机械设计过程中机械材料的选择和应用

赵 琳

（山西省机电设计研究院，山西太原 030009）

0 引言

随着我国经济的迅速成长，特别是机械制造业的迅速成长，有力地促进了我国工业化的成长，对机械制造业各个部分的需求也在持续提高，机械材料的筛选以及运用是最关键的一环。机械设计材料的选择决定了机械设计产品的品质，能够达到机械制造的可持续成长。机械材料的选择和运用始终是机械制造业的重点，筛选材料时要思考材料的运用规模和实用性，考虑材料的环境保护和经济利益，以节省生产与环保成本，达到我国机械工业的可持续经济和环境成长，改善人们的生活品质及生态环境的品质，给我国绿色经济的成长做出贡献。

1 机械设计中材料选择的关键性

伴随国内现代工业化的持续成长，机械制造企业若要生产具有更现代化的机械制造产品，就一定要合理选择机械材料，材料对于机械设计来说是至关重要的，有关人员必须仔细选择。在设计阶段保证机械材料的实用性，注意材料的环境保护性质，以免对生活环境产生严重污染。全面考虑机械材料的环境保护性质，大力提高机械材料的质量，推动我国机械制造业的可持续发展，提升我国的综合实力以及人民的生活水平。

2 现有材料选择和运用中的问题

2.1 机械设计材料成本高

机械产品由不同机械部件组成，部件的零件组成更为复杂，行业对机械产品的质量标准较高，不仅需要硬度高，还需要满足多类指标，增加了机械设计选材的困难度，也让机械设计的材料成本变的极高，尤其是金属材料的筛选。这不仅对机械设计行业的成长产生不良影响，而且对我国工业的长久发展有不利影响，这也是机械设计的主要问题之一。

2.2 机械设计应用不恰当

机械设计所制造的工业产品专业性较强，要关注对机械设计重要点的掌控。我国的大部分工业行业中，对机械设计的运用还不够完整，基本是因为工作人员对机械设计的运用关键点不能充分掌控，不能全面考虑设计隐患，降低了机械设计的工作效益，不利于改善行业的资源分配，这是机械设计工作中相对严重缺陷。机械设计行业未来的发展前景远大，工作人员要加强对机械设计重点的了解。

3 机械材料的不同类型

3.1 陶瓷类

工业陶瓷中的氧化铝陶瓷和碳化硅陶瓷可在严苛的工作环境下部分替代金属材料和高分子材料，其具有耐化学腐蚀、密度低、硬度高等特征。在现实运用中，常利用陶瓷类材料改造原有组件，以提高密封性，但是陶瓷类材料强度差、较脆弱、成本高。

3.2 金属类

机械加工首先接触到的是各类金属类材料，国内机械加工的金属类机械材料使用率高达99%。金属类机械材料具有成本低、硬度高等特征，对各种机械加工工艺的适用性很强。在制造过程中金属类机械材料获得了普遍运用，特别是合金材料。

3.3 高分子复合类材料

高分子复合材料是通过两种或更多种材料的物理或化学融合获得的产品，不同的复合材料也具有不同的优异性能。在机械加工中，按照工艺要求的不同，可以选择不同的复合材料，复合材料的种类繁多、性能不同。为满足各种机械加工和构造的要求，合金材料其实是复合材料中的一部分，而聚合物材料实质上类似于合成纤维材料。聚合物机械材料有很多来源，涉及领域广泛，生产聚合物材料的过程也不会损耗过多的能量，这让该材料广泛用于机械设计中。

4 材料选择及其在机械设计中的应用

4.1 负载型材料的筛选

在机加工的设计过程中，最终无法应用许多类型的组件或材料，根本原因是材料及组件不具有很强的承载能力，并且无法改进组件或材料的优势。所以，在机械加工设计阶段筛选材料或零件时，一定要按照设计载荷实行筛选。最常选择低碳钢渗碳或中碳钢淬火、回火。

4.2 选择低能耗低污染的材料

不管筛选哪种类型的材料，都需要低能耗及低污染，但是不适用在要预先预热的材料。加热材料会污染空气，特别是加工场所的周围环境。因此，最合适的机械材料可以在热轧状态与冷拔状态下呈现出最好的性能。如果不可避免，则需要筛选材料，使用尽可能少的预热材料，以及筛选具有较少预热步骤的材料。较常见的方法是运用低硬度钢来锻造机械零件，以使机械材料在锻造后形成硬化层。

4.3 选择实用材料

要筛选对机械加工有用处的材料，一定要在提前分析机械设计的材料要求，选择机械设计中运用的材料，有利于材料的恰当使用与科学应用，而不会造成不必要的浪费。例如，某些机械加工环节一定要具有更高硬度的材料或组件，只是某些环节一定要筛选具备较好外观的材料。因此，实际材料的选择受到不一样环节、要求的限制。

4.4 采用回收再利用的策略

因为金属材料广泛用于机械设计中，而且材料类型较多，因此钢材种类繁多，尤其是在机械设计和应用经过中，必须将各种金属材料相互混合，极大地降低了金属材料的利用率。为了加强废料的回收率，一定要对不同类型的废料进行筛选，特别是对废料的可回收性实行深化探究。一般而言，材料的基本元素种类较少，构成元素越少回收率越高。

4.5 选择经济的材料

经济成本同样是选择机械设计材料的关键。在机械设计经过中，设计师一定要分析设计过程中的特定步骤，根据每个过程的设计特征，选取最具成本效益的机械材料，使材料的使用价值最大化，并最终决定其机械设计的根本需求。不一样的机械设计材料具备不一样的性能特点，有必要详细掌握材料的运用性能，以选择最具成本效益和最经济的材料，以满足机械设计的特定标准，并把握筛选材料的基础内容。此外，有必要按照机械设计项目的总体预算选择经济的材料，这基于两个原则：①满足机械设计的工程标准，所有材料都必须低价；②是最具成本效益和最经济的材料。尤其是应首先选择可回收的机械材料，以减少能源损耗，高效控制机械设计过程的成本，并提高机械项目的经济效率。

4.6 适合国家的可持续发展原则

本质是达到经济资源的可循环利用，深化研究机械设计的基础标准，熟练把握机械材料的隐藏内容，深化探究机械材料的基本特征，合理运用，最大限度地展现最大作用的机械材料性能，实现低能耗、低污染的机械工程。维护自然环境，环境保护和节能是现代社会的关键发展理念，也是我国可持续发展的重要政策。伴随我国经济的快速发展，人们对周围的生活环境有了较高的标准，机械工程一定要将能耗与环境污染相结合，高效控制机械材料的能耗，加强材料利用率，减少环境污染，以可持续发展为指导选择环保节能机械材料，以较大限度地降低对环境的污染，促进可回收资源在不同领域的运用。

5 结束语

随着我国现代社会的持续发展，我国机械设计工业获得了关键成就。机械材料的筛选与运用，对机械行业的健全成长具有重要意义，在筛选机械材料时一定要选择节能型、环保型的材料，不仅需要材料适应机械设计标准，还需要达到国家可持续发展目的，对我国机械加工行业起到积极作用。