機(jī)械設(shè)計(jì)中的金屬材料選擇及應(yīng)用研究

周琪

摘 要：迅猛發(fā)展的機(jī)械行業(yè)由于促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而倍加受到重視，經(jīng)濟(jì)地位也是越來(lái)越高，這也是我國(guó)在城市化過(guò)程中需要機(jī)械制造業(yè)助力所導(dǎo)致的大趨勢(shì)。在機(jī)械制造行業(yè)中勢(shì)必會(huì)涉及到機(jī)械設(shè)計(jì)以及金屬材料的選擇和應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)理念轉(zhuǎn)變的深入也導(dǎo)致機(jī)械設(shè)計(jì)的要求逐步受到重視，所以對(duì)于在機(jī)械設(shè)計(jì)中如何選擇金屬材料和如何應(yīng)用儼然成為一種課題。本文就是針對(duì)這樣的問(wèn)題進(jìn)行討論，在金屬材料的選擇上，以及應(yīng)用的理念上進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

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

我國(guó)自改革開(kāi)放是以經(jīng)濟(jì)發(fā)展為主要工作，而科學(xué)技術(shù)也是強(qiáng)有力的生產(chǎn)力。建設(shè)現(xiàn)代化的工業(yè)強(qiáng)國(guó)一直是我國(guó)的動(dòng)力，在制造業(yè)中機(jī)械制造業(yè)屬于傳統(tǒng)行業(yè)，也具備引領(lǐng)新行業(yè)的發(fā)展以及提升。在這樣的情況之下，對(duì)于發(fā)展機(jī)械設(shè)計(jì)顯得更加的重要和迫不及待。而機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵又在選擇金屬材料以及應(yīng)用兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上；加之目前國(guó)際金屬資源日益枯竭以及環(huán)境污染的大背景之下，如何能夠以可持續(xù)發(fā)展和保持綠色生態(tài)理念的基礎(chǔ)之上保持經(jīng)濟(jì)和環(huán)保、高效的機(jī)械設(shè)計(jì)，是本文討論的價(jià)值。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)中必須要樹(shù)立對(duì)金屬材料選擇和應(yīng)用進(jìn)行研究的觀念，方能更好的發(fā)展。

一、金屬材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中的選擇原則

首先，我們要明白金屬材料的發(fā)展；何為金屬材料，就是由金屬元素為主要或者金屬元素構(gòu)成具備金屬特性的材料的統(tǒng)稱(chēng)，其中還包含有合金、金屬化合物、純金屬以及特殊材料。金屬材料依托加工技術(shù)和材料的設(shè)計(jì)進(jìn)步等條件，徹底從純金屬或者純合金中擺脫，被開(kāi)發(fā)出高性能的金屬材料。比如機(jī)械合金化合物、單晶合金、有序金屬化合物等新型的材料，并且將它們應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

其次，才討論到在機(jī)械設(shè)計(jì)中對(duì)金屬材料的選擇中需要注意的要點(diǎn)，如下：

第一，需要考慮零件的工作環(huán)境；環(huán)境溫度會(huì)影響金屬材料熱脹冷縮，金屬材料的體積隨著溫度改變，松動(dòng)或者緊縮等都是受到膨脹系數(shù)的影響，所以金屬材料膨脹系數(shù)較少作為選擇時(shí)必須要考慮的；環(huán)境的濕度也會(huì)影響金屬材料的性能，此時(shí)必須要考慮抗腐蝕和防銹性能的金屬材料；同理可理解需要選擇耐磨性能良好的金屬材料。在不同工作環(huán)境中要求的金屬材料也不同，比如濕熱的工作環(huán)境對(duì)金屬零件材料的第一選擇是具備耐腐蝕性能的鋁、具備良好導(dǎo)電性、延展性的鐵廣泛被應(yīng)用在工業(yè)中，金屬材料中不同的特性體現(xiàn)了對(duì)工作環(huán)境的承受能力，必須要從零件所處的工作環(huán)境作為前提去考慮，從而合理的選擇金屬材料，有利地運(yùn)用金屬材料的特點(diǎn)。

