魯宏洲

濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司

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解析機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用

魯宏洲

濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司

隨著機(jī)械設(shè)備需求量的不斷增加以及機(jī)械設(shè)備使用概率的不斷提升，使得人們對(duì)機(jī)械設(shè)備質(zhì)量和功能的要求也越來越高，因此做好機(jī)械設(shè)計(jì)工作對(duì)于機(jī)械設(shè)備企業(yè)來說具有十分重要的意義.

機(jī)械設(shè)計(jì)；材料選擇；應(yīng)用

前言

機(jī)械行業(yè)和我們的生活是密不可分的，二者之間的關(guān)系是相互促進(jìn)的.機(jī)械行業(yè)的發(fā)展推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使人們的生活更加現(xiàn)代化，而在現(xiàn)代化的生活背景下，科學(xué)水平日益進(jìn)步，從而又推動(dòng)機(jī)械行業(yè)的進(jìn)步.機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，它直接影響到機(jī)械的使用性能.機(jī)械設(shè)計(jì)是在人力、物力、制造成本等多種限制條件下，做出最佳設(shè)計(jì)方案，讓機(jī)械能夠處于最佳的運(yùn)行狀態(tài).隨著機(jī)械行業(yè)的逐漸發(fā)展，對(duì)機(jī)械材料的要求也越來越高.合理的材料選擇和應(yīng)用不僅可以提高機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)性能，還能保證材料的合理使用。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇的重要性

全球經(jīng)濟(jì)一體化快速發(fā)展，城市建設(shè)不斷加快，對(duì)于機(jī)械方面的要求就越來越高，在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，機(jī)械行業(yè)所占比重也在相應(yīng)提高。但是，機(jī)械行業(yè)存在的原材料消耗問題、污染環(huán)境問題、不安全問題等阻礙著整個(gè)行業(yè)的發(fā)展，對(duì)我國(guó)發(fā)展持續(xù)性經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生不利影響，因此，機(jī)械設(shè)計(jì)在材料選擇與應(yīng)用方面要不斷進(jìn)步和改革，從科學(xué)的角度出發(fā)，提升材料選擇的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和科學(xué)性。相關(guān)學(xué)者提出，機(jī)械設(shè)計(jì)在材料選擇的時(shí)候首先應(yīng)該考慮的是合理性，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該充分做好整機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)，讓每一項(xiàng)機(jī)械原材料得到最有效的利用。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)在材料選擇與應(yīng)用方面應(yīng)該重視的問題

2.1 立足科學(xué)發(fā)展觀

機(jī)械設(shè)計(jì)在材料的選擇與應(yīng)用方面首先應(yīng)該立足科學(xué)發(fā)展觀。機(jī)械設(shè)計(jì)一方面要讓機(jī)械設(shè)備發(fā)揮最大使用功效，另一方面還要節(jié)約材料和能源，讓資源得到合理配置。只有科學(xué)地選擇材料和應(yīng)用材料才能使機(jī)械材料與環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)協(xié)和發(fā)展，從而創(chuàng)造一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)。

2.2 注重環(huán)保性與節(jié)能性

機(jī)械設(shè)計(jì)在選擇材料的時(shí)候一定要考慮材料是否環(huán)保、是否節(jié)能。雖然我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度很快，但是其中存在的問題卻非常突出，例如資源消耗，能源浪費(fèi)，環(huán)境污染，不可再生資源枯竭等等，這一系列負(fù)面影響對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)久發(fā)展極為不利。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)未來發(fā)展方向一定要是節(jié)能環(huán)保的，再也不能以損害人類生存環(huán)境為代價(jià)。

2.3 重視實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性

機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇與應(yīng)用的另一考慮因素就是實(shí)用、經(jīng)濟(jì)。要想選擇最實(shí)用、最經(jīng)濟(jì)的材料一定要對(duì)材料的特性、工藝充分了解。首先，考慮選擇材料的實(shí)用性，機(jī)械設(shè)計(jì)中要涉及到各種復(fù)雜的工藝，例如焊接、鑄造、切割等，而不同的工藝在材料性質(zhì)方面具有不同的要求，如果其中一種材料需要進(jìn)行多次加工和處理，那么，其他的工藝對(duì)此材料也必要達(dá)到要求，否則，整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量都會(huì)受到影響。其次，考慮選擇材料的經(jīng)濟(jì)性，主要指的是進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候要注重原材料的成本，以及材料加工的成本。因此，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)來說，選擇材料的時(shí)候一定要選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的，從綜合的角度出發(fā)，進(jìn)行科學(xué)合理的選擇。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇與應(yīng)用

3.1 實(shí)用性材料

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的選擇以實(shí)用性為第一考慮要點(diǎn)。主要原因在于：第一，機(jī)械材料的主要作用就是滿足工藝生產(chǎn)的需要，例如需要進(jìn)行材料的切割、鍛造等，因此，在選擇材料的時(shí)候要在其使用范圍選擇可操作的，這樣才能達(dá)到生產(chǎn)的目的。第二，零件不同所選擇的材料性能也有所不同，尤其是在材料的強(qiáng)度、韌性、耐磨程度方面存在差異，甚至還有些零件對(duì)外觀的要求比較嚴(yán)格。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇應(yīng)用首先考慮的就是材料的實(shí)用性問題。

