機械設計中新型材料的應用

摘? 要：在市場經濟的發展過程中，社會各行業的發展，都需要使用機械設備。而機械設備的有效應用，是建立在科學設計的基礎之上的，只有進行有效的設計，使用符合標準的材料，才能保證機械制造的高品質、高標準。因此，在機械設計工作的開展中，要從新型材料的應用入手，保障機械設計工作的質量，進而確保機械設備的安全使用，促進市場經濟的繁榮發展。

關鍵詞：機械設計;新型材料;應用

1機械設計中新型材料的類型

1.1金屬材料

在機械設計的過程中，金屬材料的使用比較普遍。在機械內部需要進行連接、轉軸、受力的功能應用過程中，金屬材料發揮出獨特的應用效果。金屬材料中，被應用在機械設計的過程中，主要有鋼、鐵兩種材料應用。鋼鐵的強度、韌性較大，在應用的過程中，具有突出的優勢。同時，我國鋼鐵的產量豐富，在部分地區，甚至存在資源過剩的現象，因此具有成本低的應用優勢。但是，鋼鐵材料的應用中，存在高污染、高能耗的現象，需要在原有鋼鐵材料的應用基礎上，開發新型的金屬材料應用，保持機械材料與環境之間的平衡關系。

1.2高分子材料

高分子材料作為新型材料的主要代表，在機械設計的過程中，主要應用的有塑料、橡膠、合成纖維等幾種類型。這些高分子的材料，需要在石油的應用基礎上形成，在具體的應用中，強度沒有鋼鐵材料大，但是也具有一定的應用優勢。比如高分子材料的使用，使機械設計的材料來源更加豐富，隨著工業生產水平的不斷提高，現在也被廣泛的應用在機械設計的過程中。高分子材料的應用中，需要注意與環境的關系。比如使用塑料材料的過程中，塑料很難降解處理，在大量的聚集使用中，很容易造成對環境的影響作用。

1.3復合材料

復合材料的使用，在特殊的環境、功能上具有應用的優勢。在特種設備的機械設備生產過程中，復合材料的應用更為廣泛。在當前的應用中，復合材料普遍具有質量輕、持久耐用、耐熱好用的特點。在機械設備的傳動軸類的應用中，復合材料的使用，能夠更好的提升設備的運轉穩定性。在機械設備的應用中，轉動軸是比較關鍵的內部古城，因此復合材料的使用，還具有耐腐蝕、耐摩擦、耐高溫的特點，在高速轉動的過程中，也能保證轉動軸的正常使用。因此，在機械設計的過程中，轉動軸的應用主要使用復合材料進行設計使用。另外，使用復合材料，還能減少設備在運轉過程中出現的噪音、擾動等問題。

2機械設計材料的選擇和應用

2.1無毒無害型材料

在機械設計的領域中，大多材料都有一定的傷害性，例如，常見的Ni、As等化學機械材料會對人體造成一定傷害，不僅如此，這些材料對自然環境的傷害也是相當大的。在進行機械設計的過程中，應著重選擇無毒無害型材料，保證在安全無害的環境中進行機械設計操作。

同時，要在機械設計中落實綠色環保的理念，基于此，在機械設計的材料選擇和應用中，重點選擇綠色環保材料也是關鍵所在，也是機械設計人員需要關注的重點，通過綠色環保材料的選擇，減少機械設計中放射性元素的危害。

2.2碳鋼、合金鋼材料的選擇和應用

在機械設計中應用最廣泛的材料是碳素鋼及合金鋼，碳素鋼具有成本低、生產便捷、適用范圍廣等特點，在機械設計中，碳素鋼通常應用于強度需求較低的零件中，由于碳素鋼的韌性和強度相較其他材料較低，因此，在機械設計中是存在一定局限性的。

而合金鋼材料的應用則彌補了這種遺憾，合金鋼是在碳素鋼的基礎上，通過加入一定比例的合金制成，其強度和韌性都強于碳素鋼，將其應用于機械設計中，不僅能夠強化機械設計零部件的質量和性能，還能在很大程度上提升產品的耐磨性，是應用價值較高、應用較廣泛的一種材料。因此，在機械設計的過程中，設計人員應根據機械產品的具體需求選擇碳素鋼與合金鋼，確保產品設計的最佳性能。

