機械設計當中材料的選擇以及應用探討

潘杰章

摘要：我國經濟和社會一直在持續發展，進而在很大程度上促進了科學技術的提升和發展，面對這種大背景，人們對機械設計有了全新的標準和要求，在這個過程中，機械零件不僅要求具備較高的適用性，而且還需要較低的成本以取得較高的經濟效益，同時零件的加工制造也需要考慮低污染，低能耗以取得環境友好性。對于機械設計工程師來說，在零件設計的過程當中就需要對材料的選擇以及應用等充分的重視起來，要按照材料選擇策略以及應用原則，保障所設計的機械零件具備較高的適用性以及經濟優勢和環保優勢。本篇文章主要對機械設計當中材料的選擇以及應用問題進行簡單的介紹，希望可以給大家帶去一些啟發。

關鍵詞：機械設計;材料;應用

一、前言

我國的經濟和社會一直在持續發展，城市化進程也在持續加速，進而使得機械工業迎來了較好的發展機遇。與此同時，人們在生產以及生活當中對于機械的要求一直在提升，機械行業一定要抓住這個機遇，快速響應，采取措施以滿足用戶的具體需求。如果工作當中存在問題，需要及時的實施改進，以保障所有流程環節得到改善和優化。材料屬于機械工業當中比較基礎以及關鍵的部分，材料的選擇以及具體應用將會對機械質量造成非常直接的影響。因此，一定要對這些問題進行重視起來，采取措施使得這些問題得到及時的解決。

二、機械設計當中材料的選擇以及應用原則

機械設計技術部門的工作人員一定要保障零件原材料以及加工程序的科學化。并且在原材料采購，零件加工，裝配和檢驗的過程當中，要重視各個部門之間的合作，并對原材料，機械零件的尺寸形位公差，以及強度實施實時檢測，以避免出現批量不合格情況。

機械零件在實施原材料采購，機械加工以及熱處理的過程中一定要嚴格的遵守產品設計圖紙進行實施，零部件裝配需要依據產品裝配圖紙進行。機械設計當中材料的合理化選擇以及應用對機械產品的質量來講具備非常重要的影響。技術人員一定要重視圖紙設計工作，按照圖紙設計的需要，完成物料采購清單的創建和設置。關于不同類型原材料，設計人員一定要保障其明確和準確，并且要購買具備完整批號的原材料以保證質量和可追溯性。在產品設計以及生產的過程當中，技術人員需要依據設計標準和設計規范實施機械零件設計并且使用三維軟件進行建模和仿真模擬，進而使得機械產品設計的科學性得到大大的增強[1]。

三、在機械設計中材料選擇的有效策略

（一）選擇載荷類型材料的具體策略

在研究當中，我們發現，非常多的機械零件出現故障主要是由于設計過程中所選擇的材料負載能力以及具體標準之間不相適應。而機械零件的應用性能可以對于零件故障的缺陷進一步抑制，這就要求機械設計人員在實施材料選擇的過程當中完成組件本身故障以及外部負載性能關系的處理。因此，在材料選擇時，設計人員需要重視所選材料的應力以及承載能力。詳細來講，在機械設計當中，材料的載荷性主要包含這些：①如果材料的外部載荷力造成機械零件出現扭曲或者彎曲的情況，則材料的最大應力基本上都會集中在最外層。由此可以發現，機械材料的表面性能在部件故障的抑制方面存在非常積極的作用。如果想要在機械設計當中選擇具備較強承載能力的材料，那可以選擇使用低碳素鋼或者中碳素鋼調質的方法完成這些材料的機械化制造或者加工②在機械制的活動當中，某些零部件會承受壓應力，拉應力以及切應力，這可以表明機械材料所承受的外部載荷在零部件的橫截面上得到了均勻的分布。這就說明設計人員一定要選擇具備均勻分布特性的材料，以使得機械生產以及加工效率得到提升，并保障機械制造活動的順利實施[2]。

