机械装备构件轻量化主要技术途径的探讨

对于机械装备的设计和制造而 言， 产品的性能需要不断地 改进 知 ， 数据指标体系表 中所列 出的机械装备构件基体材料 除了镍 基合 和提高 ，因而相关的科学技术水平也需要进行相应地创新 和进步。 金和钻基合金以外的那些材料 的比模量大体一致 。 而机械 装备构件轻量 化对于提高机 械产品性能 而言是一 个必不可 ３提高机械装备构件轻量化 的改性工艺水平 工艺是机械装备构件制作技艺 的简称 ， 这种技术对于提 高机 械 少 的手段 ， 因而在其 长远 发展上 占有重要 的地位 。 当前 的大型机械制造业主要是通过选择优质材料 、 提高产 品设 装备构件 的轻量化具有极 其重要的的作用 ， 这种作用 主要表 现为以 计水平 和采用先进技 术等三种 主要 途径来进行 机械装备 构件轻量 下 几 个 方 面 。 ３ ． １ 使 用各 种工艺方法和技术可 以在材 料密度大体稳定 的基 础 化， 这 在汽车制 造业 、 航天航空技术以及军事国防领域更 为明显 。 这 主要是 由于机械装 备构件 的轻量化 提高提高机 械装备构 件的先进 上提高构件材料的各 方面尤其 是强度方面的性能 ， 通过这一 途径 来 性和稳定性 ， 从 而保证 了构件使用 时的安全可靠性。 提高构件材料的 比强度 ， 进而在保证不改变机械装备构件所 能承受 由此可 见 ， 机械装备构件轻 量化这一技术 的应用 ， 在 对于提高 的总载荷的基础上 ， 减少机械装备构件的总体重量 。 机械构件的设计水平和生产技术具有重要意义 的同时 ， 也在节能环 ３ ． ２使用 各种工 艺方法和技术可以对机 械装 备构件截面 的形 状 保、 提 高原料利用率 、 增加产品效 益等方 面发挥 了巨大作用 。 进行改造 以提高该构件截 面的抗 弯系数 （ 即抗弯性 ） 或抗 扭截面 系 即抗扭 胜） ， 进而在保证不改变机械装备构件所能承受 的总载荷 以下就是对机械装备构件轻量化的三种主要途径进行探讨 ， 具 数（ 体包括建立机械装备构件轻量化的材料性能指标体系 、 加强机械装 的基础上 ， 通过提高承受里来减少 机械装备构件 的总体重量。 备构件轻量 化 的设计 能力和技术 以及 提高机械装备 构件轻量 化 的 ３ ． ３ 使用各种 工艺方 法和技术可以提高机械装 备构件的表层 承 改性工艺水平。 受力 ， 进而提高该构件表面在上文 中提到 的不 同受力状态下所产 生 的的抗击能力 ， 即通过提高机械装备构件表面层 的抗压力指标来 实 １建立机械装备构件轻量化的材 料性 能指标体 系 由于机 械装备 的构件通 常是依照机 械强度设计 准则 的要 求来 现机械装备构件 的轻量化 。 进行设计的 ， 而这种强度设计 准则在不 同的受力状态下也表现 出不 ３ ． ４使用如 喷丸 、 滚压等在 内的各种工艺 方法和技术 ， 不仅有 利 同的要求。 通常情况下 ， 不 同受力状态主要表现为 以下 四种类型 ： 简 于加强机械装备 构件 的表 面层 的比强度并 提高其 强度性能指标 ， 还 单拉伸受 力状态 、 简单扭转受 力状态 、 简单弯 曲受力 状态 和对 称弯 有助于强化构件 材料表层 的应力和组织性 。 从而可 以形成压 应力状 曲循 环应力受力状态。 态于构建材料 的表层 ， 通过该 方法来提高构件表面层 的应用负荷 总 以上四种受力状态是测量构件材料性能的主要条件 ， 通过测试 水平 ， 进而降低机械装备构件 的总体重量 。 材料 在不同状态下表现出来 的性能 ，并将其记录下来形成数据 ， 才 总而言之 ， 这种途径 主要 是从 强度设计技术方 面展开对机械装 能明确使 机械装备构件 材料 轻量化的具体指标 ， 进 而建立起相应的 备构件 轻量化 的探讨 ， 通过简单弯曲 、 拉伸 、 疲劳和扭转这 四种主要 指标 体系以作为设计具 体构件 时的参考 。 受力状态下构件 材料的性能变化来 展开关于对 非复杂构 件的轻量 换句话 说 ， 建立机械装备构件轻量化 的材料性 能指标 体系是提 化强度设计原则 和方法 的分析 ， 通过这种途径获得能够广泛应用 的 高机 械装 备构件轻量化设计 技术的基础 ， 只有完成这 项基本要求才 构件轻量化强度设计 的依据 。 