机械零件论文精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇机械零件论文范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

1）要满足该机械零件所应有的使用要求：首先，其设计的结果应能使该机械零件达到预期的使用目的；其次，被设计出的机械零件能够长期可靠地运行。综上所述，结构设计所制作的机械零件应该满足基本的功能、寿命、精确度、稳定性等要求。

2）要考虑最大经济性的原则：经济性原则是人类生产生活中一成不变的原则，其涉及到产品的诸多细节方面，在设计、生产、使用的整个过程中才能综合体现出经济性的指标。即结构设计的结果应能使产品满足制造成本较低、使用高效率、维护费用较低等特性。

3）要考虑到机械零件的使用者的劳动需求：机械零件的安全性能必须要严格把握，以保证劳动者及周边人员的人身安全；另外，还应该尽可能地改善劳动者的劳动条件，为劳动者创造安全轻松、省时省力的劳动环境；最后，对于机械零件的外观设计上也应最求一定的美观要求。

4）要满足机械零件其他的环境、功能等上的特殊要求：如大型的机械产品应设计上便于运输的要求，机械机床精度长期保证和保持的要求等。

2机械零件结构的设计方法

设计是在正确的基本原理和已有的实践经验基础上来创造和发展新事物或者改造旧事物。对于机械零件的设计，也应与该概念相合，从知识上的理论原理到实践中的经验总结都应该体现出来，因此，从理论到实践的结构设计，可有以下的几种结构设计的设计方法：

2.1理论设计

理论设计是日常生活中已掌握的合乎客观实际规律的理论和实践知识的基础上，与现代的各种物理力学理论、机械与金属的知识原理和规律相结合，来实现对机械零件的最理论的结构设计。根据零件的整体载荷情况、材料性能、零件工作情况和应力分布规律等方面的条件，运用理论知识下的简单的数学计算公式来确定该机械零件的几何尺寸、设计要求等。运用数学计算公式初步建立机械零件的形状尺寸后，下一步则是进行校核计算。校核计算是指运用理论的校核计算方法对计算出的机械零件的危险剖面的安全系数数值进行比对校核。该设计步骤多应用于机械内应力分布规律比较复杂，但该规律又能通过材料力学公式表达出来的机械零件结构设计。同时，它也适用于在已知零件尺寸的基础上而又应力分布规律相对简单的结构设计情况，如轴和弹簧的设计。一些实践经验丰富的设计工作者为了简化计算过程，常在进行机械零件制造的结构设计时，在相关资料数据的基础上先进行粗略估算，直接实施结构设计，然后再进行校核计算。理论设计是一种比较科学和现代化的设计方法，随着科技的发展，该方法正在不断进步和改善，它阐明了机械零件的材料性能及应力分布规律，是在大量的感性知识的基础上总结出来的一种设计规律，可广泛适用于绝大部分的机械零件的结构设计。

2.2经验设计

经验设计是指根据设计者本人的设计经验，再结合零件已有的设计使用经验，采用类比的方法来进行的结构设计就叫做经验设计。在理论设计非常困难或者理论欠缺等不适用的情况下，可考虑使用经验设计的的方法。经验设计与理论设计相比，虽然没有足够多的理论科学分析作为设计的基础，但是根据设计经验本身形成的公式与理论就已具备有一定的科学参考价值和理论统计性，所以经得起实践过程中的考验，具有很大的实用性的价值。并且一般来说，理论设计和经验设计在某种意义上是相辅相成的，可以相互应用。经验设计适合应用于载荷情况不明、无法用理论分析且外形复杂的机械零件的结构设计中，多在机架、变速箱体的设计中得到应用，也多应用在一些价值不高的机械零件结构设计中。2.3模型实验设计模型实验设计是指在对机械零件作出已有的初步设计的基础上，再做整体和局部的非特殊处理，形成一体上的模型，并对提出的模型进行反复试验，结合实验经验加以修正完善。该设计方法要能制定出复杂机械零件的工作应力分布和极限承受能力，相对于经验设计更加合理，更加完善。这也是一种使经验设计顺利转化为理论设计的重要途径。模型实验的设计方法与实验相结合，能改善理论设计指导上的不足，同时也弥补了经验设计中不够科学的地方。对于一些理论知识不够完备的大型的、结构复杂的机械零件的结构设计，模型实验设计是一项不错的选择。

3机械零件的结构设计需要有创新意识

创新精神是一个国家和民族进步的前提和不断源泉，同时，为了与国际现代化科技的创新发展理念相接轨，每一个机械零件制造的结构设计者都应当尽力附上自己的创新设计，以促进产业发展，并能提高产品的竞争力，实现经济效益。以上的设计方法和原有的理论设计步骤上设计者都可以做出自我的创新改变。如在进行机械零件内部结构分类时除了按各部分的功能进行分类外，还可以根据不同结构的不同价值，进行成本优化，做出结构评价再分类。

4结语

篇(2)

前言

众所周知，轴类零件是机械加工中普遍的机械零件之一。研究发现，轴类零件一般在机械器械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮等，同时带动连杆等传动件以传递扭矩。轴类零件按结构形式的不同，有锥度心轴、阶梯轴、空心轴、凸轮轴、光轴、曲轴、偏心轴、各种丝杠几种轴类零件等。在各类轴类零件中应用比较广泛的是阶梯传动轴，并且其加工工艺能较全面地反映轴类零件的加工规律和共性。

