南京航空航天大學工程材料及熱加工工藝課程設(shè)計有關(guān)事項演示文稿目前一頁\總數(shù)四十頁\編于十二點優(yōu)選南京航空航天大學工程材料及熱加工工藝課程設(shè)計有關(guān)事項ppt目前二頁\總數(shù)四十頁\編于十二點1.通過課程設(shè)計的實踐，使學生進一步加深了解和鞏固課程所學的有關(guān)知識，提高學生綜合運用所學知識分析解決實際問題的能力。2.通過課程設(shè)計使學生初步達到在一般機械設(shè)計中能合理選擇材料、選擇毛坯的生產(chǎn)方法，并能合理安排典型零件的熱處理工藝、零件制造工藝流程及結(jié)構(gòu)工藝性分析。目前三頁\總數(shù)四十頁\編于十二點1.2課程設(shè)計的選題、內(nèi)容及步驟1.課設(shè)題目的選定：指導教師與學生自選相結(jié)合供選零件設(shè)計指導書中提供的典型零件選題要求要求有3個零件如：軸、齒類；底座、減速箱蓋；一個容器類零件。目前四頁\總數(shù)四十頁\編于十二點2.設(shè)計內(nèi)容及步驟1)學生根據(jù)課程設(shè)計指導書中規(guī)定的零件或由任課教師指定的零件，任選三個零件（包括鑄件、鍛件和焊接件各一個），分析各個零件的工作條件、受力狀況、失效形式等，合理選擇各零件所用材料、選擇毛坯生產(chǎn)方法，并能合理安排零件的熱處理工藝、制造工藝流程，按設(shè)計指導書中要求進行結(jié)構(gòu)工藝性分析與工藝設(shè)計。2）設(shè)計中制訂的工藝方案（如選材方案、毛坯選擇方案、鑄造工藝中分型面的選擇方案等）,應考慮2～3個方案進行比較,充分論證,選取最佳方案,并在設(shè)計說明書中詳細敘述,不能只給出簡單的結(jié)論。目前五頁\總數(shù)四十頁\編于十二點4）課程設(shè)計報告的格式：首頁為題目，依此為任務(wù)書，目錄（目錄應標明序號、標題和頁次），正文、體會和建議、參考資料。3）每個學生完成一份完整的課程設(shè)計報告。設(shè)計說明書是反映設(shè)計結(jié)果的技術(shù)文件，必須認真寫好。要求論述清楚，文字簡潔，書寫（或打?。┕ふ?，論述中應附加必要的插圖說明。目前六頁\總數(shù)四十頁\編于十二點1.4課程設(shè)計的時間安排項目內(nèi)容時間安排工程材料實驗性能、組織測試；熱處理；實驗報告1天課程設(shè)計分組、定題、了解零件、設(shè)計、編寫說明書4天目前七頁\總數(shù)四十頁\編于十二點第2章《工程材料及熱加工工藝》課程設(shè)計參考資料2.1機械零件的選材選材是機械零件設(shè)計中不可缺少的工作，材料選擇合理與否直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、壽命和生產(chǎn)成本。機械零件選材的一般原則是：1.所選材料應具有滿意的使用性能，除特殊要求某些物理性能、化學性能之外，一般主要要求的是力學性能，即材料抵抗外加載荷而不致失效的抗力---失效抗力。2.材料應具有良好的或可行的加工性能。3.材料的價格或成本應盡可能低廉。目前八頁\總數(shù)四十頁\編于十二點一、機械零件選材應滿足使用性能要求什么是使用性能—指零件在工作時應具備的力學、物理和化學性能。1.機械零件選材的基本分析方法（1）分析零件的工作條件，確定使用性能。工作條件主要是指：零件的受力情況，包括受力形式，如載荷形式（拉、壓、彎曲等），載荷性質(zhì)（如靜載、動載、交變載荷）及承受摩擦的狀況；環(huán)境狀況，如工作溫度、介質(zhì)等；特殊要求如導熱性、導磁性等。目前九頁\總數(shù)四十頁\編于十二點（2）進行失效分析，確定使用性能。舉例：長期以來人們認為，汽車柴油發(fā)動機曲軸的主要使用性能是高的沖擊抗力和耐磨性，應選用45鋼。通過失效分析發(fā)現(xiàn)，曲軸的失效形式主要為疲勞斷裂，其主要使用性能為疲勞抗力。因此，以疲勞強度為主要使用性能指標設(shè)計、制造的曲軸，不僅質(zhì)量和壽命顯著提高，而且可以選用價格低的球墨鑄鐵制造。目前十頁\總數(shù)四十頁\編于十二點（3）從零件使用性能要求提出對材料的性能的要求。明確了零件的使用性能后，把使用性能的要求，通過分析、計算量化成具體數(shù)值，再按這些數(shù)值從手冊的材料性能數(shù)據(jù)大致應用范圍選材。常見的力學性能指標有HRC或HBS，σs,σb；非常規(guī)力學性能指標如KIC及腐蝕介質(zhì)中的力學性能；對特殊性能要求的零件，如電性能、磁性能、熱性能等。目前十一頁\總數(shù)四十頁\編于十二點（1）分析零件的工作條件與環(huán)境，確定零件的技術(shù)要求。（2）通過分析實驗，結(jié)合同類零件失效分析結(jié)果提出失效抗力指標，并以此作為選材的基本依據(jù)。（3）根據(jù)力學計算，確定零件的主要力學指標。（4）決定熱處理及其他表面強化方法。（5）試驗、投產(chǎn)。對關(guān)鍵零件批量生產(chǎn)前要進行試驗、初步確定材料選擇，熱處理方法是否合理，熱加工性能好壞。滿意后可批量生產(chǎn)。2.機械零件按使用要求選材的基本步驟目前十二頁\總數(shù)四十頁\編于十二點3.機械零件選材應注意的幾個問題（1）尺寸效應。尺寸效應是指鋼材截面大小不同，即使熱處理狀態(tài)相同，其力學性能也有差別效應。隨著材料截面尺寸增大，鋼材的力學性能下降。尺寸效應不僅與冶金質(zhì)量有關(guān)，而且還與淬透性有關(guān)。（2）力學性能與加工狀態(tài)、處理條件有關(guān)。不同的加工狀態(tài)（如鑄造、鍛造、不同熱處理，有否壓力加工）其力學性能差別。（3）材料的力學性能對同一牌號的材料來說，由于其成分是在一定范圍內(nèi)變化，因此其力學性能也是有一定的波動范圍。目前十三頁\總數(shù)四十頁\編于十二點二、機械零件選材應滿足加工工藝性要求

