3.5材料及成形工艺选择(课件）-高一《汽车机械基础》同步教学（北京理工大学出版社）

３.５　材料及成形工艺选择 ３.５.１　零件的失效分析 一个机器零件的设计质量再高。 都不能永久地使用。 总有一天会达到使用寿命而失效。所以。 为避免零件发生失效。 在选材时。 必须对零件在使用过程中可能产生的失效原因和失效机制进行分析和了解。 为选材和加工质量控制提供依据。 １.失效的概念 失效是指由于某种原因。 导致其尺寸、形状及材料的组织和性能发生变化而不能完成指定功能的现象。 以下三种情况的机械零件都认为失效: ①零件完全不能工作。 ②零件虽然能工作。 但已不能完成指定的功能。 ③零件有严重损伤。 继续工作不安全。 零件的失效有正常失效和早期失效之分。 一般地。 达到预定寿命的失效为正常失效。 下一页 返回 ３.５　材料及成形工艺选择 这种失效较为安全。 远低于预定寿命的失效为早期失效。 这种失效会带来经济损失。 甚至会造成事故。 无论哪一种失效。 都是在外力等外在因素作用下产生的。 ２.零件失效的原因 引起失效的因素很多。 涉及零件的结构设计、材料的选择、加工制造、使用和保养等诸多方面。 这些基本因素可归纳为两大方面: 设计制造过程因素(原始因素) 和维修过程因素(工况使用因素)。 就零件的失效形式而言。 与其工作条件有关。 包括应力情况(应力的种类、大小、分布、残余应力及应力集中情况等)、载荷性质(静载荷、冲击载荷、变动载荷)、温度(低温、常温、高温或交变温度)、环境介质(有无腐蚀性介质、润滑剂)及摩擦和振动条件等。 下一页 返回 上一页 ３.５　材料及成形工艺选择 ３.零件的失效形式 一般机械零件常见的失效形式有: 断裂失效(包括静载荷或冲击载荷、断裂、疲劳破坏、应力、腐蚀、破裂等)、磨损失效(包括过量的磨损、表面龟裂、麻点剥落等表面损伤失效) 和变形失效(包括过量的弹性变形或塑性变形、高温蠕变等)。 对工程构件来说。常因腐蚀而影响使用也属失效。 ３.５.２　材料及成形工艺选择原则 在进行材料及成形工艺选择时要具体问题具体分析。 一般是在满足零件使用性能要求的前提下。 再考虑材料的工艺性和总的经济性。 并要充分重视、保障环境不被污染。 符合可持续性发展要求。 材料和成形工艺的选择主要遵循以下原则: 下一页 返回 上一页 ３.５　材料及成形工艺选择 １.使用性原则 材料的使用性是指机械零件或构件在正常工作情况下材料应具备的性能。 满足零件材料的使用性保证零件完成规定功能的必要条件。 是材料和成形工艺选择应首要考虑的问题。 零件使用要求体现在对其形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等外部质量。 以及对其化学成分、组织结构、力学性能、物理性能、化学性能等内部质量的要求上。 在进行材料和成形工艺选择时。 主要从三个方面予以考虑: 零件的负载和工作情况。 对零件尺寸和重量的限制。 零件的重要程度。 下一页 返回 上一页 ３.５　材料及成形工艺选择 ２.工艺性原则 材料工艺性是指材料适应某种加工的性能。 在零件功能设计时。 必须考虑工艺性。 零件图中所示尺寸公差、表面粗糙度、结构形状等技术条件。 直接影响其加工工艺。 有些材料从零件的使用性能要求来看是完全合适的。 但无法加工制造或加工制造很困难。 成本很高。 实际上就是工艺性不好。 因此工艺性的好坏。 对零件加工的难易程度、生产效率、生产成本等方面起着十分重要的作用。 ３.经济性原则 经济性涉及材料的成本高低。 材料的供应是否充足。 加工工艺过程是否复杂。 成品率的高低以及同一产品中使用材料的品种、规格等。 下一页 返回 上一页 ３.５　材料及成形工艺选择 从选材的经济性原则考虑。 应尽可能选用价廉、货源充足、加工方便、总成本低的材料。 而且尽量减少所选材料的品种、规格。通常。 在满足零件使用性能的前提下。 尽量优先选用价廉的材料。 能用碳素钢的。 不用合金钢。 能用硅锰钢的。 不用铬镍钢。 ３.５.３　材料选择的步骤 零件材料的合理选择通常按照以下步骤进行: １) 在分析零件的工作条件、形状尺寸与应力状态后。 确定零件的技术条件。 ２) 通过分析或试验。 结合同类零件失效分析的结果。 找出零件在实际使用中的主要和次要的失效抗力指标。 以此作为选材的依据。 几种机械零件的主要失效形式和主要抗力指标见表３-３。 下一页 返回 上一页 ３.５　材料及成形工艺选择 ３) 根据力学计算。 确定零件应具有的主要力学性能指标。 通过比较选择合适的材料。然后综合考虑所选材料是否满足失效抗力指标和工艺性的要求。 以及在保证实现先进工艺和现任生产组织方面的可能性。 ４) 审核所选材料的生产经济性(包括热处理的生产成本等)。 ５) 试验、投产。 返回 上一页 图３-１　套筒铸件的生产过程 返回 图３-２　浇注系统 返回 图３-３　不同加工方法制成的齿轮的纤维分布 返回 图３-４　自由锻的基本工序