劉堅(jiān)

【摘 要】在現(xiàn)階段的機(jī)械零件制造加工產(chǎn)業(yè)中，有豐富多樣的材料可供選擇。如果不能保證原材料的性能，最終產(chǎn)品將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題。因此機(jī)械制造業(yè)應(yīng)當(dāng)合理選擇材料，遵循選擇原則，滿(mǎn)足當(dāng)前的實(shí)際發(fā)展需求的同時(shí)達(dá)到長(zhǎng)期服役的目的。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械零件制造材料；選擇原則

當(dāng)前多數(shù)機(jī)械制造業(yè)所用材料多數(shù)為金屬或是高分子材料。在機(jī)械的實(shí)際使用過(guò)程中，零部件通常會(huì)受到巨大的載荷，只有金屬材料的質(zhì)量與強(qiáng)度能夠滿(mǎn)足相關(guān)設(shè)計(jì)要求。在材料選擇的過(guò)程中，要對(duì)各類(lèi)要求進(jìn)行分析，通過(guò)正確的校核來(lái)選擇合適的材料。

一、機(jī)械零件制造材料力學(xué)性能與塑性分析

（一）強(qiáng)度與塑性相關(guān)分析

第一，強(qiáng)度分析。對(duì)于機(jī)械零件的材料而言，力學(xué)性能是主要衡量指標(biāo)，主要包括：強(qiáng)度、屈服、疲勞三種指標(biāo)。目前比較常用的材料衡量標(biāo)準(zhǔn)為屈服強(qiáng)度，即在強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)中，試樣出現(xiàn)屈服現(xiàn)象的強(qiáng)度來(lái)衡量。在力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如果變形期間試樣沒(méi)有出現(xiàn)屈服現(xiàn)象而直接發(fā)生斷裂，可以判斷為脆性材料。如果出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，可以判斷其為塑性材料。該方法具有較好的準(zhǔn)確性與可靠性。同時(shí)還可以通過(guò)斷口觀察其斷裂形式來(lái)判斷分析。在材料斷裂后，塑性與脆性材料斷口存在明顯區(qū)別。其中，受到屈服現(xiàn)象的影響，塑性材料的斷口參差不齊，呈現(xiàn)纖維狀態(tài)，能觀察到大量的微觀韌窩；而脆性材料的斷口宏觀形貌較為整齊，斷口的微觀表面呈現(xiàn)河流狀形貌。

第二，相關(guān)塑性指標(biāo)分析。延伸率與斷面收縮率是判定材料塑性是否優(yōu)劣的指標(biāo)之一。如果延伸率很大，且在斷裂之前出現(xiàn)了頸縮的現(xiàn)象，就可以判定其塑性較好。而脆性材料的延伸率比較低，斷裂前通常不會(huì)發(fā)生頸縮。

（二）材料強(qiáng)度影響因素分析

機(jī)械零件的強(qiáng)度還會(huì)受到溫度的影響。在金屬零件服役的過(guò)程中，環(huán)境溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致材料強(qiáng)度降低。溫度過(guò)低時(shí)材料強(qiáng)度也會(huì)降低。不能保證溫度精確性會(huì)在計(jì)算強(qiáng)度的時(shí)候出現(xiàn)偏差。最后，受材料韌性的影響，在塑性變形的過(guò)程中會(huì)吸收能量，出現(xiàn)沖擊吸收的現(xiàn)象，降低使用強(qiáng)度與質(zhì)量[1]。

二、機(jī)械零件制造材料的選擇原則

在選擇相關(guān)材料的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)制定完善的選擇方案，遵循合理的選擇原則，在滿(mǎn)足機(jī)械零件的制造需求的同時(shí)保證材料的使用價(jià)值。具體原則包括以下幾點(diǎn)：

（一）載荷與應(yīng)力分析原則

在選擇材料之前，要針對(duì)其將要受到的載荷情況與應(yīng)力情況進(jìn)行全面的分析，按照一定的安全系數(shù)進(jìn)行校核，計(jì)算出零件的屈服強(qiáng)度，斷裂強(qiáng)度以及疲勞強(qiáng)度等，這些相關(guān)數(shù)據(jù)是對(duì)材料進(jìn)行選擇的最重要的衡量依據(jù)。首先，相關(guān)部門(mén)在＼設(shè)計(jì)零件之前，要明確使用特點(diǎn)與要求，再根據(jù)載荷對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。脆性材料通常適于在載荷變化不大的環(huán)境中使用。其次，主要零件制造材料應(yīng)為塑性材料，強(qiáng)度大小作為基本選擇標(biāo)準(zhǔn)，并合理利用不同熱處理來(lái)提升強(qiáng)度，改善材料的力學(xué)性能。最后，需要制定完善的規(guī)范制度，選擇合理的設(shè)計(jì)程序，在設(shè)計(jì)圖紙中對(duì)材料種類(lèi)進(jìn)行注明，滿(mǎn)足不同零部件的特殊要求[2]。

