機械設計中材料的選擇與應用

郭立方

【摘 要】在全球資源緊張和環境保護的大背景下，未來的社會發展的方向勢必是可持續發展方向。因此，在機械設計材料的選擇和應用上，也要符合可持續發展的要求，才能跟上時代的發展。本文探討了機械設計中材料的選用思路和策略。

【關鍵詞】在機械設計；機械；選擇；應用

在機械設計中，對材料的選擇和應用是至關重要的環節，科學合理的選用材料，是實現機械產品質量耐用、價格合理、使用壽命長的基礎和保證，對機械行業的健康發展有重要的現實意義。在全球資源緊張和環境保護的大背景下，未來的社會發展的方向，勢必是可持續發展方向。因此，在機械設計材料的選擇和應用上，也要符合可持續發展的要求，才能與時俱進，跟上時代的發展。

一、機械設計中材料的選用思路

首先，重視材料的經濟性和適用性。經濟性和適用性是機械設計中材料的選用首要考慮的問題。對設計方案確定之前，要充分考慮機械加工制造過程中的鑄造溫度、加工工藝，裝配順序和焊接時間等因素，根據機械用途，合理選擇機械材料，當材料具有同樣的性能時，盡量選用價格低質量輕的材料，可以在很大程度上發掘材料的利用價值。在機械加工過程中，必須保證材料滿足吸氣、收縮、抗彎和流動的要求。在鍛造加工過程中，需要材料具有較強的抗磨性、鍛造性、穩定性和成品冷卻性，在對材料焊接時，需要選擇的材料具有適用性和可塑性。

其次，重視材料的節能性和環保性。節能和環保一直是社會關注的熱點。機械設計中材料的選擇和應用，與環境也有緊密的關系，如果沒有考慮材料的節能性和環保性，很有可能對造成環境破環，資源浪費。所以在對材料進行選用時，必須重視材料的節能性和環保性，盡可能選擇耗能少、污染小的材料，從而提高材料選擇的科學性。

再次，重視材料的可持續發展。可持續發展是我國重要的發展戰略，在機械設計中材料的選用中，材料的可持續發展是重要的發展趨勢。機械設計必須滿足可持續性發展的要求，要優先選用能耗低、環保的加工材料，在對材料加工處理的方法上，要采用環保的加工方法。機械的熱處理加工會降低機械材料的使用年限，材料性能也會受到很大影響，還對空氣環境造成不良影響。因此，要減少熱處理加工方式的使用，盡可能采用冷處理的加工方法。

二、機械設計中材料的選擇與應用策略

（1）選用實用性好的材料。選擇機械材料的首要標準，就是選擇實用性好的材料，因為機械工程存在多種加工環節，每個加工環節都有不同的要求標準。必須根據不同種類的工藝要求，有針對性的進行材料的選擇和應用，從而在滿足實際生產需要的同時，保證加工完成的零件能夠達到機械設計的要求。例如：在焊接的環境中需要機械材料要符合焊接的材料標準和對焊接的敏感性，在鍛造環境需要機械材料適應鍛造環節中的各種苛刻要求。所以，選擇機械材料的同時，要滿足機械工程的實用性要求，選擇材料之前，要根據機械設計的材料要求進行分析，選用實用性好的材料，有利于材料的合理使用，避免浪費。

（2）選用性價比高的材料。考慮經濟成本是選用機械設計材料的重要要求。不同的機械設計材料具有不同的性能特點，在機械設計的過程中，設計人員要根據設計過程中的具體步驟進行分析，詳細了解材料的使用性能，結合各個過程的設計特點，選擇性價比最高的機械材料，最大程度發揮材料的使用價值。此外，還要考慮機械設計的整體預算或者階段預算，深入分析，在滿足機械設計標準的基礎上，確保選擇的材料都是性價比最高的，盡可能的降低材料成本。特別是那些可以循環利用的機械材料，應被優先選擇，從根源降低能源消耗，有效控制機械設計過程的成本，提高整個機械項目的經濟效益。

（3）選用低能耗、低污染的材料。在進行材料選取和應用前，要明確材料選取的準則，以低耗和低污染材料為主。其中包含兩個方面：首先，盡可能避免工作之后需要熱反應來處理材料。應用熱反應進行處理的材料，影響零件的使用時長，并且這種工藝形式會污染環境。在材料選取方面，要選擇無論在熱軋狀態還是在冷拔狀態下都能自由發揮本身性能的材料；其次，選擇熱處理程序比較少的材料。當選擇的材料必須熱處理的時候，就選程度最少的一種。

（4）選用可循環利用的材料。機械設計中的材料類型較為豐富，其中很多都是能夠回收利用的。金屬材料種類很多，采用也較多，例如鋼材的種類就有很多種，低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、各種合金鋼等。每一種金屬材料的回收難度是不同的，有的容易回收，而有的回收起來則比較困難。在機械設計中，在同等條件下，要盡可能選用回收方便、可循環利用的材料，讓資源得以回收利用，不僅能夠節約成本，避免浪費，而且能夠提高資源的利用率，進而推動機械領域的可持續發展。

（5）選用荷載能力滿足要求的材料。材料的荷載能力是材料性能的一個非常重要的方面。如果荷載能力達不到要求，材料在加工過程中就有可能發生斷裂、失效等情況。即使在加工過程中沒有出現故障，在使用中也很容易出現故障，縮短機械設備的使用壽命。因此，為了最大程度的避免機械材料在機械設計和處理的過程中，有可能發生的材料失效的問題，以及當零件組裝在機械中，機械開始運轉之后可能發生的抑制失效的現象，要在機械設計中，要認真仔細的選擇和應用材料，重視材料的載荷能力，并對材料的載荷能力進行提前的估算，進而結合具體的需要，選擇載荷能力較好、性價比較高的材料。在根據荷載能力選材時，材料的荷載能力需留有一定的余量或者安全系數。越是重要的場合，越是對安全要求高的場合，安全系數越大。如果所選材料的荷載能力不清楚，則需要用實驗的方法進行測試，這樣才能進一步提高機械設計的科學性和合理性，從而降低問題出現的可能性。

（6）選用符合可持續發展原則的材料。保護自然環境、環保節能是現代社會的重要發展理念，是我國可續發展的重要方針。為了避免存在危險的材料對環境造成破化，威脅人們的身體健康，在材料的選擇和應用時，要對材料進行嚴格的檢查，避免有害材料的使用。在選擇機械材料時，選擇節能型和環保型的材料，既要求材料符合機械設計要求，還要符合經濟與環境可持續發展的要求。在整個機械設計中，盡量多選擇可循環利用的材料，減少加工原資源的消耗，降低整體機械設計成本，實現經濟效益的最大化，最大限度的發揮機械材料的最佳性能，真正做到低能耗、低污染，實現經濟資源可循環發展。

綜上所述，在機械設計的過程中，設計師對于機械材料的選擇和應用，要充分的考慮經濟性、適用性、環保性、節能性、荷載能力，重點關注材料的可持續發展，以促進我國經濟的可持續健康發展。

【參考文獻】

[1]許大林.機械設計中材料的選擇和應用[J].時代農機，2019年01期

[2]陳奇.機械設計加工需注意的問題分析[J].南方農機，2018年20期

[3]劉小軍.機械設計加工中的材料選擇問題分析[J].科技創新與應用，2017年25期