Como escolher os materiais certos para as peças?

A escolha do material a ser usado em uma variedade de materiais é uma tarefa limitada por vários fatores. Portanto, a forma de selecionar o material para as peças é uma parte importante do projeto das peças.

O princípio da seleção de materiais para peças mecânicas é que o material necessário deve atender aos requisitos de uso das peças e ter boa processabilidade e economia.

I. Requisitos de uso

Os requisitos de uso das peças mecânicas estão refletidos nos pontos a seguir:

1) As condições de trabalho e de carga das peças e os requisitos propostos para evitar as formas de falha correspondentes.

As condições de trabalho referem-se às características ambientais das peças, à temperatura de trabalho e ao grau de atrito e desgaste. Para peças que trabalham em um ambiente úmido e quente ou em um meio corrosivo, o material deve ter boa resistência à ferrugem e à corrosão.

Nesse caso, o aço inoxidável e as ligas de cobre podem ser considerados em primeiro lugar.

O impacto da temperatura de trabalho sobre a seleção de materiais O principal aspecto é duplo: por um lado, os coeficientes de expansão linear das duas partes que cooperam entre si não devem diferir muito, para evitar estresse térmico excessivo ou afrouxar a cooperação quando a temperatura mudar; por outro lado, a mudança das propriedades mecânicas do material com a temperatura também deve ser considerada.

Para peças que trabalham sob atrito deslizante, a dureza da superfície deve ser melhorada para aumentar a resistência ao desgaste. Materiais adequados para tratamento de superfície como aço temperado, aço cementado e aço nitretado, ou materiais com boa redução de atrito e resistência ao desgaste.

A condição de carga refere-se ao tamanho e à natureza da carga e da tensão nas peças.

Em princípio, os materiais frágeis são adequados apenas para a fabricação de peças que trabalham sob carga estática; sob impacto, os materiais plásticos devem ser usados principalmente; para peças com grande tensão de contato na superfície, devem ser selecionados materiais que possam ser tratados na superfície, como aço endurecido na superfície; para peças sob força de deformação, devem ser selecionados materiais resistentes à fadiga; para peças sob carga de impacto, devem ser selecionados materiais com alta resistência ao impacto; para peças cujo tamanho depende da resistência e cujo tamanho e peso são limitados, devem ser selecionados materiais com maior resistência; para peças cujo tamanho depende da rigidez, devem ser selecionados materiais com maior módulo de elasticidade.

O desempenho dos materiais metálicos geralmente pode ser aprimorado e melhorado por meio do tratamento térmico. Portanto, o potencial dos materiais deve ser totalmente utilizado por meio do tratamento térmico.

Para o aço temperado mais comumente usado, é possível obter peças brutas com diferentes propriedades mecânicas devido às diferentes temperaturas de têmpera. Quanto mais alta a temperatura de revenimento, menor a dureza e a rigidez do material, e melhor a plasticidade.

Portanto, ao selecionar a variedade de materiais, as especificações de tratamento térmico devem ser especificadas ao mesmo tempo e indicadas no desenho.

2) Restrições sobre o tamanho e o peso das peças.

O tamanho e o peso das peças estão relacionados ao tipo de material e ao método de fabricação do blank. Na produção de peças em bruto para fundição, geralmente não há restrições quanto ao tamanho e ao peso; na produção de peças em bruto para forjamento, deve-se prestar atenção à capacidade de produção da maquinário de forjamento e equipamentos.

Além disso, o tamanho e o peso das peças também estão relacionados à relação entre resistência e peso do material. Materiais com uma grande relação entre resistência e peso devem ser selecionados o máximo possível para reduzir o tamanho e o peso das peças.

3) A importância das peças na máquina inteira e nos componentes.

4) Outros requisitos especiais (como a necessidade de isolamento, antimagnético etc.).

II. Requisitos do processo

Para que as peças sejam fáceis de fabricar, a complexidade da estrutura da peça, o tamanho e o tipo de peça bruta devem ser considerados na seleção dos materiais.

Para peças com formas complexas e tamanhos grandes, se forem considerados espaços em branco para fundição, devem ser selecionados materiais com bom desempenho de fundição; se forem considerados espaços em branco para soldagem, deve ser selecionado aço de baixo carbono com bom desempenho de soldagem.

Para peças com formas simples, tamanhos pequenos e grandes quantidades, elas são adequadas para estamparia e forjamento de matrizesDeve-se selecionar materiais com boa plasticidade. Para peças que precisam de tratamento térmico, o material deve ter bom desempenho no tratamento térmico.

Além disso, a facilidade de usinagem do próprio material e a facilidade de usinagem após o tratamento térmico também devem ser consideradas.

III. Requisitos econômicos

1) O preço relativo do próprio material

Sob a premissa de atender aos requisitos de uso, os materiais com um preço mais baixo devem ser selecionados o máximo possível. Isso é particularmente importante para peças fabricadas em grandes quantidades.

2) O custo de processamento do material

Quando a qualidade das peças não é grande, mas o volume de processamento é grande, o custo de processamento ocupará uma grande proporção do custo total das peças.

Embora o ferro fundido seja mais barato do que a chapa de aço, para a produção de alguns lotes únicos ou pequenos de peças do tipo caixa, o custo do uso do ferro fundido é mais alto do que o do aço soldagem de chapasporque esse último pode economizar o custo de fabricação do molde.

3) Salvar material

Para economizar materiais, o tratamento térmico ou o reforço da superfície (shot descascamentoOs métodos de revestimento de superfície (cromagem, revestimento de cobre, escurecimento, azulamento etc.) também podem ser usados para reduzir a corrosão e o desgaste, aumentando assim a vida útil das peças.

4) Utilização de materiais

Para melhorar a utilização dos materiais, pode-se usar o processamento sem corte ou com menos corte, como forjamento de matriz, fundição de precisão, estampagem etc. Isso pode não apenas melhorar a utilização dos materiais, mas também reduzir as horas de trabalho do processamento de corte.

5) Economize materiais preciosos

Ao usar uma estrutura combinada, materiais mais caros podem ser economizados. Por exemplo, o anel da engrenagem sem fim da estrutura combinada usa bronze de estanho, que tem melhor redução de atrito, mas é mais caro, enquanto o núcleo da roda usa ferro fundido mais barato.

6) Economize materiais raros

Nesse sentido, a série manganês-boro liga de açoque é abundante em recursos em nosso país, pode ser usado para substituir o aço-liga da série cromo-níquel, que é menos abundante em recursos, e o bronze de alumínio pode ser usado para substituir o bronze de estanho, etc.

7) O fornecimento de materiais

Na seleção de materiais, devem ser escolhidos materiais disponíveis localmente e fáceis de fornecer para reduzir os custos de aquisição, transporte e armazenamento; do ponto de vista da simplificação do fornecimento e do armazenamento de variedades de materiais, para peças de produção de pequenos lotes, a variedade e as especificações dos materiais usados na mesma máquina devem ser minimizadas o máximo possível para simplificar o fornecimento e o gerenciamento, e é mais fácil compreender o método de operação mais razoável no processo de processamento e tratamento térmico, melhorando assim a qualidade da fabricação, reduzindo os resíduos e melhorando a produtividade do trabalho.