常用机械工程材料的选用PPT文档格式.ppt
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算载荷引起的应力分布。
ii载荷的性质是决定材料使用性能的主要依据之一。
载荷的性质是决定材料使用性能的主要依据之一。
iiii计算应力是确定材料使用性能的数量依据。
计算应力是确定材料使用性能的数量依据。
2)2)考虑零件的工作环境:
环境因素会与零件的力学状态考虑零件的工作环境:
环境因素会与零件的力学状态综合作用,提出更为复杂的性能要求。
综合作用,提出更为复杂的性能要求。
3)3)最后还应充分考虑材料的某些特殊要求。
最后还应充分考虑材料的某些特殊要求。
受力状况受力状况:
载荷的类型(如静载、动载、循环载荷或单调载荷等),载荷的类型(如静载、动载、循环载荷或单调载荷等),载荷的作用形式(如拉伸、压缩、弯曲或扭转等),载载荷的作用形式(如拉伸、压缩、弯曲或扭转等),载荷的大小以及分布特点(如均布载荷或集中载荷)。
荷的大小以及分布特点(如均布载荷或集中载荷)。
环境状况环境状况温度(如低温、高温、常温或变温)及介质情况(如有无温度(如低温、高温、常温或变温)及介质情况(如有无腐蚀或摩擦作用)。
腐蚀或摩擦作用)。
特殊功能特殊功能导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。
导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。
2.进行失效分析进行失效分析失效抗力取决于材料的性能,对零件主要失效形式的分析失效抗力取决于材料的性能,对零件主要失效形式的分析常常可以综合出零件所要求的主要使用性能。
常常可以综合出零件所要求的主要使用性能。
几种常用零件的工作条件和失效形式如下几种常用零件的工作条件和失效形式如下:
零件零件工作条件工作条件常用失效形常用失效形式式性能要求性能要求应力种应力种类类载荷性载荷性质质受载状受载状态态螺栓螺栓拉、剪拉、剪静载静载过量变形,过量变形,断裂断裂强度,塑性强度,塑性传动轴传动轴弯、扭弯、扭循环,循环,冲击冲击轴颈摩轴颈摩擦擦疲劳断裂,疲劳断裂,过量变形,过量变形,轴颈磨损轴颈磨损综合力学性综合力学性能能传动齿传动齿轮轮压、弯压、弯循环,循环,冲击冲击摩擦,摩擦,振动振动断齿,磨损,断齿,磨损,疲劳断裂,疲劳断裂,接触疲劳接触疲劳表面高强度表面高强度及疲劳极限,及疲劳极限,心部强度及心部强度及韧性韧性弹簧弹簧扭、弯扭、弯交变,交变,冲击冲击振动振动弹性失稳,弹性失稳,疲劳破坏疲劳破坏弹性极限,弹性极限,屈强比,疲屈强比,疲劳极限劳极限33零件性能要求的指标化零件性能要求的指标化将零件对使用性能的要求具体转化为实验室力学性能将零件对使用性能的要求具体转化为实验室力学性能指标(如强度、韧性、塑性、硬度等)指标(如强度、韧性、塑性、硬度等),再根据工作再根据工作应力应力、使用寿命或安全性确定性能指标的具体数值。
、使用寿命或安全性确定性能指标的具体数值。
(1)
(1)受力状况不同,设计依据的性能指标、计算公式受力状况不同,设计依据的性能指标、计算公式不同。
不同。
(2)
(2)应综合考虑塑性、韧性和强度指标,并加以合理应综合考虑塑性、韧性和强度指标,并加以合理的配合。
的配合。
在利用具体性能指标进行选材时,必须注意实验室指在利用具体性能指标进行选材时,必须注意实验室指标、手册性能数据、经验关系式的局限性。
标、手册性能数据、经验关系式的局限性。
二、工艺性能原则:
