1、第 12章 机械零件和工具的选材及加工工艺设计 12.1 零件的失效形式和选材原则 12.1.1 机械零件的失效形式 零件在使用过程中，由于尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而失去原设计的效能称为失效。零件失效的具体表现为：完全破坏而不能工作；严重损伤不能安全工作；虽能工作，但已不能完成规定的功能。零件的失效，特别是那些没有明显征兆的失效，往往会带来巨大的损失，甚至导致重大事故。 一般机器零件常见的失效形式有以下三种： (1) 断裂 包括静载荷或冲击载荷下的断裂、疲劳断裂、应力腐蚀破裂等。 (2) 表面损伤 包括过量磨损、表面腐蚀、表面疲劳（点蚀或剥落）等。 (3) 过量变形 包括过量的弹性
2、变形、塑性变形和蠕变等。第 12章 机械零件和工具的选材及加工工艺设计 12.1.2 选材的基本原则 1. 材料的使用性能应满足零件的使用要求 使用性能是指零件在正常使用状态下，材料应具备的性能，包括力学性能、物理性能和化学性能。使用性能是保证零件工作安全可靠、经久耐用的必要条件。 应注意以下几点：第一，材料的性能不单与化学成分有关，也与加工、处理后的状态有关。 第二，材料的性能还与试样的尺寸有关，且随试样截面尺寸的增大，其力学性能一般是降低的。 第三，材料的化学成分、加工、处理的工艺参数本身都有一定的波动范围，所以其力学性能数据也有一个波动范围。第 12章 机械零件和工具的选材及加工工艺设计
3、 几种零件（工具）的工作条件、失效形式及要求的主要力学性能，见表 12.1所示。零件（工具）工作条件 常 见 失效形式 要求的主要力学性能应 力种 类 载 荷性 质 其它紧 固螺栓拉、切 应力静 过 量 变 形、断裂 强 度、塑性传动轴 弯、扭 应力循 环 、冲击轴颈处 摩擦、振 动疲 劳 破坏、 过 量 变形、 轴颈处 磨 损综 合力学性能、 轴颈处 硬度传动齿轮压 、弯 应力循 环 、冲击摩擦、振 动 齿 折断、疲 劳 断裂、磨 损 、接触疲 劳（点 蚀 ）表面高硬度及疲 劳 强 度、心部 较 高 强 度、 韧 性弹 簧 扭、弯 应力交 变 、冲击振 动 弹 性 丧 失、疲 劳 破坏弹 性
4、极限、屈 强 比、疲 劳极限冷作模具复 杂应 力 交 变 、冲击强 烈摩擦 磨 损 、脆断 硬度、足 够 的 强 度、 韧 性压铸 模 复 杂应 力 循 环 、冲击高温、摩擦、金属液腐 蚀热 疲 劳 、脆断、磨损高温 强 度、抗 热 疲 劳 性、足 够 的 韧 性与 热 硬性滚动轴承压应 力 交 变 、冲击滚动 摩擦 疲 劳 断裂、磨 损 、接触疲 劳 （点 蚀 ）接触疲 劳 强 度、硬度、耐蚀 性、足 够 的 韧 性第 12章 机械零件和工具的选材及加工工艺设计 2. 材料的工艺性应满足加工要求 材料的工艺性是指材料适应某种加工的能力。在选材中，与使用性能比较，材料的工艺性能常处于次要地位。
5、但在某些特殊情况下，工艺性能也会成为选材的主要依据。 3. 选材时，还应充分考虑经济性 选材时应注意降低零件的总成本。零件的总成本包括材料本身的价格、加工工资、管理费及其它附加费用（如零件的维修费等）。据资料统计，在一般的工业部门中，材料的价格要占产品价格的 30 70。因此，在保证使用性能的前提下，应尽可能选用价廉、货源充足、加工方便、总成本低的材料。 第 12章 机械零件和工具的选材及加工工艺设计 12.2 零件毛坯的选材及热处理的技术条件和工序位置 12.2.1 零件毛坯的选择原则 除了少数要求不高的零件外，机械上的大多数零件都要通过铸造、锻压或焊接等加工方法先制成毛坯，然后再经切削加工
6、制成成品。因此，零件毛坯选择是否合理，不仅影响每个零件乃至整部机械的制造质量和使用性能，而且对零件的制造工艺过程、生产周期和成本也有很大的影响。第 12章 机械零件和工具的选材及加工工艺设计 1. 保证零件的使用要求 毛坯的使用要求，是指将毛坯最终制成机械零件的使用要求。零件的使用要求包括对零件形状和尺寸的要求，以及工作条件对零件性能的要求。工作条件通常指零件的受力情况、工作温度和接触介质等。 2. 降低制造成本，满足经济性 零件的制造成本包括其本身的材料费以及所消耗的燃料费、动力费用、人工费、各项折旧费和其它辅助费用等分摊到该零件上的份额。在选择毛坯的类别和具体的制造方法时，通常是在保证零件
7、使用要求的前提下，选择成本低廉的方案。 第 12章 机械零件和工具的选材及加工工艺设计 3. 考虑实际生产条件 根据使用性要求和制造成本分析所选定的毛坯制造方法是否能实现，还必须考虑企业的实际生产条件。只有实际生产条件能够实现的生产方案才是合理的。因此，在考虑实际生产条件时，应首先分析本厂的设备条件和技术水平能否满足毛坯制造方案的要求。 上述三条原则是相互联系的，考虑时应在保证使用要求的前提下，力求做到质量好、成本低和制造周期短。第 12章 机械零件和工具的选材及加工工艺设计 12.2.2 热处理的技术条件和工序位置 热处理是机械制造过程中的重要工序。对于改善金属材料的切削加工性能，保证零件的
8、质量，满足使用性能要求，具有重要的意义。 1. 零件热处理的技术条件及标注 需要热处理的零件，设计者应根据零件的性能要求，在图样上标明零件所用材料的牌号，并应注明热处理的技术条件，以供热处理生产和检验时使用。第 12章 机械零件和工具的选材及加工工艺设计 2. 热处理的工序位置 热处理可分为预先热处理和最终热处理两大类。（ 1） 预先热处理的工序位置 预先热处理包括退火、正火、调质等。其工序位置一般均紧接毛坯生产之后，切削加工之前；或粗加工之后，精加工之前。 退火、正火的工序位置 通常退火、正火都安排在毛坯生产之后、切削加工之前，以消除毛坯的内应力，均匀组织，改善切削加工性，并为最终热处理作组织准备。对于精密零件，为了消除切削加工的残余应力，在切削加工工序之间还应安排去应力退火。第 12章 机械零件和工具的选材及加工工艺设计