轴类零件的毛坯和材料

1 轴类零件的毛坯

根据轴类零件的生产类型、使用要求、生产设备以及零件的结构形状的不同，一般在加工零件时选用锻件、棒料等原材料。对于在零件长度方向上零件的外圆直径相差不大时，一般以棒料为主；而对于沿长度方向外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件。这样选材加工，既可以节约材料又能减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。

2 轴类零件的材料

在轴类零件的加工时，应根据不同的加工生产条件和零件的使用要求选用不同的材料，并按着零件的性能采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以保证零件达到一定的强度、韧性和耐磨性。

轴类零件加工工艺特点

研究发现，轴类零件常用的加工方法是车削和磨削等。如果对某一零件的表面精度要求特别高时，还应增加对零件的光整加工工序。一般轴类零件的加工工艺如下。

1 轴类零件的准备工作

一般轴类零件的准备工作有校直、切断、切端面和钻中心孔等。在中心孔的钻取时应注意，应保证零件两端面的中心孔有足够大的尺寸以及准确的锥角。因为端面上的中心孔在零件的整个加工过程中，需要承受零件的重量以及切削力。因此，如果在轴类零件加工时，零件尺寸过小，将会使得端面的中心孔和顶尖受力比较大，从而使得零件的损坏。同时，确保轴类零件在加工时，两端中心孔应在同一轴心线上。

2 轴类零部件定位基准的选择

一般情况下，在轴类零件加工时，采用零件两端的中心孔作为定位加工打磨。在加工零件的外圆时，为了定位的准确无误，要先加工轴的两端面和钻中心孔。此外，轴类零件的各外圆、锥孔、螺纹等表面的设计基准，一般都是轴的中心线，以中心孔为加工轴类零件的基准，使得轴类零件的精度提高，并且使得加工操作简便，所以此方法得到了普遍的应用。

3 外圆及细长轴的车削加工

在轴类零件的加工工艺中，外圆车削是机械加工中最广泛的加工方法。其工艺范围可以划分为荒车、粗车、半精车、精车等加工阶段。同时，主要根据零件的毛坯制造精度和工件最终的精度，选择合适的加工方法。

轴类零件加工的定位基准和装夹

1 以工件的中心孔定位

在轴的加工工艺中，零件各外圆表面、锥孔、螺纹表面的同轴度，端面对旋转轴线的垂直度的设计基准一般都是轴类零件两端面的中心线。若用两中心孔定位，符合轴类零件加工基准重合的原则。加工经验表明，中心孔定位不仅是车削时的定为基准，也是其它加工工序的定位基准和检验基准，又符合基准统一原则。

2 以外圆和中心孔作为定位基准

虽然用轴的两端面中心孔定位定心精度高，但是零件的刚性较差，尤其是加工较重的工件时零件固定不够稳固，且切削用量也不能太大。因此，在轴类零件粗加工时，为了提高零件的刚度，可采用轴类零件的外表面和一端面的中心孔作为加工零件的定位。采用这种定位方法，可以使零件在加工时能承受较大的切削力矩，是轴类零件最常见的一种定位方法。

3 轴类零件机械加工工艺过程

一般轴类零件的加工工艺过程大致可划分3个加工步骤，首先零件原材料的粗加工（铣端面、加工顶尖孔、粗车外圆），然后是零件的半精加工（钻通孔、半精车外圆、车锥面、锥孔、钻大头端面各孔、精车外圆），最后是零件的精加工（粗、精磨外圆、锥面、锥孔）。

同时，在机械零件加工工序时，需要在上述三个步骤中间插入必要的热处理工序，一般零件的加工工序按着以下顺序进行：外圆表面粗加工外圆表面半精加工调质钻通孔车锥孔粗加工外圆表面精加工淬火回火（最终热处理）粗磨雌孔精加工（以精加工外圆面定位）。

提高轴类零件车削外圆生产率的措施

1 在轴类零件加工时，尽量选择新材料刀具，因其具有耐磨性、硬度高和热稳定性好的优点。

2 为了发挥硬质合金的优点，宜选用多角形可转位车刀，自动机夹式车刀等，缩短了打磨刀具和更换刀具的额外时间。

3 采用多刀刃切削，在同一次加工时同时车削几个不同的零件外圆表面，这样缩短机动时间和辅助时间，很大程度提高了生产效率。

结束语

篇(3)

关键词 虚拟样机；技术；机械；产品；设计

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）14-0065-01

为了使自身在市场上立于不败之地，很多企业都对产品的模式进行了更新，其目的是提高产品的效率及收益。随着社会的发展和经济水平的提高，竞争也愈发激烈，除了要减少成本以外，还要提高产品的质量和使用价值。

1 什么是虚拟样机

所谓的虚拟样机，指的是产品的多领域数字化模型的集合体，它包含了真实产品的所有特点。运用这种技术，可以对机器的零件进行模拟制造，从而在设计阶段提高产品的使用性能和质量。

用这种技术来对机械产品进行设计，对零件、结构、装配等部分进行分析，使机械产品的设计更加具有直观性和可视性。

2 基于虚拟样机技术的机械产品设计与建模方法

2.1 利用CAD软件建模仿真

在对机械产品进行设计的时候，必须要运用一系列的软件来对机械零件的设计尺寸进行分析，并且对机械零件开始进行一个一个的建模。这样就可以得到一个三维的图片，然后再对零件模型的表面、材质、质量、性能等进行虚拟的设计，从而进行仿真分析。

