材料选择机械设计（通用11篇）
材料选择机械设计 篇1
机械设计制造行业在我国的经济的发展中起了很大作用, 是我国经济的支柱性产业, 为我国GDP的增长做出了非常大的贡献。机械设计中材料的选择与机械的质量有着直接的联系, 它间接影响着我国经济的整体水平。随着社会的进步, 在机械设计时, 我们要考虑的不仅仅是怎样提高机械的质量, 还要积极顺应科学发展观的要求, 为我国经济的长远目标贡献一份力量。
1 机械设计中选择材料的意义
我国的重工业产业已经成为夕阳产业, 用于生产机械的原材料也使用过量, 而社会的发展需要更多的机械产品, 这就造成了需求量高与原材料少的矛盾。为解决这一矛盾, 满足社会发展和人们生活的对机械产品的大量需求, 可以从两个方面着手, 一方面是着力提高机械设计产品的质量, 在不破坏产品功能的基础上增加它的的使用年限;另一方面应该选择绿色环保的材料, 同时注意提高材料的利用率, 在有限的材料上创造出无限的价值, 避免不必要的浪费。
2 机械设计中材料的选择方法
2.1 以机械材料的实用性和价格为考察点
(1) 在选择机械设计的材料时, 首先应该考虑的问题就是材料的实用性和经济性, 这是机械设计产品能否受到人们认可的关键。因为机械设计制造中的加工工艺繁多且复杂, 为应对各种不同的工艺对机械设计材料的不同的需求, 在选择机械设计材料时, 应该综合考虑加工时所要用的工艺标准, 在保证不损害材料的实用性和经济性前提下, 选择合适的机械设计材料。比如, 锻造技术要求机械设计材料有较高的吸气性、流动性、热塑性、弹性[1]。如果达不到工艺要求的标准, 会影响机械设计产品的质量和使用功能, 甚至会因为材料的不合格而制造不出设计的机械产品。因为机械设计制造大多数情况下需要批量加工, 所以在选择材料时应该选择产量高、易获得、价格低、质量好的原材料。
(2) 在关注机械设计材料的实用性的同时, 还要重视它的经济性, 以能用最少的投资获得更大的经济效益。在产品实用性不受影响的基础上, 设计人员尽量选用价格低廉的机械设计材料。在机械设计材料的选择上, 不仅仅要考虑当前大价格成本, 还要考虑到材料的回收利用率, 制造过程中机械设计材料的利用率, 在结合了各个因素之后, 选择最佳的机械设计材料。
2.2 以机械材料的绿色环保性为考察点
社会的发展进步离不开机械设计制造业的推动, 随着近些年机械设计行业的迅猛发展, 机械设计材料也越来越少, 经济的发展给自然环境造成了巨大的伤害。由于机械设计材料都是不可再生资源, 有限的资源和无限的社会需要之间的矛盾日益突出。在这种社会环境下, 在对机械设计材料进行选择时应重点考虑材料的环保性, 设计人员的选择重点应该放在回收性高、耗能小、成本低的环保性的材料上[2]。因为机械设计阶段是机械制造的开始, 坚持绿色环保理念是制造过程的一个良好开端, 在机械设计阶段多花一些精力选择合适的材料, 不仅能有效地降低成本, 还能减少制作过程中因选用不合适的材料而导致的材料、资金、时间的浪费和环境的污染。创新性材料的使用, 也可以为设计师提供更多的设计灵感, 从而提高机械产品的实用性、美观性、安全性。
2.3 以机械产品的工作环境为考察点
因为机械设计材料的性能各有千秋, 在不同环境下工作的机械产品所需要的材料的性能也会随环境的变化而变化。不同性能的材料在不同的环境下的物理反应也明显的不同, 如果机械产品的材料选择出现失误, 就会导致机械产品的功能受到影响。例如在高温、低温环境下金属的热胀冷缩反应十分明显, 设计者必须根据金属的这一特性根据机械产品的工作环境选用不同的金属, 否则机械产品的质量就得不到保障[3]。设计师必须充分了解机械产品的工作环境, 比如气温、湿度、噪音等因素都应该囊括在内, 只有这样在选择材料的时候才能充分考虑材料的特性和环境是否符合, 制造出来的机械产品才能更好地投入生产生活使用。
2.4 大胆使用新材料、采用新的制造工艺
科技的进步带给我们的不仅仅是国家综合实力的提升, 它还应该和人们的日常生活息息相关。科学家们研制出的新材料不能只在研究室里发挥作用, 还应该在社会生活中发光发热, 怎样才能让更多的人切实享受到科技进步的福利, 是机械设计者们应该考虑问题。选择机械设计材料, 把眼光放在传统材料上的同时还要注意创新性材料的选择使用, 这不仅可以大大减少数量紧张的传统材料的用量, 缓解当前的矛盾, 还有利于发现新材料的社会实用性, 让新材料更好地造福社会。此外, 许多新材料的性能远远高于传统的材料, 新的制造工艺能够完成传统工艺所不能达到的要求, 将这些材料运和工艺用于机械产品, 可以在一定程度上提高产品的功能和质量, 增强产品的市场竞争力, 有的新材料还能提高机械产品的使用寿命, 这在一定意义上提高了产品的节能环保性。
3 结束语
目前能用于机械产品设计制造的材料有很多, 这就给机械设计师在材料的选择上出了难题。在机械设计过程中, 必须对要选用的材料性能做深入的研究分析, 综合考虑机械设计材料的实用性、成本价格、绿色环保性和机械产品的工作环境等情况, 从而选择合适的材机械设计材料。机械设计制造行业关系到我国的经济发展的质量和速度, 是我国经济中支柱性产业之一。为了能让这一行业保持它原有的活力, 提高行业竞争力, 应该选用创新性材料和新的制造工艺, 为机械设计制造行业注入新的生命力。
摘要：伴随着我国经济的不断发展, 各类各样的机械被广泛的应用到人们的生活工作中, 人们对于机械的质量和性能的追求也与日俱增。对于机械设计材料的选择一直是人们关注的焦点, 因此怎样才能在设计机械时选择性能优良、质量好的材料成为机械设计者们不得不面临的一个问题。当今社会上倡导节能减排、绿色环保的生活方式, 政府也加大了对环境污染的整治力度。本文以机械设计材料的实用性、环保性、经济性为标准, 提出了几点机械设计中材料选择的可行性高的办法。
关键词：机械设计,材料,选择,办法
参考文献
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材料选择机械设计 篇2
由于工作的需要，对钣金件、注塑件及压铸件所使用的相关材料做过一点整理。
对于设计师而言，材料的正确选用的重要性是不言而喻的，但是应该如何才能选择正确的材料呢？欢迎大家将自己的个人经验说出来。
相信很多工作不久的同行跟我一样，对选材肯定是非常之困惑的。不可否认，长期工作的经验是很重要的，但是对于毕业不久的人而言，不能一直等到有了大量的经验的才开始设计。可能更多的是沿用公司的设计规范或要求中的材料，或者是老师傅的传授，虽然对新手而言大大有利，但是另一方面却极大的束缚住他们的能力的扩展，因为他们在选材的方法上一开始就获得了一个答案，而缺少了一个寻求答案的过程，久而久之，必将失去选材的能力，另一方面，知道选用什么材料仅仅完成了最基本的一步，如何挖掘该材料的潜力则需要对该材料有更深入的了解。因此，设计师不能仅仅满足于选用了什么材料，而应该更深入的思考为什么选用这种材料？有没有更合适的材料？等等问题
以下是钣金常用的材料
钣金，有时也作扳金，这个词来源于英文plate metal，一般是将一些金属薄板通过手工或模具冲压使其产生塑性变形，形成所希望的形状和尺寸，并可进一步通过焊接或少量的机械加工形成更复杂的零件，钣金至今为止尚未有一个比较完整的定义，根据国外某专业期刊上的一则定义可以将其定义为：钣金是针对金属薄板（通常在6mm以下）一种综合冷加工工艺，包括剪、冲/切/复合、折、焊接、铆接、拼接、成型（如汽车车身）等。其显著的特征就是同一零件厚度一致。
常用钣金材料 一.镀锌钢材
镀锌钢材主要是两类：电镀锌板（EG/SECC）与热浸镀锌板（GI）— 其差别以后讨论。二.不锈钢
1、铁素体型不锈钢：其含Cr量高,具有良好而 性及高温抗氧化性能。
2、奥氏体不锈钢：典型牌号如/Cr18Ni9,/Cr18Ni9T1无磁性,耐蚀性能良好,温强度及高温抗氧化性能好,塑性好,冲击韧性好,且无缺口效应,焊接性优良,因而广泛使用。这种钢一般强度不高,屈服强度低,且不能通过热处理强化,但冷压,加工后,可使抗拉强度高,且改善其弹性,但其在高温下冷拉获得的强度易化。不宜用于承受高载荷。
3、马氏体不锈钢：
典型如2Cr13,GX-8,具磁性,消震性优良,导热性好,具高强度和屈服极限,热处理强化后具良好综合机械性能。加含碳量多,焊后需回为处理以消除应力、高温冷却易形成8氏体,因此锻后要缓冷,并应立即进行回火。主要用于承载部件。
三.马口铁
马口铁(SPTE)为低碳钢电镀锡(Sn)钢材；有人认为由于当时制造罐头用的镀锡薄板是从广东省澳门（英文名Macao可读若马口）进口的，所以叫“马口铁”。也有其他说法，如中国过去用这种镀锡薄板制造煤油灯的灯头，形如马口，所以叫“马口铁”。“马口铁”这个名称不确切，因此，1973年中国镀锡薄板会议时已正名为镀锡薄板，正式文件不再使用“马口铁”这个名称。
特点：保持了低碳钢较好的塑性，及成形性；一般料厚不超过0.6mm。
用途：遮蔽磁干扰的遮片及冲制少零件； 四.弹簧钢
中碳钢含锰(Mn)、铬(Cr)、硅(Si)等合金钢；
特性：材料可以产生很大弹性变形，利用弹性变形来吸收冲击或减震，亦可储存能量使机件完成动作。
五.铜及铜合金
特点：导电、导热、耐蚀性好，光泽度好，塑性加工容易，易于电镀、涂装。
1.紫铜(含Cu 99.5%以上)
材料强度低，塑性好；极好导电性，导热性，耐蚀性；用于电线、电缆、导电设备上。
2.黄铜
铜锌合金，机械性能同含锌量有关；一般锌量不超过50%。
特点：延展性，冲压性好，运用于电镀，对海水及大气腐蚀有好的抗力。但本体容易发生局部腐蚀。
3.青铜
铜锡合金为主的一类铜基合金金属统称。
特点：比纯铜及黄铜有更好的耐磨性：加工性好，耐腐蚀。4.铍铜
含铍(Be)的铜合金；
特点：高的强度、硬度、弹性、耐磨性；高的导电性、导热性、耐寒性；无铁磁性。
用途：电磁屏蔽材料较多； 此外，铝合金也会使用。
