機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用

摘 要：在機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的選擇是機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在選擇材料時(shí)，既要滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)所需求的機(jī)械性能，又要保證該材料滿足環(huán)境保護(hù)的要求。如何在機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇和應(yīng)用好材料成為機(jī)械設(shè)計(jì)人員所面臨的難題。本文著重介紹了使用型材料、碳素鋼與合金鋼、載荷類型材料以及低消耗材料的選擇和應(yīng)用，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中材料應(yīng)用的注意點(diǎn)進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)：材料選擇：應(yīng)用要點(diǎn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.005

隨著國(guó)家對(duì)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的不斷推進(jìn)，機(jī)械逐漸被人們重視，從而使機(jī)械行業(yè)在社會(huì)中的地位逐漸提高。機(jī)械將會(huì)在未來(lái)的發(fā)展中成為社會(huì)中的中堅(jiān)力量。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械行業(yè)的基礎(chǔ)，在機(jī)械行業(yè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，材料的選擇又是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，因此對(duì)該項(xiàng)環(huán)節(jié)進(jìn)行深入探討和研究有著深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇的重要性

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，工業(yè)體系逐漸完善，這些改變使得我國(guó)機(jī)械行業(yè)得到了一定的發(fā)展，為機(jī)械行業(yè)帶來(lái)了機(jī)遇，同時(shí)帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。隨著工業(yè)化發(fā)展越來(lái)越快，機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料逐漸多樣化，這在樣就導(dǎo)致機(jī)械設(shè)計(jì)中的原材料的選擇變得復(fù)雜及繁瑣，機(jī)械材料可謂是機(jī)械生產(chǎn)中的基礎(chǔ)，足夠的材料是企業(yè)發(fā)展的前提條件。但是又不能盲目的去采購(gòu)原材料，那樣會(huì)增加企業(yè)的資金壓力，不利于資金管理及成本控制，這就會(huì)造成材料選擇空間相對(duì)較小。針對(duì)這種情況，相關(guān)工作人員在大力開展機(jī)械設(shè)計(jì)工作的整個(gè)過(guò)程中，需要合理分析材料選擇及應(yīng)用細(xì)節(jié)。此外，在整個(gè)選擇應(yīng)用期間，工作人員應(yīng)高度重視其所具有的適應(yīng)性以及持續(xù)性特點(diǎn)，保證機(jī)械材料資源可以在一定程度上得到最大化利用。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用

2.1 功能性材料的選擇

在機(jī)械材料選擇時(shí)，根據(jù)不同部件的功能要求，其所用的材料的性能需求就不同，根據(jù)材料特性，做到材料在不同零部件位置上的合理應(yīng)用，比如，部分零件應(yīng)該用到支撐力相對(duì)較強(qiáng)的位置，而一些臨建則需要用在耐磨性能要求較高的地方。還有一些零件是外觀件，對(duì)外觀有較高要求。所以說(shuō)，機(jī)械設(shè)計(jì)期間，實(shí)施材料選擇的時(shí)候，必須要清楚各個(gè)零部件所具有的功能要求，然后結(jié)合個(gè)性化要求，合理選擇性能水平較高的機(jī)械材料。

2.2 碳素鋼與合金鋼的選擇

機(jī)械設(shè)計(jì)所用到的金屬材料中，使用最為廣泛的便是碳素鋼了。碳素鋼的加工工藝簡(jiǎn)單，成本較低，但是使用范圍有一定的局限性。碳素鋼韌性較差，強(qiáng)度較低，不能用來(lái)加工尺寸較大的零件。合金鋼的出現(xiàn)恰巧解決了此類問(wèn)題，科研人員在碳素鋼生產(chǎn)過(guò)程中加入合金元素，形成一種合金鋼，提高了碳素鋼的韌性和強(qiáng)度，相當(dāng)于增加淬透性的作用，同時(shí)，還有提高了材料的耐磨性。在特殊工況下將材料換為性能優(yōu)異的合金鋼既能提高產(chǎn)品的可靠度，又能避免資源的過(guò)度浪費(fèi)。

2.3 載荷類型材料的選擇和應(yīng)用

產(chǎn)品運(yùn)行期間，往往會(huì)出現(xiàn)一些非正常問(wèn)題，比如零部件不可以正常使用，從現(xiàn)象出現(xiàn)原因上進(jìn)行分析，一個(gè)非常關(guān)鍵的原因就在于所選擇好的材料具備較差負(fù)載力。此外，機(jī)械正常工作過(guò)程中，常常會(huì)發(fā)生機(jī)器突然失效問(wèn)題，該現(xiàn)象出現(xiàn)的原因一般為材料荷載因素。所以說(shuō)，為避免以上幾種情況的發(fā)生就要在機(jī)械材料的選擇上要多下功夫，做好該零件的工作荷載的估算。

