1、工程材料及應用工程材料及應用多媒體教案ENGINEERING MATERIALS五邑大學機電工程學院第四章第四章第四節 典型工件的選材及工藝路線設計 內容提要： 本章重點闡明齒輪、軸類零件、彈簧和刃本章重點闡明齒輪、軸類零件、彈簧和刃具的工作條件、失效形式、性能要求及選材分具的工作條件、失效形式、性能要求及選材分析，舉例說明典型工件的工藝路線。析，舉例說明典型工件的工藝路線。 學習目標： 本章是課程的重點章。要求掌握齒輪（機本章是課程的重點章。要求掌握齒輪（機床和汽車齒輪）、軸類零件、刃具的選材，進床和汽車齒輪）、軸類零件、刃具的選材，進行工藝路線分析。行工藝路線分析。 熟悉彈簧的選材。熟悉彈

2、簧的選材。2 2 軸類零件選材軸類零件選材 老師提示：老師提示：重點內容重點內容 12.2.1 12.2.1 軸類零件的工作條件軸類零件的工作條件 (1) (1) 工作時主要受交變彎曲和扭轉應力工作時主要受交變彎曲和扭轉應力的復合作用；的復合作用； (2) (2) 軸與軸上零件有相對運動軸與軸上零件有相對運動, , 相互間相互間存在摩擦和磨損；存在摩擦和磨損； (3) (3) 軸在高速運轉過程中會產生振動軸在高速運轉過程中會產生振動, , 使軸承受沖擊載荷；使軸承受沖擊載荷； (4) (4) 多數軸會承受一定的過載載荷。多數軸會承受一定的過載載荷。12.2.2 12.2.2 軸類零件的失效方式

3、軸類零件的失效方式 轉軸彎曲疲勞轉軸彎曲疲勞斷口形貌斷口形貌 (1) (1)長期交變載荷下的疲勞斷裂。長期交變載荷下的疲勞斷裂。（包括扭轉疲勞和彎曲疲勞斷裂）；（包括扭轉疲勞和彎曲疲勞斷裂）； 直升飛機螺旋槳直升飛機螺旋槳驅動齒輪軸扭斷驅動齒輪軸扭斷 (2) (2)大載荷或沖擊載荷引起的過量變形、大載荷或沖擊載荷引起的過量變形、斷裂；斷裂； (3) (3)表面過度磨損。表面過度磨損。軸頸被埋嵌在軸承中軸頸被埋嵌在軸承中的硬粒子磨損的硬粒子磨損12.2.3 12.2.3 軸類零件的性能要求軸類零件的性能要求 (1) (1) 良好的綜合機械性能，足夠強度、良好的綜合機械性能，足夠強度、塑性和一定韌

4、性塑性和一定韌性, , 以防過載斷裂、沖擊斷裂；以防過載斷裂、沖擊斷裂； (2) (2) 高疲勞強度高疲勞強度, , 對應力集中敏感性低對應力集中敏感性低, , 以防疲勞斷裂；以防疲勞斷裂； (3) (3) 足夠淬透性足夠淬透性, , 熱處理后表面要有高熱處理后表面要有高硬度、高耐磨性硬度、高耐磨性, , 以防磨損失效；以防磨損失效； (4) (4) 良好切削加工性能良好切削加工性能, , 價格便宜。價格便宜。12.2.4 12.2.4 軸類零件材料及選材方法軸類零件材料及選材方法 一、材料 經鍛造或軋制的低、中碳鋼或合金鋼制經鍛造或軋制的低、中碳鋼或合金鋼制造（兼顧強度和韌性，同時考慮疲勞抗

5、力）；造（兼顧強度和韌性，同時考慮疲勞抗力）； 一般軸類零件使用碳鋼。如一般軸類零件使用碳鋼。如3535、4040、4545、5050鋼；鋼； 載荷較大、軸頸的耐磨性要求高時采載荷較大、軸頸的耐磨性要求高時采用合金調質鋼：用合金調質鋼：40Cr40Cr、40MnB40MnB、40CrNiMo40CrNiMo 或者滲碳鋼：或者滲碳鋼：20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi 曲軸可采用球墨鑄鐵和高強度灰鑄鐵。曲軸可采用球墨鑄鐵和高強度灰鑄鐵。 二、選擇原則 根據載荷大小、類型等決定。根據載荷大小、類型等決定。 主要受扭轉、彎曲的軸，可不用淬透性主要受扭轉、彎曲的軸，可不用淬透性高的鋼種

6、；高的鋼種； 受軸向載荷軸，因心部受力較大，材料受軸向載荷軸，因心部受力較大，材料應具有較高淬透性。應具有較高淬透性。12.2.5 12.2.5 典型軸的選典型軸的選材材 一、機床主軸選材 主軸受交變彎曲主軸受交變彎曲和扭轉復合應力作用，和扭轉復合應力作用，載荷和轉速不高，沖擊載荷和轉速不高，沖擊載荷不大。載荷不大。 具有一般綜合機械具有一般綜合機械性能即可滿足要求。性能即可滿足要求。 C620C620車床主軸簡圖車床主軸簡圖 大端的軸頸、錐孔與卡盤、頂尖之間有摩大端的軸頸、錐孔與卡盤、頂尖之間有摩擦，這些部位要求有較高的硬度和耐磨性。擦，這些部位要求有較高的硬度和耐磨性。 C620C620車

