機械設(shè)計中材料的選擇與應用

郭立方

【摘 要】在全球資源緊張和環(huán)境保護的大背景下，未來的社會發(fā)展的方向勢必是可持續(xù)發(fā)展方向。因此，在機械設(shè)計材料的選擇和應用上，也要符合可持續(xù)發(fā)展的要求，才能跟上時代的發(fā)展。本文探討了機械設(shè)計中材料的選用思路和策略。

【關(guān)鍵詞】在機械設(shè)計；機械；選擇；應用

在機械設(shè)計中，對材料的選擇和應用是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，科學合理的選用材料，是實現(xiàn)機械產(chǎn)品質(zhì)量耐用、價格合理、使用壽命長的基礎(chǔ)和保證，對機械行業(yè)的健康發(fā)展有重要的現(xiàn)實意義。在全球資源緊張和環(huán)境保護的大背景下，未來的社會發(fā)展的方向，勢必是可持續(xù)發(fā)展方向。因此，在機械設(shè)計材料的選擇和應用上，也要符合可持續(xù)發(fā)展的要求，才能與時俱進，跟上時代的發(fā)展。

一、機械設(shè)計中材料的選用思路

首先，重視材料的經(jīng)濟性和適用性。經(jīng)濟性和適用性是機械設(shè)計中材料的選用首要考慮的問題。對設(shè)計方案確定之前，要充分考慮機械加工制造過程中的鑄造溫度、加工工藝，裝配順序和焊接時間等因素，根據(jù)機械用途，合理選擇機械材料，當材料具有同樣的性能時，盡量選用價格低質(zhì)量輕的材料，可以在很大程度上發(fā)掘材料的利用價值。在機械加工過程中，必須保證材料滿足吸氣、收縮、抗彎和流動的要求。在鍛造加工過程中，需要材料具有較強的抗磨性、鍛造性、穩(wěn)定性和成品冷卻性，在對材料焊接時，需要選擇的材料具有適用性和可塑性。

其次，重視材料的節(jié)能性和環(huán)保性。節(jié)能和環(huán)保一直是社會關(guān)注的熱點。機械設(shè)計中材料的選擇和應用，與環(huán)境也有緊密的關(guān)系，如果沒有考慮材料的節(jié)能性和環(huán)保性，很有可能對造成環(huán)境破環(huán)，資源浪費。所以在對材料進行選用時，必須重視材料的節(jié)能性和環(huán)保性，盡可能選擇耗能少、污染小的材料，從而提高材料選擇的科學性。

再次，重視材料的可持續(xù)發(fā)展。可持續(xù)發(fā)展是我國重要的發(fā)展戰(zhàn)略，在機械設(shè)計中材料的選用中，材料的可持續(xù)發(fā)展是重要的發(fā)展趨勢。機械設(shè)計必須滿足可持續(xù)性發(fā)展的要求，要優(yōu)先選用能耗低、環(huán)保的加工材料，在對材料加工處理的方法上，要采用環(huán)保的加工方法。機械的熱處理加工會降低機械材料的使用年限，材料性能也會受到很大影響，還對空氣環(huán)境造成不良影響。因此，要減少熱處理加工方式的使用，盡可能采用冷處理的加工方法。

二、機械設(shè)計中材料的選擇與應用策略

（1）選用實用性好的材料。選擇機械材料的首要標準，就是選擇實用性好的材料，因為機械工程存在多種加工環(huán)節(jié)，每個加工環(huán)節(jié)都有不同的要求標準。必須根據(jù)不同種類的工藝要求，有針對性的進行材料的選擇和應用，從而在滿足實際生產(chǎn)需要的同時，保證加工完成的零件能夠達到機械設(shè)計的要求。例如：在焊接的環(huán)境中需要機械材料要符合焊接的材料標準和對焊接的敏感性，在鍛造環(huán)境需要機械材料適應鍛造環(huán)節(jié)中的各種苛刻要求。所以，選擇機械材料的同時，要滿足機械工程的實用性要求，選擇材料之前，要根據(jù)機械設(shè)計的材料要求進行分析，選用實用性好的材料，有利于材料的合理使用，避免浪費。

