机械设计中金属材料选择及应用

机械设计中金属材料选择及应用

摘要:在机械产品的生产中除科学加工技术外,金属材料的应用也十分重要,是整个机械设计环节的重点,对产品的质量和机械行业的发展有着重大意义。因此,这就需要在机械产品生产前细致挑选金属材料,不仅要保证材料符合设计和后期的加工需求,同时还要保证材料的实用性、经济性、节能性,才能在后期的应用中发挥最大性能。对此,本文就对机械设备生产设计中金属材料的选择及应用做出详细论述。

关键词:机械设计;金属材料;选择;应用;研究

0引言

科技的发展带动了工业化水平的提高,同时也带动了机械制造业的发展,使得机械设备功能愈加丰富、质量也越来越高。在未来的发展中工业制造水平会愈加完善,基于此,对于机械材料来说也需要不断地发展,才能跟得上制造业的脚步。但就目前的机械材料市场来说,仍然有很大的空缺,尤其是一些稀缺材料,多行业的需求和竞争较大,对机械行业产生一定的影响,如机械设计的材料受到很大限制。因此,这就需要在进行机械设计时,科学选择原材料,最大程度的发挥材料的作用。

1机械设计中选择材料的意义及重要性

在时展的带动下,科技、工业化也在不断完善,这对制造业来说是一次机遇也是挑战,就机械产品的需求量来说,市场需求越来越高,使机械制造业赢得了经济发展机会。机械制造企业也加大了生产目标,这就会因市场竞争出现原材料短缺。因此,面对这一问题,就必须要提高机械设计材料质量,最大程度的发挥其性能,延长机械产品的使用寿命。

2机械设计中金属材料选择的基本原则

机械设计金属材料的选择中要综合考虑材料的性能,例如荷载大小、工作环境、金属材料与零件尺寸和质量是否符合、加工性能及经济性。以下对机械设计选择的基本原则做出阐述。

2.1载荷的大小和性质

荷载大小在机械设计中有着重要意义,在进行设计时,要充分考虑材料荷载的承受能力,并根据材料自身的荷载能力进行选择,如此才能满足机械设计的需求。除此之外,在选择中还要根据机械设计的实际需要,对材料的性质进行综合分析。

2.2零件的工作环境

机械设计的工作环境对金属材料也会带来影响,因此,这就需要根据实际的设计环境选择材料。例如,位于湿热的环境中,金属材料很容易因外部环境受到腐蚀,因此,在这一环境的中应选择抗腐蚀性强的金属材料,这样才不会因环境的影响对材料造成损害,保护其性能不受影响。除此之外,还要考虑材料自身的力学性能。

2.3零件的尺寸及质量

在机械设备的生产中,对零件有着严格的要求,具体体现在零件的尺寸和质量上。因此,为了保证零件的制造符合机械设备的生产需求,就需要重视材料挑选。此外,一些特殊的金属材料无法满足尺寸和质量要求,那么就不可使用。

2.4零件结构及材料的加工性能

机械设备的生产中,机械零件发挥着重要作用,而机械零件是由原材料加工而成,直接关系着机械零件的整体质量,如果所选择的材料无法通过后期加工中的各个技术环节,就无法满足机械设备生产中的零件质量。所以在进行机械材料的选择时要重视材料的整体结构和加工性能,满足各个阶段的技术操作。

2.5材料的经济性

材料的经济性直接影响着经济效益,因此,在选择中就需要根据所需材料性能进行细致分析,对材料设计中的所有环节进行计算,此外,还可以适当采用组合机构,降低生产成本。另外,还要对所需材料的市场进行了解,在保证质量和需求的基础上,选择经济性较高的金属材料。

3机械设计中应用的技术手段

在机械设计中要根据相关工艺和要求进行,才能保证设计质量,以下对此做出论述。

3.1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方式无法改变后期零件的重量和截面,可能会导致机械设备的体积和重量较大。而通过热处理方式可以优化这一点,例如较为常用的调质技术(热处理方式),提高材料的拉伸强度和屈服度,增强材料的可塑性,有助于增强零件的整体性能。与此同时,经过这种处理方式后,在进行设计时可优化零件的截面使得机械产品的重量有所减少。但在实际的应用中还需要特别注意以下几点:①注明调质:在进行机械材料的热处理时,如果单纯的只是进行热处理,则可以使用这种方式。例如,进行调质技术,通过正回火工艺可以大大提高材料硬度,但还需注意的是,正回火技术会降低材料的冲击强度,增加材料的断裂率。②注明调质硬度范围:在进行调质工作时要表明材料的硬度范围,将其标注后便于后期的生产,以免在生产中超出标准范围,与生产条件不符合。③材料要求要适应:使用调质技术时,要严格按照标准规范进行,材料、操作要求都要符合规范。

