机械设计中新型材料的运用

机械设计中新型材料的运用

戴勇雄

衡阳镭目科技有限责任公司

摘要：在城市化进程不断加快的趋势中，我国机械世界行业也步入良性发展的轨道中，这不仅体现在机械设计理念以及机械工艺上，更是体现出对各类新型材料的优化运用。这一举措既解决了以往资源消耗多的问题，同时也更为经济环保，对机械设计行业的发展起到引领作用。本文首先分析新型材料的分类以及运用原则，其次从几个方面深入探讨新型材料运用的具体表现。

关键词：机械设计；新型材料；材料运用

材料是机械设计环节不可缺少的元素，合理化选择材料是确保机械设计行业长期发展的重要保证，所以机械设计人员要提高对新型材料的选择要求，以可持续、环保、经济为前提，优化材料资源的利用率，通过新型材料的科学选择与合理化应用，助推机械行业的稳定发展。

一、机械设计中新型材料的分类

（一）金属类材料

金属类材料是所有机械加工材料中应用范围最广的，可以达到至少90%。钢铁不论是韧性与强度都相对较高，可以满足多种机械加工的要求，并且我国钢铁产量连续25年位居全球首位，少部分地区还会存在资源过剩的现象，所以价格也是经济低廉，是使用率最高的金属材料。但是钢铁材料在实际应用中有高污染、高能耗的弊端，需要以金属材料为基础进行新型材料的开发，以确保生产与环境之间能够始终保持平衡关系。

（二）高分子材料

高分子材料是新型机械材料的代表，包含合成纤维、塑料等等。高分子材料的延展性特点非常突出，机械制造阶段也不会有过多的能源消耗，也是这些优势让高分子材料在机械加工环节受到广泛应用。但是塑料材料的应用却存在难以降解的问题，大量生产废料的堆积，也势必会对环境带来影响。

（三）复合材料

借助化学或者物理手段将两种或者多种材料加以复合，所形成的复合材料在性能方面具有显著的应用优势，能够满足不同机械加工工艺的要求。复合材料具有耐摩擦、耐高温、耐腐蚀的特点，比如应用在机械设备的转动轴中，既能确保转动轴的平稳转动，也能减少运行中的噪音问题。

二、机械设计中新型材料的运用原则

（一）经济性

在机械设计环节对于新型材料的应用，首先要注意材料的经济性。机械设计人员本身要全面了解各类材料的结构属性与使用性能，在此基础上根据产品设计要求、材料性能要求等做出综合性选择。同时从已经选择的材料具备的经济性因素出发，大致计算出所选择材料所需的成本投入、购置数量、购置规格，在满足使用要求的基础上，尽量选择使用价值更高的材料。从而在满足机械设计要求的同时，为企业增加经济收益，让企业在市场竞争中占据成本优势。

（二）环保性

社会的快速发展对资源环境造成极大的压力，机械设计工作中对于新型材料的运用要始终坚持环保性原则。目前我国已经从法律制度、政策规定两个方面作为抓手全面落实环境保护工作，社会群体的环保意识也在逐步提升，因此机械设计工作也要从节能与环保的角度出发。将环保性作为机械设备的一项必需功能要求，尽量运用环保型新型材料，以最大程度降低材料对环境造成的污染影响，设计出符合环保标准的机械设备，确保新型材料在使用过程中无安全隐患问题。

（三）可持续性

合理选择材料、科学使用材料也是机械设计工作中的要点，要保证材料本身具有可持续性特点。具体而言就是在实际设计阶段，在完成基本设备使用功能的设计后，要在保护环境的基础上，结合可持续使用要求对材料的性能进行二次开发。将科学与发展有机联合起来，以提高机械设备的使用效率。另外对于新型材料突出的性能优势，在机械设计环节也要加以综合运用，以帮助企业增加经济效益。

