《工程材料与成形技术基础》课件——第十三章 材料与成形工艺的选择原则.pptVIP

第十三章材料与成形工艺的选则一个机械零件要实现其应有的功能，主要由两方面的因素决定：一是零件结构（形状、尺寸、精度、表面质量等），二是零件材料。零件设计不仅是结构设计，也包括材料选用。选材对零件质量和工作寿命至关重要，影响零件生产成本和产品经济效益，复杂有难度工作，必须全面综合考虑。第一节材料与成形工艺的选择原则满足使用性能要求，兼顾工艺性、经济性和环保性。一、使用性能足够的原则指所选用的材料制造出的零件必须满足其使用性能要求，在规定的使用期内正常工作。使用性能零件设计功能的必要条件，选材最主要因素。首要的任务要准确判断零件所要求的主要使用性能有哪些。选用材料使用性能要求，是在分析零件工作条件和失效形式的基础上提出的。零件的工作条件包括：（1）受力状况，主要有受力大小，受力形式（拉伸、压缩、弯曲、扭转以及摩擦力等），载荷类型（静载、动载、交变载荷等）及其分布特点等；（2）环境状况，包括工作温度和介质情况（如高温、常温、低温、有无腐蚀等）；（3）特殊要求，例如要求导电性、导热性、磁性、密度、外观等。当材料的使用性能不能满足零件工作条件的要求时，零件就以某种形式失去其应有的效能（即失效，如磨损失效）。机械零件所要求的使用性能主要是材料的力学性能。针对零件的具体工作条件和主要失效形式考虑对零件尺寸和重量的要求或限制及零件的重要程度（重要件有较高的安全系数），确定零件材料应具有的主要力学性能和分析计算将其转化为相应的力学性能指标，适当考虑物理、化学性能判据，作为选材基本依据。常用力学性能判据：一类直接用于设计计算如?s、?b、?-1、E、KIC等；一类不直接用于计算，根据经验而间接确定零件性能，如?、?、ak等。后一类性能判据往往是作为保证安全的性能判据，其作用是增加零件的抗过载能力和使用安全性。硬度判据（如HBS、HRC、HV等）不能直接用于计算，但它在确定的条件与其它性能判据（如强度、塑性、韧性、耐磨性等）密切相关，且试验方法简便、迅速、不破坏零件，习惯在零件的技术要求中以标注硬度值来综合反映对其力学性能的要求，同时应注明材料的处理状态。注意解决好材料的强度和塑性、韧性合理配合。二、工艺性能良好原则机械零件经过一定的工艺方法加工制造出来的，所选材料必须具备对于所采用的加工工艺的适应性，这就是选材中的工艺性原则。材料工艺性能，影响零件加工难易程度、生产效率、加工成本和加工质量等，还可成为决定材料取舍的主要因素。（1）铸造性能以流动性、收缩性和偏析倾向等判据综合评定。流动性好，收缩性和偏析倾向小，铸造性能好。共晶成分或在共晶点附近成分合金铸造性能最好。（2）锻压性能以金属的塑性和变形抗力来综合衡量。塑性越好，变形抗力小，锻压性能好。热锻时，考虑锻造温度范围宽窄和抗氧化性好坏等，低碳钢、铜合金、铝合金锻造性好。（4）切削加工性能用切削抗力大小、加工零件的表面粗糙度、加工时切屑排除难易程度和刀具磨损的快慢程度来衡量。铝、镁合金和易切削钢切削加工性良好，碳钢和铸铁的切削加工性能一般，奥氏体不锈钢、钛合金等材料较难切削。采用适当的热处理可调整某些材料的硬度，以改善其切削加工性能。（5）热处理工艺性能主要包括淬透性、淬硬性、变形开裂倾向、过热倾向、氧化脱碳倾向、回火脆性倾向和耐回火性等，它们将影响零件的热处理质量和使用性能。例如，形状复杂且要求整体硬度高的零件，就应该选用淬透性及淬硬性好、变形开裂倾向小的材料来制造。工程非金属材料的成形工艺根据实际的生产条件等因素考虑其成形加工的可行性。陶瓷材料经烧结成形后具有极高的硬度，只能用碳化硅或金刚石砂轮磨削加工，一般不能进行其它加工。高分子材料可切削加工，但导热性较差，影响切削热的散出，工件在切削时易急剧升温，严重时可使材料软化或变焦。根据加工特点和生产批量考虑工艺性能。力学性能不高但结构较复杂箱体，一般用铸造的方法生产毛坯，主要考虑铸造性能和切削加工性能。大批生产冷镦螺钉、螺帽，应具有良好的锻压性能。对要求高强度高精度的模具，选材时要着重考虑的工艺性能是材料的切削加工性和热处理工艺性能。三、经济性合理的原则大多数产品（民用）零件设计把经济成本放重要地位。用便宜材料，总成本降至最低，经济效益好，产品最具竞争力，是设计者要做到的，即遵循经济性原则。总成本一般由材料、加工制造以及维修保养成本（或售后服务成本）等构成，前两部分主要，对于选材的经济性也可以从这两方面加以考虑。（1）合理降低材料的成本在满足零件使用性能和使用寿命期限的前提下，应优先选择价格尽量低廉且供应充分的材料。（2）节约加工制造的成本选择工艺性能好的材料，方便加工