機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用分析

張小杰

【摘 要】近年來，隨著科技水平的提高和領(lǐng)域創(chuàng)新，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)取得了前所未有的突破，一線機(jī)械技術(shù)研究隊(duì)伍也逐步壯大，為重工業(yè)進(jìn)步奠定了堅(jiān)實(shí)的人力資源與技術(shù)基礎(chǔ)。然而，在實(shí)際發(fā)展進(jìn)程中，機(jī)械制造材料的過度消耗不僅使得稀缺材料供應(yīng)不足，還與可持續(xù)發(fā)展觀念背道而馳。針對(duì)此，本文圍繞機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料選擇與應(yīng)用展開深度探究。

【關(guān)鍵詞】重工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)；材料選擇；標(biāo)準(zhǔn)要求

1 合理甄選機(jī)械設(shè)計(jì)材料的價(jià)值體現(xiàn)

全球經(jīng)濟(jì)一體化風(fēng)暴的影響勢(shì)不可擋，加劇了各國(guó)的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)壓力。為達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的宏偉戰(zhàn)略目標(biāo)，現(xiàn)代化城市建設(shè)工作的開展至關(guān)重要。在推進(jìn)和擴(kuò)張城市建設(shè)的進(jìn)程中，機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)揮著不可取代的積極作用。機(jī)械制造行業(yè)與重工業(yè)的蓬勃發(fā)展，為我國(guó)創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟(jì)效益，也進(jìn)一步提高了國(guó)民生產(chǎn)總值。眾所周知，機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域會(huì)涉及多類型的原材料，而現(xiàn)階段諸多稀缺材料的生產(chǎn)加工已無法供應(yīng)機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)際需求，并嚴(yán)重制約了行業(yè)的發(fā)展。為此，應(yīng)當(dāng)立足于可持續(xù)發(fā)展視角，深度剖析導(dǎo)致材料供應(yīng)不足的實(shí)質(zhì)原因，提高選材的科技環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響，促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定運(yùn)行。

根據(jù)專業(yè)人士的相關(guān)調(diào)查研究結(jié)果顯示，在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，材料的合理選擇占據(jù)著重要的地位。首先，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際需求，秉承可持續(xù)發(fā)展的原則理念，盡可能的提高材料利用率，降低資源過度消耗。其次，從全局出發(fā)，綜合評(píng)價(jià)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)越性和功能的完整性，選擇適用性較強(qiáng)的機(jī)械設(shè)計(jì)材料。最后，機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇應(yīng)當(dāng)著眼于宏觀角度，從細(xì)節(jié)入手，密切關(guān)注實(shí)際應(yīng)用過程各項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容，以保證機(jī)械制造行業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)材料選用的基本原則

（1）選擇滿足設(shè)計(jì)需求的材料。在選擇和應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)所需材料的過程中，應(yīng)當(dāng)充分遵照基本設(shè)計(jì)原則和具體要求，從材料的性能和用途著手。不同零構(gòu)件在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域都扮演著不同的角色，因此，材料的特性存在本質(zhì)性差異。基于此，有必要結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)零構(gòu)件性能的標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)行材料的分化選擇。

（2）選擇荷載水平高的材料。隨著機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，部分構(gòu)件會(huì)失去原有作用，其根本原因在于部分材料的荷載水平較低，導(dǎo)致機(jī)械零構(gòu)件基本功能喪失。針對(duì)此，應(yīng)當(dāng)確保材料的荷載水平達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。在復(fù)核機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)評(píng)估材料荷載水平的重視度，與此同時(shí)，針對(duì)應(yīng)用頻率較高的材料提高荷載限定標(biāo)準(zhǔn)。其中較為常見的案例就是低碳鋼的滲碳處理工藝，為確保鋼材質(zhì)量符合出廠標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)材質(zhì)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)和統(tǒng)一處理。

（3）盡量選擇無毒害材料。在機(jī)械設(shè)計(jì)的前期規(guī)劃過程中，會(huì)涉及諸多類型的材料，與此同時(shí)，具有放射性的元素也會(huì)在部分特定的工業(yè)生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)出現(xiàn)。采取無污染處理不僅能夠避免其對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不可逆的危害，還可以保護(hù)區(qū)域內(nèi)居民的生命安全，具有相當(dāng)重要的現(xiàn)實(shí)意義。

（4）優(yōu)先選用可循環(huán)再利用材料。當(dāng)下，機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)所應(yīng)用的材料以金屬材質(zhì)為主，但由于生產(chǎn)工藝需求差異對(duì)材料會(huì)有特殊的要求。并且為進(jìn)一步強(qiáng)化金屬的特定功能，也會(huì)對(duì)多種金屬進(jìn)行綜合性處理。而合金材料的選擇與應(yīng)用，能夠最大限度滿足對(duì)機(jī)械材料的需求。

在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，需要合理規(guī)劃零構(gòu)件及各類型材料的生命周期，并著重把控回收處理工作。材料的回收利用不僅能夠穩(wěn)定提升經(jīng)濟(jì)效益，還可以提高資源利用率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。例如，在選擇金屬材料的過程中，要有限選擇成分單一的合金材料。

（5）選擇低能耗、輕污染材料。實(shí)際上，低能耗、輕污染材料的選用原則還應(yīng)當(dāng)貫穿整個(gè)材料生命周期規(guī)劃過程。而且在回收再利用階段也應(yīng)當(dāng)保證這一優(yōu)勢(shì)特征。從材料本身來說，優(yōu)先選擇經(jīng)濟(jì)性、低能耗、輕污染材料是最基本的原則，而在此過程中一旦出現(xiàn)生產(chǎn)加工難度系數(shù)加大、短期生產(chǎn)成本劇增等情況，會(huì)影響整個(gè)工程的決策制定。故而材料的選用需做好科學(xué)合理的規(guī)劃，并綜合考量整個(gè)材料的生命周期。