3.2表面硬化技术以及选材

机械设计材料后期需要进行加工处理,如表面硬化技术处理,从而提高零件的耐磨性和抗蚀性。在实际中较常使用的表面硬化处理技术主要分为两种:渗碳技术、氮化技术。两种技术的处理方式和特点也大不相同。具体来说,处理方式主要依托渗碳炉,在操作中将材料放置渗碳炉,增加钢材材料的碳含量,然后再进行淬火处理,提高材料的硬度,最后通过低温回火技术消除应力,提高稳定性。在使用该技术中由于主要使用渗碳钢,对此,就需要在前期设计时根据材料设计的具体要求,如确定零部件的尺寸、芯部强度来选择适用的深度,要注意不应过度使用材料,否则会增加生产成本。一般来说,有效的截面面积小于50毫米的话,就可以选择20Cr;截面面积在50-150平米并且重量小于50千克的话,就可以选择20Crmnti。对于渗碳层度的深度来说要根据具体的实际需求来确定,这样一来可以有效节约成本,增加层深就意味着要延长渗碳的时间;氮化处理技术的处理方式实适用性较广,可用于任何钢制材料,是较为常见的处理技术,可提高设计质量和机械材料的稳定性。在进行氮化处理时,最常用的氮化处理技术是45型号,在氮化炉中进行,用这种技术的处理优势可以减少变形率。另外,使用氮化处理技术后可以省去后期的加工环节。但经过氮化处理技术的材料硬度并不会都得到提高,具体还需要根据材料质量完成。另外,通过氮化处理技术,可以提高加工处理质量,省去有可能再次处理的时间、资源。此外,进行该技术时,为了避免材料受到伤害,可对材料的局部进行保护,待加工完成后再去除保护层,通过这种方式可以提高材料的硬化层,若再结合调制技术使用,则可以大大提高技术的强度和耐磨性。

3.3机械设计中金属材料应用的适用性与经济性

在金属材料的选择中要符合实用性和经济性,才能保证金属材料的功能得到最大发挥,包括材料的特性等。如碳素钢材料。具体来说,碳素钢金属材料在机械零件加工中有着很强的优势性,因此,在机械设备零件的设计中碳素钢材料较为常见。但值得注意的是,碳素钢材料的强度、韧性存在欠缺,在进行淬火加工时易断、变形。因此,为了弥补这一点,可以通过处理来优化这一点,例如在碳素钢的加工中加入合金元素,使其变成合金钢。如此一来,可以优化碳钢素的强度和韧性,提高材料性能,还能增加材料的力学性能。此外,在材料的应用中还需要特别注意,要根据材料性能选择适合的制造工艺,包括机械设计加工生产中对材料的处理方式。整体性能较好的金属材料的加工中可以选择铸造技术完成,包括收缩性、吸气性等材料。对冲压性、冷镦性较好的材料的应用中可选择焊接技术,符合淬透性标准、热敏感、氧化脱碳等相关性能要求的可以采用热处理加工工艺。在加工中,所选材料必须要符合切削作业的可操作性,除此之外,在选择中要选择性能较好、成本较低的材料,提高材料的销售率,为企业获得更大的经济效益。

4机械设计中材料应用的环保性和节能性

4.1选择低能耗的材料

在机械设计材料的选择中除性能标准外,还要符合绿色发展观,挑选污染较低、能耗较低的材料,减少加工中产生的废气和废物,有效保护环境和资源,实现绿色制造。此外,为了符合绿色发展需求,可选择只需通过热轧、冷轧就能进行加工处理的材料,如冷处理工艺具有节约环保的优势,同时在加工处理时问题的出现率较小。在选择热处理时,由于部分金属材料会存在差异,在实际的施工中处理方式也会出现差异,而结构较为复杂的金属材料在加工中对环境的污染较大,能源消耗也较高,对此,为了降低能源消耗和环境污染,应选择加工工序较少的材料,降低对环境的污染和能源消耗,实现经济效益和环境保护。

4.2选择环保型材料

一些材质的材料可回收,具有再生功能,实现材料的循环使用,有助于能源保护。因此,在材料选择中尽量挑选环保型材料,这样一来,不仅可以实现经济上的节约,还有助于保护环境。此外,应在保证材料性能的基础上,对材料的选则应避免过于复杂,因为材料种类过多时,会增加废弃回收利用的难度,造成材料浪费。除此之外,橡胶与金属混合或黏合的材料污染率较高,要尽量避免使用此类材料。

4.3选择新型安全材料

随着科技的发展,越来越多的新型材料出现,其安全性高于传统材料,同时有助于环境的绿色发展。具体来说,传统的金属材料自身具有很强的危害性,后期在进行加工处理时,会出现化学变化,产生有害气体,对接触者和环境带来很大的伤害。对此,在机械材料的选择中,应在满足机械设计要求的基础上,使用新型材料进行机械零件制造,避免因传统金属材料中的有害物质,对人体和环境带来伤害。除此之外,还应重视对材料物质的检测,了解材料的毒副作用,对一些危害性较强的材料在加工时做好防护和处理工作。例如,金属泡沫材料,是一种较为安全的材料,不但对人体和环境无副作用,同时还能循环利用,且适用性较强,如可用于重量轻、坚硬的夹层板的芯板、同时也可用于高功率的机械电子设备,起到冷却作用。因此,在材料的选择中尽量使用新型材料,保护环境的发展。

5结论

上述对机械设计中材料的选择和应用做出了分析和论述,通过以上得知,在我国经济的发展带动下,我国制造业的水平也得到了显著提高,对机械设备的需求量和要求也在逐渐增加,这也表明,机械产品的质量、性能必须要满足人们的需求。而机械产品的生产中零件是重要的组成部分,对机械产品的整体质量有着直接联系,对此就需要重视机械产品中零件的材料选择及应用,不仅要保证材料满足设计加工需求,还符合适用性、经济性、环境性、节能性的特点,为企业谋求更大的经济效益,同时还符合我国绿色发展的理念。

参考文献:

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作者:方伟涛 单位:浙江省加西贝拉压缩机有限公司