第二，金屬材料的載荷和應(yīng)力：材料的載荷水平對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中必考慮，這是如果壓力夠大的話(huà)，沒(méi)有足夠的載荷水平的金屬材料去支撐，就會(huì)在機(jī)械制造工作的后期出現(xiàn)使用受到抑制甚至出現(xiàn)失效的情況，機(jī)械零件就不能夠發(fā)揮應(yīng)有的作用；靜載荷的工作情況一般適用在脆性的材料之中，而塑性材料都會(huì)用在具備沖擊載荷的情況之下，所以需要對(duì)各種金屬材料是塑性還是脆性進(jìn)行區(qū)分和選擇，評(píng)估過(guò)材料的載荷，機(jī)械的外觀造型需要考慮材料的可塑性帶來(lái)的影響，機(jī)械制造中如果想要體現(xiàn)完美的造型就必須要各方面都達(dá)標(biāo)才可以。

第三，金屬材料的經(jīng)濟(jì)性和時(shí)效性，成本的控制是企業(yè)運(yùn)行的一大課題，機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇金屬材料的時(shí)候必須考慮到經(jīng)濟(jì)性的原則，不過(guò)前提就是要確保材料的機(jī)械性能，供應(yīng)量大、低成本的加工工藝、價(jià)格相對(duì)低的金屬材料是首選。金屬材料的壽命決定機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)效性，機(jī)械零件的使用過(guò)程中會(huì)隨著時(shí)間推進(jìn)出現(xiàn)零件損壞的情況，金屬材料的時(shí)效性可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)選擇較為合適的。

第四，金屬材料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)程度及加工性能：材料的加工性能和復(fù)雜程度是機(jī)械設(shè)計(jì)中必須要考慮的問(wèn)題，鑄造、焊接、沖壓、切削等性能是金屬材料的加工性能，同時(shí)需要利用板材沖壓的辦法來(lái)完成復(fù)雜零件的焊接、鑄造等。如果金屬材料想要利用在機(jī)械的零件制造之中，就必須符合各項(xiàng)的加工要求，否則就不適合作為零件的金屬材料。

第五，金屬材料的環(huán)保及可循環(huán)性：金屬材料如果含有對(duì)人體健康產(chǎn)生不良影響的元素，比如鉻、鉛、鎳等，盡量要不使用此類(lèi)的金屬材料。因?yàn)榻饘俨牧线\(yùn)用在機(jī)械加工制造之中，廢物對(duì)外排放會(huì)造成環(huán)境的污染，直接或者間接通過(guò)生物鏈的原理對(duì)人體的健康產(chǎn)生惡劣的影響，所以在選擇此類(lèi)的金屬材料時(shí)候一定要謹(jǐn)慎，切勿采取“殺敵一千自損八百”的愚昧想法。可持續(xù)發(fā)展是我國(guó)發(fā)展經(jīng)濟(jì)時(shí)候明白其的重要性。對(duì)于金屬材料而言，如果報(bào)廢的材料不能合理的回收那是多可惜的一件事情。單合金相對(duì)多金屬合金要容易回收，盡管混合多種金屬為合金來(lái)達(dá)到金屬材料性能的預(yù)期效果，但是其回收成本太高不適合可持續(xù)的發(fā)展。為了金屬材料的可持續(xù)利用，首要考慮單個(gè)的合金以及組成元素種類(lèi)少的合金。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)中對(duì)金屬材料的應(yīng)用研究