镀锌板是指表面镀有一层锌的钢板。
镀锌是一种经常采用的经济而有效的防腐方法。全世界锌产量的一半左右均用于此种工艺
1.定义
镀锌钢板是为防止钢板表面遭受腐蚀，延长其使用寿命，在钢板表面涂以一层金属锌，这种涂锌的薄钢板称为镀锌板。
2.分类和用途
按生产及加工方法可分为以下几类：
①热浸镀锌钢板。将薄钢板浸入熔解的锌槽中，使其表面粘附一层锌的薄钢板。目前主要采用连续镀锌工艺生产，即把成卷的钢板连续浸在熔解有锌的镀槽中制成镀锌钢板；
②合金化镀锌钢板。这种钢板也是用热浸法制造，但在出槽后，立即把它加热到500℃左右，使其生成锌和铁的合金被膜。这种镀锌板具有良好的涂料的密着性和焊接性；
③电镀锌钢板。用电镀法制造这种镀锌钢板具有良好的加工性。但镀层较薄，耐腐蚀性不如热浸法镀锌板；
④单面镀和双面差镀锌钢板。单面镀锌钢板，即只在一面镀锌的产品。在焊接、涂装、防锈处理、加工等方面，具有比双面镀锌板更好的适应性。为克服单面未涂锌的缺点，又有一种在另面涂以薄层锌的镀锌板，即双面差镀锌板；
⑤合金、复合镀锌钢板。它是用锌和其他金属如铅、锌制成合金乃至复合镀成的钢板。这种钢板既具有卓越的防锈性能，又有良好的涂装性能。
除上述五种外，还有彩色镀锌钢板、印花涂装镀锌钢板、聚氯乙烯叠层镀锌钢板等。但目前最常用的仍为热浸镀锌板。
3.外观
表面状态：镀锌板由于涂镀工艺中处理方式不同，表面状态也不同，如普通锌花、细锌花、平整锌花、无锌花以及磷化处理的表面等。德国标准还规定有表面级别。
镀锌板应具有良好的外观，不得有对产品使用有害的缺陷，如无镀、孔洞、破裂以及浮渣、超过镀厚、擦伤、铬酸污垢、白锈等。国外标准对具体外观缺陷规定都不十分明确。订货时对一些具体缺陷应在合同上列明。
SECC－Electrolytic zinc-coated steel sheet（原板SPCC）SECD（原板SPCD）、SECE（原板SPCE）
锌层代号：E8、E16、E24、E32
符号：S-钢（Steel）、E-电镀（Electrodeposition）、C-冷轧（Cold）、第四位C-普通级（common）、D-冲压级（Draw）、E-深冲级（Elongation）。锌层代号：E-电镀锌层，8、16、24、32表示锌附着量，单位为g/m2，镀层厚度（单面）1.4μ、4.2μ、7.0μ。
表面处理代号：C-铬酸系处理、O-涂油、P-磷酸系处理、S-铬酸系处理+涂油、Q-磷酸系处理+涂油、M-不处理。
标记：产品名称（钢板或钢带），本产品标准号、牌号、表面处理类别、锌层代号、规格及尺寸、外形精度。
标记示例：钢板，标准号Q/BQB430，牌号SECC，表面铬酸钝化处理（C），锌层代号20/20，厚度0.80mm，宽度1000mm，普通精度（A），长度2000mm，不平度按普通不平度精度PF.A，则标记为：Q/BQB 430 SECC-C-20/20 钢板：0.80B×1000A×2000A-PF.A
产地：宝钢、南韩浦项、日本、德国克虏伯钢厂、比利时CKRM等
热浸锌钢板(SGCC)：国内尚无钢厂能生产出优质的材料，主要从国外进口。其价格贵一些，很多厂家为节省成本均改用SECC。SGCC是冷轧基板镀锌,基板同为SPCC,一般冷成型用,抗拉强度为>270兆帕.与之对应的有热轧基板镀锌SGHC,基板为SPHC,一般冷成型用,抗拉强度>270兆帕.附件：
钣金件设计之常用材料.doc(30 K)下载次数:41
顶端 Posted: 2009-05-29 21:47 | [楼 主] 任何板材都有其基材，以镀锌钢材为例，主要是两类：电镀锌板（EG/SECC）与热浸镀锌板（GI），但是其基材均可以使用SPCC（冷轧板）。SPCC使用的基材是钢材，SPCC原是日本标准（JIS）的“一般用冷轧碳钢薄板及带“钢材名称，现在许多国家或企业直接用来表示自己生产的同类钢材（如宝钢Q/BQB402标准就有SPCC）。注意：相近的牌号有SPCD（冲压用冷轧碳钢薄板及带）、SPCE（深冲用冷轧碳钢薄板及带）、SPCCKSPCCCE等（电视机专用钢）、SPCC4DSPCC8D等（硬质钢，用于自行车圈等），分别用于不同场合。相当于中国Q195-215A牌号。其中第三个字母C为冷Cold的缩写。需保证抗拉试验时，在牌号末尾加T为SPCCT。
机械设计中的材料的选择和应用 篇3
关键词：机械设计；材料选择；材料应用
引言
全球经济发展带动了科技的发展，科技的进步为机械事业带来了很多新型材料，与此同时市场对机械行业也提出了更高的要求，机械行业想要跟上这个新时代，必须加强新材料的利用，材料对机械设计有着重要意义。另一方面，机械材料关系着大型机器质量和性能，如果没有科学的进行选材将引发事故，材料选择不仅仅要注重经济性，更重要的是科学性、安全性、合理性。
1.材料选择及应用对机械设计的意义
自改革开放以来，我国工业得到了发展，社会和市场对机械的需求量加大，导致了机械的大规模量产，导致了机械设计材料资源短缺，面对需求不断加大的市场，材料问题日益突出，为了能将机械产业发展下去必须压缩材料选择及应用空间，改革开放全球经济模式新材料的出现给机械设计材料带来了新转机，出现了一些经济性、实用性、环保、节能的材料，想要将机械设计持续发展下去必须充分利用这些有利条件及资源，科学实施机械材料选择和应用，保证机械质量和功能，这不仅是时代的需求，也是推进机械设计行业的有效手段[1]。
2.常见机械设计材料
2.1金属材料
金属材料是机械设计材料的重中之重，是机械设计的关键，因为机械产品百分之九十以上的部件都由金属材料组成，金属材料在机械设计中应用最为广泛，经过调查得知，目前我国最主要的金属材料是钢和铁，并且我国的钢铁应用量居世界首位，钢铁有着强度高、韧性好等特点，十分适合作为机械设计材料，并且钢铁价格相对便宜，另一方面，钢铁适用度较高，可以满足不同的性能需求，是理想的金属材料之一。相对钢铁，合金作为金属材料有着更好的性能，但是相对价格比较贵，多被用于制作零件[2]。
2.2高分子材料
高分子材料是新时代科技带来的新型材料，如：塑料、合成纤维、橡胶、胶粘剂和高分子基复合材料。高分子材料分为天然、半合成和合成高分子材料。十九世纪三十年代末期，进入天然高分子化学改性阶段，出现半合成高分子材料。高分子材料经过不断的演变及实验，已经成为与金属材料、无机非金属材料等同等重要的机械设计材料。高分子材料是机械设计材料之中随着时代进步而出现的新型材料，经过了不断的生产实践和科学实验，这些材料可以通过人工进行制造生产，高分子材料的出现丰富了机械设计材料来源[3]。
2.3陶瓷材料
陶瓷材料多被用于制作密封零件，陶瓷材料有着很好的耐腐、密度低等特点，陶瓷材料是以氧化硅、碳化硅、铝、氧为主要成分。机械设计中的陶瓷材料采用高纯度人工合成原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，所以为了满足需求，都有着特殊性能。根据成分有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。但是陶瓷材料的缺点是容易断裂、价格昂贵，不宜批量生产。
2.4复合材料
复合材料是化学与物理结合的新型材料，复合材料满足了不同的性能需求，复合材料在经过相应的处理后能够轻易改变材料性能和特性，达到需求目的。并且在与其他材料的协调和适应方面也有良好表现，可以说是一种理想的机械设计材料。复合材料作为一种混合材料，自开发以来已经被应用到各个领域，代替了很多传统的材料，复合材料实现了各种材料在性能上互相取长补短，复合材料用于机械设计有着减轻重量、提高速度、节约能源的优势。
3.机械设计材料选择及应用注意事项
3.1经济
材料的经济性，是不能忽视的问题，具备经济性的材料可以有效的降低机械产品生产成本，所以材料选择必须注意经济性，但是不能降低质量要求，避免造成安全事故，在这前提下实现合理控制。
3.2环保
环保问题已经受到了世界的关注，我国各个领域也都开始关注环保问题，全球变暖给人力带来危机感，地球是人类赖以生存唯一的家，所以机械设计材料选择上一定要注意环保性，因为污染问题不能忽视。另一方面，市场需求也提出了节能环保要求，处于商业考虑迎合市场，也必须考虑到环保问题
3.3机械性能
选择机械设计材料的目的就是使材料达到需求目的，所以材料的选择上，材料的机械性绝对不能忽视，因为这将直接影响机械产品的性能和质量，只有具备一定的机械性的材料才能满足设计需求。并且，具备机械性的材料更有利于生产过程中的工艺处理如：切割工艺、热处理工艺、铸造工艺等。具有良好的机械性的材料才能有一定的操作性，能够实现材料选择目的，有利于促进生产。
3.4材料应用
在进行材料应用时，相关人员必须对材料和机械设计原理知识有一定的了解，使材料能够达到“物尽其责，物尽其用”，充分使材料性能得到发挥，由于材料种类繁多，首选应考虑最佳材料，使其适合度满足设计需求。在面对不同的机械设计时应根据设计意图和机械特性选取不同材料，不能一味追求便宜，因為这样做无法发挥机械潜能。良好的材料选择和应用不仅能够推进机械事业的发展，而且能够推动国民经济。
4.结束语
通过以上分析不难看出，材料选择和应用是机械设计中的关键，直接影响着产品质量和性能，因此机械设计材料必须从多方面进行考虑，在保证高质量的同时努力实现经济、节能。机械行业是国家发展的基础，必须得到重视，加强建设，以打造良好的机械发展环境，推动我国社会经济，实现机械设计目的。
参考文献：
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作者简介：
李玉梅（1979-），女，汉族，河北人，本科，工程师。
浅谈机械设计中材料的选择和应用 篇4