建模完成以后，再利用三维软件，将需要调入的零件模型进行装配，装配的时候要充分的利用平衡、垂直、重合等。装配还必须按照顺序来进行，比如先装配部件，然后再将部件模拟装配成样机。此外，可以通过运动集成模块来进行优化设计，这些模块有很多的优点，比如能够矫正机械的运行，能够注意到机械的位置、运行速度、性能是否正常。另外，这些模块还能够通过对尺寸的计算，优化整个机械的性能。

2.2 对产品结构件进行分析和仿真

在对机械产品进行设计的过程当中，除了必须要考虑设计中的运动以外，还要考虑所设计的零件是否有一定的承载能力，或者强度和性能是否符合要求。进行了建模以后，因为软件有一个比较好的接口，因此可以采用这种软件对机械的各个部分进行强度分析，分析的时候还要计算有限元，这样才能够使设计更加的合理。另外还要分析设计要求是否符合机械的使用要求，如果得出的数据证明虚拟样机的一部分不符合机械使用要求，那么，就只能重新进行修改。同时，这也是一个系统而繁杂的过程。

2.3 对行星架进行分析

行星架是机械的承载构建，如果机械的行星架设计不合理，就会影响到整个机械的使用。同时，行星架也是非常复杂的一部分，很容易出现轴的强度过低，而计算应力又会显得比较复杂。首先要在软件中创建几何模型，其次要导入其中，导入之后可以添加材料信息了，然后要根据装配体的情况，来设置接触选项，最后再根据参数来设计网格，施加载荷，并且求出结果。

3 虚拟样机技术在机械产品设计中的应用

我国对机械产品的设计经历了很多个历程，最先开始是二维技术，利用计算机来生成零件，或者是整机的二维图形，然后是三维技术，最后才是现在的虚拟样机技术。笔者总结了虚拟样机技术在机械产品设计中的应用，具体为以下几点。

3.1 采用ADAMS软件对运动仿真进行分析

这种方法比较准确可靠，而且还可以使数据无缝连接，但是建模功能却不好。我国很早就采用ADAMS软件应用到农业机械当中，最普遍的是用收割机、深耕机。同时，在不同机械系统工作的参数下，油菜物料在清选袋置中的运动规律也不同。

3.2 ADAMS软件和造型软件的联合仿真

这种方法是首先在软件中建模，然后再把建的模导入ADAMS中，这种方法的建模功能非常的好，而且仿真功能也很强大，但是在导入模型的过程当中，很容易丢失一些信息。20世纪90年代末，运用这种技术设计了播种机，实现了自动化和科学化的播种。此外，这种技术还被运用在马铃薯收获机当中。

3.3 ADAMS和控制系统分析软件的联合仿真

机械系统和控制系统是现代机械的主要发展方向，两者结合可以降低机械设计的复杂性，还能提高机械运动的效率。几年前，我国通过将ADAMS与控制系统的联合，研制出了弹性轴轴承系统在径向正弦载荷作用下的动力学特征。在农业机械方面，还研制出了马铃薯联合收获机输送臂，对输送臂的整个运行进行了分析和研究，提高了其使用性能。

4 虚拟样机技术的优点

4.1 缩短了产品的设计周期

虚拟样机技术在传统机械设计的基础上进行了改善，从不同角度、不同使用需求出发，缩短了产品的设计周期。此外，还提高了机械运行的性能。

4.2 降低了产品的开发成本

因为机械设计是一项复杂而系统的工作，需要耗费大量的人力、物力、财力，而虚拟样机技术虽然对计算机软件、硬件的要求很高，却降低了机械设计的总体成本。

4.3 提高了零件的设计效率

与传统的机械设计相比，虚拟样机技术只需要输入一个基本模型，便可以导出精确的几何，对于形状大致相似的一系列零件，只需要稍微修改一下，就能够生成新的零件，这样就提高了零件的设计效率。

5 总结与体会

现在，虚拟样机在机械设计中的运用越来越广泛，从过去的二维、三维发展到CAD建模，再到如今的虚拟样机技术。不但提高了设计效率，还降低了设计成本，整个设计过程也大大的被简化，使得机械产品本身的操作也变得简单易懂。

参考文献

[1]徐海枝.我国虚拟样机技术应用研究论文计量分析[J].价值工程，2013，32（9）：312-313.

[2]王磊，吴新跃.基于虚拟样机技术的齿轮啮合仿真研究[J].机械工程与自动化，2013（1）：29-31.

篇(4)

关键词：机床生产；主轴回转；误差测试；高速回转

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）07-0012-02

1 概述

在机械生产的过程中，对于机床方面的加工技术中会出现多种的问题，其中包含有加工设计中出现的误差。错误可以避免，但是误差是无法避免的，可以做到的是将误差的值调整到接近正常值的范围之内。在机床生产中，主轴的回转方面的误差就是一项需要改进的项目。主轴回转误差发生后，会对机械的零件加工形状和质量造成一定的影响，直接影响到机械零件表面的平滑程度。其中主轴回转所产生的误差如下图所示：

