機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中機(jī)械材料的選擇和應(yīng)用探析

高成宇 王鳳岐

摘要：伴隨著社會(huì)的進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也間接地加快了國(guó)內(nèi)的城市化進(jìn)程，因此對(duì)于機(jī)械工程設(shè)計(jì)應(yīng)用的需求也變得越來(lái)越大。在全球工業(yè)化4.0的大趨勢(shì)之下，機(jī)械制造業(yè)也迎來(lái)了新的春天，并且在當(dāng)前國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中占據(jù)了重要地位。當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)的水平雖然得到了快速提高，但是在其中也衍生出不少問(wèn)題并未得到有效地解決，阻礙了我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)工程的順利發(fā)展。文中對(duì)于當(dāng)前我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中的機(jī)械材料選擇與應(yīng)用上進(jìn)行了討論與分析，并給出了一些有效的解決辦法，以供相關(guān)從業(yè)人員進(jìn)行參考、借鑒。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；機(jī)械材料；選擇與應(yīng)用；

在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，最為核心的環(huán)節(jié)就是機(jī)械材料的選擇與應(yīng)用。機(jī)械材料的優(yōu)劣對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量與功能具有相當(dāng)重要影響。但是由于人類(lèi)的過(guò)度開(kāi)發(fā)而造成金屬資源越來(lái)越緊張，而在這樣的大背景下，新型的機(jī)械設(shè)計(jì)材料也必將會(huì)成為今后的主要發(fā)展方向。在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，機(jī)械材料的選擇與使用一定要以可持續(xù)發(fā)展為中心，在保障機(jī)械材料質(zhì)量的前提下，采用性?xún)r(jià)比較高的、綠色環(huán)保、可重復(fù)使用的機(jī)械材料。

1 機(jī)械材料的選擇

1.1 材料荷載類(lèi)型的選擇

根據(jù)國(guó)內(nèi)權(quán)威機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，造成絕大多數(shù)的機(jī)械零部件失效的原因就是因?yàn)榱慵耐廨d荷性能較差而引起的。因此在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇過(guò)程中，對(duì)于荷載材料的選擇是相當(dāng)重要的。但是要怎么樣才能夠選擇可靠的機(jī)械材料呢？可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行著手：（1）第一點(diǎn)，外載荷的作用力能夠引起機(jī)械材料發(fā)生變形、彎曲或者扭曲，而絕大多數(shù)的作用力集中在材料的表層當(dāng)中，也就是說(shuō)機(jī)械材料的表面性能，能夠?qū)C(jī)械零件的性能失效起到一定的控制作用。所以在進(jìn)行機(jī)械材料的選擇過(guò)程當(dāng)中，在一般情況下都是采用碳鋼調(diào)質(zhì)、低鋼滲碳等等方法來(lái)對(duì)機(jī)械材料進(jìn)行加工，而且這種加工方法可以顯著地提高機(jī)械材料的性能，避免機(jī)械材料出現(xiàn)損傷；（2）第二點(diǎn)，在選擇機(jī)械設(shè)計(jì)材料的時(shí)候，要選擇各個(gè)部分性能平均分布的機(jī)械材料，以保障設(shè)計(jì)、或者生產(chǎn)的過(guò)程中的穩(wěn)定性與安全性。

1.2 碳素鋼、合金鋼材料的選擇

由于碳素鋼本身具有良好的加工性能、操作性能以及成本優(yōu)勢(shì)，而被廣泛地運(yùn)用到了國(guó)內(nèi)的機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)中。但是由于碳素鋼的強(qiáng)度偏低，而且韌性較差，所以在進(jìn)行熱處理加工的時(shí)候所需要的工藝難度較高，所以造成碳素鋼在實(shí)際的運(yùn)用上仍然存在一定的局限性。在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)用實(shí)踐中，合金鋼材料能夠有效地彌補(bǔ)碳素鋼的缺陷與不足，也正因?yàn)槿绱撕辖痄撘查_(kāi)始得到業(yè)內(nèi)人士的重視。

1.3 重視機(jī)械材料的經(jīng)濟(jì)性與適用性

機(jī)械材料在挑選上首先要考慮的是材料的經(jīng)濟(jì)性與適用性。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)師而言，必須要對(duì)所有與機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)的鑄造技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)以及安裝技術(shù)等方面進(jìn)行綜合考慮，并且按照設(shè)計(jì)過(guò)程中的具體需求來(lái)選擇價(jià)格實(shí)惠，而且質(zhì)量有保障的經(jīng)濟(jì)適用型的機(jī)械材料，只有這樣才能夠?qū)C(jī)械材料的價(jià)值全部體現(xiàn)出來(lái)。例如說(shuō)在進(jìn)行機(jī)械鑄造的過(guò)程當(dāng)中，既要保障機(jī)械材料具備良好的吸氣性，又能夠讓材料擁有縮短性與流動(dòng)性。在進(jìn)行鑄造的時(shí)候，對(duì)于機(jī)械材料的沖壓性以及可鍛性、斷后冷卻性等方面都是有嚴(yán)格要求的。除此之外，機(jī)械材料本身的不同性質(zhì)也給機(jī)械設(shè)計(jì)帶來(lái)不同的選擇，所以要在完全符合機(jī)械設(shè)計(jì)需求的前提條件之下，將工藝材料的不同性能進(jìn)行掌握，并且通過(guò)科學(xué)化、合理化的方式來(lái)進(jìn)行機(jī)械材料的選擇與使用。以機(jī)械材的經(jīng)濟(jì)性為基礎(chǔ)，并確保機(jī)械設(shè)計(jì)材料的適用性。