在对铁 、 钛、 铝、 镁、 钻 等金属基体合金 能进 一步探索机械装备 构件 轻量化通用设计准则 的问题 。 实验数据 轻量化性能指标 进行 比较 的基础 上提出关于建 立构件轻 量化材料 表明 ， 具体操作 时 ， 由于材料的 比强度性 能指标在不 同受力状 态下 性能指标体 系的设想 ， 概括出机械装备构件轻量化改性工艺水平 的 呈现不同的强性结 果 ， 因而其材料性能指标也存 在较 大差 异。然而 作用 ， 通 过提高机械装备 构件材料 的抗 弯系数和抗扭度 ， 提高其材 在承 载能力相 同的情况下 ， 构件材料的 比强度指标是 与其构件 的单 料表层 的承受力和 比强度的途 径来 实现机械装备构件轻量化。 ４结 论 位长度重量成反 比的。 ２加 强机 械 装 备构 件 轻 量 化 的设 计 能 力 和 技 术 综上所述 ， 本文主要通过体 系、 选材 、 工艺设计等方 面的改善来 机械装备构件轻量化 的设计基础不仅是要 对构件的受力状态 、 实 现机械装备构件轻 量化的 目的 ， 具体地说 ， 就是通 过建立机 械装 抗力指标 以及失效模式进行具体 的分 析 ， 还应结合环境等 因素来考 备构件轻量化 的材料性能指标体系 、 加 强机 械装备构件轻量化的设 虑气氛 、 温度 、 时间等条件对材料性能指标所造成的影响。 在此基础 计 能力 和技术 以及提 高机械装备构件轻量 化的改性 工艺水平 等三 上才 能推动机械装 备构件轻量化材 料性能 的指标体 系的形成 和相 种 主要途径来进行。随着科技进步和现代机械制造业 的迅速发展 ， 应 的数据库 的建立 。 由上文 中关于机械装备构件轻量化强度的性能 机械装备构件轻量化 已成为各制造领域无法忽视 的重要课题 ， 通过 指标 体系的研究 可知 ，材料轻 量化 的性能指标 在简单拉 伸受力状 多种途径来达到这一 目的也就显得 十分必要 。 态、 简单扭 转受力状 态 、 简单 弯 曲受力状态 和对称弯 曲循 环应力受 参考文献 力状态的条件下分别呈现出不同的受 力结果 。 再结合相关实验 可以 ｆ １ １ 田浩彬 ， 林 建平 ， 刘瑞 同等． 汽车车身轻量化及 其相 关成 形技 术综 得知构件 的材料轻量 化指标在不 同温度 条件下都 表现为 在该温度 述【 Ｊ 】 ． 汽车工程 ， ２ ０ ０ ５ ， ２ ７ （ ３ ） ： ３ ８ １ — ３ ８ ４ ． （ 假设 为 ｒ ） 下 的比强度 ， 而在高温持久 时间（ 假设 为 ｔ ） 的状态下甚至 ｆ ２ ］ 《 中国航 空材料 手册》 编辑委 员会． 中国航 空材料 手册 ， 第 ２卷 变 是在腐蚀条件下 ， 构件材料也会相应地 呈现出不 同的材料轻量化性 形 高温合金 、 铸造 高温合金『 Ｍ １ ． 北京 ： 中国标 准出版社 ， ２ ０ ０ ２ ． ３ ］ 中国工程 院 ， 中国科 学院． 中国材料发展 现状及迈 入新世 纪对策 能指标 。 由上述条件下所呈现 出来不同的材料性 能的各种 比强度指 『 航 空航 天材料 咨询报告『 Ｒ ］ ． 北京 ： 国防工业 出版社 ， １ ９ ９ ９ ． 标共 同构成 了的指示 不同机械装备 构件 轻量化材 料强度性 能 的相 咨询项 目， ４ ］ 许珞 萍 ， 邵光杰 ， 李麟０ 气车轻量化用金属材料及其发展动 态［ Ｊ ］ ． 上 应指标体系及在这种指标体系建立基础上形成 的数据库 。 依据设计 『
科技 论 坛 ・ ９ ５・ 机械装备构件轻量化主要技术途径的探讨
于 志
（ 牡丹 江建材石油机械 有限责任公 司， 黑龙 江 牡丹江 １ ５ ７ ０ ０ ０ ） 摘 要： 机械装备构件轻量化在机械装备设计和制造领域 占有 不可忽视 的重要地 位。在大型机器制造领域 中， 机械 装备 构件轻量化 可以提 高该 类机械 的节能性和 生态性。当前 关于提 高轻量化水平的途径主要从 三方面来进行 。本 文就此三种方法进行具体探 讨 ， 通过研 究提 高轻量化 的设计技术 水平 、 建立关于构件材料轻量化 的指标体 系以及 改进机械 装备构件的表面改造技术和成型工 艺等主要 方法， 揭 示 了这 一技 术 的 先进 性 及 其 对 大型 机 械 制 造 生 产 的 重要 性 。 关键词 ： 机械装备构件轻量化 ； 设计技术和性能指标 ； 表 面改造和成型