图1 主轴回转误差立体示意图

主轴回转生产误差是在机床主轴运行过程中，在一瞬间回转轴线与平行轴线之间发生的水平方向和竖直方向出现的位移差，也就是通常情况下所说的误差。其中水平轴线是在主轴运动瞬间运动趋势所得到的位移数据后，经过加权得到的平均位置。主轴回转生产误差主要有三种具体的形式：单一水平轴向跳动、单一竖直轴向跳动和单一偏角转动。在这三种形式当中，前两者被统一称作主轴轴向回转误差，这两者出现的误差会在机械零件加工中直接对原件后期生产造成一定的影响。

在出现主轴轴向回转误差时，纠正处理起来相对来说较为简单。只要在主轴的端处安装有位移传感器，在机床运行过程中，主轴发生偏移就可以在传感器中现实出来，技术人员就可以根据位移误差值对机械进行调整。同时对于机床主轴的回转生产误差值进行测试，寻找最为合适的生产模型。下面就测试的相关技术进行

研究。

2 误差分离测试技术

误差分离技术是通过信息源变换或模型参数估计的方式使有用的信号分量与误差分量相分离的—种测量技术。测量过程是：通过测量方法和测量装置的适当设计，改变误差分量与有用信号间的组合关系，并从信息源（误差分量与有用信号相混迭的信息源）的不同位置拾取信号，再根据在不同位置处拾取的信号间的联系，建立起误差分量与有用信号间的确定的函数关系，最后经相应的运算处理，使误差得以分离。测量过程的结构模型，如下图所示：

图2 误差分离技术结构模型

用位移传感器进行主轴回转误差测量时，由于实际的主轴回转轴心是不可见的，不能直接对其测量，而只能通过对装在主轴上的标准件（标准球或标准棒）或主轴轮廓的测量来间接测得主轴轴心运动。因而这样的测量方法不可避免会混入标准件或主轴外轮廓的形状误差。对于具有高回转精度的精密主轴，混入的形状误差或安装误差的影响是不容忽略的，它们甚至会掩盖掉微小的主轴回转误差，所以需要寻求有效的误差分离方法把它们从采集的数据中准确的分离出去。

对于主轴测量的相关统计数据资料表明，在误差分离技术的使用下，传感器的用处可以直接作用于机床使用当中，在数据采集的集合当中，数据资料可以被技术人员所使用，用在调整误差数值，以调整误差数值，同时也为后期的数据校正起到了帮助作用。此外，在多方向上使用的微位移变化是在二维图像的采集中转换为三维模型，在回转生产误差测试的径向起到轮廓采集的方式充分的起到了机床主轴回转生产误差测试。

3 主轴误差改进方式

叶片零件在机床加工占据重要的地位，在使用了误差分离技术后，代替了以往使用多年的制定龙骨板的做法，不在使用滚轮整体下料。这样一来，不仅添加了方案的选择余地，还发挥出了数控技术切割速度快、降低误差的特点。另外有些细小的配件的很多靠内侧部位无法通过主轴轴向切割，使用这样的办法就可以改善机械的运行模式，在操作中变得简单，在成果上也是的误差率在很大程度上得到了降低。

基于叶片零件数控切割机在传动上要求较为严格，在布进电机的下方安装有整体性的传动装置，在机床通电的情况下，电机传递出电流，电流转换为动能带动齿轮运转。我们注意到，在对称的两个传动齿轮中间有四个固定装置，在机床运行的同时，系统会根据已经定好的操作模式进行运转，四个装置不但起到固定传动齿轮的作用，还坚固校验齿轮的作用，这样就可以很好的解决了一瞬间回转轴线与平行轴线之间发生的水平方向和竖直方向出现的位置偏移的现象。另外在系统的下方安装相关的传感器，将上部传递下来的震动信息转换为误差指示值完成数控初期计算机设定的相关参数指令。

在传动装置的指引下，机床的零件可以完成形状复杂、精度要求高的任务，这些零件的加工完全是人工手段所不能达到的。日常对于误差处理的进程中可以控制机械的振动，但是振动都会对机械的机床部件和传感器造成一定的影响。在安装传感器方式来改善误差的情况之外，还可以在通过一些零件设备改造来降低误差。在压力底座支撑面上，压缩接触面积要保持均匀，才能满足密封的功能，因此内外环凸凹曲面的加工精度直接影响密封的可靠性。定期对油封内部进行清理，确保机床正常运行。保证运行中不出现机械的磨损，来降低误差值出现的可能。在使用主轴回转误差测试后对材料进行加工时，很容易保证材料小曲面的精度，光滑性也有很好的保证，也能够技术规范中浮动油封的密闭要求。此外，在机床运行中的减速机构处理，其行星架等分孔的等分精度几每行孔的同轴精度都直接影响整机的传动精度和使用寿命，在加工中心上加工行星架，不仅保证了图样的精度要求，同时误差减少了会增加工作的效率。

在单方面的评定测试当中，对于材料类型的改变会使得误差在主轴回转运动数据的数据采集方面发生一定的变化，原有的峰-谷数据会相应的被削弱，变成了误差范围较小的情况，这就成功的达到了精度提高的效果，完全满足了测试的要求。并能看到，使用这样的方式在对主轴回转误差测试中处理较为方便、计算模型简单，同时计算出的数据可靠度高，并能将这些精确的数据用在回转误差的判定和机床机械整合方面。

4 结语

主轴回转在使用当中会出现误差的情况，在本文中，通过对误差的统计中的分离技术来获得主轴更改误差数据，使得主轴在运作中的精度不断的提高，同时在文中提到了主轴回转生产的误差减小的方法，根据具体的工程实际情况来对机床的加工生产效率进行提升，有效的改善机械生产的效率，切实的通过调整误差出现的范围来控制机床生产效能。

参考文献

[1] 周菲，王庆军.机床主轴回转误差对加工精度的影

响[J].煤矿现代化，2002，12（15）：49-53.

