判断零件选材合理的基本标志是:满足必需的使用性能,具有良好的工艺性能,成本最低。选材的任务就是求得三者之间的统一。
1.零件选材应满足零件工作条件对材料使用性能的要求
材料在使用过程中的表现,即使用性能,是选材时考虑的最主要根据。不同零件所要求的使用性能是很不一样的,有的零件主要要求高强度,有的则要求高的耐磨性,而另外一些甚至无严格的性能要求,仅仅要求有美丽的外观。因此,在选材时,首要的任务就是准确地判断零件所要求的主要使用性能。
对所选材料使用性能的要求,是在对零件的工作条件及零件的失效分析的基础上提出的。零件的工作条件是复杂的,要从受力状态、载荷性质、工作温度、环境介质等几个方面全面分析。受力状态有拉、压、弯、扭等;载荷性质有静载、冲击载荷、交变载荷等;工作温度可分为低温、室温、高温、交变温度;环境介质为与零件接触的介质,如润滑剂、海水、酸、碱、盐等。为了更准确地了解零件的使用性能,还必须分析零件的失效方式,从而找出对零件失效起主要作用的性能指标。表28-1列举了一些常用零件的工作条件、主要失效方式及所要求的主要力学性能指标。
表28-1 一些常用零件的工作条件、主要失效方式及所要求的主要力学性能指标
有时,通过改进强化方式或方法,可以将廉价材料制成性能更好的零件。所以选材时,要把材料成分和强化手段紧密结合起来综合考虑。另外,当材料进行预选后,还应当进行实验室试验、台架试验、装机试验、小批生产等,进一步验证材料力学性能选择的可靠性。
2.零件选材应满足生产工艺对材料工艺性能的要求
任何零件都是由不同的工程材料通过一定的加工工艺制造出来的。因此,材料的工艺性能,即加工成零件的难易程度,自然应是选材时必须考虑的重要问题。所以,熟悉材料的加工工艺过程及材料的工艺性能,对于正确选材是相当重要的。材料的工艺性能包括以下内容:
(1)铸造性能 包含流动性、收缩性、疏松及偏析倾向、吸气性、熔点高低等。
(2)压力加工性能 指材料的塑性和变形抗力等。
(3)焊接性能 包括焊接应力、变形及晶粒粗化倾向,焊缝脆性、裂纹、气孔及其他缺陷倾向等。
(4)切削加工性能 指切削抗力、零件表面粗糙度、排除切屑难易程度及刀具磨损量等。
(5)热处理性能 指材料的受热敏感性、氧化、脱碳倾向、淬透性、回火脆性、淬火变形和开裂倾向等。(www.xing528.com)
与使用性能的要求相比,工艺性能处于次要地位;但在某些情况下,工艺性能也可成为主要考虑的因素。当工艺性能和力学性能相矛盾时,有时正是工艺性能的考虑使得某些力学性能显然合格的材料不得不加以舍弃,此点对于大批量生产的零件特别重要。因为在大量生产时,工艺周期的长短和加工费用的高低,常常是生产的关键。例如,为了提高生产效率,而采用自动机床实行大量生产时,零件的切削性能可成为选材时考虑的主要问题。此时,应选用易切削钢之类的材料,尽管它的某些性能并不是最好的。
3.零件选材时应力求使零件生产的总成本最低
除了使用性能与工艺性能外,经济性也是选材必须考虑的重要问题。选材的经济性不单是指选用的材料本身价格应便宜,更重要的是采用所选材料来制造零件时,可使产品的总成本降至最低,同时所选材料应符合国家的资源情况和供应情况等。
(1)材料的价格 不同材料的价格差异很大,而且在不断变动,因此设计人员应对材料的市场价格有所了解,以便于核算产品的制造成本。
(2)国家的资源状况 随着工业的发展,资源和能源的问题日益突出,选用材料时必须对此有所考虑,特别是对于大批量生产的零件,所用的材料应该是来源丰富并符合我国的资源状况。例如,我国缺钼但钨却十分丰富,所以,我们选用高速钢时就要尽量多用钨高速钢,而少用钼高速钢。另外,还要注意生产所用材料的能源消耗,尽量选用耗能低的材料。
(3)零件的总成本 按照生产经济性的要求,选用材料时零件的总成本应降至最低。选材从几个方面影响零件的总成本T,这就是材料的价格m,零件的自重w,零件的寿命l、零件的加工费用p、试验研究费(为采用新材料所必须进行的研究与试验费)r及维修费a等。其经济性分析方程如下:
等式的左端代表选材对零件总成本的影响,等式的右端代表由于选材带来的零件寿命、自重等因素变化对零件总成本的影响。例如,代表选材对零件总成本的影响;代表选材对零件寿命的影响;代表寿命变化引起的总成本的变化;代表单纯材料的价格引起的零件总成本的变化。
如果准确地知道了零件总成本与上述各因素(l,w,r…)的关系,则可以精确地分析选材对零件总成本的影响,并选取使左端为极小值的材料。但是,只有在大规模工业生产中预先进行详尽的试验分析,才能找出这种关系。在一般情况下,显然不可能进行这种详细的分析、试验,但这时也应该按照上述思路,利用手头一切可能得到的资料,逐项进行分析,以保证使零件的总成本最低。最有价值的是生产及使用情况的统计资料。由各种统计图表,加上过去的工程经验,便可以作出较为合理的判断,必要时还可以专门进行模型试验。
4.零件的选材应考虑产品的实用性和市场需求
某项产品或某种机械零件的优劣,不仅仅要求能符合工作条件的使用要求。从商品的销售和用户的愿望考虑,产品还应当具有重量轻、美观、经久耐用等特点。这就要求在选材时,应突破传统观点的束缚,尽量采用先进科学技术成果,做到在结构设计方面有创新,有特色。在材料制造工艺和强化工艺上有革新,有先进性。
5.零件的选材应考虑实现现代生产组织的可能性
一个产品或一个零件的制造,是采用手工操作还是机器操作,是采用单件生产还是采用机械化自动流水作业,这些因素都对产品的成本和质量起着重要的作用。因此,在选材时,应该考虑到所选材料能满足实现现代化生产的可能性。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。