李軍　劉龍龍　楊超

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)水平不斷提高，機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)取得了跨越式發(fā)展，從事機(jī)械技術(shù)研究的人員也在日益增多。在機(jī)械行業(yè)快速發(fā)展的進(jìn)程中，機(jī)械制造材料的浪費(fèi)現(xiàn)象也更加嚴(yán)重，并且機(jī)械設(shè)計(jì)也面臨著稀缺材料嚴(yán)重短缺的現(xiàn)狀，現(xiàn)有的機(jī)械材料不能滿足現(xiàn)代機(jī)械水平的要求。對(duì)新型材料的研發(fā)工作，已經(jīng)迫在眉睫。本文主要從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和可持續(xù)等方面對(duì)機(jī)械材料進(jìn)行了分析，并提出了機(jī)械設(shè)計(jì)中材料選擇的幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；新材料；經(jīng)濟(jì)；可持續(xù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.034

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)機(jī)械化的需求不斷擴(kuò)大，工業(yè)已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的重要基石，機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)工業(yè)技術(shù)發(fā)展具有舉足輕重的作用。在我國(guó)以國(guó)民經(jīng)濟(jì)為主導(dǎo)的背景下，機(jī)械設(shè)計(jì)水平的不斷進(jìn)步，給我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了有力的保障。對(duì)于機(jī)械制造的稀缺材料，必須合理選擇、充分利用，避免出現(xiàn)材料浪費(fèi)的現(xiàn)象，機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要從整體上考慮，對(duì)其實(shí)現(xiàn)的預(yù)期功能做出準(zhǔn)確分析，最大限度的做到節(jié)省貴重原材料，滿足機(jī)械加工對(duì)原材料的需求。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇與應(yīng)用的注意事項(xiàng)

1.1 機(jī)械材料的價(jià)格

機(jī)械設(shè)計(jì)人員在對(duì)機(jī)械材料的選擇時(shí)，要充分考慮材料的經(jīng)濟(jì)性和耐用性。對(duì)設(shè)計(jì)方案確定之前，要充分考慮機(jī)械加工制造過(guò)程中的鑄造溫度、加工工藝，裝配順序和焊接時(shí)間等因素，根據(jù)機(jī)械用途合理選擇機(jī)械材料，當(dāng)材料具有同樣的性能時(shí)，盡量選用價(jià)格低質(zhì)量輕的材料，可以在很大程度上發(fā)掘材料的利用價(jià)值。在機(jī)械加工過(guò)程中必須保證材料滿足吸氣、收縮、抗彎和流動(dòng)的要求。在鍛造加工過(guò)程中需要材料具有較強(qiáng)的抗磨性、鍛造性、穩(wěn)定性和成品冷卻性，在對(duì)材料焊接時(shí)，需要選擇的材料具有適用性和可塑性。各種類(lèi)型的機(jī)械加工材料都具有各自不同的特性，嚴(yán)格按照加工工藝要求，根據(jù)工藝需求材料的特殊特性，科學(xué)的選擇加工原材料。當(dāng)選擇的機(jī)械設(shè)計(jì)材料滿足適用性的要求后，還需要依據(jù)機(jī)械工程預(yù)算方案，選擇具有良好經(jīng)濟(jì)性能的材料。在整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)中盡量多選擇可循環(huán)利用的材料，減少加工原資源的消耗，降低整體機(jī)械設(shè)計(jì)成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

1.2 機(jī)械材料的環(huán)保性

隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，資源的浪費(fèi)問(wèn)題愈加突出，嚴(yán)重阻礙了資源節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)，環(huán)境保護(hù)早已成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)話題。資源消耗是環(huán)境保護(hù)問(wèn)題中的中心環(huán)節(jié)，是社會(huì)的可持續(xù)性發(fā)展策略實(shí)施的關(guān)鍵一步。因此，在我國(guó)的機(jī)械化程度不斷提高的進(jìn)程中，機(jī)械設(shè)計(jì)選材必須遵守節(jié)能和環(huán)保的原則。機(jī)械設(shè)計(jì)人員需要貫徹落實(shí)國(guó)家提出的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，在設(shè)計(jì)過(guò)程中選用節(jié)能、無(wú)污染的工程材料，在滿足機(jī)械性能要求的前提下，優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高不可再生資源的利用率，推動(dòng)機(jī)械行業(yè)和環(huán)保建設(shè)共同發(fā)展。

