機械設(shè)計中新型材料選用的思考

高 鵬，慶彥兵

（齊齊哈爾工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，機械制造業(yè)的發(fā)展也是突飛猛進，但機械設(shè)計面臨著更高的挑戰(zhàn)，為了使機械制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展，要從材料選擇方面著重考量。機械設(shè)計在選材時要堅持科學、合理的原則，能夠利用不同特性的材料，只有這樣才能促進機械制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 機械制造業(yè)材料選擇的重要意義

如今現(xiàn)代化進程全面推進，機械制造業(yè)獲得顯著優(yōu)勢的同時也面臨著巨大的挑戰(zhàn)?？萍嫉目焖侔l(fā)展促使產(chǎn)生了更多的機械企業(yè)，并且相較于從前，如今機械制造業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模更大，結(jié)果就是材料市場資源嚴重不足。材料資源不足必定會影響機械制造業(yè)的發(fā)展，其惡性競爭的市場資源環(huán)境會導(dǎo)致機械制造出現(xiàn)嚴重的滯后。

2 機械設(shè)計中金屬材料選取的基本原則

（1）經(jīng)濟性。所有企業(yè)都看重企業(yè)的經(jīng)濟效益，并將其作為盈利的目標，機械制造業(yè)也是這樣，因此企業(yè)在選擇材料時，為了大大降低企業(yè)的成本，要選擇高性價比的材料。

（2）材料載荷的大小與性質(zhì)。在機械設(shè)計領(lǐng)域，載荷與性質(zhì)指的是機械設(shè)計師要分析和考慮所選材料能夠承受的荷載力大小，要保障材料的可塑性，同時又能夠體現(xiàn)出制造出的機械具備的優(yōu)良特性。

（3）零部件的尺寸和質(zhì)量。在實際生產(chǎn)時，對于加工出來的一些機械零件，經(jīng)常會因為選擇金屬材料時缺乏科學性，造成加工出的機械部件的尺寸或者質(zhì)量不能達到使用的標準，對于企業(yè)來說會在一定程度上產(chǎn)生負面影響。機械制造行業(yè)對于零件規(guī)格的要求非常嚴格甚至苛刻，對于加工的小零件會應(yīng)用到精密儀器中，大零件則應(yīng)用到大型機械中。

（4）零部件的工作環(huán)境。不同的機械部件在不同環(huán)境下要具備應(yīng)對該環(huán)境的能力，例如，在潮濕的環(huán)境中，零部件必須要具備防腐蝕的特性，因此要在材料的選取上要選擇具有抗腐蝕性能的金屬材料；對于在高溫環(huán)境下運作的機械，在制造相應(yīng)的機械零部件時要選擇耐高溫的金屬材料，這樣才能保證機械能夠正常工作，并能夠延長機械的使用壽命。

3 機械設(shè)計中材料的選擇

（1）實用性材料。不同機械需要不同規(guī)格要求的材料，且一般要求差距較大，比如一些零件注重對于材料硬度的考慮，而有些則僅僅需要考慮美觀這方面的要求。所以在選擇所需材料之前，設(shè)計者必須非常熟悉了解機械設(shè)備制造的具體要求，仔細分析各零件的制造工藝，根據(jù)這些特殊要求選擇合適的材料才能制造出符合要求的機械設(shè)備。

（2）碳素鋼、合金鋼材料。碳素鋼是一種性價比較高的材料，是機械設(shè)計領(lǐng)域中較常使用的一種材料。然而這種材料具有缺點，就是其韌性以及強度上不能夠達到較高的要求，這讓機械零件的規(guī)格擴充在很大程度受到了限制。但是若將一定配比的合金材料加入到碳素鋼材料中，制造出的新型機械材料能夠在韌性和強度上呈現(xiàn)出非常理想的效果，大大提高了機械材料的質(zhì)量。

