对机械设计过程中机械材料的选择和应用分析

2019-08-13钱程

中国金属通报 2019年7期

钱程

（无锡利欧锡泵制造有限公司，江苏无锡 214124）

在机械设计的过程中，一个必不可少并且非常重要的环节就是材料的选择。首先，我们必须遵循其在使用过程中的实用性；其次，根据其细化的环节要求进行选材；再者，一定要确保选材对人体以及环境的环保性，做到低污染、低消耗、保质保量的情况下做到低成本，与此同时，要充分考虑材料的载荷类型，保证产品投入使用后产品的高效能[1]。

1 机械设计中的材料选择和应用的重要原则

经济的快速发展势必会带动机械行业的飞速发展。同时在机械设计中材料的选择和应用问题，也是机械设计的一个重要环节，它是机械设计行业关注的重点问题。以下就从零件使用要求，经济性以及环保性分析材料选择和应用的重要性。

1.1 必须满足机械零件的使用要求

在整个机械设计的过程中负载能力是设计的重中之重，倘若负载能力较差，势必会对整个环节造成严重影响，从而导致其不能正常运行，造成不可逆的损害，进而达不到预期的效果。因而，机械设计的选材要充分考虑其最大负载能力，与此同时，把最大负载也作为选材的一项几位重要的标准。设想由于机械的负载能力较弱，当受到强大的外压时，机械发生弯向变形的情况，从而不能进行正常工作以至于给整个工作带来更大的损失。因此，为了避免上述情况的发生，在机械设计选材的时候，一定要选择较为坚固而且耐用的新型材料，确保机械零件不发生扭向变形，用以改善机械材料的抗变行性能[2]。如：在对机械材料进行设计加工时，可以采用中碳调制或低碳渗碳的特殊加工方式。以这样的方式使材料的性能有所提高，从而使机械零件满足其设计要求和使用要求。

1.2 经济性

每一个行业、每一个企业的存在，其运营都是为了创造价值，增加收入，所以无论是什么行业都必须要满足这个条件，同样机械设计行业对材料选择时也要充分的考虑其经济性。然而，机械材料资源的缺乏也对其设计造成了巨大的困难。企业不能从单一角度只考虑到自身的经济效益，也要在各个方面确保其质量，只有高质量、高效能的机械才不会给企业带来损害，才能使企业稳健发展，所以在机械选材上面一定要慎之又慎，既不能造成材料浪费，也要保证其在性能方面满足各类要求，增大其经济性。如下表：

表1 机械选材的具体要求

从表1可见，机床齿轮选材为40Cr、45钢（每吨3500元左右）；而汽车拖拉机齿轮选材为20CrMnTi（每吨5300元～6000元），从价格和材料性能来看，如果不能合理选用材料会导致使用性能不达标，使消费者不满意；也可能造成企业成本增加，从而会使企业的经济效益下降。这就突出选材的重要性。

1.3 环保性

环境保护长久以来一直备受关注，绿水青山就是金山银山的提出，表明建设生态文明是关系人民福祉、关乎民族未来的，但不可避免的一点就是工业在给企业乃至国家带来经济效益，提升国家GDP的同时，工业污染问题依然很严峻，如一些工业废水、工业废气、工业垃圾等一系列白色污染。这就是工业发展过程中存在的双重性，既能带动国家的发展，也在为生态文明建设埋下不可逆的伏笔。更是亟待解决的重要问题。想要解决这个问题就是要从源头抓起，在材料的选择上一定要注重其环保性，有利于生态环境的可持续发展，进而推动经济的可持续发展[3-5]。

2 机械设计中的材料选择和应用

2.1 实用性机械材料的选择应用

在机械设计的过程中选用材料的首要条件就是选择实用性的，对机械加工有用的材料，根据机械设计要求分析进而准确的选择其所需材料，选择出一种合理的、实用的机械材料。这样有利于科学、合理的使用材料，避免造成不必要的浪费。例如：在加工齿轮时应考虑其主要失效形式（断齿、磨损、麻点剥落），需要搞得接触疲劳抗力、高的弯曲疲劳强度。但是在机械加工的环节中要选择特定的、外观优质的材料。选择实用性的机械加工材料，是需要根据各类不同的使用环节、不同的使用性能下以及不同的要求而进行限定的，所以实用性机械材料的选择应用是非常必要的。

2.2 低能耗型机械材料的选择应用

任何类型材料在机械加工时，首要的一点是要求选择的材料是低耗能低污染，不符合的材料必须要提前经过一系列热处理，因而后续的工序必须进行预热反应，在此过程中稍有不慎，就会造成所选择的材料缩短其使用寿命乃至直接报废，更有甚者会使其性能消失等各类情况，并且有极大可能这种材料在后期预热会对其周围的环境造成较大的污染。所以，尽最大可能去选择在冷拔状态、热轧状态均可以发挥出最佳的机械性能的机械加工材料。或选择预热处理步骤较少的材料。常见的情况是用低淬透性钢锻制齿轮，即渗透加热。冷却后，机械材料出现硬化层。

2.3 可持续发展型机械材料的选择应用

可持续发展型机械材料的选择应用归根结底是要实现经济的一个循环发展，对机械设计选材以及应用提出了更高的标准，更加严苛的条件要求。由此可见，机械工程设计需要同环境建设有机的进行结合，尽量控制能源消耗的同时更要提高材料的利用率、使用率，以期到到效能突出同时环境污染低的双赢策略。

2.4 经济型的材料选择应用

经济是评估一个企业重要手段，经济成本是企业发展的一个命脉，合理预估、评估选取经济适用型的新型材料极为重要。所以机械设计一定要在选材上下功夫，高精尖技术人才根据机械设计的具体要求进行一系列全面系统性的分析研究，当然，在保证质量的前提下一定要注重选材的性价比，从而发挥其最大的性能。值得强调的一点就是在实现材料能源的再利用是很有必要的，选材的过程中一定要优先选择那些能够循环利用的经济性机械材料，进而从源头降低资源消耗，避免资源浪费，以及减少材料的成本，从而给企业增加总体经济效益。