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【摘要】文章分析了在机械设计制造中对材料的选择，标准化的运用，影响机加工件表面层物理力学性能的因素以及机械加工中润滑剂的应用
中图分类号：F407.4
在市场经济中， 企业要在竞争中处于不败之地，靠的就是高质量、低成本的产品。机械设计工作的重要性，不仅在于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。
1 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。
1.1 机械零件材料的选择应满足基本要求
1.1.1 工艺性能要求
1）热加工工艺性能主要指铸造性能、锻造性能、焊接性能和热处理性能。
2） 切削加工性能 金属的切削加工性能一般用刀具耐用度为60min 时的切削速度V60 来表示，V60 越高，则金属的切削性能越好。
1.1.2 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。同时，在满足使用性能的前提下，选用材料还应注意尽量降低零件的总成本。
1） 材料价格在产品总成本中占较大比重，达30%～70%。
2） 提高材料的利用率 如用精铸、模锻、冷拉毛坯， 可以减少切削加工面材料的浪费。
3） 零件的加工和维修费用等要尽量低。
1.2 机械零件材料选择的方法
选材对产品寿命周期成本的影响 。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 机械设计标准化是提高产品质量降低成本的主要途径
2.1 机械零件是机器的基本组成要素， 对于机械零件设计工作来说，标准化的作用是很重要的。所谓零件的标准化，就是通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法、制图要求等， 制定出各式各样的大家共同遵守的标准。标准化带来的优越性表现在：
2.1.1 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。
2.1.2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。
2.2 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。
3 影响机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。
3.1 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热比一般切削方法大几十倍，切削区的高温将引起表面层金属的相变，冷却方式采用切削液带走磨削区热量可避免烧伤。但由于旋转的砂轮表面上产生强大的气流层，切削液不易附着，以致没有多少切削液能进入磨削区。因此，可采用高压大流量的冷却方式，一方可增加冷却效果，另一方面可以对砂轮表面进行冲洗，使切屑不致堵塞砂轮。
3.2 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。
4 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。
4.1 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；为实现上述目的，要求金属切屑润滑剂必须具备以下几方面主要性能：
4.1.1 冷却性能
在金属切削加工过程中，所消耗的能量，绝大部分（90%以上）都转变成切削热，它不但使刀具容易磨损，而且使工件容易产生局部烧伤或发暗，影响工件表面的加工精度及加工质量。因此，要求金属切削润滑剂能够首先通过减轻摩擦来减少热量的产生。二是通过切削液的热传导、对流和汽化进行散热。
4.1.2 润滑性能
刀具在切削工件的瞬间，通常承受着极大的切削力作用，金属切削润滑剂良好的润滑性可以减小刀具前刀面与切屑、后刀面与工件表面之间或砂轮与材料间的摩擦与磨损，降低摩擦系数，防止刀具与切屑或工件间的粘着。减少功率消耗，延长刀具的使用寿命，从而使工件获得良好的表面光洁度；更重要的是減少切削过程中产生积屑瘤（即刀瘤）的机会。
4.1.3 清洗性能
金属在切削（或磨削）过程中，油污、细小的切屑、金属粉末和砂轮砂粒等互相粘结，并粘附在工件、刀具和机床上，影响工件的加工质量，降低刀具和砂轮的使用寿命，影响机床的精度。因此，金属切润滑剂应具有良好的清洗作用，减少细小的切屑及金属粉末等的粘结以利清洗，同时迅速将细小的切屑及金属粉末等及时冲走。
4.1.4 防锈性能
水基型金属切削润滑剂在使用过程中大部分是水（约占80%—98%），为锈蚀的产生提供了有利的环境，其中的极压剂和某些表面活性剂往往会加剧金属的锈蚀；所以要求水基型金属切削润滑剂必须具备一定的防锈性能，使工件在加工过程中和加工后的短时间内不产生锈蚀。
4.2 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。
由于机械设备在运行过程中，受载荷以及零件加工精度等方面的影响，摩擦和磨损是不可避免的。随着机械设备的工作条件日益苛刻，或工作强度的提高，对润滑剂性能的要求也越来越高，同时，往往要求一种润滑剂要具有多种功能。实践表明，润滑剂在减小机械磨损，延长机械使用寿命方面起着十分关键的作用。
总之，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。
【参考文献】
[1]梁耀能.机械工程材料[M].南理工大学出版社，2002，2.
[2]胡家秀.机械设计基础[M].机械工业出版社，2001，6.
