机械零件制造的材料及其选择原则刍议

刘坚

【摘 要】在现阶段的机械零件制造加工产业中，有丰富多样的材料可供选择。如果不能保证原材料的性能，最终产品将会出现严重的质量问题。因此机械制造业应当合理选择材料，遵循选择原则，满足当前的实际发展需求的同时达到长期服役的目的。

【关键词】机械零件制造材料；选择原则

当前多数机械制造业所用材料多数为金属或是高分子材料。在机械的实际使用过程中，零部件通常会受到巨大的载荷，只有金属材料的质量与强度能够满足相关设计要求。在材料选择的过程中，要对各类要求进行分析，通过正确的校核来选择合适的材料。

一、机械零件制造材料力学性能与塑性分析

（一）强度与塑性相关分析

第一，强度分析。对于机械零件的材料而言，力学性能是主要衡量指标，主要包括：强度、屈服、疲劳三种指标。目前比较常用的材料衡量标准为屈服强度，即在强度实验中，试样出现屈服现象的强度来衡量。在力学性能实验过程中，如果变形期间试样没有出现屈服现象而直接发生断裂，可以判断为脆性材料。如果出现屈服现象，可以判断其为塑性材料。该方法具有较好的准确性与可靠性。同时还可以通过断口观察其断裂形式来判断分析。在材料断裂后，塑性与脆性材料断口存在明显区别。其中，受到屈服现象的影响，塑性材料的断口参差不齐，呈现纤维状态，能观察到大量的微观韧窝；而脆性材料的断口宏观形貌较为整齐，断口的微观表面呈现河流状形貌。

第二，相关塑性指标分析。延伸率与断面收缩率是判定材料塑性是否优劣的指标之一。如果延伸率很大，且在断裂之前出现了颈缩的现象，就可以判定其塑性较好。而脆性材料的延伸率比较低，断裂前通常不会发生颈缩。

（二）材料强度影响因素分析

机械零件的强度还会受到温度的影响。在金属零件服役的过程中，环境温度过高会导致材料强度降低。温度过低时材料强度也会降低。不能保证温度精确性会在计算强度的时候出现偏差。最后，受材料韧性的影响，在塑性变形的过程中会吸收能量，出现冲击吸收的现象，降低使用强度与质量[1]。

二、机械零件制造材料的选择原则

在选择相关材料的过程中，应当制定完善的选择方案，遵循合理的选择原则，在满足机械零件的制造需求的同时保证材料的使用价值。具体原则包括以下几点：

（一）载荷与应力分析原则

在选择材料之前，要针对其将要受到的载荷情况与应力情况进行全面的分析，按照一定的安全系数进行校核，计算出零件的屈服强度，断裂强度以及疲劳强度等，这些相关数据是对材料进行选择的最重要的衡量依据。首先，相关部门在＼设计零件之前，要明确使用特点与要求，再根据载荷对其进行强度校核。脆性材料通常适于在载荷变化不大的环境中使用。其次，主要零件制造材料应为塑性材料，强度大小作为基本选择标准，并合理利用不同热处理来提升强度，改善材料的力学性能。最后，需要制定完善的规范制度，选择合理的设计程序，在设计图纸中对材料种类进行注明，满足不同零部件的特殊要求[2]。

（二）零部件服役情况进行分析

在潮湿高温环境中，大部分的材料需要具备一定抗腐蚀能力，才能保证机械整体的使用寿命，否则零件会很快因为腐蚀而失效。可以选择不锈钢材料或是耐候钢材料，以保证在潮湿高温环境中设计服役年限内零件足够耐蚀。在高温或低温环境中，材料的物理性质，如膨胀系数、导热率等，也是必须考虑的一个重要因素，还要考虑不同零件的相互配合关系，所以要测定材料不同温度下的膨胀系数，很多时候机械运行时温度会升高，体积变化导致摩擦等。如果零件在磨损环境中服役，保证硬度符合相关规定，还提高表面硬度以提升耐磨性。同时，还要对材料的纯度、夹杂进行评定，严格制定热处理工艺，才能最终保证零件的强度，需要企业创建严格的质量管理体系和监督机制。

（三）零件复杂性分析

在零件加工过程中，尤其是新零件试产时，相关部门应当予以足够重视。小批量试制期间分析零件良品率，找出质量问题所在，结构复杂的零件尽量降低加工难度，提升加工效率。可以综合良品率和加工难度，多种加工方式并用。为了保证零部件的质量，可以结合破坏性实验，并利用模拟软件建立多元化的分析与探讨，保证零件生产质量，为大规模推广应用奠定基础[3]。

（四）加工过程设计分析

在零件设计加工过程中，设计部门除了保证尺寸与重量都满足国家标准和行业内部规定外，还要满足客户的特殊要求。在毛坯阶段，通常不会对尺寸与重量等提出严格的要求或限制，但要考虑锻造过程中机械生产能力和精度，合理开展质量管理工作，保证尺寸与重量偏差等控制在一定范围内。目前机械设计趋势是轻量化，设计人员还要关注强度比高的材料，这样在保证强度的同时有利于减轻零件成品的重量，提升运行效率[4]，降低能源消耗。

（五）对材料经济性分析

在零件加工过程中，管理部门应当整体分析经济性，采购部门保证原材料成本可接受，工艺部门明确实际加工费用。还要提升尾料利用率，在保证零件制造性能的前提下提高原材料的实际利用率，减少废弃物和垃圾。如果价格较低的材料能够保证零件质量，就可以放弃价格较高的材料，降低产品的成本。同时，还要控制工艺流程，筛选最佳工艺参数。另外，要对材料的供应问题进行全面评价，明确实际发展状况，简化原材料的供应与储存[5]。

三、结语

在机械零件制造的过程中，企业要遵循相关材料的选择原则，制定完善的管理方案，针对各类费用进行合理的分析，创建多元化的管控机制，逐渐提升零件制造材料的使用水平，滿足质量要求，促进企业发展。

参考文献：

[1]刘海明，梁勇.浅谈机械零件制造的材料及其选择原则[J].商品与质量，2016.

[2]吴彦霖.基于SLM制备的钛合金三维点阵结构的力学性能研究[D].重庆大学，2016.

[3]王燕青.旋转电极蠕动补偿主轴及微细电极电火花加工技术的研究[D].哈尔滨工业大学，2014.

[4]刘卫萍.浅谈机械零件制造的材料及其选择原则[J].科技展望，2016.

[5]唐叶金.浅谈机械零件制造的材料及其选择原则[J].科技创新与应用，2016.endprint