1.4 機(jī)械材料的選擇

機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇上必須要以資源的可持續(xù)發(fā)展來(lái)做為前提，重視機(jī)械工程設(shè)計(jì)的可持續(xù)發(fā)展，并且以機(jī)械設(shè)計(jì)的具體需求來(lái)做為中心，來(lái)對(duì)機(jī)械材料中的潛在價(jià)值進(jìn)行深度發(fā)掘，再與施工材料的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，全面性地減少材料的能源耗損。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇與運(yùn)用

2.1 實(shí)用性機(jī)械材料的選擇與應(yīng)用

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候，在機(jī)械材料的選擇與使用上必須要優(yōu)先考慮機(jī)械材料的本身的實(shí)用性，并確認(rèn)該種材料是否適用于機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中。機(jī)械設(shè)計(jì)中所使用的材料必須要嚴(yán)格按照加工的流程與工藝地行生產(chǎn)，而且不同的工藝與技術(shù)特點(diǎn)也決定了機(jī)械材料在選擇上必須要進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化、嚴(yán)格化。只有這樣才能夠保障機(jī)械部件的強(qiáng)度與性能符合實(shí)際的需求。此外也必須要對(duì)機(jī)械材料的外觀、以及耐磨性、腐蝕性等方面進(jìn)行相應(yīng)的檢驗(yàn)與測(cè)試。

2.2 荷載類(lèi)型機(jī)械材料的選擇與運(yùn)用

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，由于機(jī)械材料失效引起故障的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，而其中有相當(dāng)大的原因是由于設(shè)計(jì)材料在選擇的時(shí)候，負(fù)荷能力存在一定的差異而造成的。為了能夠有效地提高機(jī)械設(shè)備的可靠性與使用壽命，必須要對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇上進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，安排專(zhuān)業(yè)人員對(duì)于所選擇的機(jī)械材料進(jìn)行各種作用力與性能上的測(cè)試，同時(shí)還要對(duì)于材料的荷載能力進(jìn)行估算。

2.3 低消耗機(jī)械材料的選擇與運(yùn)用

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候，也要把機(jī)械材料的綠色、環(huán)保、無(wú)污染、低能耗等條件納入考慮范圍當(dāng)中，并且對(duì)于機(jī)械材料的加工與處理環(huán)節(jié)，也必須要達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、無(wú)污染的標(biāo)準(zhǔn)。在通常情況下，絕大多數(shù)的機(jī)械加工處理都是采用熱處理的方式進(jìn)行的，可是使用熱處理的方式對(duì)于機(jī)械材料的使用壽命與性能有著不同程度的破壞與影響，并且對(duì)于周邊環(huán)境也會(huì)造成嚴(yán)重的污染。所以在進(jìn)行機(jī)械材料的加工生產(chǎn)的時(shí)候，盡量不要采用熱處理的加工工藝，可以采用在冷熱軋狀況下，仍然可以發(fā)揮性能的機(jī)械材料。如果在機(jī)械材料的加工過(guò)程當(dāng)中無(wú)法避免熱處理，那就必須要優(yōu)先使用加工處理工序較為簡(jiǎn)單的機(jī)械材料，降低對(duì)環(huán)境的破壞與污染。

2.4 機(jī)械設(shè)計(jì)在汽車(chē)中的運(yùn)用

汽車(chē)機(jī)械變速器包括了齒輪、箱體、軸承 等等部件所組成的復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。而這些配件在生產(chǎn)與安裝的時(shí)候，總是會(huì)存在一定程度的誤差與負(fù)荷，進(jìn)而產(chǎn)生噪聲。噪聲的來(lái)源是箱體中的齒輪嚙合時(shí)所引起的，然后再通過(guò)空氣進(jìn)行傳播。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備降噪設(shè)計(jì)的時(shí)候，最為重要的就是要把齒輪進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化、改進(jìn)，加大齒輪的重合度以降低傳動(dòng)時(shí)所引起的噪聲。擴(kuò)大重合度可以降低具輪的荷載，并且對(duì)于嚙入與嚙出的負(fù)載沖擊有著良好的抑制作用，因此能夠降低噪聲。

3 結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須要先擇取最優(yōu)的設(shè)計(jì)材料，在生產(chǎn)中采用最為合理的制造工藝，實(shí)現(xiàn)環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的效益相互統(tǒng)一，為我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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