在全球经济一体化进程不断加剧与城市化建设规模持续扩大的背景作用下,机械行业在整个国民经济中所占据的地位日益关键,可以说,机械行业经济效益的实现与提高对市场经济主导下国民经济的蓬勃发展起到了决定性作用。从科学发展观角度来说,现代社会对机械设计中材料的选择与应用工作也提出了新的要求,相关工作人员需要在确保机械设计材料满足机械施工作业基本需求的基础之上,做到使机械设计整体能满足经济社会、生态环境可持续发展要求。
相关研究学者指出:在整个机械设计的材料选择与应用工作当中,我们不仅需要重视各个材料零件的合理性,更要注重对各种零件之间协调配合性能的研究。那么,如何做好机械设计中材料的选择与应用工作呢?有哪些工作要点是需要我们着重关注的呢?笔者现结合实践工作经验,就这一问题谈谈自已的看法与体会。
1 机械设计中材料选择与应用的重要意义
我们需要清醒地认识到一点:在现代经济社会工业化体系不断健全与完善的推动作用下,整个机械生产与加工行业也面临着前所未有的发展机遇与挑战。当前,大部分用于机械设计的材料正逐步稀缺,所以,机械设计工作必需的材料日益增长的需求与各种原材料稀缺之间的矛盾日益突出与激化。与此同时,在经济社会不断发展、完善过程中,各行业领域对原材料的需求还要与机械设计的原材料需求争发展空间、争原料资源,这就使得机械设计中材料的选择与应用空间被进一步压缩。可以说,这是机械设计中材料选择与应用所面临的基本矛盾。基于以上因素,在机械设计的材料选择与应用中,如何在确保机械设计工作质量的基础之上,将经济性、环保性、适用性纳入机械设计材料选择与应用的基本原则当中,促使整个机械设计行业能够沿着可持续发展道路不断前进,已成为当前相关工作人员最亟待解决的问题之一。
2 机械设计中材料选择工作的注意要点
材料选择作为机械设计最关键的内容之一,其工作质量的好坏将直接关系到整个机械设计工作质量的好坏。笔者认为,要想做好机械设计中的材料选择工作,首先要使材料满足机械零部件在运行过程中各种机械性能、物理性能以及化学性能的要求。在此基础上,还要兼顾机械生产与加工过程中的可操作性、经济性以及安全性。具体而言,在整个机械设计的材料选择工作中,有以下几方面需要相关工作人员特别关注的要点:
2.1 机械设计中材料载荷类型的选择
大量的实践研究结果表明,在机械设计工作中大多数零件失效的根本原因均是由机械材料的外载荷性能所导致的,而机械零部件所具备的各种应用性能恰好能够有效地抑制这种零部件的失效问题。这种机械材料外载荷性能与抑制失效问题的零部件性能之间的矛盾,要求我们在机械设计材料选择工作中,以零部件材料的载荷性能及应力大小作为材料性能选择的评价指标。具体而言,可以将这种材料载荷性能的选择归纳为以下2点:
(1)当外载荷作用力促使机械材料零部件发生弯曲与扭转现象时,其最大应力大多集中在材料的表层当中。这也就意味着材料表层的性能能够对材料零部件失效性能的抑制起到决定性作用。当机械设计所选择的材料需承受这种载荷作用时,我们一般可选用中碳钢调质或是低碳钢渗碳的处理方式对其进行加工作业。
(2)对于那部分单纯承受拉伸、剪切或是压缩应力的材料零部件来说,其外载荷作用力会沿着整个零部件横截面均匀分布,这也就意味着我们在进行机械设计的过程中,需要选择各部分性能均匀分布的零部件材料,以此确保机械设计后续加工、生产环节的作业能够高效完成。
2.2 机械设计中碳素钢与合金钢材料的选择
在当前的机械设计材料市场当中,碳素钢受其加工性能和操作性能好、成本价格优越等特点影响得到了广泛的关注与应用。与此同时,相关工作人员也需要关注一个问题:这种碳素钢的低强度、低韧性以及中等形状以上材料零部件无法进行热处理加工淬透作业等缺陷,使其在机械设计材料选择中受到了较为严重的制约。经研究发现,在碳素钢中加入一定比例的合金元素就能够形成合金钢。这种合金钢结构的机械材料在强度与韧性上能有一定的提升,还可以在一定程度上赋予零部件材料诸如耐腐蚀、耐高温、耐磨损等方面的特殊性能。笔者认为,虽然合金钢材料较碳素钢材料各方面性能均有所提升,但我们只有在材料外载荷作用力较大,或是零件的有效截面尺寸较大且需要进行淬透加工的情况下才应选用合金钢材料,其他情况则应选用碳素钢材料。
3 机械设计中材料应用工作的注意要点
材料的应用作为材料选择工作质量好坏的体现与延伸,在整个机械设计工作中发挥着不可小觑的作用。机械设计中材料选择工作的合理性固然重要,材料应用工作的经济性与环保性同样也值得相关工作人员加以密切关注。可以说,如何在确保材料选择工作质量的前提下,正确处理好材料应用中经济性、可操作性以及节能环保性的统一,已成为机械设计工作的重要课题,这也是机械生产与加工行业蓬勃发展的必然选择。笔者认为,要想在机械设计材料的应用工作中坚决贯彻落实可持续发展观念,就需要做好以下2个方面的工作:
3.1 机械设计中材料应用工作需要做到适用性与经济性的统一
相关工作人员需要明确一点:适用性与经济性的统一是当前在机械设计材料应用工作中首先要考虑的问题之一。以下笔者将具体从适用性与经济性2个方面作详细分析。
(1)机械设计中材料的应用工作需要以机械材料零部件的制造工艺为参考指标。在机械生产与加工作业中,铸造工艺、热处理工艺、切削工艺、焊接工艺等加工处理技术对于机械设计中材料应用的要求各有不同。详细来说,铸造工艺要求机械设计材料的应用向高流动性、高收缩性以及高吸气性方向发展,焊接工艺需要机械设计在材料应用中考虑材料的冲压性、冷镦性特点,热处理工艺需要机械设计在材料应用中满足淬透性、过热敏感性以及氧化脱碳性等方面的基本性能,切削工艺则要求机械设计在材料应用中满足切削作业可操作性的特点。
(2)机械设计中的材料应用工作需要对经济性加以特别关注。笔者认为,机械设计材料的应用需要在确保零部件材料各方面性能均能得到满足的基础之上,对材料零部件的加工工艺成本进行合理控制,这就需要结合机械生产与加工企业的现有生产条件,对机械零部件的成型方式及最佳加工工艺路线进行有效控制。
3.2 机械设计中材料应用工作需要做到环保性与节能性的统一
机械设计材料应用工作环保性与节能性的统一作为生态经济社会建设发展过程中可持续发展观念赋予机械设计工作的新要求,需要引起相关工作人员的特别关注。经济社会在发展过程中对于各种不可再生原材料的需求与消耗,最终势必会给机械设计材料的选择与应用工作埋下严重的隐患,因而材料应用工作中节能性与环保性的统一已成为我们下一步工作的重点。以机械设计铸件环节材料的应用工作为例,铸件设计阶段5%左右的成本决定着80%左右的铸件生产成本。这带给我们的启示是:关注机械设计材料应用阶段的节能环保,不仅可以有效节约原材料和成本,减少不必要的能源耗费;与此同时,广泛的创新空间还能够满足机械设计中材料应用环节的环保性要求。
4 结语
伴随着现代科学技术的蓬勃发展与经济社会的不断进步,人民日益增长的物质文化与精神文化需求对新时期的机械设计行业提出了更为全面与系统的要求,机械设计材料的选择与应用在整个机械设计过程中所占据的地位也日益重要。本文对机械设计材料的选择与应用工作进行了简要分析与说明,希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。
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材料选择机械设计 篇5
关键词：材料;机械设计;选择及使用
中图分类号：TH14 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2015）04-0136-01
在机械设计过程中，不但要重視设计方案的创新性和高性能，对设计方案的可行性和科学合理性也需进行充分的考虑，而机械设计的材料选择和应用就是设计师必须优先考虑的。材料的选择不但要考虑材料的性能、价格，还需预测使用该种材料可能造成的风险或出现的问题，只有将这些要点思虑周全之后，才能进行下一步骤的机械设计。
一、机械设计中常见的几种材料及性质分析
（一）金属型材料
金属材料在机械设计中应用非常广泛，是重要的机械制造使用材料。金属型材料以其常见易得、耐热导热以及耐磨损等优势成为当前机械设计中最常用的一类材料。同时，一些金属材料还因具备强度较大、柔韧性较好等性能受到广泛运用，例如：银的化学性质稳定耐腐蚀。一般在机械制造中选择使用的金属材料有：铝、银、铜、铁、锡等。
（二）复合型材料
复合材料是一种由两种或两种以上的不同性质的材料组合而成的新材料。这种材料的性能较其他单一性材料更加优质和多样，因此，复合型材料在机械设计中经常被使用。复合型材料分为金属型和非金属两大类，常见的金属复合材料有不锈钢、钛合金等，而非金属复合材料则有碳纤维、高硅氧玻璃纤维、芳纶纤维等。
（三）高分子合成材料
在当前的机械设计中，高分子合成材料的应用程度并不高，但在一些重要的机械设计方面也会有使用。高分子合成材料的质量轻、性能好，在特殊情况下还提升机械产品的性价比。但其也有遇恶劣条件性能降低、性质发生改变等缺陷。常见的高分子合成材料有纤维材料、橡胶材料以及塑料材料等。
（四）陶瓷类材料
陶瓷材料在机械设计中比较常见。其强度较高、硬度较好、具有耐腐蚀能力且质量较轻，特别是与同体积金属材料相比较的情况下，陶瓷类材料的重量远远低于金属型材料。但陶瓷也具有易碎、价格高等缺陷。
二、机械设计中材料选取和应用需考虑的四大要点
（一）材料所具备的性能
在机械设计中，设计师选择材料主要从各材料的性能着手，只有所选择材料的性能符合此次机械设计的要求，才能保证设计出来的机械产品质量可靠。如果选择和使用的材料在性能上无法满足设计的要求时，设计出来的机械产品将无法发挥预期的功能，无法达到预期效果。例如：一些机械产品在柔韧度和耐腐蚀方面要求很高，这就需要设计师选择具备这些性能的材料进行机械产品的制造，如果这些要求被忽略，设计出来的机械产品很可能会由于受到设计材料的制约而无法进行正常的生产制造工作，即便能够进行生产活动，其生产出来的产品也将无法达到使用标准和要求。因此，设计师在选择材料时应优先考虑材料所具备的性能是否与设计要求相适应。
（二）加工工艺的影响
