機械設計加工中的材料選擇問題分析

蘇文婷 吳凡 王震 王大號 曲格

[摘? ? 要]行業(yè)的崛起發(fā)展有力的加快了機械行業(yè)的發(fā)展步伐。材料是機械設計中最基本、最重要的部分。因此，材料的質量將直接影響到設計的整體效果。目前，企業(yè)越來越重視材料在機械設計中的應用和選擇。因此，為了有效地選擇合適的材料，主要總結了與材料有關的原則、常用材料、材料的重要性以及材料選擇中的注意事項。

[關鍵詞]機械設計;材料選擇;應用

[中圖分類號]TH122 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）04–00–03

Analysis of Material Selection in Mechanical Design and Processing

Su Wen-ting，Wu Fan，Wang Zhen，Wang Da-hao，Qu Ge

[Abstract]The rise and development of the industry has effectively accelerated the pace of development of the machinery industry. Material is the most basic and important part of mechanical design. Therefore， the quality of the material will directly affect the overall design effect. At present， companies are paying more and more attention to the application and selection of materials in mechanical design. Therefore， in order to effectively select suitable materials， this article mainly summarizes the principles related to materials， commonly used materials， the importance of materials， and the precautions in material selection.

[Keywords]mechanical design;material selection;application

我國工業(yè)化得到了快速有效的發(fā)展，這也給機械行業(yè)帶來了更多的發(fā)展機遇。在機械設計中，材料是基礎。因此，如何應用和選擇材料是業(yè)界需要關注和思考的問題。受我國節(jié)能環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展理念的影響，材料不僅要有很強的實用性能，還要有一定的經(jīng)濟性和環(huán)保性，合適的材料可以有效地保證機械工業(yè)的發(fā)展，優(yōu)良的品質和綜合的功能是機械設備設計的關鍵目標，相關設計師不斷更新和探索機械材料的選擇。在實際應用中發(fā)現(xiàn)，機械材料是決定機械產(chǎn)品質量和功能的關鍵，材料的適用性直接關系到設備的安全運行。隨著社會的不斷發(fā)展和進步，原材料供應一直處于“緊急狀態(tài)”。因此，綠色環(huán)保節(jié)能也是選材的關鍵。在原材料供應有限的情況下實現(xiàn)設備的安全有效運行，對設計人員提出了更高的要求，因此，相關人員在選材時要遵循一定的原則，使選材發(fā)揮最大的效果，發(fā)揮機械設備的最大價值。

1 機械設計加工材料選擇的重要性

在國際競爭力逐步增強的今天，機械發(fā)展是國家的發(fā)展規(guī)劃，就機械而言，增強國際市場競爭力是增強綜合國力的重要途徑。經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展離不開機械工業(yè)的發(fā)展。因此，機械設計是這一過程中的關鍵節(jié)點。加大對材料的審查、篩選和合理應用，將使機械工業(yè)得到快速發(fā)展。機械設計方案通過材料的應用使圖紙成為產(chǎn)品，材料的選擇非常重要。設計人員在選材時：①要明確機械設備的使用要求和質量要求，充分考慮材料規(guī)格和材料性能。②必須仔細分析材料的用量，避免材料使用過程中不必要的損失。切實改善現(xiàn)狀，綜合利用物資。材料應用后，需要對機械設備進行試驗，以確認設計方案的可行性。在一些測試任務中，測試內容主要包括材料匹配、機械磨損和機械安全性。

在科學技術發(fā)展的背景下，大量的設備和工具被應用于機械設計和加工行業(yè)。在某些方面，工業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益得到了提高和發(fā)展。同時，材料的應用和有效選擇也得到了重視。不僅要從尺寸、性能等因素對設計進行相應的考慮，還要在加工材料時做好配合加工，才能使其設計質量和效率達到更高的水平。我國作為一個發(fā)展中國家，在所有產(chǎn)業(yè)中，工業(yè)生產(chǎn)的比重是任何一個產(chǎn)業(yè)都無法替代的。但伴隨著環(huán)境污染和嚴重的能源消耗問題，如何在機械設計服務中使用節(jié)能高效的加工材料，是現(xiàn)在需要重點思考的問題?？茖W合理地選擇和應用材料，不僅可以提高設計質量和效率，而且直接影響市場競爭力，有效地降低生產(chǎn)成本，從而獲得更高、最大的經(jīng)濟效益。一般來說，材料的有效選擇可以使我國工業(yè)保持穩(wěn)定和長期的發(fā)展。

