機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用分析

■呂玉磊 ■河南豫晨建筑工程有限公司，河南 鄭州 450000

材料的選擇和應(yīng)用是機(jī)械設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問(wèn)題，材料的好壞直接影響機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量和功能，而當(dāng)下資源緊缺的機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)境使得應(yīng)用開(kāi)發(fā)新型機(jī)械設(shè)計(jì)材料成為重要的發(fā)展方向。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用，必須堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的原則，在注重材料質(zhì)量的基礎(chǔ)上，選擇經(jīng)濟(jì)性高、綠色環(huán)保型的新型材料。保證機(jī)械設(shè)計(jì)達(dá)到工業(yè)需求的同時(shí)，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展策略，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)合理化選材和應(yīng)用。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)選材的重要意義

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展，城市建設(shè)機(jī)械化規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，機(jī)械工程行業(yè)正逐漸在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展眾占據(jù)越來(lái)越關(guān)鍵的地位。機(jī)械工程行業(yè)的飛躍式發(fā)展，經(jīng)濟(jì)效益的不斷提升，給我過(guò)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)主導(dǎo)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的巨大的保障。在機(jī)械工程行業(yè)突飛猛進(jìn)的今天，日益消耗的機(jī)械原材料成為我國(guó)較為突出的資源損耗。當(dāng)前很多機(jī)械設(shè)計(jì)原材料已經(jīng)消耗過(guò)度，無(wú)法滿足對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)加工的持續(xù)供應(yīng)。從科學(xué)發(fā)展觀出發(fā)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)選材的經(jīng)濟(jì)性、綠色環(huán)保性生態(tài)發(fā)展勢(shì)在必行。

相關(guān)科研學(xué)者提出，在機(jī)械設(shè)計(jì)的選材應(yīng)用工作中，必須更加重視材料選擇的合理性，充分利用好每一份機(jī)械材料資源，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、功能作出最為綜合的評(píng)價(jià)，結(jié)合現(xiàn)代材料資源條件，選擇合理的機(jī)械設(shè)計(jì)材料實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程應(yīng)用發(fā)展。在機(jī)械設(shè)計(jì)選材應(yīng)用過(guò)程中需要著重關(guān)注的各個(gè)要點(diǎn)內(nèi)容成為未來(lái)機(jī)械工程可持續(xù)發(fā)展的必然焦點(diǎn)。

2 在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)材料的選擇和應(yīng)用應(yīng)注意的事項(xiàng)

2.1 注重選材的經(jīng)濟(jì)性與適用性

在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中對(duì)于材料的選擇應(yīng)用首先需要關(guān)注的就是材料的適用性和經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)人員來(lái)講，需要對(duì)整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)涉及的鑄造工藝、生產(chǎn)工藝，裝配工藝和焊接工藝等進(jìn)行綜合性分析，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)需求選擇低價(jià)值、高質(zhì)量的經(jīng)濟(jì)適用型機(jī)械材料。從而最大程度上開(kāi)發(fā)材料的使用價(jià)值，保證材料契合設(shè)計(jì)需求，在機(jī)械設(shè)計(jì)中發(fā)揮出應(yīng)有的材料功能。比如，在機(jī)械鑄造工藝中需要保正材料具備良好的吸氣性、收縮性、偏折性和流動(dòng)性;而在鍛造工藝中則要求材料必須具備較好的沖壓性、可鍛性、冷鐓性和斷后冷卻性;焊接工藝對(duì)材料的適用性和敏感性要求較高。機(jī)械加工材料的不同特性為機(jī)械設(shè)計(jì)工藝提供了不同的材料選擇，在保證滿足工藝需求的前提下，把握好工藝需求材料的各種特性，合理化選擇材料才是機(jī)械工程發(fā)展的正確方向。在注重了機(jī)械設(shè)計(jì)材料的適用性后，還需要根據(jù)工程預(yù)算合理考慮設(shè)計(jì)材料的經(jīng)濟(jì)性。既要做到選材的質(zhì)量要求達(dá)標(biāo)，也要保證經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的材料價(jià)格選擇。而對(duì)于可循環(huán)利用的機(jī)械材料，在整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)循環(huán)利用，降低資源消耗，減少機(jī)械設(shè)計(jì)成本，提高整體的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 注重選材的節(jié)能性和環(huán)保性

節(jié)能環(huán)保這一話題在當(dāng)今時(shí)代的社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中占據(jù)一定的地位，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步迅速，資源的消耗與破壞愈演愈烈，直接影響著環(huán)境問(wèn)題的發(fā)展?，F(xiàn)如今，人們的經(jīng)濟(jì)環(huán)保意識(shí)逐漸加強(qiáng)，環(huán)境保護(hù)成為社會(huì)熱議的焦點(diǎn)話題。環(huán)境破壞與資源消耗成為環(huán)保問(wèn)題中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，社會(huì)的可持續(xù)性發(fā)展策略必須嚴(yán)格控制生產(chǎn)資源的過(guò)度消耗。因此，在我國(guó)的機(jī)械化發(fā)展進(jìn)程中，機(jī)械設(shè)計(jì)選材的節(jié)能性和環(huán)保性十分重要。機(jī)械設(shè)計(jì)人員必須堅(jiān)持國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展策略，這設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能在保障設(shè)計(jì)需求的前提下選用低能耗、低污染的工程材料，采用合理設(shè)計(jì)、合理選材，節(jié)約不可再生資源的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)資源利用高效性發(fā)展。

