機械設計中機械材料的選擇及實施

程芳芳

（呂梁職業技術學院，山西 呂梁 032300）

近些年，廣大群眾的生活質量有了顯著的提升，并且生活需求也發生了很大的變化，以往的工作方式無法滿足當今社會的需求。從生活的角度來看，人民群眾平常生活的方式也發生了新的變化，追求高品質、高質量的生活。而從工作角度來看，當前人們上班的節奏越來越快，并且人們對先進設備的需求也在不斷增加，使廣大群眾工作的效率就得到了大幅提升。所以，在進行機械設計的時候，必須要從多個方面綜合考量，選擇性價比比較高的機械設備[1]。

1 材料選擇基本原則

（1）工作環境。工作環境若不同，那么材料發揮的實際作用也會不同。比如說在濕熱潮濕的工作環境中，材料若是暴露在外面使用，那么很容易發生腐蝕的情況，所以針對這種環境中材料的選擇，我們必須要選擇那些耐腐蝕性的機械材料，進而確保其工作性能是穩定的[2]。

（2）荷載大小。不同的機械材料，都有著一定的荷載，如果說材料選用不當，那么在使用的時候材料就很容易發生變形，還會影響到材料使用性能。所以，在選擇材料時，一定要充分考慮材料荷載性能大小，并進行計算，進而選擇出最合適的材料[3]。

對于外部荷載能力來說，零部件通過外力而發生了變形，那么零部件內部就會發生同樣的反作用力，如果承載力比較弱，材料的質量就會越低，相反要想提高機械材料的承載力，就要將低碳鋼與中碳鋼有效滲透到機械材料中，選擇質量較好的合金鋼還有碳素鋼來加工，碳鋼具有可加工性強、成本較低、性能較高等優勢，應用前景非常廣闊。其次，如果碳鋼在硬度上降低，其韌性與延展性就會大大增高，將強度低與韌性高有機結合，使制造與冶煉時就會出現裂痕。并且在使用碳鋼的過程中，部分零件對加工精度要求比較低，所以在碳鋼中就會混入適量合金，將合金鋼、碳鋼相互比較，合金鋼硬度與強度會明顯高于碳鋼，且自身也有著較好的滲透性。但是合金鋼冶煉工序十分復雜，且加工工藝也比較困難，因此，在使用的時候成本會比較高。

（3）零件尺寸。針對需要精密加工的機械零件，精確度是以納米來計算的，在具體現場加工過程中通常會出現加工的零部件不能夠配套鑲嵌的狀況。所以，在進行設計零部件尺寸的時候，要以現場具體加工為主，并進行科學的計算。與此同時，材料的選擇在確保性能同等的情況下，選用那些容易切割的材料[4]。

2 重要意義

一般來說，材料對機械設備的質量和性能等具有極其重要的作用，機械材料的選擇合不合理，對機械設備的功能發揮著非常明顯的作用。當前，要想更好的保護國家資源，提高資源實際利用的效率，那么在機械設計的過程當中，就要秉持環保、可持續原則進行選擇機械材料，并且要綜合考慮材料的質量還有經濟性，從而保證機械制造業能夠有序的發展[5]。其次，隨著經濟快速發展，對機械設備的需求量也愈來愈大，所以就要確保機械設備的性能還有質量，重視選擇更環保、更經濟的材料，將其運用于機械產品中。

3 材料的分類

（1）陶瓷材料。在選擇陶瓷材料的過程中，最主要的部分就是氧化硅還有碳化硅。陶瓷材料最大的優勢便是耐腐蝕性能比較好，并且還有著較高的硬度。因此，在展開機械施工的過程中，部分密封性比較強的零件應當采用陶瓷材料來制作。但是還要注意的是，這種材料本身的造價十分昂貴，而且還很容易破碎，因此在使用的時候一定要小心和仔細[6]。

（2）金屬種類。在大部分機械施工中，金屬材料占有至關重要的地位，并且一些機械設計部門也都在運用金屬材料，金屬材料運用率達到了100%。在實際使用金屬材料的時候，最大的優點就是材料本身的硬度比較高，還能夠降低成本，對于每一個設計環節也都可以起到不同的效果，所以，金屬材料得到了非常廣泛的應用。

（3）復合型材料。此種材料的種類有很多種，性能和優勢也是不同的，需要結合具體加工時不同施工技術要求，選用復合材料。例如，合金類的材料也是復合材料中的一種，此種材料能夠滿足不同機械設備加工的要求，所以，在行業內廣受大家的好評[7]。

