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选材实例:典型零件的优化

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:以上各类零件的选材,只能作为机械零件选材时进行类比的参照。重要零件在初选后,需进行强度计算校核,确定零件尺寸后,还需审查所选材料淬透性是否符合要求,并确定热处理技术条件。目前比较好的方法是,根据零件的工作条件和失效方式,对零件可选用的材料进行定量分析,然后参考有关经验作出选材的最后决定。

选材实例:典型零件的优化

1.机床主轴

机床主轴是典型的受扭转-弯曲复合作用的轴件,它受的应力不大(中等载荷),承受的冲击载荷也不大,如果使用滑动轴承,轴颈处要求耐磨。因此大多采用45钢制造,并进行调质处理,轴颈处由表面淬火来强化。载荷较大时则用40Cr等低合金结构钢来制造。

车床主轴的选材结果如下。

材料:45钢。

热处理:整体调质,轴颈及锥孔表面淬火。

性能要求:整体硬度220~240HBS;轴颈及锥孔处硬度52HRC。

工艺路线:锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火及低温回火→磨削。

该轴工作应力很低,冲击载荷不大,45钢处理后屈服极限可达400MPa以上,完全可满足要求。现在有部分机床主轴已经可以用球墨铸铁制造。

2.拖拉机半轴

汽车半轴是典型的受扭矩的轴件,但工作应力较大,且受相当大的冲击载荷。最大直径达50mm左右,用45钢制造时,即使水淬也只能使表面淬透深度为10%半径。为了提高淬透性,并在油中淬火防止变形和开裂,中、小型汽车的半轴一般用40Cr制造,重型车用40CrMnMo等淬透性很高的钢制造。

例:铁牛45半轴

材料:40Cr。

热处理:整体调质。

性能要求:杆部37~44HRC;盘部外圆24~34HRC。

工艺路线:下料→锻造→正火→机械加工→调质→盘部钻孔→磨花键。

3.机床齿轮(www.xing528.com)

机床齿轮工作条件较好,工作中受力不大,转速中等,工作平稳无强烈冲击,因此其齿面强度、心部强度和韧性的要求均不太高,一般用45钢制造,采用高频淬火表面强化,齿面硬度可达52HRC左右,这对弯曲疲劳或表面疲劳是足够了。齿轮调质后,心部可保证有220HBS左右的硬度及大于4kgf·m/cm2冲击韧性,能满足工作要求。对于一部分要求较高的齿轮,可用合金调质钢(如40Cr等)制造。这时心部强度及韧性都有所提高,弯曲疲劳及表面疲劳抗力也都增大。

例:普通车床床头箱传动齿轮。

材料:45钢。

热处理:正火或调质,齿部高频淬火和低温回火。

性能要求:齿轮心部硬度为220~250HBS;齿面硬度52HRC。

工艺路线:下料→锻造→正火或退火→粗加工→调质或正火→精加工→高频淬火→低温回火(拉花键孔)→精磨。

4.拖拉机齿轮

拖拉机齿轮的工作条件远比机床齿轮恶劣,特别是主传动系统中的齿轮,它们受力较大,超载与受冲击频繁,因此对材料的要求更高。由于弯曲与接触应力都很大,用高频淬火强化表面不能保证要求,所以拖拉机的重要齿轮都用渗碳、淬火进行强化处理。因此这类齿轮一般都用合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi等制造,特别是后者在我国拖拉机齿轮生产中应用最广。为了进一步提高齿轮的耐用性,除了渗碳、淬火外,还可以采用喷丸处理等表面强化处理工艺。喷丸处理后,齿面硬度可提高1~3HRC单位,耐用性可提高7~11倍。

例:拖拉机后桥圆锥主动齿轮。

材料:20CrMnTi钢。

热处理:渗碳、淬火、低温回火,渗碳层深度可达1.2~1.6mm。

性能要求:齿面硬度58~62HRC,心部硬度33~48HRC。

工艺路线:下料→锻造→正火→切削加工→渗碳、淬火、低温回火→磨加工。

以上各类零件的选材,只能作为机械零件选材时进行类比的参照。其中不少是长期经验积累的结果。经验固然很重要,但若只凭经验是不能得到最好的效果的。在具体选材时,还要参考有关的机械设计手册、工程材料手册,结合实际情况进行初选。重要零件在初选后,需进行强度计算校核,确定零件尺寸后,还需审查所选材料淬透性是否符合要求,并确定热处理技术条件。目前比较好的方法是,根据零件的工作条件和失效方式,对零件可选用的材料进行定量分析,然后参考有关经验作出选材的最后决定。

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