机械零件的常用材料及选择

景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制机械零件的常用材料及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。景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制一、金属材料1.铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。2.钢：结构钢、工具钢、特殊钢(不锈钢、耐热钢、耐酸钢等)、碳素结构钢、合金结构钢、铸钢等。铸铁常用金属材料钢铜合金----含碳量2%----含碳量≤2%铁碳合金特点：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）、成本低廉。应用：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：优选碳素钢，其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。特点：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。零件毛坯获取方法：锻造、冲压、焊接、铸造等。应用：应用范围极其广泛。表9-2常用材料的相对价格材料种类规格相对价格热轧圆刚碳素结构钢Q235（φ33~42）1铸件优质碳素钢（φ29~50）1.5~1.8合金结构钢（φ29~50）1.7~2.5滚动轴承钢（φ29~50）3合金工具钢（φ29~50）3~204Cr9Si2耐热钢（φ29~50）5灰铸铁铸件0.85碳素钢铸件1.7铜合金、铝合金铸件8~10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.铜合金-铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍特点：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。零件毛坯获取方法：辗压、铸造。应用：应用范围广泛。种类青铜黄铜轴承合金（巴氏合金）-含锡青铜、不含锡青铜二、非金属材料1.橡胶橡胶富于弹性，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、带传动的胶带等。硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬。景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制2.塑料塑料的比重小，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、绝热性、绝缘性、减摩性、摩擦系数大等，所以近年来在机械制造中其应用日益广泛。3.其它非金属材料：皮革、木材、纸板、棉、丝等。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、工作条件、物理、化学、机械工艺性能、经济性。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，应尽量缩减材料的品种。景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制表1常用钢铁材料的牌号及力学性能材料力学性能试件尺寸类别牌号强度极限σB屈服极限σS延伸率%mmQ215335-41021531碳素结构钢Q235375-46023526d≤16Q275490-610275202041024525优质碳素结构钢3553031520d≤25456003551635SiMn88373515d≤25合金结构钢40Cr9817859d≤2520CrMnTi107983410d≤1560Mn9817858d≤80ZG270-50050027018铸钢ZG310-57057031015d≤100ZG42SiMn60038012HT150145----灰铸铁HT200195----HT250240----壁厚10~20QT400-1540025015球墨铸铁QT500-75003207QT600-36003703壁厚30~200景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制6公差与配合、表面粗糙度和优先系数一、公差与配合互换性：零件在装配时，不需要选择和附加加工的就能满足预期技术与使用要求的特性。基本尺寸：由设计图纸给定的零件理论尺寸；为确定值。实际尺寸：制造加工后测量所得零件尺寸；由于测量有误差，所以实际尺寸并非真值。相对于基本尺寸而言，总是有误差。或大或小基本尺寸轴φ25实际尺寸Φ25.1轴Φ24.9轴实际尺寸实际尺寸基本尺寸实际尺寸Φ24.9孔Φ25.1孔φ25孔景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制最小极限尺寸：零件满足互换性要求的最小允许尺寸；最大极限尺寸：零件满足互换性要求的最大允许尺寸；尺寸误差：实际尺寸与理论设计尺寸之差；上偏差：最大极限尺寸与基本尺寸之差；符号：ES,es下偏差：最小极限尺寸与基本尺寸之差；符号：EI,eiesESeiEI尺寸公差：最大极限尺寸与最小极限尺寸之差；即允许的尺寸变动量。ES-EIes-ei公差=Lmax-Lmax=ES-EI=es-eiLmin孔φL孔Lmax孔轴LLmax轴Lmin轴景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制轴LLmax轴Lmin轴零线：代表基本尺寸所在位置的一条直线；公差带：由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域；零线ESEI孔公差带esei轴公差带国标规定：孔与轴各有28个，分别用如下符号表示：孔：ABCCDDEEFFFGGHJSKMNPRSTUVWXYZZAZBZC轴：abccddeefffgghjskmnprstuvwxyzzazbzc基本偏差：标准表列的，用于确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般为靠近零线的那个偏差。+0-零线L景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制孔：ABCCDDEEFFFGGHJSKMNPRSTUVWXYZZAZBZC轴：abccddeefffgghjskmnprstuvwxyzzazbzc基本偏差系列呈正态分布BCCDDEEFAFFGGHKMNPRSTUVXYZZAZBZCJS孔+0-基本尺寸bccddeefaffgghkmnprstuvxyzzazbzcjs轴+0-基本尺寸景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制配合：基本尺寸相同，相互结合的孔与轴公差带之间的关系；间隙或过盈：孔的尺寸减去相配合轴的尺寸所得代数差；间隙：代数差为“+”，孔轴;过盈：代数差为“-”，孔轴;公差等级：国标规定了20个等级，用阿拉伯数字：001123456789101112131415161718表示。