1.3 原材料的可持續(xù)性

在機(jī)械設(shè)計(jì)的選材工作中，要符合可持續(xù)性發(fā)展策略的要求，從設(shè)計(jì)整體性出發(fā)，運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，使材料的性能得到充分利用，根據(jù)材料的自身特性，合理選擇原材料，避免出現(xiàn)材料性能利用率不高的現(xiàn)象。

2 材料的種類(lèi)與應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 合理選擇機(jī)械材料

在機(jī)械設(shè)計(jì)材料選擇時(shí)，要從材料的實(shí)用性能入手，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，材料的使用通常需要按照加工工藝要求，通過(guò)鑄造、焊接、磨削、冷處理等手段進(jìn)行。由于相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)的不同，對(duì)材料特性的要求也不一樣，對(duì)于不同工藝流程，必須在保證加工需求的前提下，保證各部件的加工符合功能需求。加工機(jī)械的各組成零件時(shí)，要充分考慮原材料的伸縮度與抗彎性能，同時(shí)還要使加工后的零件滿足整體要求，要根據(jù)不同材料的特征，使其滿足各零件正確的裝配要求，合理選擇符合工藝要求的材料。

2.2 機(jī)械設(shè)計(jì)中的載荷類(lèi)型

機(jī)械裝備的加工進(jìn)程中，設(shè)備也許會(huì)出現(xiàn)失效現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)該冷靜分析加工流程，及時(shí)找出失效現(xiàn)象發(fā)生的原因，當(dāng)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，也有可能出現(xiàn)抑制失效的現(xiàn)象，此類(lèi)情況是由于材料的負(fù)荷能力不同，當(dāng)出現(xiàn)同樣的壓力載荷時(shí)，載荷能力較差的零件會(huì)提前被破壞，從而影響與其關(guān)聯(lián)的零件正常工作。為了保證機(jī)械設(shè)備可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，零部件的加工材料，必須滿足承受載荷的要求，根據(jù)材料的荷載能力，優(yōu)先選擇承受荷載能力較強(qiáng)的原材料。

2.3 機(jī)械材料的消耗

機(jī)械材料的消耗問(wèn)題，已經(jīng)成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，正確的機(jī)械設(shè)計(jì)，必須滿足可持續(xù)性發(fā)展的要求，要優(yōu)先選用能耗低、環(huán)保的加工材料，在對(duì)材料加工處理的方法上，要采用環(huán)保的加工方法。機(jī)械的熱處理加工，會(huì)降低機(jī)械材料的使用年限，材料性能也會(huì)受到很大影響，并且該加工方式還是對(duì)空氣環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。因此要減少熱處理加工方式的使用，盡可能采用冷處理的加工方法，發(fā)揮出材料最大的性能。當(dāng)必須采用熱處理加工方法時(shí)，要簡(jiǎn)化加工過(guò)程，縮短加工時(shí)間，把對(duì)材料的影響和環(huán)境的污染降到最低。

2.4 材料中的有害成分

在機(jī)械設(shè)計(jì)加工中，大量的材料中存在危險(xiǎn)元素，最常見(jiàn)的有 Ni元素。該類(lèi)元素會(huì)給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的污染，還會(huì)對(duì)人體帶來(lái)不可逆的傷害。因此在機(jī)械設(shè)計(jì)選材時(shí)，要重視對(duì)材料的檢驗(yàn)，防止有害材料被混入。

隨著能源的逐漸消耗，能源短缺問(wèn)題也愈加嚴(yán)重，嚴(yán)重限制了機(jī)械化程度的進(jìn)一步發(fā)展。鋼材是機(jī)械設(shè)計(jì)中使用比較普遍的材料，由于其種類(lèi)繁多，在制造的過(guò)程中相互混合，給回收工作造成了不便。

3 總結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)工業(yè)水平逐漸提升，面對(duì)環(huán)境污染和能源短缺的挑戰(zhàn)，在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，要合理對(duì)材料進(jìn)行選擇與應(yīng)用，在滿足機(jī)械設(shè)計(jì)要求的前提下，充分考慮材料的特征、環(huán)保性，經(jīng)濟(jì)性。嚴(yán)格把控材料的選擇，防止有毒材料混入，把機(jī)械材料的消耗浪費(fèi)降到最低，繼續(xù)堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路，實(shí)現(xiàn)機(jī)械行業(yè)新的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：李軍（1985-），男，山東昌樂(lè)人，本科，助理工程師；研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。