機械設(shè)計中材料的選擇和應(yīng)用

沈濟鑫 領(lǐng)勝城科技江蘇有限公司

我國工業(yè)的迅速發(fā)展使機械技術(shù)得到了更為廣泛的應(yīng)用，但在實際應(yīng)用中依舊存在很多的問題，大多數(shù)企業(yè)的機械設(shè)計不具備合理性，引起了機械設(shè)備運行中的故障，同時也加大了生產(chǎn)的成本，對企業(yè)的長期穩(wěn)定發(fā)展產(chǎn)生了不利影響。只有對機械設(shè)計提出更高的要求才能夠讓企業(yè)在當(dāng)今激烈的市場中占據(jù)較大的優(yōu)勢。

一、機械設(shè)計中材料選擇的意義

機械設(shè)計是一種內(nèi)容復(fù)雜且設(shè)計成本較高的設(shè)計工作，對參與人員有著較為嚴(yán)格的設(shè)計要求。企業(yè)中機械設(shè)計的水平往往決定了企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在整個機械設(shè)計當(dāng)中，材料的選擇是比較重要的，也是機械設(shè)計工作中較難處理的部分。一個符合機械設(shè)計要求的優(yōu)質(zhì)材料往往可以誕生更高質(zhì)量的產(chǎn)品。通常機械設(shè)計工作者會結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)的實際情況來設(shè)計出合乎企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的機械方案，根據(jù)方案重點進(jìn)行優(yōu)質(zhì)材料的選擇和應(yīng)用，生產(chǎn)出實用性更強的優(yōu)質(zhì)機械產(chǎn)品。節(jié)能環(huán)保是未來行業(yè)發(fā)展的主要方向之一，倘若在將來不能夠解決機械制造的材料問題，在機械設(shè)計上沒有明顯的跨越式提升，并且獲取更為環(huán)保、可以反復(fù)利用的環(huán)保生態(tài)機械材料，那么，整個機械的設(shè)計水平就難以提升。所以材料的選擇和應(yīng)用對于企業(yè)而言，能夠幫助企業(yè)在市場上獲取一定的競爭地位。選擇更加環(huán)?？茖W(xué)的材料，對于社會的健康、可持續(xù)發(fā)展有著不容忽視的作用[1]。

二、機械設(shè)計中材料的有效選擇

（一）常見的機械材料

從機械材料的大的類別來看，主要分為金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料幾個大類。金屬材料具有硬度大、密度高、導(dǎo)電性等特點?？梢越邮軝C械內(nèi)部運作帶來的轉(zhuǎn)軸和受力，還可以起到連接內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用。

在當(dāng)前的機械設(shè)計中，基本都使用金屬材料作為主要的機械制造材料。在金屬材料中比較具有代表性的就是鋼和鐵，鋼鐵因為其高強度、高韌性的特點，廣泛應(yīng)用于機械制作材料。除了金屬材料以外，高分子材料也是機械設(shè)計的主要制造材料之一，高分子材料的原材料主要來源于石油，具有代表性的高分子材料有塑料、橡膠、合成纖維。這種材料可以補充金屬材料在材料應(yīng)用領(lǐng)域的不足，可以被應(yīng)用于更多的生產(chǎn)場景。但同時也帶來了環(huán)境上的污染，塑料是無法在自然環(huán)境中做到完全降解的，需要的時間周期要用百萬年的單位計算，而且，在其降解的過程中也會對自然生態(tài)環(huán)境造成較大的污染。而復(fù)合材料不僅具有金屬材料耐磨損、耐腐蝕的特征，而且跟金屬材料相比重量較輕，比較適合用來制作機械的傳動軸，這種材料做成的軸體本身可以優(yōu)化機械的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少整個設(shè)備的重量，同時可以延長機器內(nèi)部的使用壽命，達(dá)到機械設(shè)備的一個穩(wěn)定的工作狀態(tài)。器械的運作本身就會產(chǎn)生較大的噪音，復(fù)合材料可以在一定程度上避免大量噪音的產(chǎn)生。