（2）選用性價比高的材料。考慮經(jīng)濟成本是選用機械設(shè)計材料的重要要求。不同的機械設(shè)計材料具有不同的性能特點，在機械設(shè)計的過程中，設(shè)計人員要根據(jù)設(shè)計過程中的具體步驟進行分析，詳細了解材料的使用性能，結(jié)合各個過程的設(shè)計特點，選擇性價比最高的機械材料，最大程度發(fā)揮材料的使用價值。此外，還要考慮機械設(shè)計的整體預算或者階段預算，深入分析，在滿足機械設(shè)計標準的基礎(chǔ)上，確保選擇的材料都是性價比最高的，盡可能的降低材料成本。特別是那些可以循環(huán)利用的機械材料，應被優(yōu)先選擇，從根源降低能源消耗，有效控制機械設(shè)計過程的成本，提高整個機械項目的經(jīng)濟效益。

（3）選用低能耗、低污染的材料。在進行材料選取和應用前，要明確材料選取的準則，以低耗和低污染材料為主。其中包含兩個方面：首先，盡可能避免工作之后需要熱反應來處理材料。應用熱反應進行處理的材料，影響零件的使用時長，并且這種工藝形式會污染環(huán)境。在材料選取方面，要選擇無論在熱軋狀態(tài)還是在冷拔狀態(tài)下都能自由發(fā)揮本身性能的材料；其次，選擇熱處理程序比較少的材料。當選擇的材料必須熱處理的時候，就選程度最少的一種。

（4）選用可循環(huán)利用的材料。機械設(shè)計中的材料類型較為豐富，其中很多都是能夠回收利用的。金屬材料種類很多，采用也較多，例如鋼材的種類就有很多種，低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、各種合金鋼等。每一種金屬材料的回收難度是不同的，有的容易回收，而有的回收起來則比較困難。在機械設(shè)計中，在同等條件下，要盡可能選用回收方便、可循環(huán)利用的材料，讓資源得以回收利用，不僅能夠節(jié)約成本，避免浪費，而且能夠提高資源的利用率，進而推動機械領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

（5）選用荷載能力滿足要求的材料。材料的荷載能力是材料性能的一個非常重要的方面。如果荷載能力達不到要求，材料在加工過程中就有可能發(fā)生斷裂、失效等情況。即使在加工過程中沒有出現(xiàn)故障，在使用中也很容易出現(xiàn)故障，縮短機械設(shè)備的使用壽命。因此，為了最大程度的避免機械材料在機械設(shè)計和處理的過程中，有可能發(fā)生的材料失效的問題，以及當零件組裝在機械中，機械開始運轉(zhuǎn)之后可能發(fā)生的抑制失效的現(xiàn)象，要在機械設(shè)計中，要認真仔細的選擇和應用材料，重視材料的載荷能力，并對材料的載荷能力進行提前的估算，進而結(jié)合具體的需要，選擇載荷能力較好、性價比較高的材料。在根據(jù)荷載能力選材時，材料的荷載能力需留有一定的余量或者安全系數(shù)。越是重要的場合，越是對安全要求高的場合，安全系數(shù)越大。如果所選材料的荷載能力不清楚，則需要用實驗的方法進行測試，這樣才能進一步提高機械設(shè)計的科學性和合理性，從而降低問題出現(xiàn)的可能性。

（6）選用符合可持續(xù)發(fā)展原則的材料。保護自然環(huán)境、環(huán)保節(jié)能是現(xiàn)代社會的重要發(fā)展理念，是我國可續(xù)發(fā)展的重要方針。為了避免存在危險的材料對環(huán)境造成破化，威脅人們的身體健康，在材料的選擇和應用時，要對材料進行嚴格的檢查，避免有害材料的使用。在選擇機械材料時，選擇節(jié)能型和環(huán)保型的材料，既要求材料符合機械設(shè)計要求，還要符合經(jīng)濟與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求。在整個機械設(shè)計中，盡量多選擇可循環(huán)利用的材料，減少加工原資源的消耗，降低整體機械設(shè)計成本，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化，最大限度的發(fā)揮機械材料的最佳性能，真正做到低能耗、低污染，實現(xiàn)經(jīng)濟資源可循環(huán)發(fā)展。

綜上所述，在機械設(shè)計的過程中，設(shè)計師對于機械材料的選擇和應用，要充分的考慮經(jīng)濟性、適用性、環(huán)保性、節(jié)能性、荷載能力，重點關(guān)注材料的可持續(xù)發(fā)展，以促進我國經(jīng)濟的可持續(xù)健康發(fā)展。

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