2.3 選材的可持續(xù)性發(fā)展

在機(jī)械設(shè)計(jì)選材的全過(guò)程遵循可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略，重點(diǎn)關(guān)注機(jī)械工程設(shè)計(jì)的可持續(xù)性發(fā)展。從設(shè)計(jì)需求出發(fā)，充分挖掘應(yīng)用材料潛力，結(jié)合材料特性，針對(duì)性實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)工程中，對(duì)于材料的選擇和應(yīng)用，必須滿足機(jī)械工程設(shè)計(jì)需求，同時(shí)還要考慮材料的特性、功能和資源供應(yīng)可靠性。以下針對(duì)接卸材料特性，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)選材應(yīng)用進(jìn)行分析。

3.1 實(shí)用性機(jī)械材料的選擇應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)中對(duì)于材料的選擇應(yīng)用需要首先考慮機(jī)械材料的實(shí)用性。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的應(yīng)用通常需要根據(jù)設(shè)計(jì)工藝指標(biāo)進(jìn)行合理鑄造、加工、切削、熱處理等。而這些工藝對(duì)材料特征的要求比較嚴(yán)格，針對(duì)不同工藝，必須選擇滿足工藝要求的特性材料，在保證生產(chǎn)需求的前提下，確保零件加工符合設(shè)計(jì)需求。零件的加工需要考慮材料的強(qiáng)度和耐磨性能，同時(shí)對(duì)于材料加工后的外觀上很可能存在特殊要求，這就需要更具不同的零件需求特征，選擇合理的加工材料，滿足加工需求。

3.2 載荷類型機(jī)械材料的選擇應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)加工過(guò)程中，機(jī)械材料可能會(huì)出現(xiàn)失效現(xiàn)象，而在機(jī)械零件被應(yīng)用到機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，也可能出現(xiàn)抑制失效問(wèn)題，這些情況都是由于設(shè)計(jì)選擇的材料在負(fù)荷能力上存在差異導(dǎo)致的。為了有效保證機(jī)械設(shè)計(jì)正常應(yīng)用，這就需要嚴(yán)格掌控機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇應(yīng)用。選材時(shí)必須重點(diǎn)估算材料的荷載能力，結(jié)合設(shè)計(jì)需求，合理選擇性價(jià)比高的綜合荷載能力強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)材料。

3.3 低消耗機(jī)械材料的選擇應(yīng)用

我國(guó)可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略應(yīng)用在各行各業(yè)，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)來(lái)講，可持續(xù)性發(fā)展就必須保證設(shè)計(jì)選材和應(yīng)用的低消耗、無(wú)污染特性。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，對(duì)材料的加工處理也需要注意低消耗和環(huán)保方式和方法。在機(jī)械加工處理工種，熱處理是目前對(duì)機(jī)械材料使用壽命和性能損壞影響最大的加工工藝，而且這種加工工藝還會(huì)對(duì)環(huán)境造成重大污染。所以盡量規(guī)避熱處理加工工藝，在機(jī)械設(shè)計(jì)中可選擇冷、熱軋狀態(tài)下材料性能發(fā)揮較好的材料。如果無(wú)法避免熱處理加工，則選用處理流程簡(jiǎn)便的材料，這樣就可以降低消耗和減小污染。

3.4 無(wú)害機(jī)械材料的選擇應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)加工中，很多材料可能回帶來(lái)一定的危險(xiǎn)元素，比如Ni元素。這類元素不僅污染環(huán)境，還會(huì)對(duì)人體造成永久性傷害。所以需要在選擇機(jī)械材料時(shí)，注意對(duì)材料的檢測(cè)，避免有害材料混入其中，被應(yīng)用到機(jī)械設(shè)備里。

3.5 可回收機(jī)械材料的選擇應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)中相當(dāng)一本分零件都是金屬制成，而金屬的產(chǎn)量有限，隨著機(jī)械化建設(shè)的消耗，已經(jīng)越來(lái)越稀薄，這也使機(jī)械化發(fā)展受到限制。鋼材的應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中比較常見(jiàn)，而鋼材類型眾多，對(duì)于回收工作帶來(lái)一定的困難。不同類型金屬元素混合，導(dǎo)致回收工作中浪費(fèi)材料。所以，在保證機(jī)械工程行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的同時(shí)，必須保證選取可回收循環(huán)利用的機(jī)械加工材料。

4 總結(jié)

隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，我國(guó)工業(yè)機(jī)械化建設(shè)不斷取得新突破，而伴隨著機(jī)械化建設(shè)發(fā)展出現(xiàn)的就是機(jī)械原材料的過(guò)量消耗和浪費(fèi)。為了降低機(jī)械材料的過(guò)量消耗和浪費(fèi)，合理選擇和利用材料成為當(dāng)下機(jī)械設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展方向。充分分析設(shè)計(jì)需求和材料特征，合理利用經(jīng)濟(jì)性、綠色無(wú)污染、安全環(huán)保的新型機(jī)械加工材料，已經(jīng)成為機(jī)械化發(fā)展的必然趨勢(shì)。

［1］周玉豐，張帆.機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用分析［J］.河北農(nóng)機(jī)，2014(12):49－49.

［2］李冠效，雷長(zhǎng)貴.機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用解析［J］.硅谷，2014(2):86－87.

［3］劉秀霞.基于機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和使用分析［J］.中國(guó)機(jī)械，2015(8).