[3]李占周.金属切削用润滑剂的使用及发展趋势.东方电机，2009，1，
中图分类号：F407.4
在市场经济中， 企业要在竞争中处于不败之地，靠的就是高质量、低成本的产品。机械设计工作的重要性，不仅在于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。
1 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。
1.1 机械零件材料的选择应满足基本要求
1.1.1 工艺性能要求
1）热加工工艺性能主要指铸造性能、锻造性能、焊接性能和热处理性能。
2） 切削加工性能 金属的切削加工性能一般用刀具耐用度为60min 时的切削速度V60 来表示，V60 越高，则金属的切削性能越好。
1.1.2 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。同时，在满足使用性能的前提下，选用材料还应注意尽量降低零件的总成本。
1） 材料价格在产品总成本中占较大比重，达30%～70%。
2） 提高材料的利用率 如用精铸、模锻、冷拉毛坯， 可以减少切削加工面材料的浪费。
3） 零件的加工和维修费用等要尽量低。
1.2 机械零件材料选择的方法
选材对产品寿命周期成本的影响 。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 机械设计标准化是提高产品质量降低成本的主要途径
2.1 机械零件是机器的基本组成要素， 对于机械零件设计工作来说，标准化的作用是很重要的。所谓零件的标准化，就是通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法、制图要求等， 制定出各式各样的大家共同遵守的标准。标准化带来的优越性表现在：
2.1.1 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。
2.1.2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。
2.2 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。
3 影响机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。
3.1 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热比一般切削方法大几十倍，切削区的高温将引起表面层金属的相变，冷却方式采用切削液带走磨削区热量可避免烧伤。但由于旋转的砂轮表面上产生强大的气流层，切削液不易附着，以致没有多少切削液能进入磨削区。因此，可采用高压大流量的冷却方式，一方可增加冷却效果，另一方面可以对砂轮表面进行冲洗，使切屑不致堵塞砂轮。
3.2 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。
4 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。
4.1 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；为实现上述目的，要求金属切屑润滑剂必须具备以下几方面主要性能：
4.1.1 冷却性能
在金属切削加工过程中，所消耗的能量，绝大部分（90%以上）都转变成切削热，它不但使刀具容易磨损，而且使工件容易产生局部烧伤或发暗，影响工件表面的加工精度及加工质量。因此，要求金属切削润滑剂能够首先通过减轻摩擦来减少热量的产生。二是通过切削液的热传导、对流和汽化进行散热。
4.1.2 润滑性能
刀具在切削工件的瞬间，通常承受着极大的切削力作用，金属切削润滑剂良好的润滑性可以减小刀具前刀面与切屑、后刀面与工件表面之间或砂轮与材料间的摩擦与磨损，降低摩擦系数，防止刀具与切屑或工件间的粘着。减少功率消耗，延长刀具的使用寿命，从而使工件获得良好的表面光洁度；更重要的是減少切削过程中产生积屑瘤（即刀瘤）的机会。
4.1.3 清洗性能
金属在切削（或磨削）过程中，油污、细小的切屑、金属粉末和砂轮砂粒等互相粘结，并粘附在工件、刀具和机床上，影响工件的加工质量，降低刀具和砂轮的使用寿命，影响机床的精度。因此，金属切润滑剂应具有良好的清洗作用，减少细小的切屑及金属粉末等的粘结以利清洗，同时迅速将细小的切屑及金属粉末等及时冲走。
4.1.4 防锈性能
水基型金属切削润滑剂在使用过程中大部分是水（约占80%—98%），为锈蚀的产生提供了有利的环境，其中的极压剂和某些表面活性剂往往会加剧金属的锈蚀；所以要求水基型金属切削润滑剂必须具备一定的防锈性能，使工件在加工过程中和加工后的短时间内不产生锈蚀。
4.2 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。
由于机械设备在运行过程中，受载荷以及零件加工精度等方面的影响，摩擦和磨损是不可避免的。随着机械设备的工作条件日益苛刻，或工作强度的提高，对润滑剂性能的要求也越来越高，同时，往往要求一种润滑剂要具有多种功能。实践表明，润滑剂在减小机械磨损，延长机械使用寿命方面起着十分关键的作用。
总之，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。
【参考文献】
[1]梁耀能.机械工程材料[M].南理工大学出版社，2002，2.
[2]胡家秀.机械设计基础[M].机械工业出版社，2001，6.
[3]李占周.金属切削用润滑剂的使用及发展趋势.东方电机，2009，1，