探討機械設計中材料的選擇和應用

張威

摘? 要：隨著社會經濟的發展，科學技術也在不斷進步，新技術、新設備的出現，更是提升了各行業的工作效率，提升了經濟發展的速度。新技術、新設備的價值需要利用機械來體現，因此，對機械設計提出了更高的要求。要想提升機械設計水平，需要機械材料的大力支持。如果缺乏相應的機械材料，機械設計只能是空中樓閣，無法得到實現。因此，機械設計人員應加強對機械材料的選擇及應用水平，確保設計機械能夠安全、高效運轉，為社會經濟發展提供更為先進的新設備。

關鍵詞：機械設計? 材料選擇? 材料應用

中圖分類號：TH122 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（a）-0045-02

自國家改革開放以來，人們生活水平日益提高，為了確保人民的生活質量，家用電器的數量及種類逐步增多，這就給機械行業帶來了廣闊的需求市場，推動了機械行業的發展。機械的生產過程中，最為核心的就是機械設計，機械設計人員在設計環節不僅需要考慮機械的整體性能，還需要對機械材料做出選擇，確保材料的合理應用，提升機械設備的運轉效率。與此同時，需要考慮機械對人體的危害、材料的重復利用等問題，確保機械行業的可持續發展。

1? 機械設計中材料的選擇和應用的意義

全球經濟一體化趨勢，使得各國之間越來越重視經濟的發展，提升國家競爭力，實現國家的可持續發展[1]。國家經濟發展中，對于機械的運用是必不可少的，這就為機械行業的發展，指明了前進的方向。機械制造行業是國家工業發展的基礎，為國家工業的發展提供了物質保障。機械行業的興起，帶動了行業內部的競爭，各種新型的機械設計方案層出不窮。將機械設計方案化為現實，還需要設計人員選擇合適的機械材料。但是現階段，材料的類型不斷增加，而數量卻一直在降低，這就為設計人員選用材料提出新的要求，深入分析材料數量降低的原因，盡量提升機械材料的環保性能，確保社會經濟發展的穩定。

機械設計人員在設計過程中，對材料的選擇是極其重要的，直接影響機械質量及其使用性能。首先，設計人員應充分考慮機械設備的實際需求，堅持可持續發展戰略，盡量避免材料的不必要損耗，提升材料的利用率;其次，充分考慮機械設計質量及其功能，在不影響機械設備質量及其性能的基礎上，對機械材料合理搭配;最后，對機械設備進行試驗，確保設計方案的可行性，測試機械磨損情況，確保材料的科學利用，確保其在使用過程中，不會對人體造成傷害。

2? 機械設計中材料的類型

機械行業發展過程中，需要運用大量的機械材料，但由于資源的過度開采，資源數量已經顯露出短缺狀態，因此，國家提出了可持續發展戰略?？沙掷m發展戰略的提出，使得機械行業為確保行業的長遠發展，在原有基礎上，加強了對新型機械材料的研發。新型材料的出現，為機械設計人員提供了更多的選擇。

2.1 金屬材料

金屬材料是最為普遍的材料，貫穿于整個機械行業的發展過程。一般來說，凡是以金屬元素為主的材料都可以被稱作金屬材料。這種材料在自然界中最為普遍，甚至可以說隨處可見，截止到現在，已知的金屬材料種類就有數十種。因此，金屬材料的應用，是現今機械設計人員的首選目標。隨著機械設計要求的提升，金屬材料在原有的基礎上，逐步研發出具有多種金屬元素的合金材料。除此之外，合金材料的不同性能不僅可以提升機械的性能，而且擴大了金屬材料的應用范圍，同時滿足設計人員對材料的不同需求。

2.2 復合材料

復合材料是將兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理技術或化學技術進行復合，使其具有特定性質，滿足機械工藝不同需求的材料[2]。不同性質的材料相互之間求同存異，在提升其原有性質的基礎上，獲得新性質，可以提高材料的利用效率。部分機械設計所需材料是自然界無法形成的，這就需要研發人員，整合不同性質材料，滿足設計所需。復核材料的出現，憑借其優勢，為設計人員提供更多的靈感，設計出更為科學、更為合理的新方案，新方案的出現，又為復合材料的研發指明了發展方向，二者之間相互補充，共同發展。

2.3 高分子材料

高分子材料，又被稱為聚合物材料，是以化合物為主體，通過添加劑或助劑的注入，實現對材料的要求。由于自然界中化合物原料數量較多，高分子材料的應用也被設計人員所接受，例如人們在日常生活中常見的塑料、瀝青就是其中代表。由于高分子材料擁有可再生和可循環利用的特征，再加上其性質多樣，使其在機械設計中得到了一致好評，實現了廣泛應用。由于金屬材料的不可再生特性，再加上部分高分子材料具有同金屬類似的性質。例如，聚甲醛材料具有很強的耐磨性，可以用來進行軸承的生產。

