Materialvalg og prosesseringsteknikker for vanlige mekaniske deler

 

Innenfor mekanisk design og produksjon er valg av passende materialer og passende prosesseringsteknikker avgjørende for å sikre ytelsen, kvaliteten og kostnadseffektiviteten til mekaniske deler. Denne artikkelen gir en grundig analyse av materialvalgprinsipper, materialtyper og prosesseringsteknikker for vanlige mekaniske deler, med sikte på å tilby verdifull innsikt for mekaniske ingeniører og relaterte fagfolk.

 

 

IPrinsipper for materialvalg

 

Valget av materialer for mekaniske deler krever en omfattende vurdering av flere faktorer, inkludert ytelseskrav, bearbeidbarhet og økonomisk effektivitet. Spesifikt inkluderer hovedprinsippene for materialvalg følgende:

 

1. Ytelseskrav

Materialet må først oppfylle de spesifikke ytelseskravene under delens driftsforhold, slik som styrke, hardhet, slitestyrke, korrosjonsbestandighet og utmattelsesbestandighet. Dette krever at designeren har en grundig forståelse av arbeidsforholdene til delen, inkludert kreftene den vil møte, arbeidsmiljøet (som temperatur, fuktighet og eksponering for visse stoffer), og eventuelle spesielle krav (som termisk ledningsevne). , elektrisk ledningsevne og magnetiske egenskaper).

 

2. Bearbeidbarhet

Materialets bearbeidbarhet påvirker direkte produksjonsvennligheten, produksjonseffektiviteten og kostnadene. God bearbeidbarhet inkluderer faktorer som smibarhet, sveisbarhet og bearbeidbarhet, som bidrar til å redusere produksjonsvansker og -kostnader, og forbedre produksjonseffektiviteten.

 

3. Økonomisk effektivitet

Mens kravene til ytelse og bearbeidbarhet oppfylles, er det viktig å velge materialer som er så kostnadseffektive som mulig for å minimere den totale produktkostnaden. Dette krever at designere vurderer materialpriser, prosesseringskostnader og påfølgende vedlikeholds- og brukskostnader omfattende.

 

 

▲ Trinn for materialvalg i mekaniske deler

 

 

II Vanlige typer materialer

 

De mest brukte materialene for mekaniske deler inkluderer hovedsakelig følgende kategorier:

 

1. Stål

Stål er et av de mest brukte materialene for mekaniske deler, preget av høy styrke, god plastisitet og seighet, samt utmerket maskineringsytelse. Avhengig av applikasjonen og ytelseskravene kan stål deles inn i blant annet vanlig karbonkonstruksjonsstål, høykvalitets karbonkonstruksjonsstål, legert konstruksjonsstål og støpt stål.

 

2. Støpejern

Støpejern har god støpeevne, vibrasjonsdemping og slitestyrke, men dets styrke og seighet er relativt lav. Derfor brukes støpejern ofte til å produsere deler som tåler statisk belastning og friksjonsslitasje, som maskinverktøysenger og hus.

 

3. Ikke-jernholdige metaller

Ikke-jernholdige metaller, som kobber og kobberlegeringer, aluminium og aluminiumslegeringer, har lavere tetthet og god elektrisk og termisk ledningsevne, noe som gjør dem mye brukt i elektriske, elektroniske og romfartsfelt. I mekaniske deler brukes ikke-jernholdige metaller ofte til å produsere lette strukturelle komponenter, glidelager, etc.

 

4. Engineering Plastics

Med utviklingen av materialvitenskap blir bruken av ingeniørplast i mekaniske deler stadig mer utbredt. Teknisk plast er lett, korrosjonsbestandig og har gode isolasjonsegenskaper, noe som gjør dem egnet for produksjon av ikke-bærende, korrosjonsbestandige eller isolerte deler.

 

 

III Analyse av maskineringsprosesser

 

Maskineringsprosessene for mekaniske deler er forskjellige, vanligvis inkludert dreiing, fresing, boring, sliping, smiing og sprøytestøping. Ulike maskineringsprosesser er egnet for forskjellige materialer og delformer, som vil bli introdusert separat nedenfor.

 

1. Snuing

Dreiing er en bearbeidingsmetode hvor arbeidsstykket festes i en roterende holdeanordning, og verktøy gradvis skjærer bort materiale fra arbeidsstykket for å oppnå ønsket form og størrelse. Dreiing er egnet for produksjon av sylindriske deler, som aksler og hylser. Nøyaktigheten og overflateruheten ved dreiing avhenger av valg av verktøy og innstilling av skjæreparametere.

 

2. Fresing

Fresing er en bearbeidingsmetode som kutter materiale fra overflaten til et arbeidsstykke ved å bruke et roterende verktøy for å produsere flate overflater, konkave og konvekse overflater, tannhjul og andre kompleksformede deler. Fresing kan deles inn i typer som planfresing, vertikalfresing, endefresing, tannhjulfresing og konturfresing, med hver type egnet for ulike maskineringsbehov.

