機(jī)械設(shè)計(jì)加工中的材料選擇問(wèn)題分析

陳曉斌

摘? 要：在當(dāng)今時(shí)代，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)出高速發(fā)展之勢(shì)，機(jī)械工業(yè)的設(shè)計(jì)領(lǐng)域日漸強(qiáng)大與先進(jìn)。機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)部通常會(huì)與多個(gè)環(huán)節(jié)以及工序相聯(lián)系，同時(shí)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與加工和產(chǎn)品完工時(shí)的品質(zhì)、應(yīng)用范圍有著不可分割的聯(lián)系，只有使用優(yōu)等的機(jī)械設(shè)計(jì)加工材料才能夠確保設(shè)備在使用時(shí)的質(zhì)量、壽命以及使用者的安全，因此，一定要將機(jī)械在設(shè)計(jì)與加工中所用到的材料作為首要研究目標(biāo)，并引起機(jī)械設(shè)計(jì)與建造者足夠高的重視。

關(guān)鍵詞：材料選擇;問(wèn)題分析;機(jī)械設(shè)計(jì);加工

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）36-0100-02

Abstract： In the present era， the economy of our country is showing the trend of rapid development， and the design field of machinery industry is becoming more and more powerful and advanced. The field of mechanical design is usually related to multiple links and processes. At the same time， the design of mechanical products is inextricably linked to the quality and scope of application when the products are completed. Only the use of superior mechanical design and processing materials can ensure the quality and life of the equipment and the safety of users. Therefore， the materials used in the design and processing of machinery must be taken as the primary research objective and lead the mechanical design and the construction person to pay enough attention.

Keywords： material selection; problem analysis; mechanical design; machining

引言

自我國(guó)改革開(kāi)放完成以后，與世界各國(guó)之間的交流與聯(lián)系愈發(fā)緊密，在當(dāng)前階段，我國(guó)的輕、重工業(yè)展現(xiàn)出了巨大的發(fā)展?jié)摿?，這極大地推進(jìn)了機(jī)械設(shè)備制造領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

1 材料的選擇在機(jī)械設(shè)計(jì)中所具有的關(guān)鍵意義

優(yōu)質(zhì)機(jī)械材料的使用能夠促進(jìn)我國(guó)機(jī)械制造領(lǐng)域進(jìn)一步的發(fā)展，在機(jī)械使用壽命以及性能方面有著極為關(guān)鍵且不可忽視的作用。想要使產(chǎn)品最終性能與質(zhì)量得到顯著提升就一定要挑選出最為合適的材料，只用借助這種方法，才能夠使企業(yè)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域激烈的競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中存活下來(lái)，并繼續(xù)發(fā)展下去。

眾所周知，材料的選擇對(duì)產(chǎn)品性能以及質(zhì)量緊密相關(guān)，因此材料的選擇便是機(jī)械制造整個(gè)過(guò)程中最為關(guān)鍵與重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。除此之外，是否合理的選擇機(jī)械材料，嚴(yán)重影響著產(chǎn)品最后實(shí)際功能的發(fā)揮。在當(dāng)前這一階段，各國(guó)都在倡導(dǎo)綠色環(huán)保，為了使我國(guó)資源得到良好保護(hù)，并提高資源的使用效率，一定要在機(jī)械制造的過(guò)程當(dāng)中遵循可持續(xù)發(fā)展原則，對(duì)材料質(zhì)量和性?xún)r(jià)比進(jìn)行著重考量，從而保證我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)能夠取得穩(wěn)步、健康成長(zhǎng)。同時(shí)，由于當(dāng)今經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，社會(huì)各個(gè)行業(yè)對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品需求愈發(fā)擴(kuò)大，所以一定要將產(chǎn)品性能與質(zhì)量作為根本基礎(chǔ)，不斷推進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

2 在機(jī)械的設(shè)計(jì)與加工過(guò)程中對(duì)于不同類(lèi)型材料的挑選

2.1 金屬型加工材料

金屬對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)具有著極為關(guān)鍵且無(wú)法忽視的作用，金屬材料通常具有著較為出色的理化能力，是當(dāng)前階段應(yīng)用較為廣泛的一種材料，在實(shí)際的機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中最常見(jiàn)的便是鐵、錫以及鋁等，當(dāng)然其中還有一些價(jià)格較為昂貴的金屬材料，例如金與銀。因?yàn)榻饘傺诱剐暂^為出色，所以很適合去制造一些精密零件，同時(shí)還能夠讓機(jī)械的性能得到較大幅度提升。

2.2 復(fù)合型材料

復(fù)合型材料實(shí)際上就是由兩種甚至是兩種以上物質(zhì)，通過(guò)專(zhuān)業(yè)理化反應(yīng)所形成的一種新型材料。這種由多種物質(zhì)所結(jié)合而成的材料，通常還保留著原本物質(zhì)的特點(diǎn)，而且在經(jīng)過(guò)結(jié)合之后還形成了屬于自己的專(zhuān)屬性質(zhì)。在現(xiàn)階段，復(fù)合型材料通常被分為兩大類(lèi)，一種是金屬?gòu)?fù)合型材料，另一種是非金屬?gòu)?fù)合型材料。在實(shí)際的機(jī)械加工設(shè)計(jì)中兩者均得到廣泛應(yīng)用，而且對(duì)于一些要求較為嚴(yán)格以及精密的裝置，僅有復(fù)合型材料能夠被使用，例如飛機(jī)以及航天產(chǎn)品的制造，通常會(huì)大量應(yīng)用這類(lèi)材料，從而避免在飛行過(guò)程中出現(xiàn)事故。