[2] 黄伯文，尹苟保，刘桂秋.高精密车床主轴回转误

差运动数字式测量法[A].精密机床动态检测与精

度控制论文集[C].2007，9（10）：133-135.

[3] 王少薪.高速高精密主轴回转误差在线动平衡技术

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[论文摘 要] 本文从三个方面论述了热处理工艺在提高金属零件的制造水平中的作用。 

 

引言 

在现代工业生产中，金属零件的制造是一个重要的环节，具有举足轻重的作用，因此提高金属零件的制造水平成为一项不可缺少的工作。而在金属零件的制造过程中，热处理工作又是提高其制造水平的重要措施。在设计工作中，正确制定热处理工艺可以改变某些金属材料的机械性能。而不合理的热处理条件，不仅不会提高材料的机械性能，反而会破坏材料原有的性能。因此，设计人员应根据金属材料成分，准确分析金属材料与热处理工艺的关系，制订合理的热处理的工艺，合理安排工艺流程，才能得到理想的效果，提高金属零件的制造水平。 

在现代工业生产中，广泛使用的金属有铁、铝、铜、铅、锌、镍、铬、锰等。但用得更多的是它们的合金。金属和合金的内部结构包含两个方面：其一是金属原子之间的结合方式；其二是原子在空间的排列方式。金属的性能和原子在空间的排列配置情况有密切的关系，原子排列方式不同，金属的性能就出现差异。 

为了得到更好的金属性能，满足制造和使用要求，我们将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度在不同的介质中冷却，通过改变金属材料表面或内部的显微组织结构来改变其性能，这就是金属材料热处理过程。 

不同的热处理条件会产生不同的材料性能改变效果，下面从3个方面来说明热处理工艺在提高金属零件的制造水平中的作用。 

一、提高金属材料的切削性能和加工精度 

在各类铸、锻、焊工件的毛坯或半成品金属材料的切削过程中，由于被加工材料、切削刀具和切削条件的不同，金属的变形程度也不同，从而产生不同程度的光洁度。各种材料的最佳切削性能都对应有一定的硬度范围和金相组织。为了得到最佳切削性能，就要求被加工材料具有合适的组织状态，这就要用到预先热处理。 

通过预先热处理，可以消除或减少冶金及热加工过程产生的材料缺陷，并为以后切削加工及热处理准备良好的组织状态，从而保证材料的切削性能、加工精度和减少变形。 

举例1：齿坯材料在切削加工中，当齿坯硬度偏低时会产生粘刀现象，在前倾面上形成积屑瘤，使被加工零件的表面光洁度降低。而对齿坯材料进行正火＋不完全淬火处理，切屑容易碎裂，形成粘刀的倾向性减少。并随着齿坯硬度的提高，切屑从带状向挤裂状过渡，从而减少了粘刀现象，提高了切削性能。 

举例2：铝合金在加工过程中，通常都是先经强化处理（固溶处理＋时效；时效），这样可以得到晶粒细小、均匀的组织，比铸态或压力加工状态的切削性能好，不仅改善了切削性能，而且同时提高了机械加工精度。 

二、提高金属材料的断裂韧性 

金属材料的断裂韧性指含有裂纹的材料在外力作用下抵抗裂纹扩展的性能。提高金属断裂韧性的关键是要减少金属晶体中位错，使金属材料中的位错密度下降，从而提高金属强度，而减少金属晶体中位错的一种重要方法，就是细晶强化，其原理是通过细化晶粒使晶界所占比例增高而阻碍位错滑移从而提高材料强韧性。而金属组织的细晶强化的过程实际上就是金属热处理。 

在金属热处理过程中，当冷变形金属加热到足够高的温度以后，在一定的应力和变形温度的条件下，材料在变形过程中积累到足够高的局部位错密度级别，会在变形最剧烈的区域产生新的等轴晶粒来代替原来的变形晶粒，这个过程称为再结晶。再结晶晶核的形成与长大都需要原子的扩散，因此必须将变形金属加热到一定温度之上，足以激活原子，使其能进行迁移时，再结晶过程才能进行。 

那么，对于不同的金属材料，我们就可以通过控制不同的热处理的温度，来提高金属材料的断裂韧性。 

举例：在sy钢坯料上线切割适当的小圆柱，机加工后，选择在700℃，800℃，900℃、1000℃和1100℃在cleeble-1500型热模拟试验机上以5×10-1的变形速率保温30s压缩变形50％，然后在空气中冷至室温，再进行680℃×6hac(空冷)的退火处理，再将压缩后的试样沿轴向线切割剖开，研磨抛光后用化学物质显示晶粒形貌。实验现象为：在700℃时，扁平的晶粒开始逐渐向等轴晶粒的形状变化。800℃变形的晶粒中等轴晶粒已经有少量出现，但仍然以变形拉长的晶粒为主。在900℃变形开始，晶粒突然变得细小，几乎全部为等轴晶粒，晶粒度达到ybl2级。在900℃以上．晶粒开始长大。因此，对此种钢来说，900℃左右温度进行热处理，可以提高其断裂韧性。 

