Seleccionar los materiales adecuados para las piezas mecánicas es crucial para garantizar su rendimiento y durabilidad. Este proceso implica tener en cuenta las condiciones de trabajo, los requisitos de carga y los factores medioambientales a los que se enfrentarán las piezas. Además, la procesabilidad y la rentabilidad son aspectos clave que influyen en la elección del material. En este artículo, exploramos los factores esenciales y las directrices para tomar decisiones informadas sobre la selección de materiales para diversas aplicaciones mecánicas. Aprenda a adaptar las propiedades de los materiales a las necesidades específicas y a optimizar sus diseños para que sean duraderos y eficientes.
Elegir el material a utilizar entre una gran variedad de materiales es una tarea condicionada por diversos factores. Por lo tanto, la forma de seleccionar el material para las piezas es una parte importante del diseño de piezas.
El principio de selección de materiales para piezas mecánicas es que el material necesario cumpla los requisitos de uso de las piezas y tenga una buena procesabilidad y economía.
Los requisitos de uso de las piezas mecánicas se reflejan en los puntos siguientes:
1) Las condiciones de trabajo y de carga de las piezas, y los requisitos propuestos para evitar las formas de fallo correspondientes.
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 las piezas que trabajan en un entorno húmedo y caluroso o en un medio corrosivo, el material debe tener una buena resistencia a la oxidación y la corrosión.
En este caso, se puede considerar en primer lugar el acero inoxidable y las aleaciones de cobre.
El impacto de la temperatura de trabajo en la selección de materiales tiene principalmente dos aspectos: por un lado, los coeficientes de dilatación lineal de las dos partes que cooperan entre sí no deben diferir demasiado, para evitar una tensión térmica excesiva o que se afloje la cooperación cuando cambie la temperatura; por otro lado, también debe tenerse en cuenta el cambio de las propiedades mecánicas del material con la temperatura.
Para las piezas que trabajan bajo fricción por deslizamiento, la dureza de la superficie debe mejorarse para aumentar la resistencia al desgaste. Materiales adecuados para tratamiento superficial como el acero templado, el acero carburizado y el acero nitrurado, o 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 en las piezas.
En principio, los materiales frágiles sólo son adecuados para fabricar piezas que trabajen bajo carga estática; bajo impacto, deben utilizarse principalmente materiales plásticos; para piezas con gran tensión de contacto en la superficie, deben seleccionarse materiales que puedan tratarse superficialmente, como el acero endurecido superficialmente; para piezas sometidas a fuerza de deformación, deben seleccionarse materiales resistentes a la fatiga; para piezas sometidas a carga de impacto, deben seleccionarse materiales con gran tenacidad al impacto; para piezas cuyo tamaño dependa de la resistencia y cuyo tamaño y peso estén limitados, deben seleccionarse materiales con mayor resistencia; para piezas cuyo tamaño dependa de la rigidez, deben seleccionarse materiales con mayor módulo elástico.
Por lo general, el rendimiento de los materiales metálicos puede mejorarse y perfeccionarse mediante el tratamiento térmico. Por tanto, el potencial de los materiales debe aprovecharse al máximo mediante el tratamiento térmico.
En el caso de los aceros templados más utilizados, se pueden obtener formatos con diferentes propiedades mecánicas debido a las distintas temperaturas de templado. Cuanto mayor sea la temperatura de revenido, menor será la dureza y la rigidez del material, y mejor la plasticidad.
Por lo tanto, al seleccionar la variedad de materiales, las especificaciones del tratamiento térmico deben especificarse al mismo tiempo e indicarse en el dibujo.
2) Restricciones en el tamaño y el peso de las piezas.
El tamaño y el peso de las piezas están relacionados con el tipo de material y el método de fabricación de la pieza bruta. Cuando se fabrican piezas brutas de fundición, no suele haber restricciones en cuanto al tamaño y el peso; cuando se fabrican piezas brutas de forja, hay que prestar atención a la capacidad de producción de maquinaria de forja y equipamiento.
