机械设计工艺与规范

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1、机械专业培训课,机械工艺设计规范目 录,机械工艺设计规范 目 录,1 材料选择 2 图纸标准化 3 公差设计准则 4 工艺设计准则 5 标准件设计准则 6 薄板件设计准则 7 焊接件设计准则 8 工艺流程设计 9 工艺审核 10 塑胶件设计准则 11 腐蚀设计准则,12 力学原理设计准则 13 运动部件设计准则 14 轴支承设计准则便于装配设计准则 16 工艺设计基础17 工装设计18 机械加工工艺19 可靠性设计准则20 热应力设计准则21 铸件设计准则,第一章 材料选择,1.1 材料的分类 1.2 金属材料的主要性能 1.3 非金属材料的主要性能 1.4 通过热处理改变材料的特性 1.5

2、通过表面处理改变材料的特性 1.6 型材的种类 1.7 材料的选用原则 1.8 复合材料 1.9 功能材料 1.10 电磁材料 1.11 毛坯的规格与下料 1.12 原材料的性状 1.13 材料的存放周转与布局,1.1 材料的分类,. 材料分类：材料分为两大类金属材料 黑金属和有色金属非金属材料 工程塑料、陶瓷、橡胶、光学纤维、纳米材料等铸铁 灰铸铁-HT200 球墨铸铁QT400-15 可锻铸铁（黑心）KTH330-08 可锻铸铁（白心）KTB380-12 1.1.1 黑金属 铸钢：ZG200钢: 碳素结构钢 碳素工具钢 合金结构钢 合金工具钢 1.1.2 有色金属 铜：纯铜T1 TU1 黄

3、铜H62 锡黄铜HSn70-1 青铜QSn4-1 QBe2铝：纯铝L1 防锈铝LF2 硬铝LY11 锻铝LD2 铸铝ZL102鎂：鎂 鎂合金MB变形 ZM铸造 YM压铸 YM5航空用1.1.3非金属材料：工程塑料：热固性塑料 热塑性塑料陶瓷：传统陶瓷和新型陶瓷、 橡胶：天然橡胶 合成橡胶 光学纤维：纳米材料等,1.2 金属材料的主要性能,1.2.1钢按用途分类普通碳素结构钢（Q195 Q215-屈服极限s=215）碳素结构钢 (做各种机加的焊接的冲压的折弯的结构 件 ） 优质碳素结构钢（20、45）(含碳0.3%以下低碳钢可做各种机加的焊接的冲压的 碳素钢 折弯的结构件，含碳0.30.6%的中

4、碳钢可做结构件（碳钢） 但不适合焊接和折弯拉伸件）优质碳素工具钢（T7、T8、T12）碳素工具钢高级优质碳素工具钢（T12A）（可做一般工具，刀具，刃具，不复杂的冲模，塑料模）,热模具钢（5CrMnMo,3Cr2W8V,8407）-锻模压铸模量具钢（Gcr15、CrWMn）不锈钢（1Cr13）-有防锈要求的机加件焊接件冲压件折弯件1.2.1.钢按用途分类低合金结构钢（16Mn）-有强度要求的结构件合金渗碳钢（20Cr、20CrMnTi）-表面有硬度，耐磨的结构件合金结构钢 合金调质钢（40Cr）-做各种轴，有强度要求的结构件合金弹簧钢（60Si2Mn，65Mn）-做各种弹簧滚动轴承钢（Gcr1

5、5）-做轴承零件低合金刃具钢（9Sicr） -刀具，刃具，冲头 合金钢 高速钢（W18Cr4V）-刀具，刃具合金工具钢 冷模具钢（9Mn2V，Cr12MoV）-刀具，刃具，冲头 模具钢 塑模钢（CrWMn,P20,718H）-各种塑料模特殊性能钢 耐酸钢（1Cr18Ni9Ti）-含C0.1%-做耐酸蚀，不被磁化的零件耐磨钢（ZGMn13）-有耐磨要求的运动零件。耐热钢 (0Cr18Ni9)-有耐热环境要求 的零件。,1.2.2铸铁的概念、特点和种类 概念铸铁是碳含量2.11%的铁碳合金。 特点 与钢相比b、塑性、韧性较低 具有优良的铸造性、可切削性，减振性 生产成本低 种类 灰铸铁 球墨铸铁

