楊 茜

（呂梁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 呂梁 032300）

機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展影響著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，而機(jī)械設(shè)計(jì)作為機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)性工作，企業(yè)對(duì)于材料的選擇關(guān)系機(jī)械制造過程的效率和質(zhì)量。在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，企業(yè)應(yīng)依據(jù)金屬材料自身的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考量其性能，注重?fù)P長(zhǎng)避短，使機(jī)械達(dá)到最佳使用效果。隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)機(jī)械制造的需求不斷提高，材料緊缺的問題在機(jī)械加工業(yè)市場(chǎng)中尤為凸顯，企業(yè)在選擇金屬材料時(shí)要注重其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，為機(jī)械制造與生產(chǎn)提供便利條件，幫助企業(yè)在機(jī)械制造中獲得更大的利潤(rùn)，使企業(yè)在機(jī)械加工業(yè)市場(chǎng)中占據(jù)有利的競(jìng)爭(zhēng)地位[1]。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)中金屬材料的選擇原則

1.1 機(jī)械性能

機(jī)械生產(chǎn)制造中，材料選擇時(shí)要考慮金屬材料本身的荷載力大小和荷載性質(zhì)，尤其是機(jī)械設(shè)計(jì)中的材料荷載力和可塑性，是決定企業(yè)生產(chǎn)機(jī)械產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)師要想在后期設(shè)計(jì)過程中保證機(jī)械良好的使用效果，就要盡可能選擇荷載水平較高的金屬材料，否則金屬材料因荷載性能較低而引發(fā)的使用受阻礙或者使用失效等不良反應(yīng)，都會(huì)影響企業(yè)生產(chǎn)材料的效果。企業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)真審核加工材料，檢測(cè)材料的性能，評(píng)估材料的各項(xiàng)性能參數(shù)；在必要的情況下，還應(yīng)對(duì)材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)、滲碳、氮化等技術(shù)處理。

1.2 尺寸與質(zhì)量

現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)是一個(gè)容錯(cuò)率較低的行業(yè)，所生產(chǎn)的元件會(huì)被應(yīng)用于各種形式的生產(chǎn)過程中，一個(gè)小的零件發(fā)生規(guī)格錯(cuò)誤，都有可能影響實(shí)際的生產(chǎn)效果，或是給實(shí)際的生產(chǎn)造成嚴(yán)重的安全事故，因此機(jī)械制造一般要求零容錯(cuò)率。如果機(jī)械制造企業(yè)的選材不當(dāng)，就可能導(dǎo)致金屬材質(zhì)部件的質(zhì)量或者尺寸不合格，輕者會(huì)造成資源浪費(fèi)，重者可能會(huì)給企業(yè)的生產(chǎn)造成巨大的損失[2]。由此可見，零件的尺寸與質(zhì)量也是企業(yè)選擇機(jī)械制造金屬材料的一個(gè)重要的內(nèi)容。企業(yè)的技術(shù)人員在選材時(shí)，要全面考慮生產(chǎn)產(chǎn)品的尺寸與質(zhì)量，選擇與之相符的金屬材料，既可以幫助企業(yè)避免資源浪費(fèi)的情況，也可以滿足機(jī)械制造行業(yè)的零容錯(cuò)率要求。

1.3 工作環(huán)境

工業(yè)機(jī)械制造行業(yè)所生產(chǎn)的軟件多數(shù)會(huì)被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，而各個(gè)機(jī)械組成部分所處的工作環(huán)境并不相同，因此選擇不同功能的金屬材料非常重要。對(duì)此，機(jī)械制造企業(yè)要考慮以下幾點(diǎn)因素。1）溫度方面的因素。金屬材料可能會(huì)隨著外界溫度的變化而出現(xiàn)熱脹冷縮的情況，在熱脹冷縮的條件下，金屬材料體積的變化幅度不同，膨脹系數(shù)也有所差異，因此企業(yè)選擇金屬材料時(shí)要考慮溫度方面的因素。2）濕度及金屬材料防腐蝕性能方面的因素。機(jī)械制造生產(chǎn)中，一些零件可能會(huì)在高度腐蝕的環(huán)境中工作，如果環(huán)境的條件較為潮濕，就只適合高防腐蝕能力的金屬材料應(yīng)用其中，否則金屬材料的防腐蝕性能不強(qiáng)，可能會(huì)影響機(jī)械設(shè)計(jì)的效果。3）耐磨性能方面的因素。零件在運(yùn)行的過程中必然會(huì)出現(xiàn)磨損問題，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，零件的磨損程度會(huì)越來越高，達(dá)到一定程度的時(shí)候，就可能會(huì)引發(fā)連鎖的生產(chǎn)故障，因此企業(yè)要選擇硬度較大、耐磨性較好的金屬材料，有效地延長(zhǎng)機(jī)械產(chǎn)品的使用壽命。隨著現(xiàn)代焊接技術(shù)、熱噴涂技術(shù)的發(fā)展，零件性能的加工技術(shù)也更加先進(jìn)，可以促使零件的壽命得到有限的延長(zhǎng)，節(jié)約企業(yè)的生產(chǎn)成本，有助于企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟(jì)利益。