3.機(jī)械設(shè)計(jì)中選材的分類

（1）金屬材料。在我國(guó)機(jī)械加工當(dāng)中，金屬材料占主要地位，多數(shù)都使用金屬材料，甚至有的機(jī)械加工過程中都在使用，占有率近百分百。金屬的最大優(yōu)勢(shì)就是硬度高和成本低，可以滿足機(jī)械設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)過程中被廣泛應(yīng)用。2 種金屬相互混合合成的合金，也具有極優(yōu)秀的特性，在機(jī)械加工中也備受關(guān)注。

（2）陶瓷類材料。陶瓷材料的主要組分是氮化硅和碳化硅，其最大特點(diǎn)就耐化學(xué)腐蝕，具有極高的硬度和較低的密度。在機(jī)械施工過程中，一般密封性較強(qiáng)的元件選用陶瓷類材料較多。不過，陶瓷類材料成本高、易碎，具有較高的脆性。

（3）高分子類材料。高分子類材料是類似合成纖維之類的材料，其來源面比較廣，延伸到多個(gè)領(lǐng)域，最大優(yōu)勢(shì)就是制備過程消耗很少的能源，甚至可以通過天然氣中提取等，在機(jī)械設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用。

（4）復(fù)合型材料。復(fù)合型材料是指將 2 種或 2 種以上的材料，以化學(xué)方式或物理方式相互融合，最后得到的產(chǎn)物?？梢愿鶕?jù)機(jī)械加工不同的施工要求，選擇相應(yīng)的復(fù)合材料。其實(shí)合金材料也是屬于復(fù)合型材料的一種。復(fù)合型材料的種類多，性能各有不同，適合各種機(jī)械加工要求，受到高度好評(píng)。

4 機(jī)械工程設(shè)計(jì)材料選擇環(huán)節(jié)的注意事項(xiàng)

（1）著重把控材料的經(jīng)濟(jì)適用性。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)材料選用的過程中，應(yīng)當(dāng)著重考量材料的經(jīng)濟(jì)適用性。機(jī)械設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格把控設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)所涉及的生產(chǎn)加工工藝、焊接工藝、裝配工藝及鑄造工藝等。并且要在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選擇性價(jià)比高的原材料，進(jìn)而保證材料利用價(jià)值最大化，優(yōu)化完善機(jī)械設(shè)計(jì)。例如，在機(jī)械鑄造的過程中，要加強(qiáng)機(jī)械材料的流動(dòng)性、收縮性、吸氣性以及偏析性；在焊接過程中，應(yīng)保證材料的實(shí)用性和靈敏度；在加工鑄造環(huán)節(jié)，則需增大材料的冷縮性、抗沖擊強(qiáng)度及可塑性。此外，機(jī)械材料的性能差異決定了機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選擇方向，切實(shí)了解不同類型材料的特征，可以進(jìn)一步優(yōu)化選擇。在確保機(jī)械設(shè)計(jì)適用性的前提下，應(yīng)綜合卡量材料的經(jīng)濟(jì)性，不僅要讓其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到要求，還應(yīng)盡可能的節(jié)約成本。針對(duì)可以循環(huán)再利用的材料，則可采取恰當(dāng)?shù)亩翁幚恚蕴岣哔Y源的利用率，降低設(shè)計(jì)成本，穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)效益。

（2）加大對(duì)材料節(jié)能環(huán)保性的考慮。隨著全面貫徹落實(shí)可持續(xù)發(fā)展理念的日益深化，機(jī)械制造領(lǐng)域的材料選擇與應(yīng)用成為社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)。現(xiàn)階段，公眾的節(jié)能環(huán)保意識(shí)逐步增強(qiáng)，資源消耗及環(huán)境污染也成為環(huán)保工程的核心內(nèi)容。要想切實(shí)保證可持續(xù)發(fā)展，首要前提就是加大資源利用率，杜絕過度消耗。為此，在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，確保材料選用的節(jié)能性和環(huán)保性至關(guān)重要。機(jī)械設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格履行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略理念，在充分滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選擇低能耗、輕污染的材料，以節(jié)約不可再生資源，促進(jìn)行業(yè)的快速發(fā)展。

（3）注重可持續(xù)發(fā)展理念原則。在選擇機(jī)械設(shè)計(jì)材料的過程中，必須堅(jiān)定不移的貫徹落實(shí)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方針，充分重視機(jī)械設(shè)計(jì)的穩(wěn)步發(fā)展。機(jī)械設(shè)計(jì)人員需在滿足設(shè)計(jì)需求的前提下，全面增大選用材料的利用率，拓展材料應(yīng)用方向，挖掘潛力，以發(fā)揮材料的最大性能，有針對(duì)性的開展設(shè)計(jì)應(yīng)用。

結(jié)語

綜上所述，在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，秉承可持續(xù)發(fā)展的基本原則，優(yōu)先選用低能耗、輕污染材料，提高資源利用率，這不僅可以讓機(jī)械行業(yè)穩(wěn)步前進(jìn)，還能夠維系生態(tài)平衡，保持人與自然的和諧共處、

參考文獻(xiàn)：

[1] 王熙婷.機(jī)械設(shè)計(jì)過程中機(jī)械材料的選擇和應(yīng)用探析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品.2018（02）.

（作者單位：浙江晨雕機(jī)械有限公司）