機械設計中的材料選擇及應用探討

竇姍

摘要：對于機械設計而言，最為重要的兩個部分就是針對材料的選擇和實際應用，這兩點對于機械設計而言至關重要，具有指向性的作用。該文章從機械設計所需的材料出發，以具體的分析和討論對機械從材料選擇到實際應用進行細致說明，以環境保護為原則，進行機械材料的設計和實際運用，達到節能減排的作用，同時還要注重經濟利益的發展，加快機械制造這一行業的發展。

關鍵詞：機械設計、材料選擇、實際應用

近年來我國綜合國力不斷提升，各行各業的技術能力也得到了迅猛發展，城市建設步伐的不斷加快使得機械設計行業具備了足夠的發展空間，且發展規模和發展方向也有了很大提升，社會比重逐漸增加，相應的需求量也越來越高。這一大環境下，人們對機械設計行業的要求，包括選材和應用在內，都更加嚴格。所以，為進一步促進我國社會快速發展，機械設計專業人員必須具備更加專業的知識，對原材料的選擇也應該以更好的性能為佳。除此之外，還要對施工過程中的各種材料選擇應用進行準確判斷，以期達到更高的質量標準。

1選材和應用對機械設計的重要性

現階段的機械設計中，存在部分材料稀缺的情況，但市場需求并未因此而有所緩和，反而更加強烈。面對這樣的局面，機械原材料在市場的競爭中日益加劇，機械設計在原材料選擇和施工工期上進一步縮短。所以，該如何應對當前市場環境下的機械設計發展，明確市場發展方向，以機械設計自身具備的長處來發展和進步，在市場競爭激烈的浪潮中提升自身水平，以更完善的格局維持自身穩定發展，以足夠的適應力應對當前機械設計市場環境，保證可以在這一環境中把握市場導向，取得良好的競爭力，以此來提升企業自身的綜合實力，獲得更多的市場資源，以更多的信息對機械市場進行深入研究和分析。

2關于機械設計的材料選擇標準

2.1材料荷載種類的抉擇

機械設計發展行業中，對于原材料的荷載有很高的要求，因為荷載能力直接作用于零件質量上，對于整體設計而言具有至關重要的作用。若一些材料的荷載能力不達標勢必會導致零件無法使用，最終延誤工期。所以，機械設計專業工作人員必須嚴格控制荷載能力以及實際應力高低原則。首先是針對外部荷載能力而言的，在零件通過外力作用發生變形時，零件內部也會產生同等的反作用力，這些作用力統稱為實際應力，這一應力會直接作用于材料表層進行進一步設計加工。也就是說，材料表層所具備的整體效果是直接作用于零件上的，零件的承載力越強，材料質量也就越高。針對此，機械設計工作人員可以選擇性使用承載力不同的材料進行不同部位的設計施工，為增強材料的承載力，可以通過滲透的方式將低碳鋼以及中碳鋼滲透在材料中，并通過進一步加工投入使用，針對只需要承載伸縮力的材料，則可直接以均勻分布的應力進行調整，選擇性能更加優良的材料，以保證機械設計施工順利進行。

2.2選擇合適的碳素鋼以及合金鋼

碳素鋼在機械設計行業中的要求是含碳量低于2.2%的碳鋼，這種碳鋼含有鐵跟碳以及一些錳和磷元素。這也是使用最早，最廣泛的一種碳鋼材料，在整個碳鋼生產中，以85%的產量居第一。碳鋼的性能以含碳量的不同而有不同的表現。含碳量較低時，碳鋼在強度和硬度方面有所降低，但在延展性和韌性上更加優良。同時，由于碳鋼的低成本、高性能、廣范圍和良好的加工工藝而在機械制造行業具備廣闊的生產前景。但同時，也是因為韌性高，強度低，導致在制造和冶煉過程中容易出現裂縫和疤痕。再則，碳鋼在使用時，多數用于對精度要求不高的零件制造上，但為保證質量抽檢合格，仍在生產過程中加入了一些合金用以提升零件質量，這也就是合金鋼的由來。相對碳素鋼而言，合金鋼具備更高的強度和硬度，即具備了良好的韌性和滲透能力，在強度和硬度上也有了大范圍提升。除此之外，合金鋼具備一定的抗腐蝕性和磁性，比碳素鋼有更廣的使用范圍。當然，合金鋼也擁有一些缺陷，在加入合金進行冶練的過程中，冶煉工序更加復雜，加工工藝更加困難，制造成本也相應的提高。所以，在機械設計中并不是全部使用合金鋼，而是根據具體使用部分進行選擇，在需要大范圍截面制造時以合金鋼為佳，若此時碳素鋼也可滿足機械設計施工需求，則要以碳素鋼為主，盡可能以較低的成本來獲得質量較高的機械工具。

