机械设计中机械材料的选择及实施

2021-12-05程芳芳

世界有色金属 2021年10期

程芳芳

（吕梁职业技术学院，山西吕梁 032300）

近些年，广大群众的生活质量有了显著的提升，并且生活需求也发生了很大的变化，以往的工作方式无法满足当今社会的需求。从生活的角度来看，人民群众平常生活的方式也发生了新的变化，追求高品质、高质量的生活。而从工作角度来看，当前人们上班的节奏越来越快，并且人们对先进设备的需求也在不断增加，使广大群众工作的效率就得到了大幅提升。所以，在进行机械设计的时候，必须要从多个方面综合考量，选择性价比比较高的机械设备[1]。

1 材料选择基本原则

（1）工作环境。工作环境若不同，那么材料发挥的实际作用也会不同。比如说在湿热潮湿的工作环境中，材料若是暴露在外面使用，那么很容易发生腐蚀的情况，所以针对这种环境中材料的选择，我们必须要选择那些耐腐蚀性的机械材料，进而确保其工作性能是稳定的[2]。

（2）荷载大小。不同的机械材料，都有着一定的荷载，如果说材料选用不当，那么在使用的时候材料就很容易发生变形，还会影响到材料使用性能。所以，在选择材料时，一定要充分考虑材料荷载性能大小，并进行计算，进而选择出最合适的材料[3]。

对于外部荷载能力来说，零部件通过外力而发生了变形，那么零部件内部就会发生同样的反作用力，如果承载力比较弱，材料的质量就会越低，相反要想提高机械材料的承载力，就要将低碳钢与中碳钢有效渗透到机械材料中，选择质量较好的合金钢还有碳素钢来加工，碳钢具有可加工性强、成本较低、性能较高等优势，应用前景非常广阔。其次，如果碳钢在硬度上降低，其韧性与延展性就会大大增高，将强度低与韧性高有机结合，使制造与冶炼时就会出现裂痕。并且在使用碳钢的过程中，部分零件对加工精度要求比较低，所以在碳钢中就会混入适量合金，将合金钢、碳钢相互比较，合金钢硬度与强度会明显高于碳钢，且自身也有着较好的渗透性。但是合金钢冶炼工序十分复杂，且加工工艺也比较困难，因此，在使用的时候成本会比较高。

（3）零件尺寸。针对需要精密加工的机械零件，精确度是以纳米来计算的，在具体现场加工过程中通常会出现加工的零部件不能够配套镶嵌的状况。所以，在进行设计零部件尺寸的时候，要以现场具体加工为主，并进行科学的计算。与此同时，材料的选择在确保性能同等的情况下，选用那些容易切割的材料[4]。

2 重要意义

一般来说，材料对机械设备的质量和性能等具有极其重要的作用，机械材料的选择合不合理，对机械设备的功能发挥着非常明显的作用。当前，要想更好的保护国家资源，提高资源实际利用的效率，那么在机械设计的过程当中，就要秉持环保、可持续原则进行选择机械材料，并且要综合考虑材料的质量还有经济性，从而保证机械制造业能够有序的发展[5]。其次，随着经济快速发展，对机械设备的需求量也愈来愈大，所以就要确保机械设备的性能还有质量，重视选择更环保、更经济的材料，将其运用于机械产品中。

3 材料的分类

（1）陶瓷材料。在选择陶瓷材料的过程中，最主要的部分就是氧化硅还有碳化硅。陶瓷材料最大的优势便是耐腐蚀性能比较好，并且还有着较高的硬度。因此，在展开机械施工的过程中，部分密封性比较强的零件应当采用陶瓷材料来制作。但是还要注意的是，这种材料本身的造价十分昂贵，而且还很容易破碎，因此在使用的时候一定要小心和仔细[6]。

（2）金属种类。在大部分机械施工中，金属材料占有至关重要的地位，并且一些机械设计部门也都在运用金属材料，金属材料运用率达到了100%。在实际使用金属材料的时候，最大的优点就是材料本身的硬度比较高，还能够降低成本，对于每一个设计环节也都可以起到不同的效果，所以，金属材料得到了非常广泛的应用。