6、可锻铸铁 蠕墨铸铁 合金铸铁,1.2.2五种铸铁的特点和应用灰铸铁 特点：碳多以片状形式存在。具有高的抗压强度、优良的耐磨性和消振性，低的缺口敏感性。 应用：HT150、HT200、HT300、HT350等主要用于制造汽车、拖拉机中的汽缸、汽缸套、机床的床身等承受压力及振动的零件。其中HT300和HT350称为变质铸铁（或孕育铸铁），可制造压力机的机身、重负荷机床的床身、高压液压筒等机件。 球墨铸铁 特点：球铁中的石墨呈球状，石墨球越细，球的直径越小分布越均匀，则球铁的力学性能越高。既有灰铸铁优点，又具有中碳钢的b，弯曲疲劳强度及良好的塑性、韧性。另外还可以通过合金化及热处理来提高它的性能。

7、应用：QT400-18、QT400-15主要做汽车、拖拉机底盘零件。,1.2.2五种铸铁的特点和应用 可锻铸铁 特点：是由白口铸铁经可锻化退火而获得团絮状石墨的铸铁。强度、塑性及韧性比灰铸铁高，但不可锻造。 应用：KTH300-06适用于制造弯头、三通；KTH330-08适用制造螺丝扳手、犁刀等；KTZ450-06适用制造凸轮轴、连杆、活塞环、万向接头等。 蠕墨铸铁 特点：碳主要以蠕虫状石墨形态存在，其形状形似蠕虫。其力学性能介于相同基本组织的灰铸铁和球墨铸铁之间。其铸造性能、减震能力以及导热性能都优于球铁，并接近灰铸铁。 应用：RUT420适用于制造在热循环载荷条件下工作的零件，如柴油机汽缸

8、、刹车件等。 合金铸铁 特点：在熔炼时有意加入一些合金元素制成合金铸铁（或称特殊性能铸铁）。与相似条件下使用的合金钢相比，熔炼简单，成本低廉。 种类：耐磨铸铁、耐热铸铁和耐蚀铸铁,1.2.3.金属的使用性能和工艺性能使用性能：指金属材料在正常工作条件下所表现出来的力学性能、物理性能、化学性能。一般机械零件常以力学性能作为设计和选材的依据， 这是我们重点要掌握的内容。工艺性能：指材料在加工过程中反映出来的性能。（金属材料使用某种工艺方法，如：机械加工性能、铸造性能、压力加工性能、焊接性能、热处理性能等进行加工的难易程度。）,1.2.4力学性能的概念及主要指标金属材料的力学性能：是指材料在外力作用

9、下表现出来的性能。表示金属材料力学性能的主要指标有五个： 强度 塑性 硬度 冲击韧性 抗疲劳性（或疲劳强度）,1.2.5强度的概念及分类强度：是指材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。根据外力作用方式，材料的强度可分为四种： 抗拉强度 （ b ）表示材料被拉断前所承载的最大应力。b是零部件设计和评定材料时的重要强度指标。 抗压强度 抗弯强度 抗剪强度 注：对拉伸过程中屈服现象不明显的材料（如铸铁）按GB228-87规定以伸长率为0.2%时的应力值作为它的条件屈服强度，用0.2表示,1.2.6金属的塑性 是指材料在外力作用下产生塑性 变形而不断裂的能力。表示塑性的两个指标： 伸长率（ ） 断面收

10、缩率（ ） 注：当材料的和 值愈高时表示材料的塑性愈好。一般达5%，达10%就可满足绝大多数零件的要求。,1.2.7硬度的概念及主要测定指标硬度：是指金属材料抵抗更硬的物体压入表面的能力。 根据测定硬度方法的不同，可用布氏硬度（HB） 、洛氏硬度（HR）和维氏硬度（HV）等多种硬度指标表示材料的硬度。 布氏硬度（HBS）：用淬火钢球做压头测出的硬度值。适用测量硬度小于450HBS材料。如结构钢、铸铁及有色金属等。 布氏硬度（HBW) ：用硬质合金球做压头测出的硬度值。适用测量硬度值不超过650HBS的材料。此方法的优点是：测量结果准确。缺点是：压痕较大，不适用成品检验。 洛氏硬度（HRA、HR

11、B、HRC)：常用的三种测试方法中HRC用得最多。常用于淬火钢的检验。此方法的优点是：操作简便迅速，压痕较小，可在工件上直接打硬度。缺点是：压痕小，代表性差，所测 硬度值重复性差，分散度大。 维氏硬度（HV)：测量原理基本以布氏硬度相同.适用测量较薄的材料、表面硬化层及金属镀层的硬度。此方法的优点是：所用载荷小，压痕深度浅，测量精度高，范围大。缺点是：操作复杂，效率低，不宜用做大批量检测。由于压痕小致使所测硬度重复性差，分散度大。,1.2.8冲击韧性的概念及特点冲击韧性：是指在冲击载荷作用下，金属材料抵抗变形和断裂的能力。其值以“ak ”来表示。冲击韧性的特点： ak值越大，材料的韧性就越好，

