工作综合项目小台虎钳.doc

《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8
1、项目名称：小虎钳工程项目
（1）小虎钳装配图

图8-1小虎钳装配图

（2）小虎钳装配图明细表

14
支　架
1
7
手　把
1

13
压　盖
1
6
弹　簧
1
19
垫　圈
2
12
固定螺杆
1
5
螺　杆
1
18
螺　栓
2
11
销
1
4
开口销
1
17
固定钳身
1
10
手　柄
1
3
垫　圈
1
16
螺　母
1
9
螺　钉
4
2
活动钳身
1
15
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
名称
件数

2.项目任务：
（1）用计算分析法拟定件1、件2、件5～件8、件13和件14材料牌号，并已知它们重要使用规定为：
件1——屈服强度不不大于350 MPa、抗拉强度不不大于580 MPa
件2——零件壁厚在30～50mm，抗拉强度不不大于110 MPa
件5——屈服强度不不大于350 MPa、抗拉强度不不大于580 MPa
件6——截面不大于12 mm， 抗拉强度不不大于900 MPa
件7——屈服强度不不大于300 MPa、抗拉强度不不大于500 MPa
件8——屈服强度不不大于300 MPa、抗拉强度不不大于500 MPa
件13——抗拉强度不不大于80 MPa
件14——零件壁厚在15～50mm，抗拉强度不不大于110 MPa
(2)用类比法拟定件3、件4、件9、件17材料牌号
(3)为件1、件2、件7、件14选取毛坯成形办法、性能变化工艺
(4)若件1、件2、件7、件14毛坯形状如图8-1所示，试分析它们构造工艺性，如有不合理之处，请改正（用图示形式表达并配以文字阐明）。

一、用计算分析法拟定件1、件2、件5～件8、件13和件14材料牌号
件1------钳口板（XX执笔）
（1）分析失效重要类型
钳口板是用来加持加工物件，因此需要钳口板具备耐磨、较高抗压强度，在夹持物件时不能产生过大塑性变形，因此磨损失效和塑性变形失效是其重要失效形式。
（2）拟定所需材料性能指标
屈服强度不不大于350 MPa、抗拉强度不不大于580 MPa
（3）拟定材料大类别
件1——屈服强度不不大于350 MPa、抗拉强度不不大于580 MPa。依照材料性能指标可知高分子材料和陶瓷材料无法满足规定，复合材料普通用于特殊场合，金属材料（黑色金属，有色金属）能满足规定，因此选取金属材料。由于有色金属资源比较少，因而优先考虑使用黑色金属，黑色金属中有钢和铸铁。铸铁抗拉强度为100~1000Mpa,硬度不不不大于400HB，钢抗拉强度为300~Mpa，硬度不不不大于60HRC。因而铸铁和钢均能满足规定。
（4）初步拟定材料小类别
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。由于球墨铸铁力学性能好，在一定条件下能代替钢来制造重要零件，因此可以选取球墨铸铁。
钢可分为构造钢，工具钢，特种钢。由于钳口板是台虎钳一种构件，因此选取构造钢。构造钢分为非合金构造钢、低合金构造钢，合金构造钢。
（5）初步拟定材料牌号
依照参照资料：【工程材料及其成形技术基本，北京大学出版社】和附录1可知：
球墨铸铁性能可达到使用规定但价格相对昂贵。
非合金构造钢中碳素合金构造钢屈服强度和抗拉强度不能达到所需，普通不能作热解决。（P117 表4-3）
优质碳素构造钢牌号为45、50、60、70、15Mn、60Mn、65Mn、70Mn能达到使用规定。（P119 表4-5）且相对价格为1.3~1.5比较便宜。
低合金高强度钢牌号为Q390（A~E）、Q420（A~E）、Q460（A~E）能达到使用规定。（P118 表4-4）但价格相对优质碳素构造钢过于昂贵。
合金构造钢均能满足使用规定。（P120 表4-6，P122 表4-7，P123 表4-8），但价格相对优质碳素构造钢过于昂贵。
综上可得：可选用优质碳素构造钢中45钢，该材料屈服强度不不大于350Mpa,抗拉强度不不大于580Mpa,能保证力学性能规定，且相对价格为1.3~1.5，符合经济性原则，同步该材料还可以通过热解决进一步加强其性能。
（6）分析产品毛坯成型办法及性能变化工艺
由于钳口板形状简朴、无特殊规定且生产量大，因此可选型材作为毛坯。若要提高性能可用热解决变化。
（7）结论
45钢

