潘曉濤

摘要：近年來隨著我國科學技術(shù)的不斷發(fā)展，對于機械制作行業(yè)也起到了良好的促進作用。在這一趨勢下對于機械設(shè)計工作也提出了更高的要求。金屬材料的選用作為機械設(shè)計中的重要內(nèi)容，但是目前我國機械材料市場還不夠完善，在機械設(shè)計過程中選用的金屬材料還會受到一定的限制，這也就需要相關(guān)設(shè)計人員能夠進行金屬材料的合理選擇，充分發(fā)揮出金屬材料的作用，促進機械設(shè)計質(zhì)量跟設(shè)計效果進一步提高。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計;金屬材料;選擇;應(yīng)用

1機械設(shè)計中金屬材料的選擇原則

1.1機械性能

在機械生產(chǎn)制造中，材料選擇應(yīng)考慮金屬材料的載荷力和載荷特性，特別是機械設(shè)計中的材料載荷力和塑性，這是決定企業(yè)生產(chǎn)的機械產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。設(shè)計人員在以后的設(shè)計過程中要保證機械的良好使用效果，應(yīng)盡量選擇高負荷水平的金屬材料，否則，由于金屬材料的低負荷性能而導(dǎo)致的使用障礙或使用失敗等不良反應(yīng)將影響企業(yè)生產(chǎn)的材料的效果。企業(yè)技術(shù)人員應(yīng)認真審查加工材料，測試材料性能，評估材料性能參數(shù);如有必要，材料還應(yīng)進行淬火和回火、滲碳、滲氮和其他技術(shù)處理。

1.2零件的工作環(huán)境

不同工作環(huán)境下的零件，對于金屬材料的性能也存在有一定差異性，這也是機械設(shè)計中進行金屬材料選擇時所需要重點關(guān)注的問題。在金屬材料選擇時，需要就常見的壓力變化、溫度變化、電導(dǎo)率變化以及體積變化等工作環(huán)境進行明確，比如在濕熱工作環(huán)境下金屬材料還容易受到腐蝕的情況，因此機械設(shè)計中需要選用一些抗腐蝕能力比較強的金屬材料，這樣才能夠避免環(huán)境因素對于材料所造成的損害情況發(fā)生，保障機械產(chǎn)品的運行可靠性不會受到外界環(huán)境的影響。

1.3加工需求

金屬零件的生產(chǎn)工藝繁瑣，各種金屬零件的結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。因此，在加工金屬材料時，應(yīng)考慮材料本身的性能。只有在滿足生產(chǎn)要求的條件下，才能進一步進行機械設(shè)計，這也是設(shè)計者必須考慮的一個實際因素。對于一些生產(chǎn)工藝復(fù)雜的零件的加工工藝，企業(yè)需要進一步采用高端加工技術(shù)，如板材沖壓、元件焊接等加工工藝，以檢測金屬材料的加工性能。如果它們不能通過材料性能測試，就不能應(yīng)用于實際的機械制造。只有當金屬材料本身具有良好的沖壓和切割能力或鑄造和焊接性能時，才能適應(yīng)更高水平的機械制造。然而，現(xiàn)代工業(yè)的機械制造生產(chǎn)需要綜合性能更好的金屬材料。

1.4材料經(jīng)濟性

材料經(jīng)濟性會直接決定機械設(shè)備的生產(chǎn)效益，因此在金屬材料選擇過程中，除了材料性能能夠滿足機械設(shè)備的實際上生產(chǎn)需求之外，還需要就材料的經(jīng)濟性進行綜合性考慮，做好材料設(shè)計中所有環(huán)節(jié)的成本計算，通過適當?shù)牟牧辖M合，降低機械設(shè)備的生產(chǎn)成本。因此設(shè)計人員還需要對材料市場有充分掌握，并在保障材料性能滿足機械設(shè)計基礎(chǔ)上，盡可能選擇一些經(jīng)濟性比較高的金屬材料，為機械制造企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。

1.5材料的適用性

在金屬材料選擇過程中還要遵循適用性原則，保障金屬材料的功能能夠得到最大限度的發(fā)揮。比如說碳鋼素金屬材料在機械零件加工中比較常見，但是在淬火加工過程中還容易出現(xiàn)變形或者斷裂的情況，因此在一些需要進行淬火處理的機械零件制作過程中，不得采用碳鋼素金屬材料進行材料制備。只有保障材料的適用性，才能夠滿足機械制作的設(shè)計需求，為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益。

2機械設(shè)計中金屬材料的環(huán)保性選擇與應(yīng)用

2.1選擇污染小與耗能低的材料

企業(yè)應(yīng)在機械制造和生產(chǎn)中認真貫徹現(xiàn)代可持續(xù)發(fā)展理念。金屬材料的選擇應(yīng)盡量避免加工過程中產(chǎn)生大量廢氣和廢棄物，從而有效減少機械生產(chǎn)造成的環(huán)境污染和資源浪費。經(jīng)過熱處理后，某些金屬材料的性能將得到改善，使用壽命將延長。然而，熱處理過程中的環(huán)境污染現(xiàn)象也會消耗大量的能源。因此，制造企業(yè)應(yīng)盡量避免使用需要大量熱處理的材料。如果某些金屬材料無法避免熱處理，企業(yè)也應(yīng)盡量選擇處理工藝較少的材料，以有效降低能耗和環(huán)境污染。