材料的工藝性是指材料適應某種加工工藝的能力。所選材料一般應先制成與成品形狀相近似的各種毛坯（例如鑄件、鍛件、焊接件），再經(jīng)切削加工和熱處理，最終形成零件，因此，材料應滿足這些不同工藝的要求。材料的工藝性通常指以下幾個方面：1.鑄造性能：包括流動性、收縮性、偏析和吸氣性等。由于接近共晶成分的合金鑄造性能良好，因此鑄造合金的成分一般選在共晶成分附近。目前十四頁\總數(shù)四十頁\編于十二點2.壓力加工性能：包括冷壓力加工（冷沖壓、冷軋、冷擠壓）和熱壓力加工（如鍛造、熱軋、熱擠壓等）時材料的塑性和變形抗力。有可熱加工的溫度范圍、抗氧化性和加熱、冷卻要求。變形鋁合金、銅合金、低碳鋼的壓力加工性能好、而高碳鋼就差。3.焊接性能：焊縫處形成冷裂或熱裂及形成氣孔的傾向，低碳鋼的焊接性能好，高碳鋼及鑄鐵的焊接性能差。。目前十五頁\總數(shù)四十頁\編于十二點4.切削加工性能：指材料的切削加工性、磨削加工性等，一般用切削抗力、零件的表面粗糙度值的大小、刀具磨損和切削排除的難易程度來衡量其好壞。5.熱處理工藝性：包括淬透性、淬硬性、回火穩(wěn)定性、氧化脫碳傾向、變形開裂傾向等。目前十六頁\總數(shù)四十頁\編于十二點材料

鑄造性能

流動性收縮性偏析熔點對壁厚冷卻敏感性其他

灰鑄鐵

很好小小較低較大、壁厚處強度低鑄鋼

差大大高小、壁厚增加強度無明顯降低鑄造鋁合金

好小較大比鑄鐵低大、強度隨壁厚增加而降低目前十七頁\總數(shù)四十頁\編于十二點三、機械零件選材應兼顧經(jīng)濟性1.材料價格：一般材料成本約占零件成本的30～70%。2.材料的加工費用：一般加工費約占零件成本的30%左右，生產(chǎn)批量越小，所占比例越高目前十八頁\總數(shù)四十頁\編于十二點四、選材實例1.零件名稱：某汽車變速齒輪2.齒輪簡圖略（尺寸）3.技術(shù)要求與生產(chǎn)性質(zhì)（1）技術(shù)要求：齒表面要求有較高的硬度（58～64HRC）、耐磨性和疲勞強度，而心部則要求較高的強度與韌性。心部強度σb>1000MPa

