工作项目8小台虎钳.docx
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工作项目8小台虎钳
《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
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350MPa、抗拉强度大于580MPa
件2——零件壁厚在30～50mm，抗拉强度大于110MPa
件5——屈服强度大于350MPa、抗拉强度大于580MPa
件6——截面小于12mm，抗拉强度大于900MPa
件7——屈服强度大于300MPa、抗拉强度大于500MPa
件8——屈服强度大于300MPa、抗拉强度大于500MPa
件13——抗拉强度大于80MPa
件14——零件壁厚在15～50mm，抗拉强度大于110MPa
（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
屈服强度大于350MPa、抗拉强度大于580MPa
（3）确定材料大类别
件1——屈服强度大于350MPa、抗拉强度大于580MPa。
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100~1000Mpa,硬度不大于400HB，钢的抗拉强度为300~2000Mpa，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1.3~1.5比较廉价。
低合金高强度钢牌号为Q390（A~E）、Q420（A~E）、Q460（A~E）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1.3~1.5，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30～50mm，抗拉强度大于110MPa
（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。
（４）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30～50mm，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。
因为螺杆是小虎钳的一个结构，所以选结构钢。
（5）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1.2～1.7，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
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12mm，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900Mpa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1.3～1.5，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。
（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。
因为手把是小台虎钳中的一个结构件，所以选结构钢。
（6）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
由于手把形状简单、无特殊要求且生产量大，所以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）分析失效主要类型
手把在小台虎钳起到一个防止手把脱落作用，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。
（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。
因为手把圆头是小台虎钳中的一个结构件，所以选结构钢。
（7）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2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
由于手把圆头形状简单、无特殊要求且生产量大，所以可选型材作为其毛坯。
（7）结论
选用Q420
件13------压盖:
（XX执笔）
（1）分析失效主要类型
压盖是中起到支撑或导向作用，因此要求压盖必须耐磨，而且压盖在工作过程中不能产生塑性变形,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
抗拉强度大于80MPa。
（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满足要求，铸铁与钢相比，铸铁的力学性能通常较低，特别是塑性、韧性较差，但铸铁具有优良的减震性、耐磨性、铸造性能和切削加工性能，而且成本低廉。
所以考虑使用铸铁。
（４）初步确定材料小类别
按铸铁的石墨形态分类为：
灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁。
考虑到已经符合要求，查附录1的价格，选灰铸铁。
（8）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】查得HT100最低抗拉强度为100MPa，抗拉强度大于80MPa。
能保证力学性能要求，满足要求。
（6）分析产品毛坯的成形方法及性能改变工艺
由于压盖形状简单、无特殊要求且生产量大，所以可选铸造。
（7）经查，若选用HT100,在加工条件、采购条件、生产完成时间、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）分析失效主要类型
支架是小虎钳中起到支撑或导向作用，因此要求支架必须耐磨，而且支架在工作过程中不能产生塑性变形,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
零件壁厚在15～50mm，抗拉强度大于110Mpa。
（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满足要求，铸铁与钢相比，铸铁的力学性能通常较低，特别是塑性、韧性较差，但铸铁具有优良的减震性、耐磨性、铸造性能和切削加工性能，而且成本低廉。
所以考虑使用铸铁。
（4）初步确定材料小类别
按铸铁的石墨形态分类为：
灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁。
考虑到已经符合要求，查附录1价格，选灰铸铁。
（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】查得HT150零件壁厚在15~50mm，通常抗拉强度约为120~150MPa。
满足抗拉强度大于110MPa。
（6）分析产品毛坯的成形方法及性能改变工艺
由于支架形状简单、无特殊要求且生产量大，所以可选铸造作为其毛坯。
（7）经查，若选用HT150,在加工条件、采购条件、生产完成时间、经济性等方面也都没问题。
（8）结论
选用HT150。
二、用类比法确定件3、件4、件9、件17的材料牌号
上网查得相关资料得知一台虎钳各零件的材料，
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础，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：
承受载荷不大的金属结构，铆钉、垫圈、地脚、螺栓、冲压件及焊接件。
能满足小台虎钳的使用要求，所以选用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础，北京大学出版社】P117表4-3得Q235屈服强度235，抗拉强375～460，应用举例金属结构件、钢板、螺钉、螺母。
正适合做螺钉，所以选用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础，北京大学出版社】P142表4-14得HT200抗拉强750，应用于一般机床机身及底座等。
正适合做固定钳身，所以选用HT200。
件4：
开口销
上网查得台虎钳装配图明细栏：
（参考链接）
从明细栏可知开口销是标准件，查询资料：
三、为件1、件2、件7、件14选择毛坯成形方法、性能改变工艺
件1：
钳口板：
由于夹紧套形状简单、无特殊要求且生产量大，所以可选型材作为其毛坯。
性能改变工艺采用调质+高频表面淬火。
件2：
活动钳身：
由于形状较复杂、无特殊要求且生产量大，所以可选铸造。
件7:
手把:
成形方法型材加工；性能改变工艺：
正火。
件14：
支架:
毛坯成形方法：
铸造。
四、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）。
件1——钳口板
采用可更换钳口板的结构，可以增加台虎钳的使用寿命。
件2——活动钳身
活动钳身铸造一体成形成分稳定，不易产生化学变化，因此钳身设计的比较合理。
件7——手把
手把运用转动力矩，来控制活动钳身的进出来，这样使用起来十分方便，安全性能也比较高，因此比较合理。
件14——支架
支架固定的效果不是很好，稳定性不高，应该采用螺栓三角固定小虎钳
附录1：
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