探討機械設(shè)計中材料的選擇和應(yīng)用

張威

摘? 要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也在不斷進步，新技術(shù)、新設(shè)備的出現(xiàn)，更是提升了各行業(yè)的工作效率，提升了經(jīng)濟發(fā)展的速度。新技術(shù)、新設(shè)備的價值需要利用機械來體現(xiàn)，因此，對機械設(shè)計提出了更高的要求。要想提升機械設(shè)計水平，需要機械材料的大力支持。如果缺乏相應(yīng)的機械材料，機械設(shè)計只能是空中樓閣，無法得到實現(xiàn)。因此，機械設(shè)計人員應(yīng)加強對機械材料的選擇及應(yīng)用水平，確保設(shè)計機械能夠安全、高效運轉(zhuǎn)，為社會經(jīng)濟發(fā)展提供更為先進的新設(shè)備。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計? 材料選擇? 材料應(yīng)用

中圖分類號：TH122 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（a）-0045-02

自國家改革開放以來，人們生活水平日益提高，為了確保人民的生活質(zhì)量，家用電器的數(shù)量及種類逐步增多，這就給機械行業(yè)帶來了廣闊的需求市場，推動了機械行業(yè)的發(fā)展。機械的生產(chǎn)過程中，最為核心的就是機械設(shè)計，機械設(shè)計人員在設(shè)計環(huán)節(jié)不僅需要考慮機械的整體性能，還需要對機械材料做出選擇，確保材料的合理應(yīng)用，提升機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率。與此同時，需要考慮機械對人體的危害、材料的重復(fù)利用等問題，確保機械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1? 機械設(shè)計中材料的選擇和應(yīng)用的意義

全球經(jīng)濟一體化趨勢，使得各國之間越來越重視經(jīng)濟的發(fā)展，提升國家競爭力，實現(xiàn)國家的可持續(xù)發(fā)展[1]。國家經(jīng)濟發(fā)展中，對于機械的運用是必不可少的，這就為機械行業(yè)的發(fā)展，指明了前進的方向。機械制造行業(yè)是國家工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，為國家工業(yè)的發(fā)展提供了物質(zhì)保障。機械行業(yè)的興起，帶動了行業(yè)內(nèi)部的競爭，各種新型的機械設(shè)計方案層出不窮。將機械設(shè)計方案化為現(xiàn)實，還需要設(shè)計人員選擇合適的機械材料。但是現(xiàn)階段，材料的類型不斷增加，而數(shù)量卻一直在降低，這就為設(shè)計人員選用材料提出新的要求，深入分析材料數(shù)量降低的原因，盡量提升機械材料的環(huán)保性能，確保社會經(jīng)濟發(fā)展的穩(wěn)定。

機械設(shè)計人員在設(shè)計過程中，對材料的選擇是極其重要的，直接影響機械質(zhì)量及其使用性能。首先，設(shè)計人員應(yīng)充分考慮機械設(shè)備的實際需求，堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，盡量避免材料的不必要損耗，提升材料的利用率;其次，充分考慮機械設(shè)計質(zhì)量及其功能，在不影響機械設(shè)備質(zhì)量及其性能的基礎(chǔ)上，對機械材料合理搭配;最后，對機械設(shè)備進行試驗，確保設(shè)計方案的可行性，測試機械磨損情況，確保材料的科學(xué)利用，確保其在使用過程中，不會對人體造成傷害。

2? 機械設(shè)計中材料的類型

機械行業(yè)發(fā)展過程中，需要運用大量的機械材料，但由于資源的過度開采，資源數(shù)量已經(jīng)顯露出短缺狀態(tài)，因此，國家提出了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略?？沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，使得機械行業(yè)為確保行業(yè)的長遠發(fā)展，在原有基礎(chǔ)上，加強了對新型機械材料的研發(fā)。新型材料的出現(xiàn)，為機械設(shè)計人員提供了更多的選擇。

2.1 金屬材料

金屬材料是最為普遍的材料，貫穿于整個機械行業(yè)的發(fā)展過程。一般來說，凡是以金屬元素為主的材料都可以被稱作金屬材料。這種材料在自然界中最為普遍，甚至可以說隨處可見，截止到現(xiàn)在，已知的金屬材料種類就有數(shù)十種。因此，金屬材料的應(yīng)用，是現(xiàn)今機械設(shè)計人員的首選目標。隨著機械設(shè)計要求的提升，金屬材料在原有的基礎(chǔ)上，逐步研發(fā)出具有多種金屬元素的合金材料。除此之外，合金材料的不同性能不僅可以提升機械的性能，而且擴大了金屬材料的應(yīng)用范圍，同時滿足設(shè)計人員對材料的不同需求。