 

3. Boring

Boring er en maskineringsmetode som kutter materiale fra et arbeidsstykke ved hjelp av en roterende borkrone for å danne hull med nødvendig diameter og dybde. Boring brukes ofte til å produsere deler av hulltypen, for eksempel boltehull og lagerhull. Presisjonen og effektiviteten til boringen avhenger av valget av borekroner, innstillingen av skjæreparametere og implementeringen av kjøle- og smøretiltak.

 

4. Sliping

Sliping er en bearbeidingsmetode som gradvis kutter eller sliper materiale fra overflaten av et arbeidsstykke ved hjelp av slipeverktøy for å oppnå ønsket form, størrelse og overflatekvalitet. Sliping er egnet for maskinering av deler med høye presisjons- og overflatekvalitetskrav, som støpeformer, presisjonsmekaniske deler og verktøy. Presisjonen og overflatekvaliteten til sliping avhenger av valget av slipeverktøy, innstillingen av slipeparametere og klemmemetoden til arbeidsstykket.

 

5. Smiing

Smiing er en metallbearbeidingsmetode som former varmbehandlede metallmaterialer til ønskede former gjennom pressing. Smiing er egnet for å produsere deler med komplekse former og høye krav til mekanisk ytelse, som gir og aksler. Smiing kan forbedre den interne organisasjonsstrukturen til materialer, forbedre styrken og seigheten til delene.

 

6. Sprøytestøping

Sprøytestøping er en prosess der smeltet plast sprøytes inn i en form og størkner for å produsere nødvendige deler. Sprøytestøping er egnet for produksjon av store mengder kompleksformede plastdeler, som mobiltelefondeksler og bilkomponenter. Presisjonen og overflatekvaliteten til sprøytestøping avhenger av utformingen av formen, ytelsen til sprøytestøpemaskinen og valget av plastmaterialer.

 

 

IV Detaljert design av typiske pil- og bueprosessruter

 

Akseldeler

 

De ofte brukte materialene for akseldeler varierer mye, først og fremst valgt basert på faktorer som styrke, stivhet, slitestyrke, produksjonsevne og økonomiske hensyn. Nedenfor er noen vanlige materialer for akseldeler og deres egenskaper:

 

1. Karbonstål

• Høykvalitets karbonkonstruksjonsstål:Slik som karakterene 35, 45, 50, etc., har disse stålene høye generelle mekaniske egenskaper og er mye brukt. Blant dem er 45 stål det mest brukte på grunn av dets gode ytelse. For ytterligere å forbedre dens mekaniske egenskaper, utføres ofte normaliserings- eller quenching- og tempereringsbehandlinger.
• Vanlig karbonkonstruksjonsstål:Som Q235, Q275, etc., er disse stålene egnet for aksler som tåler relativt lav eller mindre kritisk belastning.

 

2. Legert stål

Legert stål har høye mekaniske egenskaper, men er relativt dyrt, ofte brukt for aksler med spesielle krav. For eksempel bruker aksler som opererer under høy hastighet, tung belastning eller høye temperaturforhold ofte legert stål for å oppfylle spesifikke ytelseskrav. Vanlige legeringsstål inkluderer 20Cr, 20CrMnTi, 40CrNi, 38CrMoAlA, etc., som, etter karburering, bråkjøling og andre varmebehandlinger, kan øke slitestyrken, støtseigheten og utmattelsesstyrken til akslene betydelig.

 

3. Støpejern

Duktilt jern:På grunn av sin gode støpeytelse er den lett å støpe til komplekse former og har god vibrasjonsdemping og lav spenningskonsentrasjonsfølsomhet. Det brukes ofte til å produsere kompleksformede skaft. Spesielt sjeldne jord-magnesium duktilt jern utviklet i Kina har blitt mye brukt i produksjonen av viktige akseldeler i bilindustrien, traktor- og maskinverktøyindustrien på grunn av dets utmerkede slagfasthet, friksjonsreduksjon og vibrasjonsabsorberende egenskaper.

 

4. Høystyrke støpejern

Har også gode støpe- og vibrasjonsdempende egenskaper, noe som gjør den egnet for produksjon av kompleksformede aksler.

 

 ▲ 38CrMoAIA Eksempel

 

 

Gear deler

 

Valg av girmaterialer er en kompleks prosess som krever vurdering av ulike faktorer, inkludert lastkrav, hastighet, miljøforhold, krav til støy og vibrasjoner og økonomiske hensyn.

 

1. Smidd stål

Smidd stål er laget gjennom smiprosessen og har overlegne egenskaper sammenlignet med vanlig stål. Smidde stålgir har høy styrke, høy slitestyrke og god slagfasthet, noe som gjør dem til et av de mest brukte materialene for produksjon av tannhjul. Vanlige smidde stålmaterialer inkluderer 45 stål, som kan få sine mekaniske egenskaper ytterligere forbedret gjennom varmebehandling.

 

2. Støpt stål

Støpt stål brukes ofte til å produsere større tannhjul fordi tannhjul med stor diameter ikke er egnet for smiing. Støpte stålgir har god styrke og seighet, men deres indre struktur er kanskje ikke så tett som smidd stål og kan kreve varmebehandling for å forbedre ytelsen.

