機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中材料的選擇以及應(yīng)用探討

潘杰章

摘要：我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)一直在持續(xù)發(fā)展，進(jìn)而在很大程度上促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的提升和發(fā)展，面對(duì)這種大背景，人們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)有了全新的標(biāo)準(zhǔn)和要求，在這個(gè)過程中，機(jī)械零件不僅要求具備較高的適用性，而且還需要較低的成本以取得較高的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)零件的加工制造也需要考慮低污染，低能耗以取得環(huán)境友好性。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)工程師來說，在零件設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中就需要對(duì)材料的選擇以及應(yīng)用等充分的重視起來，要按照材料選擇策略以及應(yīng)用原則，保障所設(shè)計(jì)的機(jī)械零件具備較高的適用性以及經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和環(huán)保優(yōu)勢(shì)。本篇文章主要對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中材料的選擇以及應(yīng)用問題進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，希望可以給大家?guī)ヒ恍﹩l(fā)。

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

一、前言

我國的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)一直在持續(xù)發(fā)展，城市化進(jìn)程也在持續(xù)加速，進(jìn)而使得機(jī)械工業(yè)迎來了較好的發(fā)展機(jī)遇。與此同時(shí)，人們?cè)谏a(chǎn)以及生活當(dāng)中對(duì)于機(jī)械的要求一直在提升，機(jī)械行業(yè)一定要抓住這個(gè)機(jī)遇，快速響應(yīng)，采取措施以滿足用戶的具體需求。如果工作當(dāng)中存在問題，需要及時(shí)的實(shí)施改進(jìn)，以保障所有流程環(huán)節(jié)得到改善和優(yōu)化。材料屬于機(jī)械工業(yè)當(dāng)中比較基礎(chǔ)以及關(guān)鍵的部分，材料的選擇以及具體應(yīng)用將會(huì)對(duì)機(jī)械質(zhì)量造成非常直接的影響。因此，一定要對(duì)這些問題進(jìn)行重視起來，采取措施使得這些問題得到及時(shí)的解決。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中材料的選擇以及應(yīng)用原則

機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)部門的工作人員一定要保障零件原材料以及加工程序的科學(xué)化。并且在原材料采購，零件加工，裝配和檢驗(yàn)的過程當(dāng)中，要重視各個(gè)部門之間的合作，并對(duì)原材料，機(jī)械零件的尺寸形位公差，以及強(qiáng)度實(shí)施實(shí)時(shí)檢測(cè)，以避免出現(xiàn)批量不合格情況。

機(jī)械零件在實(shí)施原材料采購，機(jī)械加工以及熱處理的過程中一定要嚴(yán)格的遵守產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行實(shí)施，零部件裝配需要依據(jù)產(chǎn)品裝配圖紙進(jìn)行。機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中材料的合理化選擇以及應(yīng)用對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量來講具備非常重要的影響。技術(shù)人員一定要重視圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作，按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)的需要，完成物料采購清單的創(chuàng)建和設(shè)置。關(guān)于不同類型原材料，設(shè)計(jì)人員一定要保障其明確和準(zhǔn)確，并且要購買具備完整批號(hào)的原材料以保證質(zhì)量和可追溯性。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)的過程當(dāng)中，技術(shù)人員需要依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范實(shí)施機(jī)械零件設(shè)計(jì)并且使用三維軟件進(jìn)行建模和仿真模擬，進(jìn)而使得機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的科學(xué)性得到大大的增強(qiáng)[1]。

三、在機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇的有效策略

（一）選擇載荷類型材料的具體策略

在研究當(dāng)中，我們發(fā)現(xiàn)，非常多的機(jī)械零件出現(xiàn)故障主要是由于設(shè)計(jì)過程中所選擇的材料負(fù)載能力以及具體標(biāo)準(zhǔn)之間不相適應(yīng)。而機(jī)械零件的應(yīng)用性能可以對(duì)于零件故障的缺陷進(jìn)一步抑制，這就要求機(jī)械設(shè)計(jì)人員在實(shí)施材料選擇的過程當(dāng)中完成組件本身故障以及外部負(fù)載性能關(guān)系的處理。因此，在材料選擇時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要重視所選材料的應(yīng)力以及承載能力。詳細(xì)來講，在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，材料的載荷性主要包含這些：①如果材料的外部載荷力造成機(jī)械零件出現(xiàn)扭曲或者彎曲的情況，則材料的最大應(yīng)力基本上都會(huì)集中在最外層。由此可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)械材料的表面性能在部件故障的抑制方面存在非常積極的作用。如果想要在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中選擇具備較強(qiáng)承載能力的材料，那可以選擇使用低碳素鋼或者中碳素鋼調(diào)質(zhì)的方法完成這些材料的機(jī)械化制造或者加工②在機(jī)械制的活動(dòng)當(dāng)中，某些零部件會(huì)承受壓應(yīng)力，拉應(yīng)力以及切應(yīng)力，這可以表明機(jī)械材料所承受的外部載荷在零部件的橫截面上得到了均勻的分布。這就說明設(shè)計(jì)人員一定要選擇具備均勻分布特性的材料，以使得機(jī)械生產(chǎn)以及加工效率得到提升，并保障機(jī)械制造活動(dòng)的順利實(shí)施[2]。

