機(jī)械設(shè)計(jì)中新型材料選用的思考

高 鵬，慶彥兵

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展也是突飛猛進(jìn)，但機(jī)械設(shè)計(jì)面臨著更高的挑戰(zhàn)，為了使機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)在選材時(shí)要堅(jiān)持科學(xué)、合理的原則，能夠利用不同特性的材料，只有這樣才能促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 機(jī)械制造業(yè)材料選擇的重要意義

如今現(xiàn)代化進(jìn)程全面推進(jìn)，機(jī)械制造業(yè)獲得顯著優(yōu)勢的同時(shí)也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。科技的快速發(fā)展促使產(chǎn)生了更多的機(jī)械企業(yè)，并且相較于從前，如今機(jī)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(yán)重不足。材料資源不足必定會(huì)影響機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，其惡性競爭的市場資源環(huán)境會(huì)導(dǎo)致機(jī)械制造出現(xiàn)嚴(yán)重的滯后。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)中金屬材料選取的基本原則

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

（2）材料載荷的大小與性質(zhì)。在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，載荷與性質(zhì)指的是機(jī)械設(shè)計(jì)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(shí)又能夠體現(xiàn)出制造出的機(jī)械具備的優(yōu)良特性。

（3）零部件的尺寸和質(zhì)量。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，對于加工出來的一些機(jī)械零件，經(jīng)常會(huì)因?yàn)檫x擇金屬材料時(shí)缺乏科學(xué)性，造成加工出的機(jī)械部件的尺寸或者質(zhì)量不能達(dá)到使用的標(biāo)準(zhǔn)，對于企業(yè)來說會(huì)在一定程度上產(chǎn)生負(fù)面影響。機(jī)械制造行業(yè)對于零件規(guī)格的要求非常嚴(yán)格甚至苛刻，對于加工的小零件會(huì)應(yīng)用到精密儀器中，大零件則應(yīng)用到大型機(jī)械中。

（4）零部件的工作環(huán)境。不同的機(jī)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(yùn)作的機(jī)械，在制造相應(yīng)的機(jī)械零部件時(shí)要選擇耐高溫的金屬材料，這樣才能保證機(jī)械能夠正常工作，并能夠延長機(jī)械的使用壽命。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇

（1）實(shí)用性材料。不同機(jī)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(jì)者必須非常熟悉了解機(jī)械設(shè)備制造的具體要求，仔細(xì)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(jī)械設(shè)備。

（2）碳素鋼、合金鋼材料。碳素鋼是一種性價(jià)比較高的材料，是機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中較常使用的一種材料。然而這種材料具有缺點(diǎn)，就是其韌性以及強(qiáng)度上不能夠達(dá)到較高的要求，這讓機(jī)械零件的規(guī)格擴(kuò)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(jī)械材料能夠在韌性和強(qiáng)度上呈現(xiàn)出非常理想的效果，大大提高了機(jī)械材料的質(zhì)量。

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

（4）載荷性材料。在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，荷載性是一項(xiàng)衡量機(jī)械材料功能和質(zhì)量的重要指標(biāo)。材料的荷載性在很大程度上決定了機(jī)械設(shè)備是否能夠正常工作。如果使用的材料在荷載指標(biāo)方面沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，那么在機(jī)械制造時(shí)會(huì)出現(xiàn)斷裂情況，或者以潛藏性故障風(fēng)險(xiǎn)的形式存在于機(jī)械設(shè)備中，這樣不但不能保障機(jī)械設(shè)備的安全使用，還會(huì)嚴(yán)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(jī)械設(shè)計(jì)是否成功的關(guān)鍵。為了保證機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展，設(shè)計(jì)者選擇材料時(shí)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(jì)時(shí)體現(xiàn)出來，還要在機(jī)械制造的所有環(huán)節(jié)中都有所滲透。現(xiàn)階段，金屬材料是目前最常見且市場采購最豐富的機(jī)械制造材料。但是，在對金屬材料進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，必須要對其進(jìn)行熱處理，熱處理會(huì)對環(huán)境造成非常大的傷害，并且對于企業(yè)在能源上會(huì)產(chǎn)生巨大的消耗量。

4 機(jī)械設(shè)計(jì)新型材料選擇時(shí)的注意事項(xiàng)

（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(shí)際情況等，并將如何進(jìn)行機(jī)械能力分析作為重點(diǎn)。在后續(xù)的設(shè)計(jì)方面會(huì)涉及到材料的機(jī)械、物理、化學(xué)等性能，要結(jié)合性能指標(biāo)以及材料使用的注意事項(xiàng)，充分了解關(guān)注必要性指標(biāo)。

（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(diǎn)分析，其中關(guān)鍵的一項(xiàng)為范圍溫度的確定，同時(shí)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(shí)際性能等進(jìn)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(xiàng)指標(biāo)以及傾向力確定出可變性溫度的范圍。

（3）材料的經(jīng)濟(jì)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(xiàng)等進(jìn)行成品率的分析。同時(shí)對于費(fèi)用的管理也很重要，企業(yè)要充分考慮當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合資源的形式實(shí)施。

（4）機(jī)械零件組裝。企業(yè)要加強(qiáng)對于零件組裝的管理，提前對材料進(jìn)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(jī)械制造過程中，難以避免會(huì)產(chǎn)生大量有毒廢氣污染空氣，會(huì)產(chǎn)生金屬廢渣，并且生產(chǎn)出的機(jī)械部件不能達(dá)到國家一流標(biāo)準(zhǔn)。為保證在機(jī)械制造環(huán)節(jié)既不會(huì)造成環(huán)境污染，又不會(huì)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(huì)的迅速發(fā)展，雖然我國機(jī)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(shí)期發(fā)展的背景下，對我國機(jī)械制造業(yè)提出了更高的要求，企業(yè)要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就要優(yōu)化設(shè)計(jì)材料、注重機(jī)械材料的選擇，再結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際情況嚴(yán)格按照相關(guān)指標(biāo)與要求實(shí)施，這樣才符合機(jī)械行業(yè)的發(fā)展要求。