機械設計中的材料的選擇和應用

王永鵬

【摘要】 機械產品的使用范圍已經在我國各大小城市中全面擴展，機械工程設計水平也有了非常明顯的進步，特別是在融入高科技技術后，設計理念、設計思維思路以及設計方法都有了更為創新意義的轉變，現代機械設計已經得到機械事業的重視與廣泛應用，在機械設計中對材料選擇和應用特別重視，尤其是在資源短缺的現代中，保證原材料使用合理、節約利用、提高資源使用價值尤為重要，本文針對機械設計中的材料選擇與應用進行分析。

【關鍵詞】 機械設計；原材料；資源消耗；選擇；應用

如何才能夠保證機械生產過程中原材料使用正確、應用合理、節能環保是機械設計中重點考慮的問題，尤其是在現階段，我國資源逐漸出現緊缺的狀態下，資源利用更需要保證合理，并結合我國家綠色環保要求，加強資源的環保使用原則，針對再次利用重點考慮，以節能環保、經濟性高的新材料為首選，保護資源，避免浪費，減少消耗量，節約生產成本，促進機械企業經濟效益提高。

一、機械設計選材的重要性

機械行業在我國發展速度逐漸提升，大規模的生產使得原材料的消耗量也在不斷加大，原材料的選用對機械生產質量、機械性能、機械使用壽命的影響非常大。原材料作為機械的主體，在機械設計環節中，就需要針對選材方面做好相應的計劃與方案。而在如今資源損耗量越來越大的環境中，可使用資源已經呈逐漸減少的狀態發展，機械生產又是有著大量資源消耗的特點，原材料供不應求的局面直接制約了機械事業發展。如何才能夠保證選材適當，首先要對機械產品生產后的使用性能、用途、范圍等進行綜合考慮，并結合實際需要進行機械原理設計，其中新型材料的選用就是考慮內容之一。人們對新型材料的重視越來越高，其主要原因則是新型材料可具備節能環保、資源合理利用、節約成本投入、經濟性高、應用價值高等特點與優勢，已經成為機械設計中重點考慮的對象。

二、機械設計中材料選擇和應用需要注意的事項

（一）經濟性與適用性的考慮

經濟性、適用性是每一種機械產品適用結果的評價，也是原材料利用的價值體現，更是材料選擇和應用是否合理是否能滿足生產目的的總評依據。機械設計中，專業設計人員需要全面掌握機械制造過程、生產工藝、功能發揮原理、機械操作流程、組裝與焊接工藝等多方面考慮，并堅守節能環保、節約成本、保質保量、經濟適用的原則對新型材料合理選擇，從而發揮材料使用價值的最大化，并保證材料的性能、質量等能夠完全符合機械設計需要。同時還要考慮材料的適用性，嚴禁盲目使用，要根據科學分析與試驗，取得相互適應與滿足的材料進行加工，如：鑄造環節，對材料的沖壓性、可鍛性、冷鐓性以及斷后冷卻性等性能要求非常嚴格。材料的性能決定了適用范圍，機械各個環節工藝要求決定了材料的選擇，因此在設計中要對材料以及生產工藝進行全面分析與考慮。

（二）節能性與環保性的考慮

節能與環保是我國相關部門所針對節約資源、環境保護要求提出的要求，是促進新時期社會和諧發展，人們生活質量提升的必須實現的要求，而對于機械生產中，大量的能源消耗，廢棄物量的增加給資源、環境帶來嚴重的影響，為了有效控制與完善這些情況持續發生，機械事業針對機械設計中的材料選擇與應用加以高度重視，并結合相關研究專家對材料選擇與應用進行有效研究，在研究中將 材料的節能性、環保性分析作為重點。這也是新型材料投入使用時必須遵循的原則。所謂節能環保新型材料實際上就是指具備低耗能、低污染、低成本、經濟價值高等特點的材料，在機械設計中應對這類特性的材料加以重視。

三、機械設計中材料的選擇和應用

（一）實用性機械材料的選擇應用

實用性材料是促進機械生產后可被全面投入使用以及是使用價值高的關鍵，因此在材料選擇過程中，對材料的實用性應加強考慮。機械生產過程中，每一個加工環節都會涉及到材料的使用，而對材料的選擇則需要根據工藝要求以及生產需要進行材料特征、材料性質等方面的考慮，要保證材料特性能夠與鑄造、焊接等工藝要求相符，確保每一種零件加工都能與設計要求完全相符，同時機械產品生產對外觀的要求也比較嚴格，因此，零件加工前就要對加工材料的強度、硬度、耐磨等性能綜合考慮，并結合外觀加工需要，選擇合適的材料。

（二）載荷類型機械材料的選擇應用

材料失效情況在機械設計加工中是比較常見的現象，而這種情況的發生也會對機械企業造成一定的經濟損失。材料失效會導致機械生產過程中斷，也會導致機械生產后的使用過程中機械結構無法正常運行，根據對材料失效的原因研究發現，絕大部分失效的材料其負荷能力都非常低，不符合材料應用要求，因此在機械設計中材料的選擇與應用要對材料的荷載能力采用相關的實驗手段進行測算，材料荷載能力保證與設計要求、使用要求完全吻合的情況下，才可投入使用。

（三）低消耗機械材料的選擇應用

我國可持續性發展戰略應用在各行各業，對于機械設計來講，可持續性發展就必須保證設計選材和應用的低消耗、無污染特性。在機械設計中，對材料的加工處理也需要注意低消耗和環保方式和方法。在機械加工處理工種，熱處理是目前對機械材料使用壽命和性能損壞影響最大的加工工藝，而且這種加工工藝還會對環境造成重大污染。所以盡量規避熱處理加工工藝，在機械設計中可選擇冷、熱軋狀態下材料性能發揮較好的材料。如果無法避免熱處理加工，則選用處理流程簡便的材料，這樣就可以降低消耗和減小污染。

（四）無害機械材料的選擇應用

在機械設計加工中，很多材料可能回帶來一定的危險元素，比如Ni元素。這類元素不僅污染環境，還會對人體造成永久性傷害。所以需要在選擇機械材料時，注意對材料的檢測，避免有害材料混入其中，被應用到機械設備里。

（五）可回收機械材料的選擇應用

機械設計中相當一本分零件都是金屬制成，而金屬的產量有限，隨著機械化建設的消耗，已經越來越稀薄，這也使機械化發展受到限制。鋼材的應用在機械設計中比較常見，而鋼材類型眾多，對于回收工作帶來一定的困難。不同類型金屬元素混合，導致回收工作中浪費材料。所以，在保證機械工程行業可持續發展的同時，必須保證選取可回收循環利用的機械加工材料。

參考文獻：

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