7、床主軸主軸車床主軸主軸用用4545鋼制造。鋼制造。 練習：練習：制定制定工藝路線工藝路線 其它主軸材料：其它主軸材料： 載荷較大的主軸用載荷較大的主軸用40Cr40Cr鋼制造。鋼制造。 承受較大沖擊載荷和疲勞載荷的主軸承受較大沖擊載荷和疲勞載荷的主軸用合金滲碳鋼（用合金滲碳鋼（20Cr20Cr或或20CrMnTi20CrMnTi）制造。）制造。 二、內燃機曲軸選材 1. 1. 曲軸工作條件、性能要求、材料曲軸工作條件、性能要求、材料 （1 1）工作條件）工作條件 曲軸受彎曲、扭轉、剪切、拉壓、沖擊曲軸受彎曲、扭轉、剪切、拉壓、沖擊等交變應力。等交變應力。 造成曲軸的扭轉和彎曲振動，應力分布造成

8、曲軸的扭轉和彎曲振動，應力分布不均勻；不均勻； 曲軸頸與軸承有滑動摩擦。曲軸頸與軸承有滑動摩擦。 （2 2）性能要求）性能要求 失效形式主要是疲勞斷裂和軸頸嚴重磨損。失效形式主要是疲勞斷裂和軸頸嚴重磨損。 材料要有高強度、一定的沖擊韌性。材料要有高強度、一定的沖擊韌性。 要有足夠彎曲、扭轉疲勞強度和剛度。要有足夠彎曲、扭轉疲勞強度和剛度。 軸頸表面有高硬度和耐磨性。軸頸表面有高硬度和耐磨性。 （3 3）曲軸材料）曲軸材料 鍛鋼曲軸：鍛鋼曲軸：優質中碳鋼和中碳合金鋼，優質中碳鋼和中碳合金鋼，如如3535、4040、4545、35Mn235Mn2、40Cr, 35CrMo40Cr, 35CrMo鋼

9、等；鋼等； 鑄造曲軸：鑄造曲軸： 鑄鋼：鑄鋼： ZG25ZG25 球墨鑄鐵：球墨鑄鐵：QT600-3QT600-3、QT700-2 QT700-2 珠光體可鍛鑄鐵及合金鑄鐵：珠光體可鍛鑄鐵及合金鑄鐵： KTZ450-5KTZ450-5 KTZ500-4 KTZ500-4 2. 175A 2. 175A型農用柴油機曲軸選材型農用柴油機曲軸選材 （1 1）性能要求）性能要求 農用柴油機曲軸功率和承受載荷不大；但滑農用柴油機曲軸功率和承受載荷不大；但滑動軸承中工作軸頸部要有較高硬度及耐磨。動軸承中工作軸頸部要有較高硬度及耐磨。 要求要求b750 MPa,750 MPa, 2%, 2%, ak150

10、kJ/m150 kJ/m2 2 整體硬度整體硬度240 HBS240 HBS260 HBS 260 HBS 軸頸表面硬度軸頸表面硬度625 HV625 HV。175A175A型柴油機曲軸簡圖型柴油機曲軸簡圖 （2 2）曲軸材料）曲軸材料 QT700-2QT700-2 （3 3）工藝路線）工藝路線 鑄造高溫正火高溫回火切削加工鑄造高溫正火高溫回火切削加工軸頸氣體滲氮。軸頸氣體滲氮。老師提示老師提示 汽車發動機曲軸也可用汽車發動機曲軸也可用4545、40Cr40Cr鋼制造，經過模鍛、調質、鋼制造，經過模鍛、調質、切削加工后切削加工后, , 在軸頸部位進行表面在軸頸部位進行表面淬火。淬火。12.31

11、2.3 齒輪選材齒輪選材 老師提示：老師提示：重點內容重點內容12.1.1 12.1.1 齒輪的工作條件齒輪的工作條件 (1) (1) 由于傳遞扭矩，齒根承受很大的交變由于傳遞扭矩，齒根承受很大的交變彎曲應力；彎曲應力； (2) (2) 換擋、啟動或嚙合不均時，齒部承受換擋、啟動或嚙合不均時，齒部承受一定沖擊載荷；一定沖擊載荷； (3) (3) 齒面相互滾動或滑動接觸，承受很大齒面相互滾動或滑動接觸，承受很大的接觸壓應力及摩擦力的作用。的接觸壓應力及摩擦力的作用。12.1.2 12.1.2 齒輪的失效形式齒輪的失效形式(1) (1) 疲勞斷裂疲勞斷裂 主要從根部發生；主要從根部發生；(2) (

