机械零件的材料与选用.ppt

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1、机机械械零零件件的的材材料料与与选选用用14机械1赵元志01 强 度材料在外力作用下抵抗破坏(永久变形和断裂)的能力称为强度。也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。（材质要能经得起应用场景中受力的考验，不弯、不断、不碎、不变形）02 弹 性弹性是物体本身的一种特性，发生弹性形变后可以恢复原来的状态的一种性质。（材质吸收受力、能在不同方向弯曲并且能够恢复到原来的状态能力）03 成型性能成型性能是指材质通过制造工艺达到最终产品形态的容易程度。（材料的成型性能是否简单方便需要考虑）04 延 性延性是指材料的结构、构件或构件的某个截面从

2、屈服开始到达最大承载能力或到达以后而承载能力还没有明显下降期间的变形能力。金、铜、铝等皆属于有较高延性的材料。05 抗拉强度抗拉强度表示单位面积的破碎力，是指材料或构件受拉力时抵抗破坏的能力。在大多数其它材料(金属、塑料、木材等)的测试中，抗张强度是指式样被拉伸断裂时承受最大载荷与试样横断面积的比值。06 延展性延展性是指可锤炼可压延程度。易锻物质不需退火可锤炼可压延。可锻物质，则需退火进行锤炼和压延。脆性物质则在锤炼后压延程度显得较差。物体在外力作用下能延伸成细丝而不断裂的性质叫延性，在外力（锤击或滚轧）作用能碾成薄片而不破裂的性质叫展性。（材料再次塑性的能力）07 韧 性韧性表示材料在塑性

3、变形和断裂过程中吸收能量的能力。（材质抗冲击能力，突然敲打一下，不会断裂或者破碎）08 硬 度硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。固体对外界物体入侵的局部抵抗能力，是比较各种材料软硬的指标。（较硬的材质一般更抗刮擦，耐用，抗撕裂和压痕）09 导电性能物体传导电流的能力叫做导电性。各种金属的导电性各不相同，通常银的导电性最好，其次是铜和金。物体导电的能力。一般来说金属、半导体、电解质溶液或熔融态电解质和一些非金属都可以导电。（导电性好的材料导热性能也不错）加拿大安省加拿大安省加拿大安省加拿大安省3D3D3D3D视觉设计师盖瑞斯视觉设计师盖瑞斯视觉设计师盖瑞斯视觉设计师盖瑞斯 福勒（福勒（福

4、勒（福勒（Gareth Gareth Gareth Gareth FowlerFowlerFowlerFowler）制作了一系列充满活力、韵律十足的超）制作了一系列充满活力、韵律十足的超）制作了一系列充满活力、韵律十足的超）制作了一系列充满活力、韵律十足的超完美机械动图，不过这些机械并不是真的存在于完美机械动图，不过这些机械并不是真的存在于完美机械动图，不过这些机械并不是真的存在于完美机械动图，不过这些机械并不是真的存在于生活中。所以它们可以无休止的运转，仿佛被困生活中。所以它们可以无休止的运转，仿佛被困生活中。所以它们可以无休止的运转，仿佛被困生活中。所以它们可以无休止的运转，仿佛被困在了无

5、限的时空循环中。有强迫症的朋友们不要在了无限的时空循环中。有强迫症的朋友们不要在了无限的时空循环中。有强迫症的朋友们不要在了无限的时空循环中。有强迫症的朋友们不要盯着看太久哦盯着看太久哦盯着看太久哦盯着看太久哦 每一个动图都超有美感！每一个动图都超有美感！每一个动图都超有美感！每一个动图都超有美感！铲斗容量铲斗容量4040立方米，伸立方米，伸举举8 8层楼高的巨型液压挖层楼高的巨型液压挖掘机，全球仅有十几台！掘机，全球仅有十几台！EX8000EX8000液压挖掘机驾驶室液压挖掘机驾驶室后面设计了可配备饭桌、后面设计了可配备饭桌、微波炉和冰箱等物品的实微波炉和冰箱等物品的实用空间，在用空间，在2

6、424小时开工的小时开工的矿山上照样能够得到舒适矿山上照样能够得到舒适的生活环境。的生活环境。机械零件的工艺性及标准化机械零件的工艺性及标准化一、一、工艺性工艺性零件设零件设计要求计要求使用要求使用要求-具备所要求的工作能力；具备所要求的工作能力；制造要求制造要求-制造工艺可行，成本低；制造工艺可行，成本低；零件工艺性良好的标志：零件工艺性良好的标志：在具体的生产条件下，零件要便于加工而加工费用又在具体的生产条件下，零件要便于加工而加工费用又很低。很低。工艺性的基本要求：工艺性的基本要求：1)毛坯选择合理毛坯选择合理制备方法：制备方法：选用型材、铸造、锻造、冲压和焊接等。选用型材、铸造、锻造、

