機(jī)械設(shè)計(jì)加工中的材料選擇問題分析

劉小軍

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)械設(shè)計(jì)加工的水平也在不斷提高，在工業(yè)加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮了重要的作用。在機(jī)械設(shè)計(jì)加工工作中，材料的選擇問題是核心的內(nèi)容，直接影響機(jī)械加工的成果。基于此，文章將對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)加工工作中材料選擇的重要性、基本思路理念和具體的材料選擇工作進(jìn)行深入的分析和研究，以期能夠促進(jìn)我國機(jī)械設(shè)計(jì)加工行業(yè)的健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)加工；材料選擇；綠色環(huán)保

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）25-0182-02

前言

我國在經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的過程中，機(jī)械設(shè)計(jì)加工的材料選擇問題成為機(jī)械加工的重點(diǎn)和關(guān)鍵。在能源緊缺、技術(shù)發(fā)展和環(huán)保型要求的背景下，機(jī)械設(shè)計(jì)加工的材料選擇也要產(chǎn)生新的理念和要求，與我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)相一致，推動(dòng)中國機(jī)械加工行業(yè)的實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)加工材料選擇的重要性

在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，機(jī)械設(shè)計(jì)加工行業(yè)中機(jī)械設(shè)備和工具的使用頻率不斷增加，提高了生產(chǎn)的效率，但是也產(chǎn)生材料選擇的問題。相關(guān)的工作人員在進(jìn)行材料選擇的工作時(shí)必須要考慮材料的配置性要求，尤其是材料的性能、尺寸等，這些都是與經(jīng)濟(jì)效益直接相關(guān)的內(nèi)容。

此外，在我國的長期發(fā)展中工業(yè)一直在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占重要的比重，尤其是機(jī)械加工行業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。但是，我國的機(jī)械設(shè)計(jì)加工行業(yè)產(chǎn)生了明顯的能源過渡消耗和環(huán)境污染的問題，不能僅僅通過材料的優(yōu)化配置來完成，還需要通過環(huán)保、科學(xué)的材料選擇工作來降低能耗。

因而，從以上這兩個(gè)方面來看，機(jī)械設(shè)計(jì)加工中的材料選擇問題的重要性一方面表現(xiàn)在加工成果上，一方面表現(xiàn)在我國的工業(yè)可持續(xù)發(fā)展上。選擇合適的機(jī)械加工材料能夠更好地滿足機(jī)械設(shè)計(jì)和加工的要求，生產(chǎn)出符合要求的工業(yè)產(chǎn)品，提高機(jī)械加工的工作效率和水平，使其在我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮更加有益的作用。同時(shí)，在材料短缺、能源消耗過大和環(huán)境保護(hù)的問題上，選擇科學(xué)環(huán)保的材料不僅滿足了綠色環(huán)保的要求，有利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，更重要的是符合未來機(jī)械加工行業(yè)發(fā)展的趨勢要求，使我國機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)在保持經(jīng)濟(jì)活力的同時(shí)提高競爭力[1]。由此可以看出，機(jī)械設(shè)計(jì)加工工作中的材料選擇問題兼具理論性和現(xiàn)實(shí)性的意義，對(duì)我國未來機(jī)械加工和工業(yè)的發(fā)展都具有關(guān)鍵影響。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)加工材料選擇的基本思路

2.1 材料選擇的經(jīng)濟(jì)性和適用性

材料選擇的經(jīng)濟(jì)性和適用性是機(jī)械設(shè)計(jì)加工材料選擇的基礎(chǔ)思路內(nèi)容。材料選擇適用性就是要根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)和加工的要求選擇合適的材料進(jìn)行加工。例如，材料的選擇要適用于機(jī)械加工的鑄造工藝、焊接工藝的要求，因此在眾多涉及到焊接工藝的材料中就需要選擇滿足焊接熱能性的材料，避免在焊接中發(fā)生材料斷裂、材料變形的現(xiàn)象發(fā)生。其次，在綜合性分析選擇適用的材料基礎(chǔ)上，應(yīng)該選擇高質(zhì)量的經(jīng)濟(jì)適用性材料，最大限度挖掘材料的價(jià)值。例如，在機(jī)械的鑄造工藝流程中就要選擇吸氣性較好、流動(dòng)性和收縮性都比較強(qiáng)的材料，但是在鍛造的加工環(huán)節(jié)中就需要選用具有沖壓性、可鍛性的材料。也就是說，在材料選擇的過程中考慮材料的適用性就是要在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上把握材料本身的特性，進(jìn)行雙向適用性的材料選擇。

