試論機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用

杜洪亮（中航工業(yè)導(dǎo)彈院，河南 洛陽 471003）

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試論機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用

杜洪亮
（中航工業(yè)導(dǎo)彈院，河南 洛陽 471003）

摘 要：機(jī)械設(shè)計(jì)需要考慮的問題很多，是一個(gè)產(chǎn)品具有先進(jìn)性、適應(yīng)性的依據(jù)和基礎(chǔ)。其材料的選擇也是在機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要重點(diǎn)考慮的問題之一，本文重點(diǎn)分析了材料選擇的重要性，探討了材料具體選擇和應(yīng)用，提出了經(jīng)濟(jì)性、集約性與使用性能的兼顧統(tǒng)一的材料選擇建議。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；材料；經(jīng)濟(jì)；使用

1　引言

機(jī)械設(shè)備作為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志，不斷改變著現(xiàn)代社會(huì)，實(shí)現(xiàn)人們生活、工作、學(xué)習(xí)的便利性，效率提升。機(jī)械設(shè)備的材料直接影響其工作的有效性，使用壽命等，是整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)之初最為關(guān)鍵的問題，選擇恰當(dāng)?shù)臋C(jī)械工程材料，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械的正常工作。目前，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)件在生產(chǎn)和加工工藝上還是存在一定的問題，主要就是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)件的材料在熱處理等環(huán)節(jié)還存在一定的技術(shù)瓶頸，因此需要有國外的進(jìn)口，由此可見材料在機(jī)械設(shè)備中的作用十分重要。在進(jìn)行相關(guān)機(jī)械的設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮一系列的綜合因素，實(shí)現(xiàn)材料選擇科學(xué)合理。

2　材料選擇的重要性

隨著我國工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備向著大型、微型的極限方向發(fā)展，其材料的重要性開始越發(fā)重要，由于國內(nèi)的加工工藝的限制，很多機(jī)械在向著大型和微型方向發(fā)展的時(shí)候，出現(xiàn)了很多的問題，這些問題直接影響了機(jī)械設(shè)備工作性能，當(dāng)機(jī)械材料強(qiáng)度達(dá)不到使用要求的時(shí)候，一些機(jī)械設(shè)備的工作范圍將大大縮小。同時(shí)隨著這些人們環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強(qiáng)，大家開始更多關(guān)注機(jī)械設(shè)備在使用過程中對環(huán)境的影響，一些機(jī)械材料在使用的過程中可能對周邊環(huán)境產(chǎn)出影響，因此在選擇機(jī)械材料的時(shí)候需要進(jìn)一步構(gòu)建建材的環(huán)保性，降低機(jī)械材料對周邊操作人員的影響。

3　材料具體選擇和應(yīng)用

3.1實(shí)用性考慮

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械材料選擇的時(shí)候，第一步需要考慮的就是材料的實(shí)用性，是否滿足機(jī)械工作性能的要求，需要更加機(jī)械設(shè)備需要承受的工作性能進(jìn)行相應(yīng)的材料處理，例如在材料的熱處理，加工切削，實(shí)現(xiàn)其內(nèi)應(yīng)力，硬度、韌性、表面粗糙度等方面的處理，以達(dá)到材料需要達(dá)到的基本要求。同一類零件在安裝在不同位置的時(shí)候，所承受的外向應(yīng)力是不同的，需要對其進(jìn)行的處理也是不同的，在選擇相關(guān)的材料時(shí)需要充分考慮其實(shí)用的具體情況。

3.2載荷的考慮

在相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)中，需要對其承受的載荷進(jìn)行有效計(jì)算［1］。這種計(jì)算的主要目的就是選擇合適承載能力的材料進(jìn)行加工裝配，因?yàn)槌休d能力過強(qiáng)，材料的加工成本較大，選擇這一材料所需要付出的成本較大，不利于機(jī)械的成本降低，提高設(shè)備的價(jià)格競爭優(yōu)勢，但是當(dāng)選擇的承載能力相對較弱的時(shí)候，材料在機(jī)械設(shè)備中的使用將大大受到影響，其設(shè)備的使用壽命將大大降低，可能經(jīng)常性的出現(xiàn)一些機(jī)械事故，影響機(jī)械的正常使用。因此在進(jìn)行材料載荷的考慮時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注相關(guān)載荷的估算，選擇與估算結(jié)論相匹配的材料，這樣才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和使用性的統(tǒng)一。