7、冲压和焊接等。毛坯选择与生产批量、材料性能和加工可能性有关。毛坯选择与生产批量、材料性能和加工可能性有关。单件或小批量生产时，选用棒料、板材、型材或焊件。单件或小批量生产时，选用棒料、板材、型材或焊件。大批量生产时，往往选用铸造、锻造、冲压等方法。大批量生产时，往往选用铸造、锻造、冲压等方法。景德镇陶瓷学院专用 国防科大潘存云教授研制 2)结构简单合理结构简单合理最好采用平面、柱面、螺旋面等简单表面极其组合；最好采用平面、柱面、螺旋面等简单表面极其组合；尽量减少加工面数和加工面积；尽量减少加工面数和加工面积；3)合理的制造精度和表面粗糙度合理的制造精度和表面粗糙度零件的加工成本随精度和表面粗糙

8、度的提高而急剧增加。零件的加工成本随精度和表面粗糙度的提高而急剧增加。决不能盲目追求高精度，应在满足使用要求的前提下，决不能盲目追求高精度，应在满足使用要求的前提下，尽量采用较低的精度和表面质量。尽量采用较低的精度和表面质量。尽量采用标准件；尽量采用标准件；增加相同形状、相同元素（直径、圆角半径、配合、增加相同形状、相同元素（直径、圆角半径、配合、螺纹、键、齿轮模数等）的数量；螺纹、键、齿轮模数等）的数量；4)尽量减小零件的加工量尽量减小零件的加工量毛坯形状和尺寸应尽量接近零件本身的形状和尺寸。毛坯形状和尺寸应尽量接近零件本身的形状和尺寸。力求使少或无切削加工，节约材料、降低成本。力求使少或无

9、切削加工，节约材料、降低成本。尽量采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、粉末尽量采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、粉末冶金等先进工艺满足上述要求。冶金等先进工艺满足上述要求。欲设计出工艺性良好的零件，设计者必须虚心向工艺技术人员和一线工人学习，在实践中积累经验。景德镇陶瓷学院专用 国防科大潘存云教授研制 景德镇陶瓷学院专用 国防科大潘存云教授研制 二、二、标准化标准化内容：内容：1)1)产品品种规格的系列化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，以较少的规格品种满足依次分档，制成系列化产品，以

10、较少的规格品种满足用户的广泛要求。用户的广泛要求。定义：定义：标准化是在经济、技术、科学及管理等社会实标准化是在经济、技术、科学及管理等社会实践中，对重复事务和概念，通过制定、发布和实施标践中，对重复事务和概念，通过制定、发布和实施标准，以获得最佳秩序和效益。准，以获得最佳秩序和效益。2)零部件的通用化零部件的通用化将用途、结构相近的零部件（如轴承、螺栓等），经将用途、结构相近的零部件（如轴承、螺栓等），经过统一后实现互换；过统一后实现互换；3)产品质量标准化产品质量标准化要保证产品产品质量合格和稳定，就必须做好设计、要保证产品产品质量合格和稳定，就必须做好设计、加工工艺、装配检验、包装储运等

11、环节的标准化。加工工艺、装配检验、包装储运等环节的标准化。景德镇陶瓷学院专用 国防科大潘存云教授研制 基本特征：基本特征：统一、简化。统一、简化。意义：意义：1)制造上可以实现专业化大批量生产，既可提高产品制造上可以实现专业化大批量生产，既可提高产品质量，又能降低成本；质量，又能降低成本；2)设计方面可减少设计工作量；设计方面可减少设计工作量；3)管理维修方面可减少库存量，便于更换损坏的零件。管理维修方面可减少库存量，便于更换损坏的零件。标准化是组织社会化大生产的重要手段，是实施科学管理的基础，也是对产品设计的基本要求之一。通过标准化的实施，以获得最佳的社会经济成效。标准层次：标准层次：国家标

12、准、行业标准、地方标准、企业标准。国家标准、行业标准、地方标准、企业标准。推荐性标准（推荐性标准（GB/T）-鼓励企业自愿采用。鼓励企业自愿采用。标准标准性质性质强制标准（强制标准（GB）-必须强制执行；必须强制执行；作为设计人员，要求必须熟悉现行的相关标准，学会查询和使用标准资料。无论设计何种产品，必须遵循相关标准。景德镇陶瓷学院专用 国防科大潘存云教授研制 两栖液压钳工程机械设备，它可以在铁轨上随意移动工作，放下轮子可以在道路行驶机械零件的常用材料及其选择机械零件的常用材料及其选择机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金。非金属材料如塑料、橡胶等。一、金属材料一、金属材料1.1

13、.铸铁：铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。2.2.钢：钢：结构钢、工具钢、特殊钢结构钢、工具钢、特殊钢(不锈钢、耐热钢、不锈钢、耐热钢、耐酸钢等耐酸钢等)、碳素结构钢、合金结构钢、铸钢等。、碳素结构钢、合金结构钢、铸钢等。铸铁铸铁常用金常用金属材料属材料钢钢铜合金铜合金-含碳量含碳量2%-含碳量含碳量 2%铁碳合金铁碳合金特点：特点：良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。较好的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、成本较好的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、成本低廉。低廉。应用：应用：应用范围广。

