機(jī)械設(shè)計(jì)中金屬材料的選擇和應(yīng)用分析

張宇錫

摘 要：在機(jī)械設(shè)計(jì)中，金屬材料作為較為常用的一種材料，因此金屬材料的選擇也成了機(jī)械設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。通過(guò)選擇適宜的金屬材料，可以為產(chǎn)品后續(xù)加工質(zhì)量起到重要的保障作用。并且基于設(shè)計(jì)角度來(lái)做好金屬材料選擇，能夠在實(shí)際生產(chǎn)加工過(guò)程中使金屬材料發(fā)揮出對(duì)產(chǎn)品的最大作用，進(jìn)一步提高金屬材料的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，從而為機(jī)械制造業(yè)的健康發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。文中分析了機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇金屬材料的基本原則，并進(jìn)一步對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中金屬材料的應(yīng)用措施進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì);金屬材料;原則;應(yīng)用措施

近年來(lái)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，導(dǎo)致社會(huì)發(fā)展過(guò)程中對(duì)機(jī)械需求量不斷增加，并對(duì)機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量提出了更高的要求。但機(jī)械設(shè)備質(zhì)量好壞與材料有直接的關(guān)系，因此在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要做到科學(xué)選擇和應(yīng)用金屬材料，以此來(lái)為機(jī)械制造業(yè)的快速發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇金屬材料的基本原則

1.1 荷載大小

荷載作為一種能夠使物質(zhì)結(jié)構(gòu)和表面產(chǎn)生變形的外力，不同材料其具有的荷載也不同。在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，一旦金屬材料選擇不當(dāng)，必然會(huì)導(dǎo)致其在使用過(guò)程中發(fā)生變形，從而對(duì)其使用性能帶來(lái)較大的影響。因此在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)材料選擇時(shí)要針對(duì)材料荷載大小進(jìn)行充分考慮，并進(jìn)行具體的計(jì)算，確保選擇最為適用的材料。而且作為原材料，對(duì)其荷載要具有高要求。為了增加材料的承載力，可以將低碳鋼和中碳鋼滲透到材料中，并選擇具有較好質(zhì)量的碳素鋼和合金鋼進(jìn)行加工。在使用碳鋼時(shí)，一些零件對(duì)于精度要求低，則可以在碳鋼中混入一些合金，這樣形成的合金鋼無(wú)論是強(qiáng)度還是硬度都大于碳鋼，自身也具有較好的韌性和滲透性，但冶煉工序復(fù)雜，使用成本較高。這就需要在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)要合理選擇，在都能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，優(yōu)先使用碳素鋼，確保實(shí)現(xiàn)制造成本的節(jié)約。

1.2零件的工作環(huán)境

在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中由于各機(jī)械零件對(duì)于所處環(huán)境要求各異，因此要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)環(huán)境來(lái)選擇金屬材料。具體選擇金屬材料時(shí)，需要考慮溫度、濕度等因素對(duì)金屬材料的影響。同時(shí)金屬材料使用過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)磨損，因此要選擇硬度大、耐磨性好及具有較強(qiáng)抗腐蝕性的金屬材料，這樣可以在機(jī)械設(shè)備使用過(guò)程中，使環(huán)境因素對(duì)其損害降至最低，延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命。

1.3 零件尺寸

機(jī)械設(shè)計(jì)中尺寸是較為重要的一項(xiàng)參數(shù)，特別是精密零件更是要求其具有較高的精準(zhǔn)度。機(jī)械設(shè)計(jì)只是基于理論角度來(lái)計(jì)算零件尺寸，在具體加工現(xiàn)場(chǎng)一旦零件尺寸不合格，則會(huì)導(dǎo)致無(wú)法配鑲嵌問(wèn)題發(fā)生。因此在具體設(shè)計(jì)零件尺寸時(shí)，宜以實(shí)際加工來(lái)進(jìn)行計(jì)算，材料選擇要也要保證其相同性能，盡量選擇易切割和改變大小的材料。

1.4零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和加工性能

原材料會(huì)直接影響到機(jī)械零件的整體質(zhì)量，不同材料具體參數(shù)也存在差別，一旦選擇材料無(wú)法滿(mǎn)足后期加工需要，必然會(huì)對(duì)零件質(zhì)量帶來(lái)較大的影響。即使同一種類(lèi)的金屬材料，其在生產(chǎn)不同金屬零件時(shí)加工難度也存在不同，因此在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要重視金屬零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和加工性能。特別是加工過(guò)程中，金屬材料自身需要經(jīng)受住沖壓、切削、鑄造、焊接等的考驗(yàn)。

1.5 零件的經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)效益是每個(gè)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，在機(jī)械制造業(yè)中也不例外。選擇性?xún)r(jià)比較高的材料，有利于減少企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本。要對(duì)材料的價(jià)格、材料的加工難度、材料的轉(zhuǎn)化率進(jìn)行充分了解，保證材料的供應(yīng)，有利于幫助企業(yè)減少生產(chǎn)成本。

