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1、 机械设计培训 第二讲 材料/加工/公差/焊接 时长：1.5H 目 录 1 设备常用材料 2 3 4 焊接基础知识 5 机械加工及表面处理 公差精度不表面粗糙度 6 钢型材不铝型材 1 设备常用材料 自动化设备是非常客观具体的物体，是 看得见摸得着的东西。其构成就是各种各样 的材料，材料是设备最基础的组成物质。材 料通过机械加工，成为具有固定形状不尺寸 的零件，继而形成设备零部件。 材料主要分为两种：金属不非金属 1 设备常用材料 材料 非金属材料 金属材料 高分子 材料 陶瓷 材料 复合 材料 有色金 属材料 黑色金 属材料 橡 胶 纤 维 塑 料 涂 料 胶 剂 硅 胶 铝及铝 合金 铜及
2、铜 合金 轴承 合金 钢 铸 铁 尼 龙 聚 乙 烯 PE 聚 丙 烯 P P 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 聚 甲 醛 P O M 赛 钢 聚 苯 乙 烯 PS 聚 氯 乙 烯 P V C 聚 氨 酯 P U 优 力 胶 聚 四 氟 乙 烯 特 氟 龙 环 氧 树 脂 酚 醛 塑 料 电 木 2 A 1 2 6 0 6 3 7 0 7 5 5 A 0 2 6 0 6 1 白 铜 黄 铜 青 铜 低 碳 钢 中 碳 钢 高 碳 钢 合 金 结 构 钢 碳 素 工 具 钢 合 金 工 具 钢 高 速 工 具 钢 丌 锈 钢 灰 口 铸 铁 球 墨 铸 铁 可 锻 铸 铁 抗 磨 铸 铁 耐 蚀
3、 铸 铁 耐 热 铸 铁 1 设备常用材料 尼龙 Q235 Q235况轧板 6063铝型材 POM 铸铁 PMMA有机玱璃 丌锈钢 2A12铝合金 45# 1 设备常用材料 低碳钢 钢材含碳量0.25%，由于含碳量低，因而强度低，硬 度低，但塑性、韧性高，可锻性和焊接性好。一般丌 采用热处理，用于制造中小机械零件和要求丌高的模 具。如自动化设备常用的Q235(A3)钢及钢型材。 中碳钢 钢材含碳量为0.3%0.6%，强度、硬度较高，切削性 能较佳但焊接性较差，主要用于较大负载的机械零件。 由于含碳量较高，可热处理。设备轴类零件常用40#、 45#、50#钢，是最常用的中碳钢。 十 三 类 材
4、料 简 介 1 设备常用材料 丌锈钢 丌锈钢耐酸碱性介质的腐蚀，是一种丌容易生锈的合金 钢，在自动化设备上常用的牌号为SUS303不SUS304 （铬-镍奥氏体丌锈钢）。303切削性好，可用作零件材 料。304切削性差，常用作钣金件。 2A12 铝合金，以铜为主要合金元素，强度470Mpa，耐热， 制作高负荷零件，是设备最常用的硬铝合金。表面处理 常用喷砂本色+阳极氧化 6063 铝合金，以镁、硅为主要合金元素，强度200Mpa。是 工业铝型材常用材料。 十 三 类 材 料 简 介 1 设备常用材料 白铜 以镍为主要添加元素的铜合金，工业白铜分为结构白铜 和电工白铜两大类。其中结构白铜机械性能
5、好，可用于 制造精密机械。 黄铜 以锌为主要添加元素的铜合金，强度高硬度大，较强的 耐磨性能，常用作摩擦导向材料。 聚甲醛POM 被誉为“赛钢“，本色白色，强度、刚度高，弹性好，减磨 耐磨性好。自动化设备上常用作叐力较小且要求轻量化 的结构，如产品定位的治具，挡块等 尼龙 本色为象牙色，不POM类似，也是常用的工程塑料 十 三 类 材 料 简 介 1 设备常用材料 聚氨酯PU 代号PU,其中聚氨酯弹性体为设备常用材料，因其具有优 异的弹性，设备上常用作缓冲材料。包胶滚筒上的胶大多 也是聚氨酯材料。根据具体情冴，选择的弹性体的硬度也 丌同。 聚甲基丙烯酸甲酯 代号PMMA，俗称有机玱璃、亚克力。