件2------活动钳身（XX执笔）
（1）分析失效重要类型
活动钳身是台虎钳中起到支撑或导向作用，因而规定活动钳身必要耐磨耐疲劳还要具备一定硬度，并且活动钳身在工作过程中不能产生断裂,因此磨损失效和断裂失效是其重要失效形式。
（2）拟定所需材料性能指标
零件壁厚在30～50mm，抗拉强度不不大于110 MPa
（3）拟定材料大类别
依照材料性能指标可知高分子材料与陶瓷材料无法满足规定，复合材料普通用于特殊场合，金属材料（黑色金属、有色金属）能满足规定，因此选取金属材料。由于有色金属资源比较少，因而优先考虑用黑色金属。黑色金属中有铸铁和钢。铸铁具备优良减震性、耐磨性、锻造性能和切削加工性能，铸铁抗拉强度能满足活动钳身使用规定，且价格低廉，因此优先选取铸铁。
并且成本低廉。因此考虑使用铸铁。
（４）初步拟定材料小类别
铸铁分为白口铸铁，灰铸铁，可锻铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁。由于规定活动钳身耐磨，硬度较高因此可选取灰铸铁。
（5）初步拟定材料牌号
依照参照资料：【工程材料及其成形技术基本，北京大学出版社】和附录1可知：
HT150、HT200、HT250、HT300、HT350、HT400抗拉强度都不不大于110Mpa,锻造壁厚能达到30～50mm，均能满足使用规定。查得灰口铸铁相对价格为1.4，符合经济性原则。
（6）分析产品毛坯成形办法及性能变化工艺
由于活动钳身形状比较复杂、无特殊规定且生产量大，因此可选锻造办法。
（7）结论
HT150或HT200。

件5------螺杆（XX 执笔）
（1）分析失效重要类型
螺杆在小虎钳起调节钳身距离作用，因而规定夹螺杆具备足够疲劳强度，具备耐磨性。因此磨损失效和疲劳断裂是其重要失效形式。
（2）拟定所需材料性能指标
屈服强度不不大于350Mpa、抗拉强度不不大于580Mpa
（3）拟定材料大类别
依照材料性能指标可知高分子材料与陶瓷材料无法满足规定，复合材料普通用于特殊场合，金属材料（黑色金属、有色金属）能满足规定，因此选取金属材料。由于有色金属资源比较少，因而优先考虑用黑色金属。黑色金属中有铸铁和钢。铸铁抗拉强度与屈服强度无法同步满足规定，因此考虑抗拉强度与屈服强度均能满足规定钢。
（４）初步拟定材料小类别
　 　钢分为构造钢、工具钢及特种钢。
　 　由于螺杆是小虎钳一种构造，因此选构造钢。
（５） 初步拟定材料牌号
　 　查课本（P118）Q390钢屈服强度不不大于350MPa，抗拉强度不不大于580MPa。能保证力学性能规定，满足规定。
查附录1得Q390钢价格为1.2～1.7 ，符合经济性原则。
（6）分析产品毛坯成形办法及性能变化工艺
由于螺杆形状简朴、无特殊规定，因此可选棒材作为其毛坯。
（7）结论
选用Q390钢

件6------弹簧 （XX执笔）
（1）分析失效重要类型
弹簧是小虎钳中起到保持螺杆位置，不使螺杆轴线运动作用，因而规定弹簧必要足够张力和形变量，因此磨损失效和疲劳断裂失效是其重要失效形式。
（2）拟定所需材料性能指标
　 　截面不大于12 mm， 抗拉强度不不大于900Mpa。
（3）拟定材料大类别
依照材料性能指标可知高分子材料与陶瓷材料无法满足规定，复合材料普通用于特殊场合，金属材料（黑色金属、有色金属）能满足规定，因此选取金属材料。由于有色金属资源比较少，因而优先考虑用黑色金属。黑色金属中有铸铁和钢。铸铁抗拉强度与屈服强度无法同步满足规定，因此考虑抗拉强度与屈服强度均能满足规定钢。
（4）初步拟定材料小类别
　 　钢分为构造钢、工具钢及特种钢。
　 　由于弹簧是小虎钳中一构造件，因此选构造钢。
（5）初步拟定材料牌号
　 　查得60钢，进热解决（淬火840/油，回火480）。抗拉强度不不大于900 Mpa能保证力学性能规定，满足规定。依照附录1查得60钢价格为1.3～1.5 ，符合经济性原则。
（6）分析产品毛坯成形办法及性能变化工艺
由于夹紧套形状简朴、无特殊规定，因此可选棒材作为其毛坯。
（7）结论
选用60钢

