對機械設(shè)計過程中機械材料的選擇和應(yīng)用分析

錢 程

（無錫利歐錫泵制造有限公司，江蘇 無錫 214124）

在機械設(shè)計的過程中，一個必不可少并且非常重要的環(huán)節(jié)就是材料的選擇。首先，我們必須遵循其在使用過程中的實用性；其次，根據(jù)其細(xì)化的環(huán)節(jié)要求進(jìn)行選材；再者，一定要確保選材對人體以及環(huán)境的環(huán)保性，做到低污染、低消耗、保質(zhì)保量的情況下做到低成本，與此同時，要充分考慮材料的載荷類型，保證產(chǎn)品投入使用后產(chǎn)品的高效能[1]。

1 機械設(shè)計中的材料選擇和應(yīng)用的重要原則

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展勢必會帶動機械行業(yè)的飛速發(fā)展。同時在機械設(shè)計中材料的選擇和應(yīng)用問題，也是機械設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，它是機械設(shè)計行業(yè)關(guān)注的重點問題。以下就從零件使用要求，經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)保性分析材料選擇和應(yīng)用的重要性。

1.1 必須滿足機械零件的使用要求

在整個機械設(shè)計的過程中負(fù)載能力是設(shè)計的重中之重，倘若負(fù)載能力較差，勢必會對整個環(huán)節(jié)造成嚴(yán)重影響，從而導(dǎo)致其不能正常運行，造成不可逆的損害，進(jìn)而達(dá)不到預(yù)期的效果。因而，機械設(shè)計的選材要充分考慮其最大負(fù)載能力，與此同時，把最大負(fù)載也作為選材的一項幾位重要的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)想由于機械的負(fù)載能力較弱，當(dāng)受到強大的外壓時，機械發(fā)生彎向變形的情況，從而不能進(jìn)行正常工作以至于給整個工作帶來更大的損失。因此，為了避免上述情況的發(fā)生，在機械設(shè)計選材的時候，一定要選擇較為堅固而且耐用的新型材料，確保機械零件不發(fā)生扭向變形，用以改善機械材料的抗變行性能[2]。如：在對機械材料進(jìn)行設(shè)計加工時，可以采用中碳調(diào)制或低碳滲碳的特殊加工方式。以這樣的方式使材料的性能有所提高，從而使機械零件滿足其設(shè)計要求和使用要求。

1.2 經(jīng)濟(jì)性

每一個行業(yè)、每一個企業(yè)的存在，其運營都是為了創(chuàng)造價值，增加收入，所以無論是什么行業(yè)都必須要滿足這個條件，同樣機械設(shè)計行業(yè)對材料選擇時也要充分的考慮其經(jīng)濟(jì)性。然而，機械材料資源的缺乏也對其設(shè)計造成了巨大的困難。企業(yè)不能從單一角度只考慮到自身的經(jīng)濟(jì)效益，也要在各個方面確保其質(zhì)量，只有高質(zhì)量、高效能的機械才不會給企業(yè)帶來損害，才能使企業(yè)穩(wěn)健發(fā)展，所以在機械選材上面一定要慎之又慎，既不能造成材料浪費，也要保證其在性能方面滿足各類要求，增大其經(jīng)濟(jì)性。如下表：

表1 機械選材的具體要求

從表1可見，機床齒輪選材為40Cr、45鋼（每噸3500元左右）；而汽車拖拉機齒輪選材為20CrMnTi（每噸5300元～6000元），從價格和材料性能來看，如果不能合理選用材料會導(dǎo)致使用性能不達(dá)標(biāo)，使消費者不滿意；也可能造成企業(yè)成本增加，從而會使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益下降。這就突出選材的重要性。

1.3 環(huán)保性

環(huán)境保護(hù)長久以來一直備受關(guān)注，綠水青山就是金山銀山的提出，表明建設(shè)生態(tài)文明是關(guān)系人民福祉、關(guān)乎民族未來的，但不可避免的一點就是工業(yè)在給企業(yè)乃至國家?guī)斫?jīng)濟(jì)效益，提升國家GDP的同時，工業(yè)污染問題依然很嚴(yán)峻，如一些工業(yè)廢水、工業(yè)廢氣、工業(yè)垃圾等一系列白色污染。這就是工業(yè)發(fā)展過程中存在的雙重性，既能帶動國家的發(fā)展，也在為生態(tài)文明建設(shè)埋下不可逆的伏筆。更是亟待解決的重要問題。想要解決這個問題就是要從源頭抓起，在材料的選擇上一定要注重其環(huán)保性，有利于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)而推動經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[3-5]。

