¿Cuáles son los principios de selección de materiales para piezas mecánicas?
Las piezas mecánicas se refieren a las unidades básicas indivisibles que componen una máquina, como pernos, tornillos, chavetas, correas, engranajes, ejes, resortes, pasadores, etc. Las piezas mecánicas se dividen en piezas generales y piezas especiales. Las piezas generales se refieren a piezas que pueden usarse ampliamente en varias máquinas, mientras que las piezas especiales se refieren a piezas que solo se pueden usar en un tipo específico de máquina.
1. Materiales de uso común para piezas mecánicas
Los materiales para piezas mecánicas incluyen materiales metálicos, materiales no metálicos y materiales compuestos.
Los materiales metálicos se dividen en materiales metálicos ferrosos y materiales metálicos no ferrosos. Los materiales metálicos ferrosos incluyen diversos aceros, aceros fundidos y hierros fundidos. Tienen buenas propiedades mecánicas (como resistencia, plasticidad, tenacidad, etc.), son relativamente baratos y fáciles de obtener y pueden cumplir con los requisitos de una variedad de propiedades y. usos. Entre los diversos tipos de metales ferrosos, el acero aleado se utiliza a menudo para fabricar piezas importantes debido a sus excelentes propiedades. Los materiales metálicos no ferrosos incluyen aleaciones de cobre, aleaciones de aluminio, aleaciones para cojinetes, etc., que tienen las ventajas de baja densidad, buena conductividad térmica y eléctrica, etc., y generalmente se pueden usar en situaciones donde la reducción de la fricción, la resistencia al desgaste y Se requiere resistencia a la corrosión.
Los materiales no metálicos se refieren a materiales poliméricos como plásticos, caucho, fibras sintéticas y cerámicas. Los materiales poliméricos tienen muchas ventajas, como materias primas ricas, baja densidad, buena elasticidad dentro de un rango de temperatura adecuado y buena resistencia a la corrosión. Su principal desventaja es que envejece fácilmente, muchos de sus materiales tienen poca retardancia de llama y, en general, su resistencia al calor no es buena. Las principales características de los materiales cerámicos son una dureza extremadamente alta, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, alto punto de fusión, alta rigidez y menor densidad que el acero. Actualmente, los materiales cerámicos se han utilizado en estructuras como sellos, rodamientos y herramientas de corte. Sus principales desventajas son que es relativamente frágil, tiene baja tenacidad a la fractura, es caro y tiene una tecnología de procesamiento deficiente.
El material compuesto se refiere a un nuevo tipo de material que utiliza dos o más materiales con propiedades físicas y mecánicas significativamente diferentes para obtener las propiedades requeridas mediante el procesamiento compuesto. Por ejemplo, los materiales no metálicos como el vidrio, el grafito (carbono), el boro y el plástico se pueden combinar en diversos materiales compuestos reforzados con fibras. Al unir plástico a la superficie de una placa de acero al carbono ordinaria, se puede obtener una placa de acero compuesto de plástico con alta resistencia y resistencia a la corrosión. Sin embargo, también tiene una alta resistencia y un módulo elástico y una masa muy pequeña. tiene mala resistencia al calor, conductividad térmica y desventajas de una mala conductividad eléctrica. Además, los materiales compuestos son relativamente caros. Por lo tanto, los materiales compuestos se utilizan actualmente principalmente en campos de alta tecnología como la aviación y el sector aeroespacial. En productos civiles, los materiales compuestos también tienen algunas aplicaciones.
2. Principios de selección de materiales para piezas mecánicas
Seleccionar materiales adecuados entre una variedad de materiales es una tarea restringida por muchos factores. En los próximos capítulos relevantes, se presentarán respectivamente los materiales y grados aplicables para varias piezas. La siguiente es una introducción a los principios generales de selección de materiales metálicos (principalmente acero).
El principio de selección de materiales para piezas mecánicas es: los materiales requeridos deben cumplir con los requisitos de las piezas y tener buena artesanía y economía.