12、2) 齒面磨損齒面磨損 由于齒面接觸區摩擦，使齒由于齒面接觸區摩擦，使齒厚變小；厚變小；疲勞斷裂疲勞斷裂 齒面磨損齒面磨損 ( (3) 齒面接觸疲勞破壞齒面接觸疲勞破壞 在交變接觸應在交變接觸應力作用下，齒面產生微裂紋，微裂紋的發力作用下，齒面產生微裂紋，微裂紋的發展，引起點狀剝落展，引起點狀剝落(或稱麻點或稱麻點)； ( (4) 過載斷裂過載斷裂 主要是沖擊載荷過大造主要是沖擊載荷過大造成的斷齒。成的斷齒。 齒面剝落齒面剝落 輪齒沖擊斷裂輪齒沖擊斷裂12.1.3 12.1.3 齒輪材料的性能要求齒輪材料的性能要求 (1) (1) 高的彎曲疲勞強度；高的彎曲疲勞強度； (2) (2) 高的接觸

13、疲勞強度和耐磨性；高的接觸疲勞強度和耐磨性； (3) (3) 較高的強度和沖擊韌性。較高的強度和沖擊韌性。 (4) (4) 要求有較好的熱處理工藝性能，如要求有較好的熱處理工藝性能，如熱處理變形小等。熱處理變形小等。 12.1.412.1.4 齒輪類零件的選材齒輪類零件的選材 這類鋼的工藝性能好，經濟上也較合理，是這類鋼的工藝性能好，經濟上也較合理，是比較理想的材料。比較理想的材料。 經表面強化處理后，表面有高的強度和硬經表面強化處理后，表面有高的強度和硬度，心部有好的韌性，能滿足使用要求。度，心部有好的韌性，能滿足使用要求。 選用低、中碳鋼或其合金鋼。選用低、中碳鋼或其合金鋼。 12.1.5

14、12.1.5 典型齒輪選材舉例典型齒輪選材舉例 機機床變速箱齒輪擔負傳遞動力，改變運動床變速箱齒輪擔負傳遞動力，改變運動速度和方向的任務。工作條件較好，轉速中等，速度和方向的任務。工作條件較好，轉速中等，載荷不大，工作平穩無強烈沖擊。載荷不大，工作平穩無強烈沖擊。 機床變速箱齒輪機床變速箱齒輪 一般一般可選中碳鋼可選中碳鋼(45鋼鋼)制制造，為了提高淬透性，也可選造，為了提高淬透性，也可選用中碳合金鋼用中碳合金鋼(40Cr鋼鋼)。 工藝路線為：工藝路線為： 下料下料-鍛造鍛造-正火正火-粗加工粗加工-調質調質-精加工精加工-高頻淬火及低溫回火高頻淬火及低溫回火-精磨。精磨。 一、機床齒輪 其它

15、機床齒輪材料：其它機床齒輪材料： 沖擊載荷小的低速齒輪可采用沖擊載荷小的低速齒輪可采用HT250HT250、HT350HT350、QT500-5QT500-5、QT600-2QT600-2等鑄鐵制造。等鑄鐵制造。 機床齒輪除選用金屬齒輪外機床齒輪除選用金屬齒輪外, , 有的還有的還可改用塑料齒輪，如用聚甲醛齒輪、單體可改用塑料齒輪，如用聚甲醛齒輪、單體澆鑄尼龍齒輪澆鑄尼龍齒輪, , 工作時傳動平穩工作時傳動平穩, , 噪聲減噪聲減少少, , 長期使用磨損很小。長期使用磨損很小。 二、汽車齒輪二、汽車齒輪 汽車齒輪主要裝在變速箱和差速器中。汽車齒輪主要裝在變速箱和差速器中。 汽車齒輪受力較大，受

16、沖擊頻繁，其耐汽車齒輪受力較大，受沖擊頻繁，其耐磨性、疲勞強度、心部強度以及沖擊韌性等，磨性、疲勞強度、心部強度以及沖擊韌性等，均要求比機床齒輪高。均要求比機床齒輪高。汽車后橋齒輪汽車后橋齒輪 一般用合金滲碳鋼一般用合金滲碳鋼20Cr20Cr或或20CrMnTi20CrMnTi制造。制造。 滲碳齒輪的工藝路線為：滲碳齒輪的工藝路線為： 下料下料-鍛造鍛造-正火正火-切削加工切削加工-滲碳、滲碳、淬火及低溫回火淬火及低溫回火-噴丸噴丸-磨削加工。磨削加工。12.312.3 彈簧選材彈簧選材 彈簧利用材料的彈性和彈簧本身的結構特彈簧利用材料的彈性和彈簧本身的結構特點，在載荷作用產生下變形時，把機械

