機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用

董曉東

摘 要：在機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的選擇關(guān)乎行業(yè)的發(fā)展，是機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的重要基礎(chǔ)。因此在機(jī)械設(shè)計(jì)和相關(guān)行業(yè)中要尤其重視材料的選擇。文章介紹了機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用的意義，闡述了當(dāng)前對機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇和應(yīng)用的要求，并提出相關(guān)注意事項(xiàng)，為機(jī)械設(shè)計(jì)提供一定的理論參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；材料選擇；材料應(yīng)用；實(shí)用性

引言

隨著我國城市化進(jìn)程不斷加快，機(jī)械行業(yè)作為我國城市建設(shè)的中堅(jiān)力量，其發(fā)展水平受到很多人的關(guān)注。機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用是保證機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提，對機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用的討論已經(jīng)成為當(dāng)前機(jī)械領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。在我國未來的發(fā)展過程中，機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料選擇會對我國的經(jīng)濟(jì)效益以及社會效益產(chǎn)生較大的影響，進(jìn)一步研究機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇和應(yīng)用問題，對于機(jī)械行業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用意義

隨著機(jī)械設(shè)備需求量的不斷增加以及機(jī)械設(shè)備使用概率的不斷提升，使得人們對機(jī)械設(shè)備質(zhì)量和功能的要求也越來越高，因此做好機(jī)械設(shè)計(jì)工作對于機(jī)械設(shè)備企業(yè)來說具有十分重要的意義。其中材料是構(gòu)成機(jī)械設(shè)備的最基本元素，材料選擇是否科學(xué)、應(yīng)用是否合理將對機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量造成巨大影響，因此在機(jī)械設(shè)計(jì)中一定要做好材料的選擇與應(yīng)用工作，一方面確保所用到的材料具備適用性和實(shí)用性，另一方面還要盡量考慮經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等方面，以使機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展[1]。

進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)選材時，要充分重視材料選擇的合理性，要利用好每一份的機(jī)械設(shè)計(jì)原材料，要對機(jī)械設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行綜合性的評價，同時要結(jié)合現(xiàn)代材料資源的現(xiàn)狀，合理選擇機(jī)械設(shè)計(jì)材料，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程的應(yīng)用性發(fā)展，這也使得機(jī)械設(shè)計(jì)時材料選擇和應(yīng)用過程當(dāng)中所重視的每個要素成為將來實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程可持續(xù)性發(fā)展的一個關(guān)鍵。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇和應(yīng)用的要求

2.1 對材料載荷水平的選擇

機(jī)械設(shè)計(jì)中對于材料荷載水平的選擇是很重要的，這是因?yàn)樵跈C(jī)械設(shè)計(jì)的過程中一些材料由于荷載水平較低的原因可能會導(dǎo)致出現(xiàn)后期抑制失效的情況，使得機(jī)械零件不能發(fā)揮出應(yīng)有的作用，因此在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)首先對擬用到的材料進(jìn)行載荷水平方面的評估，優(yōu)選載荷水平較高的材料，并在有需要的情況下對材料進(jìn)行后期處理，以使材料的荷載水平得到進(jìn)一步的提高，例如對低碳鋼進(jìn)行滲碳以及對中碳鋼調(diào)質(zhì)等。

2.2 盡量選擇低耗能和低污染材料

這里包括材料本身生產(chǎn)過程中的低耗能和低污染以及材料在加工應(yīng)用的工藝過程中的低能耗和低污染兩個方面，對于前者來說，選擇環(huán)保型材料作為原材料是一個理想的選擇，而對于后者來說，即便材料本身具有低能耗和低污染的特點(diǎn)[2]。但在加工過程中可能會由于工藝的原因產(chǎn)生過多的能耗和污染物，因此一定要做到以下兩個方面的要求，第一是要盡量選擇不經(jīng)熱處理工藝即可達(dá)到使用要求的材料，第二是在無法避免熱處理工藝的情況下，應(yīng)當(dāng)選擇熱處理程序較少的材料。

2.3 使用性材料的選擇

在選擇機(jī)械材料時，材料的使用性是一個必須要考慮的因素，同時，它也是保障材料性能和質(zhì)量的根本性因素。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，不同的零部件對材料有不同的需求。例如，有些零件需要強(qiáng)度較高的材料，有些零件需要耐磨性能較好的材料，還有一些零件需要外表較為美觀的材料。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中對材料進(jìn)行選擇時，首先要了解清楚各個零部件對材料的需求，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)其要求，選擇使用性能較高的材料。

2.4 選擇對人體無害的材料

在械設(shè)計(jì)中，一些機(jī)械材料本身就帶有對人體有害的物質(zhì)，人們?nèi)绻L期使用這些材料，會對身體造成一定損害?？赡軙墟?、鉛、六價鉻、砷等元素，這些元素往往都會對人體健康產(chǎn)生不利的影響，即便在加工過程中做好防護(hù)措施，使得加工過程對人體不產(chǎn)生有害影響，也會由于其隨著廢棄物排放到外界環(huán)境中，在污染環(huán)境的同時，在生物體內(nèi)完成積累，從而對人體產(chǎn)生間接影響，因此實(shí)際工作中要謹(jǐn)慎選擇。