2.2 復(fù)合材料

復(fù)合材料是將兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理技術(shù)或化學(xué)技術(shù)進行復(fù)合，使其具有特定性質(zhì)，滿足機械工藝不同需求的材料[2]。不同性質(zhì)的材料相互之間求同存異，在提升其原有性質(zhì)的基礎(chǔ)上，獲得新性質(zhì)，可以提高材料的利用效率。部分機械設(shè)計所需材料是自然界無法形成的，這就需要研發(fā)人員，整合不同性質(zhì)材料，滿足設(shè)計所需。復(fù)核材料的出現(xiàn)，憑借其優(yōu)勢，為設(shè)計人員提供更多的靈感，設(shè)計出更為科學(xué)、更為合理的新方案，新方案的出現(xiàn)，又為復(fù)合材料的研發(fā)指明了發(fā)展方向，二者之間相互補充，共同發(fā)展。

2.3 高分子材料

高分子材料，又被稱為聚合物材料，是以化合物為主體，通過添加劑或助劑的注入，實現(xiàn)對材料的要求。由于自然界中化合物原料數(shù)量較多，高分子材料的應(yīng)用也被設(shè)計人員所接受，例如人們在日常生活中常見的塑料、瀝青就是其中代表。由于高分子材料擁有可再生和可循環(huán)利用的特征，再加上其性質(zhì)多樣，使其在機械設(shè)計中得到了一致好評，實現(xiàn)了廣泛應(yīng)用。由于金屬材料的不可再生特性，再加上部分高分子材料具有同金屬類似的性質(zhì)。例如，聚甲醛材料具有很強的耐磨性，可以用來進行軸承的生產(chǎn)。

2.4 陶瓷材料

陶瓷材料，是指用天然材料或是合成化合物，利用高溫燒結(jié)而成的材料。這種材料不同于金屬材料的不可再生，同樣具有可循環(huán)利用特性。與此同時，陶瓷材料還具有熔點高、硬度高、耐磨性高、耐氧化等特點。這意味著，陶瓷材料在機械設(shè)計過程中擁有特殊的地位。例如，某些特殊的化學(xué)儀器制造、超聲儀等都是運用陶瓷材料進行生產(chǎn)的。隨著對陶瓷材料性質(zhì)的深入挖掘，納米陶瓷技術(shù)出現(xiàn)，為國家航空航天等高精領(lǐng)域做出了杰出的貢獻。

3? 機械設(shè)計中對材料的要求

機械設(shè)計人員，對材料進行選擇應(yīng)用時，應(yīng)從多方面考察材料性能。所選材料既能滿足機械實際需求，又具有經(jīng)濟實用性，而且不會對人體造成傷害。除此之外，還應(yīng)將材料可循環(huán)利用，全面實現(xiàn)機械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3.1 注重材料的節(jié)能環(huán)保性能

隨著國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，環(huán)境污染問題已經(jīng)越來越受到人們的重視，人們越來越關(guān)注機械設(shè)計環(huán)節(jié)中對材料的選用。機械設(shè)計環(huán)節(jié)材料的選擇過程，設(shè)計人員最為重視的就是材料的節(jié)能環(huán)保性能。部分機械材料本身是節(jié)能環(huán)保的，但是在生產(chǎn)過程中，容易受外在因素影響，導(dǎo)致材料失去節(jié)能環(huán)保性能[3]。因此，設(shè)計人員在材料選擇過程中，盡量選擇無需經(jīng)過處理即可滿足設(shè)計需求的材料。除此之外，部分機械材料含有危險元素，不僅會造成環(huán)境污染，還會對人的身體造成傷害。例如金屬鉛、鎳等材料。因此，在機械材料選擇中，設(shè)計人員應(yīng)提高警惕，盡量選擇綠色無污染的環(huán)保材料，實現(xiàn)機械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3.2 注重材料的實用性