17、功或動點，在載荷作用產生下變形時，把機械功或動能轉變為形變能；在恢復變形時，把形變能轉能轉變為形變能；在恢復變形時，把形變能轉變為動能或機械功。變為動能或機械功。 (a) 壓縮螺旋彈簧壓縮螺旋彈簧 (b) 拉伸螺旋彈簧拉伸螺旋彈簧 (c) 扭轉螺旋彈簧扭轉螺旋彈簧 (d) 板彈簧板彈簧 (e) 片彈簧片彈簧 彈簧有下列用途：彈簧有下列用途： (1) (1) 緩沖或減振緩沖或減振 如汽車、拖拉機、火如汽車、拖拉機、火車中使用的懸掛彈簧。車中使用的懸掛彈簧。 (2) (2) 定位定位 如機床及其夾具中利用彈簧如機床及其夾具中利用彈簧將定位銷將定位銷( (或滾珠或滾珠) )壓在定位孔壓在定位孔( (

18、或槽或槽) )中。中。 (3) (3) 復原復原 外力去除后自動恢復到原來外力去除后自動恢復到原來位置，如汽車發動機中的氣門彈簧。位置，如汽車發動機中的氣門彈簧。 (4) (4) 儲存和釋放能量儲存和釋放能量 如鐘表、玩具中如鐘表、玩具中的發條。的發條。 (5) (5) 測力測力 如彈簧稱、測力計中使用的如彈簧稱、測力計中使用的彈簧。彈簧。9.3.19.3.1 彈簧的工作條件彈簧的工作條件 (1) (1) 彈簧在外力作用下壓縮、拉伸、扭彈簧在外力作用下壓縮、拉伸、扭轉時，材料將承受彎曲應力或扭轉應力。轉時，材料將承受彎曲應力或扭轉應力。 (2) (2) 緩沖、減振或復原用的彈簧承受交緩沖、減振

19、或復原用的彈簧承受交變應力和沖擊載荷的作用。變應力和沖擊載荷的作用。 (3) (3) 某些彈簧受到腐蝕介質和高溫的作某些彈簧受到腐蝕介質和高溫的作用。用。9.3.29.3.2 彈簧的失效形式彈簧的失效形式 (1) (1) 塑性變形塑性變形 載荷去掉后，彈簧不能載荷去掉后，彈簧不能恢復到原始尺寸和形狀。恢復到原始尺寸和形狀。 (2) (2) 疲勞斷裂疲勞斷裂 在交變應力作用下，產在交變應力作用下，產生疲勞源，裂紋擴展造成斷裂。生疲勞源，裂紋擴展造成斷裂。 (3) (3) 快速脆性斷裂快速脆性斷裂 存在缺陷，當受到存在缺陷，當受到過大的沖擊載荷時，發生突然脆性斷裂。過大的沖擊載荷時，發生突然脆性斷

20、裂。 (4) (4) 腐蝕斷裂及永久變形腐蝕斷裂及永久變形 在腐蝕性介在腐蝕性介質中使用的彈簧產生應力腐蝕斷裂。質中使用的彈簧產生應力腐蝕斷裂。 高溫下使用的彈簧易出現蠕變和應力松高溫下使用的彈簧易出現蠕變和應力松弛，產生永久變形。弛，產生永久變形。9.3.39.3.3 彈簧材料的性能要求彈簧材料的性能要求 (1)(1)高的彈性極限高的彈性極限e e和高的屈強比和高的屈強比s s/ /b b 彈簧工作時不允許有永久變形。彈性極限彈簧工作時不允許有永久變形。彈性極限越大，彈簧可承受的外載荷越大。越大，彈簧可承受的外載荷越大。 當材料直徑相同時，碳素彈簧鋼絲和合金當材料直徑相同時，碳素彈簧鋼絲和合

21、金彈簧鋼絲的抗拉強度相差很小，但屈強比差別彈簧鋼絲的抗拉強度相差很小，但屈強比差別較大。較大。 6565鋼為鋼為0.70.7 60Si2Mn 60Si2Mn鋼為鋼為0.750.75 50CrVA 50CrVA鋼為鋼為0.90.9 屈強比高，可充分發揮材料的承載潛力。屈強比高，可充分發揮材料的承載潛力。 (2) (2)高的疲勞強度高的疲勞強度 彎曲疲勞強度彎曲疲勞強度-1-1和扭轉疲勞強度和扭轉疲勞強度-1 -1 越越大，則彈簧的抗疲勞性能越好。大，則彈簧的抗疲勞性能越好。 (3) (3)好的材質和表面質量好的材質和表面質量 夾雜物含量少，晶粒細小，表面質量好，夾雜物含量少，晶粒細小，表面質量好

