郭立方

【摘 要】在全球資源緊張和環(huán)境保護(hù)的大背景下，未來(lái)的社會(huì)發(fā)展的方向勢(shì)必是可持續(xù)發(fā)展方向。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇和應(yīng)用上，也要符合可持續(xù)發(fā)展的要求，才能跟上時(shí)代的發(fā)展。本文探討了機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選用思路和策略。

【關(guān)鍵詞】在機(jī)械設(shè)計(jì)；機(jī)械；選擇；應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，對(duì)材料的選擇和應(yīng)用是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，科學(xué)合理的選用材料，是實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量耐用、價(jià)格合理、使用壽命長(zhǎng)的基礎(chǔ)和保證，對(duì)機(jī)械行業(yè)的健康發(fā)展有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在全球資源緊張和環(huán)境保護(hù)的大背景下，未來(lái)的社會(huì)發(fā)展的方向，勢(shì)必是可持續(xù)發(fā)展方向。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)材料的選擇和應(yīng)用上，也要符合可持續(xù)發(fā)展的要求，才能與時(shí)俱進(jìn)，跟上時(shí)代的發(fā)展。

一、機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選用思路

首先，重視材料的經(jīng)濟(jì)性和適用性。經(jīng)濟(jì)性和適用性是機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選用首要考慮的問(wèn)題。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。

其次，重視材料的節(jié)能性和環(huán)保性。節(jié)能和環(huán)保一直是社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇和應(yīng)用，與環(huán)境也有緊密的關(guān)系，如果沒(méi)有考慮材料的節(jié)能性和環(huán)保性，很有可能對(duì)造成環(huán)境破環(huán)，資源浪費(fèi)。所以在對(duì)材料進(jìn)行選用時(shí)，必須重視材料的節(jié)能性和環(huán)保性，盡可能選擇耗能少、污染小的材料，從而提高材料選擇的科學(xué)性。

再次，重視材料的可持續(xù)發(fā)展。可持續(xù)發(fā)展是我國(guó)重要的發(fā)展戰(zhàn)略，在機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選用中，材料的可持續(xù)發(fā)展是重要的發(fā)展趨勢(shì)。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，還對(duì)空氣環(huán)境造成不良影響。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。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)中材料的選擇與應(yīng)用策略

（1）選用實(shí)用性好的材料。選擇機(jī)械材料的首要標(biāo)準(zhǔn)，就是選擇實(shí)用性好的材料，因?yàn)闄C(jī)械工程存在多種加工環(huán)節(jié)，每個(gè)加工環(huán)節(jié)都有不同的要求標(biāo)準(zhǔn)。必須根據(jù)不同種類的工藝要求，有針對(duì)性的進(jìn)行材料的選擇和應(yīng)用，從而在滿足實(shí)際生產(chǎn)需要的同時(shí)，保證加工完成的零件能夠達(dá)到機(jī)械設(shè)計(jì)的要求。例如：在焊接的環(huán)境中需要機(jī)械材料要符合焊接的材料標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)焊接的敏感性，在鍛造環(huán)境需要機(jī)械材料適應(yīng)鍛造環(huán)節(jié)中的各種苛刻要求。所以，選擇機(jī)械材料的同時(shí)，要滿足機(jī)械工程的實(shí)用性要求，選擇材料之前，要根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的材料要求進(jìn)行分析，選用實(shí)用性好的材料，有利于材料的合理使用，避免浪費(fèi)。

