机械设计当中材料的选择以及应用探讨

潘杰章

摘要：我国经济和社会一直在持续发展，进而在很大程度上促进了科学技术的提升和发展，面对这种大背景，人们对机械设计有了全新的标准和要求，在这个过程中，机械零件不仅要求具备较高的适用性，而且还需要较低的成本以取得较高的经济效益，同时零件的加工制造也需要考虑低污染，低能耗以取得环境友好性。对于机械设计工程师来说，在零件设计的过程当中就需要对材料的选择以及应用等充分的重视起来，要按照材料选择策略以及应用原则，保障所设计的机械零件具备较高的适用性以及经济优势和环保优势。本篇文章主要对机械设计当中材料的选择以及应用问题进行简单的介绍，希望可以给大家带去一些启发。

关键词：机械设计;材料;应用

一、前言

我国的经济和社会一直在持续发展，城市化进程也在持续加速，进而使得机械工业迎来了较好的发展机遇。与此同时，人们在生产以及生活当中对于机械的要求一直在提升，机械行业一定要抓住这个机遇，快速响应，采取措施以满足用户的具体需求。如果工作当中存在问题，需要及时的实施改进，以保障所有流程环节得到改善和优化。材料属于机械工业当中比较基础以及关键的部分，材料的选择以及具体应用将会对机械质量造成非常直接的影响。因此，一定要对这些问题进行重视起来，采取措施使得这些问题得到及时的解决。

二、机械设计当中材料的选择以及应用原则

机械设计技术部门的工作人员一定要保障零件原材料以及加工程序的科学化。并且在原材料采购，零件加工，装配和检验的过程当中，要重视各个部门之间的合作，并对原材料，机械零件的尺寸形位公差，以及强度实施实时检测，以避免出现批量不合格情况。

机械零件在实施原材料采购，机械加工以及热处理的过程中一定要严格的遵守产品设计图纸进行实施，零部件装配需要依据产品装配图纸进行。机械设计当中材料的合理化选择以及应用对机械产品的质量来讲具备非常重要的影响。技术人员一定要重视图纸设计工作，按照图纸设计的需要，完成物料采购清单的创建和设置。关于不同类型原材料，设计人员一定要保障其明确和准确，并且要购买具备完整批号的原材料以保证质量和可追溯性。在产品设计以及生产的过程当中，技术人员需要依据设计标准和设计规范实施机械零件设计并且使用三维软件进行建模和仿真模拟，进而使得机械产品设计的科学性得到大大的增强[1]。

三、在机械设计中材料选择的有效策略

（一）选择载荷类型材料的具体策略

在研究当中，我们发现，非常多的机械零件出现故障主要是由于设计过程中所选择的材料负载能力以及具体标准之间不相适应。而机械零件的应用性能可以对于零件故障的缺陷进一步抑制，这就要求机械设计人员在实施材料选择的过程当中完成组件本身故障以及外部负载性能关系的处理。因此，在材料选择时，设计人员需要重视所选材料的应力以及承载能力。详细来讲，在机械设计当中，材料的载荷性主要包含这些：①如果材料的外部载荷力造成机械零件出现扭曲或者弯曲的情况，则材料的最大应力基本上都会集中在最外层。由此可以发现，机械材料的表面性能在部件故障的抑制方面存在非常积极的作用。如果想要在机械设计当中选择具备较强承载能力的材料，那可以选择使用低碳素钢或者中碳素钢调质的方法完成这些材料的机械化制造或者加工②在机械制的活动当中，某些零部件会承受压应力，拉应力以及切应力，这可以表明机械材料所承受的外部载荷在零部件的横截面上得到了均匀的分布。这就说明设计人员一定要选择具备均匀分布特性的材料，以使得机械生产以及加工效率得到提升，并保障机械制造活动的顺利实施[2]。