1. Requisitos de uso
Los requisitos de uso de las piezas mecánicas son los siguientes:
(1) Las condiciones de trabajo y de carga de las piezas, y el Las condiciones de trabajo necesarias para evitar los correspondientes modos de fallo se refieren a las características ambientales de las piezas, temperatura de funcionamiento, grado de fricción y desgaste, etc. Para piezas que funcionan en ambientes cálidos y húmedos o medios corrosivos, los materiales deben tener buena inhibición y resistencia a la corrosión, como acero inoxidable, aleación de cobre, etc. Por un lado, se debe considerar la influencia de la temperatura de trabajo en la selección del material. Los coeficientes de expansión lineal de los materiales de las dos partes que cooperan entre sí no deben diferir demasiado para evitar un estrés térmico excesivo o un aflojamiento del ajuste cuando la temperatura aumenta. Por otro lado, también hay que considerar el cambio de las propiedades mecánicas de los materiales con la temperatura. Para mejorar la dureza de la superficie de las piezas que trabajan bajo fricción deslizante para mejorar la resistencia al desgaste, se deben seleccionar acero templado, acero cementado, acero nitrurado y otras variedades adecuadas para el tratamiento de superficies, o se deben seleccionar materiales con buena reducción de la fricción y resistencia al desgaste.
La condición de carga se refiere a la magnitud y naturaleza de la carga y la tensión.
En principio, los materiales frágiles sólo son adecuados para la fabricación de piezas que funcionan bajo cargas estáticas; en caso de algún impacto, se deben utilizar materiales plásticos como materiales principales para piezas cuyas superficies estén sujetas a grandes tensiones de contacto, se debe seleccionar un tratamiento superficial; materiales, como acero cementado; para piezas sujetas a tensiones variables, se deben seleccionar materiales resistentes a la fatiga, para piezas sujetas a cargas de impacto, se deben seleccionar materiales con mayor tenacidad al impacto, ya que el tamaño depende de la resistencia y el tamaño y la calidad; Para piezas restringidas, se deben seleccionar materiales con mayor resistencia; para piezas cuyo tamaño depende de la rigidez, se deben seleccionar materiales con mayor módulo elástico.
Las propiedades de los materiales metálicos generalmente se pueden mejorar y mejorar mediante el tratamiento térmico. Por lo tanto, el tratamiento térmico debe aprovecharse al máximo para liberar el potencial del material. Para el acero templado y revenido más utilizado, debido a las diferencias en las temperaturas de revenido, se pueden obtener piezas en bruto con diferentes propiedades mecánicas. Cuanto mayor sea la temperatura de revenido, menor será la dureza y resistencia del material, mientras que la plasticidad será mejor. Así a la hora de elegir el tipo de material. Las especificaciones del tratamiento térmico también deben especificarse y anotarse en los planos.
(2) Limitaciones en el tamaño y la calidad de las piezas El tamaño y la calidad de las piezas están relacionados con el tipo de material y el método de fabricación de la pieza en bruto. Cuando se utilizan materiales de fundición para fabricar piezas en bruto, generalmente no está limitado por el tamaño y la masa; cuando se utilizan materiales de forja para hacer piezas en bruto, es necesario prestar atención a la capacidad de producción de la maquinaria y el equipo de forja. Además, el tamaño y la masa de las piezas también están relacionados con la relación resistencia-peso del material. Se deben utilizar materiales con una gran relación resistencia-peso tanto como sea posible para reducir el tamaño y la calidad de las piezas. .
(3) La importancia de las piezas en la máquina o componente completo.
2. Requisitos del proceso
Se debe considerar que los materiales utilizados puedan fabricarse fácilmente desde el producto en bruto hasta el producto terminado. Por ejemplo, las piezas con estructuras complejas y tamaños grandes son difíciles de forjar y pueden fundirse o soldarse. Los materiales deben tener buenas propiedades de fundición o soldadura.
