難易程度。材料的工藝性能表示材料加工的難易程度。在選材中，同使用性能相比材料的工藝性能常處于次要地位，但在某些特殊情況下，工藝性能也可成為選材考慮的主要依據(jù)。如切削加工中，大批量生產(chǎn)時(shí)，為保證材料的切削加工性，而選用易切削鋼便是一個(gè)例子。當(dāng)某一材料的性能很理想，但極難加工或加工成本較高時(shí)，則該材料是不可選的。因此，選材時(shí)必須考慮材料的工藝性能。
金屬材料（主要是鋼鐵材料）的加工工藝路線大體可分為以下三大類。
① 性能要求不高的一般零件：
毛坯—正火或退火—切削加工—零件
毛坯由鑄造或鍛軋加工獲得。如果用型材直接加工成零件，則因材料出廠前已經(jīng)退火或正火處理，可不必再進(jìn)行熱處理。一般情況下的毛坯的正火或退火，不單是為了消除鑄造、鍛造的組織缺陷和改善加工性能，還賦予零件以必要的力學(xué)性能，因而也是最終熱處理。由于零件性能要求不高，多采用比較普通的材料如鑄鐵或碳鋼制造。它們的工藝性能都比較好。
② 性能要求較高的零件：
毛坯—預(yù)先熱處理（正火、退火）—粗加工—最終熱處理（淬火、回火，固溶時(shí)效或滲碳處理等）—精加工—零件
預(yù)先熱處理是為了改善機(jī)加工性能，并為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。大部分性能要求較高的零件，如各種合金鋼、高強(qiáng)鋁合金制造的軸、齒輪等，均采用這種工藝路線。它們的工藝性能不一定都是很好的，所以要重視這些性能的分析。
③ 要求較高的精密零件：
毛坯—預(yù)先熱處理（正火、退火）—粗加工—最終熱處理（淬火、低溫口火、固溶、時(shí)效或滲碳）—半精加工—穩(wěn)定化處理或氮化—精加工—穩(wěn)定化處理—零件
這類零件除了要求有較高的使用性能外，還要有很高的尺寸精度和表面光潔度。在半精加工后進(jìn)行一次或多次精加工及尺寸的穩(wěn)定化處理。要求高耐磨性的零件還需進(jìn)行氮化處理。由于加工路線復(fù)雜，性能和尺寸的精度要求很高，零件所用材料的工藝性能應(yīng)充分保證。這類零件有精密絲杠、鏜床主軸等。
三、經(jīng)濟(jì)性原則
材料的經(jīng)濟(jì)性是選材的重要原則之一，零件材料的價(jià)格無疑應(yīng)該盡量低。材料的價(jià)格在產(chǎn)品的總成本中占有較大的比重，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，在許多工業(yè)部門中可占產(chǎn)品價(jià)格的30％～70％。
第二節(jié) 典型工件的選材及熱處理工藝路線設(shè)計(jì)
一、典型工件的工作條件、失效形式和性能要求
1．齒輪的工作條件、失效形式及性能要求
齒輪是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的零件之一，主要用于傳遞扭矩和調(diào)節(jié)速度，其工作時(shí)的受力情況如下：
① 由于傳遞扭矩，齒根承受較大的交變彎曲應(yīng)力；
② 齒面相互滑動(dòng)和滾動(dòng)，承受較大的接觸應(yīng)力，并發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦；
③ 由于換檔、啟動(dòng)或嚙合不良，齒部承受一定的沖擊。
由于齒輪的工作特點(diǎn)，其主要失效形式有以下幾種：
① 疲勞斷裂 主要發(fā)生在齒根，常常一齒斷裂引起數(shù)齒、甚至更多的齒斷裂。它是齒輪最嚴(yán)重的失效形式；
② 齒面磨損 由于齒面接觸區(qū)摩擦，使齒厚變小，齒隙增大；
③ 齒面接觸疲勞破壞 在交變接觸應(yīng)力作用下，齒面產(chǎn)生微裂紋并逐漸發(fā)展，引起點(diǎn)狀剝落；
④ 過載斷裂 主要是沖擊載荷過大造成的斷齒。
根據(jù)工作條件和失效形式，對(duì)齒輪用材提出如下性能要求：
① 高的彎曲疲勞強(qiáng)度；
② 高的接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性；
③ 輪齒心部要有足夠的強(qiáng)度和韌性。
2.軸的工作條件、失效形式及性能要求