22、，缺陷少，對于提高彈簧的疲勞壽命和抗脆性斷缺陷少，對于提高彈簧的疲勞壽命和抗脆性斷裂十分重要。裂十分重要。 (4) (4)某些彈簧需要材料有良好的耐蝕性和某些彈簧需要材料有良好的耐蝕性和耐熱性耐熱性 在腐蝕性介質和高溫條件下使用。在腐蝕性介質和高溫條件下使用。 9.3.4 9.3.4 彈簧的選材彈簧的選材 一、彈簧鋼 （1 1）熱軋彈簧用材）熱軋彈簧用材 通過熱軋方法加工成園鋼、方鋼、盤條、通過熱軋方法加工成園鋼、方鋼、盤條、扁鋼，制造尺寸較大，承載較重的螺旋彈簧或扁鋼，制造尺寸較大，承載較重的螺旋彈簧或板簧。彈簧熱成型后要進行淬火及回火處理。板簧。彈簧熱成型后要進行淬火及回火處理。 （2 2

23、）冷軋）冷軋( (拔拔) )彈簧用材彈簧用材 以盤條、鋼絲或薄鋼帶以盤條、鋼絲或薄鋼帶( (片片) )供應，用來制供應，用來制作小型冷成型螺旋彈簧、片簧、蝸卷彈簧等。作小型冷成型螺旋彈簧、片簧、蝸卷彈簧等。 主要彈簧鋼：主要彈簧鋼：6565、7070、65Mn65Mn、55Si2Mn55Si2Mn、55Si2MnB55Si2MnB、60Si2Mn60Si2Mn、50CrVA50CrVA、50CrMn50CrMn 二、不銹鋼 0Cr18Ni90Cr18Ni9、1Cr18Ni91Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti 通過冷軋通過冷軋( (拔拔) )加工成帶或絲材加工成帶或絲材,

24、 , 制造在腐制造在腐蝕性介質中使用的彈簧。蝕性介質中使用的彈簧。 三、黃銅、錫青銅、鋁青銅、鈹青銅 用于制造電器、儀表彈簧及在腐蝕性介質用于制造電器、儀表彈簧及在腐蝕性介質中工作的彈性元件。中工作的彈性元件。 具有良好的導電性、非磁性、耐蝕性、耐具有良好的導電性、非磁性、耐蝕性、耐低溫性及彈性。低溫性及彈性。9.3.5 9.3.5 典型彈簧選材典型彈簧選材 一、汽車板簧 (1) (1) 用途及性能要求用途及性能要求 用于緩沖和吸振，承受很大的交變應力用于緩沖和吸振，承受很大的交變應力和沖擊載荷的作用，需要高的屈服強度和疲和沖擊載荷的作用，需要高的屈服強度和疲勞強度。勞強度。汽車板簧汽車板簧

25、(2) (2) 材料材料 輕型汽車板簧輕型汽車板簧 65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn 中型或重型汽車板簧中型或重型汽車板簧 50CrMn, 55SiMnVB50CrMn, 55SiMnVB 重型載重汽車大截面板簧重型載重汽車大截面板簧 55SiMnMoV, 55SiMnMoVNb55SiMnMoV, 55SiMnMoVNb (3) (3) 工藝路線工藝路線 熱軋鋼帶熱軋鋼帶( (板板) )沖裁下料沖裁下料壓力成型壓力成型淬淬火火中溫回火中溫回火噴丸強化噴丸強化 淬火淬火 溫度為溫度為850 850 860 (60Si2Mn860 (60Si2Mn鋼鋼為為870 ), 870 ),

26、 采用油冷采用油冷, , 淬火后組織為馬氏體。淬火后組織為馬氏體。 回火回火 溫度為溫度為420 420 500 , 500 , 組織為回組織為回火屈氏體。火屈氏體。 屈服強度屈服強度0.20.2不低于不低于1100 MPa1100 MPa 硬度為硬度為42 HRC42 HRC47 HRC47 HRC 沖擊韌性沖擊韌性a ak k為為250 KJ/m250 KJ/m2 2300 KJ/m300 KJ/m2 2 二、火車螺旋彈簧二、火車螺旋彈簧 (1) (1) 用途及性能要求用途及性能要求 機車和車箱的緩沖和機車和車箱的緩沖和吸振吸振, , 其使用條件和性能要求與汽車板簧相近。其使用條件和性能要

27、求與汽車板簧相近。 淬火與回火工藝同汽車板簧。淬火與回火工藝同汽車板簧。 熱軋鋼棒下料熱軋鋼棒下料兩頭制扁兩頭制扁熱卷成形熱卷成形淬火淬火中溫回火中溫回火噴丸強化噴丸強化端面磨平。端面磨平。 (3) (3) 工藝路線工藝路線 (2) (2) 材料材料 50CrMn50CrMn、 55SiMnMoV55SiMnMoV 三、氣門彈簧 (1) (1) 用途用途 內燃機氣門彈簧是一種壓縮螺旋彈簧。內燃機氣門彈簧是一種壓縮螺旋彈簧。 用途是在凸輪、搖臂或挺桿的聯合作用下用途是在凸輪、搖臂或挺桿的聯合作用下, , 使氣門打開和關閉，承受應力不是很大。使氣門打開和關閉，承受應力不是很大。 采用淬透性比較好、

