機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中機(jī)械材料的選擇和應(yīng)用

常玉燕

摘 要：隨著制造業(yè)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品使用量也在不斷增加，加上各類有限元分析軟件的發(fā)展，機(jī)械零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平有了很大的提高。機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題更多地表現(xiàn)在材料的選取上，合理的選取材料能有效地提高設(shè)備的工作效率，提升機(jī)械的壽命。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；機(jī)械材料；選擇；應(yīng)用

材料的選擇與應(yīng)用是機(jī)械設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，其關(guān)系著機(jī)械產(chǎn)品的性能及使用壽命，尤其是部分機(jī)械產(chǎn)品對(duì)材料各項(xiàng)參數(shù)要求較高，需設(shè)計(jì)人員綜合分析，保證選擇材料的合理性與科學(xué)性。

1機(jī)械設(shè)計(jì)中機(jī)械材料選擇和應(yīng)用的意義

機(jī)械行業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中具有推動(dòng)的作用，是一項(xiàng)至關(guān)重要的支撐型產(chǎn)業(yè)。針對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)而言選擇和應(yīng)用機(jī)械材料都很重要，尤其是科學(xué)發(fā)展觀要求提出以后，重視選擇和應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)的力度加大了。產(chǎn)業(yè)化在不斷地發(fā)展，不能夠把眼光只放在機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展上，還應(yīng)該注重經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)應(yīng)該步入可持續(xù)發(fā)展的道路。我國(guó)工業(yè)化發(fā)展在不斷地加快，機(jī)械設(shè)計(jì)所用材料的需求量也在加大。但是機(jī)械設(shè)計(jì)中可以使用的材料卻很少，從世界范圍看，社會(huì)發(fā)展與資源稀缺出現(xiàn)了沖突。為了滿足消費(fèi)者物質(zhì)文化的需求，使消費(fèi)者的消費(fèi)水平得以有效地提升，機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)開(kāi)始尋找新型的材料，這種新型的選擇方式既能夠使機(jī)械設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和適用性得以有效地滿足，又能夠使機(jī)械設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展得以滿足[1]，這種新型方式的改進(jìn)能夠充分地利用有限的資源。若想使機(jī)械設(shè)計(jì)深入地發(fā)展，必須要將選擇和應(yīng)用機(jī)械材料協(xié)調(diào)好，從而使機(jī)械行業(yè)在社會(huì)發(fā)展中做出更大的貢獻(xiàn)。

2常見(jiàn)機(jī)械工程材料的分類及特性

目前機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的工程材料包括：金屬材料、陶瓷材料、高分子材料及復(fù)合材料。在很多的工程中都可以看到金屬材料的使用，可以說(shuō)金屬材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域中，一些有關(guān)人員專門統(tǒng)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品中使用的90%以上的材料都是金屬材料[2]。針對(duì)于金屬材料而言大多數(shù)選用的是鋼鐵材料，這就說(shuō)明鋼材具有非常好的強(qiáng)度和韌性都達(dá)到了使用的標(biāo)準(zhǔn)。另外材料價(jià)格也很低，材料可以在生產(chǎn)的許多方面進(jìn)行使用，這也表示在機(jī)械設(shè)計(jì)材料中使用鋼材非常合適。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高分子材料逐漸出現(xiàn)在人們的生產(chǎn)生活中。高分子材料有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中占比越來(lái)越大。在高分子材料中應(yīng)用最多的就是塑料、合成纖維等，這些材料具有來(lái)源廣泛、延展性很強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)在加工制作過(guò)程中消耗的能源非常少，受到了人們的重視。但是最近幾年人們逐漸發(fā)現(xiàn)塑料制品能夠產(chǎn)生“白色污染”越來(lái)越重，就目前來(lái)說(shuō)人們需要一種更加環(huán)保的高分子材料[3]。復(fù)合材料與陶瓷材料和高分子材料相比具有更好的抗疲勞性能、比強(qiáng)度及耐磨性。但是這種材料成本高，一般應(yīng)用在航空、武器等重要領(lǐng)域。

3機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中機(jī)械材料的選擇和應(yīng)用要點(diǎn)

3.1選擇載型材料

在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，機(jī)械材料外載荷性對(duì)機(jī)械元件能否正常地工作起決定性的作用，若想對(duì)零件失效問(wèn)題進(jìn)行預(yù)防和解決就需要有效地運(yùn)用機(jī)械零件的性能進(jìn)行解決該問(wèn)題。通常零部件失效現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是因?yàn)榱悴考阅芘c零件外載荷有沖突情況出現(xiàn)，因此在對(duì)機(jī)械材料進(jìn)行選擇時(shí)，選擇的材料必須要與載何性能相符合，才能夠使載荷型的材料達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。在具體選擇機(jī)械材料時(shí)，載荷性能分為兩個(gè)方面：其一，零部件是在外載荷作用力下有扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象出現(xiàn)，通常這時(shí)的應(yīng)力主要集中于材料表層，也就是說(shuō)材料的表面性能對(duì)零部間控制效果起決定性的作用。所以，在對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)材料進(jìn)行選擇時(shí)，最好選擇中碳鋼或低碳鋼滲碳作為原料，這種原料制成的機(jī)械部件能夠有效地承擔(dān)一定的載荷力。零部件利用這種方式進(jìn)行選擇和加工，通常能夠使零部件的質(zhì)量得以有效地保證。其二，在實(shí)際工作中，有些零部件對(duì)于一定的壓縮作用和拉升力都要承受，因此，材料選擇時(shí)，必須將材料選擇性地均勻分布，從而高效地完成選擇材料的任務(wù)。

