機(jī)械設(shè)計(jì)加工中的材料選擇問題研究

摘 要：機(jī)械的設(shè)計(jì)和加工是加工產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，而在機(jī)械的設(shè)計(jì)加工過程中材料的選擇將直接的關(guān)系到機(jī)械的加工性能、加工精度和使用的壽命。本文結(jié)合實(shí)際，對當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)加工材料選擇中的問題進(jìn)行簡要的探究。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；材料選擇；問題

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.232

0 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，高精度的機(jī)械加工行業(yè)逐漸成為我國機(jī)械加工行業(yè)的主流。高精度的機(jī)械加工在機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇和加工方案的設(shè)計(jì)上都要嚴(yán)格的符合行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，并通過相關(guān)的技術(shù)手段提升加工的精度，從而達(dá)到客戶的要求。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇的意義

在機(jī)械設(shè)計(jì)配置研究中，機(jī)械是由材料構(gòu)成的。因此在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，首先要將機(jī)械材料的選擇放機(jī)械設(shè)計(jì)的第一位。工程師選擇零件時(shí)必須要根據(jù)機(jī)械的使用情況考慮零件配置的合理性，同時(shí)要著重判斷選擇的零件是否符合整個(gè)機(jī)械的配置要求。在進(jìn)行機(jī)械的設(shè)計(jì)和制造時(shí)，尺寸配合是至關(guān)重要的，尺寸的設(shè)計(jì)將直接影響機(jī)械的加工性能，同時(shí)影響機(jī)器在使用過程中的經(jīng)濟(jì)效益和互換性指標(biāo)。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，材料的選擇一定要科學(xué)，在保證機(jī)械加工性能的同時(shí)考慮機(jī)械在使用過程中的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保性。

機(jī)械行業(yè)是中國國民經(jīng)濟(jì)中一項(xiàng)十分重要的支撐型產(chǎn)業(yè)，是我國經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的助推器。在科學(xué)發(fā)展觀的指導(dǎo)下，機(jī)械設(shè)計(jì)加工行業(yè)中材料的選擇不僅要符合加工的要求，還要符合可持續(xù)發(fā)展的原則，即材料的選擇要盡可能的做到環(huán)保。機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展中僅僅依靠機(jī)械設(shè)計(jì)提升機(jī)械加工的精度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要注重機(jī)械設(shè)計(jì)加工中材料的選擇，只有同時(shí)注意這兩點(diǎn)才能真正提升我國機(jī)械加工行業(yè)的整體水平。除此之外在新的社會(huì)背景下機(jī)械加工行業(yè)要想更好的發(fā)展下去，除了提升自身的技術(shù)水平保證產(chǎn)品的質(zhì)量外，更重要的是在材料的選擇中融入可持續(xù)發(fā)展的理念，為機(jī)械加工制造業(yè)的發(fā)展注入新的活力。

隨著中國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和優(yōu)化，我國機(jī)械加工制造業(yè)迎來了空前的發(fā)展機(jī)遇，但同時(shí)也在面臨材料短缺等問題。機(jī)械設(shè)計(jì)對于材料的需求量是十分巨大的，資源的短缺無時(shí)無刻不在影響整個(gè)機(jī)械加工制造業(yè)的發(fā)展。為了解決這一問題，使行業(yè)向更加健康的方向發(fā)展，機(jī)械的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)改變原有的選材方式，采用更加科學(xué)綠色的選材方式，以滿足機(jī)械設(shè)計(jì)適用性和經(jīng)濟(jì)性原則，同時(shí)達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的要求。材料的選擇要充分利用有限的材料資源，把握好機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇是關(guān)鍵，提升材料的利用效率，在提升經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)加工中材料選擇存在的問題

在市場經(jīng)濟(jì)的影響下，機(jī)械加工廠商不僅要保證產(chǎn)品的質(zhì)量，還要通過各種手段提升加工廠商的經(jīng)濟(jì)效益。因此在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)加工過程中，很多廠商將提升工廠的經(jīng)濟(jì)效益作為機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇的關(guān)鍵，這使得工廠在材料的選擇上并沒有堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的原則。企業(yè)在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇的同時(shí)沒有考慮材料的選擇對環(huán)境和整個(gè)市場的影響。也正是因?yàn)檫@些原因我國當(dāng)前的材料市場上很多材料的供應(yīng)十分短缺，難以滿足機(jī)械加工業(yè)發(fā)展的需要。在這樣的大背景下，機(jī)械加工廠商應(yīng)當(dāng)充分的考慮機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇對自身發(fā)展的意義，再綜合考慮成本、材料的供應(yīng)渠道是否穩(wěn)定、材料的性能是否合乎標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)的產(chǎn)品是否可以達(dá)到加工精度的要求。