2.3 高分子型材料

高分子型材料通常是高分子的化學(xué)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)而得到的，所以，又被稱(chēng)作聚合材料，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，有時(shí)會(huì)根據(jù)特定的需要，來(lái)對(duì)此類(lèi)材料進(jìn)行改良，使其性能發(fā)生較為巨大的轉(zhuǎn)變。生活中同樣有許多高分子型材料，例如塑料以及合成纖維等，隨著社會(huì)以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高分子型材料在未來(lái)必將受到更為廣泛的應(yīng)用。

2.4 陶瓷型材料

這是一種在最近幾年才剛剛興起的一類(lèi)材料，目前有碳化硅以及氮化硅兩類(lèi)。陶瓷型材料的特點(diǎn)極為鮮明，即硬度較高，不易被腐蝕、具有將強(qiáng)的耐磨性能，而也正是陶瓷材料所具有的這些特點(diǎn)，才使得它被廣泛應(yīng)用于一些精度較高、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的儀表設(shè)計(jì)中，逐漸成為高科技產(chǎn)品最核心以及關(guān)鍵的原材料。

3 在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中對(duì)于材料的應(yīng)用以及選擇

3.1 實(shí)用化材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在大多數(shù)的情況之下，在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的制造時(shí)，通常需要有一套完整的加工與制造流程，譬如說(shuō)，切削、機(jī)械熱處理和工業(yè)鍛造等等，因此為了確保機(jī)械材料在完成一套流程之后仍舊能夠滿(mǎn)足國(guó)家相關(guān)使用規(guī)定，就一定要在前期設(shè)計(jì)的過(guò)程中著重關(guān)注機(jī)械制造材料的實(shí)用性，通過(guò)它來(lái)保證在未來(lái)的加工與實(shí)際使用過(guò)程中能夠滿(mǎn)足種種嚴(yán)格要求以及標(biāo)準(zhǔn)。所以，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)工作時(shí)，一定要優(yōu)先、全面的考慮材料在實(shí)際工作中的實(shí)用性，確保它能夠滿(mǎn)足在工作中可能遇到的種種狀況。

3.2 對(duì)于載荷性機(jī)械制造材料的應(yīng)用

在進(jìn)行機(jī)械的設(shè)計(jì)制造以及加工時(shí)，難免會(huì)出現(xiàn)一些材料失效故障，導(dǎo)致這些問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因還是由于機(jī)械材料自身載荷能力較為有限。所以，想要讓材料失效問(wèn)題在設(shè)計(jì)制造階段不再出現(xiàn)，并保證產(chǎn)品能夠進(jìn)行高效的使用，就一定要在前期設(shè)計(jì)與制造時(shí)，對(duì)載荷型的機(jī)械設(shè)計(jì)材料進(jìn)行針對(duì)性選擇，同時(shí)設(shè)計(jì)制造人員還要充分了解材料最為基本的性能和普遍特點(diǎn)，從而使其能夠在實(shí)際的使用過(guò)程中可以滿(mǎn)足產(chǎn)品加工、制造的國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 對(duì)于耗能較低型機(jī)械設(shè)計(jì)材料的應(yīng)用

當(dāng)前階段，我國(guó)開(kāi)始逐漸加大環(huán)境保護(hù)以及宣傳力度，社會(huì)各界也同樣開(kāi)始格外關(guān)注對(duì)于耗能較低型加工材料的應(yīng)用。在這當(dāng)中，機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)當(dāng)著重關(guān)注環(huán)境保護(hù)這一原則，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員一定要將設(shè)計(jì)理念進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，盡早擺脫掉傳統(tǒng)加工涉及觀念對(duì)于自己產(chǎn)生的約束，在未來(lái)新型機(jī)械的設(shè)計(jì)與加工過(guò)程中，一定要確保在能夠符合產(chǎn)品使用性能與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，降低對(duì)于環(huán)境的污染以及各種能源的消耗，從而使機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)可持續(xù)以及環(huán)保性。在未來(lái)，可持續(xù)以及環(huán)保原則必將是各行各業(yè)發(fā)展的一個(gè)大趨勢(shì)，對(duì)于機(jī)械的設(shè)計(jì)加工領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，同樣無(wú)法避免。

3.4 對(duì)一些無(wú)害、健康型機(jī)械加工材料的應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)材料通常都含有一定的危險(xiǎn)元素，這是難以避免的，例如常見(jiàn)的Ni元素，這是許多材料中都會(huì)含有的一個(gè)基本元素，然而這種元素對(duì)于環(huán)境具有著較強(qiáng)的污染能力，同時(shí)對(duì)于人還有可能會(huì)產(chǎn)生永久性、不可逆的危害。所以，在挑選機(jī)械設(shè)計(jì)加工材料時(shí)，一定要注意材料構(gòu)成的元素，盡可能避免使用含有有害元素的機(jī)械材料，從而保證此類(lèi)產(chǎn)品使用以及加工的安全性。