Dependiendo del proceso seleccionado se deben considerar las posibilidades de procesamiento del material para el proceso. Para la fundición se debe considerar la fluidez líquida del material, la posibilidad de cavidades de contracción y segregación, etc.; para la soldadura se debe considerar la soldabilidad del material y la tendencia a producir grietas, para la forja, la ductilidad, la fragilidad térmica; y se debe considerar la tendencia del material, la capacidad de deformación, etc.; para piezas que requieren tratamiento térmico, se debe considerar la templabilidad del material, la tendencia a la deformación por enfriamiento, etc., para piezas que requieren corte, la dureza, la facilidad; Se debe considerar el tipo de corte, el grado de endurecimiento por trabajo en frío y el procesamiento posterior al corte. La rugosidad de la superficie alcanzable, etc.
3. Requisitos económicos
(1) Bajo la premisa de cumplir con los requisitos de uso, el precio relativo del material en sí debe ser lo más bajo posible. Esto es especialmente importante para piezas fabricadas en grandes volúmenes.
(2) Costos de procesamiento de materiales Cuando la calidad de las piezas es pequeña pero el volumen de procesamiento es grande, los costos de procesamiento representarán una gran proporción del costo total de las piezas. Aunque el hierro fundido es más barato que la placa de acero, para algunas piezas de cajas producidas en piezas individuales o en lotes pequeños, el costo de usar hierro fundido es mayor que usar soldadura de placa de acero, porque esta última puede ahorrar el costo de fabricación del molde.
(3) La utilización del material se puede mejorar mediante el uso de procesamiento sin virutas o con menos virutas, como forjado, fundición de precisión, estampado, etc.
(4) Principio de calidad local En muchos casos, las piezas tienen diferentes requisitos para los materiales en diferentes piezas. En realidad, es imposible elegir un material para satisfacer diferentes necesidades y, aunque sea posible, el precio es muy elevado. En este momento, de acuerdo con el principio de calidad local, se pueden utilizar diferentes materiales o diferentes procesos de tratamiento térmico en diferentes partes para cumplir con los requisitos de cada parte. Por ejemplo, los dientes del engranaje helicoidal deben tener una excelente resistencia al desgaste y una alta capacidad anti-pegamento, y otras piezas solo necesitan tener una resistencia media. Por lo tanto, se utiliza una corona de bronce fuera del núcleo de la rueda de hierro fundido para cumplir con estos requisitos. Otro ejemplo es que un cojinete deslizante solo requiere antifricción en la superficie en contacto con el muñón, por lo que solo el casquillo del cojinete debe estar hecho de material antifricción, en lugar de que todo el cojinete tenga que estar hecho de material antifricción.
La calidad local también se puede obtener mediante carburación, enfriamiento superficial, pulverización superficial, laminado superficial y otros métodos.
(5) Sustitución de materiales para ahorrar materiales valiosos y raros. Por razones de suministro o requisitos económicos, los materiales seleccionados se pueden sustituir por otros materiales.
Por ejemplo, cuando la resistencia es el requisito principal, se pueden usar materiales con mayor resistencia y mayor precio, o se pueden usar materiales con menor resistencia y precio más barato, y el tamaño estructural debe aumentarse adecuadamente cuando la resistencia al desgaste o la resistencia a la corrosión son altas; el requisito principal En lugar de utilizar materiales con buena resistencia al desgaste o propiedades anticorrosión, puede elegir materiales más pobres para diversos tratamientos de endurecimiento de superficies o tratamientos anticorrosión, para materiales raros, también puede utilizar materiales comunes, como bronce de aluminio; de bronce al estaño para fabricar casquillos de cojinete.
(6) Situación del suministro de materiales A partir de simplificar el suministro y almacenamiento de variedades de materiales, para piezas producidas en lotes pequeños, la variedad y especificaciones de los materiales utilizados en la misma máquina deben reducirse tanto como sea posible.