機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用分析

王蓓

摘要：落后的生產(chǎn)體制已無法應(yīng)對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，人們對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料選擇的要求日益提高?，F(xiàn)代機(jī)器生產(chǎn)、材料選擇和具體使用條件是相互關(guān)聯(lián)的，而這一套環(huán)節(jié)直接決定了機(jī)器設(shè)計(jì)的質(zhì)量和機(jī)器產(chǎn)品的最終使用。

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

引言：

隨著中國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷深入，機(jī)械化生產(chǎn)已經(jīng)融入社會(huì)各行各業(yè)，良好的機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇有助于確保機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量。如何為機(jī)械設(shè)計(jì)選擇合適的材料，發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)，也是機(jī)械領(lǐng)域的一個(gè)重要研究課題。

一、合理選擇機(jī)械材料的重要性

現(xiàn)階段，在國(guó)家科技水平促進(jìn)經(jīng)濟(jì)有序發(fā)展的同時(shí)，人們的生活方式和社會(huì)工作方式發(fā)生了巨大的變化，各種機(jī)床對(duì)機(jī)械材料的發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)設(shè)備和材料的需求增加，相應(yīng)的生產(chǎn)企業(yè)也越來越多。作為制造商，只有不斷提升整體品質(zhì)，才能突圍工業(yè)市場(chǎng)。隨著機(jī)械設(shè)備材料質(zhì)量的逐步提高，國(guó)產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量有了很大的提高，從更深層次上擴(kuò)大了影響范圍，極大地有助于提高國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力。此外，新型機(jī)械設(shè)備在全社會(huì)的普及，極大地提高了社會(huì)生產(chǎn)力，加快了國(guó)家工業(yè)化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的材料

1、金屬材料

金屬材料經(jīng)常用于設(shè)計(jì)，尤其是鋼和鐵。除了高強(qiáng)度和韌性外，經(jīng)常被用于各種來源和低成本的機(jī)械零件的設(shè)計(jì)。

2、高分子材料

技術(shù)的進(jìn)步產(chǎn)生了聚合物材料。目前，許多高分子材料如我們的相干塑料、合成纖維等已被用于機(jī)械設(shè)計(jì)。這些材料不僅具有很強(qiáng)的延展性，而且不會(huì)造成過多的能源消耗。然而，近年來長(zhǎng)期使用會(huì)產(chǎn)生白色污染的副作用，需要對(duì)這類物質(zhì)進(jìn)行環(huán)境研究。

3、復(fù)合材料

借助物理和化學(xué)方法，將各種材料有效融合，形成復(fù)合材料。例如，經(jīng)常看到的合金和樹脂就是這些材料的具體表現(xiàn)。這種材料完全滿足機(jī)械設(shè)計(jì)的要求，可以應(yīng)用金屬材料和非金屬材料兩種復(fù)合材料，為機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)造更多價(jià)值。

三、機(jī)械材料選擇原則

1、負(fù)載要求

負(fù)載要求是機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品材料質(zhì)量和安全保證性能的關(guān)鍵。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)優(yōu)先選擇負(fù)載滿足其要求的材料。載荷要求不僅滿足設(shè)計(jì)要求，而且在及時(shí)的試驗(yàn)工作中要時(shí)刻注意材料載荷情況。所有的考慮都可以使設(shè)計(jì)安全，元素滿足基本要求。機(jī)械設(shè)計(jì)要考慮機(jī)器的載荷和抗彎能力，如果機(jī)器的載荷和抗彎能力不夠，整個(gè)設(shè)備就會(huì)出現(xiàn)故障，不能滿足機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行要求。

2、對(duì)周圍環(huán)境變化不敏感

不同的機(jī)器和設(shè)備用于不同的環(huán)境，因此不受環(huán)境顯著變化影響的材料應(yīng)該是設(shè)計(jì)選擇的首選。設(shè)備中使用隨環(huán)境變化的材料，存在很大的安全隱患，因此在選擇材料時(shí)，要考慮機(jī)器的運(yùn)行環(huán)境，結(jié)合機(jī)器的運(yùn)行情況，選擇如下材料。例如，一些金屬材料在潮濕的環(huán)境中會(huì)生銹，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