ak>60J/cm2（2）生產(chǎn)性質(zhì)：大批量生產(chǎn)。目前十九頁\總數(shù)四十頁\編于十二點4.選材分析該齒輪的作用是將汽車發(fā)動機功率傳遞到后輪倒車作用。工作條件比較惡劣，受力大常超載和受沖擊力作用。因此，要求較高的心部強度和沖擊韌性，對于齒輪來說還受摩擦力和交變載荷作用。因此，要求齒表面有較高的硬度、耐磨性和疲勞強度。根據(jù)上述要求選材方案如下：方案一：選擇調(diào)質(zhì)鋼。這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后有較好綜合性能，但對該齒輪來說其心部塑性，韌性較低，而且再經(jīng)過表面淬火后，其表面的耐磨性不理想，因此該方案難以滿足技術(shù)要求。目前二十頁\總數(shù)四十頁\編于十二點選15、20Cr等滲碳鋼，經(jīng)滲碳、淬火、低溫回火后，表面硬度、耐磨性可以滿足要求，但該齒輪的的厚度較大，這兩種材料的淬透性小，從而使齒輪心部達不到要求。因此，必須選擇淬透性較大的合金滲碳鋼?？蛇x擇20CrMnTi鋼,該滲碳鋼的淬透性較大,臨界淬透直徑達30-40mm,經(jīng)滲碳、淬火、低溫回火后，表面硬度、耐磨性可以滿足要求,心部也滿足要求。因此,選擇20CrMnTi鋼制造齒輪。方案二：在滲碳鋼中選擇目前二十一頁\總數(shù)四十頁\編于十二點2.2機械零件毛坯的選擇概述毛坯的選擇是機械設(shè)計與制造中的一項重要任務(wù)。毛坯與零件的制造除直接用型材加工外,主要由鑄造、鍛壓及焊接三種制造工藝方法制成。毛坯分為：鑄件、鍛件、焊件和型材件。1。影響毛坯選擇的因素毛坯選用液態(tài)成形的鑄件或塑性變形的鍛件、薄板沖壓件或焊接連接的沖壓—焊結(jié)構(gòu)、軋制—焊結(jié)構(gòu)、鑄--焊的焊件。應取決于以下六個方面：目前二十二頁\總數(shù)四十頁\編于十二點（1）零件選用的材質(zhì)，基本決定了毛坯的種類。零件的材質(zhì)是根據(jù)設(shè)計要求的使用性能、金屬材料的工藝性能及其經(jīng)濟性能的綜合考慮選定的。（2）零件的結(jié)構(gòu)形狀，決定了毛坯的制造方法。例如薄壁復雜件只能用鑄造（最好為壓力鑄造），大截面簡單件不宜用鑄造，適用于自由鍛。特大的薄壁結(jié)構(gòu)宜用焊接結(jié)構(gòu)。（3）零件的生產(chǎn)類型，對毛坯的選擇也起決定作用。（4）零件不加工表面的精度與粗糙度不僅決定于毛坯類型，而且可進一步選用精密鑄造或精密鍛造等少余量或無余量的精密零件或毛坯。目前二十三頁\總數(shù)四十頁\編于十二點（5）工廠現(xiàn)有設(shè)備、技術(shù)力量及生產(chǎn)能力，可改變原定的毛坯選定方案。例如大型件原可采用整體鑄件，但受設(shè)備、廠房限制只能采用以小拼大的鑄-焊結(jié)構(gòu)；復雜程度高的鑄件由于技術(shù)力量與生產(chǎn)能力的影響，只能化難為易采用鑄—焊結(jié)構(gòu)。有些情況甚至將鑄件改為鍛件。（6）當毛坯幾種制造方法均可制造時，應選用最佳經(jīng)濟方案。目前二十四頁\總數(shù)四十頁\編于十二點2.檢驗毛坯選擇是否合理的標準（1）使用性：滿足零件使用要求。（2）工藝性：加工方便，易獲優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。（3）經(jīng)濟性：成本最低，消耗最少。目前二十五頁\總數(shù)四十頁\編于十二點一、鑄造毛坯1.鑄造毛坯的選用條件（1）必須能制出與零件形狀相近的，并保證尺寸正確、輪廊清晰。（2）必須具備熔煉設(shè)備，能熔煉出質(zhì)量與溫度合適的金屬。（3）熔煉金屬應平穩(wěn)地進入型腔，不與鑄型發(fā)生反應；氣體、夾渣易于排除，鑄型充滿不產(chǎn)生冷隔及澆不足現(xiàn)象。（4）設(shè)計的鑄件在冷卻凝固時，不產(chǎn)生鑄造應力、裂紋及變形?？s孔可以切除獲完整的毛坯。目前二十六頁\總數(shù)四十頁\編于十二點（5）必須方便地從鑄型中取出鑄件。（6）必須能清除鑄件內(nèi)外型砂及芯砂、澆冒系統(tǒng)及附在鑄件上的一切多余部分。目前二十七頁\總數(shù)四十頁\編于十二點2.鑄造毛坯舉例