三、机械设计中新型材料运用的具体表现

（一）实用性材料

机械设备在进行生产制造过程中，需要完成切削、铸造、锻压、焊接、热处理等一系列工艺流程，为确保生产材料的使用效能，设计人员需要结合机械设备性能方面的具体要求，选择实用性优势突出的新型材料。只有如此才能保证在机械设计加工环节，材料不会在工艺加工作用力下性能受到影响，即使加工成为零部件之后，材料自身的实用性优势依旧不会改变，以保证加工产品后续应用的安全性与稳定性。

（二）载荷型材料

载荷性主要是用来衡量机械材料的功能与质量的指标，材料的载荷性能对机械设备的运行有直接影响。在机械设计与机械制造环节，材料出现断裂、蠕变、塑性变形等失效现象非常普遍，一部分因素就是由于材料本身的载荷性能有限所导致的^【1】。所以在进行机械设计时，需要全面了解对载荷材料的性能，然后针对材料性能的指标做出预判后再有针对性的进行选择，以确保材料在实际使用时的安全性。另外，还要对载荷材料的载荷能力进行反复严格的检验，这样才能符合机械设备的使用要求。选择符合标准的载荷材料才是减少材料失效现象的有效途径，以保障实际性能与当初的设计性能相一致，降低机械设备的运行风险。

（三）合金材料

碳素钢材料与合金材料在价格、生产、适用性方面都具有显著的优势，也正是因为这些优势是这中材料在机械制造行业受到广泛应用。但是碳素钢材料的韧性和坚硬度都会较弱，在碳素钢中加入一定配比的合金元素，就形成了合金材料

^【2】。合金材料可以弥补碳素钢材料的缺陷，在机械设计过程中，可以综合性考虑机械产品的性能要求有针对性的选择两种材料。比如部分零部件仅对于韧性与硬度无特殊要求，就可以选择碳素钢材料。如果是要求较高的耐磨性、坚硬度、淬透性就可以应用合金材料，按照性能要求进行材料选择让产品设计呈现出最佳的效果，使机械设备的使用周期得到有效延长

（四）无毒害材料

机械设计中所运用的材料或多或少都会存有一定的伤害性，镍、砷等化学类机械材料对人体更是会造成严重的损害，而且对于生态环境造成的影响也是不可逆的。因此设计人员要慎重选择材料，尽量应用无毒无害材料，将材料使用带来的负面影响降到最低，这样就可以在保护生态环境的同时，保护人员的身体与生命健康。不仅如此从选择材料，到之后的机械设计与加工，都要落实环保理念，放射性、化学性、毒害性材料都要少用甚至用其他符合各项条件的材料进行替换。

（五）低耗能材料

机械设计的成功与否，关键在于材料本身的性质。设计人员需要从环保角度出发，选用低耗能的材料，进而全面推进机械行业的转型升级，实现稳定可持续的发展。不仅要在机械设计环节中渗透环保理念，在加工、生产、制造等各个工作环节都要坚决践行与落实环保理念。目前市场中金属类材料的采购数量最多，该材料在生产过程中经过热处理，就必然会为生态环境造成污染，也会使能源消耗量大幅度增加^【3】。基于此设计人员可以根据实际情况用冷处理材料替代金属材料，从根源处解决高耗能强污染问题。新型材料的选择与运用尽量以可回收材料为主，设计人员要根据回收指标对材料进行分类，提高机械材料的回收率，简化材料回收处理的流程。

结束语：

综上所述，伴随社会的快速发展，我国的机械行业在最近几年中也取得了一系列的成就。在这种发展趋势下，机械行业在开展机械设计工作的过程中，要坚持以环保、经济、可持续的原则来选择材料，同时根据具体设计要求，充分发挥各类新型材料的应用优势，以保证新型材料能够得到有效应用，从而推动机械行业的稳定可持续发展，以更高水平的社会进步引领社会经济的新发展。

参考文献：

[1] 李子天. 机械设计中的材料的选择和应用分析[J]. 商品与质量, 2017, 000(035):272.

[2] 黄刚珠. 机械设计中材料的选择及使用方法初探[J]. 2021(2018-9):96-97.

[3] 齐冬梅. 机械制造中新型金属材料的应用分析[J]. 中国机械, 2019(4):2.