機械設計過程中機械材料的選擇和應用

何劍鋒

在機械設計過程，全面的開展機械材料應用與研究是必要的，機械材料的應用是提高機械設計水平的重要部分，作為設計人員，應深入工作實際，針對具體機械設計內容，全面地開展材料應用研究，總結更加高效的應用方案，提高機械材料選擇能力，為機械設計工作開展提供有效建議。

1 材料選擇在機械設計中的重要性

工業的發展促使各部門要不斷完善工作細則，才能應對不斷變化的市場，使工業化進程更快，提升企業的綜合實力。改革開放后，機械制造成為我國經濟發展的重要部分，機械設計人員根據制造要求不斷完善工藝流程，使最終的設計結果更優質，從而保證材料的利用率更高，提升材料創造的價值。社會的不斷進步，讓人們對機械材料的要求日益提高，隨著新型技術的出現，全新的機械設備可以完成材料的高質量加工，確保對材料進行更高效地利用。

機械制造企業為了完成大規模的量產，要先認真篩選機械材料。根據復雜的工藝要求，選擇更適合加工的機械材料，能確保大批量生產過程中不會出現問題。企業要具有較高的加工工藝，根據不同材料的加工難度，選擇適合的工藝方法，讓最終完成的產品質量更高。同時，設計者要根據機械設備的情況，對不同的設備進行技術升級，通過降低設備損壞幾率的辦法，提高設備使用壽命，避免對設備操作人員造成威脅。企業也要時刻考慮成本控制問題，選擇適合的材料。雖然良好的材料可以創造出更優質的產品，但企業也要迎合自身發展情況，選擇更適合企業使用的材料，避免造成成本浪費問題。高品質的機械材料是確保企業能夠長久發展的基礎。

按照材料的質量和用途進行分類，選擇高質量材料的同時，要根據所制造的產品進行適當的加工，以提高材料的利用率。篩選機械設備的材料關鍵在于對技術的完善，通過現代技術的革命選擇機械材料，對后續的設計成果也有影響。企業為進一步提高制造過程中材料的利用效率，可以根據環境的情況選擇更環保的材料，這些材料既可以避免對環境造成污染，提高資源利用效率，又可以將材料的經濟適應性提高，讓材料產生的產品具有更高的環保價值。我國機械制造業想要維持長久穩定的發展趨勢，要時刻考慮材料的選擇渠道，并且根據人們不斷提高的生活要求，提高機械材料的制造工藝，使最終完成的產品能夠保持經濟穩定發展，共同打造健康而舒適的生活環境。

2 機械設計過程中應用到的主要材料

機械設計使用的材料含多種類型，其中包括金屬材料和非金屬材料兩大類。金屬材料主要包含鑄鐵、鋼、銅合金，而非金屬材料包括陶瓷和其他復合材料。在進行機械設計中，設計師要綜合考慮不同材料的配比，在完成產品設計和應用的同時，使材料比例適合，以達到最優質的效果。不同的材料所展現的性能也存在差異，因此設計人員要綜合考慮材料的適用性能和范圍，讓機械設計產品的質量達標。

2.1 金屬材料

金屬材料作為機械設計必不可少的材料，主要涉及鐵、鋼、銅等類別。鑄鐵材料要先考慮其物質組成，根據金屬合金的要求，組成的鑄鐵材料中要包含鐵、硅、碳等物質，同時鑄鐵材料在應用期間以其優質的流動性，更好地適應不同機械制造環境。由于其本身的熔點更低，所以在鑄造的同時可以更適合進行鍛造，同時可以增強其減震性能和抗壓能力，使最終設計的機械設備擁有更廣泛的應用空間。鋼材料和鑄鐵材料一樣，也屬于一種由多種元素組成的合金材料，這種材料中所含有的鋼元素較多，在日常應用時要根據不同鋼合金的結構選擇適合的作業場景。碳素鋼是性能較強的材料，在加工制造的同時能夠以更低的價格完成產品的制造，因此被廣泛應用到諸多機械制造領域。銅材料與鑄鐵材料相比，其本身的延展性更高，并且可以擁有較高的耐腐蝕性，在綜合多種元素以后，銅材料的化學組成更為復雜，比如：在白銅中會加入鋅、鉛、錫、錳等特殊的元素，使最終形成的青銅合金抗腐蝕性更高，耐磨性更強，因此在加工制造過程中可以作為多種機械設備的重要元件，拓寬其適用范圍。鋼元素的機械制造設計復雜，其中包含化學成分較多。鋼元素有許多優點，比如：本身的造價較低，工業性能較好等，在加工制造時可以根據類型需求，選擇適合的鋼元素，在控制好含碳量以后，能夠拓寬鋼元素的應用范疇。

機械設計中的鋼元素材料含有更多特殊元素，促使最終形成的合金鋼可以擁有較高的物理特性，在不受外界化學成分影響的前提下，可以通過熱處理的方式制造出相應的產品，進而滿足機械材料的基本要求。