28、晶粒細小、有一定采用淬透性比較好、晶粒細小、有一定耐熱性的耐熱性的50CrVA50CrVA鋼制造。鋼制造。 (2) (2) 工藝路線工藝路線 冷卷成型冷卷成型淬火淬火中溫回火中溫回火噴丸強噴丸強化化兩端磨平。兩端磨平。 將冷拔退火后的盤條用卷簧機卷制成螺將冷拔退火后的盤條用卷簧機卷制成螺旋狀旋狀, , 切斷后兩端并緊。切斷后兩端并緊。 850 850 860 860 加熱后油淬加熱后油淬, , 再經再經520 520 回火回火, , 組織為回火屈氏體。組織為回火屈氏體。 彈簧彈性好彈簧彈性好, , 屈服強度和疲勞強度高屈服強度和疲勞強度高, , 有一定的耐熱性。有一定的耐熱性。 氣門彈簧也可用

29、冷拔后經油淬及回火后氣門彈簧也可用冷拔后經油淬及回火后的鋼絲制造的鋼絲制造, ,冷卷簧后經冷卷簧后經300 300 350 350 去應去應力退火。力退火。 四、自行車手閘彈簧 手閘彈簧是一種扭轉彈簧，使手閘復位。手閘彈簧是一種扭轉彈簧，使手閘復位。 承受載荷小，不受沖擊和振動作用，精度承受載荷小，不受沖擊和振動作用，精度要求不高。要求不高。 用用6060或或6565鋼制造。鋼制造。 經過冷拔加工獲得的鋼絲直接冷卷、彎鉤經過冷拔加工獲得的鋼絲直接冷卷、彎鉤成形即可。成形即可。 卷后可卷后可200 200 220 220 加熱消除內應力，加熱消除內應力，一般也可不進行熱處理。一般也可不進行熱處理

30、。 五、繼電器簧片五、繼電器簧片 (1) (1) 用途及性能要求用途及性能要求 繼電器簧片是一種片簧，其作用是使兩電繼電器簧片是一種片簧，其作用是使兩電觸點接觸時，產生一定大小的壓力，以保證觸觸點接觸時，產生一定大小的壓力，以保證觸頭緊密接觸良好導電。簧片所受彎曲應力很小。頭緊密接觸良好導電。簧片所受彎曲應力很小。 簧片材料要有好的彈性、導電性和耐蝕性。簧片材料要有好的彈性、導電性和耐蝕性。 繼電器簧片繼電器簧片 (2) (2) 材料材料 黃銅黃銅(H70)(H70)、錫青銅、錫青銅(QSn6.5-0.1)(QSn6.5-0.1)、白、白銅銅(B19)(B19) 黃銅的導電性好，抗疲勞性能較高

31、，黃銅的導電性好，抗疲勞性能較高，彈性一般，價格較低。彈性一般，價格較低。 錫青銅的導電性稍低，但抗疲勞性能錫青銅的導電性稍低，但抗疲勞性能高，彈性好，價格稍高。高，彈性好，價格稍高。 白銅的導電性好，抗蝕性高，抗疲勞白銅的導電性好，抗蝕性高，抗疲勞性能較高，彈性好，價格較貴。性能較高，彈性好，價格較貴。 簧片生產工藝簡單，用上述材料的冷軋簧片生產工藝簡單，用上述材料的冷軋薄片沖裁下料成形制造。薄片沖裁下料成形制造。9.4 9.4 刃具選材刃具選材 老師提示：老師提示：重點內容重點內容 切削加工使用的車刀、銑刀、鉆頭、鋸條、切削加工使用的車刀、銑刀、鉆頭、鋸條、絲錐、板牙等工具統稱為刃具。絲錐

32、、板牙等工具統稱為刃具。切削加工切削加工 9.4.19.4.1 刃具的工作條件刃具的工作條件 (1)(1)刃具切削材料時，刃部受到很大的刃具切削材料時，刃部受到很大的彎曲應力。鉆頭、鉸刀還會受到較大的扭轉彎曲應力。鉆頭、鉸刀還會受到較大的扭轉應力作用。應力作用。 (2)(2)刃具刃部與被切削材料強烈摩擦，刃具刃部與被切削材料強烈摩擦，刃部溫度可升到刃部溫度可升到500 C500 C600 C600 C。 (3) (3)機用刃具往往承受較大的沖擊與震機用刃具往往承受較大的沖擊與震動。動。9.4.29.4.2 刃具的失效形式刃具的失效形式 (1)(1)磨損磨損 磨損增加切削抗力，降低切削零件表面磨

33、損增加切削抗力，降低切削零件表面質量，使被加工零件的形狀和尺寸精度降低。質量，使被加工零件的形狀和尺寸精度降低。 (2)(2)斷裂斷裂 在沖擊力及震動的作用下折斷或崩刃。在沖擊力及震動的作用下折斷或崩刃。 (3)(3)刃部軟化刃部軟化 刃部溫度升高，刃部硬度容易下降，喪刃部溫度升高，刃部硬度容易下降，喪失切削加工能力。失切削加工能力。9.4.39.4.3 刃具材料的性能要求刃具材料的性能要求 (1)(1)高硬度，高耐磨性。硬度一般要大于高硬度，高耐磨性。硬度一般要大于62 HRC62 HRC； (2)(2)高的紅硬性；高的紅硬性； (3)(3)強韌性好；強韌性好； (4)(4)高的淬透性。可采