軸是機(jī)器中最基本的零件之一，其主要作用是支承傳動(dòng)零件，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。軸的質(zhì)量好壞，直接影響機(jī)器的精度與壽命。一般軸的工作條件為：
① 傳遞一定的扭矩，承受一定的交變彎矩和拉、壓載荷；
② 軸頸承受較大的摩擦；
③ 承受一定的沖擊載荷。
由于軸的工作特點(diǎn)，其主要失效形式有以下幾種：
① 疲勞斷裂 由于受扭轉(zhuǎn)和彎曲交變載荷長(zhǎng)期作用，造成軸疲勞斷裂。這是最主要的失效形式；
② 斷裂失效 由于大載荷或沖擊載荷作用，軸發(fā)生折斷或扭斷；
③ 磨損失效 軸頸或花鍵處過度磨損。
根據(jù)工作條件和失效形式，對(duì)軸用材料提出如下性能要求：
① 良好的綜合力學(xué)性能，即強(qiáng)度、塑性、韌性有良好的配合，以防止沖擊或過載斷裂；
② 高的疲勞強(qiáng)度，以防疲勞斷裂；
③ 良好的耐磨性，防止軸頸磨損。
此外，還應(yīng)考慮剛度、切削加工性、熱處理工藝性和成本。
3. 滾動(dòng)軸承的工作條件、失效形式及性能要求
滾動(dòng)軸承是一個(gè)組件，有多種標(biāo)準(zhǔn)件可以選購(gòu)。根據(jù)滾動(dòng)軸承的工作條件，滾動(dòng)體與內(nèi)外圈滾道的接觸理論上為點(diǎn)接觸或線接觸，受載后接觸應(yīng)力較大，所以要求主要零件的材料有高的硬度、接觸疲勞強(qiáng)度、耐磨性和高的沖擊韌性和強(qiáng)度等。
4.箱體的工作條件、失效形式及性能要求
缸體在工作中承受氣壓力的拉伸和氣壓力與慣性力聯(lián)合作用下的傾覆力矩的扭轉(zhuǎn)和彎曲以及螺栓預(yù)緊力的綜合作用。因此缸體材料必須滿足下列要求：
① 有足夠的強(qiáng)度和剛度。特別是要有足夠的剛度，以減小變形，保證尺寸的穩(wěn)定性；
② 良好的鑄造性和切削性；
③ 價(jià)格低廉。
5．螺栓、鉚釘?shù)攘慵ぷ鳁l件、失效形式及性能要求
汽車結(jié)構(gòu)中的螺栓和鉚釘?shù)壤溏吜悴考饕疬B接、緊固、定位以及密封汽車各零部件的作用。在汽車行駛過程中，由于螺栓連接的零部件不同，而這些零部件所受的載荷各不相同，故不同螺栓的應(yīng)力狀態(tài)也不相同。有的承受彎曲或剪切應(yīng)力；有的承受反復(fù)交變的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力；也有的承受沖擊載荷；或同時(shí)承受上述幾種載荷。此外，由于螺栓的結(jié)構(gòu)及其所傳遞的載荷的特性，螺栓具有很高的應(yīng)力集中。因此，應(yīng)根據(jù)螺栓的受力狀態(tài)合理地選用材料。
二、典型工件的選材及熱處理工藝的設(shè)計(jì)
1.齒輪的選材及熱處理工藝的設(shè)計(jì)
根據(jù)分析齒輪選20CrMnTi硬度在56~60HRC左右，它的工藝路線為：
下料—鍛造—正火—切削加工—滲碳、淬火及低溫回火—噴丸—磨削加工
2.軸的選材及熱處理工藝的設(shè)計(jì)
根據(jù)以上分析，軸可選用45鋼。熱處理工藝為調(diào)質(zhì)處理，硬度要求為220 HB～250HB；軸頸和錐孔進(jìn)行表面淬火，硬度要求為 52HRC。它的工藝路線如下：
鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面淬火及低溫回火→磨削加工
鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面淬火及低溫回火→磨削加工
3. 滾動(dòng)軸承的選材及熱處理工藝的設(shè)計(jì)
4. 箱體的選材及熱處理工藝的設(shè)計(jì)
5. 螺栓、鉚釘?shù)鹊倪x用
四、總結(jié)
五、布置綜合作業(yè)
教師講授
電腦播放課件
頭腦風(fēng)暴法
學(xué)生進(jìn)行分類、組合
啟發(fā)式、比較式教學(xué)法
教師講授
學(xué)生歸納總結(jié)
實(shí)物展示
學(xué)生討論教師講解并總結(jié)
答疑式
分析概括能力能力
分析能力
應(yīng)用能力
分析能力
表達(dá)能力
分析能力
應(yīng)用能力
提出問題的能力、分析問題的能力
...
熱門關(guān)鍵詞： 
