机械设计中应注意的问题

学术论文 2018-07-31 11:16:02
  机械设计工作的重要性,不仅体现在它是生产技术准备工作的第一步,而且还在于它将严重影响产品的质量和成本,虽然影响产品成本的因素很多,但主要与设计、制造和原料有关。本文将分别对以上的影响因素进行分析。
  一、机械设计中对材料的选择
  在机械零件的设计与制造过程中,材料选择是否得当,直接影响到零件的使用性能、使用寿命及制造成本。当碰到零件的材料选择问题时,一般都是参考相同零件或类似零件的用材方案,选择一种传统上使用的材料(这种方法称为经验选材法)。当无先例可循,同时对材料的性能(如耐腐蚀性能等)又无特殊要求时,他们仅仅根据简单的计算和手册提供的数据,信手选定一种较万能的材料。而在实际工作中许多机械工程师,常常把零件的材料选择看成一种简单而不太重要的任务。
  (一)机械零件材料的选择应满足基本要求
  1.使用性能要求。材料在使用过程中的表现,即使用性能,是选材时应考虑满足的根本要求。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,有的甚至无严格的性能要求,仅仅要求有美丽的外观。
  2.工艺性能要求。材料的工艺性反映的是材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力,即要求所选材料在加工制造时首先能够造出成品来,并且能够便于制造、同时必须保证质量。
  3.经济性能要求。零件材料的选择要以最小的耗费取得最大的经济效益。
  (二)机械零件材料选择的方法
  1.选材对产品寿命周期成本的影响。材料的选用将极大地影响了产品寿命周期成本的各个组成部分。工程实践中,在保证产品合理功能(或性能)的前提下,虽然一般是选用价格便宜的材料,可降低产品的寿命周期成本;但同时我们更应注意的是,有时若选用成本虽高但性能更优的材料,由于产品的自重减轻、使用寿命延长、维修费用减少、能源费用降低等多方面的有利因素,从产品寿命周期成本角度考虑,反而是经济的。
  2.制造方法的选择。制造方法的选择是材料选择过程中一个不可分割的因素,即应将结构设计、材料选择及其可用的加工方法作为一个有机的整体看待。选材时不仅要考虑零件的某单项加工工序的成本,更重要的是应综合考虑其整个加工路线所涉及的全部加工工序之总成本。
  二、 机械设计标准化的选择
  标准化带来的优越性表现在:能以最先进的方法在专门化工厂对那些用途最广的零件进行大量的、集中的制造,以提高质量、降低成本。统一材料和零件的性能指标,使其能够进行比较,并提高零件性能的可靠性。采用标准结构及零、部件,可以简化设计工作,缩短设计周期,提高设计质量。搞好设计阶段的标准化工作是降低产品成本的重要途径在市场经济体制下,生产厂家应根据市场的需求变化,不断更新产品品种,提高产品质量,降低物资消耗,提高经济效益。要达到这些目的,都离不开标准化,必须用标准化手段,从严把好产品设计这一关,才能使企业在市场竞争中求得生存和发展,加快新产品开发。
  三、影响机械加工件表面层物理力学性能的因素
  机械加工中工件由于受到切削力和切削热的作用,其表面层的物理力学性能将产生很大的变化,造成与基体材料性能的差异,这些变化主要表现为表面层的金相组织和硬度的变化及表面层出现的残余应力。
  (一)表面层金相组织的变化
  机械加工过程中,在加工区由于加工时所消耗的热量绝大部分转化为热能使加工表面出现温度的升高。当温度升高到超过金相组织变化的临界点时,表面层金相组织就会发生变化。一般的切削加工,切削热大部分被切屑带走,因此影响也较小。但对磨削加工来说,由于单位面积上产生的切削比一般切削方法大几十倍,切削区块的高温将引起表面层金属的相变。
  (二)加工表面的冷作硬化
  加工过程中表面层金属产生塑性变形,使晶体间产生剪切滑移,晶格严重扭曲,并产生晶粒的拉长、破碎和纤维化,引起材料的强化,其强度和硬度均有所提高,这种变化的结果称为冷作硬化。加工表面层冷作硬化指标以硬化层深度、
  表面层的显微硬度及硬化程度表示。一般硬化程度越大,硬化层的深度也越大。
  四、润滑剂的特性及应用
  为了使工件得到所期望的几何形状、尺寸精度和表面质量,需要对工件进行切削、研磨、冲压、轧制和拉拔等,金属加工润滑剂是金属在加工工艺过程中所使用的润滑冷却材料。
  (一)润滑剂的作用和技术要求
  我们使用的金属切屑润滑剂的主要目的是:①延长刀具的使用寿命;②保证和提高工件的加工尺寸精度;③改善工件表面的光洁度;④及时排除金属屑,确保切削过程顺利进行;⑤及时带走切屑热,迅速均匀冷却刀具和工件等;⑥防止机床和工件产生腐蚀和锈蚀;⑦提高切削加工效率,降低成本。
  (二)金属切削润滑剂的选择
  选择金属切削润滑剂,首先要根据切削加工的工艺条件及要求,初步判断选取纯油性或水溶性切削润滑剂。通常我们可以根据机床供应商的推荐来选择;其次,还可以根据常规经验进行选取,如使用高速钢刀具进行低速切削时,通常采用纯油性,使用硬质合金刀具进行高速切削时,通常可以采用水溶性;对于供液困难或切削液不易达到切削区时采用纯油性金属切削液(如攻丝、内孔拉削等),其他情况下通常可采用水溶性金属切削液等。
  五、结论
  在市场经济中,为了更好满足企业的发展,机械产品越来越先进,品种越来越多。这就要求我们在机械设计当中,对材料的选择、标准化的应用提高到一个新的认识,在加工过程中,减少影响表面层物理力学性能的因素以及润滑剂的合理运用。努力把我们加工成本降到合理的水平,从而提高企业的经济效益。
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