機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用分析

宋國強(qiáng) 郭鑫

摘要：當(dāng)前，我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)日益繁榮。機(jī)械制造業(yè)領(lǐng)域涉及到很多環(huán)節(jié)和眾多工序，而機(jī)械設(shè)計(jì)則關(guān)系著機(jī)械產(chǎn)品最終的應(yīng)用范圍，機(jī)械材料的選用關(guān)系著整個(gè)機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量、安全以及壽命，所以機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選用必須放在重要地位，必須引起設(shè)計(jì)者和建造者的高度重視。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì);材料;選擇;應(yīng)用;分析

引言

在改革開放以來，我國和世界各國的聯(lián)系越來越緊密，我國重工業(yè)和輕工業(yè)呈現(xiàn)飛速發(fā)展的狀態(tài)，推動著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。而在機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展當(dāng)中，機(jī)械設(shè)備材料的選用起著關(guān)鍵性作用，對于機(jī)械的性能和壽命有著重要的影響。眾所周知，材料選擇得是否合理、科學(xué)對于機(jī)械產(chǎn)品的性能以及質(zhì)量有著直接聯(lián)系。同時(shí)，面對競爭如此激烈的市場環(huán)境，為了提升機(jī)械產(chǎn)品的性價(jià)比，機(jī)械制造企業(yè)必須要對材料的選擇和應(yīng)用方面予以關(guān)注，以此來提升所設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢。本文所探討的主要內(nèi)容就是機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用分析。

1機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇的重要意義

通常來講，材料對于整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的性能、質(zhì)量等方面有著至關(guān)重要的作用，所以材料選擇是整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)過程找那個(gè)的核心。此外，材料選擇的是否合理，將對機(jī)械產(chǎn)品的功能發(fā)揮有著顯著影響?，F(xiàn)階段，為了更好地保護(hù)我國資源，提升資源的利用效率，需要在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，秉持可持續(xù)的原則來完成材料的選取，并對材料的質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)性等方面予以著重考慮，以此來確保我國機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)可以有序發(fā)展。另外，在經(jīng)濟(jì)全球化飛速發(fā)展的今天，對于機(jī)械產(chǎn)品的需求逐步擴(kuò)大，因此，要以保證機(jī)械產(chǎn)品的性能以及質(zhì)量為基礎(chǔ)，注重選擇更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的材料應(yīng)用到機(jī)械產(chǎn)品中，以此來推動我國機(jī)械制造領(lǐng)域可以在新形勢下獲得更廣闊的發(fā)展空間。

2機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用

2.1實(shí)用性機(jī)械材料的選用

通常來講，機(jī)械產(chǎn)品在制造出來前，需要經(jīng)過一系列的工藝，例如，切削、熱處理以及鍛造等，所以為了保證材料在經(jīng)過相應(yīng)的工藝后其性能依然滿足機(jī)械產(chǎn)品的使用要求，則需要在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，注重選用實(shí)用性的機(jī)械材料，以此來確保機(jī)械零件在加工以及今后使用方面的種種要求。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，需要對機(jī)械材料的實(shí)用性予以著重考慮，確保材料可以滿足機(jī)械加工以及機(jī)械產(chǎn)品使用等方面的要求。

2.2載荷型材料選用

在實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)加工過程中，材料失效問題會偶爾出現(xiàn)，導(dǎo)致失效問題的原因大多數(shù)是與材料的載荷能力有限所引起的。因此，為了避免材料失效在機(jī)械設(shè)計(jì)加工階段的出現(xiàn)，確保機(jī)械產(chǎn)品具備出色的使用性，需要在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中對載荷型材料予以有針對性的選擇，并且設(shè)計(jì)人員要對載荷型材料的基本性能以及特點(diǎn)有著詳盡的了解，以確保材料的荷載能力滿足機(jī)械產(chǎn)品的加工與使用要求。

2.3低能耗材料的選用

隨著我國對于環(huán)境保護(hù)力度的加大，各行各業(yè)均更加注重對低耗能材料的選用。其中，對于機(jī)械設(shè)計(jì)而言，設(shè)計(jì)人員也要及時(shí)更新設(shè)計(jì)觀念，拋棄傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的束縛，在今后機(jī)械設(shè)計(jì)工作中，同樣以滿足機(jī)械產(chǎn)品的性能以及使用為基礎(chǔ)，加大對無污染、低能耗材料的選擇力度，以此來進(jìn)一步提升所設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的環(huán)保性，這同樣也與機(jī)械制造領(lǐng)域今后的發(fā)展方向相一致。

2.4無害機(jī)械材料的選用

很多機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料都有危險(xiǎn)元素，Ni元素就是比較典型的一種。這類元素對環(huán)境有污染作用，甚至對人造成永久性傷害。因此在材料選擇時(shí)，應(yīng)避免材料帶有有害物質(zhì)，以保證機(jī)械產(chǎn)品的使用安全。

2.5可回收材料的選用

金屬材料作為不可再生能源，其在機(jī)械產(chǎn)品中所占的比例較為顯著，并且不利于回收利用。這無疑也與我國生態(tài)環(huán)境資源可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)相違背。因此，為了進(jìn)一步提升資源利用效率，需要設(shè)計(jì)者在加大對可回收材料的選擇，以此來避免材料的浪費(fèi)，提升材料的利用率，同時(shí)也可保證行業(yè)的發(fā)展可持續(xù)性。