2 金屬材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用措施

2.1調(diào)質(zhì)技術(shù)和有關(guān)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

采用傳統(tǒng)加工處理方式處理金屬材料時(shí)，零件的重量和截面不會(huì)改變，機(jī)械設(shè)備體積和重量相對(duì)較大。采用熱處理方法能夠?qū)α慵闹亓亢徒孛孢M(jìn)行改變。具體可以采用調(diào)質(zhì)技術(shù)，其可以進(jìn)一步增強(qiáng)金屬材料的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及可塑性，進(jìn)而有利于促進(jìn)零件整體性能的提高，減輕零件重量，并對(duì)零件的截面進(jìn)行改變。同時(shí)金屬零件切削加工質(zhì)量會(huì)影響到產(chǎn)品加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率和成本，通過(guò)利用調(diào)質(zhì)技術(shù)改善金屬材料質(zhì)量，提高其硬度，以此來(lái)改善切削加工性能。

2.2 表面硬化技術(shù)和選材

機(jī)械設(shè)計(jì)材料在后期都需要進(jìn)行表面硬化等加工處理，增強(qiáng)零件的耐磨性與抗腐蝕性。一般來(lái)說(shuō)，在實(shí)際工作中經(jīng)常使用滲碳技術(shù)、氮化技術(shù)等兩種表面硬化處理技術(shù)，這兩種技術(shù)的處理方式與特征都存在較大的差異性，但都依靠滲碳爐完成。將金屬材料放進(jìn)滲碳爐，可以增加金屬材料中的碳含量，再進(jìn)行淬火處理，增加金屬材料的硬度，最后使用低溫回火技術(shù)清除應(yīng)力，增強(qiáng)穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格根據(jù)材料設(shè)計(jì)在零件尺寸、芯部強(qiáng)度等方面的具體要求，使資源能夠得到有效利用。另外，氮化處理技術(shù)適用于任何鋼制材料，是目前較常見(jiàn)的一種技術(shù)，可以提升設(shè)計(jì)的質(zhì)量，增強(qiáng)機(jī)械材料的穩(wěn)定性。在進(jìn)行氮化處理時(shí)，經(jīng)常使用45型號(hào)氮化處理技術(shù)，可以降低變形率，但是材料的硬度不會(huì)增加。

2.3 環(huán)保節(jié)能性

設(shè)計(jì)人員在選擇材料時(shí)，要選擇低耗能、低污染的材料，盡量減少后期使用需要進(jìn)行熱處理的材料。由于在后期需要進(jìn)行預(yù)熱反應(yīng)的材料，稍不注意就會(huì)縮短材料的使用壽命，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。在機(jī)械設(shè)計(jì)中使用金屬材料要重視其環(huán)保節(jié)能性，秉承可持續(xù)發(fā)展理念。同時(shí)機(jī)械在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)磨損、報(bào)廢等情況，要優(yōu)先選擇可回收、可降解、無(wú)污染的材料，使機(jī)械在報(bào)廢后可以再次回收利用，減少資源浪費(fèi)。一些材料在機(jī)械加工制造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，不僅會(huì)影響人體的健康，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。因此，設(shè)計(jì)人員要優(yōu)先選擇新型的安全材料，避免使用含有有害物質(zhì)的材料。

2.4 經(jīng)濟(jì)實(shí)用性

在具體機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用具體金屬材料時(shí)，要求金屬材料要具備較高的性?xún)r(jià)比，并在金屬零件中能夠發(fā)揮出自身的功能。因此以低成本及實(shí)用性的優(yōu)質(zhì)材料為宜。而且為了能夠進(jìn)一步保證機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量，在實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員還要提升自身對(duì)金屬材料選擇的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性的認(rèn)識(shí)，以此來(lái)保證機(jī)械零件的順利加工，為機(jī)械設(shè)備的高效、穩(wěn)定生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)人員在具體應(yīng)用金屬材料時(shí)，要充分考慮使用者的具體需要，使其能夠滿(mǎn)足用戶(hù)的不同需求。在機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中，要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)，保證材料可以高效使用，減少成本。

3結(jié)束語(yǔ)

在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，機(jī)械行業(yè)發(fā)揮著極為重要的作用。機(jī)械設(shè)計(jì)是促進(jìn)工業(yè)化技術(shù)提升的重要途徑，在機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇和應(yīng)用金屬材料時(shí)，則需要遵循具體的原則，以綠色發(fā)展和低成本運(yùn)行作為具體的宗旨，充分的考慮到金屬材的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、節(jié)能性和環(huán)保性，以此來(lái)促進(jìn)我國(guó)機(jī)械行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。

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