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机械设计材料选择及使用问题研究

随着社会现代化发展趋势逐渐明显,我国开始重视起机械设计在现代化工业中的重要性,优化机械设计、实现机械设计的节能环保是提升我国工业可持续发展能力的有效措施。为了保障机械设计在我国工业发展以及经济建设中作用的充分发挥,需要注重机械设计中材料的选择与其合理使用方式,提高工作人员专业素质,不断学习其他机械设计优秀经验,附近材料应用与选择质量的提升,为机械设计行业整体发展带来有利条件。因此,作为与机械设计质量水平有密切联系的材料的选择与应用,成为其未来发展关键。以下将对机械设计中常见材料性能进行介绍,分析其优缺点并与机械设计应用需求相结合,针对不同材料特性进行选择,从而提高机械设计水平,促进机械设备质量提升,保障机械设备正常运行,避免安全问题发生,促使机械设备具有良好的节能环保能力,降低工业生产过程中产生的污染排放,为现代化工业可持续发展提供条件,促进我国工业经济效益提升。

1机械设计中材料选择的重要性

现代工业技术的不断提升使机械设备更加精密,要求为工业提供具有更高精确度的加工技术。作为机械设备中的关键部分,材料的选择决定了机械设备生产技术以及生产质量,而在机械设计中,通过材料的选择能够促进设计合理性提升,保证机械设备正常运行,使机械设计更具安全性与可靠性。但随着我国工业的飞速发展,机械设备需求量出现激增,导致材料严重短缺。材料决定了机械及其零件生产质量,在机械设计中起到关键作用,若没有充足的材料供应,则无法完成机械设计;此外,在现代化发展过程中,我国开始倡导绿色环保的发展模式,在机械设计中应用具有节能减排作用的材料能够有效减少机械设备运行过程中产生的污染排放,从而缓解生态环境问题。与实际应用需求相结合,全面考虑材料是否具有环保性能以及经济性并进行合理选择,可以在提高机械设计节能环保能力的条件下减少不必要的资源浪费,促使机械设计经济性提升,保证机械设计质量安全,能够给机械设计相关企业带来更多经济效益。

