機械設(shè)計過程中機械材料的選擇和應(yīng)用探析

高成宇 王鳳岐

摘要：伴隨著社會的進步與科學技術(shù)的發(fā)展，也間接地加快了國內(nèi)的城市化進程，因此對于機械工程設(shè)計應(yīng)用的需求也變得越來越大。在全球工業(yè)化4.0的大趨勢之下，機械制造業(yè)也迎來了新的春天，并且在當前國內(nèi)的市場經(jīng)濟中占據(jù)了重要地位。當前機械制造業(yè)的水平雖然得到了快速提高，但是在其中也衍生出不少問題并未得到有效地解決，阻礙了我國機械設(shè)計工程的順利發(fā)展。文中對于當前我國機械設(shè)計過程當中的機械材料選擇與應(yīng)用上進行了討論與分析，并給出了一些有效的解決辦法，以供相關(guān)從業(yè)人員進行參考、借鑒。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；機械材料；選擇與應(yīng)用；

在機械設(shè)計過程當中，最為核心的環(huán)節(jié)就是機械材料的選擇與應(yīng)用。機械材料的優(yōu)劣對于機械設(shè)計的質(zhì)量與功能具有相當重要影響。但是由于人類的過度開發(fā)而造成金屬資源越來越緊張，而在這樣的大背景下，新型的機械設(shè)計材料也必將會成為今后的主要發(fā)展方向。在機械設(shè)計過程當中，機械材料的選擇與使用一定要以可持續(xù)發(fā)展為中心，在保障機械材料質(zhì)量的前提下，采用性價比較高的、綠色環(huán)保、可重復(fù)使用的機械材料。

1 機械材料的選擇

1.1 材料荷載類型的選擇

根據(jù)國內(nèi)權(quán)威機構(gòu)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，造成絕大多數(shù)的機械零部件失效的原因就是因為零件的外載荷性能較差而引起的。因此在進行機械設(shè)計材料的選擇過程中，對于荷載材料的選擇是相當重要的。但是要怎么樣才能夠選擇可靠的機械材料呢？可以從以下幾個方面進行著手：（1）第一點，外載荷的作用力能夠引起機械材料發(fā)生變形、彎曲或者扭曲，而絕大多數(shù)的作用力集中在材料的表層當中，也就是說機械材料的表面性能，能夠?qū)C械零件的性能失效起到一定的控制作用。所以在進行機械材料的選擇過程當中，在一般情況下都是采用碳鋼調(diào)質(zhì)、低鋼滲碳等等方法來對機械材料進行加工，而且這種加工方法可以顯著地提高機械材料的性能，避免機械材料出現(xiàn)損傷；（2）第二點，在選擇機械設(shè)計材料的時候，要選擇各個部分性能平均分布的機械材料，以保障設(shè)計、或者生產(chǎn)的過程中的穩(wěn)定性與安全性。

1.2 碳素鋼、合金鋼材料的選擇

由于碳素鋼本身具有良好的加工性能、操作性能以及成本優(yōu)勢，而被廣泛地運用到了國內(nèi)的機械設(shè)計行業(yè)中。但是由于碳素鋼的強度偏低，而且韌性較差，所以在進行熱處理加工的時候所需要的工藝難度較高，所以造成碳素鋼在實際的運用上仍然存在一定的局限性。在經(jīng)過長期的運用實踐中，合金鋼材料能夠有效地彌補碳素鋼的缺陷與不足，也正因為如此合金鋼也開始得到業(yè)內(nèi)人士的重視。

1.3 重視機械材料的經(jīng)濟性與適用性

機械材料在挑選上首先要考慮的是材料的經(jīng)濟性與適用性。對于機械設(shè)計師而言，必須要對所有與機械設(shè)計相關(guān)的鑄造技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)以及安裝技術(shù)等方面進行綜合考慮，并且按照設(shè)計過程中的具體需求來選擇價格實惠，而且質(zhì)量有保障的經(jīng)濟適用型的機械材料，只有這樣才能夠?qū)C械材料的價值全部體現(xiàn)出來。例如說在進行機械鑄造的過程當中，既要保障機械材料具備良好的吸氣性，又能夠讓材料擁有縮短性與流動性。在進行鑄造的時候，對于機械材料的沖壓性以及可鍛性、斷后冷卻性等方面都是有嚴格要求的。除此之外，機械材料本身的不同性質(zhì)也給機械設(shè)計帶來不同的選擇，所以要在完全符合機械設(shè)計需求的前提條件之下，將工藝材料的不同性能進行掌握，并且通過科學化、合理化的方式來進行機械材料的選擇與使用。以機械材的經(jīng)濟性為基礎(chǔ)，并確保機械設(shè)計材料的適用性。