2.3荷載材料的選擇和應用

在機械設計中，荷載材料的選擇也是相當重要的一項工作，在實際設計工作中，選擇的材料會因為荷載水平低的原因，在后期應用中出現抑制失效的問題，導致大部分機械零部件無法發揮正常的作用，造成這個問題的主要原因是機械設計中材料選擇荷載過低。

因此，在機械設計前期，材料選擇時，要進行荷載水平的評估，選擇荷載水平高的材料，并且根據實際設計工程對材料進行后期加工處理，提升材料的荷載水平，保證工程的質量和性能。

2.4功能性材料的選擇和應用

在機械設計的過程中，需要對材料的制造進行多道工藝的處理，其中包括熱處理工藝、鍛造工藝、切割等，在完成材料工藝的處理后，為了確保所應用材料的性能，滿足產品的設計需求，需要選擇功能性和實用性更強的材料，以保證材料在處理后能夠滿足機械產品的性能需求。不僅如此，在實際機械產品設計中，實用性功能性材料的選擇和應用要根據設計產品不同的部件來決定，結合材料的屬性，實現材料在產品設計中的有效利用。

在產品設計的具體規劃中，如果是磨損較嚴重的零部件，需要選擇硬度較高、韌性較強的材料，確保零部件的性能。同時，在選擇材料性能時，也要注重設計的美觀性，從多方面考慮材料的選擇和應用。

2.5循環性材料的選擇和應用

在機械設計的實際加工中，大部分是選擇金屬材料，而各個部件所使用的金屬材料有所不同，會在很大程度上造成資源的浪費，因此，設計人員要在機械設計的過程中選擇循環性材料，在選擇合金材料時，盡量少選擇元素的種類，這樣既能保證合金質量，也能減少成本，促進材料的可再生利用。

3機械設計中新型材料的選擇及應用策略

3.1根據材料特性進行選擇和設計

在機械設計中會涉及各種零件，不同零件在進行材料選擇時也會有不同的要求。為減少零件問題，在選擇材料時需要考慮機械設備性能的發揮。因此，設計人員需要認識到材料選擇的重要性，針對每種材料的性能進行充分了解，再根據不同材料的不同性能和影響因素等來進行實驗。并且使用這些材料來進行檢驗，例如，耐熱實驗、減震實驗以及抗壓實驗等，使用不同材料能提升整體的機械性能，實現材料選擇和機械設計的有效對接。除此之外，設計人員在選擇材料時也要重點考慮材料的價格，減少設計過程中的成本消耗。

3.2加強材料的工藝處理

對材料進行工藝處理，是為了滿足在當前機械設計對不同工藝的要求，為了使機械設備發揮預期的效果，在進行材料工藝化處理時，需要對鑄造工藝、焊接工藝、粘結工藝等進行處理，提升機械的整體性能。材料的工藝化處理直接關系到機械設備的性能和工藝特色，因此，在進行工藝化處理時需要盡量讓整個工藝和設備的特性貼合，這樣可以在很大程度上降低機械設計的缺陷發生概率，提升設備的材料選擇精確度。

3.3把握不同材料的優勢

選擇和應用不同材料進行設計制造，具有不同的優勢和劣勢，設計人員在選擇材料時必須把握材料的特性，從而實現材料的正確使用。首先，分析材料的物理性能，確保產出機械的材料質量和性能;其次，研究不同材料在不同環境下的使用情況，根據不同材料在不同環境下的特征進行制造，確保得出最佳方案;最后，材料的化學性能包括材料的腐蝕性、氧化性能等，在進行材料焊接和切割時這些特性都發揮重要作用。

4結束語

總之，在機械設計的過程中，新型材料的應用，要符合環保節能、經濟實用、可持續性的原則，并且要按照具體的設計要求選擇材料，對新材料的應用優勢進行發揮，從加強工藝處理的方法提升等手段中，確保新型材料的有效應用，機械設計的科學合理，提高機械設備的高水平生產制造，提升機械行業的快速發展，促進社會經濟事業的更高水平進步。

參考文獻

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[2]華傳艷，魏繼樂，孫思平，等.機械設計加工中材料選擇問題的探討[J].南方農機，2020，51（08）：164.

作者簡介：

張志軍，男，河北省秦皇島市人，研究方向：機械設計