机械设计中金属材料的选择探究

机械设计中金属材料的选择探究

何春龙

    371302199002202891 山东临沂276000

摘要：随着社会经济的飞速发展，机械工业的地位不断提高，各行各业对机械设计的需求也越来越大。科技是机械设计水平提升的推动力，金属的选择和使用是决定机械设计工作质量的关键。在进行机械设计时，必须要综合考虑到金属材料的选用和应用，既要保证产品的性能，又要兼顾经济、适用、环保、节能等方面的因素，才能保证机械行业的可持续发展。

关键词：机械设计；金属材料；选择探究

引言

在机械设计中，金属材料是一种常用的材料，因此金属材料的选择已成为机械设计中的一项重要内容。通过选择合适的金属材料，可以对产品的后续加工质量起到重要作用。并基于设计角度做好金属材料的选择，可以使金属材料在实际生产加工过程中发挥最大的作用，进一步提高金属材料的实用性、经济性和环保性，从而为机械制造业的健康发展奠定了坚实的基础。

1机械设计中金属材料选择的基本原则

1.1载荷的大小和性质

在设计时，要充分考虑材料的承载能力，并根据材料的承载能力来选择合适的材料，使之达到力学设计的要求。在现代机械制造业中，金属是最常见且应用范围最为广泛的一种材质。。

1.2零件结构的复杂程度及材料的加工性能

通常情况下，零件的结构越复杂，生产过程往往需要使用更多的工艺方法。此外，一些结构复杂、精度高、用途广泛的零部件，也将采用先进的工艺[1]。另外，还要检验材料自身所具有的种种特性，其中包括冲压性能测试、切削性能的检验、铸造性能的检验，如焊接性能测试，若所选用的金属材料不能经受住上述检验的话，就不能在机械制造中使用这些材料。

1.3需要考虑零件的工作环境

在确定的工件加工过程中，如何选择合适的金属材料，必然要考虑到工件的工作环境，例如压力、温度、导电率、体积等。压力变化会导致工件表面的受力结构失效，而温度变化会导致材料的永久损坏。杨氏模量系数、应力与应变的关系是一种能反映材料在受到外界载荷作用下的变形的重要指标，因此，杨氏模量系数的选取可以作为较大的承载应力，其中任一要素发生改变，都会对零件造成某种程度的影响，并且这一影响将逐渐扩散至后续工作过程，由此造成了对整个机械模型的冲击，继而对工艺流程产生影响。因此，在考虑机械设计初步问题时，是对原材料选择的思考，以及选择原料的方法，还要求由生产完的部件所处环境以及原材料自身物理系数等方面来考虑，得到最优的设计方案。

2机械设计过程中材料选择的重要性分析

随着社会的转型升级和经济结构的调整优化，机械化、现代化和自动化生产逐渐成为各个领域产品生产的主要特点，均依托于机械产品得以实现。伴随着社会竞争的愈发激烈，企业以提高劳动生产率为着手点，不断推进大规模机械化生产，机械产品成为企业应对市场竞争、发掘自身优势的关键物质基础[1]。社会将需求反馈于机械设计制造领域，设计人员依据社会需求，应不断强化产品性能，以高质量、高标准的机械材料，提高机械产品的整体质量。材料选择在机械设计中居于首要环节，直接决定机械设计水平和产品质量，在机械设计制造工作中有其重要性。

一方面，设计人员关注材料选择工作，能在众多材料中选择能满足机械产品设计需求的最佳材料，保证最终生产的机械产品的质量达标。设计人员根据产品性能需求、产品工艺、加工难度、成本控制等，在设计环节，进行材料选择，能综合考虑诸多因素，选择最能满足机械产品设计和制造需求的各类材料，确保材料在机械产品运行环节，发挥其实际作用。例如，化工类机械产品对设备材料的防腐蚀性要求较高。由于化工机械设备在运行环节，直接与化工原料接触，原料本身具有较强的腐蚀性，若选择抗腐蚀性较弱的材料，则机械产品的使用寿命将大大缩短，甚至会严重影响机械使用效果。因此，材料选择在机械设计过程中有其重要性，是机械设计的关键工作。

