機械設(shè)計當(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，面對這種大背景，人們對機械設(shè)計有了全新的標(biāo)準(zhǔn)和要求，在這個過程中，機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。對于機械設(shè)計工程師來說，在零件設(shè)計的過程當(dāng)中就需要對材料的選擇以及應(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)計的機械零件具備較高的適用性以及經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢和環(huán)保優(yōu)勢。本篇文章主要對機械設(shè)計當(dāng)中材料的選擇以及應(yīng)用問題進(jìn)行簡單的介紹，希望可以給大家?guī)ヒ恍﹩l(fā)。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計;材料;應(yīng)用

一、前言

我國的經(jīng)濟(jì)和社會一直在持續(xù)發(fā)展，城市化進(jìn)程也在持續(xù)加速，進(jìn)而使得機械工業(yè)迎來了較好的發(fā)展機遇。與此同時，人們在生產(chǎn)以及生活當(dāng)中對于機械的要求一直在提升，機械行業(yè)一定要抓住這個機遇，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，需要及時的實施改進(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)用將會對機械質(zhì)量造成非常直接的影響。因此，一定要對這些問題進(jìn)行重視起來，采取措施使得這些問題得到及時的解決。

二、機械設(shè)計當(dāng)中材料的選擇以及應(yīng)用原則

機械設(shè)計技術(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，裝配和檢驗的過程當(dāng)中，要重視各個部門之間的合作，并對原材料，機械零件的尺寸形位公差，以及強度實施實時檢測，以避免出現(xiàn)批量不合格情況。

機械零件在實施原材料采購，機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)計圖紙進(jìn)行實施，零部件裝配需要依據(jù)產(chǎn)品裝配圖紙進(jìn)行。機械設(shè)計當(dāng)中材料的合理化選擇以及應(yīng)用對機械產(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設(shè)計工作，按照圖紙設(shè)計的需要，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的原材料以保證質(zhì)量和可追溯性。在產(chǎn)品設(shè)計以及生產(chǎn)的過程當(dāng)中，技術(shù)人員需要依據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計規(guī)范實施機械零件設(shè)計并且使用三維軟件進(jìn)行建模和仿真模擬，進(jìn)而使得機械產(chǎn)品設(shè)計的科學(xué)性得到大大的增強[1]。

三、在機械設(shè)計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)，非常多的機械零件出現(xiàn)故障主要是由于設(shè)計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)。而機械零件的應(yīng)用性能可以對于零件故障的缺陷進(jìn)一步抑制，這就要求機械設(shè)計人員在實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，設(shè)計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，在機械設(shè)計當(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)力基本上都會集中在最外層。由此可以發(fā)現(xiàn)，機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。如果想要在機械設(shè)計當(dāng)中選擇具備較強承載能力的材料，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械化制造或者加工②在機械制的活動當(dāng)中，某些零部件會承受壓應(yīng)力，拉應(yīng)力以及切應(yīng)力，這可以表明機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)計人員一定要選擇具備均勻分布特性的材料，以使得機械生產(chǎn)以及加工效率得到提升，并保障機械制造活動的順利實施[2]。

（二）選擇合金以及中碳素鋼的策略

當(dāng)前，在原材料市場中，低碳素鋼具備成本優(yōu)勢，可加工性強以及可操作性強等優(yōu)點，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度較低;具備中等形狀以上的零件以及材料將會難以執(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，機械設(shè)計師在對材料選擇的過程當(dāng)中將會受到非常多的限制。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度。如果設(shè)計人員選擇合金鋼當(dāng)作機械材料，那么相當(dāng)于在機械零件當(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、機械設(shè)計中材料的選擇以及應(yīng)用方法

（一）實用材料的選擇以及應(yīng)用

在機械設(shè)計當(dāng)中，無論是材料的選擇還是應(yīng)用，都一定要對材料的實用性進(jìn)行考慮。在機械設(shè)計當(dāng)中，材料的應(yīng)用需要有效的參考設(shè)計工藝指標(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。在機械設(shè)計材料的選擇以及應(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。與此同時，在加工以及處理機械設(shè)計材料的過程中需要和這些具體要求相適應(yīng)。一般來講，非常多的機械零件都是需要熱處理工藝的。然而，當(dāng)進(jìn)行熱處理時如果工藝方法不當(dāng)，就會造成比較嚴(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

機械設(shè)計過程中非常多的材料都屬于危險材料，比如：隔元素，使用這種元素的過程中，不僅會出現(xiàn)非常嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，并且其還會對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這些材料的危害進(jìn)行一定的控制。可以使用某些測試方法來完成選擇材料的檢測，以避免由于測試的疏忽而使得機械設(shè)計以及機械設(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

機械設(shè)計當(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。如果在機械結(jié)構(gòu)當(dāng)中對于金屬實施過多的消耗，那么會對機械化的發(fā)展以及生產(chǎn)造成非常不利的影響。比如，鋼在機械工程當(dāng)中具備較多的應(yīng)用，但是鋼的型號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，如果把不同類型的金屬元素進(jìn)行一定的混合，其同樣會對回收工作造成非常大的影響，并且會出現(xiàn)非常嚴(yán)重的資源浪費[4]。

五、結(jié)束語

總之，材料選擇以及應(yīng)用在機械設(shè)計的過程當(dāng)中存在非常重要的作用，設(shè)計人員一定要闡明對機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)之上采取針對性的設(shè)計方法，并積極的提升自身的環(huán)保以及經(jīng)濟(jì)意識，并努力的設(shè)計經(jīng)濟(jì)，節(jié)能，適用以及環(huán)保的機械零件，進(jìn)而促進(jìn)機械設(shè)計行業(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.機械設(shè)計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.機械設(shè)計中的材料選擇及應(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）傳動系統(tǒng)有限公司