2.2 非金屬材料

非金屬材料主要包含橡膠類、高分子材料、陶瓷材料、復合材料等，塑料作為機械設計中應用較多的材料品種，由于其本身重量較輕，同時加工難度較低，具有較高的抗腐蝕性和絕緣性，因此在多種場合中都會應用。利用橡膠可以完成減震設計。具有較高彈性的橡膠，能夠快速吸收多余的沖擊能量，所以制作減震器時，也可以利用彈性較好的橡膠材料代替。陶瓷材料穩定性較高，具有一定的耐高溫、耐腐蝕性等優點，所以在機械設備制造期間，可以將其作為模具、刀具等工藝的材料。復合材料包含高分子材料以及陶瓷材料的綜合體系，在機械制造過程中會更多地應用于武器和航空領域中?？萍嫉难该桶l展，讓材料的復雜性提高，也使材料的適用范圍更廣，最終研發的材料一定更適合人們使用，并且不會對生活造成影響。

3 機械設計中材料的選擇與應用策略

按照機械設計要求，設計者要了解材料的使用范圍和能力，通過不斷完善設計細節，拓寬材料的使用渠道：首先，機械設計要符合實用性理念，確保最終的設計更有意義；其次，機械設計要對細節環節進行妥善觀察，避免設計環節出現問題。還有，材料本身要更好地迎合環境的變化，在污染程度較低且成本要求較高的區域，選擇能耗低、保質保量的材料用作機械設計，可以更好地構建穩定的經濟架構。材料本身的類型較多，不同的產品要根據要求選擇適合的材料，才能提升其基本性能。

機械材料的選擇和應用十分廣泛，設計人員要考慮零件的基本要求，所以，在整個機械設計流程中，工作人員要對工作內容進行記錄、存檔，方便進行后續的工作布置。完成基礎準備工作以后，機械設計人員要做好以下工作安排。

3.1 明確機械設計要求

設計人員要從科學的設計理念出發，確保選擇的設計理念符合基本設計要求，并有效掌握設計重點和難點，使整個設計過程可以有效執行。依據設計方案執行工藝的過程中，要注意以下問題：

明確設計零件用途。設計師根據不同零件的使用規格和方向，選擇合適的零件材料以及設計方案，在確定使用環境以后，可以根據零件的性能選擇標準設計方法，同時，對比零件的磨損程度，利用電腦完成仿真模擬使用過程，了解零件在運轉狀態下的各項參數是否達標。做好材料經濟性分析，由于零件具有一定的損耗特性，所以在機械設計中要以成本控制為基礎，選擇的機械零件應該具有良好的質量，在使用的過程中確保采取的設計工藝不會對零件基本參數造成影響，讓零件擁有更持久地使用特性。設計師也要分析不同零件的材料性質，然后按照現有設計工藝完善設計流程，確保最終采取的設計方案可以更高效的應用材料，延長零部件的使用壽命。

3.2 做好材料性能分析

材料性能的完整數據是判別機械零件使用壽命的依據，所以，設計人員要在開展相關理念設計之前，先了解材料的基本特性，之后按照需求展開設計任務，具體過程分以下幾部分：

首先，進行物理性能分析。機械材料的物理特性包含導熱性、導電性、熔點、密度等，在特定環境中，材料本身的物理特性直接決定其使用年限和使用環境。根據特定材料的情況進行工藝調整，能夠使零件的磨損程度降低，比如：某些機械零件重量有限，為了避免因質量造成影響，可以使用比較輕薄的鋁、鎂等輕金屬材料；其次，了解其化學特性。在特定環境下受外部化學因素影響，機械材料零部件會產生相應的磨損，其中包含化學穩定性、抗氧化性、耐腐蝕性等。零件在特定環境中使用，要根據其本身的化學特性進行選擇，選擇抗氧化性較高的材料，可以延長使用壽命；最后，進行工藝性能分析。機械材料的加工制作工藝十分復雜，包含焊接、切削、鍛造等流程，所以零部件本身的性能要十分穩定，才能在加工以后滿足不同環境的使用需求。在確定最終設計方案前，要經過專家討論，明確用途和方向后，最終選擇適合的方案。

3.3 選優合理處理工藝

機械零件的生產加工工藝要做到與時俱進，才能在生產加工的同時保持工藝流程的優化，讓最終完成的機械零件可以被更好的應用。設計人員要了解先進的工藝方法，對于相對復雜的工藝流程要懂得進行優化，使用先進的材料和步驟，對機械零件進行加工。處理鋼材料的同時也要做到流程精進，提高材料的應用效率，此處以鋼材料熱處理為例：

