機械設(shè)計中材料的選擇和應(yīng)用分析

張小杰

【摘 要】近年來，隨著科技水平的提高和領(lǐng)域創(chuàng)新，我國機械設(shè)計技術(shù)取得了前所未有的突破，一線機械技術(shù)研究隊伍也逐步壯大，為重工業(yè)進步奠定了堅實的人力資源與技術(shù)基礎(chǔ)。然而，在實際發(fā)展進程中，機械制造材料的過度消耗不僅使得稀缺材料供應(yīng)不足，還與可持續(xù)發(fā)展觀念背道而馳。針對此，本文圍繞機械設(shè)計中的材料選擇與應(yīng)用展開深度探究。

【關(guān)鍵詞】重工業(yè)機械設(shè)計；材料選擇；標(biāo)準要求

1 合理甄選機械設(shè)計材料的價值體現(xiàn)

全球經(jīng)濟一體化風(fēng)暴的影響勢不可擋，加劇了各國的經(jīng)濟競爭壓力。為達到可持續(xù)發(fā)展的宏偉戰(zhàn)略目標(biāo)，現(xiàn)代化城市建設(shè)工作的開展至關(guān)重要。在推進和擴張城市建設(shè)的進程中，機械設(shè)計發(fā)揮著不可取代的積極作用。機械制造行業(yè)與重工業(yè)的蓬勃發(fā)展，為我國創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟效益，也進一步提高了國民生產(chǎn)總值。眾所周知，機械設(shè)計領(lǐng)域會涉及多類型的原材料，而現(xiàn)階段諸多稀缺材料的生產(chǎn)加工已無法供應(yīng)機械設(shè)計實際需求，并嚴重制約了行業(yè)的發(fā)展。為此，應(yīng)當(dāng)立足于可持續(xù)發(fā)展視角，深度剖析導(dǎo)致材料供應(yīng)不足的實質(zhì)原因，提高選材的科技環(huán)保性和經(jīng)濟實用性，降低對生態(tài)環(huán)境的負面影響，促進國家經(jīng)濟的穩(wěn)定運行。

根據(jù)專業(yè)人士的相關(guān)調(diào)查研究結(jié)果顯示，在機械設(shè)計過程中，材料的合理選擇占據(jù)著重要的地位。首先，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際需求，秉承可持續(xù)發(fā)展的原則理念，盡可能的提高材料利用率，降低資源過度消耗。其次，從全局出發(fā)，綜合評價機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)越性和功能的完整性，選擇適用性較強的機械設(shè)計材料。最后，機械設(shè)計材料的選擇應(yīng)當(dāng)著眼于宏觀角度，從細節(jié)入手，密切關(guān)注實際應(yīng)用過程各項重點內(nèi)容，以保證機械制造行業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展。

2 機械設(shè)計材料選用的基本原則

（1）選擇滿足設(shè)計需求的材料。在選擇和應(yīng)用機械設(shè)計所需材料的過程中，應(yīng)當(dāng)充分遵照基本設(shè)計原則和具體要求，從材料的性能和用途著手。不同零構(gòu)件在機械設(shè)計領(lǐng)域都扮演著不同的角色，因此，材料的特性存在本質(zhì)性差異?；诖?，有必要結(jié)合機械設(shè)計對零構(gòu)件性能的標(biāo)準要求，進行材料的分化選擇。

（2）選擇荷載水平高的材料。隨著機械運轉(zhuǎn)時間的延長，部分構(gòu)件會失去原有作用，其根本原因在于部分材料的荷載水平較低，導(dǎo)致機械零構(gòu)件基本功能喪失。針對此，應(yīng)當(dāng)確保材料的荷載水平達到標(biāo)準要求。在復(fù)核機械設(shè)計環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)加大對評估材料荷載水平的重視度，與此同時，針對應(yīng)用頻率較高的材料提高荷載限定標(biāo)準。其中較為常見的案例就是低碳鋼的滲碳處理工藝，為確保鋼材質(zhì)量符合出廠標(biāo)準，需要對材質(zhì)進行測驗和統(tǒng)一處理。

（3）盡量選擇無毒害材料。在機械設(shè)計的前期規(guī)劃過程中，會涉及諸多類型的材料，與此同時，具有放射性的元素也會在部分特定的工業(yè)生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)出現(xiàn)。采取無污染處理不僅能夠避免其對生態(tài)環(huán)境造成不可逆的危害，還可以保護區(qū)域內(nèi)居民的生命安全，具有相當(dāng)重要的現(xiàn)實意義。

（4）優(yōu)先選用可循環(huán)再利用材料。當(dāng)下，機械設(shè)計環(huán)節(jié)所應(yīng)用的材料以金屬材質(zhì)為主，但由于生產(chǎn)工藝需求差異對材料會有特殊的要求。并且為進一步強化金屬的特定功能，也會對多種金屬進行綜合性處理。而合金材料的選擇與應(yīng)用，能夠最大限度滿足對機械材料的需求。

在機械設(shè)計過程中，需要合理規(guī)劃零構(gòu)件及各類型材料的生命周期，并著重把控回收處理工作。材料的回收利用不僅能夠穩(wěn)定提升經(jīng)濟效益，還可以提高資源利用率，保護生態(tài)環(huán)境。例如，在選擇金屬材料的過程中，要有限選擇成分單一的合金材料。

