機械設計過程中機械材料的選擇和應用探析

程 艷

(福建船政交通職業學院，福建 福州 350007)

我國科學家曾經在研究機械設計配置時提出:在進行機械設計時，要將選擇機械材料放在重視的首位，在選擇零件時一定要遵照零件配置的合理性，與此同時還應當重視零件一定要符合配合性的要求。在機械制造和機械設計中，尺寸的配合是一個非常重要的環節，它不僅與機器所使用的壽命息息相關，而且它還決定著機器的性能，同時會影響到整個機器在使用時的經濟性和互換性指標。因此，在機械設計中材料的應用和選擇必須要滿足基本的合理性，并且做到促進機械設計保持可持續發展。

1 機械設計中材料應用和選擇的意義

在我國國民經濟發展過程中機械行業是一項非常重要的支撐型產業，對我國的經濟產業發展起到了推動作用。在機械設計行業中應用和選擇材料是一項非常重要的工作，特別是在我國提出了科學發展觀的要求后，對機械設計的材料選擇和應用更是加大了重視的力度。在產業化發展過程中不能僅僅關注機械設計的發展，更應當考慮到要使環境保護與經濟效益向著可持續發展的道路邁進。

我國工業化的進程變得越來越快，在機械設計中可以使用的材料變得越來越少，而機械設計中對材料的需求量卻與日俱增，在世界范圍內都出現了資源稀缺與社會發展之間沖突的情況。為了使消費者在物質文化方面的需求得到滿足，并且提高消費者的消費水平，機械設計行業開始尋求一種新型的選材方式，這種方式不僅要滿足機械設計的適用性和經濟性，還要滿足機械設計的可持續發展。這種改進的方式使有限的資源得到了充分的利用，并且只有協調好機械設計材料的應用和選擇，才能使機械設計工作得到進一步的發展，使整個機械行業為社會發展的大環境作出巨大的貢獻。

2 應用和選擇機械設計時的注意事項

2.1 遵循經濟性和適用型的理念

選擇機械設計所用材料時不僅要遵循其經濟性和適用性，而且在選擇材料時必須要格外的注意，在選擇材料時要將機械零件制造的合理性作為基礎，對零件的焊接工藝、鑄造工藝、熱處理工藝以及切削加工工藝等都做出適合機械設計應用的要求。在判斷機械鑄造工藝是否達標時，可以從鑄造工藝的偏折性、收縮性、流動性等方面提出不同的要求;鍛造工藝要求材料必須符合鍛后冷卻，并且符合可鍛性、沖壓性等要求;零件的焊接工藝對零件焊接的接頭以及零件的使用性能都有比較敏感的要求;只有所選擇的材料達到了這些零件的要求，才能加工出完整并且符合要求的機械零部件，并且在整個機械制造過程中將機械零部件作為基礎，從而制造出更加符合要求的機械設備。與此同時，在選擇機械材料時還應當關注材料的經濟性，一般在原材料的選擇方面都要遵循適用性的要求，并且盡量選擇一些成本比較低廉并且容易獲得的原材料。關注材料的利用率也是非常關鍵的，只有材料的利用率得到保證才能使材料的經濟性得到保證，并且保證整個機械設計行業得到長足的發展。

2.2 將綠色環保放在機械設計材料選擇的首位

在機械設計選擇和應用材料時，還應當重視材料的綠色環保性，隨著我國社會經濟突飛猛進，給我國生態和環境也造成了非常嚴重的困擾，使我國自然環境受到了極大的破壞，加之資源短缺情況已經成為一個世界性的問題，所以在發展經濟的同時保持綠色生態的環保性成為了世界各個國家所關注的重點話題。在機械設計時也是如此，所采用的原材料一定要符合環保的要求，保證低成本、低耗能、高效率才能使環境污染不斷降低?？茖W家對機械設計進行了全面的研究，通過研究發現在設計一些鑄件零件時，生產鑄件時所用的成本大約在百分之七十至百分之八十之間，但是鑄件所得到的收益卻僅僅有百分之五。因此，在機械設計過程中提倡綠色環保的生產方式，不僅能夠為環境保護作出一份貢獻，而且可以大大地減少生產過程中所使用原材料的成本，從而減少一些無謂的能源消耗。除此之外，創新型空間的利用也可以起到良好的環保作用，使機械設計過程中的環保要求得到滿足。

2.3 堅持貫徹可持續發展觀

我國社會經濟發展迅速，為了使生態環保與經濟發展得到協調，我國提出了可持續發展的理念。在進行機械設計的材料選擇時必須堅持可持續發展觀的要求，因為可持續發展原則可以更好地將材料使用和機械設計進行整合，并且可以挖掘出一種材料多種功能的潛力，不僅為機械設計節約了成本，而且帶領機械設計走上了一條穩定、全面、可持續發展的道路。