另一方面，材料选择不仅从机械设备的性能出发，还要从材料本身的性质、用途、功能等方面入手，确保材料与设计需求、产品性能相匹配。根据材料的质量、用途和类型，将其应用于相应机械设备设计和制造环节，能在最大程度上凸显材料的价值，且提高材料的利用率，是机械设计制造领域践行节能要求的重要举措。同时，在经济高质量增长的背景下，以材料的选择推动机械设计制造领域绿色化发展。例如，选择环保型、节能化材料，能通过兼顾生态效益和经济效益，从节能减排的角度出发，在降低环境污染的同时，提高材料的利用率。

简而言之，在机械设计过程中重点关注材料选择工作，推动材料与实际需求相对接，能通过提高材料利用率和机械设计质量，是机械设计制造领域践行生态环保要求的重要工作。从机械设备价值和使用价值实现的角度而言，材料的合理选择和应用，能在一定程度上提升设备性能，为购买企业提供高性能、高质量和高效率的机械设备，推动采用机械化生产模式的企业高效生产、高质发展。

3机械设计中金属材料的实际应用

3.1对金属材料进行形状调整

在使用金属时，要根据机械的要求，对金属的形状进行适当的调整，以满足产品的生产加工要求。由于金属材料的特殊性质，在制造时必须采取相应的工艺技术。在整形方面，可以使用热处理、切割或拉丝、锻造等工艺，不同材料受成形工艺的影响，会产生不同的变化，在加工过程中，要选用适当的工艺，以保证产品的品质。在进行机械加工时，通常情况下是将原材料放置于机床上进行加工，由于加工过程中热和机械作用，会使得金属材料内部组织发生变化。当用相同的金属加工出不同的外形，通常采用的热加工技术比较多，受温度作用，引起金属外形变化，但是本质并没有改变，又构成另外的形式，但是要保证这个温度不引起物质的特性变化。

3.2金属材料表面质量调整技术

为提升金属材料的使用性能，提高机械设备生产品质，一般会对金属材料进行表面处理，从而提高其耐磨、耐腐蚀能力。目前，国内外普遍采用的表面处理技术是氮化工艺和渗碳工艺，氮化工艺是将氮元素渗入到金属表面，通过化学热处理，得到一种性质比较稳定的氮化物。渗碳技术是一种比较常用的金属表面处理工艺，通常采用的是低合金钢和低碳钢，然后在特定的环境中添加活性碳，让碳渗透到零件的表面，形成一种高碳钢，经过淬火，再进行低温回火，以提高产品的耐磨性。通过渗碳和氮化处理，可以改善零件的表面结构，增加零件的抗性，增加对不同负荷的抵抗能力，不需要使用更昂贵的材料，就可以达到同样的目的，这与节约能源和减少排放的理念相一致，对企业的可持续发展具有重要意义。金属材料的化学性质可能较为活跃，尤其是部分金属种类，故想要让金属材料的性能得到提升，就需要从表面处理角度入手配合科学措施。

结语：材料选择与应用，是机械设计过程的关键工作，直接关系机械设备的性能和质量。设计人员要依据使用需求、材料性能、环境因素、材料荷载等信息，给予材料选择以高度重视，选择和应用低耗能、低污染、高性能、经济型的环保材料，提高机械设备的质量和性能，满足社会对机械设备的实际需求。

参考文献

[1]裴春雨,王振洲,吴程.机械设计过程中机械材料的选择和应用[J].造纸装备及材料,2022,51(10):19-21.

[2]侍学婷,任鹏.机械设计过程中机械材料的选择和应用探析[J].中国金属通报,2022(10):80-82.

[3]何剑锋.机械设计过程中机械材料的选择和应用[J].中国金属通报,2022(04):102-104.