机械设计学第六章讲.ppt

(2)铜合金 铜合金有较高的耐磨性、耐腐蚀性、导电性、导热性，广泛用于制造轴套、蜗轮、泵体、管道配件以及电器和制冷设备上的零件。 常用的铜合金分为：黄铜、白铜和青铜。 黄铜是铜与锌组成的合金。锌能提高黄铜的强度和塑性。再加其他元素时称为复杂黄铜。加锡称锡黄铜，加铝称铝黄铜。黄铜价格较低，应用广泛，常用于耐磨、耐腐零件，如蜗轮、重载齿轮、海轮螺旋桨等。 白铜是铜与镍的合金，再加入其他元素称为复杂白铜，有锰白铜、铝白铜等。白铜的特点有很高的化学稳定性，可制造在腐蚀介质(如海水、有机酸和各种盐溶液)中工作的零件。 青铜是铜与锡的合金。锡能显著提高青铜的强度和硬度，但单纯的锡青铜很少用，一般还加入磷、锌、铅等，这样还能提高弹性强度和疲劳强度，并有较高的耐磨性，适用于重载高耐磨零件。 1）铸造铜合金的种类很多，其主要特性和应用举例见表6-17。 四、锻件的结构设计 许多零件要用锻造毛坯，锻件的机械性能比铸件好，锻件一般都要经过机械加工，所以锻件既要满足切削加工工艺要求，又要满足锻造工艺要求。对锻件结构形状影响最大的是锻造工艺。 1．常用的锻造方法 ①自由锻。自由锻是在锻锤或液压机上进行的，锻件重可达150t以上，不使用特殊的模具只能锻出简单形状、精度低、表面状态差．用于单件或小批量生产。这类零件都需要切削加工，所以结构设计时主要考虑其切削加工工艺性，同时为了减少锻造困难，不要过分增大余量和加工量，零件的形状应尽量简单，用自由锻的方法难以锻出锥度、斜面、加强筋、工字型截面和其他复杂形状。 ②模锻。 胎模锻造是用简单的模锻工具在锻锤或自由锻压机上锻造，锻件形状接近零件形状、精度比自由锻好，适用小批量生产。 锤上模锻是用模锻锤或无砧模锻锤进行锻造，锻件形状和精度比胎模锻好，用于中批量生产。 压力机上模锻及平锻机上模锻．锻件精度及形状复杂程度都比较高，但设备较昂贵，用于大批量生产。 ③平锻机上顶锻。用平锻机顶锻，锻件为实心或空心杆形零件，尺寸精确、精度较高。生产率高，用于大批量生产。非回转体及中心不对称的锻件，一般不适宜在平锻机上模锻。 ④精密锻造。可锻出形状复杂少切削甚至无切削的大小锻件。如燃气轮机的叶片、阀门壳体、圆锥齿轮、阶梯轴等。适用于大批量生产。 2．锻造件结构设计准则 ①尽可能避免锻件截面积变化太大，又要与切削加工后的零件形状接近，减少切削加工余量。 ②尽可能使工件在模具平面上下对称，模腔深度较浅或凸起部分两边的斜度对称，以便简化模具制造。 ③当锻件比较复杂、难于锻造时，可分成几个形状比较简单的部分，锻出后组合或焊接起来。 ④在零件与分模面垂直的壁，要留有拨模斜度，锻件上所有的锐角锐棱都应代以圆弧。 第六节 材料的选择 一、材料选择应注意的主要问题 针对具体的应用条件选择合适的机械零件材料时，需要考虑的主要问题有三：①所选材料的特性和在承载或温度或其它环境因素变化条件下的行为能否满足零件在工作时所遇到的各种情况下的要求，包括使用寿命方面的要求，这是材料的工作能力，常常表现为承载能力的问题；②所选材料是否容易加工，适合所设计的零件的可能的加工条件，这是材料的加工工艺性能问题；③用所选材料制成的零件，其材料费和由材料引出的加工费是否较低而在零件成本中占的百分数比较合理，这是材料的经济性问题。 (—)材料的工作能力问题 1、不同零件所要求的材料使用主要有： 强度、刚度、耐磨性、美观的要求。 2、选材时首要任务：准确地判断零件所要求的主要使用性能。 3、零件工作情况、工作条件的分析： 1）分析零件工作所承受载荷的类型、大小、方向，以及随时间的变化，包括冲击性载荷与振动载荷等； 2）摸清由载荷引起的零件内力反应，变形和应力，以及它们的分布与集中情况等。在此基础上．分析零件可能的失效形式，并从防止失效出发，明确对材料使用性能的要求。 3）零件的工作环境因素，如温度和介质的性质(如盐雾)和对材料的特殊性能。如绝缘性、导电性、磁性、导热性、热膨胀特性等的要求，也是选择零件材料时的重要使用性能依据。 (二)材料的工艺性能的问题 选择零件的材料时，对材料的工艺性能要比使用性能处于次要地位．但也是—个重要的考虑因素．它关系列零件的制造是否可能、难易和经济。 金属零件的工艺路线大体分为三类： 1．力学性能要求不高的一般零件 毛坯→正火或退火→机械加工→零件。 毛坯一般用铸铁或碳钢。如果采用型材直接加工成零件，则因材料出厂前已经过退火及正火，就不必再经过热处理了。这类零件由于对力学性能要求不高，一般用比较普通的材料，其加工性能都很好。 2．力学性能要求较高的一般零件 毛坯→正火或退火→粗加工→最后热处理(淬火、回火或渗碳处理等) →精加工 预先热处理中的正火