Comment choisir les bons matériaux pour les pièces ?

Le choix du matériau à utiliser parmi une variété de matériaux est une tâche limitée par divers facteurs. Par conséquent, la manière de sélectionner le matériau pour les pièces est une partie importante de la conception des pièces.

Le principe de sélection des matériaux pour les pièces mécaniques est que le matériau requis doit répondre aux exigences d'utilisation des pièces et présenter une bonne aptitude à la transformation et une bonne rentabilité.

I. Exigences en matière d'utilisation

Les exigences d'utilisation des pièces mécaniques sont reflétées dans les points suivants :

1) Les conditions de travail et les conditions de charge des pièces, et les exigences proposées pour éviter les formes de défaillance correspondantes.

Les conditions de travail font référence aux caractéristiques environnementales des pièces, à la température de travail et au degré de frottement et d'usure. Pour les pièces travaillant dans un environnement humide et chaud ou dans un milieu corrosif, le matériau doit présenter une bonne résistance à la rouille et à la corrosion.

Dans ce cas, l'acier inoxydable et les alliages de cuivre peuvent être envisagés en premier lieu.

L'impact de la température de travail sur la sélection des matériaux comporte principalement deux aspects : d'une part, les coefficients de dilatation linéaire des deux parties qui coopèrent l'une avec l'autre ne doivent pas être trop différents, afin d'éviter une contrainte thermique excessive ou un relâchement de la coopération lorsque la température change ; d'autre part, le changement des propriétés mécaniques du matériau en fonction de la température doit également être pris en compte.

Pour les pièces travaillant par frottement, la dureté de la surface doit être améliorée afin de renforcer la résistance à l'usure. Matériaux appropriés pour traitement de surface Il convient de choisir des matériaux tels que l'acier trempé, l'acier cémenté et l'acier nitruré, ou d'utiliser des matériaux présentant une bonne réduction du frottement et une bonne résistance à l'usure.

L'état de la charge fait référence à l'importance et à la nature de la charge et de la contrainte exercée sur les pièces.

En principe, les matériaux fragiles ne conviennent que pour la fabrication de pièces soumises à une charge statique ; en cas d'impact, il convient d'utiliser principalement des matériaux plastiques ; pour les pièces soumises à d'importantes contraintes de contact en surface, il convient de choisir des matériaux pouvant être traités en surface, tels que l'acier trempé en surface ; pour les pièces soumises à une force de déformation, il convient de choisir des matériaux résistants à la fatigue ; pour les pièces soumises à une charge d'impact, il convient de choisir des matériaux présentant une grande résistance à l'impact ; pour les pièces dont la taille dépend de la résistance et dont la taille et le poids sont limités, il convient de choisir des matériaux plus résistants ; pour les pièces dont la taille dépend de la rigidité, il convient de choisir des matériaux présentant un module d'élasticité plus élevé.

Les performances des matériaux métalliques peuvent généralement être améliorées par le traitement thermique. Par conséquent, le potentiel des matériaux devrait être pleinement utilisé au moyen du traitement thermique.

Pour l'acier trempé le plus couramment utilisé, il est possible d'obtenir des flans aux propriétés mécaniques différentes en raison des différentes températures de trempe. Plus la température de revenu est élevée, plus la dureté et la rigidité du matériau sont faibles, et plus la plasticité est bonne.

Par conséquent, lors de la sélection de la variété des matériaux, les spécifications du traitement thermique doivent être spécifiées en même temps et indiquées sur le dessin.

2) Restrictions concernant la taille et le poids des pièces.

La taille et le poids des pièces sont liés au type de matériau et à la méthode de fabrication de l'ébauche. Lors de la production d'ébauches de fonderie, il n'y a généralement pas de restriction concernant la taille et le poids ; lors de la production d'ébauches de forgeage, il convient de tenir compte de la capacité de production de l'entreprise. machines de forgeage et de l'équipement.

En outre, la taille et le poids des pièces sont également liés au rapport résistance/poids du matériau. Les matériaux présentant un rapport résistance/poids élevé doivent être sélectionnés autant que possible pour réduire la taille et le poids des pièces.

