機械設(shè)計中材料的選擇及其應(yīng)用

陳玉都

摘 要：機械設(shè)計中材料的選擇和運用是整個機械設(shè)計中的核心，對提高機械設(shè)計的水平，保障機械產(chǎn)品的質(zhì)量以及推動整個機械設(shè)計行業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；材料選擇；應(yīng)用

Abstract：the use of mechanical and material selection in the design is the core in mechanical design，mechanical design to improve the level and guarantee the quality of mechanical products and promote the development of the mechanical design industry has very important significance.

Keywords：mechanical design；material selection；application

1 機械設(shè)計中材料的選擇

1.1 選擇載荷類型的材料

機械設(shè)計過程中，通常機械材料的外載荷性能容易導(dǎo)致機械設(shè)計的部分元件失效，而機械的零部件所具備的性能卻能有效的防止這種零件的失效。由于失效零部件性能與材料的外載荷性能之間的矛盾，進(jìn)而要求在機械材料的選擇上，要以材料的載荷性能的大小作為機械選材的標(biāo)準(zhǔn)。在選材上可以將材料的載荷性能歸結(jié)為兩個方面：一是當(dāng)零部件在外載荷力的作用下出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)時，其中應(yīng)力大多集中在材料表層，這就表明，材料表面的性能直接決定著零部件間的控制效果。所以在機械設(shè)計材料選擇上，如果機械材料需要承受載荷力，就可以選擇低碳鋼滲碳或者是中碳鋼調(diào)質(zhì)的方式對材料進(jìn)行加工。通過此種材料的選擇和加工方式能夠確保產(chǎn)品的質(zhì)量。二是對一些能夠承受壓縮或者是拉伸作用的材料，由于外載荷力作用到零件的橫截面，使橫截面的應(yīng)力比較均衡，所以這就需要在機械材料的設(shè)計中，選擇一些性能分布均勻的材料，保障在機械設(shè)計的加工、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)中能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行高效的作業(yè)。

1.2 選擇可回收和能夠循環(huán)利用的材料

在機械制造領(lǐng)域內(nèi)，金屬材料的種類非常多，鋼材就有100多種。然而在機械設(shè)計中，由于不同種類的材料都堆放在了一起，很難對材料進(jìn)行分類，進(jìn)而加大了回收利用的難度。因此機械設(shè)計的材料選擇過程中，為了便于循環(huán)利用，可以選擇一些單一的合金系制作零部件，因為合金系的構(gòu)成元件比較少，對環(huán)境的壓力也較小，所以能有效提高對合金的回收和循環(huán)利用效率。

2 機械設(shè)計中材料的運用

2.1 材料運用的經(jīng)濟(jì)性與實用性相統(tǒng)一

材料運用的經(jīng)濟(jì)性與實用性統(tǒng)一是機械設(shè)計中必須首先要考慮的問題。在材料運用的過程中應(yīng)當(dāng)注意兩個方面的內(nèi)容：一是在機械設(shè)計中材料的運用應(yīng)以零部件的加工工藝為標(biāo)準(zhǔn)。機械加工中不同的加工技術(shù)，如切削工藝、鑄造工藝、焊機工藝以及熱處理工藝等技術(shù)對于材料的運用要求是不同的。切削工藝要求材料的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)符合切削作業(yè)的可操作性特征；鑄造工藝要求材料的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)向高吸氣、高收縮、高流動方向轉(zhuǎn)變；焊接工藝要求材料的應(yīng)用必須要體現(xiàn)出冷鐓性和沖壓性的特點；而熱處理工藝則要求材料的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)符合氧化脫碳性、敏感性、淬透性等特征。二是強調(diào)材料應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性。機械設(shè)計過程中，在保障各零部件材料都能夠符合各種加工工藝要求的前提下，應(yīng)當(dāng)合理地對機械材料的加工成本進(jìn)行控制，然而為了實現(xiàn)材料應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性，可以根據(jù)機械設(shè)計企業(yè)的自身發(fā)展水平，最大限度地對加工工藝和零部件的生產(chǎn)方式進(jìn)行合理的控制。

2.2 材料運用的節(jié)能性和環(huán)保性的統(tǒng)一

機械設(shè)計中材料應(yīng)用的節(jié)能性與環(huán)保性是促進(jìn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要方式，是實現(xiàn)機械設(shè)計可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。因此，在機械設(shè)計過程中應(yīng)努力確保材料運用的節(jié)能性和環(huán)保性的相統(tǒng)一，推動機械設(shè)計健康、可持續(xù)的發(fā)展。例如，在機械設(shè)計鑄造工件環(huán)節(jié)，鑄造設(shè)計階段百分之五的成本決定著百分之八十的鑄造工件的生產(chǎn)成本。所以在機械設(shè)計過程中，節(jié)能環(huán)保的材料運用，不僅能降低能源的消耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，而且還能夠最大限度地符合機械設(shè)計中材料應(yīng)用的環(huán)保性要求。

2.3 做好化工機械設(shè)備的防腐設(shè)計

腐蝕是化工機械設(shè)備經(jīng)常會發(fā)生的問題，這主要是因為化工機械設(shè)備在平時的環(huán)境中由于空氣和水分等因素發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)損耗或者破壞的情況?；ぴO(shè)備被腐蝕以后會在顏色、外觀和基本的性能方面發(fā)生變化，進(jìn)而會影響設(shè)備的正常使用和生產(chǎn)，也會給使用的企業(yè)帶來不小的損失。因此，對于化工設(shè)備的腐蝕以及防腐措施的研究意義很大。結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該能夠滿足化工設(shè)備在生產(chǎn)運行過程中對生產(chǎn)的要求和應(yīng)力的特點，在進(jìn)行設(shè)計時我們應(yīng)該注意下面幾個方面：首先做到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和化工產(chǎn)品的耐腐蝕要求是一樣的；其次要注意化工設(shè)備在運行時的穩(wěn)定性和流暢性，防止具有腐蝕性的介質(zhì)的挺短、蒸汽的凝結(jié)還有腐蝕物的積累；最后要注意對于外力額保護(hù)，以防因為外力對設(shè)備造成的破壞。

3 可循環(huán)利用型材料的選擇和應(yīng)用

機械設(shè)計中多使用金屬材料，在設(shè)計中，對不同零件往往需要根據(jù)其使用性能綜合使用金屬材料，為滿足零件性能，將這些材料混合加工為合金材料，從而滿足使用需求。這種使用方式對機械報廢后的回收難度和回收成本都有很大的影響。為提高材料報廢后的廢物資源化，機械設(shè)計時，要盡量選擇可循環(huán)利用的材料，單一合金或者金屬種類較少的合金材料是更科學(xué)的選擇，材料循環(huán)利用的可能性也更高。

結(jié)語

對于機械設(shè)計來說，材料選擇以及應(yīng)用是非常重要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，在機械設(shè)計中的地位也逐漸提升。在選擇材料時，需要保證其科學(xué)性以及優(yōu)化性，對行業(yè)實際發(fā)展?fàn)顩r加以分析，明確材料選擇與應(yīng)用的地位，滿足機械設(shè)計的相關(guān)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，在應(yīng)用的過程中始終堅持可持續(xù)發(fā)展的重要理念，確保其實用性和經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性和環(huán)保性，確保制作出來的機械設(shè)備的良好質(zhì)量，推動機械行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。

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