2 機械設計中常用的材料

2.1 金屬材料

在設計中經(jīng)常使用金屬材料，特別是鋼和鐵。它不僅具有很強的強度和韌性，而且來源廣泛，成本低廉，因此常被用于機械零件的設計。

2.2 高分子材料

隨著科技的發(fā)展，高分子材料應運而生。目前，機械設計中使用了大量的高分子材料，如塑料、合成纖維等。這些材料不僅具有很強的延展性，而且不會造成能源的過度消耗。因此，人們對這種材料有著獨特的偏好。然而，由于長期使用和近年來白色污染的不利影響，有必要對這種材料進行環(huán)保研究。

2.3 復合材料

在物理和化學方法的幫助下，不同的材料有效地融合形成復合材料。比如合金、樹脂就是這種材料的具體體現(xiàn)。這種材料完全滿足了機械設計的要求，在金屬和非金屬復合材料的應用下，可以為機械設計創(chuàng)造更多的價值。

3 機械設計中材料選擇與應用的基本原則

不同的機器有不同的設計要求和所需的零件。因此，只有選擇合適的材料，才能完成相關設計，保證質量和數(shù)量。因此，需要參考以下基本原則。

3.1 材料的荷載水平

如果負載水平過高或過低，將對機械零件產(chǎn)生非常不利的影響。如果后期機械設計失敗，則是由于低負荷水平造成的。因此，為了有效防止各種可能的情況，需要評估材料的承載能力。如果不符合機械設計要求，需要進一步加工材料。

3.2 低消耗環(huán)保材料的選擇

在當今社會發(fā)展中，綠色節(jié)能已成為整個社會發(fā)展的主要趨勢。因此，機械行業(yè)需要低消耗、環(huán)保的材料設計和加工工藝，所以必須選擇能滿足低能耗、低污染要求的原材料，同時，有效消除和避免工藝過程中可能產(chǎn)生污染的環(huán)節(jié)。

3.3 綠色無害材料的選擇

機械設計材料中會存在有毒物質，這必然影響人們的健康，對人體造成不同程度的危害。在加工過程中，很難保證在有效保護的基礎上產(chǎn)生的有害廢物不會對人體和環(huán)境造成不同程度的危害。因此，在相應的機械設計中，必須選擇綠色無害材料，以減少材料對人體和環(huán)境的二次污染。

3.4 注意零件的可用性

選擇設計材料的最終目的是創(chuàng)造具有一定性能的零件。因此，材料選擇的第一步是了解設計零件的最終使用。只有了解零件的設計要求，才能使用最合適的材料。例如，延性、高硬度、耐磨性等是零件設計的基本要求。因此，根據(jù)零件的最終不同性能，需要對材料進行具體分析和有效選擇。

3.5 可回收材料的選擇

金屬材料在材料選擇中經(jīng)常使用，因為金屬材料的零件效果優(yōu)于其他材料。但是，一旦這種材料制成的零件不能有效使用，零件將直接報廢，同時不能有效回收。因此，使用這種材料，不僅提高成本，而且造成資源嚴重浪費。因此，在材料選擇時，可回收性是一個必須考慮的因素。資源浪費與我國倡導的循環(huán)利用發(fā)展理念不符。同時，也需要把經(jīng)濟實用的原則應用到材料的選擇上。

4 機械設計材料應用領域

4.1 實用機械材料的應用

工業(yè)是經(jīng)濟的支柱。在工業(yè)中，金屬機械材料的應用非常廣泛，其中鋼是應用最廣泛的材料之一。鋼材是我國傳統(tǒng)的實用機械材料之一，其來源廣，價格適中，用途廣泛。鋼鐵材料以其自身的優(yōu)良性能被廣泛應用于船舶、汽車、生產(chǎn)加工等行業(yè)。鋁金屬也是機械設計材料選用中常用的基本材料之一，具有設計靈活、壽命長、耐腐蝕、重量輕等優(yōu)點，通常用于加工機械設備的小零件。鋁是唯一可以在自然狀態(tài)下保存而無需表面保護的金屬。當鋁表面暴露在大氣中時，會發(fā)生化學反應，形成保護性氧化層。這一層的存在意味著金屬的結構完整性不受大氣的影響，能夠適應多種環(huán)境。

