《探究机械设计中材料的选择和应用》
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[摘 要]设计机械时,必须要对设计材料进行合适地选择,将科学制造工艺有效运用到生产中,从而使节能和环保以及经济之间的效益进行统一,机械设计向可持续发展的方展开展.
[关键词]机械设计；机械材料；选择；应用
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0095-01
1机械设计中材料的选择和应用注意事项
1.1注重材料的经济适用性
对机械材料选用来说,首先就应该注重经济实用性.设计人员应当从机械设计整体构造及它的生产、装配和铸造工艺进行综合性分析,然后结合实际情况来选择一些高质量、低价值的材料,最大程度开发出材料价值,而且还要保证设计需求的满足,将应有功能发挥出来.比如某项机械铸造中需要材料拥有流动、吸气及收缩等性质,而锻造工艺则需要材料具有的冲压、可锻性及断后冷却性良好,焊接在工艺上则要求敏感性与适用性较高,机械加工因材料的不同特性和设计工艺需要,因此它们的工艺需求都不一样,应当在满足其需求的情况下,考虑经济适用性.
1.2注重材料的环保节能性
今时今日,当今时代中占据一席之地的便是节能环保这一话题,随着社会经济与科学发展的不断进步,人们普遍意识到资源的剧烈消耗与破坏问题,所以开始渐渐加强环保意识,环境保护一度是焦点问题.环境问题中包括很多类型问题,资源的过度消耗便是其中非常明显的一种.所以,我国机械发展也开始在材料选择上重视起节能与环保性,机械设计人员的设计理念必须与国家可持续发展相吻合,这样一来,低能耗污染的工程材料变为实现资源利用高效性的发展首选,起到着对不可再生资源的节约作用.
2机械设计中材料的选择
2.1选择载型材料
在机械设计的过程中,机械材料外载荷性对机械元件能否正常地工作起决定性的作用,若想对零件失效问题进行预防和解决,就需要有效地运用机械零件的性能进行解决该问题.通常零部件失效现象出现的原因,是因为零部件性能与零件外载荷有冲突情况出现,因此,在对机械材料进行选择时,选择的材料必须要与载何性能相符合,才能够使载荷型的材料达到标准.在具体选择机械材料时,载荷性能分为两个方面： 其一,零部件是在外载荷作用力下有扭转的现象出现,通常这时的应力主要集中于材料表层,也就是说材料的表面性能对零部间控制效果起决定性的作用.所以,在对机械设计材料进行选择时,最好选择中碳钢或低碳钢渗碳作为原料,这种原料制成的机械部件,能够将一定的载荷力进行有效地承担.零部件利用这种方式进行选择和加工,通常能够使零部件的质量得以有效地保证.其二,在实际工作中,有些零部件对于一定的压缩作用和拉升力都要承受,因此,材料选择时,必须将材料选择性地均匀分布,从而高效地完成选择材料的任务.
2.2选择合金钢和碳素钢材料
机械设计时,生产原材料选择碳素是比较常见的,购买碳素钢通常比较低,加工碳素钢的工艺性比较强,因此,在机械设计中應用比较广泛.但是,碳素钢自身不但韧性差,强度也比较低,将碳素钢用于一些中等形状材料的制造时,很难完全淬透,致使使用碳素钢受到严重的影响,因此,就需要在碳素钢中加入合金成分,来进行改进,从而使一种新型的合金钢材料形成.这种合金钢材料不但淬透性比较强,韧性和强度都与碳素钢大致一样,另外,与碳素钢相比,这种合金钢的耐磨性也在很大程度上提高了.
2.3选择可回收利用材料
制造机械是,金属材料可以选用的种类比较多,钢材就已达到百种以上.但是,机械设计时,很多种材料都需要堆砌在一起,因此,使用机械材料时,很难区分材料,利用和回收材料的难度也非常大.在对机械材料进行选择时,注重利用材料的循环性,利用单一零部件或者有些合金的材料来作为使用材料,如此这样,既能够减少材料元件,又能够将材料对环境的压力有效地解决,从而提升材料循环利用的可回收性.
3机械设计中材料的应用策略
3.1 明确机械设计要求
为保证机械设计中机械材料选择的科学、合理,设计人员应明确机械设计要求,把握设计工作的重点与难点,保证设计工作的顺利进行,尤其应注意以下问题：一方面,明确设计零件用途.机械零件用途不同,对零件性能的要求差别较大,直接影响材料的选择,因此,设计人员应结合零件用途,分析零件所处的运行环境,以及运行中的影响因素,对比分析不同材料的适用性.必要情况下,对零件所处的运行环境进行仿真模拟,掌握零件各种受力参数,选择针对性机械材料.另一方面,做好材料经济性分析.不同机械材料不仅性能差别较大,而且有较大差异,因此,机械设计中应做好成本的控制,对各待选材料的经济性进行分析,认真分析零件生产所需工艺,以及在生产中的人力、财力投入情况,确定最佳的机械材料应用方案.
3.2 选优合理处理工艺
机械零件生产时,为提高零件综合性能往往采用相关工艺进行处理,促进机械生产工作的顺利进行,设计人员应分析不同机械材料所用处理工艺的复杂度,确定最佳的处理方案.接下来以钢材料的热处理为例进行分析.钢热处理分为普通热处理、表面热处理,其中普通热处理包括退火、正火、淬火等,表面热处理有渗碳、渗氮、高频淬火等.如机械材料硬度较大,不利于切削、生产时,需要进行退火处理,以降低材料硬度.与之相反,如想提高机械材料硬度,可对钢进行正火处理.另外,经退火或正火处理,机械材料硬度、强度应无法满足设计要求时,此时应考虑使用淬火与回火进行处理,以获得优异的力学性能,及脆、硬的马氏体.如需要机械零件表面至心部具有不同的性能时,则需对其进行表面热处理.例如,为提高零件表面的耐腐蚀性、热硬性、硬度时,可对其进行氮化处理.如需获得表面的高碳回火马氏体,而信不为低碳回火马氏体,则需进行钢的渗碳处理.如需表面层为淬火组织,而内部为淬火前组织时,可考虑采用高频淬火进行处理,其中电流频率越高获得的淬透层越薄.
4 结束语
无论是机械设计,还是机械制造,关键的环节都是尺寸的配合,尺寸配合的好坏,不但对机器性能起决定的作用,还关系到机器的使用寿命,对于使用机器的互换性和经济性的指标也有很大的影响.所以,若想机械设计能够可持续地发展,选择和应用机械设计过程中的材料,必须要达到基本的合理性.
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