機械設(shè)計中機械材料的選擇及實施

程芳芳

（呂梁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 呂梁 032300）

近些年，廣大群眾的生活質(zhì)量有了顯著的提升，并且生活需求也發(fā)生了很大的變化，以往的工作方式無法滿足當(dāng)今社會的需求。從生活的角度來看，人民群眾平常生活的方式也發(fā)生了新的變化，追求高品質(zhì)、高質(zhì)量的生活。而從工作角度來看，當(dāng)前人們上班的節(jié)奏越來越快，并且人們對先進設(shè)備的需求也在不斷增加，使廣大群眾工作的效率就得到了大幅提升。所以，在進行機械設(shè)計的時候，必須要從多個方面綜合考量，選擇性價比比較高的機械設(shè)備[1]。

1 材料選擇基本原則

（1）工作環(huán)境。工作環(huán)境若不同，那么材料發(fā)揮的實際作用也會不同。比如說在濕熱潮濕的工作環(huán)境中，材料若是暴露在外面使用，那么很容易發(fā)生腐蝕的情況，所以針對這種環(huán)境中材料的選擇，我們必須要選擇那些耐腐蝕性的機械材料，進而確保其工作性能是穩(wěn)定的[2]。

（2）荷載大小。不同的機械材料，都有著一定的荷載，如果說材料選用不當(dāng)，那么在使用的時候材料就很容易發(fā)生變形，還會影響到材料使用性能。所以，在選擇材料時，一定要充分考慮材料荷載性能大小，并進行計算，進而選擇出最合適的材料[3]。

對于外部荷載能力來說，零部件通過外力而發(fā)生了變形，那么零部件內(nèi)部就會發(fā)生同樣的反作用力，如果承載力比較弱，材料的質(zhì)量就會越低，相反要想提高機械材料的承載力，就要將低碳鋼與中碳鋼有效滲透到機械材料中，選擇質(zhì)量較好的合金鋼還有碳素鋼來加工，碳鋼具有可加工性強、成本較低、性能較高等優(yōu)勢，應(yīng)用前景非常廣闊。其次，如果碳鋼在硬度上降低，其韌性與延展性就會大大增高，將強度低與韌性高有機結(jié)合，使制造與冶煉時就會出現(xiàn)裂痕。并且在使用碳鋼的過程中，部分零件對加工精度要求比較低，所以在碳鋼中就會混入適量合金，將合金鋼、碳鋼相互比較，合金鋼硬度與強度會明顯高于碳鋼，且自身也有著較好的滲透性。但是合金鋼冶煉工序十分復(fù)雜，且加工工藝也比較困難，因此，在使用的時候成本會比較高。

（3）零件尺寸。針對需要精密加工的機械零件，精確度是以納米來計算的，在具體現(xiàn)場加工過程中通常會出現(xiàn)加工的零部件不能夠配套鑲嵌的狀況。所以，在進行設(shè)計零部件尺寸的時候，要以現(xiàn)場具體加工為主，并進行科學(xué)的計算。與此同時，材料的選擇在確保性能同等的情況下，選用那些容易切割的材料[4]。

2 重要意義

一般來說，材料對機械設(shè)備的質(zhì)量和性能等具有極其重要的作用，機械材料的選擇合不合理，對機械設(shè)備的功能發(fā)揮著非常明顯的作用。當(dāng)前，要想更好的保護國家資源，提高資源實際利用的效率，那么在機械設(shè)計的過程當(dāng)中，就要秉持環(huán)保、可持續(xù)原則進行選擇機械材料，并且要綜合考慮材料的質(zhì)量還有經(jīng)濟性，從而保證機械制造業(yè)能夠有序的發(fā)展[5]。其次，隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，對機械設(shè)備的需求量也愈來愈大，所以就要確保機械設(shè)備的性能還有質(zhì)量，重視選擇更環(huán)保、更經(jīng)濟的材料，將其運用于機械產(chǎn)品中。

3 材料的分類

（1）陶瓷材料。在選擇陶瓷材料的過程中，最主要的部分就是氧化硅還有碳化硅。陶瓷材料最大的優(yōu)勢便是耐腐蝕性能比較好，并且還有著較高的硬度。因此，在展開機械施工的過程中，部分密封性比較強的零件應(yīng)當(dāng)采用陶瓷材料來制作。但是還要注意的是，這種材料本身的造價十分昂貴，而且還很容易破碎，因此在使用的時候一定要小心和仔細[6]。

（2）金屬種類。在大部分機械施工中，金屬材料占有至關(guān)重要的地位，并且一些機械設(shè)計部門也都在運用金屬材料，金屬材料運用率達到了100%。在實際使用金屬材料的時候，最大的優(yōu)點就是材料本身的硬度比較高，還能夠降低成本，對于每一個設(shè)計環(huán)節(jié)也都可以起到不同的效果，所以，金屬材料得到了非常廣泛的應(yīng)用。

（3）復(fù)合型材料。此種材料的種類有很多種，性能和優(yōu)勢也是不同的，需要結(jié)合具體加工時不同施工技術(shù)要求，選用復(fù)合材料。例如，合金類的材料也是復(fù)合材料中的一種，此種材料能夠滿足不同機械設(shè)備加工的要求，所以，在行業(yè)內(nèi)廣受大家的好評[7]。