無人機發(fā)動機用軸流轉(zhuǎn)子。毛坯原用材料為1Cr13馬氏體不銹鋼鍛件，現(xiàn)改為ZGCr18NiCu3沉淀硬化不銹鋼精密鑄造件。零件的毛坯選擇時，考慮以下3種方案：（1）選鐓粗成圓盤類自由鍛件，進行切削加工。優(yōu)點：毛坯制造方便，1Cr13鑄造性能尚可。缺點：毛坯加工量極大，金屬消耗多。毛坯加工后，葉片處鍛造纖維組織被切斷，使葉片受力部位處于不良狀態(tài)，且葉片具有方向性。目前二十八頁\總數(shù)四十頁\編于十二點優(yōu)點：材質(zhì)機械性能好，纖維組織基本不切斷。缺點：a.軸流轉(zhuǎn)子形狀復雜，不能容易從鍛模中取出。葉片間整模塊無法起模。b.采用分塊的鍛造模具，成本太高，精密程度達不到，仍需加工，留加工余量。精密鍛造模具成本更大，且需用精度高，壓力大的專用鍛壓設(shè)備。c.飛機結(jié)構(gòu)件批量不大。每一件攤派的模具成本費用不小。（2）選接近零件形狀的模鍛件目前二十九頁\總數(shù)四十頁\編于十二點缺點：制造蠟模的壓型結(jié)構(gòu)復雜、成本高，采用組合蠟模時制成十七個單葉片焊在渦輪盤上精度不夠，焊接后蠟模變形。優(yōu)點：a.形狀復雜、要求精度極高的葉輪類不銹鋼件非常適用熔模精鑄，而不能考慮壓鑄。尤其是批量不大、高熔點的黑色金屬。制造壓鑄模具成本太高，壽命低。b.比模鍛的模具制造費低很多，壓蠟型用模具可采用鋁、低熔點易熔合金，起型方便。（3）改用鍛造合金采用熔模精鑄件目前三十頁\總數(shù)四十頁\編于十二點c.采用高達900℃左右的鑄型澆注，提高了金屬的流動性，能鑄出葉尖上僅1mm厚的形狀，鑄件尺寸精確、表面粗糙度低、輪廊清晰。d.解決了鍛件切削時切斷纖維組織的弊病，葉片性能無方向性。e.鍛件改鑄件，鍛造合金改為鑄造合金。目前三十一頁\總數(shù)四十頁\編于十二點二、鍛造毛坯1.鍛造毛坯的選用條件凡受重載、交變載荷、高速旋轉(zhuǎn)的重要零件，不適宜采用鑄造毛坯，因為鑄造毛坯缺陷較多，質(zhì)量也不易控制。多采用鍛件。航空鍛造零件根據(jù)工作重要性分以下四類：1)特別重要的高載荷零件。如渦輪軸、槳軸等，對鍛造質(zhì)量要求極為嚴格。2)較為重要的中載零件。渦輪盤、葉片等，需做低倍、高倍顯微組織觀察，做硬度檢查。3)低載零件,抽樣機械性能與金相。4)普通零件,僅檢查硬度。目前三十二頁\總數(shù)四十頁\編于十二點鍛造毛坯舉例

飛機搖臂,為飛機上的中載受力件，材質(zhì)LD7鍛鋁，形狀復雜，鍛造有3種方案:(1)全部用自由鍛毛坯件，成本低，較經(jīng)濟，但腹板與深筋無法鍛成。(2)全部用模鍛毛坯件，必須設(shè)計多型槽的模鍛，但成本高，鋁合金LD7的變形流動性差，不適宜進行拔長、滾擠。（3）自由鍛制坯-----然后摩擦壓力機預鍛（腹板與深筋），使形狀、尺寸與終鍛基本相同--------摩擦壓力機最終成型。目前三十三頁\總數(shù)四十頁\編于十二點三、焊接毛坯1.焊接毛坯選用注意事項及舉例

例現(xiàn)需大量生產(chǎn)一種乙炔氣瓶，該氣瓶的壁厚為4.5mm。設(shè)計壓力為6MPa，結(jié)構(gòu)如右圖所示。要求：選擇合理的氣瓶材料；確定焊縫位置；設(shè)計接頭型式；選擇焊接方法和焊接材料；擬定主要工藝過程。目前三十四頁\總數(shù)四十頁\編于十二點焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計：(1)選擇氣瓶材料：瓶頸和易熔塞座選20鋼，