2 機械設(shè)計中的材料選擇和應(yīng)用

2.1 實用性機械材料的選擇應(yīng)用

在機械設(shè)計的過程中選用材料的首要條件就是選擇實用性的，對機械加工有用的材料，根據(jù)機械設(shè)計要求分析進(jìn)而準(zhǔn)確的選擇其所需材料，選擇出一種合理的、實用的機械材料。這樣有利于科學(xué)、合理的使用材料，避免造成不必要的浪費。例如：在加工齒輪時應(yīng)考慮其主要失效形式（斷齒、磨損、麻點剝落），需要搞得接觸疲勞抗力、高的彎曲疲勞強度。但是在機械加工的環(huán)節(jié)中要選擇特定的、外觀優(yōu)質(zhì)的材料。選擇實用性的機械加工材料，是需要根據(jù)各類不同的使用環(huán)節(jié)、不同的使用性能下以及不同的要求而進(jìn)行限定的，所以實用性機械材料的選擇應(yīng)用是非常必要的。

2.2 低能耗型機械材料的選擇應(yīng)用

任何類型材料在機械加工時，首要的一點是要求選擇的材料是低耗能低污染，不符合的材料必須要提前經(jīng)過一系列熱處理，因而后續(xù)的工序必須進(jìn)行預(yù)熱反應(yīng)，在此過程中稍有不慎，就會造成所選擇的材料縮短其使用壽命乃至直接報廢，更有甚者會使其性能消失等各類情況，并且有極大可能這種材料在后期預(yù)熱會對其周圍的環(huán)境造成較大的污染。所以，盡最大可能去選擇在冷拔狀態(tài)、熱軋狀態(tài)均可以發(fā)揮出最佳的機械性能的機械加工材料。或選擇預(yù)熱處理步驟較少的材料。常見的情況是用低淬透性鋼鍛制齒輪，即滲透加熱。冷卻后，機械材料出現(xiàn)硬化層。

2.3 可持續(xù)發(fā)展型機械材料的選擇應(yīng)用

可持續(xù)發(fā)展型機械材料的選擇應(yīng)用歸根結(jié)底是要實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的一個循環(huán)發(fā)展，對機械設(shè)計選材以及應(yīng)用提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，更加嚴(yán)苛的條件要求。由此可見，機械工程設(shè)計需要同環(huán)境建設(shè)有機的進(jìn)行結(jié)合，盡量控制能源消耗的同時更要提高材料的利用率、使用率，以期到到效能突出同時環(huán)境污染低的雙贏策略。

2.4 經(jīng)濟(jì)型的材料選擇應(yīng)用

經(jīng)濟(jì)是評估一個企業(yè)重要手段，經(jīng)濟(jì)成本是企業(yè)發(fā)展的一個命脈，合理預(yù)估、評估選取經(jīng)濟(jì)適用型的新型材料極為重要。所以機械設(shè)計一定要在選材上下功夫，高精尖技術(shù)人才根據(jù)機械設(shè)計的具體要求進(jìn)行一系列全面系統(tǒng)性的分析研究，當(dāng)然，在保證質(zhì)量的前提下一定要注重選材的性價比，從而發(fā)揮其最大的性能。值得強調(diào)的一點就是在實現(xiàn)材料能源的再利用是很有必要的，選材的過程中一定要優(yōu)先選擇那些能夠循環(huán)利用的經(jīng)濟(jì)性機械材料，進(jìn)而從源頭降低資源消耗，避免資源浪費，以及減少材料的成本，從而給企業(yè)增加總體經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

機械設(shè)計的過程中材料的選擇和應(yīng)用尤為重要，關(guān)乎機械產(chǎn)品質(zhì)量的同時，也對機械設(shè)計行業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展有著不可替代的作用。因此，所選用的材料必須滿足設(shè)計的使用要求，也要保證所選用的材料具備較強的經(jīng)濟(jì)性、無害性、實用性，為往后機械設(shè)計行業(yè)的穩(wěn)健、迅速的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。