機械設計加工中的材料選擇問題分析

陳曉斌

摘? 要：在當今時代，我國的經濟呈現出高速發展之勢，機械工業的設計領域日漸強大與先進。機械設計領域內部通常會與多個環節以及工序相聯系，同時機械產品的設計與加工和產品完工時的品質、應用范圍有著不可分割的聯系，只有使用優等的機械設計加工材料才能夠確保設備在使用時的質量、壽命以及使用者的安全，因此，一定要將機械在設計與加工中所用到的材料作為首要研究目標，并引起機械設計與建造者足夠高的重視。

關鍵詞：材料選擇;問題分析;機械設計;加工

中圖分類號：TH122? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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

自我國改革開放完成以后，與世界各國之間的交流與聯系愈發緊密，在當前階段，我國的輕、重工業展現出了巨大的發展潛力，這極大地推進了機械設備制造領域的進一步發展。

1 材料的選擇在機械設計中所具有的關鍵意義

優質機械材料的使用能夠促進我國機械制造領域進一步的發展，在機械使用壽命以及性能方面有著極為關鍵且不可忽視的作用。想要使產品最終性能與質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，才能夠使企業在機械設計領域激烈的競爭當中存活下來，并繼續發展下去。

眾所周知，材料的選擇對產品性能以及質量緊密相關，因此材料的選擇便是機械制造整個過程中最為關鍵與重要的一個環節。除此之外，是否合理的選擇機械材料，嚴重影響著產品最后實際功能的發揮。在當前這一階段，各國都在倡導綠色環保，為了使我國資源得到良好保護，并提高資源的使用效率，一定要在機械制造的過程當中遵循可持續發展原則，對材料質量和性價比進行著重考量，從而保證我國的機械設計制造行業能夠取得穩步、健康成長。同時，由于當今經濟發展速度較快，社會各個行業對于機械產品需求愈發擴大，所以一定要將產品性能與質量作為根本基礎，不斷推進機械設計制造行業的創新發展。

2 在機械的設計與加工過程中對于不同類型材料的挑選

2.1 金屬型加工材料

金屬對于機械設計具有著極為關鍵且無法忽視的作用，金屬材料通常具有著較為出色的理化能力，是當前階段應用較為廣泛的一種材料，在實際的機械設計過程中最常見的便是鐵、錫以及鋁等，當然其中還有一些價格較為昂貴的金屬材料，例如金與銀。因為金屬延展性較為出色，所以很適合去制造一些精密零件，同時還能夠讓機械的性能得到較大幅度提升。

2.2 復合型材料

復合型材料實際上就是由兩種甚至是兩種以上物質，通過專業理化反應所形成的一種新型材料。這種由多種物質所結合而成的材料，通常還保留著原本物質的特點，而且在經過結合之后還形成了屬于自己的專屬性質。在現階段，復合型材料通常被分為兩大類，一種是金屬復合型材料，另一種是非金屬復合型材料。在實際的機械加工設計中兩者均得到廣泛應用，而且對于一些要求較為嚴格以及精密的裝置，僅有復合型材料能夠被使用，例如飛機以及航天產品的制造，通常會大量應用這類材料，從而避免在飛行過程中出現事故。

2.3 高分子型材料

高分子型材料通常是高分子的化學產品經過聚合反應而得到的，所以，又被稱作聚合材料，在實際應用過程中，有時會根據特定的需要，來對此類材料進行改良，使其性能發生較為巨大的轉變。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，隨著社會以及科學技術的發展，高分子型材料在未來必將受到更為廣泛的應用。

2.4 陶瓷型材料

這是一種在最近幾年才剛剛興起的一類材料，目前有碳化硅以及氮化硅兩類。陶瓷型材料的特點極為鮮明，即硬度較高，不易被腐蝕、具有將強的耐磨性能，而也正是陶瓷材料所具有的這些特點，才使得它被廣泛應用于一些精度較高、工業標準嚴格的儀表設計中，逐漸成為高科技產品最核心以及關鍵的原材料。

3 在機械設計制造中對于材料的應用以及選擇

3.1 實用化材料在機械設計中的應用

在大多數的情況之下，在進行機械產品的制造時，通常需要有一套完整的加工與制造流程，譬如說，切削、機械熱處理和工業鍛造等等，因此為了確保機械材料在完成一套流程之后仍舊能夠滿足國家相關使用規定，就一定要在前期設計的過程中著重關注機械制造材料的實用性，通過它來保證在未來的加工與實際使用過程中能夠滿足種種嚴格要求以及標準。所以，在進行機械設計工作時，一定要優先、全面的考慮材料在實際工作中的實用性，確保它能夠滿足在工作中可能遇到的種種狀況。