标记方法：公差带符号后跟阿拉伯数字表示。如：H7。常用公差等级的应用4、5级用于特别精密的零件；6、7、8级用于重要的零件；8、9级用于中速及中等精度要求的零件；10、11级用于低速、低精度的零件。可直接采棒材、管材、精密锻件而不用切削加工。景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制配合类型间隙配合过渡配合过盈配合孔轴，用于可动联接，如活动铰链；孔轴，用于静联接，如火车轮与轴。可能有间隙，也可能具有过盈。用于要求具有良好的同轴性而又便于拆装的静联接，如齿轮与轴；最大间隙:Xmax=孔max-轴min最小间隙:Xmin=孔min-轴max最大过盈:Ymax=孔min-轴max最小过盈：Ymin=孔max-轴min景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制间隙配合孔公差带轴公差带孔公差带轴公差带孔公差带轴公差带孔公差带轴公差带过盈配合过渡配合孔公差带轴公差带孔公差带轴公差带孔公差带YmaxXmaxYmaxXmaxYmaxXmaxYmaxYmaxXminXmaxXmin=0Ymin=0轴公差带XmaxYmin景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制H零线D孔公差kjshgefrpms间隙配合过渡配合过盈配合配合基准制基孔制配合：孔是基准孔，下偏差EI=0，代号为:H，通过改变轴的公差带来或得各种不同的配合特性。基孔制配合基轴制配合应用广泛，可减少孔加工刀具景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制零线hD轴公差KJSHGEFRPMS间隙配合过渡配合过盈配合基轴制配合：轴是基准轴，上偏差es=0，代号为:h，通过改变孔的公差带来或得各种不同的配合特性。景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制基孔制常用与优先配合的选用景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制基轴制常用与优先配合的选用景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制二、表面粗糙度轮廓峰谷线轮廓峰顶线轮廓峰高yp轮廓谷深yv中线lyx定义：零件表面的微观几何形状误差称为表面粗糙度特征：加工后零件表面留下的微细而凹凸不平的刀痕。评定参数：轮廓算术平均偏差----取样长度l内，被测轮廓上各点至轮廓中线偏居绝对值的算术平均值：dxylRla01niiaynR11近似为：景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制0.0120.0250.050.10.20.40.81.63.26.312.52550100表3用不同加工方法得到的Ra加工方法表面粗糙度Raμm精粗刨削钻孔铰孔精粗镗孔精粗车精粗磨精粗研磨滚、铣精粗Ra愈小，零件的加工成本愈高。景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制表面粗糙度对零件功能有重要的影响。例如：1.对摩擦磨损的影响摩擦系数Ra零件表面愈粗糙，摩擦系数愈大。但光滑到一定程度时，润滑油被挤出，产生亲和力反而使摩擦系数增大。2.对疲劳强度的影响零件表面愈粗糙，在刀痕根部愈容易产生应力集中，使疲劳强度降低。3.对耐腐蚀的影响4.对结合处密封性能的影响5.对振动和噪声的影响等等零件表面愈粗糙，在刀痕根部愈容易产生腐蚀渗透。零件表面愈光滑，密封性能愈好。零件表面愈粗糙，振动和噪声愈大。如滚动轴承。景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制三、优先数系优先数系是国际上统一的数值分级制度，是一种无量纲的分级系数，适用于各种量值的分级。在确定产品的参数或参数系列时，应该最大限度采用。产品的主要参数如：型号、直径、转速、承载量和功率等按优先数系形成系列，便于组织生产和降低成本，以实现产品的标准化和系列化。优先数系是一个以公比为：qr=10的十进等比级数，rGB321-80规定了四个优先数系的基本系列：R5:q5=10≈1.65R10:q10=10≈1.2510R20:q20=10≈1.1220R40:q40=10≈1.0640景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制优先数系的基本系列R51.001.602.504.006.3010.00R101.001.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.001.001.121.251.401.601.802.002.242.502.803.153.554.004.505.005.606.307.108.009.0010.001.001.061.121.181.251.321.401.501.601.701.801.902.002.122.242.362.502.652.803.003.153.353.553.754.004.254.504.755.005.305.606.006.306.707.107.508.008.509.009.5010.00R40R20优先数----表中任意一个数值。大于10的优先数，可将表数值分别乘以10、100、1000。景德镇陶瓷学院专用国防科大潘存云教授研制7机械零件的工艺性及标准化一、工艺性零件设计要求使用要求----具备所要求的工作能力；制造要求----制造工艺可行，成本低；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很低。工艺性的基本要求：1)毛坯选择合理制备方法：选用型材、铸造、锻造、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。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。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；3)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，尽量采用较低的精度和表面质量。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、螺纹、键、齿轮模数等）的数量；4)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。力求使少或无切削加工，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、粉末冶金等先进