（2）選用性價(jià)比高的材料?？紤]經(jīng)濟(jì)成本是選用機(jī)械設(shè)計(jì)材料的重要要求。不同的機(jī)械設(shè)計(jì)材料具有不同的性能特點(diǎn)，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)設(shè)計(jì)過(guò)程中的具體步驟進(jìn)行分析，詳細(xì)了解材料的使用性能，結(jié)合各個(gè)過(guò)程的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，選擇性價(jià)比最高的機(jī)械材料，最大程度發(fā)揮材料的使用價(jià)值。此外，還要考慮機(jī)械設(shè)計(jì)的整體預(yù)算或者階段預(yù)算，深入分析，在滿足機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，確保選擇的材料都是性價(jià)比最高的，盡可能的降低材料成本。特別是那些可以循環(huán)利用的機(jī)械材料，應(yīng)被優(yōu)先選擇，從根源降低能源消耗，有效控制機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程的成本，提高整個(gè)機(jī)械項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）選用低能耗、低污染的材料。在進(jìn)行材料選取和應(yīng)用前，要明確材料選取的準(zhǔn)則，以低耗和低污染材料為主。其中包含兩個(gè)方面：首先，盡可能避免工作之后需要熱反應(yīng)來(lái)處理材料。應(yīng)用熱反應(yīng)進(jìn)行處理的材料，影響零件的使用時(shí)長(zhǎng)，并且這種工藝形式會(huì)污染環(huán)境。在材料選取方面，要選擇無(wú)論在熱軋狀態(tài)還是在冷拔狀態(tài)下都能自由發(fā)揮本身性能的材料；其次，選擇熱處理程序比較少的材料。當(dāng)選擇的材料必須熱處理的時(shí)候，就選程度最少的一種。

（4）選用可循環(huán)利用的材料。機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料類型較為豐富，其中很多都是能夠回收利用的。金屬材料種類很多，采用也較多，例如鋼材的種類就有很多種，低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、各種合金鋼等。每一種金屬材料的回收難度是不同的，有的容易回收，而有的回收起來(lái)則比較困難。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，在同等條件下，要盡可能選用回收方便、可循環(huán)利用的材料，讓資源得以回收利用，不僅能夠節(jié)約成本，避免浪費(fèi)，而且能夠提高資源的利用率，進(jìn)而推動(dòng)機(jī)械領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

（5）選用荷載能力滿足要求的材料。材料的荷載能力是材料性能的一個(gè)非常重要的方面。如果荷載能力達(dá)不到要求，材料在加工過(guò)程中就有可能發(fā)生斷裂、失效等情況。即使在加工過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)故障，在使用中也很容易出現(xiàn)故障，縮短機(jī)械設(shè)備的使用壽命。因此，為了最大程度的避免機(jī)械材料在機(jī)械設(shè)計(jì)和處理的過(guò)程中，有可能發(fā)生的材料失效的問(wèn)題，以及當(dāng)零件組裝在機(jī)械中，機(jī)械開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)之后可能發(fā)生的抑制失效的現(xiàn)象，要在機(jī)械設(shè)計(jì)中，要認(rèn)真仔細(xì)的選擇和應(yīng)用材料，重視材料的載荷能力，并對(duì)材料的載荷能力進(jìn)行提前的估算，進(jìn)而結(jié)合具體的需要，選擇載荷能力較好、性價(jià)比較高的材料。在根據(jù)荷載能力選材時(shí)，材料的荷載能力需留有一定的余量或者安全系數(shù)。越是重要的場(chǎng)合，越是對(duì)安全要求高的場(chǎng)合，安全系數(shù)越大。如果所選材料的荷載能力不清楚，則需要用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行測(cè)試，這樣才能進(jìn)一步提高機(jī)械設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，從而降低問(wèn)題出現(xiàn)的可能性。

（6）選用符合可持續(xù)發(fā)展原則的材料。保護(hù)自然環(huán)境、環(huán)保節(jié)能是現(xiàn)代社會(huì)的重要發(fā)展理念，是我國(guó)可續(xù)發(fā)展的重要方針。為了避免存在危險(xiǎn)的材料對(duì)環(huán)境造成破化，威脅人們的身體健康，在材料的選擇和應(yīng)用時(shí)，要對(duì)材料進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，避免有害材料的使用。在選擇機(jī)械材料時(shí)，選擇節(jié)能型和環(huán)保型的材料，既要求材料符合機(jī)械設(shè)計(jì)要求，還要符合經(jīng)濟(jì)與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求。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，最大限度的發(fā)揮機(jī)械材料的最佳性能，真正做到低能耗、低污染，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)資源可循環(huán)發(fā)展。

綜上所述，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)師對(duì)于機(jī)械材料的選擇和應(yīng)用，要充分的考慮經(jīng)濟(jì)性、適用性、環(huán)保性、節(jié)能性、荷載能力，重點(diǎn)關(guān)注材料的可持續(xù)發(fā)展，以促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)健康發(fā)展。

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