机械设计中金属材料的选择及应用探讨

摘 要：近年来随着我国科学技术的不断发展，对于机械制作行业也起到了良好的促进作用。在这一趋势下对于机械设计工作也提出了更高的要求。金属材料的选用作为机械设计中的重要内容，但是目前我国机械材料市场还不够完善，在机械设计过程中选用的金属材料还会受到一定的限制，这也就需要相关设计人员能够进行金属材料的合理选择，充分发挥出金属材料的作用，促进机械设计质量跟设计效果进一步提高。

关键词：机械设计;金属材料;选择;应用

1机械设计中金属材料的选择原则

1.1机械性能

机械生产制造中，材料选择时要考虑金属材料本身的荷载力大小和荷载性质，尤其是机械设计中的材料荷载力和可塑性，是决定企业生产机械产品性能的关键。设计师要想在后期设计过程中保证机械良好的使用效果，就要尽可能选择荷载水平较高的金属材料，否则金属材料因荷载性能较低而引发的使用受阻碍或者使用失效等不良反应，都会影响企业生产材料的效果。企业的技术人员应认真审核加工材料，检测材料的性能，评估材料的各项性能参数;在必要的情况下，还应对材料进行调质、渗碳、氮化等技术处理。

1.2零件的尺寸与质量

机械设备生产过程中对于零件质量与精度有着非常高的要求，为了保障零件制造能够满足机械设备的后续生产需求，还需要加强对金属材料选择工作的重视力度。如果所选择的机械材料无法满足零件加工精度与质量的具体要求，也就不能应用到机械设计过程中。

1.3工作环境

工业机械制造行业所生产的软件多数会被应用于工业生产中，而各个机械组成部分所处的工作环境并不相同，因此选择不同功能的金属材料非常重要。对此，机械制造企业要考虑以下几点因素。1）温度方面的因素。金属材料可能会随着外界温度的变化而出现热胀冷缩的情况，在热胀冷缩的条件下，金属材料体积的变化幅度不同，膨胀系数也有所差异，因此企业选择金属材料时要考虑温度方面的因素。2）湿度及金属材料防腐蚀性能方面的因素。机械制造生产中，一些零件可能会在高度腐蚀的环境中工作，如果环境的条件较为潮湿，就只适合高防腐蚀能力的金属材料应用其中，否则金属材料的防腐蚀性能不强，可能会影响机械设计的效果。3）耐磨性能方面的因素。零件在运行的过程中必然会出现磨损问题，随着运行时间的延长，零件的磨损程度会越来越高，达到一定程度的时候，就可能会引发连锁的生产故障，因此企业要选择硬度较大、耐磨性较好的金属材料，有效地延长机械产品的使用寿命。随着现代焊接技术、热喷涂技术的发展，零件性能的加工技术也更加先进，可以促使零件的寿命得到有限的延长，节约企业的生产成本，有助于企业获得更高的经济利益。

1.4材料经济性

材料经济性会直接决定机械设备的生产效益，因此在金属材料选择过程中，除了材料性能能够满足机械设备的实际上生产需求之外，还需要就材料的经济性进行综合性考虑，做好材料设计中所有环节的成本计算，通过适当的材料组合，降低机械设备的生产成本。因此设计人员还需要对材料市场有充分掌握，并在保障材料性能满足机械设计基础上，尽可能选择一些经济性比较高的金属材料，为机械制造企业带来良好的经济效益。

2机械设计中应用的技术手段

2.1调制工艺以及有关设计应用分析

传统的机械材料的加工处理的方式都比较单一，他们不能保证在加工后能够改变零件的重量和截面，这样会出现各种不良的现象，有的机械设备会出现体积较大，也有的机械设备验的重量比较大。要想处理这一现象，热处理的方法就是其中一个非常方便的方法，它能够提高材料的拉伸强度，在使用时就可以方便地运用到需要它的地方，这也增强了材料的可塑性，大大提高了零件的整体性能，也提高了整个工程运行的整体效率。但是，这个方法有一个弊端，那就是在进行热处理后，经过高温，机械产品的重量就会减少，进而在设计的时候零件的截面也会有所改变。这个方法虽然简单，使用的过程中也要注意一些内容：一要标明调制硬度的范围，在机械设计生产期间，对所有的零部件的要求都是非常严格的，因此在调制的时候，要在明显的地方标出材料的硬度范围，因为将它做了标注后能够方便之后的生产，不超出范围，可以正常地工作，一旦超出了范围，也可以及时发现，在生产的时候超出了标准范围，能及时发现它与生产条件的不符合，可以及时对此进行筛选，避免了不合格的现象。二要标明调制，在进行对机械材料的处理时，如果只是简单的热处理，那么，这个方法将是不二之选。比如，在进行调制技术的时候，以正回火的方式可使材料的硬度得到提高，这个方法会削弱材料的冲击力度，从而使材料的断裂率大大增加。三是材料要求要适应，在一项工作的进程中，无论是在材料的选择方面还是技能的使用方面，都要求適应，在机械设计过程中进行调制时，要按照标准的规范进行工作、进行选材，只有符合规定的要求，这项工作才能有条不紊地进行下去。

2.2表面硬化技术以及选材

机械设计在进行材料选择后，都是需要进行加工，比如，有时候由于各种原因的存在，会使一些零件表面出现一层铁锈，在进行机械工程作业的时候，难免会造成一些不便之处，只有进行加工处理后，并除掉上面的铁锈，才可使表面的硬化现象得到处理，也可以提高零件的耐磨性和抗蚀性。在实际操作的时候，这种表面硬化的技术可以分为两种：渗碳技术和氮化技术。这两种技术不管是从处理方式还是从它们特点方面都有很大不同的差别。在操作的时候，第一步是将材料放到渗碳炉中进行锻造，目的是增加钢材的含碳量;第二步就是进行淬火的处理，目的是提高材料的硬度;第三步是运用低温回火的技术进行消除应力，目的是提高它的稳定性。渗透钢这个技术是整个工程中的主力，既然作为主力，那么，对它的要求是非常严格的，不要注意材料的使用量，不然会造成本的亏损，还要注意那些小零件的尺寸和芯部的深度。简单地说，渗碳程度的深度需要根据实际的需求量进行确定，那么，就要延长渗碳的时间;然而，在进行氮化处理的时候，45型号是氮化处理最常用的技术，它是在氮化炉中进行的。在氮化炉中进行处理的好处就是可以减少它的变形率，也可以省去后期加工的环节。要处理过的材料进行合理的选择，因为有些技术中对材料的硬度有要求，但是经过氮化处理的材料的硬度并不能都得到提高，所以在进行工作的时候也要留意一下这一点。进行此技术的加工时，为了能够很好地避免材料受到损伤，要对材料进行一定的保护措施，等加工完成后再除去他们的保护城层，这种方法和调制技术相结合，既提高了材料的硬化层，又提高了技术的强度和耐磨性。

3结语

综上所述，近年来随着我国社会经济的不断发展，制造行业水平也得到了一定程度的提升，对于机械设备的要求跟需求量也得到了一定程度的增加。金属材料作为机械设计工作中的重要内容，金属材料的选择合理性在一定程度上会影响到机械产品的生产质量以及生产效益，这也就需要相关设计人员能够加强对该方面工作的重视力度，遵循相关原则进行金属材料的合理选择，还要兼顾到机械设备制作过程中的经济效益跟生态效益，只有这样才能够获得良好的机械设计效果，对于我国制作企业的发展也有着积极意义。

参考文献

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作者简介：

李智博，男，天津市人，研究方向：机械设计