 

3. Legert stål

Legert stål lages ved å tilsette en viss mengde legeringselementer til vanlig stål, noe som resulterer i høyere styrke og hardhet. Gear av legert stål brukes ofte i applikasjoner som tåler større belastninger og opererer med høyere hastigheter.

 

4. Grått støpejern

Grått støpejern er relativt sprøtt og har dårlig slagfasthet og slitestyrke, men det har gode anti-galling- og anti-pitting-egenskaper. Derfor brukes grått støpejernsgir ofte i situasjoner der driften er jevn, hastighetene er lave og kraften ikke er høy.

 

5. Duktilt jern

Duktilt jern behandles gjennom en spesiell varmebehandlingsprosess, noe som får grafitten i sin indre struktur til å fordele seg i en sfærisk form, noe som forbedrer styrken og seigheten til støpejernet. Tandhjul av seigjern har god omfattende ytelse og er egnet for applikasjoner med høyere ytelseskrav.

 

6. Ikke-metalliske materialer

Plast, pulvermetaller osv.:Under visse spesielle omstendigheter, for eksempel lett belastning, lav hastighet, eller når støy- og vibrasjonsreduksjon er nødvendig, kan ikke-metalliske materialer brukes til å produsere gir. Disse materialene er lette, gir lavt støy og er enkle å behandle, men deres bæreevne og slitestyrke er dårligere enn metalliske materialer.

 

For eksempel gir som brukes i biler eller traktorer.

 

▲ 20CrMnTi Eksempel

 

Verktøydeler

 

Valg av materialer til verktøy er avgjørende for deres ytelse og levetid. Ved valg av verktøymaterialer må ulike faktorer vurderes, inkludert verktøyets formål, egenskapene til materialene som bearbeides, skjæreforhold og økonomiske hensyn. Nedenfor er noen vanlige verktøymaterialer:

 

1. Høyhastighets stål

 

Kjennetegn:

• Høy styrke og god seighet, noe som gir skarpe skjærekanter.
• God bearbeidbarhet, lett å smi og bearbeide.
• Delt inn i vanlig høyhastighetsstål og høyytelses høyhastighetsstål. Vanlig høyhastighetsstål har lavere skjærehastigheter, mens høyytelses høyhastighetsstål produseres ved å øke karbon- og vanadiuminnholdet og tilføre elementer som kobolt og aluminium, noe som gir høyere holdbarhet.

 

Søknader:

• Vanligvis brukt til kompleksformede verktøy, som spiralbor, kraner, rømmer, girkuttere og formverktøy, ofte laget av høyhastighetsstål.

 

2. Hardmetall

 

Kjennetegn:

• Ekstremt høy hardhet, med hardhet som når 74–82 HRC ved romtemperatur og varmebestandighet opp til 900–1000 grader, og gir utmerket skjæreytelse.
• Høye skjærehastigheter, i stand til å overstige 100 m/min ved skjæring av karbonstål.
• Den har imidlertid dårlig seighet, svak slag- og vibrasjonsmotstand, og kanter slipes ikke lett til ekstrem skarphet, med dårligere bearbeidbarhet.

 

Klassifisering og bruksområder:

• Hårdmetall er klassifisert i henhold til GB2075-87 i P-, M- og K-typer. P-type brukes til å behandle lange spon av svarte metaller; M-type brukes til bearbeiding av svarte metaller og ikke-jernholdige metaller; K-type er for behandling av korte spon av svarte metaller, ikke-jernholdige metaller og ikke-metalliske materialer.

 

3. Rustfritt stål

 

Kjennetegn:

• Enkel å vedlikeholde, sterk korrosjonsbestandighet, egnet for bruk i fuktige eller korrosive miljøer.
• Imidlertid er hardheten og skarpheten kanskje ikke så høy som høykarbonstål, og det er vanligvis dyrere.

 

Søknader:

• Brukes i husholdningskjøkkenkniver, medisinske kirurgiske instrumenter og andre situasjoner som krever hyppig rengjøring og hygienevedlikehold.

 

4. Høykarbonstål

 

Kjennetegn:

• Høy hardhet og god skarphet, egnet for presisjonsbearbeiding og skjæring.
• Den er imidlertid utsatt for rust og krever regelmessig vedlikehold og stell.

 

Søknader:

• Brukes i barberhøvler, utendørs kniver og andre applikasjoner som krever høy hardhet og skarphet.

 

 

▲ Gear Kokeplater

 

 

▲ Girplater Hovedprosessbeskrivelse

 

 

V Konklusjon

 

Valg av materialer og bearbeidingsmetoder for vanlige mekaniske deler er en kompleks og systematisk prosess som krever vurdering av flere faktorer. Når du velger materialer, bør valgene være basert på ytelsen, prosesseringsevnen og økonomiske aspekter ved delene; Ved valg av bearbeidingsmetoder bør beslutninger tas i henhold til form, størrelse, overflatekrav til delene og materialenes egenskaper. Gjennom rasjonelt utvalg av materialer og prosessteknikker kan ytelsen, kvaliteten og kostnadseffektiviteten til mekaniske deler optimaliseres.