在經(jīng)濟(jì)市場的影響下，很多機(jī)械設(shè)計(jì)加工廠商將材料的成本作為材料選擇作重要的標(biāo)準(zhǔn)。通過這樣的方式廠商可以提升經(jīng)濟(jì)效益，但他們忽視了機(jī)械設(shè)計(jì)加工中的其他因素，諸如材料的性能、供應(yīng)渠道是否穩(wěn)定、是否符合綠色環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)。綠色環(huán)保是實(shí)行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵，但很多機(jī)械設(shè)計(jì)加工廠商并沒有將其作為材料選擇的關(guān)鍵，這多可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施十分不利?？沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略是未來我國各行各業(yè)發(fā)展的目標(biāo)，企業(yè)只有遵守這一規(guī)則才能在未來激烈的社會(huì)競爭中抓住機(jī)遇。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)加工企業(yè)應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，將環(huán)保原則可持續(xù)發(fā)展的理念運(yùn)用到材料的選擇中。對于企業(yè)而言可持續(xù)發(fā)展到的原則同樣適用企業(yè)的發(fā)展和管理，可以為企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升提供新的思路，企業(yè)的管理者應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，并將這樣的思想運(yùn)用到實(shí)際的管理中尤其是機(jī)械設(shè)計(jì)加工材料的選擇當(dāng)中，以提升企業(yè)的管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)加工中材料選擇的基本要素

3.1 綠色環(huán)保的理念

在當(dāng)前的市場條件下機(jī)械材料選擇要注重材料本身的環(huán)保性能，材料的選擇在保證產(chǎn)品性能的同時(shí)保證其不會(huì)對人員造成化學(xué)性危害，生產(chǎn)的過程中不會(huì)對環(huán)境造成較為嚴(yán)重電網(wǎng)污染。當(dāng)代，我國的社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來越快，與此同時(shí)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展對國家的環(huán)境造成了巨大破壞，使我國的資源短缺的問題日益突出。環(huán)境和資源的問題給我國的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了巨大的阻礙，使我國的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展一直籠罩在環(huán)境污染的陰霾之下，很多人也因?yàn)榄h(huán)境污染問題影響了自身的身體健康，付出了沉重的代價(jià)。因此我國認(rèn)識(shí)到經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不應(yīng)當(dāng)以犧牲我國的資源環(huán)境為代價(jià)，機(jī)械設(shè)計(jì)加工行業(yè)作為我國國民經(jīng)濟(jì)重要支撐力之一也應(yīng)當(dāng)將可持續(xù)發(fā)展的觀念作為行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)之一。作為企業(yè)原材的選擇料必須要遵循環(huán)保，低成本，低耗能，高效率的原則，以此來降低環(huán)境的污染提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

而對于可持續(xù)發(fā)展在機(jī)械設(shè)計(jì)加工行業(yè)的具體實(shí)施方法，可以將行業(yè)中材料的利用效率作為參考，從中找出可以降低成本實(shí)行可持續(xù)發(fā)展策略的方法。據(jù)權(quán)威資料表明在機(jī)械設(shè)計(jì)加工業(yè)，一些零件得到生產(chǎn)成本是可以得到有效控制的，有不少材料是可以進(jìn)行循環(huán)利用的，這些不僅可以幫助生產(chǎn)企業(yè)降低成本，還可以節(jié)約資源，達(dá)到綠色生產(chǎn)的目標(biāo)。

如今，為了加緊跟社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐，調(diào)節(jié)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系，可持續(xù)發(fā)展的理念正在逐步被人們關(guān)注。在選擇機(jī)械設(shè)計(jì)加工材料的過程中必須遵循可持續(xù)發(fā)展的理念，將可持續(xù)發(fā)展的理念有效地運(yùn)用到機(jī)械設(shè)計(jì)加工中，將材料使用和機(jī)械設(shè)計(jì)調(diào)合在一起。讓使一種材料，多種功能運(yùn)用的生產(chǎn)途徑在技術(shù)上得以實(shí)現(xiàn)并逐步走向成熟，這種理念在幫助企業(yè)解決了成本問題的同時(shí)，讓機(jī)械設(shè)計(jì)加工行業(yè)逐漸步入了穩(wěn)定的可持續(xù)發(fā)展道路，這為我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展注入了新的活力。