經(jīng)濟(jì)性就是在材料選擇的適用性理念的基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)械加工工程的造價(jià)預(yù)算進(jìn)行綜合性評(píng)估，在滿足同等適用性條件的前提下選擇經(jīng)濟(jì)價(jià)格合理的材料，既要保證質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，又要保證價(jià)格合理。隨著材料生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，循環(huán)使用的材料已經(jīng)成為可能，因此可以選用循環(huán)材料，既能降低能源的消耗，又能滿足加工的要求，還能降低加工成本。

2.2 材料選擇的綠色環(huán)保理念

材料的綠色環(huán)保理念就是機(jī)械加工的材料既要降低能源的消耗，又要減少環(huán)境的污染。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中的綠色環(huán)保理念逐漸被人們接受，低能環(huán)保已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的主旋律。要想實(shí)現(xiàn)中國的可持續(xù)發(fā)展，就必須要降低能源消耗的同時(shí)保護(hù)生態(tài)環(huán)境。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)和加工在材料選擇問題上必須要堅(jiān)持綠色環(huán)保的理念，在機(jī)械設(shè)計(jì)的工作中就將環(huán)保的理念貫徹其中，盡量選擇低能耗、低污染、可循環(huán)使用的材料。同時(shí)在機(jī)械的加工工作中也要盡量選擇綠色環(huán)保的加工材料和方式，合適設(shè)計(jì)、合理使用、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境。

2.3 材料選擇的可持續(xù)發(fā)展理念

可持續(xù)發(fā)展的理念是與綠色環(huán)保理念一脈相承的思路，都是我國新形勢下是提高機(jī)械設(shè)計(jì)加工工作效益的核心觀念。堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的選料選擇理念就是站在能源資源可持續(xù)發(fā)展的角度上，發(fā)展機(jī)械設(shè)計(jì)加工的可持續(xù)發(fā)展工作模式。在機(jī)械的加工環(huán)節(jié)中盡量選擇性價(jià)比高的材料，并保證正確的加工工藝流程，避免因過于堅(jiān)持性能、價(jià)格等因素造成加工失敗、機(jī)械加工工作返工等現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)，材料選擇要符合可持續(xù)發(fā)展的要求，盡量選擇能源消耗低、經(jīng)濟(jì)效益好、環(huán)境污染小的材料，使工業(yè)的機(jī)械加工行業(yè)都實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2.4 重視載荷因素對(duì)材料選擇的影響

在機(jī)械設(shè)計(jì)加工材料選取的過程中，還應(yīng)該注意到載荷問題對(duì)加工工作的影響。很多設(shè)計(jì)加工人員不考慮載荷因素而選擇加工材料以后，在實(shí)際加工過程中就會(huì)發(fā)現(xiàn)，由于材料的載荷能力不達(dá)標(biāo)引起材料變形、材料損壞，從而影響加工進(jìn)度。還有的材料由于承載性過強(qiáng)不能滿足機(jī)械加工的工藝要求，也影響機(jī)械加工的綜合效益。因此，在選擇材料的過程中必須要考慮材料的載荷能力，應(yīng)該堅(jiān)持實(shí)事求是的原則合理估算材料的荷載能力并進(jìn)行綜合比較，確定合適的材料類型。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)加工材料的選擇

3.1 實(shí)用性機(jī)械材料的選擇

實(shí)用性機(jī)械材料的選擇就是材料的選擇必須要考慮材料的實(shí)用性，無論是設(shè)計(jì)還是加工環(huán)節(jié)都要根據(jù)加工的對(duì)象選擇實(shí)用的材料，根據(jù)工藝流程的各種指標(biāo)選擇符合實(shí)用要求的材料。例如，在機(jī)械加工材料中不同的工藝程序所使用的材料是不同的，因此必須選用符合工藝要求和生產(chǎn)要求的材料保證加工的程序。同時(shí)零件材料的選用必須要符合設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的要求，如材料的質(zhì)地、材料的耐磨性等。endprint