（二）選擇合金以及中碳素鋼的策略

當(dāng)前，在原材料市場(chǎng)中，低碳素鋼具備成本優(yōu)勢(shì)，可加工性強(qiáng)以及可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此其使用非常的廣泛。但是，在工作的過程當(dāng)中仍然存在一些問題：低碳素鋼本身存在一定的缺陷。比如，低碳素鋼的韌性以及強(qiáng)度較低;具備中等形狀以上的零件以及材料將會(huì)難以執(zhí)行熱處理以及硬化操作。由于低碳素鋼材料存在這些缺陷，機(jī)械設(shè)計(jì)師在對(duì)材料選擇的過程當(dāng)中將會(huì)受到非常多的限制。在深入研究的過程中，我們可以發(fā)現(xiàn)對(duì)碳素鋼添加一定量的合金元素，就可以把其進(jìn)一步加工成合金鋼。其與碳素鋼相比較，具備更高的韌性以及強(qiáng)度。如果設(shè)計(jì)人員選擇合金鋼當(dāng)作機(jī)械材料，那么相當(dāng)于在機(jī)械零件當(dāng)中添加了一些特殊的性能，包含：耐高溫性，耐磨性，耐腐蝕性以及其他的一些性能等。但是，在非常多的人看來，盡管合金鋼在性能方面比碳素鋼要好得多，但是它僅適用于對(duì)外部載荷力存在較高要求的情況下使用，而在其他的情況之下，大多還是選擇碳素鋼進(jìn)行使用[3]。

四、機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇以及應(yīng)用方法

（一）實(shí)用材料的選擇以及應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，無論是材料的選擇還是應(yīng)用，都一定要對(duì)材料的實(shí)用性進(jìn)行考慮。在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，材料的應(yīng)用需要有效的參考設(shè)計(jì)工藝指標(biāo)以及工藝方法。換句話來講說，需要和工藝特征的具體差異相結(jié)合是非常必要的，進(jìn)而更好的滿足生產(chǎn)要求，其屬于比較基本性的要求。除此之外，加工零件還需要和設(shè)計(jì)要求相適應(yīng)。

（二）低耗材的選擇以及應(yīng)用

當(dāng)前情況下，各行各業(yè)都非常的重視節(jié)能，環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展等。在機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇以及應(yīng)用過程中，所選材料一定要具備低能耗以及無污染的特點(diǎn)。與此同時(shí)，在加工以及處理機(jī)械設(shè)計(jì)材料的過程中需要和這些具體要求相適應(yīng)。一般來講，非常多的機(jī)械零件都是需要熱處理工藝的。然而，當(dāng)進(jìn)行熱處理時(shí)如果工藝方法不當(dāng)，就會(huì)造成比較嚴(yán)重的失效不合格品，甚至?xí)矸浅?yán)重的污染問題。因此，在機(jī)械材料選擇的過程中，一定要盡量的避免采用需要熱處理的材料，可以選擇在冷軋以及熱軋條件下仍可以反映其材料性能的具體材料。如果在材料實(shí)施加工以及處理的過程中，難以避免使用熱處理，那么就需要選擇一些具備較少處理環(huán)節(jié)的材料，從而使得能耗以及污染程度等得到大大的降低。

（三）無害材料的選擇以及應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)過程中非常多的材料都屬于危險(xiǎn)材料，比如：隔元素，使用這種元素的過程中，不僅會(huì)出現(xiàn)非常嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，并且其還會(huì)對(duì)人體健康造成不利的影響。因此，選擇材料的過程中一定要對(duì)這些材料的危害進(jìn)行一定的控制。可以使用某些測(cè)試方法來完成選擇材料的檢測(cè)，以避免由于測(cè)試的疏忽而使得機(jī)械設(shè)計(jì)以及機(jī)械設(shè)備當(dāng)中出現(xiàn)一定的有害材料。

（四）可回收材料的選擇以及應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中非常多使用的零件以及部件都屬于金屬部件，但是金屬的輸出存在有限性。如果在機(jī)械結(jié)構(gòu)當(dāng)中對(duì)于金屬實(shí)施過多的消耗，那么會(huì)對(duì)機(jī)械化的發(fā)展以及生產(chǎn)造成非常不利的影響。比如，鋼在機(jī)械工程當(dāng)中具備較多的應(yīng)用，但是鋼的型號(hào)以及類型存在不同性，各種類型的鋼是難以進(jìn)行回收的。與此同時(shí)，如果把不同類型的金屬元素進(jìn)行一定的混合，其同樣會(huì)對(duì)回收工作造成非常大的影響，并且會(huì)出現(xiàn)非常嚴(yán)重的資源浪費(fèi)[4]。

五、結(jié)束語

總之，材料選擇以及應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中存在非常重要的作用，設(shè)計(jì)人員一定要闡明對(duì)機(jī)械零件適用性以及經(jīng)濟(jì)性造成影響的各種因素，在這種基礎(chǔ)之上采取針對(duì)性的設(shè)計(jì)方法，并積極的提升自身的環(huán)保以及經(jīng)濟(jì)意識(shí)，并努力的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)，節(jié)能，適用以及環(huán)保的機(jī)械零件，進(jìn)而促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)在發(fā)展的過程中具備可持續(xù)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄔業(yè)萍.機(jī)械設(shè)計(jì)問題中的材料的選擇及應(yīng)用探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（21）：295-295.

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

作者單位：卡拉羅（中國）傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司