01第1章材料工艺Word文档下载推荐.docx
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强度是机械设计时保证零件工作能力的最基本的要求,是指零件承受载荷后不发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。
设计时,主要通过合理选择零件材料和尺寸来保证零件在安全载荷下工作。
2)刚度
刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。
实践证明,变形过大会影响机械的正常工作。
因此,设计时要保证一定的刚度要求。
3)寿命
寿命是指零件能够正常工作的时间。
影响零件寿命的因素主要有:
在载荷作用下机械中具有相对运动的两零件之间的磨损;
在变应力状况下工作的零件的疲劳强度;
在高温下工作零件的抗氧化、抗热变形和抗蠕变的能力。
4)减振
机械速度提高以后,往往容易增大载荷的作用频率和冲击,甚至发生共振,便零件过早地破坏或无法工作,或发生安全事故。
故减振问题不容忽视。
为了防止意外事故,有些机械应采取安全措施。
(3)经济性要求
在市场经济,经济性要求应贯穿于整个机械设计过程。
经济性要求是指设计要最大限度地降低成本、消耗和维护保养费。
通常主要从以下几方面着手:
l)工艺性
在一定的生产规模和生产条件下,零件的结构设计合理,既便于制造,又易于装配,也便于维修保养,且加工工时短、费用低。
2)材料选择
在满足零件使用要求的前提下,要求材料价格低,与制造工艺相适应。
3)标准化、系列化、通用化
标准化、系列化、通用化是我国长期的一项重要的技术政策。
贯彻执行“三化”,可减少设计工作量,可保证产品质量、降低制造成本;
可增加零件的互换性,便于装配、维修;
可简化生产管理,最终获得较好的技术经济效益。
(4)其他要求
对有特殊要求的机械,设计时应给予充分考虑。
;
矿山机械和石化机械要求防爆,精密仪器、仪表要求防水、防振等等。
总之,机械设计的基本要求可以归纳为重量轻、体积小、质量好、功能强、效率高、成本低、使用维修方便和工作安全可靠。
第一章机械零件的常用材料和结构工艺性
1.1机械零件的常用材料及其选用
一、机械零件的常用材料
黑色金属、有色金属、非金属和复合材料。
1、钢:
含碳量小于2%的铁碳合金。
(1)普通碳素结构钢:
Q215A,Q235A
A,B,C,D四个等级。
(2)优质碳素结构钢15,45
控制有害杂质硫和磷的含量。
表示方法:
数字,45号钢(含碳0.45%)
C:
=<
0.25%低碳钢;
>
=0.6%高碳钢;
0.25%-0.60%中碳钢。
(3)合金结构钢:
16Mn,20CrMnTi,40Cr,60Si2Mn
(4)碳素工具钢:
T8,T8A,T7-T13,0.7%-1.3%C
(5)铸钢
ZG数字
数字1+化学元素+数字2
数字1:
含碳量
数字2:
合金元素含量,小于1.5%不标
2、铸铁:
含碳量大于2%的铁碳合金。
(1)灰铸铁:
片状石墨,HT150,HT200
HT数字-数字(抗拉强度-抗压强度)
(2)可锻铸铁:
团状石墨,KTH300-06,
KTZ450-06,(抗拉强度-伸长率)
KTH(Z)数字-数字(抗拉强度-伸长率)
(3)球墨铸铁:
球状石墨,QT500-7,
QT800-2
QT数字-数字(抗拉强度-伸长率)
3、有色合金
(1)铜合金:
青铜(锡,铝等),黄铜(锌)
(2)铝合金:
形变铝,铸造铝
(3)钛合金:
4、非金属材料
工程塑料,合成橡胶,陶瓷,功能性复合材料等.
