机械设计中材料选择及应用分析

机械设计中材料选择及应用分析

刘世锋

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摘要：在机械设计过程中，材料的选择及应用，将会对机械设计整个行业的健康、稳定发展起到重要影响。在当前形势下，怎样做好材料选择与应用，已经成为机械设计人员共同探讨的话题。本文首先对机械设计材料选择意义进行阐述，然后对材料选择与应用所需要注意的事项作出分析，并在此基础上，对材料选择与应用方法进行探讨，从而促进机械设计工作的有效进行。

关键词：机械设计；材料选择；应用分析

前言：

我国经济不断发展，城市化进程日益加快的同时，机械行业也迎来了更好的发展机遇，同时由于人们在生产生活中对机械要求的进一步提升，机械行业需把握机遇，直面用户需求，在工作中存在问题做出有效改进，进而使各个环节都能得到优化。作为机械行业的基础也是最为关键的部分，机械设计中材料选择及应用，将会对机械品质产生直接的影响。因此，需对这一问题做到足够重视，并对其中存在的问题做到有效解决，材料维护机械设计、经济发展、环境保护三者的可持续发展。

一、机械设计中材料选择意义分析

机械制造行业在我国经济发展中，占据了十分重要的地位，同时，机械行业的发展，也对我国经济发展起到了重要的保障作用，特别是当前机械行业快速发展的背景下，机械原材料的使用量的增多，使其在我国资源损耗中，占据了较大的比例。目前，在机械设计中，出现严重的原材料浪费的情况，难以对其需要做到有效满足，这与我们所倡导的可持续发展观相抵触。所以，在机械设计时，材料的选择必须做到经济、环保。有学者指出，机械设计时，材料的选择与应用，需做到科学性与合理性，不管对待哪一个机械材料，都需要做到足够的重视，保证其能够得到有效利用，并结合机械设计构造与功能来实施评估，从而使材料得到更为合理、有效的设计与应用。

二、机械设计材料选择及应用所注意事项

（一）荷载类型的选择

研究表明，很多零部件之所以失效，其原因都是因为零部件外载荷性能不足，因此，在机设计中材料选择时，选择正确的荷载材料十分重要，而做好这项工作，通常有两种措施可供参考。一是，在外载荷作用力的作用下，能够使材料发生弯曲或是扭曲，受力主要集中在材料表层位置上，也就是说，材料表面性能，对材料零件性能失效，具有较强的抑制效果。所以，在选择此部位材料时，通常考虑通过碳钢调质等方法，完成材料的加工，利用这种加工方式，可有效避免在材料生产过程，出现的损伤问题。二是，选择材料时，应当对各部位性能均匀的材料进行选择，进而使其稳定性与高效性有所保障。

（二）碳素钢与合金钢材料的选择

碳素钢凭借其优秀的加工与操作性能，低廉的制造成本，目前在机械设计领域有着诸多应用。但是，碳素钢也存在强度低、韧性不高的缺陷。所以，在热处理加工过程中，所要走的加工程序较多，这些因素导致其在应用时，受到较多限制。然而，研究人员在研究中发现，合金钢材料的应用，能够对碳素钢存在的缺陷做到有效弥补，因此受到较多设计人员的关注。

（三）注重适用性及经济性

机械设计中对材料进行选择与应用时，需对材料经济适用性做到充分考量。站在设计人员角度来思考，机械设计大致分为多少个阶段，设计人员需对铸造、装配及生产工艺做到全方位考虑，并在对设计特点做到相结合的基础上，完成对经济适用性强的材料选择过程，使得材料使用价值得到最有效开发，做到对机械设计要求的极大满足。材料性能的差异，也影响到材料选择标准与方法的变化，在满足工艺要求的基础上，需对材料性能与特征要做到有效把握。同时，还需结合工程预算，来对材料经济性做出有效考评。一般需遵循两点。一是需要对机械设计中的质量要求做到满足，二是，对于选择的材料，需对成本做出有效的考虑。对于一些能够循环利用的材料，其能够在机械设计中，做到循环利用，从而使得能源消耗得到有效降低，进而通过材料成本的降低，来促使机械设计经济效益的有所增长。