2.2進行環(huán)保型材料的選擇

一些材質(zhì)的金屬材料還有著可回收性以及再生能力強的應(yīng)用優(yōu)勢，在機械設(shè)計過程中還能夠?qū)崿F(xiàn)材料的循環(huán)使用，并有著良好的環(huán)保效果。因此在金屬材料的選擇過程中需要盡量挑選一些環(huán)保型材料，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟上的有效節(jié)約，對于我國生態(tài)環(huán)境也有著一定的保護效果。在機械制作中所應(yīng)用到的金屬材料類型比較多，不同類型的金屬材料其制作工藝也存在有一定差異性。因此在保障了金屬材料使用性能基礎(chǔ)上，在材料選用過程中需要盡量避免過于復(fù)雜，因為如果材料的種類比較多，還會導(dǎo)致廢棄回收難度進一步增加，導(dǎo)致材料浪費等問題發(fā)生。

2.3選擇新型安全材料

近年來隨著我國科學技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的新型材料在機械制作中也獲得了良好的應(yīng)用效果，其安全性能與環(huán)保性能較之于傳統(tǒng)材料也得到了大幅度的提升，對于環(huán)境保護工作也有著積極意義。一般情況下傳統(tǒng)的金屬材料自身還具備有非常強的危害性，在后期加工過程中因為一系列的化學變化，還會導(dǎo)致有害氣體產(chǎn)生，對于接觸者與當?shù)丨h(huán)境也會造成嚴重損害。因此在機械設(shè)計過程中進行金屬材料的選擇時，還需要在滿足了機械設(shè)計要求基礎(chǔ)上，盡可能選擇新型材料來進行機械零件的制造工作，避免傳統(tǒng)材料使用中所造成的經(jīng)濟損失跟生態(tài)破壞。例如金屬泡沫材料就是一種比較安全的應(yīng)用材料，不僅對人體以及環(huán)境不會產(chǎn)生副作用，還有著可循環(huán)利用、適用性強的應(yīng)用優(yōu)勢，在高功率的機械電子設(shè)備中也能夠獲得良好的應(yīng)用效果。

2.4表面硬化技術(shù)與選材

機械設(shè)計材料需要后期進行再加工處理，比如通過表面硬化技術(shù)促進零件自身的耐磨性以及抗蝕性進一步提高。目前在機械設(shè)計與制造過程中選用的表面硬化技術(shù)具體包含有滲碳技術(shù)以及氮化技術(shù)兩種類型，其處理方法以及應(yīng)用特點也存在有較大差異性。一般在采用滲碳技術(shù)提升金屬材料避免硬化度時，需要在操作過程中將材料放置到滲碳爐中，增加鋼材材料的碳含量，隨后進行淬火處理，讓材料硬度進一步提高，最后通過低溫回火技術(shù)提高材料穩(wěn)定性。如果在機械設(shè)計中需要對金屬材料進行滲碳技術(shù)處理，在金屬材料選擇過程中要對零部件的尺寸、芯部強度進行明確，避免過度使用材料所導(dǎo)致的成本增加問題發(fā)生。一般零部件有效截面積小于50mm時可以選用20Cr以下的材料，如果截面積在50m2～150m2但是重量小于50kg時，一般可以選擇20Crmnti。在結(jié)合實際需求進行滲碳程度的選擇。

在進行氮化處理過程中，常用的是45型號的氮化處理技術(shù)，并且具備有能夠顯著減少變形率的應(yīng)用優(yōu)勢。在氮化爐中進行金屬材料性能的改善時，能夠直接省去后續(xù)的施工環(huán)節(jié)，促進加工處理質(zhì)量進一步提高，還能夠顯著避免再次處理過程中所耗費的時間與資源。針對部分有著特殊要求的機械零件，可以結(jié)合其他調(diào)質(zhì)技術(shù)，促進金屬材料的強度與耐磨性進一步提高。

結(jié)論

在現(xiàn)代社會的發(fā)展中，機械設(shè)計行業(yè)對國民經(jīng)濟的增長和工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展起著重要的推動作用?；A(chǔ)材料的合理選擇不僅可以優(yōu)化機械設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，而且可以為企業(yè)的發(fā)展提供幫助。企業(yè)選材應(yīng)符合實際加工工藝的要求，提高其經(jīng)濟適用性和環(huán)保利用率。只有堅持走可持續(xù)發(fā)展道路，機械制造企業(yè)才能在現(xiàn)代經(jīng)濟市場中獲得更廣闊的發(fā)展空間。

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