机械产品的完成需经过设计、加工、成品三个环节。在产品的加工过程中，加工工艺的差异以及加工理念的不同将会对产品的质量及性能产生影响。加工环节的程序复杂，包括了多种工艺和多项流程，每一道工艺或每一个流程中出现的细微纰漏都会影响产品的性能。因此，设计师在考虑所选材料性能的同时需要顾及到加工工艺可能对材料造成的影响。
（三）加工环境的影响
与加工工艺一样，材料的加工环境也将对材料的性能产生影响。例如一些金属材料在温度剧变的条件下可能会发生变形等问题。因此，在对原材料进行选择时应考虑到机械产品生产场地的环境影响因素。如果材料在在与之性能不相适应的环境进行加工生产，其生产的产品性能将受到影响，从而影响到产品的质量，进而对企业造成经济损失。因此，设计师在设计时应充分考虑到产品所处环境可能会对加工造成的影响，并制定出解决方案。
（四）机械产品的价格
为了增强机械生产企业的生存能力和市场竞争能力，除了提升产品质量形成品牌效应吸引更多用户之外，产品的价格也是重要的决定因素。机械产品的性价比是用户购买时优先考虑的因素，因此，设计师在设计时应充分考虑原材料的成本，加工所需的成本费用，企业在此基础上确定合理的价格。总而言之，机械产品的价格不但要保证用户的可接受程度、满足市场对产品的需求现状，也要在保证产品质量的前提下，尽量降低生产成本，获得最大程度的利润。
三、机械设计中常见的选材与应用技术方法
（一）运用调质技术提升材料性能
为了提升材料的综合性能，对材料进行调质这一种热处理技术非常常见。它不但能够对材料的强度和塑性程度进行提升，而且能通过提高材料强度和冲击度来减小零部件的体积，减轻重量，从而使机械的重量得到减轻，所需空间减少。
在运用调质技术时，应清楚明确标注调质，以防止一些厂家误用其他技术对材料进行处理。同时，调质的硬度范围也需注明清楚。此外，热处理后的材料硬度应与实际要求相适应。
（二）硬化技术处理材料表面
为了提升材料的耐腐蚀性和耐磨损性能，可以采用氮化技术以及渗碳技术等常见的硬化技术对金属材料表面进行处理。渗碳技术是将钢材放入渗碳炉中进行表面碳含量增加技术，达到标准后进行淬火，最后利用低温回火技术消除其应力。
（三）钢材的氮化技术
利用氮化技术对钢材进行处理具有材料变形程度较低，氮化后无需进行再加工等优点。材料氮化的强度需依照材料质量进行核算确定，在氮化时通常使用整体氮化技术，必要时可采用局部氮化技术对局部进行处理。氮化技术非常适合与调质技术一同使用，这样可以增强材料的耐磨损性能，同时提升材料的强度。
结语
综上所述，在机械设计过程中，对机械制造材料进行科学合理的选择和应用非常关键，对机械产品的性能、寿命等都有深远的影响。设计师在对材料进行选取时，应充分考虑各材料的性能，选择出符合机械设计要求的材料，并通过专业技术及方法对材料进行处理，以提升材料的性能及机械设计的适应程度。
参考文献：
[1]王杰，程明远，李士晓.浅谈机械设计加工中应注意的几个问题[J].科技信息，2011，12（11）.
机械设计中的材料选择及应用研究 篇6
当前, 全球经济一体化进程不断加快, 城市化建设规模也持续扩大。机械行业已经成为推动国民经济飞速发展的支柱性产业, 在社会发展中具有举足轻重的地位。保护生态环境, 推动社会的可持续发展成为当今社会的主题。机械行业也不例外, 人们对于机械设计中材料的选择与应用提出了更高的要求, 机械设计人员在进行产品设计时, 不仅要确保所采用的材料能够满足机械施工作业的基本需求, 还要确保材料选择的经济性、环保性和节能性。
1 机械设计中材料的选择和应用分析
经济的飞速发展, 在推动生产力进一步提高的同时, 也引发了环境、资源等诸多的社会问题, 我国幅员辽阔, 地大物博, 然而人均资源占有量却并不丰富, 加之经过多年来的大量开发, 很多机械设计中所需要的重要的资源已经日益减少。在市场竞争的影响下, 资源逐渐变得具有不稳定性, 这就更加引发了机械制造的材料成本的增高, 机械材料的应用空间也进一步被压缩。面对日益严峻的形势, 为了摆脱材料缺少带来的机械制造业的困境, 提高机械效率, 延长机械使用寿命, 在机械设计材料选择上, 必须进行更加深入的研究。同时, 以保护生态环境、推动可持续发展为目标, 选择绿色节能、无污染的材料。
2 材料选择和应用在机械设计中的注意事项
2.1 满足机械零件应用的要求
通过多年的研究和实践可知, 对于机械零件来说, 其承受的外载荷是造成的零件失效的主要原因。因此, 在进行机械设计的材料选择时, 必须综合考虑材料的载荷性能以及在工作中零件所需要承受的外载荷的大小和特征。并以此作为选择材料和进行可靠性设计的标准。零件在载荷的作用下, 会发生弯曲或扭曲现象, 这种变形有时候是可以恢复, 有时则是永久性的, 产生不可逆的弯曲、拉伸或压缩变形。为了避免材料产生变形, 确保零件的实用性, 通常可以选择各部分性能比较均匀的材料来制造零件, 此外, 也可以运用特殊的加工方式来改善材料的抗变形的性能。如用中碳钢调质或低碳钢渗碳的加工方式对其进行加工, 进而提高材料的性能指标。
2.2 满足经济性的要求
当前, 机械设计所需材料相当缺乏, 然而随着经济的发展, 社会的进步, 机械工业也蓬勃发展起来, 对于机械材料的需求量也与日俱增。面对如此多的需求, 确保材料的经济性, 就成为机械设计工作中必须要考虑的问题。既不能造成材料用量的浪费, 也不能造成在材料性能方面的浪费。例如, 在确定选用何种材料以及材料的硬度时, 需要根据零部件尺寸以及零部件心部的强度等进行确定, 材料的用量满足零件的机械性能即可, 无需采用过多的材料而造成机械制造成本的增加。如果有效截面面积小于50mm, 就可以选用20Cr;如果截面面积为50~150mm, 且重量小于50千克, 则可以选择20Crmnti等。诸如此类, 通过改进和优化设计中对于材料的选择, 就能够避免浪费, 节约成本。
2.3 满足环保性的要求
工业垃圾、废料垃圾、白色污染, 这些在很多年前人们所不知道的名词, 现在已成为全世界广泛关注的话题, 环境污染问题已成为当前亟待解决的重要问题之一, 而解决这一问题的有效途径, 就是促进环保, 保护生态平衡, 推动可持续发展。机械设计人员也是任重道远, 在进行机械设计时, 对于材料的选择更需要多进行研究、谨慎选择。设计是生产的开端, 生产取决于设计, 为了追求更高的经济效益而以牺牲环境作为代价, 是得不偿失的。环境保护问题是关系到人类发展和生存的重大问题, 作为设计人员, 在进行设计时必须以坚持环保为原则, 重视材料选择和应用的环保性。
3 机械设计中材料选择的重点问题
材料是机械设计理念得以实现的物质基础, 材料的选择也是机械设计工作的重点内容。在进行材料的选择时, 必须兼顾材料的各种性能, 根据机械设计中对于零部件的工作性能的要求, 进行优化设计。首先要使材料满足机械部件在运行过程中各种机械性能、物理性能以及化学性能的要求, 在此基础上, 还要兼顾机械生产与加工过程中的可操作性、经济性、安全性。
4 机械设计材料的选择原则
4.1 载荷应力大小和性质
这方面的因素主要是从强度观点来考虑, 在充分了解材料的力学性能的前提下来进行选择。脆性材料原则上只适用于只在静载荷下工作的零件。在多少有些冲击的情况下, 应以塑性材料作为主要使用的材料。金属材料的性能一般可通过热处理加以提高和改善, 因此, 要充分利用热处理手段来发挥材料的潜力。对于最常用的调质钢, 由于其回火温度的不同, 可得到力学性能不同的毛坯。
4.2 机械的工作情况
工作温度对材料选择的影响, 一方面要考虑互相配合的两零件的材料的线膨胀系数不能相差过大, 以免在温度变化时产生过大的应力, 或者是配合松动;另一方面也要考虑材料的力学性能随温度而改变的情况。
4.3 零件的复杂程度及材料加工可能性
结构复杂的零件宜选用铸造毛坯, 或用板材冲压出元件后再经焊接而成。结构简单的零件可用锻造法制取毛坯。
5 机械设计中材料应用工作的重点分析
在进行机械设计过程中, 除了要确保材料选择的科学性和合理性, 还要注重材料应用工作的经济性和环保性, 材料应用工作是材料选择工作的体现和拓展。在机械设计中, 材料应用的工作同样具有着不可替代的重要地位。可以说, 材料选择工作关注的是合理性的要求, 而材料应用工作的重心则在于经济性和环保性。如何在确保零件实用性的条件下, 正确处理材料选择工作和材料应用工作的关系, 达到两者的协调和统一, 使材料兼具经济性、可操作性、节能环保性, 是当前机械设计行业以及机械设计工作者必须面对和解决的重要课题, 也是机械生产与加工行业蓬勃发展的必然选择。
5.1 材料应用工作是适用性与经济性的统一
设计人员需要明确一点, 适用性与经济性的统一是当前在机械设计材料应用工作中首先要考虑的问题之一。
5.2 材料应用工作是环保性与节能性的统一
时代的发展、社会的进步, 赋予了机械设计人员新的历史使命, 对其提出了更高的要求。在当今生态经济社会建设发展过程中, 可持续发展的观念深入人心, 为了保护人类赖以生存的环境, 必须把环保与节能作为机械设计材料应用工作的重心。人类所拥有的原材料并非取之不尽用之不竭的, 而是随着需求和消耗而逐渐减少, 有些材料甚至是不可才生的。最终势必会给机械设计材料的选择与应用工作埋下严重的隐患, 加强材料应用工作中节能型与环保性的统一势在必行。关注机械设计材料应用阶段的节能环保, 不仅可以有效节约原材料和成本, 减少不必要的能源耗费。与此同时, 广泛的创新空间还能够满足机械设计中材料应用环节的环保性要求。
摘要：随着经济的飞速发展, 我国工业也步入了高速发展的快车道, 人们对于机械产品设计有了更高的要求, 优秀的设计理念必须通过良好的材料来实现。因此, 机械设计中材料的选择和应用成为人们关注的焦点。如何在确保机械产品正常使用性能的情况下, 避免材料的浪费、使用节能环保材料, 成为当前机械行业研究的重点。对此, 文章进行了深入的分析和探讨。
关键词：机械设计,材料选择,应用
参考文献
[1]濮良贵.机械设计[M].高等教育出版社, 2011.