4 材料選擇和實施方向

4.1 選擇可再生材料

重復(fù)使用金屬類材料，能夠降低企業(yè)的開支和成本費用，在具體設(shè)計的過程當(dāng)中，我們要盡量選擇一些可回收以及可再生材料，然后將這些材料進行二次利用。針對這些材料來說，本身購買的價格就比較便宜，因此大大降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，同時在設(shè)計的時候，若是出現(xiàn)了一次設(shè)計失誤，會使零件尺寸發(fā)生偏差，還可以把這些零部件應(yīng)用在其它的加工中。

4.2 選用低能耗材料

在選擇機械材料的過程當(dāng)中，除了對材料的類型進行仔細甄別以外，還要綜合考慮材料低污染還有低能耗。若是有提前要預(yù)熱和處理的機械材料，后期因為熱預(yù)而出現(xiàn)了問題，那么不僅會縮減機械材料使用周期，同時還會出現(xiàn)損失機械性能的情況。所以，這些材料在后續(xù)預(yù)熱的過程中，對于周邊的環(huán)境會產(chǎn)生較大的污染，因此在實際選擇的時候，應(yīng)當(dāng)選用在冷拔狀態(tài)還有熱軋狀態(tài)下，都能夠發(fā)揮出比較優(yōu)良性質(zhì)的機械材料，也可以選擇無需提前預(yù)熱的機械材料。在選用這種材料的時候，常常見到的情況便是采用低淬透性鋼來鍛造，所以也有著穿透性[8]。

4.3 選用危害小材料

以往因為受到了加工技術(shù)影響，所以在加工金屬材料的過程當(dāng)中，通常會產(chǎn)生出一些有毒有害的物質(zhì)，這部分物質(zhì)不但會影響現(xiàn)場操作人員的工作效率和身體健康，同時在產(chǎn)品出廠以后給產(chǎn)品使用人員還帶來了較大的危害。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，一些先進的金屬材料也被廣泛運用于機械制造領(lǐng)域，這些金屬材料不僅危害小，還能有效提升材料加工以及使用的安全。所以，在機械設(shè)計的過程當(dāng)中，應(yīng)盡量選擇一些新型的材料，比如說使用金屬泡沫的材料來替換掉傳統(tǒng)的材料。此種材料既不會燃燒，還能夠進行回收二次使用，所以是真正意義上可持續(xù)使用以及沒有危害的金屬材料。不僅如此，要盡量選擇綠色環(huán)保的材料。設(shè)計人員在選擇品質(zhì)比較高的材料的同時，還要確保環(huán)保的特性，相關(guān)的操作工作人員對于實際的情況要認真把握，盡可能選擇沒有污染、無危害核心材料，使用可回收的一些材料來施工。生產(chǎn)車間加工要以數(shù)控車床為中心，慢慢進行加工，然后達到評核線，因此材料的運用一定要要求操作者可以通過化學(xué)模式和物理模式的變形來達到評核線。另外鑄造工藝對于材料的偏折性以及流動性有著較高的要求，而熱處理工藝對于材料有著過熱敏感性還有氧化脫碳傾向的要求，因此必須要達到上面這些要求，這樣一來才能制造出符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的機械零件[9]。

4.4 選擇科學(xué)的工藝

在生產(chǎn)的時候由于機械受到了多個方面的影響，所以在性能上通常不能達到預(yù)期效果，就需要后續(xù)采取科學(xué)的工藝進行處理，例如：熱處理工藝、鑄造工藝、粘結(jié)工藝、鍛造工藝，還有焊接工藝等等。例如說在進行鑄鐵熱處理的過程中，鑄鐵因為熱脹冷縮，因此鑄件壁厚度和薄度就不統(tǒng)一，便會產(chǎn)生一種應(yīng)力。然而這種應(yīng)力無法留在零部件中，所以必須要進行熱處理。另外在進行熱處理時對材料有著吸氣性、收縮性，還有流動性等的要求，一定要精確的控制溫度，并認真做好表面淬火、石墨化退火，還有球鐵淬火等方面工作。相關(guān)設(shè)計工作者要確保工業(yè)處理工作能夠標(biāo)準(zhǔn)化和科學(xué)化實施，不斷提升材料的性能。

4.5 全面了解設(shè)計要求

要想保證機械設(shè)計中金屬材料選擇的合理性、科學(xué)性，那么設(shè)計工作者一定要全方面了解熟悉機械設(shè)計中相關(guān)的要求，并解決設(shè)計過程中的一些難點與重點。一方面，要了解和掌握機械設(shè)備設(shè)計每一個零件的用途，然后再分析每一個零部件在運行的狀態(tài)中所處的環(huán)境，還有模擬零部件在運轉(zhuǎn)的過程中有可能會遇到的問題，將這些方面有機結(jié)合，從而做好每一個機械零件的選擇。另一方面，還應(yīng)該考慮到經(jīng)濟成本，材料的不同可能性能方面相差不是很大，然而在價格上卻有著很明顯的差異，因此，在展開機械設(shè)計的時候必須要進行仔細分析。

5 結(jié)語

總而言之，在機械設(shè)計中金屬材料的選擇和實施，不僅能夠提升設(shè)備的加工質(zhì)量，同時還能夠為大批量生產(chǎn)提供合理有效的方案，進而使產(chǎn)品的質(zhì)量還有功能能夠得到保證。針對后續(xù)材料再造還有材料的回收等流程，機械材料的選擇就為后期這一類工作的開展提供了很多便利，也促進了整個機械行業(yè)更快速和更好的發(fā)展。