機械設計中材料的選擇和應用分析

王楠 楊麗英

摘要：近年來，隨著科技水平的提高和領域創新，我國機械設計技術取得了前所未有的突破，一線機械技術研究隊伍也逐步壯大，為重工業進步奠定了堅實的人力資源與技術基礎。然而，在實際發展進程中，機械制造材料的過度消耗不僅使得稀缺材料供應不足，還與可持續發展觀念背道而馳。針對此，本文圍繞機械設計中的材料選擇與應用展開深度探究。

關鍵詞：機械設計;材料;選擇;應用

一、機械設計加工材料選擇的重要性

隨著科學技術的不斷發展，機械設計加工行業的機械設備、工具器具等的使用頻率也在不斷增加，一定程度上提升了企業的生產效率和經濟效益，同時也凸顯了機械設計加工材料選擇和應用的重要性。設計人員在進行設計時，不僅需要重點考慮材料的尺寸、性能等因素，更要對各項材料的配合加工給予足夠的重視，盡可能地提升設計的整體質量和效率。此外，由于我國是發展中國家，工業生產比重較大，工業生產所帶來的能源消耗、環境污染等問題日益突出，如何利用環保節能、高效便捷的加工材料為機械設計服務是相關工作人員必須認真思考的問題。此外，科學合理地對機械設計加工所用的材料進行選擇，不僅能夠保證機械設計加工的質量和效率，增強企業的市場競爭力，而且能夠在一定程度上降低企業的生產成本，提升企業的經濟效益。總之，做好機械設計加工材料的選擇，不僅能夠有效提升機械設計加工的效率和整體質量，而且在一定程度上為我國工業的可持續發展打下了堅實的基礎，為機械設計行業的進一步發展和壯大做出一定的貢獻。

二、機械設計材料選用的基本原則

（一）選擇滿足設計需求的材料

在選擇和應用機械設計所需材料的過程中，應當充分遵照基本設計原則和具體要求，從材料的性能和用途著手。不同零部件在機械設計領域都扮演著不同的角色，因此，材料的特性存在本質性差異。基于此，有必要結合機械設計對零部件性能的標準要求，進行材料的分化選擇。

（二）選擇荷載水平高的材料

隨著機械運轉時間的延長，部分構件會失去原有作用，其根本原因在于部分材料的荷載水平較低，導致機械零部件基本功能喪失。針對此，應當確保材料的荷載水平達到標準要求。在復核機械設計環節，應當加大對評估材料荷載水平的重視度，與此同時，針對應用頻率較高的材料提高荷載限定標準。其中較為常見的案例就是低碳鋼的滲碳處理工藝， 滲碳過程由分解、吸收、擴散三過程組成，三個過程又是同時發生的，全部過程存在著復雜物理化學反應。滲碳是有機物液體在高溫下分解，產生活性碳原子，并被加熱到奧氏體狀態的工件表面吸收，而后向鋼內部擴散，加熱時間和保溫時間長擴散層的厚度也愈深。為確保鋼材質量符合出廠標準，需要對材質進行測驗和統一處理。

（三）盡量選擇無毒害材料

在機械設計的前期規劃過程中，會涉及諸多類型的材料，與此同時，具有放射性的元素也會在部分特定的工業生產加工環節出現。采取無污染處理不僅能夠避免其對生態環境造成不可逆的危害，還可以保護區域內居民的生命安全，具有相當重要的現實意義。

（四）優先選用可循環再利用材料

當下，機械設計環節所應用的材料以金屬材質為主，但由于生產工藝需求差異對材料會有特殊的要求。并且為進一步強化金屬的特定功能，也會對多種金屬進行綜合性處理。而合金材料的選擇與應用，能夠最大限度滿足對機械材料的需求。在機械設計過程中，需要合理規劃零部件及各類型材料的生命周期，并著重把控回收處理工作。材料的回收利用不僅能夠穩定提升經濟效益，還可以提高資源利用率，保護生態環境。例如，在選擇金屬材料的過程中，要有限選擇成分單一的合金材料。

