机械设计中材料的选择和应用

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摘 要：在机械设计中，材料的选择是机械设计的基础。在选择材料时，既要满足产品设计所需求的机械性能，又要保证该材料满足环境保护的要求。如何在机械设计中选择和应用好材料成为机械设计人员所面临的难题。本文着重介绍了使用型材料、碳素钢与合金钢、载荷类型材料以及低消耗材料的选择和应用，对机械设计中材料应用的注意点进行了讨论。
关键词：机械设计：材料选择：应用要点
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.005
随着国家对工业产业的不断推进，机械逐渐被人们重视，从而使机械行业在社会中的地位逐渐提高。机械将会在未来的发展中成为社会中的中坚力量。机械设计是机械行业的基础，在机械行业中发挥着至关重要的作用，材料的选择又是基础的基础，因此对该项环节进行深入探讨和研究有着深远的现实意义。
1 机械设计中材料选择的重要性
近年来，随着国民经济不断发展，工业体系逐渐完善，这些改变使得我国机械行业得到了一定的发展，为机械行业带来了机遇，同时带来了一定的挑战。随着工业化发展越来越快，机械设计中的材料逐渐多样化，这在样就导致机械设计中的原材料的选择变得复杂及繁琐，机械材料可谓是机械生产中的基础，足够的材料是企业发展的前提条件。但是又不能盲目的去采购原材料，那样会增加企业的资金压力，不利于资金管理及成本控制，这就会造成材料选择空间相对较小。针对这种情况，相关工作人员在大力开展机械设计工作的整个过程中，需要合理分析材料选择及应用细节。此外，在整个选择应用期间，工作人员应高度重视其所具有的适应性以及持续性特点，保证机械材料资源可以在一定程度上得到最大化利用。
2 机械设计中材料的选择和应用
2.1 功能性材料的选择
在机械材料选择时，根据不同部件的功能要求，其所用的材料的性能需求就不同，根据材料特性，做到材料在不同零部件位置上的合理应用，比如，部分零件应该用到支撑力相对较强的位置，而一些临建则需要用在耐磨性能要求较高的地方。还有一些零件是外观件，对外观有较高要求。所以说，机械设计期间，实施材料选择的时候，必须要清楚各个零部件所具有的功能要求，然后结合个性化要求，合理选择性能水平较高的机械材料。
2.2 碳素钢与合金钢的选择
机械设计所用到的金属材料中，使用最为广泛的便是碳素钢了。碳素钢的加工工艺简单，成本较低，但是使用范围有一定的局限性。碳素钢韧性较差，强度较低，不能用来加工尺寸较大的零件。合金钢的出现恰巧解决了此类问题，科研人员在碳素钢生产过程中加入合金元素，形成一种合金钢，提高了碳素钢的韧性和强度，相当于增加淬透性的作用，同时，还有提高了材料的耐磨性。在特殊工况下将材料换为性能优异的合金钢既能提高产品的可靠度，又能避免资源的过度浪费。
2.3 载荷类型材料的选择和应用
产品运行期间，往往会出现一些非正常问题，比如零部件不可以正常使用，从现象出现原因上进行分析，一个非常关键的原因就在于所选择好的材料具备较差负载力。此外，机械正常工作过程中，常常会发生机器突然失效问题，该现象出现的原因一般为材料荷载因素。所以说，为避免以上几种情况的发生就要在機械材料的选择上要多下功夫，做好该零件的工作荷载的估算。
2.4 低消耗材料的选择和应用
在机械设备的选择和应用过程中，为了保证机械行业的可持续发展，在材料的选择上尽量挑选具备节能环保性能的材料。例如有些产品的使用工况比较恶劣需要选择防腐能力较强的材料，有的厂家选择不锈钢或塑料材质，有的厂家选择通过喷涂的方式来达到防腐效果，然而喷涂的过程中的表面处理对环境的污染非常大，不利于行业的可持续发展，所以此种情况大家尽量不要选择喷涂的方式进行防腐，而是通过材料的本身性能去防腐。另外有的材料的性能比较差，需要经过热处理等方法对其进行性能提升，热处理的过程也会对环境造成污染，在此类材料选择时尽量不选用热处理材料，或选择热处理工序少的材料。
3 机械设计中材料应用工作的注意要点
3.1 适用性以及经济性之间的和谐统一
现阶段，机械设计材料选择环节，一个非常重要的内容，那就是要体现出经济性与适用性这两个原则。具体工作过程中，工作人员需要将材料制造方法作为选择标准之一。一般情况下，不同机械设计所需要的材料在实际技术要求方面是存在较大差异性，包括铸造工艺流程、焊接工艺流程以及切削方法等工艺要求。所以说，针对不同材料的最终应用，工作人员需要保证其性能的有效发挥，增强其使用性。同时，材料选择工作需要确保零部件性能发挥，最大限度增强材料的经济性能，使机械设计工作获得最大化经济效益。
3.2 实现环保性和节能性之间的结合
目前，我国大力倡导可持续发展，最终目的在于使广大企业都可以做到工作的节能化以及环保化，并确保其贯穿于整个经营过程。在此发展形势之下，相关企业都应该严格遵循科学化的行业要求，坚持国家所规定的环保原则，真正做到方针政策的严格落实。在机械的生产及制造过程中，会有很多不可再生资源的使用，如果这些资源被过度消耗，就会为机械产品的使用埋下很大隐患，为了防止此类事件发生，在机械设计人员进行材料选择时要做好方案，坚持一定的节能环保理念，尽量选择能耗水平相对较低，且污染强度较小的材料，将其作为最主要的设计原料使用。
4 结语
（1）机械设备材料选择工作中，工作人员既要关注零部件应用合理性，又要强调零部件性能情况、配合情况及切合性情况，做到材料使用的性能水平最大化。（2）在对碳素钢与合金钢做区分选择时，要注意该零件的设计韧性和强度，做出合理选择，既避免资源的浪费，又能达到使用要求。（3）认真做好机械部件的载荷计算预估，选对材料，从而保障设备的良好运转。（4）材料尽可能选择低能耗、环保节能，对不含有害元素的材料。
总之，在机械设计的材料选择上要做到适用性和经济性相统一，环保性与节能性相结合。
参考文献：
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[3]池占山.机械设计中的材料选择及应用探讨[J].中国高新技术企业，2015（21）：17-18.
作者简介：王翠萍（1983-），女，山东济阳人，本科，主要从事非标机械设计工作。