2对机械设计材料的选择方式

材料选择是否合理影响着机械零件设计质量,有利于促进企业成本降低,提高企业经济效益,因此要重视材料选择。现阶段机械零件机械设计中,对材料的选择通常以其他类似零件为参考,并依据长期实践经验决定。但传统的选择方式仍然存在不足之处,首先,若将要进行设计的零件没有可参考实例,就会选择机械设计中常见材料进行使用,在这种情况下会给零件设计带来隐患,其材料选择不具有合理性。因此要提高选材合理性,促使对材料性能深入了解,从而保证在机械设计中材料选择能够符合应用需求。2.1材料使用性。在材料选择中,其使用性是机械设计中最重要环节,因此要严格要求其使用性。材料使用性是材料质量与性能的基本保障,影响着机械设计中零件质量。根据机械设计不同零件需求也有所不同,部分零件在设计制作中要求具有更高强度,还有的零件要求提高耐磨性,或者要求提高外表美观程度。因此在选择材料时,需要依据零件具体性能要求进行选择,从而评价材料使用性,使材料判断更加全面且准确,为机械设计选择合适材料。2.2材料载荷。机械设计中材料载荷类型不同影响着零件运行效果,通过大量研究实验发现,在机械运行中零件出现故障甚至损坏的原因大部分为零件所使用材料外载荷性能较低。只有选择具有相应载荷性能的材料进行机械零件设计,才能保证在机械运行过程中抑制零件失效问题,在材料选择中应以其载荷性能为标准。材料载荷性能根据类型不同可以分为以下几方面:(1)当机械零件受外载荷力影响而出现弯曲或扭转时,在零件材料表面会集中大量应力,从而抑制零部件运行状态的改变,避免机械零部件失效。因此在机械设计中,对材料的选择要考虑其载荷力承受水平,在加工过程中,可以选择中碳钢调质或者低碳钢渗碳这两种不同材料加工方式以提高材料载荷力,进行适当处理后能够有效提升零件内部机械性能,使零件整体载荷能力提高。(2)部分机械设计中要求零部件材料具有较好伸拉能力或者压缩能力。伸拉与压缩力的提高需要使零部件所承受外载荷力均匀分布于零件横截面上,因此要求使用分布均匀的材料进行机械设计并加工,保证在机械运行过程中零件所受载荷能有效分散,减少对零件本身伤害。材料性能不同其可承受冲击载荷能力也不同,例如,高碳钢材料较脆,载荷过大极易出现断裂,因此不适合应用于具有较高拉伸或者压缩需求的零件设计与应用;弹性零件设计需要使用具有高强度与韧性性能的材料,以避免零件在应用过程中出现残余变形以影响整体机械运行状态,因此可以应用低碳钢材料,通过加工处理使其拥有较强韧性与强度,从而满足弹性零件的工作需求。以上实践证明了材料的选择与应用离不开先进科学技术,只有不断学习先进技术,将其与机械设计材料选择需求相结合,就能提升机械零件生产质量,保证零件效用充分发挥。(3)碳素钢与合金钢对比。在机械设计中,碳素钢是目前常用材料,经常应用于多种零部件的制作中,使用范围极广。与其他材料相比,碳素钢应用成本较低,性能优异,具有较高可塑性,因此广受喜爱。但在实际应用中碳素钢同样具有不足,导致其在机械设计中产生一定局限性。碳素钢强度与韧性较差,若使用其进行中等零件加工,则零件整体强度不能得到提高,从而给机械正常运行带来较大阻碍。针对这一缺陷,可以在材料加工过程中向碳素钢适当注入合金材料,这种方式产生的新型材料就叫做合金钢材料。在合金结构钢当中合金元素所起到作用有韧性,高强度和增加淬透性。除了这些作用以外材料的耐磨性也是由于形成碳化元素的合金元素注入的,此外合金含量较高的时候也可以使材料的性能得到进一步的提高,在提高的方面有耐腐性方面,不锈方面和耐热方面。一般只有在外载荷力的影响和比较复杂的情况下才会用到合金钢。有时候为了改善淬火的工艺,避免淬或裂纹产生和减小变形也会选择合金钢。是有在以上的特殊情况出现才会选择使用合金钢工艺,一面是为了避免资源浪费而另一方面是为了保证特殊情况下的零部件质量。(4)使用加工过程中能源消耗程度较低的材料和加工过程中污染低的材料,尽量避免使用热处理的材料。机械零件的性能和机械零件的寿命取决于热处理的工艺,可是使用这种工艺会对环境造成很大的污染,也会消耗浪费较多的能源。所以在选择使用材料的时候尽量选择能达到性能要求的材料。低碳马氏钢具具有良好的机械性能在有些方面会优于中碳结构钢。在能源消耗的方面比较小,这样就起到了节能减排和环境保护的效果。适当的选择使用干切削的材料,机械零件加工一般都会使用切削液的方式,而切削液的材料价格比较高昂,还会对环境造成严重的污染。所以为了降低成本和保护环境,还应该减少和使用切割液的干切加工工艺,如果必须使用干切削具进行加工就应选择合适的材料。(5)选择材料的时候应该选择对人体无害的材料。有一部分材料在机械设计中包含了对人体有害的元素,还可能对整个生态环境产生严重污染。把这些含有危害元素才俩废弃后,会对环境污染,水源污染和土壤污染造成破坏,直接导致了对生态的破坏和人体的危害。有些合金元素会对人体和生物链产生危害,如果遇到这种对人体危害和生物链造成危害的材料,应该在选择的时候慎重以免因为选择材料不适合而造成对人体的伤害。

3结论

随着我国工业的飞速发展,对机械设计的需求逐渐提升,为了满足工业发展需要,促进社会经济水平提升,需要不断促进机械设计行业进步,提高设计水平。为此要重视机械设计中材料的选择与应用,充分掌握各种材料性能,根据机械实际需求进行选择,保证材料质量,从而提升设计合理性;尽量选择具有节能环保效果的材料,促使机械设计节能减排能力提升。在降低机械设计成本、提高企业经济效益的同时,促进机械设计行业的可持续发展。

作者:汪立国 单位:哈尔滨松江电炉厂有限责任公司

参考文献

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