（五）選擇低能耗、輕污染材料

實際上，低能耗、輕污染材料的選用原則還應當貫穿整個材料生命周期規劃過程。而且在回收再利用階段也應當保證這一優勢特征。從材料本身來說，優先選擇經濟性、低能耗、輕污染材料是最基本的原則，而在此過程中一旦出現生產加工難度系數加大、短期生產成本劇增等情況，會影響整個工程的決策制定。故而材料的選用需做好科學合理的規劃，并綜合考量整個材料的生命周期。

三、機械工程設計材料選擇環節的注意事項

（一）著重把控材料的經濟適用性

在進行機械設計材料選用的過程中，應當著重考量材料的經濟適用性。機械設計人員要嚴格把控設計環節所涉及的生產加工工藝、焊接工藝、裝配工藝及鑄造工藝等。并且要在滿足設計要求的基礎上，優先選擇性價比高的原材料，進而保證材料利用價值最大化，優化完善機械設計。例如，在機械鑄造的過程中，要加強機械材料的流動性、收縮性、吸氣性以及偏析性;在焊接過程中，應保證材料的實用性和靈敏度;在加工鑄造環節，則需增大材料的冷縮性、抗沖擊強度及可塑性。此外，機械材料的性能差異決定了機械設計的材料選擇方向，切實了解不同類型材料的特征，可以進一步優化選擇。在確保機械設計適用性的前提下，應綜合卡量材料的經濟性，不僅要讓其質量標準達到要求，還應盡可能的節約成本。針對可以循環再利用的材料，則可采取恰當的二次處理，以提高資源的利用率，降低設計成本，穩定經濟效益。

（二）加大對材料節能環保性的考慮

隨著全面貫徹落實可持續發展理念的日益深化，機械制造領域的材料選擇與應用成為社會各界關注的焦點。現階段，公眾的節能環保意識逐步增強，資源消耗及環境污染也成為環保工程的核心內容。要想切實保證可持續發展，首要前提就是加大資源利用率，杜絕過度消耗。為此，在機械設計過程中，確保材料選用的節能性和環保性至關重要。機械設計人員要嚴格履行可持續發展戰略理念，在充分滿足設計要求的基礎上，優先選擇低能耗、輕污染的材料，以節約不可再生資源，促進行業的快速發展。

（三）注重可持續發展理念原則

對機械設計材料的選擇遵從的可持續性原則，在一定程度上和綠色環保性原則有著異曲同工之妙，都是在經濟社會全新發展的背景下，對機械設計材料選擇和利用的全新觀念，是對資源的有效利用和對環境的積極保護。在選擇機械設計材料的過程中，有關工作人員應在切實了解相關設計要求的前提下，盡可能地選擇環保節能、性價比較高的原材料，同時，企業管理人員應科學安排整個機械設計的工藝流程，盡可能地避免加工工藝缺陷造成的材料加工活動的失敗和返工情況。此外，企業應建立完善的可持續發展的理念和體制，盡可能地鼓勵員工在合理估算有關材料承載能力的基礎上，選擇經濟效益較高的符合機械設計加工需求的加工材料，為企業的可持續性發展做出一定的貢獻。

四、結語;

在機械設計過程中，材料的選擇和應用是一項意義重大的工作。科學合理地選擇適宜的加工材料，不僅能夠提升企業機械材料加工的質量和效益，一定程度上降低企業的生產成本，而且還能夠幫助企業建立高效環保、節能便捷的工藝流程，在提高企業經濟效益的同時提升企業的社會影響力，從而增強企業的市場競爭能力，為企業的可持續性發展做出一定的貢獻。因此，相關工作人員在對機械設計材料進行選擇時，應在滿足相應設計要求和材料承載力的前提下，盡可能地選擇經濟實用、綠色環保的可持續性加工材料，從加工工藝和企業管理兩方面入手，為我國機械設計加工行業的進一步發展和壯大奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]鄭云鵬，張宏偉.機械設計中材料選擇與應用的意義與要點[J].南方農機，2017，48（24）：98.

[2]佟巍.機械設計中材料的選擇和應用[J].現代鹽化工，2017，44（05）：14-15.

[3]袁小偉.關于機械設計中的材料選擇和應用探討[J].機械工業標準化與質量，2017（06）：42-45.

[4]張軍，黃福敏.淺談機械設計中材料的選擇和應用[J].黑龍江科學，2017，8（06）：154-155.