三、减少金属材料的应力腐蚀开裂 

金属材料在拉伸应力和特定腐蚀环境共同作用下发生的脆性断裂破坏称为应力腐蚀开裂。大部分引起应力腐蚀开裂的应力是由残余拉应力引起的。残余应力是金属在焊接过程中产生的。金属在加热时，以及加热后冷却处理时，改变了材料内部的组织和性能，同时伴随产生了金属热应力和相变应力。金属材料在加热和冷却过程中，表层和心部的加热及冷却速度(或时间)不一致，由于温差导致材料体积膨胀和收缩不均而产生应力，即热应力。在热应力的作用下，由于冷却时金属表层温度低于心部，收缩表面大于心部而使心部受拉应力：另一方面材料在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时，因比容的增大会伴随材料体积的膨胀，材料各部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。组织应力变化的最终结果是表层受拉应力，心部受压应力，恰好与拉应力相反。金属热处理的热应力和相变应力叠加的结果就是材料中的残余应力，正是其存在造成了应力腐蚀开裂。 

举例：金属热处理中，通过控制淬火冷却速度，可以显著地控制淬火裂纹，为了达到淬火的目的，通常必须加速材料在高温段内的冷却速度，并使之超过材料的临界淬火冷却速度才能得到马氏体组织。就残余应力而论，这样做由于能增加抵消组织应力作用的热应力值，故能减少工件表面上的拉应力而达到抑制纵裂的目的。 

3、结论 

金属材料的热处理在机械零件制造中占有十分重要的地位，在金属材料加工的整个工艺流程中，如果将切削加工工艺与热处理工艺进行密切配合，将有效地提高金属零件的制造水平。 

参 考 文 献 

[1] 雷声，齿轮热处理变形的控制.机械工程师.2008年5期. 

篇(6)

    一、提高对课程的认识,树立创新教育观念

    材料科学对于科技进步、国防建设和经济发展都是一个关键领域,起着先导和基础作用,各个行业都离不开材料的研究与应用。例如,在讲课中,列举南京长江大桥、年产30万吨乙烯工程、大庆和大港油田的建设成就等生动例子,以及在纳米材料、超导材料等研究工作中取得的重大成果,结合授课内容,密切联系我国经济建设中所取得的成就和科研成果,潜移默化,进行正确的引导,就能让每个专业的学生认识到这门课程的意义,树立创新教育观念,激发学生主动学习的积极性,意识到在信息社会和知识经济时代创新精神和创新能力的重要性。

    二、根据专业特点选择与更新教学内容,采用启发渗透式的教学方式

    工程材料的课程内容具有基础性、前沿性和时代性。针对机械类学生,根据他们的专业特点,应合理安排教学内容。

    (一)基本理论部分。简要阐述工程材料学的基本概念和基本理论。

    (二)工程材料知识部分。重点介绍常用的钢铁材料,包括结构材料、工具材料的成分、组织、性能及其应用知识。如以下一些常用钢种:碳素工具钢T8、普通低合金钢16Mn、弹簧钢60Si2Mn、轴承钢GCr9、调质钢40Cr、高速钢W6Mo5GrV2、冷模钢Cr12等。简要介绍高分子材料、陶瓷材料、复合材料,引入功能材料,纳米材料等新材料的内容,扩展学生的材料知识面,培养学生创新意识。

    (三)工程材料应用部分。介绍机械零件的失效与选材知识以及工程材料在汽车、机床等领域的应用情况。当前科学技术发展迅速,材料工程和机械工程中新材料、新工艺不断涌现。教师要及时捕捉这些信息,将新材料、新工艺等前沿知识充实到讲课内容中,使学生感到课程内容新颖、有现代气息。这对培养21世纪社会主义建设事业所需人才无疑有很大益处。采用启发渗透式相结合的教学方式,在机械工程材料的基本概念与基本理论方面注意概念严谨、基础扎实。在讲授基本理论在机械工程材料中的应用方面则注重讲解扼要,要求学生有重点、有选择的自学。从而激发学生强烈的求知欲望和浓厚的学习兴趣,产生探索问题的愿望和积极思维的动力。例如,我们在讲齿轮材料时提出以下问题,以期达到启发渗透式的教学效果:1、齿轮工作时受力特点是什么?2、齿轮类零件常见失效形式是什么?3、齿轮材料应具有哪些性能要求?4、机床齿轮和汽车变速箱齿轮的选材有何区别?5、机床齿轮和汽车变速箱齿轮的生产工艺路线是什么?6、生产工艺路线中各热处理工序的作用是什么?通过类比联想、循序渐进的启发渗透,引导学生全面细致地分析问题、解决问题。

    三、加强形象化教学,充分利用第二课堂

    工程材料的授课过程中要大力开展多媒体教学和网络教学。多媒体和网络教学可以清晰描述微观、动态的变化过程与状态,显着加大课堂教学信息量,简化信息传输转换过程,增加教学内容的趣味性和吸引力,从而显着提高教学效果与效率。充分利用第二课堂教学。组织学生到相关的工厂、企业参观,进行现场教学,以增加学生的感性认识。例如,在讲热处理这章时,组织学生到热处理车间现场参观,了解淬火、正火、退火、回火,表面热处理,化学热处理的工艺过程,这样学生能把这些名词牢牢记入脑海里。培养学生提出问题的能力和习惯,要启发学生多问“为什么”,然后带着问题有目的地去学习,引导学生的创造性思维。通过组织兴趣小组,参与教师的科研等课外学习方式,激发创造精神,强化自己的实践能力。教师应该适当地对学生的课外学习予以指导,针对其感兴趣的研究方向,提供参考书目,引导学生了解最新动态,把握研究方向,与学生之间展开讨论,鼓励学生走出学校,参加各种讲座,参与校外组织的相关活动,开阔自己的视野,增加自己的才干,逐步培养自己的研究能力和创新能力。