1.4 加工需求

金屬零部件的生產(chǎn)過程比較煩瑣，各類金屬零部件的結(jié)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜，因此金屬材料加工時(shí)要考慮其材料本身的性能，只有達(dá)到與生產(chǎn)需求相符合的條件，才能進(jìn)一步開展機(jī)械設(shè)計(jì)工作，這也是設(shè)計(jì)者必須考慮的實(shí)際因素。對(duì)于一些生產(chǎn)過程較復(fù)雜零部件的機(jī)械加工過程而言，企業(yè)需要進(jìn)一步采取高端加工技術(shù)的方式，如板材沖壓元件焊接等加工流程可以檢驗(yàn)金屬材料的加工性能，無法通過材料的性質(zhì)檢測(cè)就無法被應(yīng)用于實(shí)際的機(jī)械制造中。金屬材料本身只有具備較好的沖壓切削能力或鑄造焊接性能，才能適應(yīng)更高水平的機(jī)械制造，而現(xiàn)代工業(yè)的機(jī)械制造生產(chǎn)需要綜合性能較優(yōu)的金屬材料[3]。

1.5 經(jīng)濟(jì)環(huán)保性

現(xiàn)代社會(huì)追求經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的理念，良好的生態(tài)環(huán)境是每一行業(yè)必須遵守的生產(chǎn)原則，也是促使行業(yè)得到健康發(fā)展的基本前提。創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益是機(jī)械制造企業(yè)生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)的目標(biāo)，選擇性價(jià)比更高的金屬材料有助于企業(yè)科學(xué)地縮減成本，使企業(yè)在生產(chǎn)中獲得更大的利潤(rùn)空間。另外，企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得的成本資金越多，越利于企業(yè)將資金投入其他生產(chǎn)活動(dòng)中，如提升企業(yè)的生產(chǎn)力、引進(jìn)新型設(shè)備等，因此對(duì)于金屬材料的選擇，企業(yè)要重視其經(jīng)濟(jì)環(huán)保性，所選擇的材料應(yīng)根據(jù)加工的難易程度及材料的轉(zhuǎn)化率來選擇材料價(jià)格合理的種類，既要依照科學(xué)的選材原則，也要為企業(yè)盡可能地降低生產(chǎn)成本。

1.6 循環(huán)實(shí)用性

在機(jī)械制造與生產(chǎn)過程中，制造企業(yè)通常需要將多種金屬材料混合制作成合金來達(dá)到預(yù)期的效果，合金的制作方法可以提升金屬的綜合性能，但金屬材料的合金制作過程比較煩瑣，需要企業(yè)具備一定水平的技術(shù)生產(chǎn)能力。如果機(jī)械設(shè)備報(bào)廢，合金的回收成本也會(huì)高于金屬材料，而且合金的回收難度也要高于金屬材料，就容易造成大量的資源浪費(fèi)，要想增強(qiáng)機(jī)械制造與生產(chǎn)的環(huán)保性和合理性，就要考慮金屬材料的循環(huán)使用。組成元素越少的合金越能提升其材料的回收率，這也是機(jī)械制造企業(yè)需要考慮的重要內(nèi)容。

1.7 材料無害化

金屬材料中有一些特殊的金屬元素會(huì)對(duì)人體的健康造成危害，如常見的鉛、鉻。在工業(yè)制造生產(chǎn)過程中，這些金屬材料所產(chǎn)生的廢棄物排放不當(dāng)，會(huì)造成環(huán)境污染。工業(yè)機(jī)械制造是為了造福人類，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)起到推動(dòng)作用，但如果機(jī)械制造企業(yè)使用存在較多污染物的金屬材料，就會(huì)影響人類社會(huì)的穩(wěn)定，對(duì)人們的身心健康會(huì)造成不良影響，甚至?xí){自然環(huán)境的和諧發(fā)展。因此，機(jī)械制造企業(yè)在選擇生產(chǎn)所需要的金屬材料時(shí)，要考慮金屬材料的無害化，對(duì)于這些具有嚴(yán)重危害性的金屬材料，要最大限度地減少使用次數(shù)，必要時(shí)可以考慮是否存在可替代材料，如果沒有可以替代的材料，企業(yè)就要有效控制該材料的應(yīng)用程度，使其處于可控的范圍內(nèi)，而不會(huì)對(duì)外界造成過多的影響[4]。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)中金屬材料的環(huán)保性選擇與應(yīng)用