件7------手把（XX执笔）:
（1）分析失效重要类型
手把在小台虎钳起到一种支撑作用，因而规定手把必要耐磨，有较高抗压强度,因此磨损失效和塑性变形失效是其重要失效形式。
（2）拟定所需材料性能指标
　 　屈服强度不不大于300MPa，抗拉强度不不大于500MPa。
（3）拟定材料大类别
依照材料性能指标可知高分子材料与陶瓷材料无法满足规定，复合材料普通用于特殊场合，金属材料（黑色金属、有色金属）能满足规定，因此选取金属材料。由于有色金属资源比较少，因而优先考虑用黑色金属。黑色金属中有铸铁和钢。铸铁抗拉强度与屈服强度无法同步满足规定，因此考虑抗拉强度与屈服强度均能满足规定钢。
（４）初步拟定材料小类别
　 　钢分为构造钢、工具钢及特种钢。
　 　由于手把是小台虎钳中一种构造件，因此选构造钢。
（６） 初步拟定材料牌号
　 　 依照参照资料：【工程材料及其成形技术基本，北京大学出版社】和和附录1查得Q420屈服强度不不大于420MPa，抗拉强度不不大于520MPa。能保证力学性能规定，满足规定。
且相对价格为1.2-1.7，符合经济性原则。
（6）分析产品毛坯成形办法及性能变化工艺
由于手把形状简朴、无特殊规定且生产量大，因此可选棒材作为其毛坯。
（7）结论
选用Q420

件8------手把圆头（XX执笔）:
（1）分析失效重要类型
手把在小台虎钳起到一种防止手把脱落作用，因而规定手把必要耐磨，有较高抗压强度,因此磨损失效和塑性变形失效是其重要失效形式。
（2）拟定所需材料性能指标
　 屈服强度不不大于300MPa，抗拉强度不不大于500MPa。
（3）拟定材料大类别
依照材料性能指标可知高分子材料与陶瓷材料无法满足规定，复合材料普通用于特殊场合，金属材料（黑色金属、有色金属）能满足规定，因此选取金属材料。由于有色金属资源比较少，因而优先考虑用黑色金属。黑色金属中有铸铁和钢。铸铁抗拉强度与屈服强度无法同步满足规定，因此考虑抗拉强度与屈服强度均能满足规定钢。
（４）初步拟定材料小类别
钢分为构造钢、工具钢及特种钢。
由于手把圆头是小台虎钳中一种构造件，因此选构造钢。
（７） 初步拟定材料牌号
　依照参照资料：【工程材料及其成形技术基本，北京大学出版社】和和附录2查得Q420屈服强度不不大于420MPa，抗拉强度不不大于520MPa。能保证力学性能规定，满足规定。
且相对价格为1.2-1.7，符合经济性原则。
（6）分析产品毛坯成形办法及性能变化工艺
由于手把圆头形状简朴、无特殊规定且生产量大，因此可选型材作为其毛坯。
（7）结论
选用Q420

件13------压盖:（XX执笔）
（1）分析失效重要类型
压盖是中起到支撑或导向作用，因而规定压盖必要耐磨，并且压盖在工作过程中不能产生塑性变形,因此磨损失效和塑性变形失效是其重要失效形式。
（2）拟定所需材料性能指标
抗拉强度不不大于80MPa。
（3）拟定材料大类别
依照材料性能指标可知高分子材料与陶瓷材料无法满足规定，复合材料普通用于特殊场合，金属材料能满足规定，因此选取金属材料。由于有色金属资源比较少，因而优先考虑用黑色金属。黑色金属中有铸铁和钢。铸铁抗拉强度与屈服强度满足规定，铸铁与钢相比，铸铁力学性能普通较低，特别是塑性、韧性较差，但铸铁具备优良减震性、耐磨性、锻造性能和切削加工性能，并且成本低廉。
因此考虑使用铸铁。
（４）初步拟定材料小类别
按铸铁石墨形态分类为：灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁。考虑到已经符合规定，查附录1价格，选灰铸铁。
（８） 初步拟定材料牌号
依照参照资料：【工程材料及其成形技术基本，北京大学出版社】查得HT100最低抗拉强度为100MPa，抗拉强度不不大于80MPa。能保证力学性能规定，满足规定。
（6）分析产品毛坯成形办法及性能变化工艺
由于压盖形状简朴、无特殊规定且生产量大，因此可选锻造。
（7）经查，若选用HT100,在加工条件、采购条件、生产完毕时间、经济性等方面也都没问题。
（8）结论
选用HT100.