4.2 環(huán)保節(jié)能材料應用領域

中國的發(fā)展戰(zhàn)略目標是可持續(xù)發(fā)展，這是各行各業(yè)必須遵循的。在選材和應用上，要滿足低能耗、無污染的特點。一些非金屬材料用于機械設計。以碳纖維為例進行機器人設計，一般的機械設計原理認為，減重可以減小慣性，提高作業(yè)速度，增加剛度可以減少變形，增加阻尼可以縮短穩(wěn)定時間。改善這些特性可以提高機械手的控制精度。碳纖維機械旨在滿足碳纖維材料的幾何尺寸和性能要求，并能滿足機械設備的要求。

4.3 高性能復合材料的應用領域

為了滿足航空航天對樹脂基復合材料綜合性能的要求，復合樹脂基體不斷發(fā)展，形成了一系列具有不同韌性和使用溫度的高性能樹脂基體。環(huán)氧樹脂是復合材料中最常見的樹脂基體，具有組成好、耐腐蝕、力學性能高、韌性好等特點。對于不需要高耐熱性的飛機結構，基本上使用環(huán)氧基復合材料。對于需要耐熱性的飛機和導彈，其主要承重結構主要由樹脂基復合材料組成。

4.4 綠色復合材料的應用領域

綠色復合材料是指由天然纖維和其他可生物降解的纖維合成樹脂制成的新型復合材料。天然纖維增強復合材料具有環(huán)保、重量輕、價格低、可回收利用的特點，并通過使用天然纖維增強可降解樹脂的新型復合材料代替現(xiàn)有的樹脂復合材料來減少污染。隨著能源危機和資源緊缺的迫近，天然纖維及其復合材料正成為高級復合材料的重要研究方向。

5 材料選擇與應用在機械設計中的注意事項

5.1 經(jīng)濟和實用

在機械設計中，經(jīng)濟性和實用性的原則必須貫穿始終，因此可以從以下兩個方面進行總結：

首先，對于材料的加工必須有效地遵守和結合加工標準，不同的材料所使用的工藝也應該是不同的。比如常用的加工工藝就是切割、焊接工藝等。不同的工藝對應不同的材料，所以在加工時要特別注意;同樣的材料有同樣的效果，但價格不同時，要根據(jù)經(jīng)濟原則選擇同樣效果的低成本材料。同時，需要對整個過程進行嚴格的監(jiān)督，避免過程的不利影響。

5.2 節(jié)能和環(huán)保

節(jié)能環(huán)保在機械設計和材料中的應用，可以使生態(tài)經(jīng)濟建設得到更好的發(fā)展。材料的選用必須貫徹環(huán)保的原則，在設計中使用環(huán)保材料。綠色低能耗設計的實現(xiàn)離不開成本的降低和環(huán)保材料的使用。受全球化和工業(yè)化進程的影響，它不僅有效地擴大了機械規(guī)模，而且促進了機械設計在國民經(jīng)濟發(fā)展中的作用。機械的設計離不開材料，最終的設計結果也取決于材料。但在當前的發(fā)展中，面臨著資源短缺的問題。隨著人們將新的思想、新的觀點應用到機械設計中，資源的開發(fā)和利用也將變得更加科學。相信在不久的將來，材料的選擇和機械的設計會更加環(huán)保和低耗。材料的選擇和應用必須嚴格遵守選擇，注重使用事項，使機械設計走上一條新的發(fā)展道路。

5.3 選材的可持續(xù)性發(fā)展

不僅要將發(fā)展的可持續(xù)性貫徹在材料的選擇中，更應當將其運用在機械設計方面。結合相應的設計需求，對機械的設計及應用必須有效融合材料的特性，以挖掘材料的巨大潛力。

6 結束語

綜上所述，科學技術的飛速發(fā)展促進了我國社會經(jīng)濟的建設和發(fā)展。隨著我國工業(yè)化、機械化的發(fā)展，也面臨著物質浪費、環(huán)境污染等挑戰(zhàn)。為了促進市場經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展以及我國機械工業(yè)的發(fā)展，應該在發(fā)展各行各業(yè)的同時，運用合理的設計技術來解決材料浪費問題，設計中時刻牢記避免環(huán)境污染。有效減排已成為我國可利用資源的發(fā)展現(xiàn)狀。資源的短缺和減少嚴重阻礙了生產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展。生產(chǎn)離不開資源。如果沒有資源，就不能再獨立生產(chǎn)。機械設備的生產(chǎn)離不開材料，所以在今天的發(fā)展中，需要考慮如何有效節(jié)約使用材料。因此，對于機械設計行業(yè)來說，有必要綜合考慮材料，選用的材料必須具有能耗低、實用性強的特點，才能充分體現(xiàn)材料本身的價值。

參考文獻

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