機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料選擇及應(yīng)用探討

竇姍

摘要：對于機(jī)械設(shè)計(jì)而言，最為重要的兩個(gè)部分就是針對材料的選擇和實(shí)際應(yīng)用，這兩點(diǎn)對于機(jī)械設(shè)計(jì)而言至關(guān)重要，具有指向性的作用。該文章從機(jī)械設(shè)計(jì)所需的材料出發(fā)，以具體的分析和討論對機(jī)械從材料選擇到實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行細(xì)致說明，以環(huán)境保護(hù)為原則，進(jìn)行機(jī)械材料的設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)用，達(dá)到節(jié)能減排的作用，同時(shí)還要注重經(jīng)濟(jì)利益的發(fā)展，加快機(jī)械制造這一行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)、材料選擇、實(shí)際應(yīng)用

近年來我國綜合國力不斷提升，各行各業(yè)的技術(shù)能力也得到了迅猛發(fā)展，城市建設(shè)步伐的不斷加快使得機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)具備了足夠的發(fā)展空間，且發(fā)展規(guī)模和發(fā)展方向也有了很大提升，社會比重逐漸增加，相應(yīng)的需求量也越來越高。這一大環(huán)境下，人們對機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的要求，包括選材和應(yīng)用在內(nèi)，都更加嚴(yán)格。所以，為進(jìn)一步促進(jìn)我國社會快速發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)人員必須具備更加專業(yè)的知識，對原材料的選擇也應(yīng)該以更好的性能為佳。除此之外，還要對施工過程中的各種材料選擇應(yīng)用進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，以期達(dá)到更高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

1選材和應(yīng)用對機(jī)械設(shè)計(jì)的重要性

現(xiàn)階段的機(jī)械設(shè)計(jì)中，存在部分材料稀缺的情況，但市場需求并未因此而有所緩和，反而更加強(qiáng)烈。面對這樣的局面，機(jī)械原材料在市場的競爭中日益加劇，機(jī)械設(shè)計(jì)在原材料選擇和施工工期上進(jìn)一步縮短。所以，該如何應(yīng)對當(dāng)前市場環(huán)境下的機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展，明確市場發(fā)展方向，以機(jī)械設(shè)計(jì)自身具備的長處來發(fā)展和進(jìn)步，在市場競爭激烈的浪潮中提升自身水平，以更完善的格局維持自身穩(wěn)定發(fā)展，以足夠的適應(yīng)力應(yīng)對當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)市場環(huán)境，保證可以在這一環(huán)境中把握市場導(dǎo)向，取得良好的競爭力，以此來提升企業(yè)自身的綜合實(shí)力，獲得更多的市場資源，以更多的信息對機(jī)械市場進(jìn)行深入研究和分析。

2關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選擇標(biāo)準(zhǔn)

2.1材料荷載種類的抉擇

機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展行業(yè)中，對于原材料的荷載有很高的要求，因?yàn)楹奢d能力直接作用于零件質(zhì)量上，對于整體設(shè)計(jì)而言具有至關(guān)重要的作用。若一些材料的荷載能力不達(dá)標(biāo)勢必會導(dǎo)致零件無法使用，最終延誤工期。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)工作人員必須嚴(yán)格控制荷載能力以及實(shí)際應(yīng)力高低原則。首先是針對外部荷載能力而言的，在零件通過外力作用發(fā)生變形時(shí)，零件內(nèi)部也會產(chǎn)生同等的反作用力，這些作用力統(tǒng)稱為實(shí)際應(yīng)力，這一應(yīng)力會直接作用于材料表層進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計(jì)加工。也就是說，材料表層所具備的整體效果是直接作用于零件上的，零件的承載力越強(qiáng)，材料質(zhì)量也就越高。針對此，機(jī)械設(shè)計(jì)工作人員可以選擇性使用承載力不同的材料進(jìn)行不同部位的設(shè)計(jì)施工，為增強(qiáng)材料的承載力，可以通過滲透的方式將低碳鋼以及中碳鋼滲透在材料中，并通過進(jìn)一步加工投入使用，針對只需要承載伸縮力的材料，則可直接以均勻分布的應(yīng)力進(jìn)行調(diào)整，選擇性能更加優(yōu)良的材料，以保證機(jī)械設(shè)計(jì)施工順利進(jìn)行。

2.2選擇合適的碳素鋼以及合金鋼

碳素鋼在機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)中的要求是含碳量低于2.2%的碳鋼，這種碳鋼含有鐵跟碳以及一些錳和磷元素。這也是使用最早，最廣泛的一種碳鋼材料，在整個(gè)碳鋼生產(chǎn)中，以85%的產(chǎn)量居第一。碳鋼的性能以含碳量的不同而有不同的表現(xiàn)。含碳量較低時(shí)，碳鋼在強(qiáng)度和硬度方面有所降低，但在延展性和韌性上更加優(yōu)良。同時(shí)，由于碳鋼的低成本、高性能、廣范圍和良好的加工工藝而在機(jī)械制造行業(yè)具備廣闊的生產(chǎn)前景。但同時(shí)，也是因?yàn)轫g性高，強(qiáng)度低，導(dǎo)致在制造和冶煉過程中容易出現(xiàn)裂縫和疤痕。再則，碳鋼在使用時(shí)，多數(shù)用于對精度要求不高的零件制造上，但為保證質(zhì)量抽檢合格，仍在生產(chǎn)過程中加入了一些合金用以提升零件質(zhì)量，這也就是合金鋼的由來。相對碳素鋼而言，合金鋼具備更高的強(qiáng)度和硬度，即具備了良好的韌性和滲透能力，在強(qiáng)度和硬度上也有了大范圍提升。除此之外，合金鋼具備一定的抗腐蝕性和磁性，比碳素鋼有更廣的使用范圍。當(dāng)然，合金鋼也擁有一些缺陷，在加入合金進(jìn)行冶練的過程中，冶煉工序更加復(fù)雜，加工工藝更加困難，制造成本也相應(yīng)的提高。所以，在機(jī)械設(shè)計(jì)中并不是全部使用合金鋼，而是根據(jù)具體使用部分進(jìn)行選擇，在需要大范圍截面制造時(shí)以合金鋼為佳，若此時(shí)碳素鋼也可滿足機(jī)械設(shè)計(jì)施工需求，則要以碳素鋼為主，盡可能以較低的成本來獲得質(zhì)量較高的機(jī)械工具。