34、用較低的冷速淬火，高的淬透性。可采用較低的冷速淬火，以防止刃具變形和開裂。以防止刃具變形和開裂。 9.4.4 9.4.4 刃具的選材刃具的選材 刃具材料有碳素工具鋼、低合金刃具鋼、刃具材料有碳素工具鋼、低合金刃具鋼、高速鋼、硬質合金和陶瓷等。高速鋼、硬質合金和陶瓷等。 一、簡單的手用刃具 手鋸鋸條、銼刀、木工用刨刀、鑿子等簡手鋸鋸條、銼刀、木工用刨刀、鑿子等簡單、低速的手用刃具紅硬性和強韌性要求不高，單、低速的手用刃具紅硬性和強韌性要求不高，主要的使用性能是高硬度、高耐磨性。主要的使用性能是高硬度、高耐磨性。 用碳素工具鋼制造。如用碳素工具鋼制造。如T8T8、T10T10、T12T12鋼。鋼。

35、 碳素工具鋼價格較低碳素工具鋼價格較低, , 但淬透性差。但淬透性差。 二、低速切削、形狀較復雜的刃具 絲錐、板牙、拉刀等可用低合金刃具鋼絲錐、板牙、拉刀等可用低合金刃具鋼9SiCr9SiCr、CrWMnCrWMn制造。制造。 鋼中加入鋼中加入CrCr、W W、MnMn等元素等元素, , 使鋼的淬透使鋼的淬透性和耐磨性大大提高性和耐磨性大大提高, , 耐熱性和韌性也有所耐熱性和韌性也有所改善。改善。 可在可在 300 300 的溫度下使用。的溫度下使用。 三、高速切削用的刃具 (1)(1)用高速鋼用高速鋼(W18Cr4V(W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2)W6Mo5Cr4V2)制造制造 具

36、有高硬度、高耐磨性、高的紅硬性、好具有高硬度、高耐磨性、高的紅硬性、好的強韌性和高的淬透性。的強韌性和高的淬透性。 在刃具制造中廣泛使用在刃具制造中廣泛使用, , 用來制造車刀、用來制造車刀、銑刀、鉆頭和其它復雜、精密刀具。銑刀、鉆頭和其它復雜、精密刀具。 高速鋼的硬度為高速鋼的硬度為62HRC62HRC68HRC, 68HRC, 切削溫度切削溫度可達可達500 500 550 , 550 , 價格較貴。價格較貴。 (2) (2)用硬質合金制造用硬質合金制造 常用的有常用的有YG6YG6、YG8YG8、YT6YT6、YT15YT15等。等。 硬質合金的硬度很高硬質合金的硬度很高(89HRA(8

37、9HRA94HRA), 94HRA), 耐耐磨性、耐熱性好磨性、耐熱性好, , 使用溫度可達使用溫度可達1000 1000 。它。它的切削速度比高速鋼高幾倍。的切削速度比高速鋼高幾倍。 硬質合金制成形狀簡單的刀頭硬質合金制成形狀簡單的刀頭, , 用釬焊將用釬焊將刀頭焊接在碳鋼制造的刀桿或刀盤上。刀頭焊接在碳鋼制造的刀桿或刀盤上。 硬質合金刀具用于高速強力切削和難加工硬質合金刀具用于高速強力切削和難加工材料的切削。材料的切削。 硬質合金的抗彎強度較低硬質合金的抗彎強度較低, , 沖擊韌性較差沖擊韌性較差, , 價格貴。價格貴。 (3) (3)用陶瓷制造用陶瓷制造 硬度極高、耐磨性好、紅硬性極高。

38、硬度極高、耐磨性好、紅硬性極高。 熱壓氮化硅熱壓氮化硅(Si(Si3 3N N4 4) )陶瓷顯微硬度為陶瓷顯微硬度為5000 HV, 5000 HV, 耐熱溫度可達耐熱溫度可達1400 1400 。 立方氮化硼立方氮化硼的顯微硬度可達的顯微硬度可達8000 HV8000 HV9000 9000 HV, HV, 允許的工作溫度達允許的工作溫度達1400 1400 1500 1500 。 陶瓷刀具一般為正方形、等邊三角形的形狀陶瓷刀具一般為正方形、等邊三角形的形狀, , 制成不重磨刀片制成不重磨刀片, , 裝夾在夾具中使用。裝夾在夾具中使用。 用于各種淬火鋼、冷硬鑄鐵等高硬度難加工用于各種淬火鋼