3.2 性能性原則

在機(jī)械設(shè)計(jì)加工領(lǐng)域，材料的選擇與材料本身的用途是緊密關(guān)聯(lián)的。不同的材料會(huì)顯示出不同的性能，工程師會(huì)根據(jù)材料的不同性能為材料找到最為合適的用途。機(jī)械的設(shè)計(jì)加工在材料的選擇上有很多的思路，但總體來說材料的選擇要能達(dá)到機(jī)械設(shè)計(jì)加工對材料性能的要求。拿我們常見的機(jī)械設(shè)計(jì)材料來說，金屬材料的特性在于有良好的性能且有較高的強(qiáng)度，但是有不少金屬材料會(huì)在潮濕環(huán)境下改變其使用性能高分子材料往往有較強(qiáng)的彈性以及耐腐蝕性，但是在高溫條件下很容易出現(xiàn)變形，從而導(dǎo)致性能發(fā)生變化。因此在進(jìn)行材料的選擇是要重視工作環(huán)境對材料本身理化性質(zhì)的影響，從而使機(jī)械可以在工作的環(huán)境下正常高效的運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，材料的選擇將會(huì)直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，而產(chǎn)品的質(zhì)量將決定產(chǎn)品在市場上的價(jià)值，在進(jìn)行加工制造時(shí)材料的選擇要慎重，在符合綠色生產(chǎn)理念的同時(shí)通過精心的選材提升產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.3 了解材料的基本屬性和材料的利用價(jià)值

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，有很多材料都是經(jīng)常要用到的。對于這些常用的材料，企業(yè)的技術(shù)人員和工程師要對其性能和運(yùn)用的價(jià)值有全面的了解，這樣在進(jìn)行材料選擇時(shí)，工程師便會(huì)更加高效的完成選材工作，并對機(jī)械的設(shè)計(jì)有更加全面的認(rèn)識(shí)，這對后期加工工作的展開是十分關(guān)鍵的。

在機(jī)械設(shè)計(jì)加工中最常見的材料便是金屬材料，金屬材料是工業(yè)中運(yùn)用范圍最廣的材料之一。相比于其他的材料金屬材料的韌性和強(qiáng)度較高，價(jià)格便宜，是一種較為理想的材料。在當(dāng)前的科技水平下金屬材料的種類也日益增多，有很多金屬材料在某些理化性質(zhì)上有較為優(yōu)越的性能，工程師要充分了解這些材料的性能，為更好的進(jìn)行材料的選擇打下基礎(chǔ)。復(fù)合材料也一種廣泛運(yùn)用的材料，這種材料有兩種或兩種以上的材料組成，這種材料能同時(shí)滿足機(jī)械加工對材料的諸多苛刻要求，所以使用范圍非常廣。復(fù)合型材料分為兩種類型，即金屬和非金屬，例如由金屬材料組成的就是金屬復(fù)合材料，由樹脂等材料組成的就是非金屬材料，工程師在在進(jìn)行材料的選擇時(shí)同樣要遵循成本、質(zhì)量、安全性、可持續(xù)發(fā)展的原則，提升加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

選擇碳素材料和合金鋼材料，是多數(shù)廠商提升生產(chǎn)質(zhì)量普遍運(yùn)用的方法。碳素材料是常見的生產(chǎn)原材料，價(jià)格偏低，適用范圍非常廣，可是由于自身強(qiáng)度低，使得它在使用中不易被完全淬透。但倘若在生產(chǎn)過程中加入一些合金，就會(huì)形成新的材料，這種新材料淬透性強(qiáng)，自身的韌性和強(qiáng)度也有所增加。這種材料的制作加工要求不高，很多產(chǎn)商可以自行制作，用這樣的材料可以極大的提升機(jī)械的使用壽命，提升產(chǎn)品的質(zhì)量。

但當(dāng)前很多廠商在機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候，很多將種材料會(huì)堆放在一起，因此在選擇材料的時(shí)候很難將它們區(qū)分，這不僅大大的降低的工作的效率，也為后期材料的回收利用帶來了巨大的難度。因此企業(yè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的管理，并注重材料的回收和循環(huán)利用。例如將一些合金或者單一的部件作為成品材料，將其作為規(guī)范到生產(chǎn)流程中，對已經(jīng)損壞的零件技術(shù)的更換回收，使材料可以循環(huán)利用，以此來降低生產(chǎn)的成本。

4 結(jié)語

選擇合適的材料并將材料的性能給予充分的開發(fā)是機(jī)械設(shè)計(jì)加工產(chǎn)業(yè)的核心，只有做到這些才能真正的發(fā)掘機(jī)械制造行業(yè)潛能，使行業(yè)得以一種高效且環(huán)保的方式快速發(fā)展。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)加工廠商要重視材料的選擇，運(yùn)用的科學(xué)的管理方法和創(chuàng)新的工藝，將經(jīng)濟(jì)，環(huán)保，高效率三者的和諧的統(tǒng)一起來，為我國機(jī)械設(shè)計(jì)加工行業(yè)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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作者簡介：陶勇（1958-），男，四川綿陽人，講師，研究方向：主要從事機(jī)。