（二）機械材料的選擇應(yīng)用要點

1.機械材料的負(fù)重水平

機械設(shè)備的運行過程中必然要承受比較高的壓力、摩擦力、拉力和承載能力等。這就要求機械材料的質(zhì)量要足夠高，選擇有著較高負(fù)重水平的材料能夠很好地發(fā)揮機械零件的性能和作用。在進(jìn)行機械設(shè)計材料的選擇中，要對材料實行荷載水平測試，或者進(jìn)行選定材料的后期處理來提高機械材料的承載水平[2]。

2.機械材料的環(huán)保節(jié)能性

在選擇機械材料中，不僅要考慮材料的物理承載能力，對于節(jié)能環(huán)保上也要有一定的要求，材料的節(jié)能性可以降低企業(yè)的成本，也符合我國可持續(xù)發(fā)展觀的基本要求。材料的節(jié)能環(huán)保，主要體現(xiàn)在材料本身的環(huán)保屬性和材料加工環(huán)節(jié)的節(jié)能步驟。在材料的處理上，熱處理通常會帶來更大的環(huán)境污染。所以，在材料加工工藝上盡可能地避免這種加工方式，可以選擇加工流程較少的方式進(jìn)行處理。

3.機械材料的實用性

材料的實用性是機械設(shè)計過程中必須要考慮的方面，只有發(fā)揮材料的實用性，才能夠發(fā)揮機械重要的實用功能和運作性能，也就決定了機械的質(zhì)量。從機械的實用性出發(fā)，通常都會要求機械材料包含較高的輕度、較高的抗摩擦性以及較高的平整性。這就要求在機械設(shè)計中對不同組件的材料進(jìn)行明確的要求，讓材料發(fā)揮出更大的實用價值。

三、機械設(shè)計中材料的選擇和應(yīng)用

（一）制定機械的選擇管理流程

在機械設(shè)計上，機械工作者要明確企業(yè)對機械設(shè)計的實際應(yīng)用需求，在設(shè)計機械的制造方案時詳細(xì)分析機械材料的實用性特點，進(jìn)行較為合理的材料選擇。這對企業(yè)機械設(shè)計人員的專業(yè)水平有著一定的要求。對于所需材料的精準(zhǔn)推敲，合理規(guī)劃機械設(shè)計的模塊和內(nèi)容，使機械材料實現(xiàn)不同模塊功能的正常運行，真正發(fā)揮材料對于機械運行的重要作用。

（二）材料選擇的經(jīng)濟性和環(huán)保性

在確定了材料之后，在材料的應(yīng)用上要達(dá)到合格的質(zhì)量等級、優(yōu)越的使用性能、合規(guī)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)等。同時也要考慮材料的經(jīng)濟性，機械制造的應(yīng)用往往需要采購大量的材料，這就要求要對材料的采購成本進(jìn)行控制，在符合要求的同等材料中選擇價格相對低廉的材料進(jìn)行采購，合理搭配，制定更為經(jīng)濟的采購搭配方案[3]。

新時代工業(yè)與傳統(tǒng)工業(yè)的追求不同，傳統(tǒng)企業(yè)大多考慮經(jīng)濟效益，在設(shè)備材料的開采和制造過程中產(chǎn)生了較多的環(huán)境污染問題。如今的企業(yè)在材料的選擇上應(yīng)秉持材料本身是否環(huán)保，在使用過程中是否會帶來環(huán)境污染，以及能不能夠重復(fù)利用的可持續(xù)發(fā)展思想。所以在選擇機械材料時，應(yīng)更多地考慮新型環(huán)保材料。

四、結(jié)論

材料的選擇對于機械設(shè)計質(zhì)量有著極其重要的影響，在了解不同機械材料的自身屬性和對企業(yè)機械設(shè)計對材料選擇的明確要求下，對市場上更經(jīng)濟實用的材料進(jìn)行合理的搭配和選擇，才能實現(xiàn)材料較高的性價比，生產(chǎn)出高質(zhì)量的機械設(shè)備，為我國機械制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)出一份力量。