试论机械设计中的材料的选择和应用

2016-06-30杜洪亮中航工业导弹院河南洛阳471003

山东工业技术 2016年13期

杜洪亮（中航工业导弹院，河南洛阳 471003）

试论机械设计中的材料的选择和应用

杜洪亮
（中航工业导弹院，河南洛阳 471003）

摘要：机械设计需要考虑的问题很多，是一个产品具有先进性、适应性的依据和基础。其材料的选择也是在机械设计环节需要重点考虑的问题之一，本文重点分析了材料选择的重要性，探讨了材料具体选择和应用，提出了经济性、集约性与使用性能的兼顾统一的材料选择建议。

关键词：机械设计；材料；经济；使用

1　引言

机械设备作为现代工业发展的重要标志，不断改变着现代社会，实现人们生活、工作、学习的便利性，效率提升。机械设备的材料直接影响其工作的有效性，使用寿命等，是整个机械设计之初最为关键的问题，选择恰当的机械工程材料，可以实现机械的正常工作。目前，国内标准件在生产和加工工艺上还是存在一定的问题，主要就是因为标准件的材料在热处理等环节还存在一定的技术瓶颈，因此需要有国外的进口，由此可见材料在机械设备中的作用十分重要。在进行相关机械的设计时需要充分考虑一系列的综合因素，实现材料选择科学合理。

2　材料选择的重要性

随着我国工业的发展，机械设备向着大型、微型的极限方向发展，其材料的重要性开始越发重要，由于国内的加工工艺的限制，很多机械在向着大型和微型方向发展的时候，出现了很多的问题，这些问题直接影响了机械设备工作性能，当机械材料强度达不到使用要求的时候，一些机械设备的工作范围将大大缩小。同时随着这些人们环境保护意识的不断增强，大家开始更多关注机械设备在使用过程中对环境的影响，一些机械材料在使用的过程中可能对周边环境产出影响，因此在选择机械材料的时候需要进一步构建建材的环保性，降低机械材料对周边操作人员的影响。

3　材料具体选择和应用

3.1实用性考虑

在进行机械设计机械材料选择的时候，第一步需要考虑的就是材料的实用性，是否满足机械工作性能的要求，需要更加机械设备需要承受的工作性能进行相应的材料处理，例如在材料的热处理，加工切削，实现其内应力，硬度、韧性、表面粗糙度等方面的处理，以达到材料需要达到的基本要求。同一类零件在安装在不同位置的时候，所承受的外向应力是不同的，需要对其进行的处理也是不同的，在选择相关的材料时需要充分考虑其实用的具体情况。

3.2载荷的考虑

在相关机械设计中，需要对其承受的载荷进行有效计算［1］。这种计算的主要目的就是选择合适承载能力的材料进行加工装配，因为承载能力过强，材料的加工成本较大，选择这一材料所需要付出的成本较大，不利于机械的成本降低，提高设备的价格竞争优势，但是当选择的承载能力相对较弱的时候，材料在机械设备中的使用将大大受到影响，其设备的使用寿命将大大降低，可能经常性的出现一些机械事故，影响机械的正常使用。因此在进行材料载荷的考虑时，需要重点关注相关载荷的估算，选择与估算结论相匹配的材料，这样才能实现经济性和使用性的统一。

3.3环保性的考虑

实现机械设备的环保性是实现相关设备具有长期发展的决定因素，因为现代社会对环境保护的重视程度不断提高，国家也加大对工业企业环保工作的管理力度，因为机械材料的热处理等环节可能对周边的环境产生影响，需要在进行机械设计的时候，删去一些不必要的热处理，这样可以降低企业在进行热处理过程中产生的环境影响，降低企业能耗，这些都是需要在进行机械设计的时候重点关注机械设备在材料上不必要的一些工艺流程，这样可以达到环保性的考虑。

3.4低毒性的考虑

一些机械材料在使用的过程中可能产生一些对人体有害的物质，这样直接影响机械设备操作者的身体健康。因此在进行机械设计的时候需要重点关注选择材料的低毒性，例如镍元素就是一种工业中有毒的金属材料，在选择的过程中需要避免这种金属材料的选择和应用，就算是必须使用这种有毒的金属材料，需要在与人体产生接触的区域进行有效表面处理，降低有毒金属材料对操作人员的人生伤害。

3.5回收性的考虑

随着现代集约化社会的发展，人们开始更加注重材料的可循环使用［2］。金属材料在国内储量相对是有限的，需要我们进行可循环的使用，然而不同金属材料进行混合之后，再进行回收将出现一定的难度，由于现代材料学的研究发现，不同金属元素的混合将出现不同硬度、韧性、耐磨性等特征，所以有更多的材料选择的不同金属元素的混合，以增强其使用性能。这样也给材料的可循环使用带来的麻烦，因此需要在进行材料选择的时候，在没有必须选择混合金属材料的时候，就需要单一金属材料，这样可以保证其今后的回收性。

4　材料选择和应用的建议

（1）兼顾经济与使用性能的统一。机械设计的过程中，需要对设计的设备进行有效的估算，对其需要承受的载荷进行充分的推算，这些推算的结论为选择材料的科学性、合理性提供必要的依据。因为材料性能远远超出使用上限的时候，将大大延长机械的使用寿命，造成材料选择的浪费，企业在生产这种材料的时候成本将大大提高，需要考虑其材料的经济性与使用性能的统一，只要满足机械使用要求的材料性能即可，这样可以大大降低材料的经济成本，提高产品的市场竞争力。

（2）兼顾集约性与使用性能的统一。现代社会的集约化发展趋势不断明显，需要企业也实现粗放型发展战略的转变，实现集约化的发展方式，其中的一个重要表现就是材料选择需要体现集约化的要求，不选择那些没有实际应用性的性能，因为这些用不着的性能只能增加材料的加工、处理的成本，这样就需要不断在集约化发展的道路上考虑材料的使用性能保证。只要可以实现材料使用性能的有效保证，可以大大降低材料的加工、处理的集约化发展。省去、兼并多余的加工工艺。