熊言柏
桂林优利特医疗电子有限公司， 广西桂林 541004，
摘要：机械设计属于机械产品加工制造的重要环节，对机械加工制造产品质量产生了重要影响。所以，做好机械设计中金属材料的选择、运用，才能保证机械产品加工制造质量满足实际的设计标准。
关键词：机械设计；金属材料；选择；应用
引言：通过实践研究发现，机械设计及加工期间，金属材料的选择、应用严重影响着机械产品的质量安全；所以，做好机械设计中金属材料的选择、应用研究则至关重要。
（一）金属材料在机械设计中的选择方式
1、确保材料荷载满足需求
机械设计中选用材料的载荷效果直接影响机产品质量，所以，在选择时要关注材料载荷状况，保证材料满足产品加工要求。生产时，工作人员要严格分析材料特征，防止因选择不当造成产品质量不达标的现象。
2、杜绝材料受四周环境的影响
暴露在空气中的金属材料常会发生化学反应或物理变化，所以，在金属材料选择期间，要严格考虑材料使用环境。例如，若所在环境湿气重、空气闷热，此时暴露的金属材料就会产生一定的腐蚀现象。对此，工作人员在实际选择中就应该避免这一问，改为使用抗腐蚀的材料。笔者认为，因地制宜的选择金属材料对其性能发挥至关重要。[1]
3、确定能否符合零件制造要求
机械设备主要由多种零件组合构成，所以，在金属材料挑选期间，工作人员要确定材料性质能否满足零件加工要求。同时，要杜绝使用无法满足加工制造需求的金属材料。
4、聚焦金属材料应用状况
制造机械产品时，产品的质量安全深受零件使用效果及质量的影响。同时，金属材料、零部件、机械产品之间彼此影响。金属材料作为制造零件的主要部分，在运用期间，工作人员要严格分析材料性质，才能避免金属材料性能受其它制造环节的影响，由此才能确保产品加工质量。
5、关注材料的成本预算及经济效益
对金属材料选择期间，要关注材料的经济效益，才能有效控制制造成本。所以，工作人员要预先展开市场调查，选择具备符合生产要求及物美价廉的金属材料。在此期间，工作人员要做好研究、计算工作，才能有效控制机械制造产品的生产成本。
（二）金属材料在机械设计中的运用分析
1、渗碳处理分析
渗碳处理有助于金属材料表面碳浓度的提升，可改善金属材料塑性、韧性。由于诸多金属材料的性质无法满足机械设计要求，所以，可采用碳渗处理进行加工。常见的有渗碳钢处理方法，如20CrMnTi、17Cr2Ni2Mo等。实际设计期间，应基于现实工艺需求及零件自身性质、尺寸，优选渗碳浓度、深度。
例如，当机械设计产品截面尺寸在50mm以下时，应在渗碳处理中选用20Cr材料；若截面积尺寸在50~150mm之间，渗碳处理可选用20CrMnTi材料。实际上，渗碳处理绝非碳浓度越大越好。原因是“渗碳处理容易增加生产成本，若零件塑性、韧性以满足要求，即可省略渗碳处理步骤。
”[2]
2、氮化处理分析
所谓氮化处理，即“将氮原子加入工件表面改善工件抗腐蚀性、抗磨性、抗疲劳性的过程。”在氮化处理中使用的氮化钢以45、38CrMoAl、40Cr等为主，该过程主要在氮化炉中加工，不会对工件形态产生太大影响；同时，氮化处理的工件可直接使用，不用对处理后尺寸的变化进行测量。所以，机械设计期间，氮化处理需配合工件完成一次性处理，更要准确计算氮化处理面积。另外，若工件部分不需淡化处理，应提前做好保护，防止处理后二次加工，从而增加生产成本。
3、表面淬火分析
表面淬火能改善机械工件耐磨性、抗疲劳性，但是，若表淬区域起点与终点受残余拉应力影响，则会降低工件表面抗疲劳性，所以要做好淬火技术的控制。在机械设计中，要明确工件受参与拉应力的影响，防止残余拉应力在齿根处、轴过渡圆角处停留等，才能避免工件受残余拉应力的影响。由于细轴等机械零件易损坏，容易在处理中发生形变，所以设计期间要综合考虑表淬应力平衡问题。因此，淬火前夕，要采用双面设计形式加工薄板类工件，才能有效控制因淬火造成的工件变形现象。
（三）金属材料在机械设计中的选择与运用方向
1、优选污染小、能耗低的材料
在机械设计、加工制造中应坚守可持续发展及绿色理念，优选污染小、能耗低的金属类材料，减小对环境造成的污染。例如，首选热轧、冷轧加工条件下便能改善性能、增加寿命的金属材料使用，减少加工能耗。或选择热处理工艺步骤少的金属材料使用，因为“即便热处理可改善工件性能，但受各类金属材料本身特征影响，必然会对其性能产生影响，所以有利有弊；因此，选择需要热处理工艺步骤少的材料，可减少能耗，增加经济效益。”[3]
2、优选可再生、可回收类材料
选用可重复使用的金属材料，能减少企业生产成本。进行机械设计时，应首选可再生、可回收材料使用。此类材料往往价格低廉，有助于减少企业机械产品制造成本。同时，就算设计时出现失误，造成零件不符合使用要求，也能在保证最低损失的情况下重新加工相关产品。
3、优选危害低的新型材料
机械设计期间，应优选无毒害或危害下的新型材料进行使用，比如，选择具有不燃性、可二次回收利用的金属泡沫材料替代传统材料，提高机械设计产品的安全性及利用价值。
另外，应优选具备绿色、可持续发展特点的材料。设计人员应选择质量好、环保性高的金属材料进行使用。工作人员要结合现实需求、材料质量，优选无污染材料、可回收材料予以使用。在车间加工时要围绕车床，按顺序加工，最终达到评核线；因此，选用的原材料应具备经物理化学模型变形处理后依旧满足评核线要求的能力。同时，金属材料必须满足铸造工艺提出的流动性要求及热处理工艺提出的氧化脱碳倾向、过热敏感性等要求，才可确保所加工的机械零部件、产品符合设计需求。
结束语：总之，在机械设计期间，坚持绿色发展、可持续发展等原则，做好金属材料的优选及合理应用，将提高机械产品设计效果及加工制造质量，还能促进机械行业实现健康发展。
参考文献：
[1]金属材料在机械设计中的选择与应用[J].孙乐维.广西农业机械化.2020,(01):20
[2]试论机械设计中金属材料的选择及应用[J].方伟涛.内燃机与配件.2020,(06):224-225
[3]金属材料在机械设计中的选择与应用[J].李剑云,王芬芬.中国设备工程.2020,(14):188-189
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