[2]王俊昌, 王荣生.工程材料及机械制造基础[M].机械工业出版社, 2010.
机械设计中的材料的选择和应用 篇7
随着社会经济的发展, 工业现代化的进程不断加快, 对所有关联产业提出了更高要求, 机械设计是基础性产业, 其质量对工业产业的发展产生直接影响, 因此应当予以重视。机械设计中, 选择材料是一个重要环节, 如何根据设计需要选择合适的材料、在满足基本质量的前提下尽量节约成本, 使我们需要思考的问题。
1 机械设计与材料选择之间的关系
选择材料是机械设计过程中的重要环节, 设计过程中要考虑所选择的材料是否能够及时供应。如果设计完成以后发现缺乏相关材料的支持, 那么生产就无法正常进行, 整个设计过程也就失去意义。机械设计与选择材料方面具有以下几种关系:首先是性能方面, 不同的材料具备不同的性能, 每种材料都有自身的优势和劣势, 因此在选择材料的过程中, 要考虑综合因素, 包括该设计的具体功用以及使用环境等。例如, 金属材料不适合在长期在潮湿的环境下使用, 高分子材料不适合在高温下使用等;其次是质量方面, 高质量的机械产品不仅体现在设计方案上, 只有选择合适的材料, 并将其合理搭配使用, 才能保证产品有效发挥性能。相反, 如果选择的材料不合理, 设备的质量必然会受到影响;最后是成本方面的影响, 一个行业进行生产经营的目的是为了获取经济效益, 因此成本是必须要思考的问题, 如果设计中使用的材料过于昂贵, 那么产品必定会因为价格失去竞争优势[1]。
2 机械设计中使用材料的种类
机械设计中经常使用的材料包括以下几种:其一是金属材料, 金属材料由于性质稳定, 因此被广泛应用于各类工程中, 据统计, 金属材料在机械产品中的使用率达到了90%以上, 尤其是钢铁材料, 不仅成本低, 而且强度较高, 韧性较好, 因此在机械设计中被大量使用, 另外, 一部分合金的性能也比较好, 在制作零部件时被广泛应用;其二为高分子材料, 主要指塑料或者合成纤维, 高分子材料的典型优点就是来源丰富, 制作过程中对能源的消耗量不大, 同时具有一定的耐腐蚀性, 且延展性较好;其三是陶瓷材料, 这种材料的主要成分是氮化硅和氧化硅, 典型优势就是硬度高, 耐腐蚀性好, 且具备一定的抗压强度, 陶瓷材料的缺点就是价格较高、且容易断裂, 目前多用于制作一些密封零件;其四是复合材料, 复合材料是由两种或者两种以上不同的材料通过物理方法或化学方法组合而成的材料, 通常都是根据设计的具体要求来制作复合材料, 具体成分包括金属和非金属两种, 其中金属主要是铝和镁以及各类合金, 非金属主要是树脂或者陶瓷[2]。
3 机械设计中选择和应用材料的注意事项
3.1 坚持实用性的原则
机械设计的过程中, 要根据所设计设备的具体功用以及使用条件来合理选择材料, 坚持实用性的原则。一些部位可能对材料的强度有较高要求, 一些部位可能对材料的耐磨性有较高要求, 而有些部位对耐腐蚀性有较高要求, 对于暴露在外面的部分, 甚至要求其具有一定的美观性, 因此在选择材料时不能一概而论, 要根据每个部位甚至每个零件的具体要求来选择合适的材料, 保证制作出的设备能够有效发挥功用。
3.2 选择对人体、环境无害的材料
一些特殊材料在使用的过程中会对人体造成伤害, 废弃后无法回收, 对环境造成严重污染。例如, Ni和As等元素就会对人体造成伤害;在制作集成电路时, Sn-Pb合金一度被广泛应用, 这些电路板在废弃以后无法实现回收利用, 产生固体废弃物, 一般的做法就是对其进行填埋处理, 但是Pb能够溶于水, 对地下水源造成污染, 进而损害人们的身体健康。另外, 各类材料的混合使用为材料的回收增加了难度, 不利于材料的循环利用。因此, 在选择材料时, 要尽量减少材料的种类, 或者说尽量使用单一的合金系, 同时要减少对有害金属的使用, 保护人体健康的同时, 减小对环境的破坏[3]。
3.3 选择合适的载荷类型
研究表明, 材料的外载荷性能决定着该部分零件的使用寿命, 因此在选择材料时, 要着重考量其载荷, 一般将材料的载荷性能归为以下两类:首先, 如果载荷的作用力过大, 就会造成部分零件发生变形, 而大部分应力都会集中在材料表层, 说明材料表面的载荷性能对材料的使用寿命产生重要影响, 为了提高材料的表面性能, 可以采用一些措施对材料进行特殊加工, 保证材料表层具有足够的硬度;其次, 一部分零件需要承受较大的拉伸力或者压缩力, 此时载荷会均匀分布在材料的横截面上, 因此在选择材料时要考虑其性能分布是否均匀。
3.4 选择在加工时低污染、低能耗的材料
首先, 要尽量避免选择那些需要经过热处理的材料, 因为热处理工艺会消耗较多能源, 且在制作材料的过程中会对环境造成较严重的污染, 要尽量选择那些经过冷拔就能保持良好性能的材料;其次, 要选择生产制作工序少的材料, 尤其是热处理的工序要少, 可以对材料的淬硬层进行加热淬火处理, 提升材料的韧性, 同时降低处理过程中的能耗。
3.5 选择成本低的材料
为了保证设计出的产品具有一定的价格优势, 要尽量对选择成本低的材料, 当然, 低成本是在保证实用性、对人体以及环境无害、载荷类型合适的前提下, 也就是说, 要保证达到基本的设计质量或者说设备的性能要求后, 才能去谈成本, 如果不影响设计质量或者说对设计质量的影响较小, 可以使用一些低成本的材料来代替高成本的材料, 设计者要从中衡量好这个度。
4 总结
机械设计中在选择材料时, 要坚持实用性的原则, 根据零件的具体要求确定材料的种类, 同时要保证材料对人的身体和环境无害、加工材料的过程中低污染、低能耗, 而且要充分考虑材料的载荷类型, 在保证设计质量的前提下, 尽量降低成本, 保证设计出的产品具备价格优势。
参考文献
[1]李冠效, 雷长贵.机械设计中的材料的选择和应用解析[J].硅谷, 2014, 10 (12) :86-87.
[2]宫浩.浅谈机械设计中的材料选择和应用[J].科技致富向导, 2015, 11 (13) :230.
