淺析化工機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用

時(shí)培玉(黑龍江省龍鳳區(qū)大慶石化公司化工二廠，黑龍江 大慶 163714)

1 材料的選擇

1.1 載荷型

機(jī)械設(shè)計(jì)過程中,通常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 碳素鋼與合金鋼型

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。但是碳素的韌性和強(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碳素鋼的使用。因此,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 可回收和循環(huán)利用型

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。導(dǎo)致在機(jī)械設(shè)計(jì)中,很難對材料進(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，可以選擇一些單一的合金系制作零部件,以有效提高對合金的回收和循環(huán)利用效率。

2 材料的運(yùn)用

2.1 使經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性相結(jié)合

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)出冷墩性和沖壓性的特點(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,最大限度地對加工工藝和零部件的生產(chǎn)方式進(jìn)行合理的控制。

2.2 參照零件的制作工藝

在進(jìn)行機(jī)械生產(chǎn)或是加工生產(chǎn)的時(shí)候，許多的加工技術(shù)對于材料的要求是不一樣的。就比如說鑄造工業(yè)就要求機(jī)械設(shè)計(jì)的材料要具備高流動(dòng)、高收縮、高吸氣的特點(diǎn)；焊接工藝卻是需要考慮沖壓和冷鐓的特性是否良好；熱處理工藝要在溫度過高的時(shí)候，材料具備敏感性，在進(jìn)行氧化的時(shí)候會(huì)脫碳；切削工藝又需要材料能夠便于切削。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，運(yùn)用材料要參考機(jī)械材料零件的制作工藝。零件是組成機(jī)械最基本的載體，在進(jìn)行零件選擇的時(shí)候，一定要保障其在工作的環(huán)境下也能正常保持工作能力，也要考慮到零件的成本不能過高。工作能力是說零件要保持其持久的工作效力，也被稱之為承受能力。零件不管在什么條件之下，一旦失去了工作能力就是失效。零件在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候不僅要考慮到零件要具備足夠的工作能力，還要在選擇材料的時(shí)候盡量降低成本。零件也要保障制作工藝，盡量減少經(jīng)濟(jì)支出，零件的類型盡量能通俗化、標(biāo)準(zhǔn)化，將設(shè)計(jì)程序盡量簡單化來降低生產(chǎn)成本。

2.3 做好防腐保護(hù)

在防腐的時(shí)候，首先要從工藝上進(jìn)行一些有助于防腐的設(shè)計(jì)。有時(shí)候機(jī)械設(shè)備的形狀非常復(fù)雜，這就會(huì)導(dǎo)致一些如積塵一般明顯的缺陷。平時(shí)看不出來，但很快這些地方就會(huì)被優(yōu)先腐蝕。因此，為了避免這種現(xiàn)象，在進(jìn)行化工設(shè)備的組合設(shè)計(jì)的時(shí)候，就要考慮到以下幾個(gè)問題：

(1)設(shè)備的結(jié)構(gòu)盡量簡單化。

一切零件都盡量運(yùn)用一種材質(zhì)的金屬，零件組合的時(shí)候也盡量不要留下縫隙；

(2)涂抹防銹漆。

設(shè)備的表面要涂抹質(zhì)量較好的防銹漆，這也是比較關(guān)鍵的一環(huán)，好的防銹漆可以起到隔離空氣和水汽的效果。在這里，還要注意設(shè)備的結(jié)構(gòu)有時(shí)也會(huì)對防銹漆的涂抹產(chǎn)生一定的影響。也就是說，設(shè)備組合復(fù)雜的情況下，防銹漆的涂抹也會(huì)出現(xiàn)困難；

(3)確保不存在水汽淤積現(xiàn)象。

在進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)的時(shí)候，盡量不要給水汽留下任何淤積的可能。也就是說，設(shè)計(jì)過程中，不要出現(xiàn)凹孔。有的設(shè)備必須出現(xiàn)，則應(yīng)該設(shè)置一個(gè)排水系統(tǒng)；