3.5 對(duì)于可回收、綠色環(huán)保型材料的應(yīng)用

在機(jī)械的設(shè)計(jì)與加工過(guò)程中，金屬系材料占據(jù)著極大的一部分，但是金屬材料屬于不能再生型的能源，而且在廢棄之后很難進(jìn)行二次的回收與利用，不僅會(huì)造成資源方面的浪費(fèi)，還有可能會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定污染。這就使得機(jī)械設(shè)計(jì)加工工作違背了我國(guó)可持續(xù)綠色健康發(fā)展的原則。所以，想要使資源的應(yīng)用效率得到最大程度提升，相關(guān)設(shè)計(jì)人員一定要格外關(guān)注材料的選擇，將可回收、無(wú)污染資源作為選用的首要目標(biāo)，從而防止出現(xiàn)資源浪費(fèi)以及環(huán)境污染等問(wèn)題，除此之外，使用可回收材料還可以確保行業(yè)在未來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久、健康的發(fā)展。

4 對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)加工中材料選擇問(wèn)題的分析

4.1 要對(duì)具體的問(wèn)題進(jìn)行具體分析，始終站在設(shè)計(jì)要求的角度上

在進(jìn)行機(jī)械的設(shè)計(jì)時(shí)，通常會(huì)接觸到許多不同類(lèi)型的零件，每一個(gè)零件對(duì)于加工材料的要求也不盡相同，倘若挑選材料時(shí)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，那么在未來(lái)設(shè)備使用的性能以及安全性等方面便可能會(huì)留下一定隱患。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)人員一定要格外重視材料的挑選，對(duì)材料實(shí)際用途與性能進(jìn)行全面了解，綜合分析不同環(huán)境之下材料形態(tài)以及性質(zhì)的變化。同時(shí)，為了避免出現(xiàn)這類(lèi)問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員還可以適當(dāng)開(kāi)展一些針對(duì)性實(shí)驗(yàn)，例如抗震以及減震等實(shí)驗(yàn)，通過(guò)具體情境來(lái)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行研究，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的詳細(xì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面規(guī)劃，最終實(shí)現(xiàn)性能以及價(jià)格兩者的平衡。

4.2 要對(duì)材料優(yōu)勢(shì)以及應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行充分了解

一個(gè)機(jī)械設(shè)備通常是由多個(gè)元器件所構(gòu)成的，所以，材料是設(shè)備良好運(yùn)行的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)人員在挑選材料時(shí)，一定要遵循以下這幾點(diǎn)，首先，要全面分析材料物理的性能，設(shè)備使用的效率以及使用時(shí)間和設(shè)計(jì)材料質(zhì)量與性能是緊密相聯(lián)的，因此一定要對(duì)材料自身性能做嚴(yán)格把控，決不能夠僅靠一些舊數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)與研究。其次，材料的物理性所涉及領(lǐng)域較為廣泛，例如：熔點(diǎn)、傳導(dǎo)熱量的能力等，因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)人員一定要以實(shí)際為基礎(chǔ)，對(duì)具體的問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，根據(jù)材料實(shí)際性能特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的設(shè)備，做到多方面的最優(yōu)化。

4.3 在對(duì)材料進(jìn)行工藝化處理時(shí)，一定要遵循科學(xué)化的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)械設(shè)計(jì)與加工通常會(huì)受到多種因素的影響，這些影響會(huì)使得最終性能難以達(dá)到預(yù)期，所以一定要對(duì)材料進(jìn)行后期的工藝優(yōu)化處理，例如：鍛造、熱加工以及切削等。將鑄鐵的熱處理作為實(shí)例，在進(jìn)行鑄鐵時(shí)，會(huì)出現(xiàn)熱脹冷縮的現(xiàn)象，這使得器件壁很難實(shí)現(xiàn)薄厚統(tǒng)一，從而出現(xiàn)應(yīng)力，必須要借助熱處理來(lái)將這種應(yīng)力排除，在進(jìn)行處理時(shí)，設(shè)計(jì)人員一定要嚴(yán)格遵守工作標(biāo)準(zhǔn)，確保材料性能得以提升。

5 結(jié)束語(yǔ)

眾所周知，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)絕大部分來(lái)源于機(jī)械的加工制造領(lǐng)域，想要使機(jī)械加工制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步發(fā)展，企業(yè)管理者必須要提高對(duì)于材料應(yīng)用以及選擇的重視程度，將性能與實(shí)用性作為基礎(chǔ)進(jìn)行科學(xué)、合理化挑選，并保證滿(mǎn)足可持續(xù)發(fā)展、無(wú)污染的原則。除此之外，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的加工設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)人員還必須要保持嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，做好綜合處理工作，嚴(yán)格按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)與加工，最終使我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)加工水平得到顯著提高。

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