3、綠色節(jié)能環(huán)保要求

由于原材料的濫用，人們對(duì)節(jié)能環(huán)保材料的需求越來越明顯。過去使用的一些金屬材料正逐漸被輕質(zhì)和可再生的復(fù)合材料所取代。該類材料的應(yīng)用是機(jī)械設(shè)計(jì)的一次創(chuàng)新嘗試，效果顯著，并逐漸應(yīng)用于一線機(jī)械設(shè)備。堅(jiān)持環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡的原則，達(dá)到符合環(huán)保要求的材料選擇和應(yīng)用的目的，有效保護(hù)人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境。以泡沫金屬原料為例，該類材料具有可再生特性，實(shí)用特性與常規(guī)金屬無異，其低廉的價(jià)格有助于企業(yè)降低成本，保護(hù)環(huán)境。同時(shí)，避免使用高污染材料，如Ni元素對(duì)環(huán)境造成極大污染，對(duì)人體危害極大。

4、經(jīng)濟(jì)原則

所有的業(yè)務(wù)都是為了盈利和收入而經(jīng)營(yíng)的，所以機(jī)器設(shè)計(jì)的材料選擇也必須滿足合理的成本條件。成本是企業(yè)能否長(zhǎng)久生存的關(guān)鍵，經(jīng)濟(jì)性也是選擇機(jī)械設(shè)計(jì)材料的重要環(huán)節(jié)，在機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)中，質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性都要兼顧。在將機(jī)器設(shè)備推向市場(chǎng)時(shí)，價(jià)格也是有效的競(jìng)爭(zhēng)手段之一，最終“物美價(jià)廉”、性價(jià)比高的產(chǎn)品將贏得最大的市場(chǎng)份額，獲得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

四、機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇應(yīng)用策略

1、材料性能分析

材料的選擇離不開材料本身的表征，主要包括物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)兩大類。在實(shí)際生產(chǎn)中，大部分機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境都比較穩(wěn)定，包括人工維護(hù)。因此，通過物理性能分析，維護(hù)人員可以更清楚地了解設(shè)備的優(yōu)劣，在物理性能分析過程中，設(shè)計(jì)人員不僅要嚴(yán)格按照檢測(cè)方法進(jìn)行測(cè)試，還要結(jié)合未來的使用環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M。比較不同機(jī)械材料的物理性能，分析實(shí)際可制造性，以確定材料的最佳效果。在設(shè)置檢測(cè)相關(guān)場(chǎng)景時(shí)，設(shè)計(jì)師必須要有靈活的思維，能夠快速發(fā)現(xiàn)和解決這些場(chǎng)景中的材質(zhì)問題。例如，如果機(jī)械零件的規(guī)格要求包括有限的重量要求，則可以考慮較輕的金屬材料，并且可以選擇常用的輕質(zhì)金屬材料，例如鋁和鎂。

2、合理選擇工藝技術(shù)

在機(jī)械零件設(shè)計(jì)過程中，往往對(duì)零件進(jìn)行加工，設(shè)計(jì)者必須在分析處理工藝復(fù)雜性的同時(shí)，進(jìn)一步選擇合適的處理工藝。為了詳細(xì)說明材料處理工藝的選擇過程，下面以鋼材的熱處理為例。鋼材熱處理包括表面熱處理和一般熱處理。如果機(jī)械材料的硬度過大影響切割，一般采用退火來降低硬度。如果需要增加材料的硬度，可以通過選擇Normalize ?來增加材料的硬度。如果正火和退火都不能滿足生產(chǎn)要求，建議采用調(diào)質(zhì)工藝以獲得良好的性能。如果材料的表面需要具有所不具備的固有特性，可以采用表面熱處理工藝進(jìn)行處理。不同類型的處理方法在具體的任務(wù)和實(shí)現(xiàn)中都有各自的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)者必須熟悉每一個(gè)過程，充分考慮，找到最佳的處理方法。

3、對(duì)可再生材料的選擇

如今，隨著中國(guó)科技水平的逐步提高，人們?cè)谌粘Ｉ钪袑?duì)機(jī)械設(shè)備的需求越來越大。因此，在中國(guó)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品的實(shí)際建設(shè)中，努力為人們的正常生活創(chuàng)造更好的品質(zhì)，在選擇可持續(xù)材料時(shí)必須謹(jǐn)慎，以提供高品質(zhì)、環(huán)保的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品。

結(jié)束語(yǔ)：

機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用是一項(xiàng)相對(duì)復(fù)雜的工作，直接關(guān)系到行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，但在實(shí)際工作過程中既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。為了更好地促進(jìn)和改進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)工作，機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用必須考慮各種因素。在選材上，既要滿足設(shè)計(jì)要求，又要保證材料經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、環(huán)保，從而為機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]李艷，翟大千.原材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中的合理應(yīng)用[J].科教導(dǎo)刊：電子版，2017（33）：267-268.

[2]池占山.機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料選擇及應(yīng)用探討[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015（21）：17-18.

[3]曹旦，吳木兵，劉康.淺談機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用[J].工程技術(shù)：引文版，00227.