3.2 載荷類機(jī)械材料的選擇

在機(jī)械的設(shè)計(jì)和加工過程中，材料失效問題屢見不鮮，其中最主要的原因就是材料選擇和應(yīng)用的過程中沒有考慮材料的負(fù)荷能力，這樣在實(shí)際的機(jī)械加工生產(chǎn)環(huán)境中就很容易產(chǎn)生材料無法負(fù)荷加工的外力而導(dǎo)致材料失效，產(chǎn)生加工設(shè)備故障問題。因此，載荷類材料的選擇一般要求對(duì)材料的荷載能力進(jìn)行簡單的評(píng)估，保證機(jī)械加工的正常進(jìn)行。

3.3 可回收機(jī)械材料的選擇

機(jī)械設(shè)計(jì)加工工作所使用的材料大部分是金屬材料，支撐這些金屬材料需要大量的金屬物質(zhì)，并產(chǎn)生嚴(yán)重的能源消耗和環(huán)境污染問題。例如，機(jī)械加工中的鋼材料是最常見、使用最頻繁的材料之一，鋼材料的種類繁多，因金屬含量的不同也導(dǎo)致鋼材料的型號(hào)眾多。因此，鋼材料的回收是一項(xiàng)十分艱難的工作。因此，在材料選擇上就應(yīng)該盡量選擇可回收率高型號(hào)的鋼材料，盡量減小能源消耗的問題。同時(shí)在機(jī)械加工中，不同的金屬材料混合使用帶來了高難度的材料回收問題，從而導(dǎo)致材料浪費(fèi)比較嚴(yán)重[2]。從此可見，可回收材料的選擇和使用將會(huì)是循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念在機(jī)械加工行業(yè)的重要體現(xiàn)。

3.4 低消耗機(jī)械材料

對(duì)于高能耗的機(jī)械設(shè)計(jì)加工行業(yè)來說，低消耗的材料選擇是十分必要的，就是材料選擇必須要符合低能耗、高效益、無污染的要求，同時(shí)機(jī)械加工的方式，即材料的處理也應(yīng)該與材料自身的低消耗的要求相匹配。例如，在很多機(jī)械加工工作中都采用的是熱處理的方式，這種方式不僅產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染，更是消耗熱能、水能，因此，應(yīng)該盡量減少熱處理方式材料的使用，使用滿足冷熱軋方式的材料，這樣就能在加工中避免熱處理方式的耗能過高問題的發(fā)生。

3.5 無害機(jī)械材料的選擇

無害機(jī)械材料是相對(duì)于有害性的材料來講的，有害性材料不僅體現(xiàn)在對(duì)環(huán)境造成的危害，還體現(xiàn)在對(duì)機(jī)械加工人員的人身安全造成的危害。例如很多機(jī)械加工材料的Ni元素不僅會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生極強(qiáng)的污染，其具有的化學(xué)物質(zhì)將對(duì)人的呼吸系統(tǒng)、肝腎系統(tǒng)功能產(chǎn)生慢性退行性病變，影響人的身心健康，不符合可持續(xù)發(fā)展的材料選擇理念。因此在材料選擇時(shí)就應(yīng)該注意加強(qiáng)對(duì)材料的檢測和安全檢查，防止不符合要求的材料應(yīng)用到實(shí)際機(jī)械加工中。

4 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)加工工作來說，材料的選擇問題直接影響加工的成果。隨著機(jī)械設(shè)計(jì)加工水平的不斷提高，為了降低材料的能源消耗，提高加工的效率，應(yīng)該選擇合理的加工材料，遵循適用性和經(jīng)濟(jì)性、綠色環(huán)保、降低消耗性等現(xiàn)代化材料選擇的思路，對(duì)實(shí)用性材料、可回收材料、載荷類材料、低消耗材料和無害材料進(jìn)行合理的選擇，使機(jī)械設(shè)計(jì)和加工兼具經(jīng)濟(jì)性和效益性，這也是未來機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡林.機(jī)械設(shè)計(jì)加工中的常見問題分析[J].建材與裝飾，2017，04（04）：80-81.

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