（3）無毒無害性材料。在機械設(shè)計領(lǐng)域中，很多材料是存在一定傷害性的。例如Ni、As等化學機械材料都會對人體產(chǎn)生非常強的傷害，此外，這些材料對于自然環(huán)境的傷害也是極強的。所以設(shè)計者在選擇機械材料時要對這些有害材料慎重選擇，保證機械制造在安全無害的環(huán)境中進行。

（4）載荷性材料。在機械設(shè)計領(lǐng)域中，荷載性是一項衡量機械材料功能和質(zhì)量的重要指標。材料的荷載性在很大程度上決定了機械設(shè)備是否能夠正常工作。如果使用的材料在荷載指標方面沒有達到設(shè)計要求，那么在機械制造時會出現(xiàn)斷裂情況，或者以潛藏性故障風險的形式存在于機械設(shè)備中，這樣不但不能保障機械設(shè)備的安全使用，還會嚴重影響設(shè)備的使用壽命。

（5）低耗能材料。材料本身的性質(zhì)同樣是影響機械設(shè)計是否成功的關(guān)鍵。為了保證機械設(shè)計領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展，設(shè)計者選擇材料時不能忽略了對環(huán)保的要求。環(huán)保的思想不能僅僅在設(shè)計時體現(xiàn)出來，還要在機械制造的所有環(huán)節(jié)中都有所滲透?，F(xiàn)階段，金屬材料是目前最常見且市場采購最豐富的機械制造材料。但是，在對金屬材料進行實際生產(chǎn)時，必須要對其進行熱處理，熱處理會對環(huán)境造成非常大的傷害，并且對于企業(yè)在能源上會產(chǎn)生巨大的消耗量。

4 機械設(shè)計新型材料選擇時的注意事項

（1）確定材料的使用性能。在零件管理方面，要充分結(jié)合變量因素與實際情況等，并將如何進行機械能力分析作為重點。在后續(xù)的設(shè)計方面會涉及到材料的機械、物理、化學等性能，要結(jié)合性能指標以及材料使用的注意事項，充分了解關(guān)注必要性指標。

（2）確定材料的工藝性能。在材料的鑄造性能方面，充分做好材料的熔點分析，其中關(guān)鍵的一項為范圍溫度的確定，同時在鑄造管理中要充分了解材料的成分類型。在材料的壓力加工性能方面，要根據(jù)材料的變形情況和實際性能等進行材料的表面處理，防止出現(xiàn)裂紋或異常情況，并在管控過程中根據(jù)各項指標以及傾向力確定出可變性溫度的范圍。

（3）材料的經(jīng)濟分析。對于材料設(shè)備的有序處理非常重要，要充分結(jié)合產(chǎn)品的成本以及注意事項等進行成品率的分析。同時對于費用的管理也很重要，企業(yè)要充分考慮當前的經(jīng)濟效益，結(jié)合資源的形式實施。

（4）機械零件組裝。企業(yè)要加強對于零件組裝的管理，提前對材料進行分析，防止出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象。如果零件損壞或出現(xiàn)異常，零件不可投入使用；如果零件材料失效，為了防止出現(xiàn)安全問題，不能投入使用。

（5）材料環(huán)保節(jié)能。在傳統(tǒng)的機械制造過程中，難以避免會產(chǎn)生大量有毒廢氣污染空氣，會產(chǎn)生金屬廢渣，并且生產(chǎn)出的機械部件不能達到國家一流標準。為保證在機械制造環(huán)節(jié)既不會造成環(huán)境污染，又不會造成能源的巨大消耗，可以從以下幾方面入手。

5 總結(jié)

綜上可知，隨著社會的迅速發(fā)展，雖然我國機械技術(shù)占據(jù)著明顯的優(yōu)勢，但也面臨著更大的挑戰(zhàn)。在新時期發(fā)展的背景下，對我國機械制造業(yè)提出了更高的要求，企業(yè)要想實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就要優(yōu)化設(shè)計材料、注重機械材料的選擇，再結(jié)合當前的實際情況嚴格按照相關(guān)指標與要求實施，這樣才符合機械行業(yè)的發(fā)展要求。