3 機械設計中材料的選擇

3.1 載荷型材料的選擇

在機械設計過程中，機械的元件是否能夠正常工作，一般是由機械材料外載荷性能決定的，要想預防并解決零件出現失效的問題，可以用機械零件所具備的性能解決此問題。一般出現零部件失效的原因都是由于零件的外載荷與零部件的性能可能出現了沖突，導致在選擇機械材料時必須選擇符合載荷性能的材料，才能使載荷型材料符合標準。在進行材料選擇時，可以將載荷的性能分成兩個不同的方面:第一，在外載荷產生的作用力下零部件出現了扭轉的情況，這時應力一般都集中在材料的表層，這說明零部件間的控制效果是由材料表面的性能決定的。因此，在選擇機械設計材料時選擇低碳鋼滲碳或者選擇中碳鋼作為原料所制成的機械部件可以承擔一定的載荷力。用這種方式選擇和加工的部件一般能夠保證零部件的質量。第二，由于一些零部件在工作時需要承受一定的拉升力或者承受壓縮作用，所以在選擇材料時，應當選擇性能分布比較均勻的材料，這些材料能夠使零件橫截面的應力得到加強，從而使機械在設計和加工過程中，材料可以更加高效地完成作業。

3.2 碳素鋼材料和合金鋼材料的選擇

在進行機械設計時，選擇碳素鋼作為生產的原材料也是非常常見的，一般情況下購買碳素鋼的價格比較低廉，在對碳素鋼加工時，其工藝性相對也比較強，所以在機械設計過程中得到了非常廣泛的應用。但是碳素鋼由于它本身強度較低，韌性也比較差，在制造一些中等形狀的材料時，碳素鋼不容易被完全淬透，這就影響到了碳素鋼的具體使用，所以可以對碳素鋼進行改進，在其中加入合金成分，最終形成一種新型的材料。這種合金鋼不僅強度和韌性能夠與碳素鋼相當，而且其淬透性也非常強，除此之外，它在耐磨性方面與碳素鋼比較也得到了很大的提升。

3.3 選用可回收利用的材料

在進行機械制造時，可以選用的金屬材料種類十分豐富，單說鋼材就已經超過了百余種。但是在進行機械設計時，由于會將多種材料擺放堆砌在一起，所以在使用材料時很難對材料進行區分，這就給回收利用材料帶來了很大的難度。所以，在選擇材料時應當注意材料的循環利用性，可以將一些合金材料或者相對比較單一的零部件作為使用的材料，這樣不僅材料的元件有所減少，而且也可以很好地解決材料帶給環境的壓力，使材料的循環利用可回收性都得到了提高。

4 機械設計常用的材料

在機械設計過程中，一些材料是非常常用的，只有對這些材料的性能進行充分的了解，在使用時才能更加合理有效。第一，高分子材料，在一般情況下一些合成類的纖維、還有塑料等材料都被統稱為高分子材料，這種材料與其他材料相比，來源非常廣泛，在自然界的許多成分中都能提取出來，比如:利用天然氣提取高分子材料就是一種非常好的方式。在使用高分子材料時，不僅材料所消耗的能源非常低，而且材料的自身密度比較小，這使它具有良好的延展性。第二，金屬材料，在許多工程中我們都能看到金屬材料的身影，可見金屬材料的應用范圍很廣，相關人員對金屬材料的使用情況做了專門的統計，在機械產品中有百分之九十以上都使用到了金屬材料。而在眾多的金屬材料中，選用鋼鐵材料的也占大多數，這也是由于鋼材的自身性能非常好，不論是韌性還是強度都達到其使用標準。除此之外，材料的價格非常低廉，在生產中材料可以在多個方面使用，這些特性也說明了鋼材非常適用于機械材料設計中。第三，復合型材料，一般情況下復合型材料都是由兩種或者兩種以上不同的材料構成，在制作時運用化學的方式將兩種以上不同的新型材料組合在一起就形成了復合型材料，復合型材料能夠滿足許多種不同的生產工藝，所以復合型材料應用的領域很廣泛。日常對復合型材料進行分類，一般可以分成非金屬和金屬材料兩種。比如:一些合金類的金屬材料就屬于復合型材料，橡膠、樹脂等非金屬新型材料也屬于是復合型材料。

5 結束語

在整個機械設計的環節中，選擇材料并且充分地利用材料是機械設計的核心內容，這非常有利于機械設計水平的提高。因此，在進行機械設計時，應當首先選擇合適的設計材料，在生產過程中運用科學的制造工藝，最終做到環保、節能、經濟的效益相互統一，使我國機械設計真正走向可持續發展的道路。

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