1.4 機械材料的選擇

機械設(shè)計材料的選擇上必須要以資源的可持續(xù)發(fā)展來做為前提，重視機械工程設(shè)計的可持續(xù)發(fā)展，并且以機械設(shè)計的具體需求來做為中心，來對機械材料中的潛在價值進行深度發(fā)掘，再與施工材料的特點與優(yōu)勢相結(jié)合，全面性地減少材料的能源耗損。

2 機械設(shè)計材料的選擇與運用

2.1 實用性機械材料的選擇與應(yīng)用

在進行機械設(shè)計的時候，在機械材料的選擇與使用上必須要優(yōu)先考慮機械材料的本身的實用性，并確認該種材料是否適用于機械設(shè)計當中。機械設(shè)計中所使用的材料必須要嚴格按照加工的流程與工藝地行生產(chǎn)，而且不同的工藝與技術(shù)特點也決定了機械材料在選擇上必須要進行專業(yè)化、嚴格化。只有這樣才能夠保障機械部件的強度與性能符合實際的需求。此外也必須要對機械材料的外觀、以及耐磨性、腐蝕性等方面進行相應(yīng)的檢驗與測試。

2.2 荷載類型機械材料的選擇與運用

在進行機械設(shè)計的過程當中，由于機械材料失效引起故障的現(xiàn)象時有發(fā)生，而其中有相當大的原因是由于設(shè)計材料在選擇的時候，負荷能力存在一定的差異而造成的。為了能夠有效地提高機械設(shè)備的可靠性與使用壽命，必須要對機械設(shè)計材料的選擇上進行嚴格把關(guān)，安排專業(yè)人員對于所選擇的機械材料進行各種作用力與性能上的測試，同時還要對于材料的荷載能力進行估算。

2.3 低消耗機械材料的選擇與運用

在進行機械設(shè)計的時候，也要把機械材料的綠色、環(huán)保、無污染、低能耗等條件納入考慮范圍當中，并且對于機械材料的加工與處理環(huán)節(jié)，也必須要達到節(jié)能、環(huán)保、無污染的標準。在通常情況下，絕大多數(shù)的機械加工處理都是采用熱處理的方式進行的，可是使用熱處理的方式對于機械材料的使用壽命與性能有著不同程度的破壞與影響，并且對于周邊環(huán)境也會造成嚴重的污染。所以在進行機械材料的加工生產(chǎn)的時候，盡量不要采用熱處理的加工工藝，可以采用在冷熱軋狀況下，仍然可以發(fā)揮性能的機械材料。如果在機械材料的加工過程當中無法避免熱處理，那就必須要優(yōu)先使用加工處理工序較為簡單的機械材料，降低對環(huán)境的破壞與污染。

2.4 機械設(shè)計在汽車中的運用

汽車機械變速器包括了齒輪、箱體、軸承 等等部件所組成的復(fù)雜的機械系統(tǒng)。而這些配件在生產(chǎn)與安裝的時候，總是會存在一定程度的誤差與負荷，進而產(chǎn)生噪聲。噪聲的來源是箱體中的齒輪嚙合時所引起的，然后再通過空氣進行傳播。在進行機械設(shè)備降噪設(shè)計的時候，最為重要的就是要把齒輪進行相應(yīng)的優(yōu)化、改進，加大齒輪的重合度以降低傳動時所引起的噪聲。擴大重合度可以降低具輪的荷載，并且對于嚙入與嚙出的負載沖擊有著良好的抑制作用，因此能夠降低噪聲。

3 結(jié)語：

綜上所述，在進行機械設(shè)計的過程中，必須要先擇取最優(yōu)的設(shè)計材料，在生產(chǎn)中采用最為合理的制造工藝，實現(xiàn)環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟的效益相互統(tǒng)一，為我國的機械設(shè)計發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻。

參考文獻：

[1]王永強，陶亞楠，劉青.機械設(shè)計中的材料的選擇和應(yīng)用探析[J].科技創(chuàng)新導報，2016（12）：124-137.

[2]宋甫.論述機械設(shè)計中的材料的選擇和應(yīng)用[J].工程技術(shù)：全文版，2015（03）：155-168.