（5）選擇低能耗、輕污染材料。實際上，低能耗、輕污染材料的選用原則還應(yīng)當(dāng)貫穿整個材料生命周期規(guī)劃過程。而且在回收再利用階段也應(yīng)當(dāng)保證這一優(yōu)勢特征。從材料本身來說，優(yōu)先選擇經(jīng)濟性、低能耗、輕污染材料是最基本的原則，而在此過程中一旦出現(xiàn)生產(chǎn)加工難度系數(shù)加大、短期生產(chǎn)成本劇增等情況，會影響整個工程的決策制定。故而材料的選用需做好科學(xué)合理的規(guī)劃，并綜合考量整個材料的生命周期。

3.機械設(shè)計中選材的分類

（1）金屬材料。在我國機械加工當(dāng)中，金屬材料占主要地位，多數(shù)都使用金屬材料，甚至有的機械加工過程中都在使用，占有率近百分百。金屬的最大優(yōu)勢就是硬度高和成本低，可以滿足機械設(shè)計各個環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)過程中被廣泛應(yīng)用。2 種金屬相互混合合成的合金，也具有極優(yōu)秀的特性，在機械加工中也備受關(guān)注。

（2）陶瓷類材料。陶瓷材料的主要組分是氮化硅和碳化硅，其最大特點就耐化學(xué)腐蝕，具有極高的硬度和較低的密度。在機械施工過程中，一般密封性較強的元件選用陶瓷類材料較多。不過，陶瓷類材料成本高、易碎，具有較高的脆性。

（3）高分子類材料。高分子類材料是類似合成纖維之類的材料，其來源面比較廣，延伸到多個領(lǐng)域，最大優(yōu)勢就是制備過程消耗很少的能源，甚至可以通過天然氣中提取等，在機械設(shè)計中廣泛應(yīng)用。

（4）復(fù)合型材料。復(fù)合型材料是指將 2 種或 2 種以上的材料，以化學(xué)方式或物理方式相互融合，最后得到的產(chǎn)物?？梢愿鶕?jù)機械加工不同的施工要求，選擇相應(yīng)的復(fù)合材料。其實合金材料也是屬于復(fù)合型材料的一種。復(fù)合型材料的種類多，性能各有不同，適合各種機械加工要求，受到高度好評。

4 機械工程設(shè)計材料選擇環(huán)節(jié)的注意事項

（1）著重把控材料的經(jīng)濟適用性。在進行機械設(shè)計材料選用的過程中，應(yīng)當(dāng)著重考量材料的經(jīng)濟適用性。機械設(shè)計人員要嚴格把控設(shè)計環(huán)節(jié)所涉及的生產(chǎn)加工工藝、焊接工藝、裝配工藝及鑄造工藝等。并且要在滿足設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選擇性價比高的原材料，進而保證材料利用價值最大化，優(yōu)化完善機械設(shè)計。例如，在機械鑄造的過程中，要加強機械材料的流動性、收縮性、吸氣性以及偏析性；在焊接過程中，應(yīng)保證材料的實用性和靈敏度；在加工鑄造環(huán)節(jié)，則需增大材料的冷縮性、抗沖擊強度及可塑性。此外，機械材料的性能差異決定了機械設(shè)計的材料選擇方向，切實了解不同類型材料的特征，可以進一步優(yōu)化選擇。在確保機械設(shè)計適用性的前提下，應(yīng)綜合卡量材料的經(jīng)濟性，不僅要讓其質(zhì)量標(biāo)準達到要求，還應(yīng)盡可能的節(jié)約成本。針對可以循環(huán)再利用的材料，則可采取恰當(dāng)?shù)亩翁幚?，以提高資源的利用率，降低設(shè)計成本，穩(wěn)定經(jīng)濟效益。

（2）加大對材料節(jié)能環(huán)保性的考慮。隨著全面貫徹落實可持續(xù)發(fā)展理念的日益深化，機械制造領(lǐng)域的材料選擇與應(yīng)用成為社會各界關(guān)注的焦點?，F(xiàn)階段，公眾的節(jié)能環(huán)保意識逐步增強，資源消耗及環(huán)境污染也成為環(huán)保工程的核心內(nèi)容。要想切實保證可持續(xù)發(fā)展，首要前提就是加大資源利用率，杜絕過度消耗。為此，在機械設(shè)計過程中，確保材料選用的節(jié)能性和環(huán)保性至關(guān)重要。機械設(shè)計人員要嚴格履行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略理念，在充分滿足設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選擇低能耗、輕污染的材料，以節(jié)約不可再生資源，促進行業(yè)的快速發(fā)展。

（3）注重可持續(xù)發(fā)展理念原則。在選擇機械設(shè)計材料的過程中，必須堅定不移的貫徹落實可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方針，充分重視機械設(shè)計的穩(wěn)步發(fā)展。機械設(shè)計人員需在滿足設(shè)計需求的前提下，全面增大選用材料的利用率，拓展材料應(yīng)用方向，挖掘潛力，以發(fā)揮材料的最大性能，有針對性的開展設(shè)計應(yīng)用。

結(jié)語

綜上所述，在機械設(shè)計過程中，秉承可持續(xù)發(fā)展的基本原則，優(yōu)先選用低能耗、輕污染材料，提高資源利用率，這不僅可以讓機械行業(yè)穩(wěn)步前進，還能夠維系生態(tài)平衡，保持人與自然的和諧共處、

參考文獻：

[1] 王熙婷.機械設(shè)計過程中機械材料的選擇和應(yīng)用探析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2018（02）.

（作者單位：浙江晨雕機械有限公司）