机械设计中的材料选择及应用探讨

窦姗

摘要：对于机械设计而言，最为重要的两个部分就是针对材料的选择和实际应用，这两点对于机械设计而言至关重要，具有指向性的作用。该文章从机械设计所需的材料出发，以具体的分析和讨论对机械从材料选择到实际应用进行细致说明，以环境保护为原则，进行机械材料的设计和实际运用，达到节能减排的作用，同时还要注重经济利益的发展，加快机械制造這一行业的发展。

关键词：机械设计、材料选择、实际应用

近年来我国综合国力不断提升，各行各业的技术能力也得到了迅猛发展，城市建设步伐的不断加快使得机械设计行业具备了足够的发展空间，且发展规模和发展方向也有了很大提升，社会比重逐渐增加，相应的需求量也越来越高。这一大环境下，人们对机械设计行业的要求，包括选材和应用在内，都更加严格。所以，为进一步促进我国社会快速发展，机械设计专业人员必须具备更加专业的知识，对原材料的选择也应该以更好的性能为佳。除此之外，还要对施工过程中的各种材料选择应用进行准确判断，以期达到更高的质量标准。

1选材和应用对机械设计的重要性

现阶段的机械设计中，存在部分材料稀缺的情况，但市场需求并未因此而有所缓和，反而更加强烈。面对这样的局面，机械原材料在市场的竞争中日益加剧，机械设计在原材料选择和施工工期上进一步缩短。所以，该如何应对当前市场环境下的机械设计发展，明确市场发展方向，以机械设计自身具备的长处来发展和进步，在市场竞争激烈的浪潮中提升自身水平，以更完善的格局维持自身稳定发展，以足够的适应力应对当前机械设计市场环境，保证可以在这一环境中把握市场导向，取得良好的竞争力，以此来提升企业自身的综合实力，获得更多的市场资源，以更多的信息对机械市场进行深入研究和分析。

2关于机械设计的材料选择标准

2.1材料荷载种类的抉择

机械设计发展行业中，对于原材料的荷载有很高的要求，因为荷载能力直接作用于零件质量上，对于整体设计而言具有至关重要的作用。若一些材料的荷载能力不达标势必会导致零件无法使用，最终延误工期。所以，机械设计专业工作人员必须严格控制荷载能力以及实际应力高低原则。首先是针对外部荷载能力而言的，在零件通过外力作用发生变形时，零件内部也会产生同等的反作用力，这些作用力统称为实际应力，这一应力会直接作用于材料表层进行进一步设计加工。也就是说，材料表层所具备的整体效果是直接作用于零件上的，零件的承载力越强，材料质量也就越高。针对此，机械设计工作人员可以选择性使用承载力不同的材料进行不同部位的设计施工，为增强材料的承载力，可以通过渗透的方式将低碳钢以及中碳钢渗透在材料中，并通过进一步加工投入使用，针对只需要承载伸缩力的材料，则可直接以均匀分布的应力进行调整，选择性能更加优良的材料，以保证机械设计施工顺利进行。

2.2选择合适的碳素钢以及合金钢

碳素钢在机械设计行业中的要求是含碳量低于2.2%的碳钢，这种碳钢含有铁跟碳以及一些锰和磷元素。这也是使用最早，最广泛的一种碳钢材料，在整个碳钢生产中，以85%的产量居第一。碳钢的性能以含碳量的不同而有不同的表现。含碳量较低时，碳钢在强度和硬度方面有所降低，但在延展性和韧性上更加优良。同时，由于碳钢的低成本、高性能、广范围和良好的加工工艺而在机械制造行业具备广阔的生产前景。但同时，也是因为韧性高，强度低，导致在制造和冶炼过程中容易出现裂缝和疤痕。再则，碳钢在使用时，多数用于对精度要求不高的零件制造上，但为保证质量抽检合格，仍在生产过程中加入了一些合金用以提升零件质量，这也就是合金钢的由来。相对碳素钢而言，合金钢具备更高的强度和硬度，即具备了良好的韧性和渗透能力，在强度和硬度上也有了大范围提升。除此之外，合金钢具备一定的抗腐蚀性和磁性，比碳素钢有更广的使用范围。当然，合金钢也拥有一些缺陷，在加入合金进行冶练的过程中，冶炼工序更加复杂，加工工艺更加困难，制造成本也相应的提高。所以，在机械设计中并不是全部使用合金钢，而是根据具体使用部分进行选择，在需要大范围截面制造时以合金钢为佳，若此时碳素钢也可满足机械设计施工需求，则要以碳素钢为主，尽可能以较低的成本来获得质量较高的机械工具。

