機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的材料選擇及應(yīng)用探究

何嘉杰 李光耀

摘 要：隨著工業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇和應(yīng)用提出了越來(lái)越高的要求。在機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展中，機(jī)械設(shè)備材料的選擇起著關(guān)鍵的作用，它對(duì)機(jī)械的性能和壽命有著重要的影響。機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇非常重要，已成為機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。在保證機(jī)器正常剛度和強(qiáng)度的前提下，節(jié)約材料、環(huán)保節(jié)能、提高機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性和適用性已成為行業(yè)研究的重點(diǎn)。分析了機(jī)械設(shè)計(jì)材料的特點(diǎn)和選擇。

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

引言：

在整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)的選材和工作中，不僅要注意各材料部分的合理性，還要注意各部分之間的協(xié)調(diào)配合研究。在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)正確選擇材料對(duì)象。并合理利用材料在某些特殊方面的特殊性能，從而更好地服務(wù)于機(jī)械系統(tǒng)。

一.機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用的分析

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境和資源等問(wèn)題逐漸浮出水面。經(jīng)過(guò)大量的開(kāi)發(fā)，機(jī)械設(shè)計(jì)中的一些重要資源變得越來(lái)越少。盡管我國(guó)幅員遼闊，但人口眾多已造成人均財(cái)產(chǎn)處于世界的盡頭。同時(shí)，一些競(jìng)爭(zhēng)造成了資源的不穩(wěn)定性，增加了機(jī)械制造材料的成本，進(jìn)一步減少了應(yīng)用空間。因此，我們應(yīng)該對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇進(jìn)行更多的研究，以減輕機(jī)械制造的負(fù)擔(dān)，提高機(jī)械的效率，延長(zhǎng)機(jī)械的壽命，同時(shí)節(jié)約能源，減少排放，保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

二.材料選擇和應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

材料選擇是機(jī)械設(shè)計(jì)中最重要、最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，關(guān)系到整個(gè)設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量。我認(rèn)為要想做出好的選擇，首先要滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)用性，其次要滿足經(jīng)濟(jì)性、可操作性、安全性，最后要滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。因此，我認(rèn)為在機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇上，需要注意以下幾個(gè)方面：

1.機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇滿足機(jī)械零件應(yīng)用要求

實(shí)踐證明，機(jī)械零件失效的最大原因是其承受的外部載荷。此外，這是一個(gè)不可避免的矛盾。為了度量這一矛盾，在我們的設(shè)計(jì)工作中，我們使用了材料載荷性能和要求的外部載荷。作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。如：負(fù)載會(huì)導(dǎo)致部件彎曲或扭曲，或者部件會(huì)因負(fù)載而彎曲、拉伸和壓縮。我們可以用中碳鋼進(jìn)行回火或低碳鋼采用滲碳處理，或選用各部分性能相對(duì)均勻的構(gòu)件材料，以保證零件的實(shí)用性。

2.機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇滿足經(jīng)濟(jì)型

零部件材料的缺乏，面對(duì)的卻是滿足社會(huì)和發(fā)展的大量需求。這就要求工作人員在設(shè)計(jì)的同時(shí)，必須考慮到其經(jīng)濟(jì)性。不能使材料浪費(fèi)，以及材料性能的浪費(fèi)。比如根據(jù)零部件尺寸和其心部的強(qiáng)度等來(lái)確定選擇材料和材料的深度，就應(yīng)注意不應(yīng)太多的用材料不然會(huì)增加其成本。就像有效截面面積<50mm，便可用20Cr;而截面面積為50-150mm且重量<50千克的話，就可以選擇20Crmnti等。如此的設(shè)計(jì)就可以有效的節(jié)約成本，降低浪費(fèi)的價(jià)值。

3.機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇滿足環(huán)保性

環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為全世界關(guān)注的話題，機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇更是要注意到這一點(diǎn)。工業(yè)垃圾、廢料垃圾、白色污染，都是設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。設(shè)計(jì)是生產(chǎn)的開(kāi)始。并且決定著生產(chǎn)，以環(huán)境換取經(jīng)濟(jì)的方式是不可取的。這是關(guān)系人類發(fā)展和生存的重大問(wèn)題。作為設(shè)計(jì)的執(zhí)行者必須要重視材料選擇和應(yīng)用的環(huán)保性。

4.機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇的重點(diǎn)問(wèn)題

材料選擇作為機(jī)械設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的內(nèi)容之一。其工作質(zhì)量的好壞將直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作質(zhì)量的好壞，想要做好機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料選擇工作。首先要使材料滿足機(jī)械部件在運(yùn)行過(guò)程中各種機(jī)械性能、屋里性能以及化學(xué)性能的要求，在此基礎(chǔ)上，還要兼顧機(jī)械生產(chǎn)與加工過(guò)程中的可操作性、經(jīng)濟(jì)性、以及安全性。

