1、 工程材料及热加工工艺工程项目汇编 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 姓 名 机械与电气工程学院二零一七年 一月小台虎钳工作项目 81、项目名称：小虎钳工程项目（1）小虎钳的装配图图 8-1 小虎钳的装配图（2）小虎钳装配图明细表14 支 架 1 7 手 把 113 压 盖 1 6 弹 簧 119 垫 圈 2 12 固定螺杆 1 5 螺 杆 118 螺 栓 2 11 销 1 4 开口销 117 固定钳身 1 10 手 柄 1 3 垫 圈 116 螺 母 1 9 螺 钉 4 2 活动钳身 115 螺 钉 1 8 手把球头 1 1 钳口板 2序号 名称 件数 序号 名称 件数 序号
2、名称 件数2.项目任务：（1）用计算分析法确定件 1、件 2、件 5件 8、件 13 和件 14 的材料牌号，并已知它们的主要使用要求为：件 1屈服强度大于 350 MPa、抗拉强度大于 580 MPa件 2零件壁厚在 3050mm，抗拉强度大于 110 MPa件 5屈服强度大于 350 MPa、抗拉强度大于 580 MPa件 6截面小于 12 mm， 抗拉强度大于 900 MPa件 7屈服强度大于 300 MPa、抗拉强度大于 500 MPa件 8屈服强度大于 300 MPa、抗拉强度大于 500 MPa件 13抗拉强度大于 80 MPa件 14零件壁厚在 1550mm，抗拉强度大于 110
3、 MPa(2)用类比法确定件 3、件 4、件 9、件 17 的材料牌号(3)为件 1、件 2、件 7、件 14 选择毛坯成形方法、性能改变工艺(4)若件 1、件 2、件 7、件 14 的毛坯形状如图 8-1 所示，试分析它们的结构工艺性，如有不合理之处，请改正（用图示形式表达并配以文字说明） 。一、用计算分析法确定件 1、件 2、件 5件 8、件 13 和件14 的材料牌号件 1-钳口板（XX 执笔）（1）分析失效主要类型钳口板是用来加持加工物件，所以需要钳口板具有耐磨、较高的抗压强度，在夹持物件时不能产生过大塑性变形，所以磨损失效和塑性变形失效是其主要失效形式。（2）确定所需材料的性能指标屈
4、服强度大于 350 MPa、抗拉强度大于 580 MPa（3）确定材料大类别件 1屈服强度大于 350 MPa、抗拉强度大于 580 MPa。根据材料的性能指标可知高分子材料和陶瓷材料无法满足要求，复合材料一般用于特殊场合，金属材料（黑色金属，有色金属）能满足要求，所以选择金属材料。由于有色金属资源比较少，因此优先考虑使用黑色金属，黑色金属中有钢和铸铁。铸铁的抗拉强度为 1001000Mpa,硬度不大于 400HB，钢的抗拉强度为 3002000Mpa，硬度不大于 60HRC。因此铸铁和钢均能满足要求。（4）初步确定材料小类别铸铁可分为五类，白口铸铁，灰铸铁，可锻铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁。因为
5、球墨铸铁力学性能好，在一定条件下能替代钢来制造重要零件，所以可以选择球墨铸铁。钢可分为结构钢，工具钢，特种钢。由于钳口板是台虎钳的一种构件，所以选择结构钢。结构钢分为非合金结构钢、低合金结构钢，合金结构钢。（5）初步确定材料牌号根据参考资料：【工程材料及其成形技术基础，北京大学出版社】和附录 1 可知：球墨铸铁性能可达到使用要求但价格相对昂贵。非合金结构钢中的碳素合金结构钢的屈服强度和抗拉强度不能达到所需，一般不能作热处理。 （P117 表 4-3）优质碳素结构钢牌号为45、50、60、70、15Mn、60Mn 、65Mn、70Mn 能达到使用要求。 （P119 表 4-5）且相对价格为 1.