3.2 載荷類型的材料

在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)材料用不了和達(dá)不到要求的現(xiàn)象，主要原因在于材料的外在負(fù)荷能力太弱。另外，還有的材料在機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下出現(xiàn)卡殼、抑制的情況，其實(shí)這也是由于負(fù)荷方面出了問題。

3.3 消耗較低的材料

在很長(zhǎng)一段時(shí)間中，機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選擇在能源和資源消耗方面都較大，對(duì)社會(huì)、環(huán)境發(fā)展不利。因此，為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，在選材方面要注重選擇一些耗能較低、污染較少的材料。

首先，盡最大限度避免選擇一些需要進(jìn)行熱處理的材料。原因在于，材料在進(jìn)行熱處理過程中會(huì)導(dǎo)致材料壽命大大減短，影響其性能發(fā)揮。另外，還對(duì)社會(huì)環(huán)境造成污染。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)選擇材料的時(shí)候盡量選擇進(jìn)行熱軋或者冷軋的工藝處理方式。其次，如果實(shí)在難以避免材料的熱處理，這時(shí)選擇不需要多次進(jìn)行處理的材料。在機(jī)械設(shè)計(jì)選材的時(shí)候選擇耗能較低的材料是促進(jìn)機(jī)械行業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要舉措。

3.4 危害較少的材料

經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐加快，人們生活水平提高，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)材料的要求也更高。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，有一部分材料不僅對(duì)人體產(chǎn)生危害，對(duì)環(huán)境也會(huì)造成很大污染。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選擇首先要進(jìn)行監(jiān)測(cè)，防止將有害材料應(yīng)用于機(jī)械之中，從而對(duì)人體和環(huán)境造成危害。

3.5 可循環(huán)利用的材料

機(jī)械設(shè)計(jì)中，應(yīng)用的材料90%以上都是金屬的。金屬是一種非常有限的資源，所以，如果機(jī)械行業(yè)不能有效利用金屬能源，將影響未來的可持續(xù)發(fā)展。人類對(duì)于金屬材料的應(yīng)用非常熱衷，比如，機(jī)械材料中鋼的種類就有100多種。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中要注重材料的循環(huán)利用，避免資源浪費(fèi)。

4 機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇和應(yīng)用的建議

4.1 兼顧經(jīng)濟(jì)與使用性能的統(tǒng)一

機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，需要對(duì)設(shè)計(jì)的設(shè)備進(jìn)行有效的估算，對(duì)其需要承受的載荷進(jìn)行充分的推算，這些推算的結(jié)論為選擇材料的科學(xué)性、合理性提供必要的依據(jù)。因?yàn)椴牧闲阅苓h(yuǎn)遠(yuǎn)超出使用上限的時(shí)候，將大大延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命，造成材料選擇的浪費(fèi)，企業(yè)在生產(chǎn)這種材料的時(shí)候成本將大大提高，需要考慮其材料的經(jīng)濟(jì)性與使用性能的統(tǒng)一，只要滿足機(jī)械使用要求的材料性能即可，這樣可以大大降低材料的經(jīng)濟(jì)成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

4.2 兼顧集約性與使用性能的統(tǒng)一

現(xiàn)代社會(huì)的集約化發(fā)展趨勢(shì)不斷明顯，需要企業(yè)也實(shí)現(xiàn)粗放型發(fā)展戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)集約化的發(fā)展方式，其中的一個(gè)重要表現(xiàn)就是材料選擇需要體現(xiàn)集約化的要求，不選擇那些沒有實(shí)際應(yīng)用性的性能，因?yàn)檫@些用不著的性能只能增加材料的加工、處理的成本，這樣就需要不斷在集約化發(fā)展的道路上考慮材料的使用性能保證。只要可以實(shí)現(xiàn)材料使用性能的有效保證，可以大大降低材料的加工、處理的集約化發(fā)展。省去、兼并多余的加工工藝。

5 結(jié)束語

總而言之，機(jī)械設(shè)計(jì)在機(jī)械行業(yè)中具有重要作用，材料選擇尤其應(yīng)該受到重視，機(jī)械設(shè)計(jì)的材料選擇與應(yīng)用一定要從行業(yè)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，一方面滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)生產(chǎn)需要，另一方面要考慮材料的實(shí)用性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性，減少社會(huì)污染、能源消耗。只有對(duì)材料性能進(jìn)行綜合評(píng)估，才能滿足機(jī)械行業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

［1］趙忠國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用［J］.科技風(fēng)，2011，（17）.［2］施衛(wèi).機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇和應(yīng)用［J］.黑龍江科技信息，2014，33：3.

［3］賈愛華.關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料的選擇應(yīng)用［J］.化工管理，2015，14：120.