機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇及其應(yīng)用

孫宏新

【摘 要】機(jī)械制造業(yè)中材料是機(jī)械設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的前提和基礎(chǔ)，合理的選材以及充足的材料是機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展的重要因素。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中必須要選擇合適的、經(jīng)濟(jì)的、實(shí)用的材料，以提高機(jī)械設(shè)計(jì)的水平，促進(jìn)機(jī)械行業(yè)的不斷發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)；材料選擇；應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和運(yùn)用是整個(gè)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品的的質(zhì)量和整個(gè)機(jī)械行業(yè)的健康發(fā)展。因此，在新形勢(shì)下，必須要提高機(jī)械設(shè)計(jì)中的選材水平，更好地做好機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的運(yùn)用，推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展。

1.機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇

1.1選擇載荷類型的材料

機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，通常機(jī)械材料的外載荷性能容易導(dǎo)致機(jī)械設(shè)計(jì)的部分元件失效，而機(jī)械的零部件所具備的性能卻能有效的防止這種零件的失效。由于失效零部件性能與材料的外載荷性能之間的矛盾，進(jìn)而要求在機(jī)械材料的選擇上，要以材料的載荷性能的大小作為機(jī)械選材的標(biāo)準(zhǔn)。在選材上可以將材料的載荷性能歸結(jié)為兩個(gè)方面：一是當(dāng)零部件在外載荷力的作用下出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)時(shí)，其中應(yīng)力大多集中在材料表層，這就表明，材料表面的性能直接決定著零部件間的控制效果。所以在機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇上，如果機(jī)械材料需要承受載荷力，就可以選擇低碳鋼滲碳或者是中碳鋼調(diào)質(zhì)的方式對(duì)材料進(jìn)行加工。通過此種材料的選擇和加工方式能夠確保產(chǎn)品的質(zhì)量。二是對(duì)一些能夠承受壓縮或者是拉伸作用的材料，由于外載荷力作用到零件的橫截面，使橫截面的應(yīng)力比較均衡，所以這就需要在機(jī)械材料的設(shè)計(jì)中，選擇一些性能分布均勻的材料，保障在機(jī)械設(shè)計(jì)的加工、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)中能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行高效的作業(yè)。

1.2選擇合金鋼與碳素鋼材料

在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，碳素鋼是一種比較常用的材料，因?yàn)樘妓劁摰膬r(jià)格比較經(jīng)濟(jì)，加工的工藝性穩(wěn)定因而被廣泛運(yùn)用。但是碳素鋼也存在一定的缺點(diǎn)，即韌性和強(qiáng)度比較差，中等以上形狀的材料不能被完全淬透，這在一定程度上影響了對(duì)碳素鋼的使用。因此，為了改進(jìn)碳素鋼的功能，可以在碳素鋼中加入合金，進(jìn)而形成一種新的材料，即合金鋼。機(jī)械設(shè)計(jì)中合金鋼的淬透性、韌性、強(qiáng)度得到了很大的提高，并且由于合金的加入也提高了合金鋼的耐磨性。然而與碳素鋼材料相比，合金鋼材料的淬透性、韌性、強(qiáng)度等都有所提高，但是只有在零件的橫截面較大、材料外載荷應(yīng)力較大以及需要對(duì)材料進(jìn)行淬透的情況下才能夠使用合金鋼，而其他情況一般應(yīng)當(dāng)選擇碳素鋼。

1.3選擇可回收和能夠循環(huán)利用的材料

在機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)，金屬材料的種類非常多，鋼材就有100多種。然而在機(jī)械設(shè)計(jì)中，由于不同種類的材料都堆放在了一起，很難對(duì)材料進(jìn)行分類，進(jìn)而加大了回收利用的難度。因此機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選擇過程中，為了便于循環(huán)利用，可以選擇一些單一的合金系制作零部件，因?yàn)楹辖鹣档臉?gòu)成元件比較少，對(duì)環(huán)境的壓力也較小，所以能有效提高對(duì)合金的回收和循環(huán)利用效率。

2.機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的運(yùn)用

機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的運(yùn)用是選材工作的拓展，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生重要的影響。機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇通常比較重要，但是材料應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)工作也十分重要。所以在保證選材質(zhì)量的基礎(chǔ)上，材料運(yùn)用應(yīng)當(dāng)能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)保性、實(shí)用性以及經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。

2.1材料運(yùn)用的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性相統(tǒng)一

材料運(yùn)用的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性統(tǒng)一是機(jī)械設(shè)計(jì)中必須首先要考慮的問題。在材料運(yùn)用的過程中應(yīng)當(dāng)注意兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是在機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的運(yùn)用應(yīng)以零部件的加工工藝為標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械加工中不同的加工技術(shù)，如切削工藝、鑄造工藝、焊機(jī)工藝以及熱處理工藝等技術(shù)對(duì)于材料的運(yùn)用要求是不同的。切削工藝要求材料的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)符合切削作業(yè)的可操作性特征；鑄造工藝要求材料的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)向高吸氣、高收縮、高流動(dòng)方向轉(zhuǎn)變；焊接工藝要求材料的應(yīng)用必須要體現(xiàn)出冷鐓性和沖壓性的特點(diǎn)；而熱處理工藝則要求材料的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)符合氧化脫碳性、敏感性、淬透性等特征。二是強(qiáng)調(diào)材料應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性。機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，在保障各零部件材料都能夠符合各種加工工藝要求的前提下，應(yīng)當(dāng)合理地對(duì)機(jī)械材料的加工成本進(jìn)行控制，然而為了實(shí)現(xiàn)材料應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性，可以根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)企業(yè)的自身發(fā)展水平，最大限度地對(duì)加工工藝和零部件的生產(chǎn)方式進(jìn)行合理的控制。

2.2材料運(yùn)用的節(jié)能性和環(huán)保性的統(tǒng)一

機(jī)械設(shè)計(jì)中材料應(yīng)用的節(jié)能性與環(huán)保性是促進(jìn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要方式，是實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中應(yīng)努力確保材料運(yùn)用的節(jié)能性和環(huán)保性的相統(tǒng)一，推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)健康、可持續(xù)的發(fā)展。例如，在機(jī)械設(shè)計(jì)鑄造工件環(huán)節(jié)，鑄造設(shè)計(jì)階段百分之五的成本決定著百分之八十的鑄造工件的生產(chǎn)成本。所以在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，節(jié)能環(huán)保的材料運(yùn)用，不僅能降低能源的消耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，而且還能夠最大限度地符合機(jī)械設(shè)計(jì)中材料應(yīng)用的環(huán)保性要求。

3.結(jié)語

機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和運(yùn)用是整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的核心，對(duì)提高機(jī)械設(shè)計(jì)的水平，保障機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量以及推動(dòng)整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中首先應(yīng)當(dāng)選擇符合設(shè)計(jì)要求的材料，然后對(duì)材料進(jìn)行科學(xué)合理的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的相統(tǒng)一，進(jìn)而全面促進(jìn)我國機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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