3) L'importance des pièces dans l'ensemble de la machine et des composants.

4) Autres exigences particulières (telles que l'isolation, l'anti-magnétisme, etc.).

II. Exigences en matière de processus

Pour que les pièces soient faciles à fabriquer, la complexité de la structure de la pièce, la taille et le type d'ébauche doivent être pris en compte lors de la sélection des matériaux.

Pour les pièces avec formes complexes et les grandes tailles, si l'on envisage des flans de coulée, il convient de choisir des matériaux ayant de bonnes performances de coulée ; si l'on envisage des flans de soudure, il convient de choisir un acier à faible teneur en carbone ayant de bonnes performances de soudure.

Pour les pièces de forme simple, de petite taille et en grande quantité, elles conviennent à l'emboutissage et à la découpe. matriçageIl convient de choisir des matériaux ayant une bonne plasticité. Pour les pièces nécessitant un traitement thermique, le matériau doit présenter de bonnes performances en la matière.

En outre, la facilité d'usinage du matériau lui-même et la facilité d'usinage après le traitement thermique doivent également être prises en compte.

III. Exigences économiques

1) Le prix relatif du matériau lui-même

Pour répondre aux exigences d'utilisation, il convient de choisir autant que possible des matériaux moins chers. Ceci est particulièrement important pour les pièces fabriquées en grandes quantités.

2) Le coût de transformation de la matière

Lorsque la qualité des pièces n'est pas élevée mais que le volume de transformation est important, le coût de transformation occupera une grande partie du coût total des pièces.

Bien que la fonte soit moins chère que la tôle d'acier, le coût de l'utilisation de la fonte est plus élevé que celui de l'acier pour certaines productions uniques ou en petites séries de pièces en forme de boîte. soudage de plaquescar ce dernier permet d'économiser le coût de fabrication des moules.

3) Économiser du matériel

Afin d'économiser des matériaux, le traitement thermique ou le renforcement de la surface (grenaille de plomb) sont utilisés. peignageLes méthodes de revêtement de surface (chromage, cuivrage, noircissement, bleuissement, etc.) peuvent également être utilisées pour réduire la corrosion et l'usure, prolongeant ainsi la durée de vie des pièces.

4) Utilisation des matériaux

Afin d'améliorer l'utilisation des matériaux, il est possible de recourir à des procédés sans découpe ou avec moins de découpe, tels que le matriçage, le moulage de précision, l'estampage, etc. Cela permet non seulement d'améliorer l'utilisation des matériaux, mais aussi de réduire les heures de travail liées à la découpe.

5) Économiser des matériaux précieux

L'utilisation d'une structure combinée permet d'économiser des matériaux plus coûteux. Par exemple, la couronne d'engrenage à vis sans fin de la structure combinée utilise du bronze à l'étain, qui a une meilleure réduction du frottement mais qui est plus cher, tandis que le noyau de la roue utilise de la fonte, moins chère.

6) Sauvegarder les matériaux rares

À cet égard, les séries de manganèse-bore acier alliéqui est abondant dans notre pays, peut être utilisé pour remplacer l'acier allié de la série chrome-nickel, dont les ressources sont moindres, et le bronze d'aluminium peut être utilisé pour remplacer le bronze d'étain, etc.

7) La fourniture de matériaux

Lors de la sélection des matériaux, il convient de choisir ceux qui sont disponibles localement et faciles à fournir afin de réduire les coûts d'approvisionnement, de transport et de stockage ; du point de vue de la simplification de l'approvisionnement et du stockage des variétés de matériaux, pour les pièces produites en petites séries, la variété et les spécifications des matériaux utilisés sur la même machine doivent être réduites autant que possible afin de simplifier l'approvisionnement et la gestion, et il est plus facile de saisir la méthode d'opération la plus raisonnable dans le processus de traitement et de traitement thermique, améliorant ainsi la qualité de la fabrication, réduisant les déchets et améliorant la productivité de la main-d'œuvre.