三.機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇原則

1.載荷應(yīng)力大小和性質(zhì)這方面的因素主要是從強(qiáng)度觀點(diǎn)來(lái)考慮，用在充分了解材料的力學(xué)性能的前提下來(lái)進(jìn)行選擇。脆性材料原則上只適用于只在靜載荷下工作的零件。在多少有些沖擊的情況下，應(yīng)以塑性材料作為主要使用的材料，。金屬材料的性能一般可通過(guò)熱處理加以提高和改善，因此，要充分利用熱處理手段來(lái)發(fā)揮材料的潛力。對(duì)于最常用的調(diào)質(zhì)鋼，由于其回火溫度的不同，可得到力學(xué)性能不同的毛坯。

2.機(jī)械的工作情況

工作溫度對(duì)材料選擇的影響，一方面要考慮互相配合的兩零件的材料的線膨脹系數(shù)不能相差過(guò)大，以免在溫度變化時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力，或者是配合松動(dòng);另一方面也要考慮材料的力學(xué)性能隨溫度而改變的情況。

3.零件的復(fù)雜程度及材料加工可能性

結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件宜選用鑄造毛坯，或用板材沖壓出元件后再經(jīng)焊接而成。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的零件可用鍛造法制取毛坯。

四.機(jī)械設(shè)計(jì)中材料應(yīng)用工作的重點(diǎn)分析

材料的應(yīng)用作為選材工作質(zhì)量的體現(xiàn)和延伸，在整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)中起著不容忽視的作用。機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇工作的合理性當(dāng)然是重要的，材料應(yīng)用工作的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性是相同的。它值得設(shè)計(jì)者的密切關(guān)注。可以說(shuō)，如何在保證材料選用工作質(zhì)量的前提下，正確處理材料應(yīng)用中經(jīng)濟(jì)、可操作性、節(jié)能環(huán)保的統(tǒng)一，已成為機(jī)械設(shè)計(jì)工作中的一個(gè)重要課題。這也是機(jī)械生產(chǎn)加工業(yè)蓬勃發(fā)展的必然選擇。要在機(jī)械設(shè)計(jì)材料應(yīng)用中堅(jiān)決貫徹可持續(xù)發(fā)展的理念，需要做好以下兩個(gè)方面的工作：

1.機(jī)械設(shè)計(jì)中材料應(yīng)用工作需要做到適用性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一

設(shè)計(jì)人員需要明確一點(diǎn)，適用性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一是當(dāng)前在機(jī)械設(shè)計(jì)材料應(yīng)用工作中首先要考慮的問(wèn)題之一。

2.機(jī)械設(shè)計(jì)中材料應(yīng)用工作需要做到環(huán)保性與節(jié)能性的統(tǒng)一

機(jī)械設(shè)計(jì)材料應(yīng)用工作環(huán)保性與節(jié)能性的統(tǒng)一作為生態(tài)經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)發(fā)展過(guò)程中可持續(xù)發(fā)展觀念賦予機(jī)械設(shè)計(jì)工作的新要求，需要引起設(shè)計(jì)人員特別的關(guān)注。經(jīng)濟(jì)社會(huì)在發(fā)展過(guò)稱重對(duì)于各種不可再生原材料的需求與能耗，最終勢(shì)必會(huì)給機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇與應(yīng)用工作埋下嚴(yán)重的隱患，因而材料應(yīng)用工作中節(jié)能型與環(huán)保性的統(tǒng)一已為我們下一步工作的重點(diǎn)，以機(jī)械設(shè)計(jì)鑄件環(huán)節(jié)材料的應(yīng)用工作為例，鑄件設(shè)計(jì)階段5%左右的成本決定著80%左右的鑄件生產(chǎn)成本。這帶給我們的啟示是：關(guān)注機(jī)械設(shè)計(jì)材料應(yīng)用階段的節(jié)能環(huán)保，不僅可以有效節(jié)約原材料和成本，減少不必要的能源耗費(fèi)。與此同時(shí)，廣泛的創(chuàng)新空間還能夠滿足機(jī)械設(shè)計(jì)中材料應(yīng)用環(huán)節(jié)的環(huán)保性要求

五.結(jié)語(yǔ)

伴隨著社會(huì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，需求的增大和資源的匱乏，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用是一個(gè)很大的考驗(yàn)，本文就此稍作討論，希望有助于機(jī)械設(shè)計(jì)工作者。

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