(4)保證工作的連貫性。

化工設(shè)備在進(jìn)行焊接的時(shí)候，一定喲盡量連續(xù)不中斷，在連接的過程中也要避免各種質(zhì)量上的缺陷。如果發(fā)生了缺陷，很有可能就從缺陷點(diǎn)這兒產(chǎn)生新的腐蝕現(xiàn)象；

(5)合理化的防腐處理。

因?yàn)樵O(shè)備的縫隙處是最容易被腐蝕的，因此對設(shè)備各個(gè)零件結(jié)合的地方要進(jìn)行一些合理化的防腐處理?？梢圆扇‰p面連續(xù)對接焊的方式讓焊接的質(zhì)量更高，這樣也可以有效地避免縫隙處發(fā)生腐蝕。

腐蝕在化工設(shè)備中并不罕見，化工設(shè)備在日常的工作中，經(jīng)常與空氣和水汽接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后就會(huì)呈現(xiàn)出腐蝕的現(xiàn)象，而后就會(huì)對化工設(shè)備產(chǎn)生很大的危害。如果化工設(shè)備受到了腐蝕，其外表的色澤就會(huì)發(fā)生改變，內(nèi)部性能也會(huì)受到一定的影響，而后設(shè)備的使用壽命縮短，工作效率下降，就會(huì)影響到整個(gè)化工工程的進(jìn)度，影響化工企業(yè)的收益。因此，對化工設(shè)備腐蝕的研究是非常有必要的。在進(jìn)行化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，要根據(jù)設(shè)備工作時(shí)候運(yùn)行的效果以及應(yīng)該具備的特點(diǎn)做到以下幾點(diǎn)：第一，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)應(yīng)該具備耐腐蝕的特點(diǎn)，因?yàn)檫@是化工產(chǎn)品的生產(chǎn)要求；第二，化工設(shè)備工作的時(shí)候要盡量保證穩(wěn)定流暢，不能因?yàn)椴糠至慵桓g導(dǎo)致整個(gè)的工作效率下降，不要讓腐蝕大量積累，否則只會(huì)越積越多；第三，設(shè)備運(yùn)行也要關(guān)注外力的保護(hù)作用，防止產(chǎn)生新一輪的腐蝕。

2.4 強(qiáng)調(diào)節(jié)能性和環(huán)保性

近些年來，我國的經(jīng)濟(jì)正在騰飛，快速增長的經(jīng)濟(jì)也帶動(dòng)了資源的大量消耗。而用于機(jī)械方面的材料很多都被開采殆盡，有些資源已經(jīng)是極其稀少。這時(shí)候，我們在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的材料選擇時(shí)，要更多地考慮到對環(huán)境的保護(hù)，也要考慮到成本的輸出。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)的時(shí)候，注意環(huán)保和節(jié)能也是為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。如果一味地追求經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對那些不可再生資源大力地開采利用只會(huì)給未來的化工生產(chǎn)埋下更多的禍根，所以說，化工設(shè)備所選用的材料是否可以達(dá)到環(huán)保和節(jié)能的效果也是我們下一步研究的熱點(diǎn)問題。就比如說機(jī)械設(shè)計(jì)鑄件的環(huán)節(jié)，剛開始設(shè)計(jì)的5%的資金投入將決定以后生產(chǎn)中80%的資金投入。所以，在進(jìn)行化工設(shè)備設(shè)計(jì)選擇材料的時(shí)候，要考慮現(xiàn)階段的節(jié)能與環(huán)保問題，有效地節(jié)約不可再生資源，節(jié)約成本，千萬不要產(chǎn)生無效的浪費(fèi)。

3 結(jié)語

工業(yè)發(fā)展離不開化工機(jī)械設(shè)備，保證其正常運(yùn)行是工程項(xiàng)目的正常生產(chǎn)和運(yùn)作的前提與關(guān)鍵。而化工機(jī)械設(shè)備又離不開化工機(jī)械的設(shè)計(jì)，作為機(jī)械設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的內(nèi)容之一，材料選擇的質(zhì)量的好壞將直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作質(zhì)量的好壞，因此要倍加注意，以保證機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行。

[1]趙秀敏.機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2011.

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[3]索春英.淺談自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2014.