    四、在实验中培养创新能力

    实验在培养学生创新能力方面能起到非常独特有效的作用。工程材料课程有较强的实践性,在课程的教学过程中,要重视学生观察能力和动手能力的培养,我们在教学中安排了多种形式不同层次的实验。一是基本技能性实验。如金属材料的硬度和冲击韧性测定、铁碳合金平衡组织显微镜观察和碳钢的热处理及热处理后的显微组织观察,由实验教师操作演示,最后由学生结合实验CAI课件独立完成实验。二是综合性实验。如分别对20钢、45钢和T10钢进行完全退火处理,观察并画出显微组织,测出其硬度,要求学生实验前编制一套完整的实验方案,包括具体的工艺参数和详细的实验步骤(需查找相关资料),经实验教师审查通过后开始。三是研究性实验。例如研究与分析不同晶粒度的金属(低碳钢和铝)经不同程度拉伸变形后,在回复和再结晶的过程中,其组织与性能的变化情况。本类实验,教师只需要提出问题,整个实验方案由学生自主讨论决定。通过多种形式的实验,有效锻炼了学生自主获取知识和综合应用知识的能力,提高了分析和解决问题的能力,充分发挥了学生的主动性和创造性,实践动手能力大为增强,创新意识和创新能力得到了培养和提高。

    五、课堂讨论的开展

    工程材料课程包括三个主要环节:课堂教学、金相实验、课堂讨论。课堂讨论是教学工作中的一个重要环节,通过对讲课中的一些重点和难点的讨论,进一步掌握本课程的重点、基本概念和基本理论。课堂讨论共有三次:铁碳相图、钢的热处理和选材及热处理工艺分析。以第三次讨论选材及热处理工艺分析为例。高质量机械产品的获得,应以设计为主导,材料为基础,而热处理则是关键。此次课程讨论是本课程内容在机械产品设计和制造中的应用。对于不同的机械专业,典型零件的选择可以各不相同,有所侧重。在一般机械制造和设计中,大量遇到的是齿轮类和轴类零件,这些零件在选材和热处理工艺上有较大的代表性。我们以机床齿轮、汽车—拖拉机齿轮、机床主轴和汽车内燃机曲轴等零件的选材及热处理为例,讨论步骤包括四部分内容:1、根据工作条件和使用性能进行选材;2、工艺路线分析;3、热处理工序作用;4、热处理工艺及达到的组织和性能。这三次课堂讨论不仅是对整个教学内容的概括、总结和应用,而且集中体现了该课程的主要教学目标和要求。也就是通过该课程的学习,使学生了解在机械产品的生产过程中,优良设计、优质材料和高质量热处理对提高机械产品质量的重要意义,并使学生进一步掌握和应用这方面的知识和技能。为此我们不应该把这三次课堂讨论看成可有可无,当作一般阶段小结来对待,必须认真对课堂讨论内容进行合理的组织,这是搞好讨论课的关键所在。通过思考分析、获取信息、发现问题,并运用学过的知识和技能来解决问题。在解决问题的过程中,学生学会了学习、学会发现,学会分析。因此,课堂讨论的顺利开展能给与学生更多的主动权,能激发学生的求索精神与创新意识。

篇(7)

关键词：泵体；偏心车；以车代铣

单偏心距摆线泵体是一种安装转子的内孔和其安装密封圈的外圆不同心的偏心结构零件，它是摆线泵的基础件，其作用是将有关的零件联成有机整体，使之保持正确的相对位置，其精度直接影响摆线泵的性能、寿命和可靠性。它的体积和尺寸较小，属薄壁件，但形状复杂、尺寸精度高且易变形，难加工，尤其是转子孔。而泵体转子孔的质量直接影响着产品的性能及工作效率。文章通过对HY150YB单偏心距摆线泵体加工工艺的分析针对现有加工转子孔的加工工艺提出车削加工方案，研究了偏心车夹具原理设计并进行了实际应用。

1 泵体工艺性分析

首先对泵体进行必要的工艺性分析再确定加工工艺方案。

如图1所示，HY150YB泵体结构复杂，有80个要素之多，该图为其简图。该产品精度要求高，主要有同轴度（？准D、？准E、？准F对？准C的同轴度）、偏心距（转子孔直径？准A与内孔直径？准C的中心距的距离）、转子孔深度（转子孔？准A的深度G）、平面度等要求。？准C、？准D、？准E、？准F四尺寸为零件右侧可考虑一次加工，？准B及其深度G可一次性加工，20×？准7可一次性加工。

现有工艺将转子孔？准A及其深度G、20×？准7等各要素安排在同一道工序加工，采用铣削加工的方式。

图2 HY150YB泵体的机加工工艺流程

如图2所示，HY150YB泵体的机加工工艺流程为粗加工外圆及端面精加工外圆及内孔（掉头加工）加工各孔加工转子孔及密封面。原有加工工艺中加工转子孔及密封面工序采用铣削加工，实际生产过程中发现如下不足：