（二）选择合金以及中碳素钢的策略

当前，在原材料市场中，低碳素钢具备成本优势，可加工性强以及可操作性强等优点，因此其使用非常的广泛。但是，在工作的过程当中仍然存在一些问题：低碳素钢本身存在一定的缺陷。比如，低碳素钢的韧性以及强度较低;具备中等形状以上的零件以及材料将会难以执行热处理以及硬化操作。由于低碳素钢材料存在这些缺陷，机械设计师在对材料选择的过程当中将会受到非常多的限制。在深入研究的过程中，我们可以发现对碳素钢添加一定量的合金元素，就可以把其进一步加工成合金钢。其与碳素钢相比较，具备更高的韧性以及强度。如果设计人员选择合金钢当作机械材料，那么相当于在机械零件当中添加了一些特殊的性能，包含：耐高温性，耐磨性，耐腐蚀性以及其他的一些性能等。但是，在非常多的人看来，尽管合金钢在性能方面比碳素鋼要好得多，但是它仅适用于对外部载荷力存在较高要求的情况下使用，而在其他的情况之下，大多还是选择碳素钢进行使用[3]。

四、机械设计中材料的选择以及应用方法

（一）实用材料的选择以及应用

在机械设计当中，无论是材料的选择还是应用，都一定要对材料的实用性进行考虑。在机械设计当中，材料的应用需要有效的参考设计工艺指标以及工艺方法。换句话来讲说，需要和工艺特征的具体差异相结合是非常必要的，进而更好的满足生产要求，其属于比较基本性的要求。除此之外，加工零件还需要和设计要求相适应。

（二）低耗材的选择以及应用

当前情况下，各行各业都非常的重视节能，环保以及可持续发展等。在机械设计材料的选择以及应用过程中，所选材料一定要具备低能耗以及无污染的特点。与此同时，在加工以及处理机械设计材料的过程中需要和这些具体要求相适应。一般来讲，非常多的机械零件都是需要热处理工艺的。然而，当进行热处理时如果工艺方法不当，就会造成比较严重的失效不合格品，甚至会带来非常严重的污染问题。因此，在机械材料选择的过程中，一定要尽量的避免采用需要热处理的材料，可以选择在冷轧以及热轧条件下仍可以反映其材料性能的具体材料。如果在材料实施加工以及处理的过程中，难以避免使用热处理，那么就需要选择一些具备较少处理环节的材料，从而使得能耗以及污染程度等得到大大的降低。

（三）无害材料的选择以及应用

机械设计过程中非常多的材料都属于危险材料，比如：隔元素，使用这种元素的过程中，不仅会出现非常严重的环境污染问题，并且其还会对人体健康造成不利的影响。因此，选择材料的过程中一定要对这些材料的危害进行一定的控制。可以使用某些测试方法来完成选择材料的检测，以避免由于测试的疏忽而使得机械设计以及机械设备当中出现一定的有害材料。

（四）可回收材料的选择以及应用

机械设计当中非常多使用的零件以及部件都属于金属部件，但是金属的输出存在有限性。如果在机械结构当中对于金属实施过多的消耗，那么会对机械化的发展以及生产造成非常不利的影响。比如，钢在机械工程当中具备较多的应用，但是钢的型号以及类型存在不同性，各种类型的钢是难以进行回收的。与此同时，如果把不同类型的金属元素进行一定的混合，其同样会对回收工作造成非常大的影响，并且会出现非常严重的资源浪费[4]。

五、结束语

总之，材料选择以及应用在机械设计的过程当中存在非常重要的作用，设计人员一定要阐明对机械零件适用性以及经济性造成影响的各种因素，在这种基础之上采取针对性的设计方法，并积极的提升自身的环保以及经济意识，并努力的设计经济，节能，适用以及环保的机械零件，进而促进机械设计行业在发展的过程中具备可持续性。

参考文献：

[1]邬业萍.机械设计问题中的材料的选择及应用探讨[J].山东工业技术，2016（21）：295-295.

[2]池占山.机械设计中的材料选择及应用探讨[J].中国高新技术企业，2015（21）：17-18.

作者单位：卡拉罗（中国）传动系统有限公司