39、、冷硬鑄鐵等高硬度難加工材料的精加工和半精加工。材料的精加工和半精加工。 陶瓷刀具抗沖擊能力較低陶瓷刀具抗沖擊能力較低, , 易崩刃。易崩刃。9.4.59.4.5 刃具選材舉例刃具選材舉例 一、板銼 1. 1. 性能要求、材料及工藝性能要求、材料及工藝 (1)(1)用途及性能要求用途及性能要求 板銼是鉗工常用的工具板銼是鉗工常用的工具, ,用于銼削其他金屬。用于銼削其他金屬。其表面刃部要求有高的硬度其表面刃部要求有高的硬度(64 HRC(64 HRC67 HRC), 67 HRC), 柄部要求硬度柄部要求硬度 35 HRC 35 HRC。 熱軋鋼板熱軋鋼板( (帶帶) )下料下料鍛鍛( (軋軋

40、) )柄部柄部球化球化退火退火機加工機加工淬火淬火低溫回火。低溫回火。(3)(3)制造工藝制造工藝(2)(2)材料材料 T12T12鋼鋼 2. 2. 主要工藝說明主要工藝說明 (1)(1)球化退火球化退火 使鋼中碳化物呈粒狀分布使鋼中碳化物呈粒狀分布, , 細化組織細化組織, , 降低硬度降低硬度, , 改善切削加工性能。為淬火作組改善切削加工性能。為淬火作組織準備織準備, , 細小的碳化物顆粒提高鋼的耐磨性。細小的碳化物顆粒提高鋼的耐磨性。 (2) (2)機加工機加工 刨、磨和剁齒刨、磨和剁齒, , 使銼刀成形。使銼刀成形。 球化退火工藝：毛坯加熱到球化退火工藝：毛坯加熱到760 760 7

41、70 , 770 , 保溫保溫2 h2 h 4 h, 4 h, 然后以然后以30 30 50 /h50 /h的速度冷卻到的速度冷卻到550 550 600 , 600 , 出出爐后空冷。處理后組織為球化體爐后空冷。處理后組織為球化體, , 硬度為硬度為180 HB180 HB200 HB200 HB。 (3) (3)淬火淬火 溫度為溫度為770 770 780 , 780 , 用融鹽加熱或在用融鹽加熱或在保護氣氛爐中加熱保護氣氛爐中加熱, , 防止表面脫碳和氧化。防止表面脫碳和氧化。 水冷。水冷。 銼刀柄部硬度要求較低銼刀柄部硬度要求較低, , 在淬火時先將齒在淬火時先將齒部放在水中冷卻部放在

42、水中冷卻, , 待柄部顏色變成暗紅色時才待柄部顏色變成暗紅色時才全部浸入水中。當銼刀冷卻到全部浸入水中。當銼刀冷卻到150 150 200 200 時時, , 提出水面。提出水面。 若銼刀有彎曲變形若銼刀有彎曲變形, , 用木錘校直。用木錘校直。 (4) (4)回火回火 溫度為溫度為160 160 180 , 180 , 時間時間45 min45 min60 min60 min。 若柄部硬度太高若柄部硬度太高, , 可將柄部浸入可將柄部浸入500 500 的融鹽中進行回火的融鹽中進行回火, , 或用高頻加熱回火或用高頻加熱回火, , 降降低柄部硬度。低柄部硬度。 二、齒輪滾刀二、齒輪滾刀 1.

43、 1. 性能要求、材料性能要求、材料 (1)(1)用途、性能要求用途、性能要求 生產齒輪的常用刃具生產齒輪的常用刃具, , 用于加工外嚙合的直用于加工外嚙合的直齒和斜齒漸開線園柱齒輪。要求硬、耐磨性高。齒和斜齒漸開線園柱齒輪。要求硬、耐磨性高。其形狀復雜其形狀復雜, , 精度要求高。精度要求高。 高速鋼高速鋼(W18Cr4V)(W18Cr4V)(2)(2)材料材料 齒輪滾刀齒輪滾刀 2. 2. 工藝路線工藝路線 熱軋棒材下料熱軋棒材下料鍛造鍛造退火退火機加工機加工淬火淬火回火回火精加工精加工表面處理表面處理 (1) (1)鍛造鍛造 W18Cr4V W18Cr4V鋼的始鍛溫度為鋼的始鍛溫度為1150 1150 1200 1200 , , 終鍛溫度為終鍛溫度為900 900 950 950 。 鍛造目的一是成形鍛造目的一是成形, , 二是破碎、細化碳二是破碎、細化碳化物化物, , 使碳化物均勻分布使碳化物均勻分布, , 防止刀具崩刃和防止刀具崩刃和掉齒。掉齒。 高速鋼淬透性很好高速鋼淬透性很好, , 鍛后在空氣中冷卻鍛后在空氣中冷卻即可得到淬火組織即可得到淬火組織, , 因此鍛后應慢冷。因此鍛后應慢冷。 (2) (2)退火退火 退火溫度為退火溫度為870870880 880 ，組織