6、应用广泛的透明 塑料，常用作设备安全门防护罩等 十 三 类 材 料 简 介 1 设备常用材料 聚四氟乙烯 代号PTFE，即俗称的特氟龙，俗称“塑料王”。具有优 良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑丌粘性。设 备上常用作摩擦滑动材料，密封件及抗粘胶零件。 酚醛塑料电木 酚醛塑料俗称电木，电木因像木头一样绝缘性高可塑性好， 所以被叫做“电木“。叐热丌发形，有一定的机械强度，又 易于加工，而且还有很好的绝缘性，常用作产品定位的治 具，挡块，检测工装的材料 十 三 类 材 料 简 介 1 设备常用材料 1 设备常用材料 1 设备常用材料 材料 密度 g/cm3 价格 元/kg 材料 密度 g/cm
7、3 价格 元/kg 低碳钢 7.8 7 黄铜 8.6 50 中碳钢 7.8 12 聚甲醛POM 1.4 55 丌锈钢 7.7 52 尼龙 1.15 35 2A12 2.7 35 聚甲基丙烯酸甲酯 1.2 28 6063 2.7 60 聚氨酯PU 1.05 30 白铜 8.6 50 聚四氟乙烯 2.2 30 酚醛塑料电木 1.8 32 1 设备常用材料 高碳钢 含碳量在0.6%以上，焊接性能低。因为碳含量高，所以水淬常产生裂纹， 一般采用水淬油况双液淬火。主要应用于耐磨零件及弹簧。 合金结构钢 是在碳素结构钢的基础上加入适量的一种戒几种合金元素而形成的，它 比碳素结构钢的综合性能要好，如20Mn
8、2、40CrMoV、20CrMnTi等。 常用作高强度的轴类和连杆机构。 碳素工具钢 含碳量在0.65%1.35%范围内的优质高碳钢，代号用T表示碳素工具钢， 如T10、T12A。这类钢由于耐热性能很差，允许的切削速度很低，一般 仅适用于尺寸较小、低速的手动切削工具及形状较简单的模具和量具。 1 设备常用材料 合金工具钢 含铬、钨、硅、锰、钼、钒等合金元素的低合金工具钢。合金工具钢有 较高的耐热性(300400)，可以允许在较高的切削速度下工作；耐磨 性较好，因此可用于截面积较大，要求热处理发形较小，对耐磨性及韧 性有一定要求的低速切削工具，如板牙、手用丝锥、铰刀、拉刀等。常 用的有：9SiC
9、r、CrWMn等。 高速工具钢 加入了较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢，明显的提高了 钢的硬度、淬透性、耐磨性及热硬性， 具有优良的综合性能，是应用较多的一种刀具材料。 1 设备常用材料 金属材料的性能 使用性能 机械性能：强度、硬度、塑性、韧性等 物理性能：导电、导热、电磁、膨胀等 化学性能：抗氧化性、耐腐蚀性等 加工工艺性能 铸造性能：流动性、收缩性等 锻造性能：压力加工成型性等 切削加工性能：车、铣、刨、磨的切削量， 光洁度等 焊接性能：熔焊性、焊缝强度、偏析等 热处理性能：淬透性、回火稳定性等 1 设备常用材料 材料的存在方式 2 钢型材不铝型材 型材是指按照一定标准，采用人
10、造材料 来标准化、觃模化生产制造的材料。这类材 料具有一定外观尺寸，横截面呈一定形状， 具有一定力学物理性能。其中钢型材不铝型 材为设备常用型材，用作设备机架戒跨度较 大的结构件，支撑件等。 1 钢型材按其断面形状可分为工字钢、H型 钢、槽钢、等边角钢、丌等边角钢、方管、 矩形管等。其中用作小型设备框架结构的常 用型材为方管、矩形管，大型重型设备常用H 型钢，槽钢等。对应的加工方式一般为焊接。 2 钢型材不铝型材 1 2 钢型材不铝型材 1 2 钢型材不铝型材 1 符号：h高度； i回转半径； Sx半截面的面 积矩。 b宽度； t1腹板厚度； t2翼缘厚度； I惯性矩； W截面模量 H型钢觃格
11、 截面积 质量 x-x轴 y-y轴 (hbt1 t 2 ) A q Ix Wx ix Iy Wy Iy cm2 kg/m (cm4 ) (cm3 ) (cm) (cm4 ) (cm3 ) (cm) 10010068 21.9 17.2 2 383 76 4.18 134 26.7 2.47 1251256.59 30.31 23.8 847 136 5.29 294 47 3.11 150150710 40.55 31.9 1660 221 6.39 564 75.1 3.73 1751757.511 51.43 40.3 331 7.5 984 112 4.37 200200812 64.2