2.3尽可能选择符合绿色发展可回收材料

我国现今的发展更注重绿色发展，经济实力提升的同时也要加强环保意识。所以，为响应国家对于绿色发展的号召，机械设计师在进行材料选择时，要选择低成本高质量且兼具节能环保特性的原材料。这就要求机械设计工作人员要针对机械产品的实际使用情况进行抉择。在考虑低耗能和无污染的情况下以绿色发展为核心选择材料。既要考虑机械材料的使用年限，也要考虑该材料的环保性。所以，机械设计工作人员必须以更加严格的标准进行机械产品的质量判断和该材料的可回收性和二次利用性能，尽可能以可回收利用的材料进行机械施工，尽量降低材料浪费和能源浪费，针对废旧零件也要具备一定的废弃物分类处理能力，能生产也能环保。

3关于机械设计的材料应用标准

机械设计材料的应用指的是对材料的延伸性使用，对整个机械设计工程都具备重要的作用。所以，在满足原材料合格的基础上还需考虑到材料选择的实用性，也就是经济性。

3.1材料选择优先考虑实用性

机械设计制造对于原材料的要求相对较高，所以设计工作人员必须以材料的实际使用性能为标准，包括材料进行加工制造零件的过程中，加工工艺也有一定的要求和标准。机械原材料的应用是零件的加工工序为重要提现，零件加工质量好坏直接与加工工序相关。材料加工工艺技能在选择上也多种多样，包括车间加工工艺、锻造加工工艺以及其他热加工工艺等等，不同的加工工艺具备不同的加工条件，最终提现在产品性能上。例如车间加工工艺就是通过以车床为基本生产空间进行逐步加工制造，达到各种工艺要求标准。所以，机械设计原材料的应用也具备一定的操作能力，通过物理化学变形达到设计要求，制造的材料也必须符合加工要求和零件质量要求，必须具备一定的承载力，能够满足日常设计工作需求。热加工工艺则重点应用以不改变机械原材料形状的基础上改变其内部微观结构，从而改变其性能，达到零件要求的渗透能力。

3.2关于原材料应用的经济特性

机械加工零件在符合各个施工指标和加工指标的基础上，仍然需要依据各企业自身情况进行调整性加工，这也是在符合加工需求的前提下进行的一项经济加工工序。加工工序除了要符合零件使用标准外，还要以该企业自身的实际情况进行调整。例如日本高铁发展行业，由于地理环境的独特性，他们在高铁车头上进行了多次调节和修改，尽可能降低车内噪音，达到日常交通要求。这是从一个个细小零件进行测试和加工改造，对于加工工序的要求甚为严格，同时也为降低制造成本，他们也在努力更新发展技术，尽可能以较低的成本获得较高的市场收入。

4结语

总而言之，机械设计中对于材料的选择和应用是在符合绿色发展的前提下进行的低成本高技术发展，这对于整个机械发展行业来说都是重要的设计目标。因此，我们必须以更加充足的知识去发现更多满足加工需求材料，并以足够科学合理的加工方式提升加工制造能力，进一步促进机械设计行业的快速高质量发展。

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（作者单位：英大商务服务有限公司）