3.2 對于載荷性機械制造材料的應用

在進行機械的設計制造以及加工時，難免會出現一些材料失效故障，導致這些問題出現的主要原因還是由于機械材料自身載荷能力較為有限。所以，想要讓材料失效問題在設計制造階段不再出現，并保證產品能夠進行高效的使用，就一定要在前期設計與制造時，對載荷型的機械設計材料進行針對性選擇，同時設計制造人員還要充分了解材料最為基本的性能和普遍特點，從而使其能夠在實際的使用過程中可以滿足產品加工、制造的國家行業標準。

3.3 對于耗能較低型機械設計材料的應用

當前階段，我國開始逐漸加大環境保護以及宣傳力度，社會各界也同樣開始格外關注對于耗能較低型加工材料的應用。在這當中，機械設計領域應當著重關注環境保護這一原則，相關的設計人員一定要將設計理念進行實時更新，盡早擺脫掉傳統加工涉及觀念對于自己產生的約束，在未來新型機械的設計與加工過程中，一定要確保在能夠符合產品使用性能與質量標準的基礎上，降低對于環境的污染以及各種能源的消耗，從而使機械設備實現可持續以及環保性。在未來，可持續以及環保原則必將是各行各業發展的一個大趨勢，對于機械的設計加工領域來說，同樣無法避免。

3.4 對一些無害、健康型機械加工材料的應用

機械設計材料通常都含有一定的危險元素，這是難以避免的，例如常見的Ni元素，這是許多材料中都會含有的一個基本元素，然而這種元素對于環境具有著較強的污染能力，同時對于人還有可能會產生永久性、不可逆的危害。所以，在挑選機械設計加工材料時，一定要注意材料構成的元素，盡可能避免使用含有有害元素的機械材料，從而保證此類產品使用以及加工的安全性。

3.5 對于可回收、綠色環保型材料的應用

在機械的設計與加工過程中，金屬系材料占據著極大的一部分，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行二次的回收與利用，不僅會造成資源方面的浪費，還有可能會對環境產生一定污染。這就使得機械設計加工工作違背了我國可持續綠色健康發展的原則。所以，想要使資源的應用效率得到最大程度提升，相關設計人員一定要格外關注材料的選擇，將可回收、無污染資源作為選用的首要目標，從而防止出現資源浪費以及環境污染等問題，除此之外，使用可回收材料還可以確保行業在未來實現長久、健康的發展。

4 對于機械設計加工中材料選擇問題的分析

4.1 要對具體的問題進行具體分析，始終站在設計要求的角度上

在進行機械的設計時，通常會接觸到許多不同類型的零件，每一個零件對于加工材料的要求也不盡相同，倘若挑選材料時出現了錯誤，那么在未來設備使用的性能以及安全性等方面便可能會留下一定隱患。所以，機械設計人員一定要格外重視材料的挑選，對材料實際用途與性能進行全面了解，綜合分析不同環境之下材料形態以及性質的變化。同時，為了避免出現這類問題，設計人員還可以適當開展一些針對性實驗，例如抗震以及減震等實驗，通過具體情境來對問題進行研究，根據實驗得出的詳細數據進行全面規劃，最終實現性能以及價格兩者的平衡。

4.2 要對材料優勢以及應用的領域進行充分了解

一個機械設備通常是由多個元器件所構成的，所以，材料是設備良好運行的基礎，設計人員在挑選材料時，一定要遵循以下這幾點，首先，要全面分析材料物理的性能，設備使用的效率以及使用時間和設計材料質量與性能是緊密相聯的，因此一定要對材料自身性能做嚴格把控，決不能夠僅靠一些舊數據、觀點進行相關設計與研究。其次，材料的物理性所涉及領域較為廣泛，例如：熔點、傳導熱量的能力等，因此，在進行設計時，相關人員一定要以實際為基礎，對具體的問題進行具體的分析，根據材料實際性能特點設計相應的設備，做到多方面的最優化。

4.3 在對材料進行工藝化處理時，一定要遵循科學化的設計標準

機械設計與加工通常會受到多種因素的影響，這些影響會使得最終性能難以達到預期，所以一定要對材料進行后期的工藝優化處理，例如：鍛造、熱加工以及切削等。將鑄鐵的熱處理作為實例，在進行鑄鐵時，會出現熱脹冷縮的現象，這使得器件壁很難實現薄厚統一，從而出現應力，必須要借助熱處理來將這種應力排除，在進行處理時，設計人員一定要嚴格遵守工作標準，確保材料性能得以提升。

5 結束語

眾所周知，我國的經濟絕大部分來源于機械的加工制造領域，想要使機械加工制造領域實現進一步發展，企業管理者必須要提高對于材料應用以及選擇的重視程度，將性能與實用性作為基礎進行科學、合理化挑選，并保證滿足可持續發展、無污染的原則。除此之外，在進行機械設備的加工設計時，相關人員還必須要保持嚴謹態度，做好綜合處理工作，嚴格按照行業標準進行設計與加工，最終使我國的機械設計加工水平得到顯著提高。

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