2.3盡可能選擇符合綠色發(fā)展可回收材料

我國現(xiàn)今的發(fā)展更注重綠色發(fā)展，經(jīng)濟(jì)實(shí)力提升的同時(shí)也要加強(qiáng)環(huán)保意識。所以，為響應(yīng)國家對于綠色發(fā)展的號召，機(jī)械設(shè)計(jì)師在進(jìn)行材料選擇時(shí)，要選擇低成本高質(zhì)量且兼具節(jié)能環(huán)保特性的原材料。這就要求機(jī)械設(shè)計(jì)工作人員要針對機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際使用情況進(jìn)行抉擇。在考慮低耗能和無污染的情況下以綠色發(fā)展為核心選擇材料。既要考慮機(jī)械材料的使用年限，也要考慮該材料的環(huán)保性。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)工作人員必須以更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量判斷和該材料的可回收性和二次利用性能，盡可能以可回收利用的材料進(jìn)行機(jī)械施工，盡量降低材料浪費(fèi)和能源浪費(fèi)，針對廢舊零件也要具備一定的廢棄物分類處理能力，能生產(chǎn)也能環(huán)保。

3關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)的材料應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)械設(shè)計(jì)材料的應(yīng)用指的是對材料的延伸性使用，對整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)工程都具備重要的作用。所以，在滿足原材料合格的基礎(chǔ)上還需考慮到材料選擇的實(shí)用性，也就是經(jīng)濟(jì)性。

3.1材料選擇優(yōu)先考慮實(shí)用性

機(jī)械設(shè)計(jì)制造對于原材料的要求相對較高，所以設(shè)計(jì)工作人員必須以材料的實(shí)際使用性能為標(biāo)準(zhǔn)，包括材料進(jìn)行加工制造零件的過程中，加工工藝也有一定的要求和標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械原材料的應(yīng)用是零件的加工工序?yàn)橹匾岈F(xiàn)，零件加工質(zhì)量好壞直接與加工工序相關(guān)。材料加工工藝技能在選擇上也多種多樣，包括車間加工工藝、鍛造加工工藝以及其他熱加工工藝等等，不同的加工工藝具備不同的加工條件，最終提現(xiàn)在產(chǎn)品性能上。例如車間加工工藝就是通過以車床為基本生產(chǎn)空間進(jìn)行逐步加工制造，達(dá)到各種工藝要求標(biāo)準(zhǔn)。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)原材料的應(yīng)用也具備一定的操作能力，通過物理化學(xué)變形達(dá)到設(shè)計(jì)要求，制造的材料也必須符合加工要求和零件質(zhì)量要求，必須具備一定的承載力，能夠滿足日常設(shè)計(jì)工作需求。熱加工工藝則重點(diǎn)應(yīng)用以不改變機(jī)械原材料形狀的基礎(chǔ)上改變其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，從而改變其性能，達(dá)到零件要求的滲透能力。

3.2關(guān)于原材料應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)特性

機(jī)械加工零件在符合各個(gè)施工指標(biāo)和加工指標(biāo)的基礎(chǔ)上，仍然需要依據(jù)各企業(yè)自身情況進(jìn)行調(diào)整性加工，這也是在符合加工需求的前提下進(jìn)行的一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)加工工序。加工工序除了要符合零件使用標(biāo)準(zhǔn)外，還要以該企業(yè)自身的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。例如日本高鐵發(fā)展行業(yè)，由于地理環(huán)境的獨(dú)特性，他們在高鐵車頭上進(jìn)行了多次調(diào)節(jié)和修改，盡可能降低車內(nèi)噪音，達(dá)到日常交通要求。這是從一個(gè)個(gè)細(xì)小零件進(jìn)行測試和加工改造，對于加工工序的要求甚為嚴(yán)格，同時(shí)也為降低制造成本，他們也在努力更新發(fā)展技術(shù)，盡可能以較低的成本獲得較高的市場收入。

4結(jié)語

總而言之，機(jī)械設(shè)計(jì)中對于材料的選擇和應(yīng)用是在符合綠色發(fā)展的前提下進(jìn)行的低成本高技術(shù)發(fā)展，這對于整個(gè)機(jī)械發(fā)展行業(yè)來說都是重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)。因此，我們必須以更加充足的知識去發(fā)現(xiàn)更多滿足加工需求材料，并以足夠科學(xué)合理的加工方式提升加工制造能力，進(jìn)一步促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的快速高質(zhì)量發(fā)展。

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（作者單位：英大商務(wù)服務(wù)有限公司）