機械設計中材料選擇和應用思考

蔡勝

【摘 要】本文首先分析了機械設計中的材料選擇，例如功能性材料、合金鋼與碳素鋼材料、載荷類型材料、低消耗材料等。隨后文章提出了機械設計中材料使用應該注意的問題，例如經濟性和適用性的有效統一、注重設計的環保節能效果、注重材料的實用性等問題，希望能給相關人士提供一些參考。

【關鍵詞】機械設計；材料選擇；應用思考

在機械生產過程中最為重要的環節就是機械設計環節，要重視材料的合理選擇與使用，機械材料的選擇決定了機械生產的整體質量，同時可以促進機械制造行業的可持續發展，為此，機械制造的相關管理人員應該重視其機械材料的合理應用于選擇，從多方面角度入手，考慮到材料的實際使用性能與范圍，通過對材料的合理選擇來提高機械制造行業的整體經濟效益，并實現環境保護的目的，提高人民群眾的生活質量，促進我國綠色經濟的持續發展。

一、機械設計中的材料選擇

（一）功能性材料

在選擇機械材料時，要注意制造部件的不同，對于功能性質的要求也有所不同，為此在選擇機械材料之前要詳細掌握材料的不特性，從而保證在選擇材料時能夠滿足部件的應用需求。例如部分機械零件需要在機械制造中安裝到需要較大支撐力的部位，而部分機械零件則需要安裝在具有較強耐磨要求的位置。有的零件則是需要具備良好的外觀條件，主要的作用就是美化作用。由此我們可以看出在選擇安裝零件時，需要對設計整體結構有一個大致的了解，同時掌握不同部位的不同功能要求，隨后在根據個性化的設計需求來選擇高性能的機械材料。

（二）合金鋼與碳素鋼材料

在進行機械設計時，所使用的最為普遍的金屬材料就是碳素鋼材料。碳素鋼這種材料的加工過程十分簡單，同時所需要的施工成本也比較低，但是實際應用范圍卻有所限制。碳素鋼的硬度和韌度都比較差，因此不適合大尺寸零件的加工過程。而在這總情況下，合金鋼應運而生，相關研究人員通過將合金元素添加到碳素鋼的制造之中，從而產生合金鋼，有效提高了碳素鋼自身的硬度和韌性，這一過程就如同對碳素鋼進行了淬透作用。除此之外，合金鋼在碳素鋼的基礎上還使機械材料的耐磨性得到了一定的提升。在特殊的實踐操作下，將碳素鋼轉變為具有良好使用性能的合金鋼，不但有效提高了材料的使用性能，還減少了資源的浪費現象，有助于機械制造行業的綠色發展。

（三）載荷類型材料

在機械產品的實際運行過程中，經常會發生一些意外問題，例如機械的內部零件突然無法正常運轉，而產生這種問題的主要原因就是沒有合理選擇機械材料，導致材料的負載能力較差。除此之外，在機械的實際運行過程中，機器經常會發生突然停運的事件，而出現這種問題的原因就是材料荷載力的影響。因此為了機械在運轉過程中有效避免上述問題發生，促進機械的順利運轉，需要對機械材料進行深入研究，在了解機械材料不同使用性能的基礎上計算好機械零件自身的負荷能力，從而為機械的正常運轉提供基礎的保障。

（四）低消耗材料

為了促進機械制造產業的可持續發展，在選擇和使用相關機械材料過程中應該在最大程度上使用環保節能型材料。比如部分產品在進行生產制造的過程中需要選擇具有較強防腐能力的機械材料來應對環境較為惡劣的施工情況，其中有的機械制造廠家會選擇塑料質量或是不銹鋼等材料，而有的生產廠家則會利用噴涂方式來實現提高機械制造的防腐效果，然而在對機械表面進行噴圖施工時，所產生的污染較大，會對自然環境造成嚴重的不良影響，從而不利于機械制造整體操作環節的可持續發展。由此相關設計者要認識到噴涂方式的不良影響，從而盡量避免使用噴涂方式來進行防腐性操作，要通過提高機械材料的自身性質來實現防腐的目的。除此之外，部分性能較差的材料，需要通過相關的熱處理操作才能有效提高材料的使用性能，但是在進行熱處理時，整個操作過程中也會對環境造成一些不良影響，由此要盡量避免選擇需要進行熱處理的材料，或是使用熱處理操作較少的材料。