材料選用過程中，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)機械實際需求，選用機械材料，注重材料的實用性。機械材料的多樣性，要求設(shè)計人員在眾多的材料中，從實際出發(fā)，不能只顧個別部件質(zhì)量，而應(yīng)從機械整體出發(fā)，選擇較為實用的機械材料。例如，針對熱水器等易受腐蝕的設(shè)備，可以采用鋁制材料進行生產(chǎn)。機械在使用過程中，各部件運行環(huán)境的不同，導(dǎo)致其對材料的要求也有所差異。部分部件要求材料同時擁有耐磨性以及耐腐蝕，這就要求，設(shè)計人員充分考慮材料的整體性能，對于特殊部件，采用相匹配的特殊材料，使材料性能得到充分發(fā)揮。

3.3 注重材料的經(jīng)濟性

機械設(shè)計環(huán)節(jié)，為確保機械質(zhì)量，對材料的要求較高，選用材料時過于重視材料的質(zhì)量，而忽視材料的經(jīng)濟性，為機械的銷售帶來巨大的難度。因此，設(shè)計人員在進行材料選用時，應(yīng)充分考慮使用者的實際情況，在同等性質(zhì)的材料中，選擇性價比含量較高的材料，注重材料的經(jīng)濟適用性，滿足不同經(jīng)濟水平的使用者需求。在機械生產(chǎn)過程中，加強對生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)的監(jiān)督，保障材料的利用效率。在確保機械質(zhì)量的同時，優(yōu)化機械生產(chǎn)流程，盡量減少成本投入，從而控制機械價格，為社會提供物美價廉的機械設(shè)備。

3.4 注重材料的可循環(huán)利用

在機械設(shè)計環(huán)節(jié)，由于金屬材料同時具有剛性與柔性，而且較為普遍，設(shè)計人員依照機械部位的不同，選用合適的合金材料對機械進行生產(chǎn)。雖然金屬材料生產(chǎn)的機械，因其剛性功能，暫時滿足了實際需求，但是長時間的應(yīng)用，難免出現(xiàn)問題，若問題出現(xiàn)將會影響機械的整體性，影響機械的使用效率。對機械進行報廢處理時，回收難度較大，造成成本增加影響行業(yè)發(fā)展。為達成材料的循環(huán)利用，設(shè)計人員對材料進行選擇時，應(yīng)注重材料的可循環(huán)利用。在材料選擇過程中，選用容易回收再利用的材料進行生產(chǎn)。

3.5 注重材料的荷載能力

機械設(shè)計過程中，部分機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要眾多零件支撐。這部分零件的荷載能力，直接影響機械整體的質(zhì)量，在機械使用過程中，容易出現(xiàn)故障。因此，材料選擇過程中，應(yīng)注重對材料荷載能力的考察。首先，對機械荷載部分的材料選擇時，應(yīng)分析不同材料的荷載能力，獲取荷載參數(shù)，依據(jù)機械實際需求，做出選擇[4]。其次，應(yīng)創(chuàng)新荷載部件生產(chǎn)工藝。荷載型材料力學(xué)性能較好，需要創(chuàng)新其生產(chǎn)工藝，提升生產(chǎn)效率，避免資源浪費;最后，應(yīng)對生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行嚴格掌控，生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)問題及時做出修正，全力確保荷載部件質(zhì)量，進而提升機械整體質(zhì)量。

4? 結(jié)語

材料選擇是機械質(zhì)量的保障，機械質(zhì)量是機械行業(yè)發(fā)展的保障，機械行業(yè)發(fā)展是為其他行業(yè)提供高質(zhì)量機械設(shè)備的保障，社會各個行業(yè)的發(fā)展也是社會經(jīng)濟發(fā)展的保障。由此可見，機械設(shè)計中材料的選用是社會經(jīng)濟發(fā)展中最為重要的基礎(chǔ)。設(shè)計人員應(yīng)加強自身專業(yè)知識技能，提升對材料的辨識能力，全力確保機械質(zhì)量，推動社會經(jīng)濟迅猛發(fā)展。

參考文獻

[1] 黃信軍.機械設(shè)計中材料的選擇和應(yīng)用分析[J].世界有色金屬，2018（18）：244，246.

[2] 程建磊.機械設(shè)計中材料的選擇和應(yīng)用[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2016，37（15）：181-182.

[3] 張軍，黃福敏.淺談機械設(shè)計中材料的選擇和應(yīng)用[J].黑龍江科學(xué)，2017，8（6）：154-155.

[4] 佟巍.機械設(shè)計中材料的選擇和應(yīng)用[J].現(xiàn)代鹽化工，2017，44（5）：14-15.