12、在受到冲击时越不容易断裂。 材料的冲击韧性值可以用冲击实验方法测定。,1.2.9疲劳强度的概念及提高材料疲劳强度的方法疲劳强度：是指材料经无数次的应力循环仍不断裂的最大应力，用来表示材料抵抗疲劳断裂的能力。工程上规定，材料在循环应力作用下达到某一基数而不断裂，其最大应力就作为该材料的疲劳极限。用“-1”表示。提高材料疲劳强度的方法：在生产中常采用各种材料表面强化处理技术如：喷丸、滚压、渗碳、渗氮和表面淬火等。此外，减小零件表面粗糙度也可以显著地提高材料的疲劳极限。材料的疲劳强度 可以用疲劳实验机进行测定。,1.2.10物 理 性 能 金属材料主要的六种物理性能： 比重 熔点 热膨胀性 导热性

13、导电性 磁性产品不同对其物理性能的要求也不同。例如： 飞机、导弹零件为减轻自重则选用比重小的，强度高的铝合金制造。 电器零件要求导电性。 制造变压器选用硅钢片，要求具有良好磁性。 物理性能对加工工艺也有影响，如导热性差的材料，在经热处理或锻压工艺加工的加热速度应缓慢些，防止产生裂纹。 在铸造中，对熔点不同的材料，所选择的浇注温度也有所不同。熔点低的金属，铸造性能好，对铸造工艺有利。,1.2.11化 学 性 能化学性能概念：是指金属及合金在常温或高温时抵抗各种化学作用的能力。化学性能种类：耐酸性、耐碱性和抗氧化性。,1.2.12工 艺 性 能 工艺性能概念：是指材料加工成形的难易程度。 工艺性能

14、种类： 铸造性能（可铸性） 压力加工性能（可锻性） 焊接性能（可焊性） 机械加工性能（切削加工性） 热处理工艺性能（热处理性）,1.2.13结晶的概念及基本规律 结晶的概念：由液态金属转变为固态晶体的过程。 结晶的基本规律：过冷现象 每一种金属都有一个平衡结晶温度 ，称为理论结晶温度用“TO”表示。 只有冷却到低于TO温度才能结晶，这种现象称为“过冷度”。用“T”表示。 过冷度 理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。 影响“过冷度”的因素：冷却速度 “冷却速度”与“过冷度”之间的关系：冷却速度越快，过冷度越大。,1.2.14结晶的过程和晶粒大小对金属力学性能的影响 结晶的过程：结晶是在一定

15、过冷度下，从无到有，从小到大的过程。即是形核-长大的过程。 晶粒大小对金属力学性能的影响：晶粒愈细，其金属的强度愈高，塑性和韧性愈好。 细化晶粒的方法： 过冷度的影响（提高冷却速度 ） 变质处理在金属液中加入某些杂质，进行非自发形核，以细化晶粒。如在铸铁中加入硅钙合金的处理。 采用机械振动、超声波振动和电磁搅拌,1.2.15合金的概念及合金相结构的分类 合金将两种或两种以上的金属或金属与非金属融合在一起，获得的具有金属性质的物质，称为合金。 三种合金相结构： 固溶体：合金各组元在固态时具有相互溶解能力而形成的均匀固体，这种固体合金称为固溶体。 化合物：合金各组元按一定原子数量比化和而成的一种新

16、物质。(它具有特殊晶格)性能特点：熔点高，硬度、脆性大 机械混合物：组成合金的各组元在固态下以混合形式组合在一起组成物。性能特点：具有比单一固溶体更高的硬度、强度、耐磨性和良好的切削加工性，但塑性和抗蚀性较差,1.2.16铁碳合金在固态下的基本组织 铁素体（F）碳在-Fe中形成的间隙固溶体。用符号“F”表示。性能特点：强度、硬度不高，但塑性、韧性好。 奥氏体（A）碳在-Fe中形成的间隙固溶体，以符号 “A”表示。性能特点：硬度低、塑性高、易于塑性成型。 渗碳体（Fe3C）是Fe和C的化合物，分子式为Fe3C,含C量为6.69%。性能特点：硬度高、脆性大、塑性和冲击韧性几乎等于零，在钢中起强化作用。 珠光体（P）是F+Fe3C组成的机械混合物称为珠光体，用“P”表示。性能特点：机械性能介于Fe3C片和F片两者之间，即强度较好，硬度适中并具有一定塑性。 莱氏体（Ld）是A+Fe3C组成的机械混合物称为莱氏体。用“Ld”表示。性能特点：硬度高，塑性差。,