二、钢的热处理简介
整体热处理
1.退火
加热到一定温度,保温,随炉冷却
将金属或合金加热到高于或低于临界温度,保温后随炉冷却的热处理工艺叫做退火。
退火的主要作用有:
1)退火可降低其硬度,提高切削效率。
2)可提高工件的塑性,有利于冷变形加工。
3)可消除前道工序冷却不均匀造成的内应力。
4)细化组织,消除化学成分的不均匀性,为下道淬火工序作准备。
2.正火
加热到一定温度,保温,空气冷却。
将钢材或钢件加热到Ac3(或Accm)以上30-5O0C,保温适当的时间后,在空气中冷却的热处理工艺叫做正火。
正火的主要作用有:
1)细化晶粒,均匀组织,为后续的热处理作准备,即可作为重要的零件的预先热处理。
2)适当增加低碳钢的硬度,以利切削加工,并防止低碳钢因硬度过低而出现切削时的"
粘刀"
现象。
所以,低碳钢零件常以正火代替退火。
3)力学性能较好,可作为低、中碳钢的最终热处理。
4)消除零件内部过大的内应力。
3.淬火和回火
淬火:
加热到一定温度,保温,在冷却液中冷却。
回火:
再加热到较低的温度后,保温,然后冷却。
低温回火:
150-250℃,工、量具。
中温回火:
350-500℃,弹性元件。
高温回火(调质):
500-650℃,综合机械性能的零件。
表面热处理
表面淬火:
火焰和电感应加热。
化学热处理
渗碳、氮化、碳氮共渗(氰化)。
三、选用材料的基本原则
合理选择材料是机械零件设计中的一个重要环节。
合理地选择材料,不仅要考虑到材料的力学性能能适应零件的使用要求,便其经久耐用,而且要求材料有较好的工艺性和经济性,便零件质量好、产量高、成本低等。
选择机械零件常用材料的基本原则如下:
1、使用方面的要求
(1)零件承受载荷、应力的大小和性质
材料分:
塑性材料和脆性材料
承受复合载荷和产生变应力的零件:
优质碳素结构钢、合金结构钢等材料;
承受压缩载荷或以压缩载荷为主的零件:
铸铁
在静载荷下工作的零件:
脆性材料
(2)零件的工作条件
工作环境、工作温度、介质种类及摩擦性质等。
滑动摩擦下工作的零件:
应选择减摩、耐磨性能好的材料。
如轴承合金、青铜等
高温下工作的零件应选择蠕变量小,硬度、强度、弹性模量降低量小的,诸如耐热钢、高温合金等耐高温的材料
腐蚀介质或湿热环境下工作的零件可选择不锈钢、铜合金等有良好防锈和耐腐蚀性能的材料。
(3)对零件的尺寸和重量的限制
如要求体积小可选择高强度材料,要求重量轻可选择铝合金、铁合金或工程塑料.
(4)零件的重要程度和结构复杂程度
如涉及人身和设备安全的零件,应选择性能指标高的材料,如高强度合金钢。
2、工艺方面的要求
制造机械零件一般有铸造、锻压、焊接、切削加工、特种加工和热处理等加工方法。
因此,选材料时必须满足材料的工艺性要求。
3、经济方面的要求
在满足使用性能和工艺性能的前提下,选材时要设法降低零件的总成本。
尽量选用价格低的材料,在满足零件力学性能的情况下,选用价格较低的铸铁、碳钢,不仅工艺性能较好,且成本较低,对于大批量生产的零件尤为重要。
1.2机械零件的结构工艺性
一、便于零件毛坯的制造
a铸造、b自由锻造、c型材焊接
铸造件厚度尽量均匀
铸造件厚度变化要尽量逐渐缓慢过渡。
锻造件:
a不合理结构与b合理结构
二、便于零件的机械加工
为了便于机械零件表面的切削加工,结构设计时应满足以下的一些基本要求:
(1)合理选择零件的尺寸公差和表面粗糙度
(2)尽可能减少加工面积
(3)尽量采用标准刀具和减少刀具的种类
(4)应便于安装夹具工作
(5)应便于刀具进入和退出
三、便于零件的装拆和可靠定位
1.3机械设计中的标准化
标准化是指以制订标准和贯彻标准为主要内容的全部活动过程。
标准化的研究领域十分宽广,就工业产品标准化而言,它是指对产品的品种、规格、质量、检验或安全、卫生要求等制订标准并加以实施。
产品标准化本身包括三个方面的含义:
(1)产品品种规格的系列化——将同一类产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等依次分档,制成系列化产品,以较少的品种规格满足用户的广泛需要;
(2)零部件的通用化——将同一类型或不同类型产品中用途结构相近似的零部件(如螺栓、轴承座、联轴器和减速器等),经过统一后实现通用互换;
(3)产品质量标准化——产品质量是一切企业的“生命线”,要保证产品质量合格和稳定就必须做好设计、加工工艺、装配检验,甚至包装储运等环节的标准化。
产品实行标准化具有重大的意义:
在制造上可以实行专业化大量生产,既可提高产品质量又能降低成本;
在设计方面可减少设计工作量;
在管理维修方面,可减少库存量和便于更换损坏的零件。
按照标准的层次,我国的标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准四级。
按照标准实施的强制程度,标准又分为强制性(GB)和推荐性(GB/T)两种。
例如《普通螺纹基本尺寸》(GB196—81)、《渐开线圆柱齿轮模数》(GB1357—87)都是强制性标准,必须执行。
而《带传动—普通V带传动》(GB/T13575一92),即为推荐性标准,鼓励企业自愿采用。
为了增强在国际市场的竟争能力,我国鼓励积极采用国际标准和国外先进标准。
近年发布的我国国家标准,许多都采用了相应的国际标准。
设计人员必须熟悉现行的有关标准。
一般机械设计手册及机械工程手册(以后简称手册)中都收录摘编了常用的标准和资料,以供查阅。
教学用的机械零件设计手册都扼要收集了本课程常用的标准、数据、资料和参考图例供读者学习和设计时参考与选用。
读者平时应注意测览并逐步熟悉其内容,以便使用时能迅速而准确地查取。
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