（3）复合型材料。此种材料的种类有很多种，性能和优势也是不同的，需要结合具体加工时不同施工技术要求，选用复合材料。例如，合金类的材料也是复合材料中的一种，此种材料能够满足不同机械设备加工的要求，所以，在行业内广受大家的好评[7]。

4 材料选择和实施方向

4.1 选择可再生材料

重复使用金属类材料，能够降低企业的开支和成本费用，在具体设计的过程当中，我们要尽量选择一些可回收以及可再生材料，然后将这些材料进行二次利用。针对这些材料来说，本身购买的价格就比较便宜，因此大大降低了企业的生产成本，同时在设计的时候，若是出现了一次设计失误，会使零件尺寸发生偏差，还可以把这些零部件应用在其它的加工中。

4.2 选用低能耗材料

在选择机械材料的过程当中，除了对材料的类型进行仔细甄别以外，还要综合考虑材料低污染还有低能耗。若是有提前要预热和处理的机械材料，后期因为热预而出现了问题，那么不仅会缩减机械材料使用周期，同时还会出现损失机械性能的情况。所以，这些材料在后续预热的过程中，对于周边的环境会产生较大的污染，因此在实际选择的时候，应当选用在冷拔状态还有热轧状态下，都能够发挥出比较优良性质的机械材料，也可以选择无需提前预热的机械材料。在选用这种材料的时候，常常见到的情况便是采用低淬透性钢来锻造，所以也有着穿透性[8]。

4.3 选用危害小材料

以往因为受到了加工技术影响，所以在加工金属材料的过程当中，通常会产生出一些有毒有害的物质，这部分物质不但会影响现场操作人员的工作效率和身体健康，同时在产品出厂以后给产品使用人员还带来了较大的危害。随着科学技术不断发展，一些先进的金属材料也被广泛运用于机械制造领域，这些金属材料不仅危害小，还能有效提升材料加工以及使用的安全。所以，在机械设计的过程当中，应尽量选择一些新型的材料，比如说使用金属泡沫的材料来替换掉传统的材料。此种材料既不会燃烧，还能够进行回收二次使用，所以是真正意义上可持续使用以及没有危害的金属材料。不仅如此，要尽量选择绿色环保的材料。设计人员在选择品质比较高的材料的同时，还要确保环保的特性，相关的操作工作人员对于实际的情况要认真把握，尽可能选择没有污染、无危害核心材料，使用可回收的一些材料来施工。生产车间加工要以数控车床为中心，慢慢进行加工，然后达到评核线，因此材料的运用一定要要求操作者可以通过化学模式和物理模式的变形来达到评核线。另外铸造工艺对于材料的偏折性以及流动性有着较高的要求，而热处理工艺对于材料有着过热敏感性还有氧化脱碳倾向的要求，因此必须要达到上面这些要求，这样一来才能制造出符合规范标准的机械零件[9]。

4.4 选择科学的工艺

在生产的时候由于机械受到了多个方面的影响，所以在性能上通常不能达到预期效果，就需要后续采取科学的工艺进行处理，例如：热处理工艺、铸造工艺、粘结工艺、锻造工艺，还有焊接工艺等等。例如说在进行铸铁热处理的过程中，铸铁因为热胀冷缩，因此铸件壁厚度和薄度就不统一，便会产生一种应力。然而这种应力无法留在零部件中，所以必须要进行热处理。另外在进行热处理时对材料有着吸气性、收缩性，还有流动性等的要求，一定要精确的控制温度，并认真做好表面淬火、石墨化退火，还有球铁淬火等方面工作。相关设计工作者要确保工业处理工作能够标准化和科学化实施，不断提升材料的性能。

4.5 全面了解设计要求

要想保证机械设计中金属材料选择的合理性、科学性，那么设计工作者一定要全方面了解熟悉机械设计中相关的要求，并解决设计过程中的一些难点与重点。一方面，要了解和掌握机械设备设计每一个零件的用途，然后再分析每一个零部件在运行的状态中所处的环境，还有模拟零部件在运转的过程中有可能会遇到的问题，将这些方面有机结合，从而做好每一个机械零件的选择。另一方面，还应该考虑到经济成本，材料的不同可能性能方面相差不是很大，然而在价格上却有着很明显的差异，因此，在展开机械设计的时候必须要进行仔细分析。