机械设计中的材料选用分析刘明

机械设计中的材料选用分析刘明

刘明

山东鸿运工程设计有限公司山东省济南市250103

摘要：科学进步发展的同时，伴有的还有大量的环境污染与材料浪费问题，虽然我国工业机械化建设是不断增强的，但机械化建设的发展本身就是过量消耗和浪费的根源。为了使珍贵机械材料得到合理选择和使用，避免过度浪费和高消耗，当下坚持可持续发展方向是正确道路，希望通过本文对机械设计需求和材料特征分析的详细叙述，可以让更多的人合理选择和应用材料，另外，安全环保的绿色无污染经济适用材料，必然是今后机械化发展的新趋势。

关键词：机械设计；材料；选用

1机械设计的选材重要性分析

机械设计中的重点是材料的应用选择，对机械来说，材料至关重要，它的好坏可以影响到自身的功能与质量，现下资源稀缺情势下，机械设计必须本着材料正确应用选择的可持续原则，注重材料的经济性能与质量，这也是保证工业正常发展需求的一大策略，随着全球一体化经济建设的发展，城市建设规模持续扩大，机械工程在整个国民经济中的发展地位越来越重要。当前很多机械设计原材料已经被消耗透支，无法满足正常供应，单以科学发展观来看，实现材料选用的经济、环保性，是以后发展的必然趋势。因此充分利用每一份机械材料，是机械选材应用过程中各个要点内容的发展焦点。

2机械设计中常用的材料

2.1金属材料

在机械设计中所选用的材料中，金属材料是应用最为广泛的。在金属材料中最为常用的是钢和铁，之所以这两种材料选用较多，主要是因为钢和铁的强度以及韧性相对较强，而且价格低廉，容易获取。而且可以在其中加入一些其他金属材料制成合金材料，经常被应用到各类机械零件中，金属材料也是机械设计的主要基础材料。

2.2高分子材料

随着我国科学技术的进步，高分子材料逐渐出现在人们的生产生活中，而且高分子材料有着其独特的优势，因此在机械设计中，占比越来越大。在高分子材料中应用最多的就是塑料、合成纤维等，这些材料具有来源广泛，延展性很强等特点，而且在制作过程中消耗的能源非常少，受到了人们的重视，但是最近几年，人们逐渐发现塑料制品能够产生“白色污染”，因此就目前来说人们需要一种更加环保的高分子材料。

2.3复合材料

所谓复合材料就是指由两种或者以上材料通过物理或者化学方法结合在一起的材料。一般来说复合材料会同时具有两种材料的优点，因此对于一些要求相对复杂的机械设计，复合材料是首选。而且复合材料又分为金属材料和非金属材料，常见的复合材料有合金、树脂等材料。

2.4陶瓷材料

组成陶瓷的主要成分是硅，因此陶瓷材料具有密度低、硬度高、耐腐蚀等特点，因此在一些对密封性要求比较高的机械设计中可以选择陶瓷材料，但是陶瓷材料也有自身的缺点，造价高而且容易破碎，因此应用范围相对较小。

3机械设计中材料的选择和应用注意事项

3.1注重材料的经济适用性

对机械材料选用来说，首先就应该注重经济实用性。设计人员应当从机械设计整体构造及它的生产、装配和铸造工艺进行综合性分析，然后结合实际情况来选择一些高质量、低价值的材料，最大程度开发出材料价值，而且还要保证设计需求的满足，将应有功能发挥出来。比如某项机械铸造中需要材料拥有流动、吸气及收缩等性质，而锻造工艺则需要材料具有的冲压、可锻性及断后冷却性良好，焊接在工艺上则要求敏感性与适用性较高，机械加工因材料的不同特性和设计工艺需要，因此它们的工艺需求都不一样，应当在满足其需求的情况下，考虑经济适用性。

3.2注重材料的环保节能性

今时今日，当今时代中占据一席之地的便是节能环保这一话题，随着社会经济与科学发展的不断进步，人们普遍意识到资源的剧烈消耗与破坏问题，所以开始渐渐加强环保意识，环境保护一度是焦点问题。环境问题中包括很多类型问题，资源的过度消耗便是其中非常明显的一种。所以，我国机械发展也开始在材料选择上重视起节能与环保性，机械设计人员的设计理念必须与国家可持续发展相吻合，这样一来，低能耗污染的工程材料变为实现资源利用高效性的发展首选，起到着对不可再生资源的节约作用。

3.3选材的可持续发展性

机械设计的整体选材过程，都要建立在可持续发展战略的轮廓之上，所以从这一实际设计需求为出发点进行考虑，选材必须要遵循的三个原则为：潜力的充分发掘、材料特性的综合考虑、对现实设计应用具有针对性。

4材料的选择和应用

4.1实用性机械选材

机械材料的选择应用中，实用性为第一。一些机械设计中常常需要根据设计工艺指标对材料进行一些切削、热处理或锻造等。这些都要求材料必须具有严格的特征，可以针对工艺上的特点进行各种特性材料的需求满足，在保证生产前提下，保证零件是符合机械设计要求的。因为零件加工必须要考虑材料是否满足耐磨和强度要求，外观上的加工可能还会具备一些特殊要求，所以根据这些不同的材料需求特征，加工材料应当在满足合理需求的情况下，考虑其是否具备实用性。

4.2载荷型材料选用

有时会在机械设计加工时出现材料失效的现象，甚至有时在机械运行状态下的机械零件都有可能会出现这种状态，又或者是失效抑制问题，造成这些现象的根本原因就是材料的负荷能力差异造成，因此，为了让机械更好的运行，不出现超出正常范围的应用状态，应当对机械设计材料严格进行掌控，做到合理选择，尽可能的选择一些荷载能力比较良好且性价比较高的材料。

4.3低能耗机械选材

可持续发展战略已经充分渗透于各个行业之中，机械设计这个领域的可持续发展更为重要，因此必须保证材料的选择可以满足无污染、低能耗两个应用条件。机械设计时的材料加工可以进行消耗与环保方法的重点考虑，在具备影响力较大的几个加工处理工种上严格筛选材料，比如，热处理这项工艺，它对机器设备的寿命及性能有着非常大的影响，且造成严重的环境污染。因此，尽量对这项工艺过程进行规避，是明智之举。可以在设计中选择一些冷、热轧状态下依旧可以发挥良好性能的材料。如果一定要进行热处理加工，应当在材料的选择上，本着容易处理的材料，方便简化处理流程，减少污染和消耗。

4.4无害机械材料应用

很多机械设计中的材料都有危险元素，Ni元素就是比较典型的一种。这类元素对环境有污染，甚至对人造成永久性伤害。因此在材料选择时，应避免材料带有有害物质，也避免不合格材料混入其中，进而被用到机械设备里产生不良影响。

4.5可回收材料应用

部分设备的零件是金属制成，金属又是贵重品且产量稀少，但其在机械化建设中因不断被消耗而变得比较稀有，这也是机械化发展受到限制的一个因素。钢材的应用在机械设计中十分常见，而且种类多，回收起来也比较困难，所以也经常造成材料的浪费，因此我们在选材中，一方面要保证行业的发展可持续性，另一方面也不能忽视材料的可回收性，应辩证考虑。

5结论

随着我国工业化进程的不断加快，我国的机械化程度也越来越高，不仅是工业生产车间应用到一些机械设备，甚至一些家庭中也逐渐出现一些机械设备，其应用范围越来越广泛，也给人们的生活生产带来了极大的便利，因此在机械设计过程中，为了保证机械设备的安全性和实用性，必须合理选择材料，从而保证人们的生命财产安全。

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