關于機械設計的材料選擇與應用分析

劉銳

摘 要：隨著社會工業(yè)的快速發(fā)展，機械工程也取得一定進步，其中也衍生出機械設計材料浪費問題。基于此，文章對機械設計材料選擇的意義進行分析，對機械設計材料選擇應用的注意事項進行總結(jié)，對從事機械設計方面有關材料選擇與應用提供一定的借鑒。

關鍵詞：機械設計；材料；選擇；應用

1 機械設計材料選擇的意義分析

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程的加快，機械制造行業(yè)在社會經(jīng)濟中占據(jù)重要地位。機械行業(yè)的發(fā)展為社會經(jīng)濟起著保障性的作用，尤其是現(xiàn)階段機械行業(yè)飛速發(fā)展，對于機械原材料消耗加劇，在我國自然資源損耗中占有較大比例。就目前來說，許多機械設計所需原材料已經(jīng)處于一種消耗過度的狀況，甚至無法滿足機械行業(yè)持續(xù)供應的需求，這一點和社會主義可持續(xù)發(fā)展的價值觀相違背。因此，機械設計材料選擇的經(jīng)濟性、環(huán)保性是十分有必要的。專家指出，機械設計選材應用方面必須要對材料選擇的科學合理性給予足夠的重視，對每一份機械材料都要深思熟慮，確保能夠充分利用，最后對機械設計的結(jié)構(gòu)以及功能等進行綜合評估，以確保材料以最科學最合理的選擇方式設計出來。

2 機械設計材料選擇應用的注意事項

2.1 材料荷載類型的選擇

數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，大部分零部件失效的主要原因是由于零件的外載荷性能較差而產(chǎn)生的。機械設計材料在選擇時，對正確荷載的材料進行選擇非常關鍵，究竟如何選擇可以參考以下兩種方法：一方面，外載荷作用力能夠促使機械材料出現(xiàn)彎曲和扭曲，大部分力均集中于材料表層。換言之，材料表面的性能對于材料零件性能的失效會起到一定的抑制作用。因此，對材料進行選擇時，通常情況都是利用碳鋼調(diào)質(zhì)、低鋼滲碳等方式加工材料，如此加工方式能夠有效防止機械材料產(chǎn)生不必要的損傷；另一方面，在對機械設計材料進行選擇，盡可能選擇各部分性能均勻分布的材料，如此確保設計生產(chǎn)過程的穩(wěn)定高效。

2.2 碳素鋼、合金鋼材料的選擇

現(xiàn)如今的機械設計行業(yè)中，碳素鋼由于其優(yōu)越的加工性能、操作性能以及低經(jīng)濟成本而得到廣泛應用。然而，碳素鋼的強度不高，韌性比較低，因此，在熱處理加工時操作程序比較復雜，導致該種材料在應用方面產(chǎn)生一定的限制。應用研究發(fā)現(xiàn)，合金鋼材料可以彌補此缺陷，其特殊性能受到大家普遍關注。

2.3 適用性和經(jīng)濟性

機械工程設計過程中對于相關材料進行選擇，必須要考察材料是否經(jīng)濟適用。如果以機械設計人員的角度進行分析，機械設計的過程可以詳細分為幾個階段，比如說鑄造工藝、裝配工藝以及生產(chǎn)工藝等，設計人員要考慮整個過程，結(jié)合設計特點，對經(jīng)濟適用的機械材料進行選擇，以此能夠最大化的開發(fā)材料的使用價值，確保材料契合設計要求。機械加工材料各種不同的特性使得機械設計工藝的材料選擇方法也略有區(qū)別，在確保工藝需求的基礎上，對工藝需求材料特征進行把握。此外，按照具體的工程預算對材料的經(jīng)濟性進行考察，具體有兩個原則，一方面是最低標準，必須要達到機械設計的質(zhì)量要求與功能；另一方面，確保材料經(jīng)濟實惠、價美物廉。針對于一些具有可循環(huán)利用特征的機械材料，能夠在機械設計的整個環(huán)節(jié)中進行循環(huán)利用，從而大大減少了能源消耗，使得機械設計的經(jīng)濟成本大大降低，促進機械工程經(jīng)濟效益的提升。