材料选择机械设计 篇8
近几年, 我国城市化进程不断加快, 机械行业作为我国城市建设的中坚力量, 其发展水平受到很多人的关注。在机械行业当中, 机械设计材料的选择和应用是非常重要的, 它对机械行业的整体发展水平有着至关重要的作用。因此, 在我国未来的发展过程中, 机械设计中的材料选择会对我国的经济效益以及社会效益产生较大的影响, 进一步研究机械设计中材料选择和应用问题, 对于机械行业的发展有着重要的作用。
1 机械设计选材的重要意义
城市化进程的加快, 有效提升了机械行业在国民经济发展当中所占的地位。机械工程的快速发展促进了经济效益的提升, 也给我国的国民经济发展带来很大的行业保障。但机械行业的快速发展所带来的问题是机械工程材料的严重损耗, 现阶段很多机械设计材料消耗过度, 已经不能供应机械设计的可持续加工[1]。从科学发展观角度来看, 有效实现机械设计材料的绿色环保性以及经济性是非常必要的。
有很多学者指出, 在进行机械设计选材时, 要充分重视材料选择的合理性, 要利用好每一份的机械设计原材料, 要对机械设计的结构和功能进行综合性的评价, 同时要结合现代材料资源的现状, 合理选择机械设计材料, 从而实现机械工程的应用性发展, 这也使得机械设计时材料选择和应用过程当中所重视的每个要素成为将来实现机械工程可持续性发展的一个关键。
2 在机械工程设计中设计材料的选择和应用要求
(1) 根据使用性要求选择材料。在机械设计的材料选择和应用过程当中, 使用性是其最基本的要求, 所以在进行机械设计的过程当中要根据零件的不同性能和使用要求来进行材料的选择。例如, 有的零件会对强度有较大的要求, 而有的零件会对耐磨性或者是美观性有很大的要求, 所以实际的机械设计当中要加以区分, 科学地进行材料的选择[2]。本文列出了常用的铸铁和钢材的特性以及应用, 如表1和表2所示:
(2) 对材料载荷水平的选择。在机械设计的选材过程当中, 由于很多材料会因为载荷水平较低而导致机械零件失去了原有的功用, 所以材料的载荷水平在机械设计的选材过程当中是非常重要的[3]。在机械设计的过程当中, 要先对所用材料的载荷水平进行有效的评估, 优先选择那些载荷水平高的材料, 然后在根据实际情况选择材料后期处理的方法, 从而有效提高材料的载荷水平。例如, 可以对低碳钢进行渗碳处理, 对中碳钢进行调质处理等。
(3) 材料尽量实现无害化。在机械设计的过程中, 很多材料当中会含有很多的对人体不利的元素, 例如砷、铅、六价铬、镍等元素都不利于人体的健康, 即使在材料的加工过程当中进行很好的防护措施也不能避免这些元素随着其废弃物排放到环境当中而污染环境, 环境受到污染之后会在生物体内加以累计, 进而影响人体健康, 所以在进行机械设计的选材时要加以注意。
(4) 优先选择可循环利用性好的材料。在机械设计的过程当中所选用的材料很多都是金属的, 而不同的零件由于使用要求不同, 其使用的金属材料的种类也会有所不同, 有时为了实现材料的某种性能要求, 还会将很多种类的金属混合在一起形成合金材料, 再加以使用, 这样做虽然能实现机械材料的使用要求, 但一旦机械报废, 就会增加这些金属材料的回收难度, 也会进一步增加回收的成本[4]。所以为了是吸纳废物的资源化, 在机械设计的过程当中要充分考虑所选材料的可循环利用性, 例如, 在金属材料的选择方面要选用那些单一的合金材料, 而且要优先选择合成金属种类少的合金材料。
(5) 尽量选择低耗能和低污染材料。所谓低耗能和低污染不只是材料本身生产过程当中的低耗能和低污染, 还包括材料在加工应用的工艺过程中的低能耗和低污染[5]。对于材料本身生产过程而言, 选择环保型材料作为原材料是最佳的选择, 而对于材料在加工应用的工艺过程来讲, 即使材料是低耗能和低污染的, 但也会在加工过程中由于工艺原因而产生很多的污染物和能耗, 所以在加工时要注意尽量选择那些不需热处理就可达到使用要求的材料, 若不能避免对材料进行热处理, 要优先选择那些热处理工序较少的材料。
3 在机械工程设计中设计材料的选择和应用应注意的事项
(1) 注重选材的经济性与适用性。在进行机械设计的材料选择和应用时最为关心的就是材料的经济性和适用性。机械设计人员要综合分析机械设计过程当中所涉及到的生产工艺、焊接工艺、装配工艺以及铸造工艺等, 同时要结合实际的设计要求来选择那些高质量而低价值的经济适用性的原材料, 进而在最大程度上利用材料的使用价值, 有效保证机械设计所使用的材料的设计要求, 使其在机械设计过程当中发挥最大效用。例如, 在机械铸造工艺当中, 要充分保证机械材料的流动性、收缩性、吸气性以及偏析性;在焊接工艺当中, 要充分保证材料的敏感性和适用性;在锻造工艺当中, 要充分保证材料的冷镦性、冲压性、锻后冷却性以及可锻性[6]。机械材料的不同性能使得在进行机械设计的工艺时可以选择各种不同的材料, 只要满足基本的工艺需求, 了解各种工艺所需材料的不同性能, 就能实现机械设计的材料的合理化选择。在满足机械设计材料的适用性之后, 要分解实际工程预算充分考虑设计材料的经济性, 不但要满足材料的质量要求, 还要实现经济性的材料选择[7]。对于那些可以循环利用的原材料, 要充分利用其可循环性, 在机械设计过程当中要加以循环利用, 有效减小资源的消耗, 降低机械设计成本, 从而提高经济效益。
(2) 注重选材的节能性和环保性。社会可持续发展的要求使得节能环保成为当今社会所重视一大内容, 社会经济的快速发展以及科技水平的快速提高都加快了资源的消耗和破坏, 进一步影响了生态环境。现阶段, 人们的环保意识有了很大的提升, 这也使环保成为社会的焦点, 并使得资源的消耗和环境的破坏成为环保问题当中的一个重要环节, 要实现社会的可持续性发展就要严格控制资源的消耗[8]。所以, 机械设计中的材料的选择的环保性和节能性是非常重要的。机械设计人员要严格遵守国家的可持续发展战略, 在保证设计要求的前提下要优先选用低污染、低能耗的工程材料, 节约那些不可再生资源并对机械材料进行合理的选材和合理设计, 从而实现资源利用的高效性发展。
(3) 选材的可持续发展。在机械设计的选材过程当中要始终遵循我国的可持续性发展战略, 要充分重视机械设计的可持续发展。机械设计人员要基于设计需求, 充分发掘所选材料的潜力并结合材料的不同特性使其发挥最大化的作用, 并有针对性地实现设计应用。
4 总结
总而言之, 机械设计中的材料的选择和应用要综合多方面因素加以分析考虑, 既要保证机械设计满足相关的标准和规范的规定以及使用要求, 又要使其顺应时代发展的要求, 并实现材料的环保性、节能性以及经济性等要求, 从而实现机械设计行业又快又好的发展。
参考文献
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[2]周玉丰, 张帆.机械设计中材料的选择和应用分析[J].河北农机, 2014, 第12期 (12) :49-49.
[3]韦佑银, 谢非.机械设计中的材料的选择和应用[J].文摘版:工程技术, 2015, (25) :260-260.
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[5]王永强, 陶亚楠, 刘青.机械设计中的材料的选择和应用探析[J].科技创新导报, 2012, 20期 (20) :74-74.
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材料选择机械设计 篇9
1 化工机械材料的选择
1.1 载荷型
载荷型材料在化工机械中, 通常用在以下两种情况:当零件受到外部力量的作用时, 机械材料表面的承力性能决定了各零件之间的作用效果。如果机械材料在实际工作中需承受很大的作用力, 那么在选择机械材料时, 应该考虑使用低碳钢渗碳的方式加工材料;当外部作用力均匀的作用在零件表面时, 由于一些材料能够在挤压或拉伸时仍然受力均衡、性能稳定, 所以, 在化工机械设计中材料的选择上, 要考虑那些可以将力均衡分布的材料。[1]这样做, 才能确保机械在工作中的工作效果。
1.2 碳素钢与合金钢
机械设计材料中, 碳素钢因其性能稳定、经济实用等优点而广泛使用。但是它也存在缺点, 那就是柔韧性不高、强度不够。而且个头稍微大一点儿的碳素钢不能被完全使用。实际操作过程中, 通常在碳素钢中添加一定的合金, 这样就出现了合金钢。合金钢不仅耐磨性能上升, 而且一改碳素钢韧性和强度上的缺点, 为机械设计材料提供了可行选择。当然, 合金钢的使用有它的特定情况, 即零件横截面和材料载荷力达到一定强度时, 才能使用。一般情况还是使用碳素钢。这样依据不同情况, 使用不同材料, 能为企业节约一定资金成本。
1.3 可回收和循环利用
化工机械材料的选择中, 金属材料是比较重要的一个选项。但是金属材料又分为很多种, 其中钢材已达一百余种。这就造成分类上的困难, 并且给回收利用也带来一定的难度。所以机械设计材料选择时, 可以使用单一合金, 成分单一的话, 就容易被分类。而且可以提高零件的回收和利用。
1.4 机械材料零件的制作工艺
根据化工机械材料零件的制作工艺的不同, 会选择到不同的材料。不同的制作工艺, 对材料有不同要求。焊接时, 要看材料是否拥有很好的抗压性;铸造时要看材料是否便于铸造;切削时要看材料是否容易切削等。这都要以制作方法的要求来选择材料。
2 材料的应用
2.1 使经济性和实用性相结合
材料, 在实际应用的过程中一定要注意必须结合材料所适用的制作工艺, 因为不同的制作工艺对材料的要求是不同的。另外, 还要在满足制作工艺的要求下对成本加以控制。根据企业自身的经济能力, 对成本进行控制, 为企业节省一部分开支。既经济又实用, 这是材料应用发挥最大效果的情况。所以, 怎样将经济性和实际性二者进行很好的结合, 是机械设计材料选择应该考虑的问题。
2.2 参照零件的制作工艺
不同的制作工艺, 对材料的要求是不同的。比如热处理工艺, 操作时要考虑材料是否容易淬透。零件是组成机械的最小单位。在制作零件时, 不仅要考虑零件成本的高低, 还要确保零件的工作性能。[2]零件一旦没有良好的性能, 就可能造成其他意外效果的发生, 影响整个设备的工作效果。所以选材时, 一定要着重于零件的性能, 其次还得控制成本的高低。
2.3 做好防腐保护
化工设备, 在工作环境中与空气和空气中的水汽会发生化学反应, 这导致化工设备极其容易出现腐化, 这在日常生活中是经常发生的, 并对整个设备都会造成很大危害。而且一旦发生腐蚀, 设备的外观和内部性能都会发生变化, 严重时还会影响化工工作的完成度。这就要求在具体使用材料的时候, 要选择防腐性能好的材料。最好是尽量用金属性质的材料。并根据设备的具体情况, 在设备外层涂抹一层防锈漆, 隔绝空气和水汽, 保护材料和设备不发生腐化。在设计中, 尽可能不给水汽淤积在设备上的机会。在保证设备具有好的防腐性能的同时, 还要注意设备的运行是否稳定, 确保运作的连续性, 避免腐蚀情况影响整个工作的开展。在实际工作中, 要及时检查、及时发现腐化现象, 并且及时处理。腐化发生时, 一定要彻底将腐化物清理出去。
2.4 强调节能性和环保性
毫无疑问, 经济的发展肯定是需要付出一定的代价的, 我国经济发展也不例外。经济的发展, 往往造成各类资源的不断挖掘和不断开采, 带来一些不可逆的后果。目前, 资源和能源的使用量和浪费情况越来越多。[3]不可再生资源和稀缺能源难再生成。而化工机械设计材料中, 常常用到的就是稀缺性材料。在这种情况下, 选择化工机械材料时, 更要将节能考虑在内。另外, 化工行业在施工作业中, 会出现污染的情况, 针对这种情况, 也要优先考虑环保问题, 将眼光放的长远一些。不能只看眼前的经济利益, 还要将整个行业的未来考虑在内, 做到并做好节约资源和原材料, 不要出现浪费情况。
3 结语
通过加强化工机械设计中的材料选择及应用研究, 能够大大提升化工机械设计的质量和综合水平, 对于促进化工机械在生产过程中的应用具有重要意义。因此在未来的发展过程中, 应当加强材料的选择研究, 并将材料应用到对应的机械设计中, 满足机械设计需求, 保证机械设计的科学性与环保性。
摘要：化工生产过程中, 化工机械的性能直接决定了生产的产量结果。而化工机械设备的材料, 决定了化工机械设备的性能。因此, 在化工机械设计过程中, 适当选择材料并科学应用具有重要意义。本文通过对化工机械设计中的材料选择及应用进行分析, 以期提升化工机械设计水平, 满足机械设备运行需求。
关键词：化工机械,设计材料,选择,应用
参考文献
[1]时培玉.浅析化工机械设计中材料的选择和应用[J].化工管理, 2015, 21:150+152.
