机械设计与选材要点.docVIP

第10章机械设计与选材 本章学习要求 认识机械零件的无效和无效的形式； 掌握选材的原则和解析方法； 学会常用机械零件选材。 本章学习要点 选材的原则； 常用机械零件选材和工艺路线。 学习方法指导 选材的动机： 初次开发生产一种新产品、新零件或新装置； 现有产品的改进和更新换代； 零件过早无效甚至灾害性事故发生后，需改变用材。 第1节机械零件的无效解析 无效的观点 当零件因为某种原由丧失预约的功能时，即它发生了无效。 ①零件完整破坏，不能够持续工作； ②严重损害，持续工作不安全； ③虽能安全工作，但不能够满意地起到预期的作用。 无效的形式 零件无效 变形无效断裂无效表面损害无效 弹 塑 塑 低 性 性 性 应 变 变 断 力 形 形 裂 脆 失 失 失 断 效 效 效 失 无效的原由 设计 工作条件预计错误 计算错误 结构外型不合理 材质低质 选材不妥 材料  疲 蠕 介 磨 表 腐 劳 变 质 损 面 蚀 断 断 加 失 疲 失 裂 裂 速 效 劳 效 失 失 断 失 效 效 裂 效 失 加工 铸、铸造缺点 冷加工缺点 焊接缺点 热办理缺点 零件无效 操作失 过载使用 维护不 安装不良 安装使用 无效解析的方法基本环节表示图 服役条件 无效解析技术 无效种类 力学解析 无效零件 机化金断无应 变断磨 应力解析 测械学相口损力 形裂损 试性分分分探分 能析析析伤析 无效原由 设 计 资料 工艺 装置使用 主要抗力指标 改进设计 抗力指标与内外 改进工艺 增强管理 要素关系 指标与寿命关系，提升 零件无效抗力的路子 实验室试验 使用考验工业试验 第2节选材的依据和基根源则 从资料使用性能的角度出发，采纳的资料一定保证零件在使用过程中拥有优异的工作能力； ②依据资料工艺性能的要求，一定保证零件便于加工制造； ③从经济性角度考虑，一定保证零件的总成本最低。 ④环境与资源原则 使用性能与选材----首要原则 使用性能主要指零件在使用状态下应拥有的力学性能、物理性能和化学性能。 解析零件的工作条件 第一应判断零件在工作中所受载荷的性质和大小，计算载荷引起的应力散布。 载荷的性质是决定资料使用性能的主要依据之一。 计算应力是确立资料使用性能的数目依据。 考虑零件的工作环境：环境要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。 最后还应充分考虑资料的某些特别要求。 受力状况 载荷的种类（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、波折或扭转等），载荷的大小以及散布特色（如均布载荷或集中载荷）。 环境状况 温度（如低温、高温、常温或变温）及介质状况（若有无腐化或摩擦作用）。 特别功能 导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。 进行无效解析 无效抗力取决于资料的性能，对零件主要无效形式的解析经常能够综合出零件所要求的主要使用性能。 零件性能要求的指标化 将零件对使用性能的要求详尽转变为实验室力学性能指标（如强度、韧性、塑 性、硬度等）；再依据工作应力、使用寿命或安全性确立性能指标的详尽数值。 选材与资料工艺性能的关系 资料的工艺性能主要包含冷加工性能如冷变形加工和切削加工性能，热加工性能如铸造性能、焊接性能、铸造性能和热办理性能等。 尽量采纳工艺简单的资料 选材材质与其工艺性要求 各工序工艺之间的互相联系和结合 金属零件的加工工艺路线图 性能、质量要求不高的零件 毛坯─→正火或退火─→切削加工─→零件。 如铸铁或碳钢，只要注意采纳适合的毛坯制造方法，其工艺性能均能知足要求。 性能要求较高的零件（如轴、齿轮等） 毛坯─→早先热办理（正火、退火）─→粗加工─→最后热办理（淬火十回火，固溶时效，渗碳办理等）─→精加工─→零件。 金属零件用材多为碳钢、合金钢、高强铝合金等，此中有些资料的加工性能存在问题，所以选材时应注意对其工艺性能的解析。 性能和质量要求极高的零件（如精美丝杠） 毛坯─→早先热办理（正火、退火）─→粗加工─→最后热办理（淬火+低温回火，固溶时效或渗碳）─→半精加工─→牢固化办理（或氮化）─→精加工─→牢固化办理─→零件。 加工路线复杂，加工精度和质量要求高，在选材时应务必保证资料的工艺性能。 经济性与选材 产品成本与性能的关系： 产品成本解析 基本资料的成本 资料的价格在产品的总成本中据有较大的份额（30~70%）。 选择更为廉价的资料是降低产品成本的重要手段之一； 提升资料的利用程度，降低制造过程中的资料耗资量（我国钢材利用率平均为65%，而美国达到80%）。 我国常用金属资料的相对价格 材料  相对价格  材料  相对价格 一般碳素结构钢  1  铬不锈钢  5 优异碳素结构钢 1.3~1.5 铬镍不锈钢 15 合金结构钢（Cr-Ni钢除外） 1.7~2.5 灰铸铁 ~1.4 铬镍合金