2.4 節(jié)能性和環(huán)保性

節(jié)能環(huán)保是現(xiàn)階段社會可持續(xù)發(fā)展的一個重要理念，也是環(huán)境保護的重要手段。目前來說，隨著人們對于環(huán)保有了更深層次的認識，環(huán)境保護已逐漸成為社會關注的熱點話題。實際上，環(huán)境污染與資源消耗等問題是環(huán)境保護的重中之重，可持續(xù)發(fā)展理念的提升是建立在對生產(chǎn)資源消耗進行控制的基礎上。所以，機械設計材料選擇方面也要注重節(jié)能性和環(huán)保性，以可持續(xù)發(fā)展理念為指導，在確保設計需求的基礎上盡可能的選擇低能耗以及低污染的材料，并且盡量降低不可再生資源的應用空間。

2.5 材料選擇的可持續(xù)發(fā)展

上文中提到，機械設計材料選擇不能違背社會可持續(xù)發(fā)展的重要原則，具體來說就是以資源的可持續(xù)發(fā)展為前提，重點發(fā)展機械工程設計的可持續(xù)發(fā)展，站在機械設計需求的角度上，對應用材料潛力進行充分挖掘，結(jié)合施工材料的特點，使其能夠真正地發(fā)揮出降低能耗、節(jié)約能源的作用。

3 機械設計的材料選擇和應用

文章結(jié)合機械材料的特點，對機械設計材料選擇和應用進行深入探討。

3.1 實用性機械材料的選擇應用

機械設計過程中，對于材料的選擇、應用必須要著重考察材料的實用性，是否適用而且是否實用，都是必須要在設計環(huán)節(jié)考慮清楚的重要問題。機械設計中材料應用具體是按照設計工藝的相關指標，各種工藝特點決定了選材的要求比較嚴格。具體來講，按照工藝特征具體的區(qū)別，首先要保證生產(chǎn)需求，這是最基礎的要求，同時保證零件加工達到設計需求，同時考慮材料的強度、耐磨性等，此外還有材料外觀等因素。

3.2 載荷類型機械材料的選擇應用

機械設計中，因為機械材料失效而導致故障問題非常多，有可能是因為設計材料選擇在負荷能力上有一定的差異而產(chǎn)生的。為確保機械設計可以正常應用，就要求對機械設計材料的選擇應用進行嚴格把控。此外，材料選擇時還需對材料的荷載能力進行估算。

3.3 低消耗機械材料的選擇應用

可持續(xù)發(fā)展的理念適用于各行各業(yè)，具體體現(xiàn)到機械設計的選材應用方面來講，必須要確保選材符合低能耗、無污染的原則。機械設計過程中在對材料進行加工和處理過程中也要符合節(jié)能環(huán)保的理念。一般來說，大部分機械加工處理都是選擇熱處理的方式，但是這種處理方式無論是對機械材料的使用壽命來說，還是具體使用性能不可避免產(chǎn)生一定的損害和影響，還會對周邊環(huán)境造成污染。因此，盡可能的減少熱處理加工工藝，可以選擇冷熱軋狀況下材料性能依然能夠得到充分發(fā)揮的材料。假如在材料加工處理過程中無法規(guī)避熱處理的加工工藝，那么要盡可能的選擇加工處理工序相對簡單的材料，如此減少消耗和污染。

3.4 無害機械材料的選擇應用

機械設計過程中，許多材料屬于危險材料，舉例而言Ni元素，危險性元素一方面會對環(huán)境造成一定的污染，另一方面還有可能會對人身體造成傷害。因此，必須要把安全隱患扼殺在機械選材的環(huán)節(jié)，注意加強材料的檢測手段和強度，嚴把檢測關，防止由于各種原因而導致的有害材料混入到機械材料與機械設備中的情況。

3.5 可回收機械材料的選擇應用

眾所周知，機械設計中大多數(shù)零部件為金屬成分，實際上金屬產(chǎn)量并非無限的，隨著機械化建設的消耗增加，導致機械化發(fā)展過程困難重重。舉例來說，鋼材在機械工程應用中盡管比較常見，但是從鋼材的型號和種類上來講種類繁多，因此，對鋼材的回收工作具有較大的難度。此外，如果各種不同類型的金屬元素相互之間摻雜混合在一起，金屬元素回收的難度加倍，材料資源被嚴重浪費。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著社會主義的發(fā)展，工業(yè)機械化進度的加快，機械化建設而產(chǎn)生了機械原材料過度消耗。為減少機械材料過度消耗，對機械設計材料進行科學合理的選擇與應用，成為現(xiàn)階段機械設計的重要發(fā)展方向。

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