Elegir el material a utilizar entre una variedad de materiales es una tarea limitada por varios factores. Por tanto, cómo seleccionar el material de las piezas es una parte importante del diseño de las piezas.
El principio de selección de materiales para piezas mecánicas es que el material requerido cumpla con los requisitos de uso de las piezas y tenga buena procesabilidad y economía.
I. Requisitos de uso
Los requisitos para el uso de piezas mecánicas quedan reflejados en los siguientes puntos:
1) Las condiciones de trabajo y carga de las piezas, y los requisitos presentados para evitar las correspondientes formas de falla.
Las condiciones de trabajo se refieren a las características ambientales de las piezas, la temperatura de trabajo y el grado de fricción y desgaste. Para piezas que funcionan en ambientes húmedos y calientes o ambientes corrosivos, el material debe tener buena resistencia al óxido y la corrosión.
En este caso, se pueden considerar en primer lugar el acero inoxidable y las aleaciones de cobre.
El impacto de la temperatura de trabajo en la selección del material tiene principalmente dos aspectos: por un lado, los coeficientes de expansión lineal de las dos partes que cooperan entre sí no deben diferir demasiado, para evitar un estrés térmico excesivo o aflojar la cooperación cuando cambia la temperatura. ; por otro lado, también se debe considerar el cambio en las propiedades mecánicas del material con la temperatura.
Para piezas que trabajan bajo fricción deslizante, se debe mejorar la dureza de la superficie para aumentar la resistencia al desgaste. Se deben seleccionar materiales adecuados para el tratamiento de superficies, como acero endurecido, acero carburado y acero nitrurado, o se deben utilizar materiales con buena reducción de la fricción y resistencia al desgaste.
La condición de carga se refiere al tamaño y la naturaleza de la carga y la tensión sobre las piezas.
En principio, los materiales frágiles sólo son aptos para fabricar piezas que trabajen bajo carga estática; en caso de impacto, se deben utilizar principalmente materiales plásticos; para piezas con alta tensión de contacto en la superficie, se deben seleccionar materiales que puedan tratarse en la superficie, como el acero endurecido en la superficie; para piezas sometidas a fuerzas de deformación, se deben seleccionar materiales resistentes a la fatiga; para piezas bajo carga de impacto, se deben seleccionar materiales con alta resistencia al impacto; para piezas cuyo tamaño depende de la resistencia y cuyo tamaño y peso son limitados, se deben seleccionar materiales con mayor resistencia; Para piezas cuyo tamaño depende de la rigidez, se deben seleccionar materiales con un módulo de elasticidad más alto.
El rendimiento de los materiales metálicos a menudo se puede mejorar y potenciar mediante tratamiento térmico. Por lo tanto, el potencial de los materiales debe aprovecharse al máximo mediante un tratamiento térmico.
Para el acero endurecido más utilizado, se pueden obtener piezas en bruto con diferentes propiedades mecánicas debido a las diferentes temperaturas de revenido. Cuanto mayor sea la temperatura de revenido, menor será la dureza y rigidez del material y mejor será la plasticidad.
Por ello, a la hora de seleccionar la variedad de materiales, se deben especificar al mismo tiempo las especificaciones del tratamiento térmico e indicarlas en el plano.
2) Restricciones de tamaño y peso de piezas.
El tamaño y el peso de las piezas están relacionados con el tipo de material y el método de fabricación de la pieza en bruto. Cuando se producen piezas fundidas, generalmente no existen restricciones en cuanto a tamaño y peso; Al producir piezas en bruto para forja, se debe prestar atención a la capacidad de producción de las máquinas y equipos de forja.
Además, el tamaño y el peso de las piezas también están relacionados con la relación resistencia-peso del material. Se deben seleccionar materiales con una gran relación resistencia-peso tanto como sea posible para reducir el tamaño y el peso de las piezas.
3) La importancia de las piezas en toda la máquina y componentes.
4) Otros requisitos especiales (como necesidad de aislamiento, antimagnético, etc.).
II. Requisitos del proceso
Para facilitar la fabricación de piezas, se debe considerar la complejidad de la estructura de la pieza, el tamaño y el tipo de pieza en bruto al seleccionar los materiales.
Para piezas con formas complejas y tamaños grandes, si se consideran piezas en bruto de fundición, se deben seleccionar materiales con buen rendimiento de fundición; Si se consideran piezas en bruto para soldar, se debe seleccionar acero con bajo contenido de carbono y buen rendimiento de soldadura.
Para piezas con formas simples, tamaños pequeños y grandes cantidades, son adecuadas para estampación y forja, y se deben seleccionar materiales con buena plasticidad. Para piezas que requieren tratamiento térmico, el material debe tener un buen rendimiento en el tratamiento térmico.
Además, también se debe considerar la maquinabilidad del propio material y la facilidad de mecanizado después del tratamiento térmico.
III. Requisitos Económicos
1) El precio relativo del propio material.
Bajo la premisa de cumplir con los requisitos de uso, se deben seleccionar en la medida de lo posible materiales de menor precio. Esto es particularmente importante para piezas fabricadas en grandes cantidades.
2) El costo de procesar el material.
Cuando la calidad de las piezas no es excelente, pero el volumen de procesamiento es grande, el costo de procesamiento ocupará una gran proporción del costo total de las piezas.
Aunque el hierro fundido es más barato que la placa de acero, para algunos lotes de producción únicos o pequeños de piezas tipo caja, el costo de usar hierro fundido es mayor que el de soldar placa de acero, porque este último puede ahorrar el costo de fabricación del molde.
3) Ahorrar material
Para ahorrar materiales, se puede utilizar el tratamiento térmico o el refuerzo de la superficie (granallado, laminación, etc.) para utilizar y explotar plenamente las posibles propiedades mecánicas de los materiales; También se pueden utilizar métodos de recubrimiento de superficies (cromado, cobreado, ennegrecido, pavonado, etc.) para reducir la corrosión y el desgaste, extendiendo así la vida útil de las piezas.
4) Uso de materiales
Para mejorar la utilización de los materiales, se pueden utilizar procesos sin corte o con menos corte, como forja, fundición de precisión, estampado, etc. Procesando.
5) Ahorre materiales preciosos
Al utilizar una estructura combinada, se pueden ahorrar materiales más caros. Por ejemplo, el anillo dentado helicoidal de la estructura combinada utiliza bronce al estaño, que tiene una mejor reducción de la fricción pero es más caro, mientras que el núcleo de la rueda utiliza hierro fundido más barato.
6) Guarde materiales raros
En este sentido, el acero aleado de la serie manganeso-boro, que abunda en recursos en nuestro país, se puede utilizar para reemplazar el acero aleado de la serie cromo-níquel, que tiene menos recursos, y el bronce de aluminio se puede usar para reemplazar el bronce de estaño, etc. .
7) Suministro de materiales
Al seleccionar materiales, se deben seleccionar materiales que estén disponibles localmente y sean fáciles de suministrar para reducir los costos de adquisición, transporte y almacenamiento; Desde el punto de vista de simplificar el suministro y almacenamiento de variedades de materiales, para piezas de producción en lotes pequeños, la variedad y especificaciones de los materiales utilizados en la misma máquina deben minimizarse tanto como sea posible para simplificar el suministro y la gestión, y es más fácil. comprender el método de operación más razonable en el proceso de procesamiento y tratamiento térmico, mejorando así la calidad de fabricación, reduciendo el desperdicio y mejorando la productividad laboral.
