機械設計中新型材料選用的思考

高 鵬，慶彥兵

（齊齊哈爾工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

隨著經濟的快速發展，機械制造業的發展也是突飛猛進，但機械設計面臨著更高的挑戰，為了使機械制造業可持續發展，要從材料選擇方面著重考量。機械設計在選材時要堅持科學、合理的原則，能夠利用不同特性的材料，只有這樣才能促進機械制造業的可持續發展。

1 機械制造業材料選擇的重要意義

如今現代化進程全面推進，機械制造業獲得顯著優勢的同時也面臨著巨大的挑戰。科技的快速發展促使產生了更多的機械企業，并且相較于從前，如今機械制造業的生產規模更大，結果就是材料市場資源嚴重不足。材料資源不足必定會影響機械制造業的發展，其惡性競爭的市場資源環境會導致機械制造出現嚴重的滯后。

2 機械設計中金屬材料選取的基本原則

（1）經濟性。所有企業都看重企業的經濟效益，并將其作為盈利的目標，機械制造業也是這樣，因此企業在選擇材料時，為了大大降低企業的成本，要選擇高性價比的材料。

（2）材料載荷的大小與性質。在機械設計領域，載荷與性質指的是機械設計師要分析和考慮所選材料能夠承受的荷載力大小，要保障材料的可塑性，同時又能夠體現出制造出的機械具備的優良特性。

（3）零部件的尺寸和質量。在實際生產時，對于加工出來的一些機械零件，經常會因為選擇金屬材料時缺乏科學性，造成加工出的機械部件的尺寸或者質量不能達到使用的標準，對于企業來說會在一定程度上產生負面影響。機械制造行業對于零件規格的要求非常嚴格甚至苛刻，對于加工的小零件會應用到精密儀器中，大零件則應用到大型機械中。

（4）零部件的工作環境。不同的機械部件在不同環境下要具備應對該環境的能力，例如，在潮濕的環境中，零部件必須要具備防腐蝕的特性，因此要在材料的選取上要選擇具有抗腐蝕性能的金屬材料；對于在高溫環境下運作的機械，在制造相應的機械零部件時要選擇耐高溫的金屬材料，這樣才能保證機械能夠正常工作，并能夠延長機械的使用壽命。

3 機械設計中材料的選擇

（1）實用性材料。不同機械需要不同規格要求的材料，且一般要求差距較大，比如一些零件注重對于材料硬度的考慮，而有些則僅僅需要考慮美觀這方面的要求。所以在選擇所需材料之前，設計者必須非常熟悉了解機械設備制造的具體要求，仔細分析各零件的制造工藝，根據這些特殊要求選擇合適的材料才能制造出符合要求的機械設備。

（2）碳素鋼、合金鋼材料。碳素鋼是一種性價比較高的材料，是機械設計領域中較常使用的一種材料。然而這種材料具有缺點，就是其韌性以及強度上不能夠達到較高的要求，這讓機械零件的規格擴充在很大程度受到了限制。但是若將一定配比的合金材料加入到碳素鋼材料中，制造出的新型機械材料能夠在韌性和強度上呈現出非常理想的效果，大大提高了機械材料的質量。

（3）無毒無害性材料。在機械設計領域中，很多材料是存在一定傷害性的。例如Ni、As等化學機械材料都會對人體產生非常強的傷害，此外，這些材料對于自然環境的傷害也是極強的。所以設計者在選擇機械材料時要對這些有害材料慎重選擇，保證機械制造在安全無害的環境中進行。

（4）載荷性材料。在機械設計領域中，荷載性是一項衡量機械材料功能和質量的重要指標。材料的荷載性在很大程度上決定了機械設備是否能夠正常工作。如果使用的材料在荷載指標方面沒有達到設計要求，那么在機械制造時會出現斷裂情況，或者以潛藏性故障風險的形式存在于機械設備中，這樣不但不能保障機械設備的安全使用，還會嚴重影響設備的使用壽命。

（5）低耗能材料。材料本身的性質同樣是影響機械設計是否成功的關鍵。為了保證機械設計領域的可持續發展，設計者選擇材料時不能忽略了對環保的要求。環保的思想不能僅僅在設計時體現出來，還要在機械制造的所有環節中都有所滲透。現階段，金屬材料是目前最常見且市場采購最豐富的機械制造材料。但是，在對金屬材料進行實際生產時，必須要對其進行熱處理，熱處理會對環境造成非常大的傷害，并且對于企業在能源上會產生巨大的消耗量。

4 機械設計新型材料選擇時的注意事項

（1）確定材料的使用性能。在零件管理方面，要充分結合變量因素與實際情況等，并將如何進行機械能力分析作為重點。在后續的設計方面會涉及到材料的機械、物理、化學等性能，要結合性能指標以及材料使用的注意事項，充分了解關注必要性指標。

（2）確定材料的工藝性能。在材料的鑄造性能方面，充分做好材料的熔點分析，其中關鍵的一項為范圍溫度的確定，同時在鑄造管理中要充分了解材料的成分類型。在材料的壓力加工性能方面，要根據材料的變形情況和實際性能等進行材料的表面處理，防止出現裂紋或異常情況，并在管控過程中根據各項指標以及傾向力確定出可變性溫度的范圍。

（3）材料的經濟分析。對于材料設備的有序處理非常重要，要充分結合產品的成本以及注意事項等進行成品率的分析。同時對于費用的管理也很重要，企業要充分考慮當前的經濟效益，結合資源的形式實施。

（4）機械零件組裝。企業要加強對于零件組裝的管理，提前對材料進行分析，防止出現損壞的現象。如果零件損壞或出現異常，零件不可投入使用；如果零件材料失效，為了防止出現安全問題，不能投入使用。

（5）材料環保節能。在傳統的機械制造過程中，難以避免會產生大量有毒廢氣污染空氣，會產生金屬廢渣，并且生產出的機械部件不能達到國家一流標準。為保證在機械制造環節既不會造成環境污染，又不會造成能源的巨大消耗，可以從以下幾方面入手。

5 總結

綜上可知，隨著社會的迅速發展，雖然我國機械技術占據著明顯的優勢，但也面臨著更大的挑戰。在新時期發展的背景下，對我國機械制造業提出了更高的要求，企業要想實現可持續發展，就要優化設計材料、注重機械材料的選擇，再結合當前的實際情況嚴格按照相關指標與要求實施，這樣才符合機械行業的發展要求。