機械設計過程中機械材料的選擇和應用

趙 琳

（山西省機電設計研究院，山西太原 030009）

0 引言

隨著我國經濟的迅速成長，特別是機械制造業的迅速成長，有力地促進了我國工業化的成長，對機械制造業各個部分的需求也在持續提高，機械材料的篩選以及運用是最關鍵的一環。機械設計材料的選擇決定了機械設計產品的品質，能夠達到機械制造的可持續成長。機械材料的選擇和運用始終是機械制造業的重點，篩選材料時要思考材料的運用規模和實用性，考慮材料的環境保護和經濟利益，以節省生產與環保成本，達到我國機械工業的可持續經濟和環境成長，改善人們的生活品質及生態環境的品質，給我國綠色經濟的成長做出貢獻。

1 機械設計中材料選擇的關鍵性

伴隨國內現代工業化的持續成長，機械制造企業若要生產具有更現代化的機械制造產品，就一定要合理選擇機械材料，材料對于機械設計來說是至關重要的，有關人員必須仔細選擇。在設計階段保證機械材料的實用性，注意材料的環境保護性質，以免對生活環境產生嚴重污染。全面考慮機械材料的環境保護性質，大力提高機械材料的質量，推動我國機械制造業的可持續發展，提升我國的綜合實力以及人民的生活水平。

2 現有材料選擇和運用中的問題

2.1 機械設計材料成本高

機械產品由不同機械部件組成，部件的零件組成更為復雜，行業對機械產品的質量標準較高，不僅需要硬度高，還需要滿足多類指標，增加了機械設計選材的困難度，也讓機械設計的材料成本變的極高，尤其是金屬材料的篩選。這不僅對機械設計行業的成長產生不良影響，而且對我國工業的長久發展有不利影響，這也是機械設計的主要問題之一。

2.2 機械設計應用不恰當

機械設計所制造的工業產品專業性較強，要關注對機械設計重要點的掌控。我國的大部分工業行業中，對機械設計的運用還不夠完整，基本是因為工作人員對機械設計的運用關鍵點不能充分掌控，不能全面考慮設計隱患，降低了機械設計的工作效益，不利于改善行業的資源分配，這是機械設計工作中相對嚴重缺陷。機械設計行業未來的發展前景遠大，工作人員要加強對機械設計重點的了解。

3 機械材料的不同類型

3.1 陶瓷類

工業陶瓷中的氧化鋁陶瓷和碳化硅陶瓷可在嚴苛的工作環境下部分替代金屬材料和高分子材料，其具有耐化學腐蝕、密度低、硬度高等特征。在現實運用中，常利用陶瓷類材料改造原有組件，以提高密封性，但是陶瓷類材料強度差、較脆弱、成本高。

3.2 金屬類

機械加工首先接觸到的是各類金屬類材料，國內機械加工的金屬類機械材料使用率高達99%。金屬類機械材料具有成本低、硬度高等特征，對各種機械加工工藝的適用性很強。在制造過程中金屬類機械材料獲得了普遍運用，特別是合金材料。

3.3 高分子復合類材料

高分子復合材料是通過兩種或更多種材料的物理或化學融合獲得的產品，不同的復合材料也具有不同的優異性能。在機械加工中，按照工藝要求的不同，可以選擇不同的復合材料，復合材料的種類繁多、性能不同。為滿足各種機械加工和構造的要求，合金材料其實是復合材料中的一部分，而聚合物材料實質上類似于合成纖維材料。聚合物機械材料有很多來源，涉及領域廣泛，生產聚合物材料的過程也不會損耗過多的能量，這讓該材料廣泛用于機械設計中。

4 材料選擇及其在機械設計中的應用

4.1 負載型材料的篩選

在機加工的設計過程中，最終無法應用許多類型的組件或材料，根本原因是材料及組件不具有很強的承載能力，并且無法改進組件或材料的優勢。所以，在機械加工設計階段篩選材料或零件時，一定要按照設計載荷實行篩選。最常選擇低碳鋼滲碳或中碳鋼淬火、回火。

4.2 選擇低能耗低污染的材料

不管篩選哪種類型的材料，都需要低能耗及低污染，但是不適用在要預先預熱的材料。加熱材料會污染空氣，特別是加工場所的周圍環境。因此，最合適的機械材料可以在熱軋狀態與冷拔狀態下呈現出最好的性能。如果不可避免，則需要篩選材料，使用盡可能少的預熱材料，以及篩選具有較少預熱步驟的材料。較常見的方法是運用低硬度鋼來鍛造機械零件，以使機械材料在鍛造后形成硬化層。

4.3 選擇實用材料

要篩選對機械加工有用處的材料，一定要在提前分析機械設計的材料要求，選擇機械設計中運用的材料，有利于材料的恰當使用與科學應用，而不會造成不必要的浪費。例如，某些機械加工環節一定要具有更高硬度的材料或組件，只是某些環節一定要篩選具備較好外觀的材料。因此，實際材料的選擇受到不一樣環節、要求的限制。

4.4 采用回收再利用的策略

因為金屬材料廣泛用于機械設計中，而且材料類型較多，因此鋼材種類繁多，尤其是在機械設計和應用經過中，必須將各種金屬材料相互混合，極大地降低了金屬材料的利用率。為了加強廢料的回收率，一定要對不同類型的廢料進行篩選，特別是對廢料的可回收性實行深化探究。一般而言，材料的基本元素種類較少，構成元素越少回收率越高。

4.5 選擇經濟的材料

經濟成本同樣是選擇機械設計材料的關鍵。在機械設計經過中，設計師一定要分析設計過程中的特定步驟，根據每個過程的設計特征，選取最具成本效益的機械材料，使材料的使用價值最大化，并最終決定其機械設計的根本需求。不一樣的機械設計材料具備不一樣的性能特點，有必要詳細掌握材料的運用性能，以選擇最具成本效益和最經濟的材料，以滿足機械設計的特定標準，并把握篩選材料的基礎內容。此外，有必要按照機械設計項目的總體預算選擇經濟的材料，這基于兩個原則：①滿足機械設計的工程標準，所有材料都必須低價；②是最具成本效益和最經濟的材料。尤其是應首先選擇可回收的機械材料，以減少能源損耗，高效控制機械設計過程的成本，并提高機械項目的經濟效率。

4.6 適合國家的可持續發展原則

本質是達到經濟資源的可循環利用，深化研究機械設計的基礎標準，熟練把握機械材料的隱藏內容，深化探究機械材料的基本特征，合理運用，最大限度地展現最大作用的機械材料性能，實現低能耗、低污染的機械工程。維護自然環境，環境保護和節能是現代社會的關鍵發展理念，也是我國可持續發展的重要政策。伴隨我國經濟的快速發展，人們對周圍的生活環境有了較高的標準，機械工程一定要將能耗與環境污染相結合，高效控制機械材料的能耗，加強材料利用率，減少環境污染，以可持續發展為指導選擇環保節能機械材料，以較大限度地降低對環境的污染，促進可回收資源在不同領域的運用。

5 結束語

隨著我國現代社會的持續發展，我國機械設計工業獲得了關鍵成就。機械材料的篩選與運用，對機械行業的健全成長具有重要意義，在篩選機械材料時一定要選擇節能型、環保型的材料，不僅需要材料適應機械設計標準，還需要達到國家可持續發展目的，對我國機械加工行業起到積極作用。