1.1.金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能金属零件的加工工艺路线金属零件的加工工艺路线性能、质量要求不高的零件性能、质量要求不高的零件毛坯毛坯正火或退火正火或退火切削加工切削加工零件。
零件。
如如铸铸铁铁或或碳碳钢钢,只只要要注注意意采采用用适适宜宜的的毛毛坯坯制制造造方方法法,其其工工艺艺性性能能均能满足要求。
均能满足要求。
性能要求较高的零件(如轴、齿轮等)性能要求较高的零件(如轴、齿轮等)毛毛坯坯预预先先热热处处理理(正正火火、退退火火)粗粗加加工工最最终终热热处处理理(淬火十回火,固溶时效,渗碳处理等)(淬火十回火,固溶时效,渗碳处理等)精加工精加工零件。
金金属属零零件件用用材材多多为为碳碳钢钢、合合金金钢钢、高高强强铝铝合合金金等等,其其中中有有些些材材料料的加工性能存在问题,因此选材时应注意对其工艺性能的分析。
的加工性能存在问题,因此选材时应注意对其工艺性能的分析。
性能和质量要求极高的零件(如精密丝杠)性能和质量要求极高的零件(如精密丝杠)毛毛坯坯预预先先热热处处理理(正正火火、退退火火)粗粗加加工工最最终终热热处处理理(淬淬火火+低低温温回回火火,固固溶溶时时效效或或渗渗碳碳)半半精精加加工工稳稳定定化化处理(或氮化)处理(或氮化)精加工精加工稳定化处理稳定化处理零件。
加加工工路路线线复复杂杂,加加工工精精度度和和质质量量要要求求高高,在在选选材材时时应应务务必必保保证证材材料的工艺性能。
料的工艺性能。
2.2.高分子材料的工艺性能高分子材料的工艺性能高分子材料的加工工艺路线高分子材料的加工工艺路线表表高分子材料主要成形工艺特点高分子材料主要成形工艺特点工工艺艺适用材适用材料料形形状状表面光表面光洁度洁度尺寸精尺寸精度度模具模具费用费用生产率生产率热压热压成形成形范围较范围较广广复杂复杂形状形状很好很好好好高高中等中等喷射喷射成形成形热塑性热塑性塑料塑料复杂复杂形状形状很好很好非常好非常好很高很高高高热挤热挤成形成形热塑性热塑性塑料塑料棒类棒类好好一般一般低低高高真空真空成形成形热塑性热塑性塑料塑料棒类棒类一般一般一般一般低低低低3.3.陶瓷材料的工艺性能陶瓷材料的工艺性能成形后,受陶瓷加工性能的局限,除了可以用碳化成形后,受陶瓷加工性能的局限,除了可以用碳化硅或金刚石砂轮磨削加工外,几乎不能进行任何其硅或金刚石砂轮磨削加工外,几乎不能进行任何其它加工。
因此陶瓷材料的应用在很大程度上也受其它加工。
因此陶瓷材料的应用在很大程度上也受其加工性能的限制。
加工性能的限制。
陶瓷材料的加工工艺路线陶瓷材料的加工工艺路线表表陶瓷材料成形工艺的比较陶瓷材料成形工艺的比较工工艺艺优优点点缺缺点点粉浆成形粉浆成形可可做做形形状状复复杂杂件件、薄壁件,成本低薄壁件,成本低收收缩缩大大,尺尺寸寸精精度低,生产率低度低,生产率低压制成形压制成形可可做做形形状状复复杂杂件件,有有高高密密度度和和高高强强度,精度较高度,精度较高设设备备较较复复杂杂,成成本高本高挤压成形挤压成形成成本本低低,生生产产率率高高不不能能做做薄薄壁壁件件,形状要对称形状要对称可塑成形可塑成形尺尺寸寸精精度度高高,可可做形状复杂件做形状复杂件成本高成本高三、经济性原则三、经济性原则-根本原则根本原则产品成本与性能的关系:
产品成本与性能的关系:
产品成本分析产品成本分析1.1.基本材料的成本基本材料的成本材料的价格在产品的总成本中占有较大的份额(材料的价格在产品的总成本中占有较大的份额(30-30-70%70%)。
选择更为廉价的材料是降低产品成本的重要手)。
选择更为廉价的材料是降低产品成本的重要手段之一;
段之一;