2.1 選擇污染小與耗能低的材料

企業(yè)在機(jī)械制造與生產(chǎn)中要認(rèn)真貫徹落實(shí)現(xiàn)代可持續(xù)發(fā)展的理念，金屬材料的選擇應(yīng)盡可能避免在加工過程中產(chǎn)生大量的廢氣和廢料，有效減少機(jī)械生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)。有些金屬材料在經(jīng)過熱工藝處理后，其性能會(huì)得到提升，使用壽命也會(huì)得到延長(zhǎng)，但是熱工藝處理過程中存在污染環(huán)境的現(xiàn)象也會(huì)消耗大量的能源，因此制造企業(yè)應(yīng)盡可能避免使用需要大量熱處理的材料。如果一些金屬材料無法避免要進(jìn)行熱處理，企業(yè)也要盡可能選擇處理工序較少的材料，以有效降低能耗和環(huán)境污染的程度。

2.2 選擇可回收再生的加工材料

選擇合適的加工材料在機(jī)械設(shè)計(jì)中非常重要，減少產(chǎn)品材料的種類，盡可能選擇可回收、可再生、易降解的材料，提升基礎(chǔ)材料對(duì)環(huán)境的兼容性。機(jī)械使用過程中必然會(huì)出現(xiàn)材料磨損的情況，磨損嚴(yán)重的材料就要報(bào)廢；而報(bào)廢之后的金屬資源回收問題也是設(shè)計(jì)中需要考慮到的因素，如果廢棄的資源無法得到大比例的回收，社會(huì)資源的浪費(fèi)問題將會(huì)越來越嚴(yán)重。有些金屬材料中存在有害物質(zhì)，若無法回收就會(huì)危害人們的身體健康，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)機(jī)械元件時(shí)，既要保證零件的優(yōu)良性能，更要減少產(chǎn)品中材料元素的種類，使金屬材料在廢棄回收后還可以進(jìn)行二次利用，而且回收的成本比較低。若是橡膠與金屬的混合設(shè)計(jì)，其報(bào)廢以后的回收過程中則很難分離出金屬物質(zhì)，二次利用的效率也會(huì)大大降低[5]。

2.3 優(yōu)先選擇新型的安全性材料

傳統(tǒng)的物質(zhì)材料在加工時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，對(duì)自然環(huán)境造成非常嚴(yán)重的危害，設(shè)計(jì)師要盡可能減少使用這類物質(zhì)材料，在條件允許的情況下，可以大膽嘗試用新型材料替代傳統(tǒng)的基礎(chǔ)材料。比如，現(xiàn)代市場(chǎng)中常見的金屬泡沫材料由于不能被燃燒，可以提高循環(huán)使用的效率，而且金屬泡沫對(duì)環(huán)境的污染程度非常低，屬于無毒無害材料的范疇。除此之外，金屬材料市場(chǎng)中還有許多新型的材料未得到重視，企業(yè)的設(shè)計(jì)師在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分調(diào)查相關(guān)市場(chǎng)情況，對(duì)市場(chǎng)中的新型材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，得出相關(guān)的性能數(shù)據(jù)以后，再考慮其性價(jià)比是否適合企業(yè)的生產(chǎn)加工應(yīng)用。因此，優(yōu)先選擇新型的安全性材料，也是企業(yè)需要在機(jī)械設(shè)計(jì)中需要特別注意的[6]。

3 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展過程中，機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)起著促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、推動(dòng)工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要作用，合理地選擇基礎(chǔ)材料，不僅可以優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，還可以為企業(yè)的發(fā)展提供助力。企業(yè)對(duì)材料的選擇要滿足實(shí)際加工流程的要求，提升其經(jīng)濟(jì)適用性和環(huán)保利用性，只有堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展的道路，機(jī)械制造企業(yè)才能在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)中得到更廣闊的發(fā)展空間。