對機械設計過程中機械材料的選擇和應用分析

錢 程

（無錫利歐錫泵制造有限公司，江蘇 無錫 214124）

在機械設計的過程中，一個必不可少并且非常重要的環節就是材料的選擇。首先，我們必須遵循其在使用過程中的實用性；其次，根據其細化的環節要求進行選材；再者，一定要確保選材對人體以及環境的環保性，做到低污染、低消耗、保質保量的情況下做到低成本，與此同時，要充分考慮材料的載荷類型，保證產品投入使用后產品的高效能[1]。

1 機械設計中的材料選擇和應用的重要原則

經濟的快速發展勢必會帶動機械行業的飛速發展。同時在機械設計中材料的選擇和應用問題，也是機械設計的一個重要環節，它是機械設計行業關注的重點問題。以下就從零件使用要求，經濟性以及環保性分析材料選擇和應用的重要性。

1.1 必須滿足機械零件的使用要求

在整個機械設計的過程中負載能力是設計的重中之重，倘若負載能力較差，勢必會對整個環節造成嚴重影響，從而導致其不能正常運行，造成不可逆的損害，進而達不到預期的效果。因而，機械設計的選材要充分考慮其最大負載能力，與此同時，把最大負載也作為選材的一項幾位重要的標準。設想由于機械的負載能力較弱，當受到強大的外壓時，機械發生彎向變形的情況，從而不能進行正常工作以至于給整個工作帶來更大的損失。因此，為了避免上述情況的發生，在機械設計選材的時候，一定要選擇較為堅固而且耐用的新型材料，確保機械零件不發生扭向變形，用以改善機械材料的抗變行性能[2]。如：在對機械材料進行設計加工時，可以采用中碳調制或低碳滲碳的特殊加工方式。以這樣的方式使材料的性能有所提高，從而使機械零件滿足其設計要求和使用要求。

1.2 經濟性

每一個行業、每一個企業的存在，其運營都是為了創造價值，增加收入，所以無論是什么行業都必須要滿足這個條件，同樣機械設計行業對材料選擇時也要充分的考慮其經濟性。然而，機械材料資源的缺乏也對其設計造成了巨大的困難。企業不能從單一角度只考慮到自身的經濟效益，也要在各個方面確保其質量，只有高質量、高效能的機械才不會給企業帶來損害，才能使企業穩健發展，所以在機械選材上面一定要慎之又慎，既不能造成材料浪費，也要保證其在性能方面滿足各類要求，增大其經濟性。如下表：

表1 機械選材的具體要求

從表1可見，機床齒輪選材為40Cr、45鋼（每噸3500元左右）；而汽車拖拉機齒輪選材為20CrMnTi（每噸5300元～6000元），從價格和材料性能來看，如果不能合理選用材料會導致使用性能不達標，使消費者不滿意；也可能造成企業成本增加，從而會使企業的經濟效益下降。這就突出選材的重要性。

1.3 環保性

環境保護長久以來一直備受關注，綠水青山就是金山銀山的提出，表明建設生態文明是關系人民福祉、關乎民族未來的，但不可避免的一點就是工業在給企業乃至國家帶來經濟效益，提升國家GDP的同時，工業污染問題依然很嚴峻，如一些工業廢水、工業廢氣、工業垃圾等一系列白色污染。這就是工業發展過程中存在的雙重性，既能帶動國家的發展，也在為生態文明建設埋下不可逆的伏筆。更是亟待解決的重要問題。想要解決這個問題就是要從源頭抓起，在材料的選擇上一定要注重其環保性，有利于生態環境的可持續發展，進而推動經濟的可持續發展[3-5]。

2 機械設計中的材料選擇和應用

2.1 實用性機械材料的選擇應用

在機械設計的過程中選用材料的首要條件就是選擇實用性的，對機械加工有用的材料，根據機械設計要求分析進而準確的選擇其所需材料，選擇出一種合理的、實用的機械材料。這樣有利于科學、合理的使用材料，避免造成不必要的浪費。例如：在加工齒輪時應考慮其主要失效形式（斷齒、磨損、麻點剝落），需要搞得接觸疲勞抗力、高的彎曲疲勞強度。但是在機械加工的環節中要選擇特定的、外觀優質的材料。選擇實用性的機械加工材料，是需要根據各類不同的使用環節、不同的使用性能下以及不同的要求而進行限定的，所以實用性機械材料的選擇應用是非常必要的。

2.2 低能耗型機械材料的選擇應用

任何類型材料在機械加工時，首要的一點是要求選擇的材料是低耗能低污染，不符合的材料必須要提前經過一系列熱處理，因而后續的工序必須進行預熱反應，在此過程中稍有不慎，就會造成所選擇的材料縮短其使用壽命乃至直接報廢，更有甚者會使其性能消失等各類情況，并且有極大可能這種材料在后期預熱會對其周圍的環境造成較大的污染。所以，盡最大可能去選擇在冷拔狀態、熱軋狀態均可以發揮出最佳的機械性能的機械加工材料。或選擇預熱處理步驟較少的材料。常見的情況是用低淬透性鋼鍛制齒輪，即滲透加熱。冷卻后，機械材料出現硬化層。

2.3 可持續發展型機械材料的選擇應用

可持續發展型機械材料的選擇應用歸根結底是要實現經濟的一個循環發展，對機械設計選材以及應用提出了更高的標準，更加嚴苛的條件要求。由此可見，機械工程設計需要同環境建設有機的進行結合，盡量控制能源消耗的同時更要提高材料的利用率、使用率，以期到到效能突出同時環境污染低的雙贏策略。

2.4 經濟型的材料選擇應用

經濟是評估一個企業重要手段，經濟成本是企業發展的一個命脈，合理預估、評估選取經濟適用型的新型材料極為重要。所以機械設計一定要在選材上下功夫，高精尖技術人才根據機械設計的具體要求進行一系列全面系統性的分析研究，當然，在保證質量的前提下一定要注重選材的性價比，從而發揮其最大的性能。值得強調的一點就是在實現材料能源的再利用是很有必要的，選材的過程中一定要優先選擇那些能夠循環利用的經濟性機械材料，進而從源頭降低資源消耗，避免資源浪費，以及減少材料的成本，從而給企業增加總體經濟效益。

3 結論

機械設計的過程中材料的選擇和應用尤為重要，關乎機械產品質量的同時，也對機械設計行業的穩健發展有著不可替代的作用。因此，所選用的材料必須滿足設計的使用要求，也要保證所選用的材料具備較強的經濟性、無害性、實用性，為往后機械設計行業的穩健、迅速的發展打下了堅實的基礎。