[2]张锐.化工机械设计中材料分析[J].山东工业技术, 2015, 09:16.
机械设计中形位公差的确定及选择 篇10
关键词：机械设计；形状公差；位置公差；标注公差；选择；控制
在机械与仪器仪表设计及制造工艺的设计中，公差配合与技术测量与设计、制造及质量控制等方面密切相关，其精度的要求是靠尺寸公差、形状公差、位置公差来保证的，是优化产品质量的可靠保障。在现代工业飞速发展、产品换代频繁的新形势下，其重要性尤为明显。如何合理并正确地确定被测要素的形状位置公差公差值，是一项十分慎重的工作。
1 形位公差和位置公差的关系及选择
经过加工的机械零件表面，不但会有尺寸偏差，而且会有形状和相对位置的误差，这些误差会影响零件的互换性。为此，国家标准规定了形状和位置的允许变动量。
位置公差是关联实际要素的方向或位置对基准所允许的变动全量，形状公差是单一实际要素的形状所允许的变动全量，位置公差的公差带包容整个被测要素，因此，在很多情况下，位置公差是能够控制形状误差的。如在定位公差中，同轴度可以控制轴线的形状误差，对称度和位置度可以控制平面度误差。又如在跳动公差中，端面全跳动可以控制平面度误差，径向跳动可以控制圆度误差，径向全跳动可以控制圆度、直线度，圆柱度误差。所以.在确定形状公差和位置公差过程中，一旦位置公差给定后，当作用上已能够控制相应的形状误差，且能满足使用要求时，就不必再提形状公差的要求了。
2 形位公差值的确定
正确选择形位公差项目和合理确定其公差等级及公差值，能保证零件的使用要求，提高经济效果。
确定形位公差值的方法，有类比法和计算法两种。常用的是类比法。计算法一般很少使用.只有在高精度要求的场合才用。在零件加工中，由于受到机床精度的限制，故在己加工完成的零件上，所有要素都存在形位误差，但不是所有要素都要在图纸上规定形位公差。只对高精度要求的要素才注公差值，而对精度要求比未注公差值还低的也应注出，表示不必提高要求。在选用公差值时，以满足零件的功能要求为前提，兼顾经济性和测量条件等因素，尽量选用较大的公差值。并应注意以下的一些问题。
3 形位公差的合理选择
3.1圆柱度与圆度、直线度的选择
圆度公差控制回转体垂直于轴线正截面内的形状误差；素线直线度公差控制圆柱体轴线方向截面内的形状误差；圆柱度公差用来控制任一正截面和轴线方向截面的形状误差。因此，圆柱度公差完全能控制圆度和素线直线度误差。当回转体给定了圆柱度公差后，一般就不必再给出圆度或素线直线度公差要求。当然，从检验的角度来考虑，圆柱度的检测比圆度与直线度困难，所以，对于一般精度的圆柱体零件，还是用圆度与直线度来控制为好。
3.2圆柱体素线直线度与轴线直线度的选择
圆柱体素线的直线度公差是用来控制圆柱面上素线的形状误差。轴线直线度公差是用来控制圆拄体轴线的形状误差。尽管它们控制的被测要素不同，但它们之间是有联系的。如果轴线存在直线度误差，一般也会存在素线直线度误差。而轴线直线度误差与素线直线度误差在同一截面上且方向相同时，反映到素线上的直线度误差就是二者之和。如果方向正好相反，则可补偿。因此素线直线度公差可控制轴线直线度公差。对于有直线度要求的圆柱体零件以标素线有线度公差为好。一旦给出了素线直线度公差就不再给出轴线直线度公差。但在选择公差项目时，还应根据具体情况确定。如对圆柱体直径公差要求不高时，可选轴线直线度公差。对圆柱体直径公差要求较高时应选用素线直线度公差来加以控制。
3.3端面圆跳动与垂直度的选择
端面圆跳动不仅反映端面的任一圆周上各点沿轴线相对的位置关系，而且也能反映该圆周对基准轴线的垂直关系。却不能反映整个端面对基准轴线的垂直关系，只有垂直度才能反映整个端面对基准轴线的垂直关系。端面对基准轴线的垂直度是端面位置（端面圆跳动）和形状（平面度）误差的综合反映。显然，端面圆跳动误差为零的零件，其垂直度误差仍可能存在；相反，垂直度误差为零的零件其瑞面跳动也等于零。所以，如果采用端面圆跳动来代替垂直公差，其结果会降低精度，不能满足使用要求。但从检测的角度来看，端面圆跳动检测较垂直度检测简单得多，因此在选用这两个项目时，应分析零件的作用。如果端面对基准的垂直度精度要求不高的零件，如齿轮毛坯或一般起固定连接作用的端面，以及低速运动旋转轴上的轴肩等，应优先选用端面面跳动；对垂直度有一定要求的零件，如车床花盘、立式车床工作台等，则必须注出垂直度公差要求。
3.4径向圆跳动与同轴度的选择
同轴度是指基准线和被测轴线之间的位置关系。径向圆跳动是指被测旋转体表面在同一横截面内实际表面是备点到基准轴线间距离的最大变动量，两者所控制的要素不同。但是，径向圆跳动是一项综合性误差，它不仅包括被测轴线对基准轴线的平移和倾斜及轴线弯曲等同轴度误差，还包括同一横截面的圆度形状误差。所以，径向圆跳动与同轴度之间也有密切联系。当圆柱面轴线对基准轴线有同轴度误差时，即使形状误差为零，也有径向圆跳动，且圆跳动误差等于或大于同轴度误差。相反，当存在径向圆跳动误差时，同轴度误差可能很小，甚至为零。从检测的角度来看，检测径向圆跳动误差方法比检测同轴度误差简单。所以，在选用这两项公差时，在应满足零件使用要求的前提下，优先选用径向圆跳动公差，这样既能满足要求，又便于测量。
参考文献：
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材料选择机械设计 篇11
随着我国经济的发展, 自我国加入WTO之后, 我国为满足经济发展的需求, 加大了对高速公路的建设与投入。在我国, 目前有90%以上的高速公路路面以沥青路面为主, 而随着近些年各类交通工具的大批量增加以及国民经济的增长, 使得公路交通在运输过程中出现车流量过大、超载、超速等现象, 且呈现出日益严重的态势。这对沥青路面的性能和使用寿命带来了严峻的挑战, 因此, 必须加强对高速公路沥青路面的施工质量的控制, 而对沥青路面的施工质量控制的关键在于科学合理地选择施工机械。沥青路面的施工内容主要包括:沥青混凝土的制备、沥青路面的铺设、沥青混合料的运输以及对路面的压实, 而在上述施工过程中, 涉及的机械化操作较为频繁, 合理地选配施工机械是其重中之重。
1 高速公路沥青路面施工概况
1) 在高速公路沥青路面的施工中, 最为关键的部分是热拌沥青混合料。而要保证热拌沥青混合料的质量, 控制沥青混合料的组成材料质量是关键。
热拌沥青混合料的材料组成一般包括:粗集料、细集料、填料、沥青、抗剥落剂、纤维、阻燃剂、温拌剂等。
(1) 粗集料为碎石。它应洁净、干燥、无风化、无杂质, 具有足够的强度、耐磨耗性。热拌沥青混合料用的粗集料颗粒应接近立方体, 一般分四级加工堆放。粗集料的粒径规格应符合图纸要求。
(2) 沥青混合料所需的细集料一般包括天然中粗砂、机制砂和粗集料加工的0~2.36部分。细集料应干净、坚硬、干燥、无风化、无杂质或其他有害物质, 并有适当的颗粒级配。细集料的规格和质量应符合设计文件的规定。
(3) 填料采用石灰岩石料经磨制的矿粉, 不应含泥土杂质和团粒, 要求干燥、洁净, 其质量应符合要求。经监理人批准, 采用水泥、石灰等作为填料时, 其用量不宜超过集料总量的2%。矿粉罐应装备有破拱装置。拌和楼回收的粉料不能用于拌制沥青混合料。
(4) 使用的沥青材料必须符合设计文件给出的等级要求。运到现场的每批沥青都应附有制造厂的证明和出厂试验报告, 并说明装运数量、装运日期、订货数量等, 沥青材料的技术要求应符合JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的相关规定, 并取得监理人的批准。承包人应于施工开始前28 d将拟用的沥青样品和上述证明及试验报告提交监理人检验、批准。除监理人另有指示外, 承包人不得在施工中以其他沥青替代。进场沥青每批都应重新进行取样和试验。取样和试验应符合JTJ 052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的规定。不同生产厂家、不同标号的沥青必须分开存放, 不得混杂, 并应有防水措施。
(5) 保证沥青与集料的粘结力, 提高抗水损害能力。要求采用增加沥青与集料间粘结力的措施, 要求掺加抗剥落剂。抗剥落剂应满足:性能优良、稳定、持久、且施工易于操作。沥青中加入抗剥落剂后, 应进行一定老化 (薄膜烘箱中加热96 h, 有条件时可在压力老化仪PAV中进行) 然后进行粘附性试验, 经过初期老化后的混合料须进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验, 并满足相应技术要求。
抗剥落剂添加设备:可使用专门的流体抗剥落剂加热存储保温罐, 通过管道混合器在沥青进入拌和楼前与沥青同步混合, 该装置能对抗剥落剂进行流速测定并显示, 且能进行总量累计显示, 当该装置的流速设定完毕后, 不能随意更改。