鋼材料通過淬火、正火、回火、退火等流程，可以使其物理特性發生轉變。由于某些機械材料本身硬度較大，無法滿足零件加工需求，所以在加工前可以進行退火處理，使其硬度降低，進而完成零部件的加工與制作。在某些環境下還要提高機械材料的硬度，通過正火的方式提高硬度是比較常用的方法，某些零部件在加工處理過程中進行退火和正火處理，也可以將無法滿足要求的零部件的硬度和強度進行改變，使其符合特定環境的應用特性。對機械零件的基本性能進行了解后，要按照環境需求，分析零件本身的性能改變參數，比如：要確保零件具有更高的耐腐性、熱硬性，要進行相應的氧化處理，使用物理、化學的處理方式，既可以提高鋼的滲碳效果，又可以讓鋼在特定環境下擁有不同的性質，使其更好的應用到相應的加工場所中完成零部件制作。不同的設計工藝和流程，要根據環境參數進行更改和完善，設計人員也要優先了解鋼處理的正確方法，在避免對零件本身質量造成影響的前提下，選擇適合的加工工藝，最終獲得想要的零部件產品。

4 材料的選擇與應用注意事項分析

4.1 選擇實用型、功能型的材料

機械設計的整體工藝流程要提前明細化，才能通過嚴謹而周密的計劃保證工藝質量。材料選擇是機械設計的基礎，適合且實用的材料能夠為后續的加工工藝提供便利。按照設計要求，設計師要確保整體的設計理念既可以滿足機械要求，又可以達到一定的藝術水準，使機械設計后的產品具有更好的美感，同時提高機械產品的性能。按照不同的目標對相應的機械設計進行優化的過程中，可以先參考材料的基本特點，然后按照鍛造要求完善工藝流程，突出展現材料性質的同時，利用更加優化的工藝，使材料的強化性能得以展示，進而獲得質量更優的產品，使殘次品率有效降低。

4.2 充分考慮運行環境

機械設計加工過程要先對材料進行嚴格的篩選，按照其強度和質量選擇適合的加工方法，然后進行材料加工時，要考慮環境對材料變化產生的影響，以免影響機械工程的整體質量。參照設計要求，設計人員要根據機械工程的環境因素，對整體的工藝流程進行完善，比如：在酸性環境中某些金屬材料的耐腐蝕性較弱，因此要采取相應的氧化還原反應，以提高材料本身的抗腐蝕性能。在潮濕的環境中，很多機械材料容易出現問題，當產生生銹開裂情況時，設計師要先考慮這些零件的使用環境，通過在其表層涂抹一層防銹漆的方式，使零件內部成分更加穩定，從而提高零件本身的質量，延長使用壽命的同時，也可以有效降低事故發生概率。

4.3 簡化材料構造，使其易于回收

零部件的生產和加工工藝要經過不斷優化，其目的是更好地完成材料的生產制作，并且可以對材料進行最優化的分配，以免出現材料剩余問題。某些金屬材料在使用期間剩余量較多，此時可以根據材料本身特性進行回收。機械設計中所使用的鋼材有上百種材料，材料本身的差異性較小，所以在使用期間要根據環境需求選擇適合的材料，同時要明確被使用材料的類型，將殘余的材料分類存儲，以便進行回收。受傳統觀念影響，某些機械材料回收過程已經系統化，所以在回收相應產品時，要避免出現材料混搭情況。根據機械設計理念，提高材料利用率，讓最終的設計方案更好的避免材料浪費問題。針對某些可循環使用的材料，設計人員要提前進行構思，通過完善設計工藝，建造回收的良性循環體系，讓材料可以被及時循環利用，更加迎合環保建造的理念。

機械設計以保護環境為基礎，合理利用材料的同時，避免對環境造成破壞。隨著社會的不斷發展和進步，機械設計理念也發生了巨大的變化，在不斷優化的同時，設計人員能夠根據機械設計的流程提前完善相關工藝，并對執行人員進行安全培訓教育，使其擁有更強烈的安全意識和環保意識，避免對內部材料損耗過高，消除污染的同時，讓材料優化成為維持機械設計理念穩定的方式。

4.4 重視材料的荷載問題

機械設計使用材料種類較多，在使用期間要了解每種材料的荷載能力，才能按照環境需求選擇適合的材料，如選擇的材料出現誤差，則很容易產生不同程度的安全事故，進而出現資源浪費情況。機械設計初期，工作人員要具有良好的責任意識，對不同材料的荷載能力進行記錄和分析，在了解設計方案以后，根據不同區域材料的使用狀況，對材料本身的荷載性能進行判定。不適合的機械材料會導致機械工程停止，其造成的損失難以計算，設計前期就要由專人對材料購買的過程進行監督和管理，同時詳細記錄相關數據資料。設計人員也要積極學習先進的生產方法和經營理念，選擇適合的類型材料，讓最終設計的方案更加貼合實際情況，從而更有利于篩選適合的材料，促使機械設計過程更加完整和優質，增強機械設計的實用性。

5 結語

總之，隨著人們生活水平的提高、生活質量的不斷提升，對各種工業的要求也是越來越高。在機械設計過程有效地選擇材料是必要的，在材料的選擇與應用過程，設計人員要提高認識，針對性地選擇最佳材料，從而全面提高機械設計水平，為機械制造行業穩定發展奠定良好基礎。