（二）選擇合金以及中碳素鋼的策略

當前，在原材料市場中，低碳素鋼具備成本優勢，可加工性強以及可操作性強等優點，因此其使用非常的廣泛。但是，在工作的過程當中仍然存在一些問題：低碳素鋼本身存在一定的缺陷。比如，低碳素鋼的韌性以及強度較低;具備中等形狀以上的零件以及材料將會難以執行熱處理以及硬化操作。由于低碳素鋼材料存在這些缺陷，機械設計師在對材料選擇的過程當中將會受到非常多的限制。在深入研究的過程中，我們可以發現對碳素鋼添加一定量的合金元素，就可以把其進一步加工成合金鋼。其與碳素鋼相比較，具備更高的韌性以及強度。如果設計人員選擇合金鋼當作機械材料，那么相當于在機械零件當中添加了一些特殊的性能，包含：耐高溫性，耐磨性，耐腐蝕性以及其他的一些性能等。但是，在非常多的人看來，盡管合金鋼在性能方面比碳素鋼要好得多，但是它僅適用于對外部載荷力存在較高要求的情況下使用，而在其他的情況之下，大多還是選擇碳素鋼進行使用[3]。

四、機械設計中材料的選擇以及應用方法

（一）實用材料的選擇以及應用

在機械設計當中，無論是材料的選擇還是應用，都一定要對材料的實用性進行考慮。在機械設計當中，材料的應用需要有效的參考設計工藝指標以及工藝方法。換句話來講說，需要和工藝特征的具體差異相結合是非常必要的，進而更好的滿足生產要求，其屬于比較基本性的要求。除此之外，加工零件還需要和設計要求相適應。

（二）低耗材的選擇以及應用

當前情況下，各行各業都非常的重視節能，環保以及可持續發展等。在機械設計材料的選擇以及應用過程中，所選材料一定要具備低能耗以及無污染的特點。與此同時，在加工以及處理機械設計材料的過程中需要和這些具體要求相適應。一般來講，非常多的機械零件都是需要熱處理工藝的。然而，當進行熱處理時如果工藝方法不當，就會造成比較嚴重的失效不合格品，甚至會帶來非常嚴重的污染問題。因此，在機械材料選擇的過程中，一定要盡量的避免采用需要熱處理的材料，可以選擇在冷軋以及熱軋條件下仍可以反映其材料性能的具體材料。如果在材料實施加工以及處理的過程中，難以避免使用熱處理，那么就需要選擇一些具備較少處理環節的材料，從而使得能耗以及污染程度等得到大大的降低。

（三）無害材料的選擇以及應用

機械設計過程中非常多的材料都屬于危險材料，比如：隔元素，使用這種元素的過程中，不僅會出現非常嚴重的環境污染問題，并且其還會對人體健康造成不利的影響。因此，選擇材料的過程中一定要對這些材料的危害進行一定的控制。可以使用某些測試方法來完成選擇材料的檢測，以避免由于測試的疏忽而使得機械設計以及機械設備當中出現一定的有害材料。

（四）可回收材料的選擇以及應用

機械設計當中非常多使用的零件以及部件都屬于金屬部件，但是金屬的輸出存在有限性。如果在機械結構當中對于金屬實施過多的消耗，那么會對機械化的發展以及生產造成非常不利的影響。比如，鋼在機械工程當中具備較多的應用，但是鋼的型號以及類型存在不同性，各種類型的鋼是難以進行回收的。與此同時，如果把不同類型的金屬元素進行一定的混合，其同樣會對回收工作造成非常大的影響，并且會出現非常嚴重的資源浪費[4]。

五、結束語

總之，材料選擇以及應用在機械設計的過程當中存在非常重要的作用，設計人員一定要闡明對機械零件適用性以及經濟性造成影響的各種因素，在這種基礎之上采取針對性的設計方法，并積極的提升自身的環保以及經濟意識，并努力的設計經濟，節能，適用以及環保的機械零件，進而促進機械設計行業在發展的過程中具備可持續性。

參考文獻：

[1]鄔業萍.機械設計問題中的材料的選擇及應用探討[J].山東工業技術，2016（21）：295-295.

[2]池占山.機械設計中的材料選擇及應用探討[J].中國高新技術企業，2015（21）：17-18.

作者單位：卡拉羅（中國）傳動系統有限公司