(6) 在SMA-13沥青混合料中掺加的纤维稳定剂宜选用木质素纤维、矿物纤维等。纤维稳定剂的质量应符合设计文件的要求。
(7) 中短隧道和长隧道进出口段的复合路面, 于沥青混合料中添加磷系阻燃改性剂, 添加阻燃改性剂后沥青氧指数要求≥24%, 掺加剂量约为沥青总质量的10%。
(8) 为减少隧道内沥青混凝土路面施工时的尘烟污染、降低施工温度, 隧道复合路面的上、中沥青混凝土面层施工时, 建议掺加温拌沥青改性剂, 掺量宜为沥青总质量的2%。
2) 对沥青原材料准备好之后, 第二步是开始进行沥青混合料组成设计, 应按目标配合比设计、生产配合比设计和生产配合比验证三阶段进行沥青混合料的配合比设计。沥青混合料配合比的设计与检验应按JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》附录B、C或D规定的方法进行。
3) 沥青混合料拌合、运输、摊铺、碾压施工。质量控制关键有“三度”, 即:温度、厚度、压实度。热拌沥青混合料的施工工艺及温度控制见表1。
其中, 对沥青混合料的摊铺是此环节的关键, 必须根据施工机械类型、程序设置、夯实效率等通过试验路铺筑来确定沥青混合料松铺系数, 其详情如表2所示。
2 沥青路面施工机械的选配研究
通过上述高速公路沥青路面施工概况分析, 可以清晰地了解到, 在沥青路面施工中所用到的机械设备相当繁杂, 因此, 以下将着重对沥青路面施工机械的选配进行详细研究与探讨。
2.1 沥青混凝土拌合机的选择
沥青混合料在配制完成后, 就开始使用拌合机对其混凝土进行搅拌加工。拌合机是高速公路沥青路面施工中不可缺少的机械设备, 而拌合机的选型关乎沥青混凝土最后的成土质量, 科学合理的选型不仅可以保证沥青混凝土的质量, 还可以避免不必要的浪费, 提高搅拌效率。因此, 如何对沥青混凝土拌合机进行科学合理地选型是关键。首先, 要对具体工程的路面设计进行仔细研读, 对工程现场进行科学地勘察, 对工程每个实施阶段所需要的沥青混凝土的量进行预估, 并且分步骤的加以量化, 初步确定选定拌和机的生产能力;其次, 要考虑拌合机的加热燃烧器, 对其雾化、燃烧、点火、升温等功能进行操作前的试验, 对试验结果进行记录与评定, 燃烧器是多燃料型还是单燃料型, 能否符合施工工地对节能环保方面的要求, 将最后结果的优化程度作为选型的重要考核指标;再次, 对拌合机的电子称重传感器进行检定, 因为传感器的精度大小关乎拌合机对配合比执行的准确度, 电子称重时, 传感器的质量允许偏差应≤0.15%;最后, 高速公路施工一般要求:沥青混合料拌和机产量不低于240 t/h, 采用间歇式拌和机, 必须配备计算机设备, 拌和厂应在设计、协调配合和操作方面, 都能使生产的沥青混合料符合工地配合比设计要求。在遵循上述四个选型原则后, 对于拌合机的选型, 可以让选型工作变得更加科学可靠, 且优化拌合机的选择。
间歇式拌和机生产率计算公式见式 (1) 。
式中Gj—每拌制一份料的质量, kg;
2.2 摊铺机的选配
合理地选择摊铺机, 可以提高高速公路沥青路面的铺筑质量和铺筑效率, 并对摊铺速度进行有效的确定, 从而保证摊铺施工的连续性作业。如何科学合理地选择摊铺机, 需要对摊铺速度、搅拌设备的生产速率、以及摊铺厚度和宽度进行计算。将计算结果作为摊铺机选配的重要依据, 来指导选机工作。沥青混合料摊铺机的生产率以每小时的吨数来计算, 计算公式如下见式 (2) 。
式中h—铺层厚, m;
B—摊铺带宽, m;
υ0—摊铺工作速度, m/h;
ρ—沥青混合料密度, t/m3;
KB—时间利用系数, 0.75~0.95。
根据JTJ032-1994《公路沥青路面施工技术规范》中的相关标准, 结合本人施工经验, 摊铺工作速度应控制为2~5 m/min之间。为了满足较高的施工要求, 笔者近年参与的高速公路沥青路面施工均选择福格勒2100-2型履带式摊铺机。此类型的摊铺机灵敏度高, 技术含量过硬, 采用全电脑控制, 且最大摊铺宽度可达12 m, 具有高强度夯实、单层振捣力度大等优点, 夯实及振捣能自动随摊铺速度进行调整, 能保证路面的摊铺质量。配备于摊铺机的电子平衡梁有接触式与非接触式两种, 目前使用较多的是多个超声波传感器、多探头 (MOBA平衡梁有36个探头) 的非接触式平衡梁, 能极大提高摊铺路面的平整度。
2.3 沥青混合料运输自卸车的选择
沥青混合料对运输自卸车具有严格的要求, 运输自卸车必须符合国家相关规定, 证照齐全。运输自卸车技术状况良好, 货箱平整、密封性好, 且应加有保温层, 按要求配备篷布用于混合料的覆盖。如果自卸车配备不足, 对沥青混合料的运输不够及时, 可能造成整个沥青路面摊铺施工的间断与搁置, 同时还会影响沥青混合料的温度, 最终影响沥青路面的平整度与压实度。因此, 要对混合料的运输自卸车进行严格配置, 根据沥青混合料的生产能力G0 (t/h) 、自卸车的载重能力 (高速公路沥青路面施工一般要求运输自卸车的载重能力大于15 t) G (t) 及运输时间等因素而定, 可按式 (3) 计算:
式中t1—重载动程时间, min;
t2—空载动程时间, min;
t3—在工地卸料和等待的总时间, min;
T—拌制一车混合料所需的时间, T=60G0/G (min) ;
a—储备系数, 视交通情况而定, 一般取a=1.1~1.2。
另外, 沥青拌合场及摊铺现场均需有3~5辆等候自卸车。
在实际工程中, 要根据工程的具体情况和具体参数, 进行代入计算, 得到最优的运输自卸车辆配置。
2.4 压实机具的选择与配置
压实机具主要用于压实作业, 而碾压施工关乎沥青路面结构的压实度、平整度等重要质量指标, 且压实环节较为复杂, 流程较多, 碾压阶段所用压实方式也不尽相同。另外, 压实机的选择与配备受混合料的性质、沥青层摊铺厚度、摊铺速度、温度、碾压速度等的限制, 因此, 必须根据具体施工情况进行机械的选择与配置。
通常情况下, 一个AC-20C沥青混合料施工作业面一般配备4~6台压路机。其中轮胎压路机2~3台, 且轮胎压路机不低于26 t, 双钢轮震动压路机2~3台, 且双钢轮压路机不低于10 t。一个SMA-13改性沥青玛蹄脂碎石表面层施工作业面必须配备11T以上双钢轮振动压路机4~5台。还应配备小型振动压路机1台。SMA-13施工不能使用轮胎压路机。另外, 桥面铺装不得采用振动碾压, 应使用振荡式压路机, 目前常使用的振荡压路机主要是进口机型, 如宝马BOMAG、悍马HAMM。在沿着缘石或压路机压不到的其他地方, 应采用小型振动压路机或振动夯板把混合料充分压实。
在压实沥青路面过程中, 整个施工过程分为初压、复压和终压, 每个阶段所需要的机型、要求的碾压遍数和碾压速度都不尽相同, 为保证压实度和平整度, 初压应在混合料不产生推移、开裂等情况下尽量在摊铺后较高温度下进行。初压严禁使用轮胎压路机, 以确保面层横向平整度。笔者根据多年经验, 将碾压阶段压实机的选型与压实速度标准总结如表3所示。
实际施工时, 通过铺筑沥青混合料试验路选择压路机组合方式和碾压遍数。
高速公路沥青路面施工机械还涉及沥青洒布车、稀浆封层车、碎石同步封层车等, 其选择应满足设计文件要求, 且能满足施工进度、质量、安全及环保要求。
3 结束语
综上所述, 我国道路工程是促进我国经济发展的重要载体和保障, 而沥青路面是我国高速公路的重要结构之一, 必须科学合理地选择沥青路面的施工机械设备, 保证其结构和层位的稳定性、提高施工效率、优化沥青路面的面层。而在确保上述工作质量的基础上, 对施工机械的选择承担了其大部分的任务, 因此, 在选择过程中, 要结合具体的公路施工情况和施工结构, 计算和总结机械选型的标准和依据, 从而更好地指导选型工作。选型工作做好了, 既可以推进施工进度, 又能保证工程的施工质量, 从而规范我国沥青路面的施工, 推动我国交通运输业和国民经济的发展。这就需要社会各界和行业人员在长期实践过程中, 不断研究与总结, 将科学的方法努力应用到选型工作中来, 为高速公路沥青路面施工机械的选择而做出不懈努力。
摘要：高速公路承载着我国经济运输与发展的重大责任, 是经济发展的重要前提。而在我国高速公路建设中, 公路面层的混合料基本以沥青为主, 对高速公路沥青路面的施工所涉及的机械设备繁多复杂, 机械设备的选用关乎高速公路沥青路面的施工工艺、施工技术、施工方法等, 在沥青路面的施工中发挥着重要的作用。本文通过对各施工机械的施工能力的分析与计算, 对高速公路沥青路面施工机械的合理选择与搭配给出科学合理的方法, 并结合具体工程实践案例加以说明。
关键词：高速公路,沥青路面,施工,机械,材料
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