3.2合金鋼、碳素鋼選擇

碳素鋼是目前機(jī)械設(shè)計(jì)中，最為常見(jiàn)且使用較為廣泛的材料。然而由于這種鋼材的韌性與強(qiáng)度卻十分有限，雖然碳素鋼價(jià)格低廉且可加工工藝較為出色，但卻無(wú)法制作中等以上形狀的零件[4]。作為提高金屬材料韌性與強(qiáng)度的關(guān)鍵，合金便在此過(guò)程中得到了提名。合金鋼相較于傳統(tǒng)鋼材具有更高的強(qiáng)度與韌性，能夠滿足許多機(jī)械設(shè)計(jì)的根本需求。除了能提高材料韌性和強(qiáng)度之外，也起到了增加淬透性的作用，同時(shí)還有增加材料耐磨性的作用。這樣不僅避免了浪費(fèi)，又實(shí)現(xiàn)了零部件質(zhì)量得到了保障。

3.3低消耗材料選取及應(yīng)用

機(jī)械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，不僅要建立在城市的不斷建設(shè)上，同時(shí)還要從機(jī)械設(shè)備的選取與使用過(guò)程中，加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保材料的使用。這是因?yàn)樵诓牧系倪x用過(guò)程中，環(huán)保節(jié)能的材料將會(huì)有效降低污染。首先，在選取機(jī)械設(shè)備材料的途中，應(yīng)減少或避免熱處理工藝的應(yīng)用，這是提高材料壽命與使用性能的關(guān)鍵；其次，熱加工處理還會(huì)大幅提高材料處理與生產(chǎn)對(duì)周遭環(huán)境的破壞。機(jī)械設(shè)備的材料選擇及處理可以選擇冷軋與熱軋的方式，做到最大化發(fā)揮材料的性能。此外如若熱處理這一工序是生產(chǎn)過(guò)程中不可避免的一步，那么應(yīng)盡量選用工序使用較少的材料，從而降低材料消耗，更多的使用低耗能材料，確保行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3.4選擇無(wú)害的材料

在機(jī)械加工中使用的材料一般都含有一些有危害性的元素，不僅影響人的身體健康，還能給環(huán)境帶來(lái)非常惡劣的影響[5]。因此在機(jī)械設(shè)計(jì)加工前，一定要對(duì)材料進(jìn)行檢測(cè)，盡可能的不使用含有有害成分的材料，如果由于需要必須使用一些有毒材料，一定要做好準(zhǔn)備，在實(shí)際工作中盡量避免和人的接觸，減少對(duì)人體的傷害。

3.5選擇可回收的材料

在機(jī)械設(shè)計(jì)中所選用的材料大部分都是金屬材料，但是有些金屬產(chǎn)量很低，如果在機(jī)械設(shè)計(jì)中大量使用含量稀少的金屬就會(huì)極大的降低此種金屬含量，而如果不能及時(shí)找到替代材料，就會(huì)影響到行業(yè)的發(fā)展，因此在機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選用過(guò)程中，盡可能選擇一些可回收利用的材料，不僅可以促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展，還能降低環(huán)境污染。

3.6使用性材料

在選擇材料時(shí)使用性是選取的第一要求標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)使用性也是控制材料質(zhì)量與性能的根本要素。設(shè)計(jì)過(guò)程中不同材料構(gòu)建會(huì)對(duì)不同的機(jī)械零部件造成不同質(zhì)量的影響，如部分機(jī)械零部件對(duì)于材料的要求是強(qiáng)度較高，而部分機(jī)械零部件則對(duì)材料的要求是外表美觀。在選擇材料與設(shè)計(jì)機(jī)械樣本的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員必須清晰的了解不同零部件部位，對(duì)不同材料的本質(zhì)需求，選擇性價(jià)比更高的基礎(chǔ)材料。

4結(jié)語(yǔ)

不同材料的選取，將會(huì)直接決定機(jī)械設(shè)計(jì)的最終質(zhì)量。因而材料的選擇必須注重材料的功能性價(jià)值，此外還要注重材料的經(jīng)濟(jì)、適用、節(jié)能與環(huán)保功能。對(duì)于不同鋼材的選取，則要注重鋼材的強(qiáng)度與韌性要求，避免資源浪費(fèi)。同時(shí)確保材料的無(wú)公害與節(jié)能，從而發(fā)揮機(jī)械設(shè)計(jì)的最大價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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[2]車明浪，史兆偉.機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用[J].金屬材料與冶金工程，2015，43（4）：25-27.

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[4]袁小偉.關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料選擇和應(yīng)用探討[J].機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2017（6）：42-45.

[5]徐榮剛，肖金健.論化工機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料選擇和應(yīng)用[J].化工管理，2017（24）：204.