2.5 優(yōu)先選擇可循環(huán)利用性好的材料

在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中所選用的材料很多都是金屬的，而不同的零件由于使用要求不同，其使用的金屬材料的種類也會有所不同，有時為了實(shí)現(xiàn)材料的某種性能要求，還會將很多種類的金屬混合在一起形成合金材料，再加以使用，這樣做雖然能實(shí)現(xiàn)機(jī)械材料的使用要求，但一旦機(jī)械報廢，就會增加這些金屬材料的回收難度，也會進(jìn)一步增加回收的成本。所以為了是吸納廢物的資源化，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中要充分考慮所選材料的可循環(huán)利用性，例如，在金屬材料的選擇方面要選用那些單一的合金材料，而且要優(yōu)先選擇合成金屬種類少的合金材料。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用需要注意的問題

3.1 注重選材的經(jīng)濟(jì)性與適用性

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選擇和應(yīng)用時最為關(guān)心的就是材料的經(jīng)濟(jì)性和適用性。機(jī)械設(shè)計(jì)人員要綜合分析機(jī)械設(shè)計(jì)過程當(dāng)中所涉及到的生產(chǎn)工藝、焊接工藝、裝配工藝以及鑄造工藝等，同時要結(jié)合實(shí)際的設(shè)計(jì)要求來選擇那些高質(zhì)量而低價值的經(jīng)濟(jì)適用性的原材料，進(jìn)而在最大程度上利用材料的使用價值，有效保證機(jī)械設(shè)計(jì)所使用的材料的設(shè)計(jì)要求，使其在機(jī)械設(shè)計(jì)過程當(dāng)中發(fā)揮最大效用。例如，在機(jī)械鑄造工藝當(dāng)中，要充分保證機(jī)械材料的流動性、收縮性、吸氣性以及偏析性；在焊接工藝當(dāng)中，要充分保證材料的敏感性和適用性；在鍛造工藝當(dāng)中，要充分保證材料的冷鐓性、沖壓性、鍛后冷卻性以及可鍛性[3]。機(jī)械材料的不同性能使得在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的工藝時可以選擇各種不同的材料，只要滿足基本的工藝需求，了解各種工藝所需材料的不同性能，就能實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的材料的合理化選擇。在滿足機(jī)械設(shè)計(jì)材料的適用性之后，要分解實(shí)際工程預(yù)算充分考慮設(shè)計(jì)材料的經(jīng)濟(jì)性，不但要滿足材料的質(zhì)量要求，還要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性的材料選擇。對于那些可以循環(huán)利用的原材料，要充分利用其可循環(huán)性，在機(jī)械設(shè)計(jì)過程當(dāng)中要加以循環(huán)利用，有效減小資源的消耗，降低機(jī)械設(shè)計(jì)成本，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 對材料的選擇和應(yīng)用要重視節(jié)能環(huán)保

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇和應(yīng)用過程中，要充分重視材料的節(jié)能和環(huán)保特點(diǎn)，這也是時代的要求。在過去的幾十年中，我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了舉世矚目的成就，然而不可忽視的一點(diǎn)是，我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展是以耗費(fèi)大量的一次能源、資源和破壞環(huán)境作為代價的，由此帶來的負(fù)面影響已經(jīng)在近幾年顯現(xiàn)出來，當(dāng)前，我國國境內(nèi)不可再生資源已經(jīng)面臨枯竭的局面，同時環(huán)境的污染以及由此帶來的災(zāi)害性天氣嚴(yán)重危害著人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境，因此在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中要將節(jié)能和環(huán)保的理念貫穿其中，走節(jié)能環(huán)保的發(fā)展道路，不僅為當(dāng)代，也為后代謀利益。

3.3 選材的可持續(xù)發(fā)展

在機(jī)械設(shè)計(jì)的選材過程當(dāng)中要始終遵循我國的可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略，要充分重視機(jī)械設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展。機(jī)械設(shè)計(jì)人員要基于設(shè)計(jì)需求，充分發(fā)掘所選材料的潛力并結(jié)合材料的不同特性使其發(fā)揮最大化的作用，并有針對性地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用。

4 結(jié)語

總之，機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用要綜合多方面因素加以分析考慮，既要保證機(jī)械設(shè)計(jì)滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的規(guī)定以及使用要求，又要使其順應(yīng)時代發(fā)展的要求，并實(shí)現(xiàn)材料的環(huán)保性、節(jié)能性以及經(jīng)濟(jì)性等要求，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)又快又好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 周玉豐，張帆.機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用分析[J].河北農(nóng)機(jī)，2014（12）：49-49.

[2] 呂玉磊.機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用分析[J].江西建材，2015（22）：259-260.

[3] 韋佑銀，謝非.機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用[J].文摘版：工程技術(shù)，2015（25）：260-260.