6、31.5 比较廉价。低合金高强度钢牌号为 Q390（AE ） 、Q420（AE） 、Q460（AE）能达到使用要求。 （P118 表 4-4）但价格相对优质碳素结构钢过于昂贵。合金结构钢均能满足使用要求。 （P120 表 4-6，P122 表4-7，P123 表 4-8） ，但价格相对优质碳素结构钢过于昂贵。综上可得：可选用优质碳素结构钢中的 45 钢，该材料屈服强度大于 350Mpa,抗拉强度大于 580Mpa,能保证力学性能要求，且相对价格为 1.31.5，符合经济性原则，同时该材料还可以通过热处理进一步加强其性能。（6）分析产品毛坯的成型方法及性能改变工艺由于钳口板形状简单、无特殊要求且
7、生产量大，所以可选型材作为毛坯。若要提高性能可用热处理改变。（7）结论45 钢件 2-活动钳身（XX 执笔）（1）分析失效主要类型活动钳身是台虎钳中起到支撑或导向作用，因此要求活动钳身必须耐磨耐疲劳还要具有一定的硬度，而且活动钳身在工作过程中不能产生断裂,所以磨损失效和断裂失效是其主要失效形式。（2）确定所需材料的性能指标零件壁厚在 3050mm，抗拉强度大于 110 MPa（3）确定材料大类别根据材料的性能指标可知高分子材料与陶瓷材料无法满足要求，复合材料一般用于特殊场合，金属材料（黑色金属、有色金属）能满足要求，所以选择金属材料。由于有色金属的资源比较少，因此优先考虑用黑色金属。黑色金属中
8、有铸铁和钢。铸铁具有优良的减震性、耐磨性、铸造性能和切削加工性能，铸铁的抗拉强度能满足活动钳身使用要求，且价格低廉，所以优先选择铸铁。而且成本低廉。所以考虑使用铸铁。（）初步确定材料小类别铸铁分为白口铸铁，灰铸铁，可锻铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁。因为要求活动钳身耐磨，硬度较高所以可选择灰铸铁。（5）初步确定材料牌号根据参考资料：【工程材料及其成形技术基础，北京大学出版社】和附录 1 可知：HT150、HT200、HT250、HT300、HT350、HT400 抗拉强度都大于 110Mpa,铸造壁厚能达到 3050mm，均能满足使用要求。查得灰口铸铁相对价格为 1.4，符合经济性原则。（6）分析产
9、品毛坯的成形方法及性能改变工艺由于活动钳身形状比较复杂、无特殊要求且生产量大，所以可选铸造方法。（7）结论HT150 或 HT200。件 5-螺杆（XX 执笔）（1）分析失效主要类型螺杆在小虎钳起调整钳身距离作用，因此要求夹螺杆具有足够的疲劳强度，具有耐磨性。所以磨损失效和疲劳断裂是其主要失效形式。 （2）确定所需材料的性能指标屈服强度大于 350Mpa、抗拉强度大于 580Mpa（3）确定材料大类别根据材料的性能指标可知高分子材料与陶瓷材料无法满足要求，复合材料一般用于特殊场合，金属材料（黑色金属、有色金属）能满足要求，所以选择金属材料。由于有色金属的资源比较少，因此优先考虑用黑色金属。黑色
10、金属中有铸铁和钢。铸铁的抗拉强度与屈服强度无法同时满足要求，所以考虑抗拉强度与屈服强度均能满足要求的钢。（）初步确定材料小类别钢分为结构钢、工具钢及特种钢。因为螺杆是小虎钳的一个结构，所以选结构钢。（）初步确定材料牌号查书本（P118）Q390 钢屈服强度大于 350MPa，抗拉强度大于 580MPa。能保证力学性能要求，满足要求。查附录 1 得 Q390 钢的价格为 1.21.7 ，符合经济性原则。（6）分析产品毛坯的成形方法及性能改变工艺由于螺杆形状简单、无特殊要求，所以可选棒材作为其毛坯。（7）结论选用 Q390 钢件 6-弹簧 （XX 执笔）（1）分析失效主要类型弹簧是小虎钳中起到保持
11、螺杆位置，不使螺杆轴线运动作用，因此要求弹簧必须足够的张力和形变量，所以磨损失效和疲劳断裂失效是其主要失效形式。 （2）确定所需材料的性能指标截面小于 12 mm， 抗拉强度大于 900Mpa。（3）确定材料大类别根据材料的性能指标可知高分子材料与陶瓷材料无法满足要求，复合材料一般用于特殊场合，金属材料（黑色金属、有色金属）能满足要求，所以选择金属材料。由于有色金属的资源比较少，因此优先考虑用黑色金属。黑色金属中有铸铁和钢。铸铁的抗拉强度与屈服强度无法同时满足要求，所以考虑抗拉强度与屈服强度均能满足要求的钢。（4）初步确定材料小类别钢分为结构钢、工具钢及特种钢。因为弹簧是小虎钳中的一结构件，所
12、以选结构钢。（5）初步确定材料牌号查得 60 钢，进热处理（淬火 840/油，回火 480） 。抗拉强度大于 900 Mpa 能保证力学性能要求，满足要求。根据附录 1 查得 60 钢的价格为 1.31.5 ，符合经济性原则。（6）分析产品毛坯的成形方法及性能改变工艺由于夹紧套形状简单、无特殊要求，所以可选棒材作为其毛坯。（7）结论选用 60 钢件 7-手把（XX 执笔）:（1）分析失效主要类型手把在小台虎钳起到一个支撑作用，因此要求手把必须耐磨，有较高的抗压强度,所以磨损失效和塑性变形失效是其主要失效形式。 （2）确定所需材料的性能指标屈服强度大于 300MPa，抗拉强度大于 500MPa。
13、（3）确定材料大类别根据材料的性能指标可知高分子材料与陶瓷材料无法满足要求，复合材料一般用于特殊场合，金属材料（黑色金属、有色金属）能满足要求，所以选择金属材料。由于有色金属的资源比较少，因此优先考虑用黑色金属。黑色金属中有铸铁和钢。铸铁的抗拉强度与屈服强度无法同时满足要求，所以考虑抗拉强度与屈服强度均能满足要求的钢。（）初步确定材料小类别钢分为结构钢、工具钢及特种钢。因为手把是小台虎钳中的一个结构件，所以选结构钢。（）初步确定材料牌号根据参考资料：【工程材料及其成形技术基础，北京大学出版社】和和附录 1 查得 Q420 屈服强度大于420MPa，抗拉强度大于 520MPa。能保证力学性能要求，满足要求。且相对价格为 1.2-1.7，符合经济性原则。（6）分析产品毛坯的成形方法及性能改变工艺