3.3環(huán)保性的考慮

實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的環(huán)保性是實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備具有長期發(fā)展的決定因素，因?yàn)楝F(xiàn)代社會(huì)對環(huán)境保護(hù)的重視程度不斷提高，國家也加大對工業(yè)企業(yè)環(huán)保工作的管理力度，因?yàn)闄C(jī)械材料的熱處理等環(huán)節(jié)可能對周邊的環(huán)境產(chǎn)生影響，需要在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候，刪去一些不必要的熱處理，這樣可以降低企業(yè)在進(jìn)行熱處理過程中產(chǎn)生的環(huán)境影響，降低企業(yè)能耗，這些都是需要在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候重點(diǎn)關(guān)注機(jī)械設(shè)備在材料上不必要的一些工藝流程，這樣可以達(dá)到環(huán)保性的考慮。

3.4低毒性的考慮

一些機(jī)械材料在使用的過程中可能產(chǎn)生一些對人體有害的物質(zhì)，這樣直接影響機(jī)械設(shè)備操作者的身體健康。因此在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候需要重點(diǎn)關(guān)注選擇材料的低毒性，例如鎳元素就是一種工業(yè)中有毒的金屬材料，在選擇的過程中需要避免這種金屬材料的選擇和應(yīng)用，就算是必須使用這種有毒的金屬材料，需要在與人體產(chǎn)生接觸的區(qū)域進(jìn)行有效表面處理，降低有毒金屬材料對操作人員的人生傷害。

3.5回收性的考慮

隨著現(xiàn)代集約化社會(huì)的發(fā)展，人們開始更加注重材料的可循環(huán)使用［2］。金屬材料在國內(nèi)儲量相對是有限的，需要我們進(jìn)行可循環(huán)的使用，然而不同金屬材料進(jìn)行混合之后，再進(jìn)行回收將出現(xiàn)一定的難度，由于現(xiàn)代材料學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，不同金屬元素的混合將出現(xiàn)不同硬度、韌性、耐磨性等特征，所以有更多的材料選擇的不同金屬元素的混合，以增強(qiáng)其使用性能。這樣也給材料的可循環(huán)使用帶來的麻煩，因此需要在進(jìn)行材料選擇的時(shí)候，在沒有必須選擇混合金屬材料的時(shí)候，就需要單一金屬材料，這樣可以保證其今后的回收性。

4　材料選擇和應(yīng)用的建議

（1）兼顧經(jīng)濟(jì)與使用性能的統(tǒng)一。機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，需要對設(shè)計(jì)的設(shè)備進(jìn)行有效的估算，對其需要承受的載荷進(jìn)行充分的推算，這些推算的結(jié)論為選擇材料的科學(xué)性、合理性提供必要的依據(jù)。因?yàn)椴牧闲阅苓h(yuǎn)遠(yuǎn)超出使用上限的時(shí)候，將大大延長機(jī)械的使用壽命，造成材料選擇的浪費(fèi)，企業(yè)在生產(chǎn)這種材料的時(shí)候成本將大大提高，需要考慮其材料的經(jīng)濟(jì)性與使用性能的統(tǒng)一，只要滿足機(jī)械使用要求的材料性能即可，這樣可以大大降低材料的經(jīng)濟(jì)成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力。

（2）兼顧集約性與使用性能的統(tǒng)一。現(xiàn)代社會(huì)的集約化發(fā)展趨勢不斷明顯，需要企業(yè)也實(shí)現(xiàn)粗放型發(fā)展戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)集約化的發(fā)展方式，其中的一個(gè)重要表現(xiàn)就是材料選擇需要體現(xiàn)集約化的要求，不選擇那些沒有實(shí)際應(yīng)用性的性能，因?yàn)檫@些用不著的性能只能增加材料的加工、處理的成本，這樣就需要不斷在集約化發(fā)展的道路上考慮材料的使用性能保證。只要可以實(shí)現(xiàn)材料使用性能的有效保證，可以大大降低材料的加工、處理的集約化發(fā)展。省去、兼并多余的加工工藝。

5　結(jié)語

機(jī)械設(shè)備已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)中不可缺少的重要產(chǎn)品，提高了工作效率，降低了工作強(qiáng)度［3］。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，機(jī)械材料的選擇是其實(shí)現(xiàn)其功能的基礎(chǔ)，因此在設(shè)計(jì)的過程中需要兼顧經(jīng)濟(jì)性、集約性與使用性能的兼顧統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)材料選擇和應(yīng)用的科學(xué)性、合理性。

參考文獻(xiàn)：

［1］馬藝林，朱東波，陳騰飛，吳松，凌江紅，黃群，何平鴿，周科朝等.再增密對機(jī)械加工后的C/C復(fù)合材料力學(xué)性能與生物相容性的影響［J］.粉末冶金材料科學(xué)與工程，2014，17（05）：179-180.

［2］張學(xué)輝.淺析材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中的選擇和使用［J］.軟科學(xué)論壇——企業(yè)信息與工程技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)論文集，2015，13（01）：132-133.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.036