提高材料的利用程度,降低制造过程中的材提高材料的利用程度,降低制造过程中的材料消耗量(我国钢材利用率平均为料消耗量(我国钢材利用率平均为65%65%,而美国达到,而美国达到80%80%)。
)。
材材料料价格(美元价格(美元/t/t)材材料料价格(美元价格(美元/t/t)铂铂26,000,00026,000,000工业金刚石工业金刚石900,000,000900,000,000金金19,100,00019,100,000硼硼环环氧氧树树脂脂复复合材料合材料330,000330,000钨钨26,00026,000碳碳纤纤维维复复材材料料(CFRPCFRP)200,000200,000钛合金钛合金10,19012,72010,19012,720玻玻璃璃纤纤维维复复合合材材料(料(GFRPGFRP)2400330024003300黄铜(型材)黄铜(型材)1650233616502336尼龙尼龙666632893289铝合金(型材)铝合金(型材)2000244020002440环氧树脂环氧树脂16501650低碳钢(型材)低碳钢(型材)440480440480天然橡胶天然橡胶14301430铸铁铸铁260260AlAl22OO331100-17601100-1760硬质合金硬质合金66,00066,000玻璃玻璃15001500常见工程材料价格常见工程材料价格我国常用金属材料的相对价格我国常用金属材料的相对价格材材料料相对价格相对价格材材料料相对价格相对价格普通碳素结构钢普通碳素结构钢11铬不锈钢铬不锈钢55优质碳素结构钢优质碳素结构钢1.3-1.51.3-1.5铬镍不锈钢铬镍不锈钢1515合合金金结结构构钢钢(Cr-NiCr-Ni钢除外)钢除外)1.7-2.51.7-2.5灰口铸铁灰口铸铁1.41.4铬铬镍镍合合金金结结构构钢钢(中合金钢)(中合金钢)55铸铸造造铝铝合合金金、铜合金铜合金8-108-10滚珠轴承钢滚珠轴承钢33普通黄铜普通黄铜13-1713-17低合金工具钢低合金工具钢3-43-4锡锡青青铜铜、铝铝青青铜铜1919高速钢高速钢16-2016-20钛合金钛合金50-8050-80硬质合金硬质合金150-200150-200(工程塑料)(工程塑料)5-155-15基本材料的价格的影响因素基本材料的价格的影响因素:
1.1.提炼和制取的成本提炼和制取的成本2.2.矿物资源的储量、开采成本、矿石品位等矿物资源的储量、开采成本、矿石品位等3.3.材料的提纯、合金化(合成)成本材料的提纯、合金化(合成)成本4.4.加工增值成本加工增值成本5.5.供求关系所造成的价格波动供求关系所造成的价格波动常见金属矿物资源的品位常见金属矿物资源的品位矿石品种矿石品种品位品位矿石品种矿石品种品位品位典型铁矿石典型铁矿石60-65%Fe60-65%Fe典型铀矿石典型铀矿石0.2%U0.2%U典型铜矿石典型铜矿石1-1.5%Cu1-1.5%Cu典型金矿石典型金矿石0.0001-0.0001-0.001%Au0.001%Au2.2.制造成本。
制造成本。
加工成本约占零件成本的加工成本约占零件成本的30%30%左右,生产批量越少,左右,生产批量越少,这一比例越高。
这一比例越高。
总成本总成本P=P=T+xNT+xN,TT为工具与设备费用,为工具与设备费用,xx代表每件产代表每件产品的成本,品的成本,NN为生产批量(件为生产批量(件/批)。
批)。
产量对制造成本的影响产量对制造成本的影响四、环境与资源原则四、环境与资源原则随着地球资源的日益枯竭、环境的日
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