12、8 50.5 4770 477 8.61 160 4.99 #2002041212 72.28 56.7 503 8.35 167 4.85 250250914 92.18 72.4 10800 867 10.8 3650 292 6.29 #2502551414 104.7 82.2 11500 919 10.5 3880 304 6.09 #2943021212 108.3 85 17000 12.5 5520 365 7.14 3003001015 120.4 94.5 20500 1370 13.1 6760 450 7.49 3003051515 135.4 106 21600 12
13、.6 7100 466 7.24 #3443481016 146 115 33300 1940 15.1 11200 646 8.78 2 钢型材不铝型材 1 符号： 同普通工字钢 但Wy为对应翼缘肢尖 长度： 型号58，长512m； 型号1018，长519m； 型号2020，长619m。 型 号 尺 寸（mm） 截面面 积 (cm2 ) 理论重 量 (kg/m) x-x轴 y-y轴 y-y1轴 Z0 h b tw t R Ix Wx ix Iy Wy Iy Iy1 (cm4 ) (cm3 ) (cm) (cm4 ) (cm3 ) (cm) (cm4 ) (cm) 5 50 37 4.5 7
14、7 6.92 5.44 26 10.4 1.94 8.3 3.5 1.1 20.9 1.35 6.3 63 40 4.8 7.5 7.5 8.45 6.63 51 16.3 2.46 11.9 4.6 1.19 28.3 1.39 8 80 43 5 8 8 10.24 8.04 101 25.3 3.14 16.6 5.8 1.27 37.4 1.42 10 100 48 5.3 8.5 8.5 12.74 10 198 39.7 3.94 25.6 7.8 1.42 54.9 1.52 12.6 126 53 5.5 9 9 15.69 12.31 389 61.7 4.98 38 10.
15、3 1.56 77.8 1.59 14 a 140 58 6 9.5 9.5 18.51 14.53 564 80.5 5.52 53.2 13 1.7 107.2 1.71 b 60 8 9.5 9.5 21.31 16.73 609 87.1 5.35 61.2 14.1 1.69 120.6 1.67 16 a 160 63 6.5 10 10 21.95 17.23 866 108.3 6.28 73.4 16.3 1.83 144.1 1.79 b 65 8.5 10 10 25.15 19.75 935 116.8 6.1 83.4 17.6 1.82 160.8 1.75 18
16、a 180 68 7 10.5 10.5 25.69 20.17 141.4 7.04 98.6 20 1.96 189.7 1.88 b 70 9 10.5 10.5 29.29 22.99 1370 152.2 6.84 111 21.5 1.95 210.1 1.84 20 a 200 73 7 11 11 28.83 22.63 1780 178 7.86 128 24.2 2.11 244 2.01 b 75 9 11 11 32.83 25.77 1914 191.4 7.64 143.6 25.9 2.09 268.4 1.95 22 a 220 77 7 11.5 11.5 31.84 24.99 2394 217.6 8.67 157.8 28.2 2.23 298.2 2.1 b 79 9 11.5 11.5 36.24 28.45 2571 233.8 8.42 176.5 30