2.4 低消耗材料的選擇和應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)備的選擇和應(yīng)用過(guò)程中，為了保證機(jī)械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，在材料的選擇上盡量挑選具備節(jié)能環(huán)保性能的材料。例如有些產(chǎn)品的使用工況比較惡劣需要選擇防腐能力較強(qiáng)的材料，有的廠家選擇不銹鋼或塑料材質(zhì)，有的廠家選擇通過(guò)噴涂的方式來(lái)達(dá)到防腐效果，然而噴涂的過(guò)程中的表面處理對(duì)環(huán)境的污染非常大，不利于行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，所以此種情況大家盡量不要選擇噴涂的方式進(jìn)行防腐，而是通過(guò)材料的本身性能去防腐。另外有的材料的性能比較差，需要經(jīng)過(guò)熱處理等方法對(duì)其進(jìn)行性能提升，熱處理的過(guò)程也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，在此類材料選擇時(shí)盡量不選用熱處理材料，或選擇熱處理工序少的材料。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料應(yīng)用工作的注意要點(diǎn)

3.1 適用性以及經(jīng)濟(jì)性之間的和諧統(tǒng)一

現(xiàn)階段，機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇環(huán)節(jié)，一個(gè)非常重要的內(nèi)容，那就是要體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性與適用性這兩個(gè)原則。具體工作過(guò)程中，工作人員需要將材料制造方法作為選擇標(biāo)準(zhǔn)之一。一般情況下，不同機(jī)械設(shè)計(jì)所需要的材料在實(shí)際技術(shù)要求方面是存在較大差異性，包括鑄造工藝流程、焊接工藝流程以及切削方法等工藝要求。所以說(shuō)，針對(duì)不同材料的最終應(yīng)用，工作人員需要保證其性能的有效發(fā)揮，增強(qiáng)其使用性。同時(shí)，材料選擇工作需要確保零部件性能發(fā)揮，最大限度增強(qiáng)材料的經(jīng)濟(jì)性能，使機(jī)械設(shè)計(jì)工作獲得最大化經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 實(shí)現(xiàn)環(huán)保性和節(jié)能性之間的結(jié)合

目前，我國(guó)大力倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展，最終目的在于使廣大企業(yè)都可以做到工作的節(jié)能化以及環(huán)保化，并確保其貫穿于整個(gè)經(jīng)營(yíng)過(guò)程。在此發(fā)展形勢(shì)之下，相關(guān)企業(yè)都應(yīng)該嚴(yán)格遵循科學(xué)化的行業(yè)要求，堅(jiān)持國(guó)家所規(guī)定的環(huán)保原則，真正做到方針政策的嚴(yán)格落實(shí)。在機(jī)械的生產(chǎn)及制造過(guò)程中，會(huì)有很多不可再生資源的使用，如果這些資源被過(guò)度消耗，就會(huì)為機(jī)械產(chǎn)品的使用埋下很大隱患，為了防止此類事件發(fā)生，在機(jī)械設(shè)計(jì)人員進(jìn)行材料選擇時(shí)要做好方案，堅(jiān)持一定的節(jié)能環(huán)保理念，盡量選擇能耗水平相對(duì)較低，且污染強(qiáng)度較小的材料，將其作為最主要的設(shè)計(jì)原料使用。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）機(jī)械設(shè)備材料選擇工作中，工作人員既要關(guān)注零部件應(yīng)用合理性，又要強(qiáng)調(diào)零部件性能情況、配合情況及切合性情況，做到材料使用的性能水平最大化。（2）在對(duì)碳素鋼與合金鋼做區(qū)分選擇時(shí)，要注意該零件的設(shè)計(jì)韌性和強(qiáng)度，做出合理選擇，既避免資源的浪費(fèi)，又能達(dá)到使用要求。（3）認(rèn)真做好機(jī)械部件的載荷計(jì)算預(yù)估，選對(duì)材料，從而保障設(shè)備的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。（4）材料盡可能選擇低能耗、環(huán)保節(jié)能，對(duì)不含有害元素的材料。

總之，在機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選擇上要做到適用性和經(jīng)濟(jì)性相統(tǒng)一，環(huán)保性與節(jié)能性相結(jié)合。

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作者簡(jiǎn)介：王翠萍（1983-），女，山東濟(jì)陽(yáng)人，本科，主要從事非標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)工作。