图1：部分合金钢零件

（四）注重节能性及环保性

目前，节能环保在越来越多的行业受到重视，并被提倡，同时在环境保护中，起到了重要作用。同时，在社会可持续发展政策与观念的引导下，人们对环保的认识更为清晰，环境保护也受到社会的热议。然而，在环境保护中，最大的阻碍便是资源消耗与环境污染等问题，因此在机械设计材料的选择上，需对其节能性与环保性做到足够重视，并以可持续发展为理念，来对该项工作的开展做出有效指导，在对设计需求做到极大满足的基础上，完成低能耗、低污染材料的选择，从而减少不可再生资源的应用空间。

三、机械设计中材料的选择与应用方法

（一）实用性材料的选择与应用

机械设计时，不管是材料的选择，还是应用，都需对材料实用性做到有效考虑，材料能不能满足实用性与适用性，都需要在设计时，做到充分考虑。机械设计时，材料的应用，应当对设计工艺指标与工艺方法做到有效参考。也就是说，需要结合工艺特征存在的差异，来使生产需求得到极大满足，其不仅是最根本的要求。另外，加工的零件，还需要满足设计要求，因此，对材料的外观、耐磨性、强度等各类因素都需要做到有效考虑。

（二）载荷类材料的选择与应用

机械设计当中，由于所选材料负荷能力存在差异性，因此会导致机械材料失效，从而致使机械故障等问题的发生。为了能够使机械设计得到有效开展，需在材料选择时，做到重点把控，并对材料荷载能力做出计算，保障其能够满足机械设计需求。

（三）低消耗材料的选择与应用

目前，在各行各业，都倡导节能环保、可持续发展。在机械设计材料选择与应用来说，所选择的材料，需做到能耗低、无污染。同时，在机械设计材料加工与处理时，也要对这些要求的极大满足。通常来讲，很多机械在加工时，都是采取热处理的措施，然而，热处理措施在应用时，不管是对材料寿命的来说，还是对使用性能来讲，都会造成严重的损害与影响，甚至会导致污染问题的出现。所以，在对机械材料进行选择时，尽量避免对热处理材料的应用，可以选择一些冷热轧情况下，材料性能依旧可以得到体现的材料。若是，在材料加工与处理时，难以避免对热处理的应用，那么就需要选择一些处理环节较少的材料，从而使得能耗与污染得以降低。

（四）无害材料的选择与应用

机械设计时用到的很多材料，均是危险材料，就拿Ni元素来说，该元素在使用时，不仅对造成严重的环境污染问题，也会对人体健康造成不利影响。所以，需要将这些材料存在的危害，在材料选择时，得到有效控制。这需要在材料选择时，通过对一些检测方法的运用，做到层层把关，避免因检测疏忽，造成有害材料在机械设计与机械设备中得以出现。

（五）可回收材料的选择与应用

机械设计时，所用到的很多零部件，均用到金属成分，然而，金属产量十分有限，当机械建设消耗的金属过多时，就会对机械化发展造成不利影响。例如，机械工程中对钢材应用较多，但是钢材也存在型号与种类的差异，这些种类繁多的钢材，使其在回收时，出现较大的难度。同时，若是当类型不同的金属元素掺杂在一起后，便给回收工作造成更大的麻烦，使得资源浪费严重。

图2：电解镍材料

总结：

机械设计在机械行业中具有重要作用，材料选择应当得到重视，机械设计材料选择与应用，需要从行业、社会、经济的可持续发展角度出发，不仅需要满足经济社会生产需要，还要考虑材料的实用性、环保性、经济性，减少社会污染、能源消耗。只有对材料性能进行综合评估，方可满足机械行业长远发展需求。

参考文献：

[1]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(12)

[2]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(02)

[3]刘洋君.机械设计中的材料的选择和应用[J].湖南农机.2012(09)