14、其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。景德镇陶瓷学院专用 国防科大潘存云教授研制 选用原则：选用原则：优选碳素钢，其次是优选碳素钢，其次是硅、硅、锰锰、硼、硼、钒类钒类合金合金钢钢。特点：特点：与铸铁相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。与铸铁相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。零件毛坯获取方法：零件毛坯获取方法：锻造、冲压、焊接、铸造等。锻造、冲压、焊接、铸造等。应用：应用：应用范围极其广泛。应用范围极其广泛。表表9-2 9-2 常用材料的相对价格常用材料的相对价格材材 料料 种种 类

15、类 规规 格格 相对价格相对价格热轧圆刚热轧圆刚 碳素结构钢碳素结构钢Q235（3342）1铸铸 件件优质碳素钢优质碳素钢（2950）1.51.8 合金结构钢（合金结构钢（2950）1.72.5 滚动轴承钢（滚动轴承钢（2950）3 合金工具钢（合金工具钢（2950）320 4Cr9Si2耐热钢（耐热钢（2950）5 灰铸铁铸件灰铸铁铸件 0.85 碳素钢铸件碳素钢铸件 1.7 铜合金、铝合金铸件铜合金、铝合金铸件 810 价格便宜且供应充分 我国资源丰富 景德镇陶瓷学院专用 国防科大潘存云教授研制 3.3.铜合金铜合金-铜锌合金，并含有少量的铜锌合金，并含有少量的锰锰、铝铝、镍镍特点：特点：

16、具有良好的塑性和液态流动性。青铜合金还具具有良好的塑性和液态流动性。青铜合金还具有良好的减摩性和抗腐蚀性。有良好的减摩性和抗腐蚀性。零件毛坯获取方法：辗压、铸造。零件毛坯获取方法：辗压、铸造。应用：应用：应用范围广泛。应用范围广泛。种类种类青铜青铜黄铜黄铜轴承合金（巴氏合金）轴承合金（巴氏合金）-含锡青铜、不含锡青铜含锡青铜、不含锡青铜二、非金属材料二、非金属材料1.1.橡胶橡胶 橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。常用作联轴器或减震器的弹性元件、带传动的胶带常用作联轴器或减震器的弹性元件、带传动的胶带等。等。硬橡胶可用于制造用水硬橡胶可用于制造用水润润滑的

17、滑的轴轴承承衬衬。景德镇陶瓷学院专用 国防科大潘存云教授研制 2.2.塑料塑料 塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件，塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件，而且各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、绝而且各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、绝热热性、性、绝缘绝缘性、减摩性、摩擦系数大等，所以近年来在性、减摩性、摩擦系数大等，所以近年来在机械制造中其机械制造中其应应用日益广泛。用日益广泛。3.3.其它非金属材料：其它非金属材料：皮革、木材、纸板、棉、丝等。皮革、木材、纸板、棉、丝等。选材因素选材因素：设计机械零件时，选择合适的材料是一项复杂的技术经济问题设计者应根据零件的用途、工作条件和材料的

18、物理、化学、机械和工艺性能以及经济因素等进行全面考虑。用途、用途、工作条件工作条件、物理物理、化学化学、机械工机械工艺艺性能性能、经济经济性。性。零件材料零件材料各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、行标各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、行标和机械设计手册中查得。和机械设计手册中查得。为了材料供应和生产管理上的方便，应尽量缩减材料为了材料供应和生产管理上的方便，应尽量缩减材料的品种。的品种。景德镇陶瓷学院专用 国防科大潘存云教授研制 表表1 1 常用钢铁材料的牌号及力学性能常用钢铁材料的牌号及力学性能材材 料料 力力 学学 性性 能能 试件尺寸试件尺寸类类 别别 牌牌 号号 强度极

19、限强度极限B B 屈服极限屈服极限S S 延伸率延伸率%mm%mmQ215 335-410 215 31 碳素碳素结构钢结构钢Q235 375-460 235 26 d 16 Q275 490-610 275 20 20 410 245 25 优质碳素优质碳素结构钢结构钢35 530 315 20 d 25 45 600 355 16 35 SiMn 883 735 15 d 25 合金合金结构钢结构钢 40Cr 981 785 9 d 25 20CrMnTi 1079 834 10 d 15 60Mn 981 785 8 d 80 ZG270-500 500 270 18 铸铸 钢钢ZG310-570 570 310 15 d100 ZG42SiMn 600 380 12 HT150 145 -灰铸铁灰铸铁HT200 195 -HT250 240 -壁厚壁厚1020QT400-15 400 250 15 球墨铸铁球墨铸铁QT500-7 500 320 7 QT600-3 600 370 3 壁厚壁厚30200景德镇陶瓷学院专用 国防科大潘存云教授研制