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材料的选用

 非标机械专栏 2023-06-28 发布于浙江

· 小张心灵交集地·

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       从今天开始,小张会给大家分享一些关于机械设计的相关知识以及各类零部件的选型计算,带你走进机械的智慧殿堂。有感兴趣的伙伴可以扫描文章后面的二维码,关注一下微信公众号——小张认知之旅,小张将会持续更新机械设计相关知识及设计经验。若有不同见解,欢迎评论区留言。

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材料的类型

       在机械领域中,每个零件材料的选用至关重要,要想获得良好的零件品质,作为设计人员,我们必须了解材料的各类特性,再根据结构用途进行选择材料。在机械设计中,有这些常用材料,具体类型划分如下:

       常用材料可分为结构性材料和功能性材料。结构性材料分为普通碳钢,中碳钢,合金钢,铝合金,铸铁,不锈钢等,功能性材料分为塞钢(白色/黑色POM),电木,尼龙(聚酰胺),优力胶(聚氨酯),PVC,有机玻璃(亚力克),铜等。

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材料的用途

结构性材料

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普通碳钢

     普通碳钢(含碳量在0.25%以内)中最常用的是Q235A,Q235B等,这套代号来源于GB/T700-2006碳素结构钢这个标准。按照标准的规定,完整的碳素结构钢的牌号由代表屈服强度的字母Q+屈服强度数值+质量等级符号(A、B、C、D中的一种)+脱氧方法符号(F、Z、TZ中的一种)四部分组成,其中脱氧符号Z和TZ可以省略。

       备注:F、Z和TZ分别对应沸腾钢、镇静钢和特殊镇静钢,区别在于脱氧程度不同,沸腾钢脱氧程度最差、镇静钢脱氧程度中等,特殊镇静钢脱氧程度最好。脱氧程度越好的钢一般组织更加致密均匀,但是制造成本也越高。

       普通碳钢塑性好,焊接性能优良。常用于制作框架、加强筋、焊接件、支撑件等。

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中碳钢

      中碳钢(含碳量0.25%~0.6%之间)常用材料有45,35等。中碳钢含碳量是万分之一,例如45号钢含碳量含碳量为 0.45% , 其机械性能、切削性能优良,焊接性能较差。常用于制作架体、普通结构件、运动件、支撑件,低载轴等。中碳钢常常需要做热处理,提高其硬度。

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合金钢

        合金钢常用材料有40Cr,42CrMo等。45Cr经调质处理后具有良好的力学性能,但焊接性不好、易出现裂纹。冲用于制作(中载)轴类零件。需要进行调制处理等工艺要求。

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铝合金,铸铁,不锈钢

    上方依次为铝合金(AL6061,AL5052),铸铁(HT200,HT150),不锈钢(304,316,420)。

       铝合金AL6061一般加工件用本色阳极氧化,可保证精加工尺寸,经T6处理后具有很强的耐腐蚀性,具有美观性。常用于制作普通结构件、支持件、轻质化结构件、防锈件等。

       铸铁HT200铸造性能较好,需要进行人工时效处理,减震性能好。常用于制做复杂的零件或治具

       不锈钢304(奥氏体不锈钢)具有良好的耐腐蚀性,机械性能、冲压弯曲热加工性好。常用于制作普通结构件、支持件、防锈件、外观件等。奥氏体不锈钢不具有磁性,马氏体不锈钢,包括430、420、410。这么多不锈钢中,奥氏体型都是没有磁性或者磁性比较小,而马氏体、铁素体等就具有磁性。

功能性材料

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塞钢(POM)

      塞钢(POM)具有高硬度、高刚性、高熔点, 耐磨、耐冲击、耐有机溶剂,但不耐酸和强碱,绝缘性高,自润性,摩擦系数低、生理惰性,热塑性塑料中是最坚硬的。常用于制做紧固件、齿轮、弹簧片、管道、运输带配件、电水煲、泵壳、轴承等。塞钢加工长度不宜过大。

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电木

       电木化学名称酚醛树脂,具有较高的机械强度、质脆易碎、绝缘性较好,耐热、耐腐蚀,赛钢和电木差不多硬,但是赛钢韧性好。常用来制做电气安装板、治具,工装板、治具垫块、治具板、测试设备。加工时应考虑加工变形及易产生粉尘等问题。

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尼龙(聚酰胺)

       尼龙属于工程塑料,力学性能、耐热性及价格都要高于聚氯乙烯很多。通常用于耐热、耐磨材料

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优力胶(聚氨酯)

        优力胶的耐磨性是天然橡胶的3~5倍,具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性;具有塑料的刚性,又有橡胶的弹性。因其具有优异的弹性,非标设备上常用来做缓冲用,常用于制做缓冲件、防刮件,防划件、夹具垫块、轻质化垫层。

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PVC,有机玻璃,铜

      PVC属于低端通用塑料,力学性能、耐热性及价格都较适中,适用性强。可代替铜、铝、铅、不锈钢等金属材料作耐腐蚀设备与零件、可制作灯头、插座、开关等。

       有机玻璃也称做亚克力板,有较好的化学性,化学稳定性。常用于制做机器外罩或显示屏

       铜是一种柔软易延展的金属,具有很高的导热性,导电性和抗腐蚀性。纯铜表面呈红橙色。常用于制做电线,焊丝等。

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