金屬材料的選擇再機(jī)械設(shè)計(jì)之中是需要考慮到其經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性的。經(jīng)濟(jì)性原則一直是企業(yè)需要考慮的問(wèn)題，在考慮經(jīng)濟(jì)學(xué)的問(wèn)題基礎(chǔ)之上要明白其是否符合適用性的原則。就是在機(jī)械設(shè)備滿(mǎn)足加工中的經(jīng)濟(jì)原則之后，需要發(fā)揮到金屬材料自身的性能。在金屬材料應(yīng)用自重，碳素鋼和合金鋼是應(yīng)用較為廣泛的金屬材料，這是良好的高性?xún)r(jià)比的加工材料，不足之處就是強(qiáng)度不高以及韌性低，所以需要往碳素鋼之中加入適量的合金成為合金鋼。合理的制造工藝的保障才能夠考慮金屬材料的經(jīng)濟(jì)性能，不止是金屬材料的價(jià)格，還有利用的程度、加工的費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題需要考慮，最后再選擇合適的金屬材料。環(huán)保和節(jié)能往往都是互相包括的，再機(jī)械加工制造過(guò)程之中產(chǎn)生的廢物有多大的危害，取決于金屬材料是否具備少污染或者低能耗的特性，否則環(huán)保的概念就無(wú)法保證；然后需要保證金屬材料使用的種類(lèi)，以可回收、再生或者易降解材料為首要的選擇；最后可以考慮新型的金屬材料，達(dá)到安全、環(huán)保、節(jié)能為目的的金屬材料為最佳選擇。

最后，我們以銅金屬的材料應(yīng)用研究來(lái)闡述說(shuō)明。選擇銅金屬材料一定要保證對(duì)銅加工過(guò)程中污染小的原則，這樣才能夠保證環(huán)保性原則；以低能耗的銅金屬材料為最佳選擇。

為了避免銅金屬材料在加工過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染，應(yīng)該會(huì)盡可能選擇簡(jiǎn)單工藝的銅金屬材料來(lái)處理，首先會(huì)選擇替代那種對(duì)人體有副作用或者環(huán)境有影響的金屬材料，就是篩選到對(duì)人體沒(méi)有危害的銅金屬材料；另外，也會(huì)對(duì)新型銅合金材料進(jìn)行替代傳統(tǒng)材料的考慮。利用銅金屬泡沫來(lái)充當(dāng)填充材料，主要應(yīng)用在大強(qiáng)度、輕質(zhì)量的空心夾層板上面。利用銅的加固物件來(lái)對(duì)骨架架構(gòu)進(jìn)行填充，不僅能夠吸收外界的沖擊力，還能夠?qū)羌軓澢闆r的避免，能夠起到保護(hù)支撐體和表面的作用。銅金屬材料具備優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，可以對(duì)熱量進(jìn)行有效的傳遞，普遍應(yīng)用在高效率的熱交換器當(dāng)中。同理，銅金屬泡沫因?yàn)椴荒軌虮蝗紵鳛榱己玫姆阑鸩牧稀Ｒ曰厥赵倮玫母怕蕘?lái)看銅金屬材料的話(huà)，其對(duì)人體或者環(huán)境的影響都不是很大，很適合用在機(jī)械設(shè)計(jì)的金屬材料選擇之中。

結(jié)語(yǔ)：機(jī)械設(shè)計(jì)會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而受到社會(huì)上的廣泛關(guān)注，也是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的動(dòng)力之一。對(duì)于影響機(jī)械設(shè)計(jì)中的金屬材料的選擇，對(duì)于業(yè)內(nèi)也是越來(lái)越受到關(guān)注。機(jī)械設(shè)計(jì)工作之中，必須要合理地對(duì)金屬材料進(jìn)行選擇，這是一道重要的環(huán)節(jié)，完成這樣的環(huán)節(jié)必須要從多方面去考慮清楚。不僅從完成機(jī)械制造過(guò)程中的性能、適用性，還要從環(huán)保、節(jié)能以及經(jīng)濟(jì)性能等方面去綜合去考慮清楚，從而擇優(yōu)選擇符合自己目前情況的金屬材料。如此才可保證機(jī)械設(shè)計(jì)下的產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，也能為機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的綿薄之力。

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