4 材料選擇和實施方向

4.1 選擇可再生材料

重復使用金屬類材料，能夠降低企業的開支和成本費用，在具體設計的過程當中，我們要盡量選擇一些可回收以及可再生材料，然后將這些材料進行二次利用。針對這些材料來說，本身購買的價格就比較便宜，因此大大降低了企業的生產成本，同時在設計的時候，若是出現了一次設計失誤，會使零件尺寸發生偏差，還可以把這些零部件應用在其它的加工中。

4.2 選用低能耗材料

在選擇機械材料的過程當中，除了對材料的類型進行仔細甄別以外，還要綜合考慮材料低污染還有低能耗。若是有提前要預熱和處理的機械材料，后期因為熱預而出現了問題，那么不僅會縮減機械材料使用周期，同時還會出現損失機械性能的情況。所以，這些材料在后續預熱的過程中，對于周邊的環境會產生較大的污染，因此在實際選擇的時候，應當選用在冷拔狀態還有熱軋狀態下，都能夠發揮出比較優良性質的機械材料，也可以選擇無需提前預熱的機械材料。在選用這種材料的時候，常常見到的情況便是采用低淬透性鋼來鍛造，所以也有著穿透性[8]。

4.3 選用危害小材料

以往因為受到了加工技術影響，所以在加工金屬材料的過程當中，通常會產生出一些有毒有害的物質，這部分物質不但會影響現場操作人員的工作效率和身體健康，同時在產品出廠以后給產品使用人員還帶來了較大的危害。隨著科學技術不斷發展，一些先進的金屬材料也被廣泛運用于機械制造領域，這些金屬材料不僅危害小，還能有效提升材料加工以及使用的安全。所以，在機械設計的過程當中，應盡量選擇一些新型的材料，比如說使用金屬泡沫的材料來替換掉傳統的材料。此種材料既不會燃燒，還能夠進行回收二次使用，所以是真正意義上可持續使用以及沒有危害的金屬材料。不僅如此，要盡量選擇綠色環保的材料。設計人員在選擇品質比較高的材料的同時，還要確保環保的特性，相關的操作工作人員對于實際的情況要認真把握，盡可能選擇沒有污染、無危害核心材料，使用可回收的一些材料來施工。生產車間加工要以數控車床為中心，慢慢進行加工，然后達到評核線，因此材料的運用一定要要求操作者可以通過化學模式和物理模式的變形來達到評核線。另外鑄造工藝對于材料的偏折性以及流動性有著較高的要求，而熱處理工藝對于材料有著過熱敏感性還有氧化脫碳傾向的要求，因此必須要達到上面這些要求，這樣一來才能制造出符合規范標準的機械零件[9]。

4.4 選擇科學的工藝

在生產的時候由于機械受到了多個方面的影響，所以在性能上通常不能達到預期效果，就需要后續采取科學的工藝進行處理，例如：熱處理工藝、鑄造工藝、粘結工藝、鍛造工藝，還有焊接工藝等等。例如說在進行鑄鐵熱處理的過程中，鑄鐵因為熱脹冷縮，因此鑄件壁厚度和薄度就不統一，便會產生一種應力。然而這種應力無法留在零部件中，所以必須要進行熱處理。另外在進行熱處理時對材料有著吸氣性、收縮性，還有流動性等的要求，一定要精確的控制溫度，并認真做好表面淬火、石墨化退火，還有球鐵淬火等方面工作。相關設計工作者要確保工業處理工作能夠標準化和科學化實施，不斷提升材料的性能。

4.5 全面了解設計要求

要想保證機械設計中金屬材料選擇的合理性、科學性，那么設計工作者一定要全方面了解熟悉機械設計中相關的要求，并解決設計過程中的一些難點與重點。一方面，要了解和掌握機械設備設計每一個零件的用途，然后再分析每一個零部件在運行的狀態中所處的環境，還有模擬零部件在運轉的過程中有可能會遇到的問題，將這些方面有機結合，從而做好每一個機械零件的選擇。另一方面，還應該考慮到經濟成本，材料的不同可能性能方面相差不是很大，然而在價格上卻有著很明顯的差異，因此，在展開機械設計的時候必須要進行仔細分析。

5 結語

總而言之，在機械設計中金屬材料的選擇和實施，不僅能夠提升設備的加工質量，同時還能夠為大批量生產提供合理有效的方案，進而使產品的質量還有功能能夠得到保證。針對后續材料再造還有材料的回收等流程，機械材料的選擇就為后期這一類工作的開展提供了很多便利，也促進了整個機械行業更快速和更好的發展。