（1）产品质量不稳定：铣削转子孔及底平面，很难完全保证0.02mm的平面度和Ra0.8的粗糙度，而且产品实物有明显的接刀痕，降低了产品的精度。

（2）生产效率低：为了保证转子孔深度0.02mm的公差，密封面和转子孔需用同一把刀来加工，由于零件较大，直径达？准178，用？准20的立铣刀，不考虑接刀长度，仅仅一个密封面，需要走6道，生产效率很低，一件产品至少需要10分钟。

很显然，车削加工转子孔就可以解决上述问题，可是所加工的转子孔与其定位基准C不同心，这是车削加工油泵中遇到新问题。要解决此问题需要有设计合理制作精良的工装夹具。

2 偏心车夹具的设计

2.1 偏心车夹具设计思想

由于零件加工部位的中心与零件夹持部位的中心不同心，那么，要使零件加工部位的回转中心与车床主轴的回转中心重合，需先保证夹持部位的中心到零件被加工部位中心的距离刚好等于产品的偏心距，即夹具的定位夹持部位的中心和夹具定位在车床上的中心的距离为加工产品的偏心距。

2.2 HY150YB油泵体偏心车夹具设计原理

根据泵体的结构特点，可采用一面两销定位方式，即以长度尺寸35.5右端面为定位面，分别以？准D孔和？准7孔为定位孔。考虑到工件的夹紧，选用弹簧涨套定位孔？准D不仅满足了定位夹紧要求，而且消除了配合间隙确保了仅有0.05mm偏心距公差，为避免过定位，需采用菱形销定位孔？准7较为适宜。

（1）弹簧涨套的设计原理

弹簧涨套是包络式夹紧，可以更好地保护工件表面且能提供更佳的切削扭矩。

图3 弹簧涨套工作原理图

如图3，拉杆（件01）的外螺纹直接或间接与设备主轴相固接，拉杆（件01）与弹簧涨套（件03）前端通过锥度孔轴相配，后端通过圆柱孔轴相配，定位板（件02）固定在主轴端部用于安装弹簧涨套（件03）。主轴向后拉紧带动拉杆（件01），产生轴向拉力，然后由弹簧涨套前端的被称为锁紧角（图3中的α）的锥面，通过弹簧涨套的簧瓣弹性变形将轴向拉力转换成一垂直于弹簧涨套中心的夹紧力，在加工时零件内孔与弹簧涨套产生足够大的摩擦力来克服切削力矩。不仅如此，夹紧力还可以通过锁紧角将其扩大，根据不同的锁紧角，弹簧涨套夹紧力可扩大3-4倍。拉杆（件01）的轴向拉力可由操作员通过调整设备来实现。

（2）偏心车夹具的工作原理

此夹具方案原理为特殊的一面两销定位原理，特殊之处有二，一是圆柱销采用弹簧涨套涨紧工件内孔实现销与工件内孔零间隙配合，二是弹簧涨套与主轴偏心位置精度决定了产品的偏心距加工质量。

如图4所示为HY150YB泵体偏心车夹具方案图，其工作原理为：

定位：如图4（a），定位元件定位板（件02）右端面与零件长度35.5尺寸左端面定位；如图4（b），通过两销将定位元件定位板（件02）与定位元件弹簧涨套（件03）精确定位，保证偏心距尺寸，定位元件弹簧涨套实现零件的精确定位；定位元件菱形销定位偏心距的角向位置。

夹紧：弹簧涨套的弹性变形实现夹紧

加工前，此套夹具无需找正，就可以迅速而可靠地保证工件对机床和刀具的正确相对位置，并可迅速夹紧。既可保证加工精度，又可提高生产效率，但没有通用性。此夹具的设计、制造和维修特别需要一定的投资。

可见，所设计的HY150YB的偏心车夹具是满足加工要求的。

3 单偏心距转子泵泵体车加工工艺应用及分析

偏心车夹具投入使用后，加工效果良好，提高了生产效率，保证了产品质量。

（1） 生产效率。铣削加工生产节拍为每件10分钟，车削加工生产节拍为每件4分钟。整体工艺流程由原有的7道工序缩减至4道工序，减少了设备的数量，提高了设备利用率，适应了批量生产要求。

（2）根据采用车削泵体加工工艺所加工的2000多件产品的检测结果（表1为部分检测结果），油泵体的产品质量基本得到保证，工序CPK达到1.67以上，远高于铣削加工相关指标。

4 结束语

实践证明，对单偏心距泵体，采用偏心车削加工的方法代替原铣削加工方法，完全满足产品要求，是一种可推行的加工方案。通过理论分析及实际应用效果对比可以看出，偏心车夹具的应用使得车削加工方法得以实现。研究结果表明：

（1） 偏心车夹具可以推广同类单偏心距泵体加工；

（2）以车代铣加工工艺的突破是以偏心车夹具的实现为前提的；

（3） 加工方法有多种，可按照提高生产效率、实现产品技术条件等标准进行对比选择。

参考文献

[1]梁炳文.机械加工工艺与窍门精选[M].北京：机械工业出版社.2004（10）.

[2]李洪编.机械加工技术手册[M].北京：北京出版社.1991（7）.

[3]蔡兰.机械零件工艺性手册[M].北京：机械工业出版社.2006（12）.

[4]殷国富、徐雷，等. 机床夹具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.