2.3盡可能選擇符合綠色發展可回收材料

我國現今的發展更注重綠色發展，經濟實力提升的同時也要加強環保意識。所以，為響應國家對于綠色發展的號召，機械設計師在進行材料選擇時，要選擇低成本高質量且兼具節能環保特性的原材料。這就要求機械設計工作人員要針對機械產品的實際使用情況進行抉擇。在考慮低耗能和無污染的情況下以綠色發展為核心選擇材料。既要考慮機械材料的使用年限，也要考慮該材料的環保性。所以，機械設計工作人員必須以更加嚴格的標準進行機械產品的質量判斷和該材料的可回收性和二次利用性能，盡可能以可回收利用的材料進行機械施工，盡量降低材料浪費和能源浪費，針對廢舊零件也要具備一定的廢棄物分類處理能力，能生產也能環保。

3關于機械設計的材料應用標準

機械設計材料的應用指的是對材料的延伸性使用，對整個機械設計工程都具備重要的作用。所以，在滿足原材料合格的基礎上還需考慮到材料選擇的實用性，也就是經濟性。

3.1材料選擇優先考慮實用性

機械設計制造對于原材料的要求相對較高，所以設計工作人員必須以材料的實際使用性能為標準，包括材料進行加工制造零件的過程中，加工工藝也有一定的要求和標準。機械原材料的應用是零件的加工工序為重要提現，零件加工質量好壞直接與加工工序相關。材料加工工藝技能在選擇上也多種多樣，包括車間加工工藝、鍛造加工工藝以及其他熱加工工藝等等，不同的加工工藝具備不同的加工條件，最終提現在產品性能上。例如車間加工工藝就是通過以車床為基本生產空間進行逐步加工制造，達到各種工藝要求標準。所以，機械設計原材料的應用也具備一定的操作能力，通過物理化學變形達到設計要求，制造的材料也必須符合加工要求和零件質量要求，必須具備一定的承載力，能夠滿足日常設計工作需求。熱加工工藝則重點應用以不改變機械原材料形狀的基礎上改變其內部微觀結構，從而改變其性能，達到零件要求的滲透能力。

3.2關于原材料應用的經濟特性

機械加工零件在符合各個施工指標和加工指標的基礎上，仍然需要依據各企業自身情況進行調整性加工，這也是在符合加工需求的前提下進行的一項經濟加工工序。加工工序除了要符合零件使用標準外，還要以該企業自身的實際情況進行調整。例如日本高鐵發展行業，由于地理環境的獨特性，他們在高鐵車頭上進行了多次調節和修改，盡可能降低車內噪音，達到日常交通要求。這是從一個個細小零件進行測試和加工改造，對于加工工序的要求甚為嚴格，同時也為降低制造成本，他們也在努力更新發展技術，盡可能以較低的成本獲得較高的市場收入。

4結語

總而言之，機械設計中對于材料的選擇和應用是在符合綠色發展的前提下進行的低成本高技術發展，這對于整個機械發展行業來說都是重要的設計目標。因此，我們必須以更加充足的知識去發現更多滿足加工需求材料，并以足夠科學合理的加工方式提升加工制造能力，進一步促進機械設計行業的快速高質量發展。

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（作者單位：英大商務服務有限公司）