二、在機械設計使用材料時應該注意哪些事項

（一）經濟性和適用性的有效統一

目前在機械設計環節選擇所使用的材料時，應該堅持適用性與經濟性有效統一的原則。在機械制造的實際操作過程中，相關生產人員應該將機械材料的實際生產步驟作為選擇參考。正常情況下，機械設計中的不同類型不僅需要不同的機械材料，所使用的實際操作技術也有所不同，在機械的切削方式、焊接工藝以及鑄造工藝等方面均具有不同的要求。因此在材料的最終使用過程中，相關設計人員為了讓機械材料的性能充分發揮出來，需要提高機械材料的適用性。與此同時，為了保證機械零部件能夠將自身效用正常發揮出來，需要合理選擇機械材料，同時在最大程度上提高材料自身的經濟性能，從而實現機械設計經濟效益的最大化[1]。

（二）注重設計的環保節能效果

國家提出的綠色持續發展戰略已經在社會中的各個行業中普及開來，而機械制造領域中引用可持續發展計劃有助于提高制造業的社會競爭力，促進制造企業的平穩持續發展。因此在使用材料時要避免高能耗和高污染的材料。可持續發展計劃在我國一直是發展的重點目標，實施可持續發展的關鍵目的是讓社會中的各層企業都能實現生產運營中的環保化與節能化。在當前的發展情況下，各個生產企業需要以相關標準規范為基礎進行科學生產建設，將國家提出的環保原則作為企業生產建設的基礎，將國家的環保建設方面的方針政策落到實處[2]。在生產機械的過程中會使用大量的無法再生的資源，假如相關生產廠家過度消耗這些寶貴資源，就可能會給機械產品的正常運行帶來一定的安全隱患，從而降低機械產品的安全性，為了減少這種事件的發生頻率，需要相關設計人員在開始就要制定好相關的使用方案，同時在操作過程中堅持國家要求的環保節能理念，在最大程度上使用污染程度較低、能源消耗較少的機械材料，同時將其當作主要機械材料來使用。

（三）注重材料的實用性

機械材料是否能夠有效應用到機械生產當中是材料選擇的基礎標準。由于機械制造中需要經過多種加工環節，同時在不同的加工環節中還有不同的技術要求，為此要選擇具有較強實用性的機械材料。比如在進行機械焊接的過程中，在基礎的焊接環境下，要使用能夠滿足焊接要求，以及具有一定焊接敏感度的機械材料，而在進行機械鍛造的過程中需要使用能夠滿足各種鍛造要求的材料。因此在機械設計中要選擇具有較強實用性的機械材料。除此之外，還要兼顧生產的經濟效益，在進行機械設計時，從機械制造的整體角度入手，在最大程度上降低材料與加工的支出費用，從而為機械制造行業的順利發展提供基礎的保障。

三、結語

綜上所述，隨著我國社會的持續發展，特別是科技的不斷進步，我國的機械設計也得到了一定的發展，而材料的選擇優勢機械制造行業的發展基礎，對于機械的順利生產具有重要的影響，為此在機械設計環節選擇相關的材料時，應該從多方面角度入手，合理選擇各種機械材料，在保證材料使用效果的基礎上，還要滿足國家的綠色發展戰略，實現我國機械制造行業的可持續發展。

【參考文獻】

[1]王翠萍.機械設計中材料的選擇和應用[J].山東工業技術，2018（09）：7.

[2]明習鳳.淺析機械設計過程中機械材料的選擇和應用[J].電子世界，2018（08）：81+83.