部品の正しい材料を選ぶには？

様々な材料の中から使用する材料を選択することは、様々な要因に制約される作業である。そのため、部品の材料をどのように選択するかは、部品設計の重要な部分です。

機械部品の材料選択の原則は、必要な材料が部品の使用条件を満たし、加工性と経済性に優れていることである。

I.使用条件

機械部品の使用条件は以下の点に反映されている：

1) 部品の使用条件と負荷条件、および対応する故障形態を回避するために提示された要件。

使用条件とは、部品の環境特性、使用温度、摩擦や摩耗の程度を指す。湿度が高く高温の環境や腐食性の媒体で使用される部品には、錆や腐食に強い材料が必要です。

この場合、まずステンレス鋼と銅合金が考えられる。

作業温度の影響 材料選択 一方では、互いに協力し合う2つの部品の線膨張係数があまり違わないようにして、温度が変化したときに過度の熱応力がかかったり、協力関係が緩んだりしないようにすること、他方では、温度による材料の機械的特性の変化も考慮することである。

摺動摩擦を受ける部品は、耐摩耗性を高めるために表面硬度を向上させる必要がある。適した材料 表面処理 焼入れ鋼、浸炭鋼、窒化鋼などを選択するか、摩擦低減と耐摩耗性に優れた材料を使用すべきである。

荷重条件とは、部品にかかる荷重と応力の大きさと性質を指す。

原則的に、脆性材料は静的な負荷がかかる部品の製造にのみ適しており、衝撃がかかる部品には主に塑性材料を使用し、表面の接触応力が大きい部品には表面硬化鋼のような表面処理が可能な材料を選択し、変形力がかかる部品には疲労に強い材料を選択し、衝撃負荷がかかる部品には衝撃靭性の高い材料を選択し、サイズが強度に依存し、サイズと重量が制限される部品には強度の高い材料を選択し、サイズが剛性に依存する部品には弾性率の大きい材料を選択する。

金属材料の性能は、一般的に熱処理によって改善・向上させることができる。従って、熱処理によって素材のポテンシャルを十分に引き出す必要がある。

最も一般的に使用される焼戻し鋼では、焼戻し温度の違いにより、異なる機械的特性を持つブランクを得ることができる。焼戻し温度が高いほど、材料の硬度と剛性は低くなり、塑性は向上する。

従って、多様な材料を選択する際には、熱処理仕様も同時に指定し、図面に表示する必要がある。

2) 部品のサイズと重量の制限。

部品のサイズと重量は、材料の種類とブランクの製造方法に関係する。鋳造ブランクを製造する場合、一般的にサイズと重量に制限はありません。鍛造ブランクを製造する場合、以下の生産能力に注意を払う必要があります。 鍛造機械 と設備。

加えて、部品のサイズと重量は、材料の強度重量比にも関係する。部品の小型化・軽量化のためには、できるだけ強度重量比の大きい材料を選ぶべきである。

3) 機械全体と部品における部品の重要性。

4) その他の特別な要件（絶縁、防磁などが必要かどうかなど）。

II.プロセス要件

部品を製造しやすくするためには、材料の選択時に部品構造の複雑さ、サイズ、ブランクの種類を考慮する必要がある。

を持つ部品について 複雑な形状 と大きなサイズを考慮する場合、鋳造ブランクを考慮する場合は、良好な鋳造性能を持つ材料を選択する必要があり、溶接ブランクを考慮する場合は、良好な溶接性能を持つ低炭素鋼を選択する必要があります。

単純な形状で、サイズが小さく、数量が多い部品に適しています。 金型鍛造また、塑性加工性の良い材料を選択すべきである。熱処理が必要な部品には、熱処理性能の良い材料を使用する。

さらに、素材そのものの加工のしやすさや、熱処理後の加工のしやすさも考慮する必要がある。

III.経済的要件

1) 素材そのものの相対価格

使用条件を満たすことを前提に、できるだけ価格の安い材料を選ぶべきである。これは、大量に生産される部品では特に重要である。

2) 素材の加工費

部品の品質がそれほど高くなくても、加工量が多い場合、部品の総コストの中で加工費が占める割合は大きくなる。

鋳鉄は鋼板よりも安いが、箱型部品の単品または小ロット生産では、鋳鉄を使用するコストは鋼鉄を使用するコストよりも高くなる。 プレート溶接なぜなら、後者の方が金型製造コストを節約できるからである。

3) 素材の保存

材料を節約するために、熱処理や表面強化（ショット ピーニングクロムメッキ、銅メッキ、黒化処理、ブルーイング処理など）を用いて、材料の潜在的な機械的特性を十分に活用することができる。また、表面コーティング法（クロムメッキ、銅メッキ、黒化処理、ブルーイング処理など）を用いて、腐食や摩耗を抑え、部品の寿命を延ばすこともできる。

4) 素材利用

材料の利用率を向上させるために、型鍛造、精密鋳造、スタンピングなどの非切削加工、または切削加工を減らす加工を使用することができます。これは材料の利用率を向上させるだけでなく、切削加工の作業時間を短縮することもできる。

5) 貴重な材料を節約する

組み合わせ構造を使用することで、より高価な材料を節約することができる。例えば、コンビネーション構造のウォームギアリングには摩擦低減に優れるが高価な錫青銅が使用され、ホイールコアには安価な鋳鉄が使用される。

6) 希少素材を保存する

この点で、マンガン-ホウ素シリーズ 合金鋼また、アルミニウム青銅は錫青銅などの代替に使用できる。

7) 原材料の供給

材料の選定にあたっては、調達・輸送・保管コストを削減するため、現地で入手可能で供給しやすい材料を選定する。また、材料品種の供給・保管を簡素化する観点から、小ロット生産部品では、同一機械で使用する材料の品種・仕様をできるだけ少なくして供給・管理を簡素化し、加工・熱処理の過程で最も合理的な作業方法を把握しやすくすることで、製造品質の向上、廃棄物の削減、労働生産性の向上を図る。