Además, el tamaño y el peso de las piezas también están relacionados con la relación resistencia-peso del material. Los materiales con una gran relación resistencia-peso deben seleccionarse en la medida de lo posible para reducir el tamaño y el peso de las piezas.
3) La importancia de las piezas en el conjunto de la máquina y los componentes.
4) Otros requisitos especiales (como si se requiere aislamiento, antimagnético, etc.).
Para que las piezas sean fáciles de fabricar, a la hora de seleccionar los materiales hay que tener en cuenta la complejidad de la estructura de la pieza, el tamaño y el tipo de pieza en bruto.
Para piezas con formas complejas y grandes tamaños, si se consideran piezas brutas de fundición, deben seleccionarse materiales con buen rendimiento de fundición; si se consideran piezas brutas de soldadura, deben seleccionarse aceros de bajo contenido en carbono con buen rendimiento de soldadura.
Para piezas con formas sencillas, tamaños pequeños y grandes cantidades, son adecuadas para estampar y forja de troquelesSe deben seleccionar materiales con buena plasticidad. Para las piezas que necesitan tratamiento térmico, el material debe tener un buen rendimiento de tratamiento térmico.
Además, también debe tenerse en cuenta la facilidad de mecanizado del propio material y la facilidad de mecanizado tras el tratamiento térmico.
1) El precio relativo del propio material
Bajo la premisa de cumplir los requisitos de uso, deben seleccionarse en la medida de lo posible materiales con un precio más bajo. Esto es especialmente importante en el caso de piezas fabricadas en grandes cantidades.
2) El coste de transformación del material
Cuando la calidad de las piezas no es grande pero el volumen de transformación es grande, el coste de transformación ocupará una gran proporción del coste total de las piezas.
Aunque la fundición es más barata que la chapa de acero, en el caso de la producción de piezas tipo caja en lotes pequeños o individuales, el coste de la fundición es superior al del acero. soldadura de chapasporque este último puede ahorrar el coste de fabricación del molde.
3) Guardar material
Para ahorrar materiales, el tratamiento térmico o el refuerzo de la superficie (granallado granalladoTambién pueden utilizarse métodos de revestimiento de superficies (cromado, cobreado, ennegrecimiento, pavonado, etc.) para reducir la corrosión y el desgaste y prolongar así la vida útil de las piezas.
4) Utilización del material
Con el fin de mejorar la utilización de los materiales, se puede utilizar el procesamiento no cortante o menos cortante, como la forja en matriz, la fundición de precisión, el estampado, etc. Esto no sólo puede mejorar la utilización de materiales, sino también reducir las horas de trabajo de procesamiento de corte.
5) Ahorrar materiales valiosos
El uso de una estructura combinada permite ahorrar materiales más caros. Por ejemplo, el anillo del engranaje helicoidal de la estructura combinada utiliza bronce de 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) Guardar materiales raros
En este sentido, la serie manganeso-boro acero aleadoque es abundante en recursos en nuestro país, puede utilizarse para sustituir al acero aleado de la serie cromo-níquel, que es menos abundante en recursos, y el bronce de aluminio puede utilizarse para sustituir al bronce de estaño, etc.
7) Suministro de materiales
A la hora de seleccionar los materiales, deben seleccionarse los que estén disponibles localmente y sean fáciles de suministrar para reducir los costes de adquisición, transporte y almacenamiento; desde la perspectiva de la simplificación del suministro y almacenamiento de variedades de materiales, para las piezas de producción de lotes pequeños, la variedad y las especificaciones de los materiales utilizados en la misma máquina deben reducirse al mínimo en la medida de lo posible para simplificar el suministro y la gestión, y es más fácil captar el método de operación más razonable en el proceso de procesamiento y tratamiento térmico, mejorando así la calidad de fabricación, reduciendo los productos de desecho y mejorando la productividad laboral.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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