工程材料及加工选择的技术—经济概念

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1、工程材料及加工选择的技术—经济概念对开发具有市场竞争能力的优质产品最重要的要求之一就是要对各种工程材料和加工方法进行周密的经济选择。1、产品开发的几个阶段开发新产品可大致分为四个阶段，如图1所示，该图也概述了技术职责和论证职责之间的关系。第一阶段提出总的概念，并决定产品的功能，以便精确地弄清楚打算要这个产品做什么和对产品有什么要求。可行性研究，即从市场评价和竞争的观点对方案进行经济检验。1.对需要的判断，决定进行调查2.市场和竞争的估计3.粗略地提出对材料和加工方法的要求，并初步选择材料和加工方法第

2、一阶段1.设计的发展2.选择材料和加工方法3.原型试验第二阶段1.设计、材料和加工方法的最佳化，以便取得最大的经济效益2.设计、材料和加工方法的某些细节要进行修改第三阶段1.大规模生产产品2.材料可能变换，以适应大规模生产的要求3.设计可能修改，以适应大规模生产和材料的要求第四阶段图1产品开发的各阶段第二阶段提出实用的并能施工的设计，如果必要的话，就制作原型。第三阶段实现技术的最佳化，选择最佳材料、最佳设计和最佳加工工艺流程。为了使产品满足低成本的要求，或者为了适应现有的设备条件，在这一阶段设计可能

3、作些修改，修改设计可能要求变更大部分材料，或者改变设计的某些细节，使其适应所选材料的准确性能。最后一个阶段是制造产品。即使在这一阶段，材料的最佳选择也还可能继续进行。2、选择参数之间的关系产品的功能、设计、选择的材料性能和制造方法都是密切相关的。在许多情况下，几种可供选择的设计、材料或制造方法都是可行的，工程师的基本职责就是选择这三者之间最合理的组合方案。成本分析是解决这类选择问题有效的手段。把每个可供选择的组合分成若干独立的项，各项单独进行成本分析，然后求总和。在典型分析中把各项分成为固定成本和可

4、变成本，一旦算出成本，就可以决定供选择的组合方案之间的无盈亏临界点。在简单的情况下，可用下式计算：式中χ是无盈亏临界点，ΔFC是两个可供选择的组合方案之间的固定成本差，ΔVC是可变成本差。3．设计选择的技术经济性制造一个新产品技术步骤首先是设计，一个成功的设计应当考虑功能、材料性质和制造工艺及经济可行性，如图2所示。除这几个因素以外，设计还应当包括时间因素，因为要考虑到材料和制造方法的迅速发展，市场对产品的要求经常变化，以及可预料的功能的改变。这就意味着，在连续变化的

5、环境中设计是一个不断变化的过程。图3影响产品经济行为的因素4．材料选择的技术经济性在最近几年内，工程材料的品种大量增加，同时工作条件要求更严格，材料的成本要低廉，这些情况使得为一给定的产品选择材料成了一个复杂的过程。制造过程、产品的几何形状以及作用在产品上的力的类型都对材料的性质有影响，这一事实使得材料的选择问题进一步复杂化了。最终产品的材料性质经常与制造产品用的毛坯材料的性质差别很大，图4说明了这一点，该图指出了毛坯材料的性质，生产方法，产品的几何形状和外力对成品产品材料性质有直接影响。图4也指出

6、了在解决复杂的材料选择问题时必须考虑的次级关系。由于产品的几何形状和外力能直接影响材料的性质，因而采用合适的设计标准十分重要。例如，尖锐棱角和倒角的存在对高强度钢的性质的影响程度比低碳钢的影响大，表面粗糙度对交变负荷作用下材料行为的影响程度比在静载荷条件下大。图4影响成品产品材料性质的因素因为各种材料的多种性能常常是不一样的，为了公平地比较各7种材料，必须取得真正的等效性。等效性的概念并不意味着材料的性质必须一致，只意味着可以应用各种材料，使其产生等效的结果。从消费者的观点出发，他考虑是的产品在工作

7、时的行为，而不是产品材料的行为。而工作条件以及产品的重量、体积等性质又都会直接影响产品在工作时的行为，如图5所示。在大多数场合，不能只根据材料成本进行材料之间的经济选择。材料频繁地变换会影响加工成本，也常常会改变精整成本，检验成本和海运成本。还应当注意保证把回收率或最终所得到的切削的任何差异都考虑进去。被选用材料的坯料常常不是同样规格，例如板材厚度和棒材长度。这对于用一给定材料的重量所得到的收得率有很大的影响。而且不同材料的最终切削也不一样。当几种材料中有一种比别的材料贵多时，切削的因素就具有很大的

8、经济意义。图5影响产品在工作时的行为的因素85．制造方法选择的技术经济性从功能和成本的观点来看，如果几个设计和几种材料都能很好地用于同一用途，则材料的加工成本是确定选择那一种加工方法的决定因素。某些设计所包含的性质本身制造起来就比别的设计更昂贵。在这一点上不必要的严格的尺寸公差是费钱的主要原因。过高的精度不仅增加了精度成本费用，而且若降低精度要求，就有可能采用不同的、比较廉价的加工方法。和公差情况紧密相关的是质量成本，保证质量所必须的检验和质量控制程序以及高质量本身花