3針對機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇的應(yīng)用情況提出的相關(guān)解決措施

3.1堅(jiān)持具體問題具體分析，立足于設(shè)計(jì)要求

在機(jī)械設(shè)計(jì)活動當(dāng)中涉及到的零件種類繁多，因此不同的零件對于材料都有不同的要求，一旦材料的選擇出現(xiàn)失誤，那么將會影響到該機(jī)械設(shè)備的性能和用途，所以，工作者必須對材料的選擇引起高度的重視，了解每一個(gè)材料的用途和性能，嚴(yán)格分析每一個(gè)材料在不同環(huán)境下的形態(tài)和性質(zhì)的變化，以及對其性質(zhì)的影響和決定因素。針對這種情況設(shè)計(jì)者可以進(jìn)行一些有針對性的實(shí)驗(yàn)，比如耐熱實(shí)驗(yàn)、抗壓試驗(yàn)、減震實(shí)驗(yàn)，在具體的實(shí)踐活動當(dāng)中了解材料的性能變化，記錄下各種數(shù)據(jù)，從而和機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對接。另外，在材料的選擇上除了考略材料的性能還要考慮到材料的價(jià)格，以及在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程當(dāng)中所產(chǎn)生的一些成本，做到性能和價(jià)格的統(tǒng)一。

3.2充分了解材料的相關(guān)優(yōu)勢和主要應(yīng)用領(lǐng)域

機(jī)械設(shè)備是由很多零件組裝而成的，因此材料對于機(jī)械設(shè)備起著基礎(chǔ)性的影響，機(jī)械設(shè)計(jì)者在材料的選用上要做到以下幾點(diǎn)：第一，要對材料的物理性能進(jìn)行分析。機(jī)械設(shè)備的使用效率和使用壽命將和材料的質(zhì)量、性能直接掛鉤，所以針對每一種材料的性能都要進(jìn)行嚴(yán)格的核準(zhǔn)，而不是依靠舊有的數(shù)據(jù)或者理論進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，可以從材料的化學(xué)性能、工藝性能、物理性能這三個(gè)方面出發(fā)。第二，物理性能所囊括的范圍比較廣，比如：粘度、熔點(diǎn)、熱傳導(dǎo)性能、磁性能等，所以機(jī)械設(shè)計(jì)工作者就要做到一切從實(shí)際出發(fā)，做到具體問題具體分析，找到材料在不同環(huán)境下的共性和特性，根據(jù)其特性形成的條件找到相適應(yīng)的機(jī)械設(shè)備，做到最優(yōu)方案;化學(xué)性能主要包括的是可燃性、氧化性、腐蝕性等，如果該機(jī)械設(shè)備是航天器材，那么在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的就是材料的抗氧化性能和耐高溫性能;工藝性能在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中主要考慮的是材料的焊接、鍛造以及切割等。

3.3材料在進(jìn)行工藝處理的時(shí)候要做到科學(xué)化標(biāo)準(zhǔn)化

機(jī)械在生產(chǎn)過程當(dāng)中由于受到多方面的影響，在其性能方面往往達(dá)不到預(yù)期的效果，所以還需要后期進(jìn)行工藝化的處理，比如：鑄造工藝、鍛造工藝、焊接工藝、切削加工工藝、粘結(jié)固化工藝以及熱處理工藝等。比如以鑄鐵熱處理為例子，鑄鐵在鑄造過程中由于熱脹冷縮，所以鑄件壁的厚薄度不統(tǒng)一，產(chǎn)生一種應(yīng)力。但是這種應(yīng)力不能夠留在零件當(dāng)中，因此必須進(jìn)行工藝學(xué)熱處理。在熱處理當(dāng)中對于材料有收縮性、流動性、偏折性、吸氣性以及熱裂向性等要求，必須實(shí)現(xiàn)溫度和時(shí)間的精準(zhǔn)控制，做好石墨化退火、球鐵淬火以及回火、表面淬火等工作。設(shè)計(jì)人員必須保證工業(yè)處理工作科學(xué)化標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行，提高材料的性能。

結(jié)語

由此可見，機(jī)械制造業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中占據(jù)的位置較為顯著。為了進(jìn)一步推動機(jī)械制造領(lǐng)域的發(fā)展，機(jī)械制造企業(yè)管理者需要對材料的選擇與應(yīng)用予以關(guān)注，并要以機(jī)械產(chǎn)品的性能以及使用性為基礎(chǔ)，合理、科學(xué)地進(jìn)行材料的選擇，同時(shí)為了滿足環(huán)境保護(hù)方面的要求，需要加大對環(huán)保性材料的選擇力度，對促進(jìn)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展有著積極意義。綜上所述，機(jī)械設(shè)計(jì)是我國制造業(yè)發(fā)展的核心，機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)材料的選擇則是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，所以設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)謹(jǐn)對待，做好這方面的工作，同時(shí)國家和企業(yè)也要引起對這方面的高度重視，提高我國機(jī)械制造水平。

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