2.4 陶瓷材料

陶瓷材料，是指用天然材料或是合成化合物，利用高溫燒結而成的材料。這種材料不同于金屬材料的不可再生，同樣具有可循環利用特性。與此同時，陶瓷材料還具有熔點高、硬度高、耐磨性高、耐氧化等特點。這意味著，陶瓷材料在機械設計過程中擁有特殊的地位。例如，某些特殊的化學儀器制造、超聲儀等都是運用陶瓷材料進行生產的。隨著對陶瓷材料性質的深入挖掘，納米陶瓷技術出現，為國家航空航天等高精領域做出了杰出的貢獻。

3? 機械設計中對材料的要求

機械設計人員，對材料進行選擇應用時，應從多方面考察材料性能。所選材料既能滿足機械實際需求，又具有經濟實用性，而且不會對人體造成傷害。除此之外，還應將材料可循環利用，全面實現機械行業的可持續發展。

3.1 注重材料的節能環保性能

隨著國家可持續發展戰略的提出，環境污染問題已經越來越受到人們的重視，人們越來越關注機械設計環節中對材料的選用。機械設計環節材料的選擇過程，設計人員最為重視的就是材料的節能環保性能。部分機械材料本身是節能環保的，但是在生產過程中，容易受外在因素影響，導致材料失去節能環保性能[3]。因此，設計人員在材料選擇過程中，盡量選擇無需經過處理即可滿足設計需求的材料。除此之外，部分機械材料含有危險元素，不僅會造成環境污染，還會對人的身體造成傷害。例如金屬鉛、鎳等材料。因此，在機械材料選擇中，設計人員應提高警惕，盡量選擇綠色無污染的環保材料，實現機械行業的可持續發展。

3.2 注重材料的實用性

材料選用過程中，設計人員應根據機械實際需求，選用機械材料，注重材料的實用性。機械材料的多樣性，要求設計人員在眾多的材料中，從實際出發，不能只顧個別部件質量，而應從機械整體出發，選擇較為實用的機械材料。例如，針對熱水器等易受腐蝕的設備，可以采用鋁制材料進行生產。機械在使用過程中，各部件運行環境的不同，導致其對材料的要求也有所差異。部分部件要求材料同時擁有耐磨性以及耐腐蝕，這就要求，設計人員充分考慮材料的整體性能，對于特殊部件，采用相匹配的特殊材料，使材料性能得到充分發揮。

3.3 注重材料的經濟性

機械設計環節，為確保機械質量，對材料的要求較高，選用材料時過于重視材料的質量，而忽視材料的經濟性，為機械的銷售帶來巨大的難度。因此，設計人員在進行材料選用時，應充分考慮使用者的實際情況，在同等性質的材料中，選擇性價比含量較高的材料，注重材料的經濟適用性，滿足不同經濟水平的使用者需求。在機械生產過程中，加強對生產過程各環節的監督，保障材料的利用效率。在確保機械質量的同時，優化機械生產流程，盡量減少成本投入，從而控制機械價格，為社會提供物美價廉的機械設備。

3.4 注重材料的可循環利用

在機械設計環節，由于金屬材料同時具有剛性與柔性，而且較為普遍，設計人員依照機械部位的不同，選用合適的合金材料對機械進行生產。雖然金屬材料生產的機械，因其剛性功能，暫時滿足了實際需求，但是長時間的應用，難免出現問題，若問題出現將會影響機械的整體性，影響機械的使用效率。對機械進行報廢處理時，回收難度較大，造成成本增加影響行業發展。為達成材料的循環利用，設計人員對材料進行選擇時，應注重材料的可循環利用。在材料選擇過程中，選用容易回收再利用的材料進行生產。

3.5 注重材料的荷載能力

機械設計過程中，部分機械結構復雜，需要眾多零件支撐。這部分零件的荷載能力，直接影響機械整體的質量，在機械使用過程中，容易出現故障。因此，材料選擇過程中，應注重對材料荷載能力的考察。首先，對機械荷載部分的材料選擇時，應分析不同材料的荷載能力，獲取荷載參數，依據機械實際需求，做出選擇[4]。其次，應創新荷載部件生產工藝。荷載型材料力學性能較好，需要創新其生產工藝，提升生產效率，避免資源浪費;最后，應對生產環節進行嚴格掌控，生產過程中，發現問題及時做出修正，全力確保荷載部件質量，進而提升機械整體質量。

4? 結語

材料選擇是機械質量的保障，機械質量是機械行業發展的保障，機械行業發展是為其他行業提供高質量機械設備的保障，社會各個行業的發展也是社會經濟發展的保障。由此可見，機械設計中材料的選用是社會經濟發展中最為重要的基礎。設計人員應加強自身專業知識技能，提升對材料的辨識能力，全力確保機械質量，推動社會經濟迅猛發展。

參考文獻

[1] 黃信軍.機械設計中材料的選擇和應用分析[J].世界有色金屬，2018（18）：244，246.

[2] 程建磊.機械設計中材料的選擇和應用[J].現代商貿工業，2016，37（15）：181-182.

[3] 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（6）：154-155.

[4] 佟巍.機械設計中材料的選擇和應用[J].現代鹽化工，2017，44（5）：14-15.