（二）零部件服役情況進(jìn)行分析

在潮濕高溫環(huán)境中，大部分的材料需要具備一定抗腐蝕能力，才能保證機(jī)械整體的使用壽命，否則零件會(huì)很快因?yàn)楦g而失效。可以選擇不銹鋼材料或是耐候鋼材料，以保證在潮濕高溫環(huán)境中設(shè)計(jì)服役年限內(nèi)零件足夠耐蝕。在高溫或低溫環(huán)境中，材料的物理性質(zhì)，如膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱率等，也是必須考慮的一個(gè)重要因素，還要考慮不同零件的相互配合關(guān)系，所以要測(cè)定材料不同溫度下的膨脹系數(shù)，很多時(shí)候機(jī)械運(yùn)行時(shí)溫度會(huì)升高，體積變化導(dǎo)致摩擦等。如果零件在磨損環(huán)境中服役，保證硬度符合相關(guān)規(guī)定，還提高表面硬度以提升耐磨性。同時(shí)，還要對(duì)材料的純度、夾雜進(jìn)行評(píng)定，嚴(yán)格制定熱處理工藝，才能最終保證零件的強(qiáng)度，需要企業(yè)創(chuàng)建嚴(yán)格的質(zhì)量管理體系和監(jiān)督機(jī)制。

（三）零件復(fù)雜性分析

在零件加工過(guò)程中，尤其是新零件試產(chǎn)時(shí)，相關(guān)部門(mén)應(yīng)當(dāng)予以足夠重視。小批量試制期間分析零件良品率，找出質(zhì)量問(wèn)題所在，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件盡量降低加工難度，提升加工效率?？梢跃C合良品率和加工難度，多種加工方式并用。為了保證零部件的質(zhì)量，可以結(jié)合破壞性實(shí)驗(yàn)，并利用模擬軟件建立多元化的分析與探討，保證零件生產(chǎn)質(zhì)量，為大規(guī)模推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)[3]。

（四）加工過(guò)程設(shè)計(jì)分析

在零件設(shè)計(jì)加工過(guò)程中，設(shè)計(jì)部門(mén)除了保證尺寸與重量都滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)內(nèi)部規(guī)定外，還要滿(mǎn)足客戶(hù)的特殊要求。在毛坯階段，通常不會(huì)對(duì)尺寸與重量等提出嚴(yán)格的要求或限制，但要考慮鍛造過(guò)程中機(jī)械生產(chǎn)能力和精度，合理開(kāi)展質(zhì)量管理工作，保證尺寸與重量偏差等控制在一定范圍內(nèi)。目前機(jī)械設(shè)計(jì)趨勢(shì)是輕量化，設(shè)計(jì)人員還要關(guān)注強(qiáng)度比高的材料，這樣在保證強(qiáng)度的同時(shí)有利于減輕零件成品的重量，提升運(yùn)行效率[4]，降低能源消耗。

（五）對(duì)材料經(jīng)濟(jì)性分析

在零件加工過(guò)程中，管理部門(mén)應(yīng)當(dāng)整體分析經(jīng)濟(jì)性，采購(gòu)部門(mén)保證原材料成本可接受，工藝部門(mén)明確實(shí)際加工費(fèi)用。還要提升尾料利用率，在保證零件制造性能的前提下提高原材料的實(shí)際利用率，減少?gòu)U棄物和垃圾。如果價(jià)格較低的材料能夠保證零件質(zhì)量，就可以放棄價(jià)格較高的材料，降低產(chǎn)品的成本。同時(shí)，還要控制工藝流程，篩選最佳工藝參數(shù)。另外，要對(duì)材料的供應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，明確實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，簡(jiǎn)化原材料的供應(yīng)與儲(chǔ)存[5]。

三、結(jié)語(yǔ)

在機(jī)械零件制造的過(guò)程中，企業(yè)要遵循相關(guān)材料的選擇原則，制定完善的管理方案，針對(duì)各類(lèi)費(fèi)用進(jìn)行合理的分析，創(chuàng)建多元化的管控機(jī)制，逐漸提升零件制造材料的使用水平，滿(mǎn)足質(zhì)量要求，促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉海明，梁勇.淺談機(jī)械零件制造的材料及其選擇原則[J].商品與質(zhì)量，2016.

[2]吳彥霖.基于SLM制備的鈦合金三維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究[D].重慶大學(xué)，2016.

[3]王燕青.旋轉(zhuǎn)電極蠕動(dòng)補(bǔ)償主軸及微細(xì)電極電火花加工技術(shù)的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014.

[4]劉衛(wèi)萍.淺談機(jī)械零件制造的材料及其選擇原則[J].科技展望，2016.

[5]唐葉金.淺談機(jī)械零件制造的材料及其選擇原則[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016.endprint