机械设计中材料的选择和应用分析

李军　刘龙龙　杨超

摘 要：近年来，我国现代化工业水平不断提高，机械设计技术取得了跨越式发展，从事机械技术研究的人员也在日益增多。在机械行业快速发展的进程中，机械制造材料的浪费现象也更加严重，并且机械设计也面临着稀缺材料严重短缺的现状，现有的机械材料不能满足现代机械水平的要求。对新型材料的研发工作，已经迫在眉睫。本文主要从经济、环保和可持续等方面对机械材料进行了分析，并提出了机械设计中材料选择的几点建议。

关键词：机械设计；新材料；经济；可持续

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.034

0 引言

随着我国经济技术的发展，各行各业对机械化的需求不断扩大，工业已经成为社会发展的重要基石，机械设计对工业技术发展具有举足轻重的作用。在我国以国民经济为主导的背景下，机械设计水平的不断进步，给我国经济发展提供了有力的保障。对于机械制造的稀缺材料，必须合理选择、充分利用，避免出现材料浪费的现象，机械结构的设计要从整体上考虑，对其实现的预期功能做出准确分析，最大限度的做到节省贵重原材料，满足机械加工对原材料的需求。

1 机械设计材料选择与应用的注意事项

1.1 机械材料的价格

机械设计人员在对机械材料的选择时，要充分考虑材料的经济性和耐用性。对设计方案确定之前，要充分考虑机械加工制造过程中的铸造温度、加工工艺，装配顺序和焊接时间等因素，根据机械用途合理选择机械材料，当材料具有同样的性能时，尽量选用价格低质量轻的材料，可以在很大程度上发掘材料的利用价值。在机械加工过程中必须保证材料满足吸气、收缩、抗弯和流动的要求。在锻造加工过程中需要材料具有较强的抗磨性、锻造性、稳定性和成品冷却性，在对材料焊接时，需要选择的材料具有适用性和可塑性。各种类型的机械加工材料都具有各自不同的特性，严格按照加工工艺要求，根据工艺需求材料的特殊特性，科学的选择加工原材料。当选择的机械设计材料满足适用性的要求后，还需要依据机械工程预算方案，选择具有良好经济性能的材料。在整个机械设计中尽量多选择可循环利用的材料，减少加工原资源的消耗，降低整体机械设计成本，实现经济效益的最大化。

1.2 机械材料的环保性

随着经济水平的提高，科学技术不断发展，资源的浪费问题愈加突出，严重阻碍了资源节约型社会的建设，环境保护早已成为社会关注的热点话题。资源消耗是环境保护问题中的中心环节，是社会的可持续性发展策略实施的关键一步。因此，在我国的机械化程度不断提高的进程中，机械设计选材必须遵守节能和环保的原则。机械设计人员需要贯彻落实国家提出的可持续发展战略，在设计过程中选用节能、无污染的工程材料，在满足机械性能要求的前提下，优化机械结构设计，提高不可再生资源的利用率，推动机械行业和环保建设共同发展。

1.3 原材料的可持续性

在机械设计的选材工作中，要符合可持续性发展策略的要求，从设计整体性出发，运用先进的科学技术，使材料的性能得到充分利用，根据材料的自身特性，合理选择原材料，避免出现材料性能利用率不高的现象。

2 材料的种类与应用领域

2.1 合理选择机械材料

在机械设计材料选择时，要从材料的实用性能入手，在机械设计中，材料的使用通常需要按照加工工艺要求，通过铸造、焊接、磨削、冷处理等手段进行。由于相关工艺标准的不同，对材料特性的要求也不一样，对于不同工艺流程，必须在保证加工需求的前提下，保证各部件的加工符合功能需求。加工机械的各组成零件时，要充分考虑原材料的伸缩度与抗弯性能，同时还要使加工后的零件满足整体要求，要根据不同材料的特征，使其满足各零件正确的装配要求，合理选择符合工艺要求的材料。

2.2 机械设计中的载荷类型

机械装备的加工进程中，设备也许会出现失效现象，此时应该冷静分析加工流程，及时找出失效现象发生的原因，当机械运行状态时，也有可能出现抑制失效的现象，此类情况是由于材料的负荷能力不同，当出现同样的压力载荷时，载荷能力较差的零件会提前被破坏，从而影响与其关联的零件正常工作。为了保证机械设备可以正常运转，零部件的加工材料，必须满足承受载荷的要求，根据材料的荷载能力，优先选择承受荷载能力较强的原材料。

2.3 机械材料的消耗

机械材料的消耗问题，已经成为社会关注的焦点问题，正确的机械设计，必须满足可持续性发展的要求，要优先选用能耗低、环保的加工材料，在对材料加工处理的方法上，要采用环保的加工方法。机械的热处理加工，会降低机械材料的使用年限，材料性能也会受到很大影响，并且该加工方式还是对空气环境造成严重破坏。因此要减少热处理加工方式的使用，尽可能采用冷处理的加工方法，发挥出材料最大的性能。当必须采用热处理加工方法时，要简化加工过程，缩短加工时间，把对材料的影响和环境的污染降到最低。

2.4 材料中的有害成分

在机械设计加工中，大量的材料中存在危险元素，最常见的有 Ni元素。该类元素会给环境带来严重的污染，还会对人体带来不可逆的伤害。因此在机械设计选材时，要重视对材料的检验，防止有害材料被混入。

随着能源的逐渐消耗，能源短缺问题也愈加严重，严重限制了机械化程度的进一步发展。钢材是机械设计中使用比较普遍的材料，由于其种类繁多，在制造的过程中相互混合，给回收工作造成了不便。

3 总结

随着科学技术的发展，我國工业水平逐渐提升，面对环境污染和能源短缺的挑战，在机械设计过程中，要合理对材料进行选择与应用，在满足机械设计要求的前提下，充分考虑材料的特征、环保性，经济性。严格把控材料的选择，防止有毒材料混入，把机械材料的消耗浪费降到最低，继续坚持可持续发展道路，实现机械行业新的发展。

参考文献：

[1]周豪丰，张勇.机械设计过程材料的选择与应用分析[J].江苏农机，2014（12）：49.

[2]李中效，雷章贵.机械材料的选择与应用分析[J].橡胶机械，2013（02）：80-87.

[3]刘秀敏.基于机械设计中材料的选择和运用分析[J].中国机械，2015（08）.

作者简介：李军（1985-），男，山东昌乐人，本科，助理工程师；研究方向：机械设计。