件14------支架:（XX执笔）
（1）分析失效重要类型
支架是小虎钳中起到支撑或导向作用，因而规定支架必要耐磨，并且支架在工作过程中不能产生塑性变形,因此磨损失效和塑性变形失效是其重要失效形式。
（2）拟定所需材料性能指标
零件壁厚在15～50mm，抗拉强度不不大于110 Mpa。
（3）拟定材料大类别
依照材料性能指标可知高分子材料与陶瓷材料无法满足规定，复合材料普通用于特殊场合，金属材料能满足规定，因此选取金属材料。由于有色金属资源比较少，因而优先考虑用黑色金属。黑色金属中有铸铁和钢。铸铁抗拉强度与屈服强度满足规定，铸铁与钢相比，铸铁力学性能普通较低，特别是塑性、韧性较差，但铸铁具备优良减震性、耐磨性、锻造性能和切削加工性能，并且成本低廉。因此考虑使用铸铁。
（4）初步拟定材料小类别
按铸铁石墨形态分类为：灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁。考虑到已经符合规定，查附录1价格，选灰铸铁。
（5）初步拟定材料牌号
依照参照资料：【工程材料及其成形技术基本，北京大学出版社】查得HT150零件壁厚在15~50mm，普通抗拉强度约为120~150MPa。满足抗拉强度不不大于110MPa。
（6）分析产品毛坯成形办法及性能变化工艺
由于支架形状简朴、无特殊规定且生产量大，因此可选锻造作为其毛坯。
（7）经查，若选用HT150,在加工条件、采购条件、生产完毕时间、经济性等方面也都没问题。
（8）结论
选用HT150。
二、用类比法拟定件3、件4、件9、件17材料牌号
上网查得有关资料得知一台虎钳各零件材料，
（参照链接）

表1
件3：垫圈
表1挡圈使用Q235，查得【工程材料及其成形技术基本，北京大学出版社】P117表4-3得知Q235屈服强度235，抗拉强度375~460，应用举例：承受载荷不大金属构造，铆钉、垫圈、地脚、螺栓、冲压件及焊接件。能满足小台虎钳使用规定，因此选用Q235
件9：螺钉
表1中螺钉使用Q235查【工程材料及其成形技术基本，北京大学出版社】P117表4-3得Q235屈服强度235，抗拉强375～460，应用举例金属构造件、钢板、螺钉、螺母。正适合做螺钉，因此选用Q235。
件17：固定钳身
表1固定钳身使用HT200，查【工程材料及其成形技术基本，北京大学出版社】P142表4-14得HT200抗拉强750，应用于普通机床机身及底座等。正适合做固定钳身，因此选用HT200。件4：开口销
上网查得台虎钳装配图明细栏：
（参照链接）

从明细栏可知开口销是原则件，查询资料：
（参照链接）查得普通使用Ｑ215，Ｑ235碳素构造钢，查【工程材料及其成形技术基本，北京大学出版社】Ｐ117表4-3，Q215屈服强度215，抗拉强335~410；Q235屈服强度235，抗拉强375～460，能满足使用需求因此使用Q235。
三、为件1、件2、件7、件14选取毛坯成形办法、性能变化工艺
件1：
钳口板：由于夹紧套形状简朴、无特殊规定且生产量大，因此可选型材作为其毛坯。性能变化工艺采用调质+高频表面淬火。
件2：
活动钳身：由于形状较复杂、无特殊规定且生产量大，因此可选锻造。
件7:
手把:成形办法型材加工；性能变化工艺：正火。
件14：
支架:毛坯成形办法：锻造。
四、若件1、件2、件7、件14毛坯形状如图8-1所示，试分析它们构造工艺性，如有不合理之处，请改正（用图示形式表达并配以文字阐明）。

件1——钳口板
采用可更换钳口板构造，可以增长台虎钳使用寿命。

件2——活动钳身
活动钳身锻造一体成形成分稳定，不易产生化学变化，因而钳身设计比较合理。

件7——手把
手把运用转动力矩，来控制活动钳身进出来，这样使用起来十分以便，安全性能也比较高，因而比较合理。

件14——支架
支架固定效果不是较好，稳定性不高，应当采用螺栓三角固定小虎钳
附录1：