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機械工程材料選用研究

發布時間:2020/12/09     作者:本站

    機械行業的發展為社會經濟起著保障性的作用。機械工程中材料的合理選用有著相當重要的作用。文章從選材的意義、原則、步驟、方法等方麵,結合實際,步步深入地進行了探討。希望能夠對相關工作起到一定的借鑒意義。
1選材的意義
現代化的工業進程對機械設計行業提出了新的要求。機械設計中,材料的選擇是非常重要的。合理選用機械工程材料對充分發揮工程材料本身的性能潛力,保證材料具有良好的加工工藝性能,獲得理想的使用性能,提高產品零件的質量,節省工程材料,降低生產成本等方麵起著重大影響。下麵就如何合理選用機械工程材料的問題談談我個人的看法,提出來與各位同仁商討。
2選材的原則
外国成版人性直播知道,選材的一般原則是:由工作條件確定使用性能的要求,這是材料選用的基本出發點。其次是要考慮材料的加工工藝性。第三是要考慮材料的經濟性。力爭使各項花費的總和達到最低值。最終做到:“材料的使用性能足夠、工藝性能良好、供應上能保證、經濟性應合理”[1]。
2.1選材的一般使用原則
材料的使用原則在於用所選材料製造出的機械零件能否保證其使用性能。材料的使用性能是指機械零件在正常工作情況下材料應具備的性能。包括力學性能和物理、化學性能等。零件的使用性能是保證其工作安全可靠、經久耐用的必要條件。是選材時考慮的最主要的依據。不同零件所要求材料的使用性能是不一樣的,有的要求強度高,有的要求硬度高,有的要求耐磨性高,有的無嚴格的性能要求,隻需保證一定形式的外表即可。在大多數情況下應首先考慮零件的使用性能,對一般機械零件來說,則要考慮其力學性能[2]。
2.2選材的工藝性原則
工藝性原則是指所選用的材料能否保證順利地加工製造成零件。例如某些材料僅從零件的使用要求來看是完全合適的,但無法加工製造或加工製造很困難,成本很高,這些都屬於工藝性不好。因此,材料工藝性能的好壞,在決定零件加工的難易程度、生產效率、生產成本等方麵起著十分重要的作用,是選材時必須同時考慮的另一個重要因素。
2.3選材的經濟性原則
經濟性原則是指所選用的材料加工成零件後能否做到成本低廉,價格便宜。從選材的經濟性原則考慮,應盡可能選用貨源充足、價格低廉、加工方便、總成本低的材料。一般來講在滿足零件使用性能的前提下,盡量優先選用廉價的材料,能用碳素鋼的,不用合金鋼;能用低合金鋼的不用高合金鋼;能用鋼的就不用有色金屬。此外,考慮經濟性要從長遠觀點出發,不能僅看眼前利益。一些暫時看起來成本費用高的材料,由於其使用壽命長、維護保養費用少,從長遠觀點來看,經濟效益還是好的。而綜合來看,其經濟性仍然是合理的[3]。還須注意,在選用高分子材料時,除考慮上述三項原則外,還應著重考慮在使用條件下,周圍環境(如溫度、水、氧、光、油等)對其性能的影響。
3選材的步驟
機械工程材料的選擇是一項十分重要又複雜繁瑣的工作。其基本步驟如下。
(1)分析零件對所選材料的性能要求及失效分析,包括分析零件的工作條件,零件的強度、剛度、穩定性計算等。(2)對可供選擇的材料進行篩選,現代工程材料分為金屬材料、陶瓷材料、高分子材料和複合材料四大類。把所有的工程材料都當作選擇對象,根據材料的性能要求進行篩選。(3)對可供選擇的材料進行評價。(4)最佳材料的決定。(5)零件所選材料的實際驗證。
4選材的方法
4.1綜合分析性能指標,全麵考慮選材原則
機械工程實踐中,大多數零件是在多種應力條件下工作的,而每個零件的受力情況又因零件的工作條件不同而不一樣。因此,在選材時應根據零件最主要的性能要求,作為選材的主要依據。綜合考慮零件的強度、剛度、磨損、溫度和耐腐蝕性等這幾項指標。
4.2結合實際典型零件,類比分析選材方法
機械製造中零件的種類較多,性能要求不一,而滿足這些零件性能要求的材料也多。每種材料都有各自的特點,比較看來,金屬材料具有優良的綜合力學性能,因此常被廣泛使用。下麵通過對幾種典型零件的淺析來進一步說明合理選材的方法。
(1)機床齒輪。作為機床齒輪,主要要求疲勞強度,尤其是彎曲疲勞強度,要求有較高的耐磨性,足夠的衝擊韌性,以及良好的切削加工性。如果采用中碳鋼表麵淬火到低溫回火,可以滿足要求;采用低碳鋼經滲碳後淬火到低溫回火,也能滿足性能要求。當然若采用38CrMoAl經氮化處理,製作機床齒輪,往往也足以滿足使用要求。比較以上三種選材和加工工藝方式,考慮其經濟性。采用高頻表麵淬火工藝是最便宜的,其次采用滲碳工藝,而氮化工藝是最貴的。
(2)軸類零件。軸類零件在機械工程中應用也很廣泛。對於軸的材料要滿足剛度、強度、耐磨性及耐腐蝕性等方麵的使用要求,軸的材料最常采用的是碳素鋼和合金鋼。而碳素鋼比合金鋼價格低,對應力集中敏感性較低,同時還可以通過熱處理方法提高其耐磨性和抗疲勞強度,具有較高的綜合力學性能。合金鋼比碳素鋼具有更高的力學性能和淬透性好,但價格較貴,對應力集中較敏感。通過比較,一般軸的材料選用45鋼,不重要或受力較小的軸,采用Q235、Q255等普通碳素鋼。對於傳遞大動力,並要求重量輕、尺寸小耐磨性高或一些特殊條件下使用的軸,可選用20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼。
(3)機體類零件。機體類零件是機器的基礎件,機器上許多零部件都是裝在機體上的,有的部件還在機體的導軌上運動。因此機體是整台機器的裝配和調整基準,機器各部件的相互位置精度,以及一些部件的運動精度,都和機體本身的精度有直接的關係[4]。各種機體零件由於功用不同,結構形狀往往差別較大,但結構上仍有一些共同特點,
5結束語
綜上所述,在機械工程材料的選用過程中,不僅要考慮材料的性能能夠適應零件的工作要求,使零件經久耐用,而且要求選材有較好的加工工藝性和經濟性。以提高零件的質量,降低成本,減少消耗,真正做到機械工程材料的合理選用。


        
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